JP5419696B2 - 光反射性欠陥を検出する光学検査ステーション - Google Patents

Description

本発明は、ボトルまたはジャーのような、中空、半透明または透明の物体または物品に生じ、光を反射する特性をもつ欠陥を検出する目的で、これらの物体または物品を検査する技術分野に関する。

本発明の主題は、より詳しくは、表面クラックの形態の欠陥を検出する目的で、物体の基本的特性、すなわち、入射光を反射する特性を利用することにより、回転駆動されている物体の検査に関連する分野に関する。

表面クラックタイプの欠陥は、材料内に生じるマイクロクラックであり、例えば熱的衝撃または機械的衝撃を受けたときに物体の破壊をもたらす可能性があるクラックの伝播を起こすことがある。表面クラックは、一般に、略垂直、すなわち、物体の縦方向の対称軸に略平行であるか、または、略水平、すなわち、前記対称軸に略垂直な平面に沿って広がる。前記欠陥が物体の特性に影響を与える可能性があり、より重大なことには、ユーザにとって現実に危険性があるという事実を考慮して、従来技術においては表面クラックの検出のための様々な解決策を提案している。

例えば、欧州特許出願公開第ＥＰ０４５６９１０号には、中空物品の縦方向の対称軸の周りに回転式に設置されることが意図されている、中空物品のための装置検査について記載されている。照明システムが、レンズによって物体のリングの上部に集光された入射光ビームを供給することが可能である。マトリックスカメラのような受光システムが、特に物品が回転されるとき、垂直表面クラックによって反射された光ビームを受ける。カメラは、反射されたビームが所定の光強度の閾値を超えるかどうかを示す処理ユニットに連結され、所定の光強度閾値以上で欠陥が確認される。

欧州特許出願公開第ＥＰ０４８３９６６号では、回転駆動されるホルダに設置されたボトルの底部を照明する光源を備える装置を使用することが提案されている。カメラが、ボトルホルダに設けられた走査窓を介してボトルの底の像を撮影する。カメラは、各像が決められた画素数で形成されているボトルの連続像を所与の速度で形成するようになっている受光ビームを分析および処理するユニットに連結されている。分析および処理ユニットは、２枚の連続像を再同期化させた後、これらの２枚の像の画素の差を計算し、寄生反射に対応する固定タイプの反射ビームを物体中の欠陥に対応する変動タイプの反射ビームから区別するために閾値と比較する。

欧州特許ＥＰ１１４７４０５には、内視鏡先端カメラと、画像処理装置から離れているイメージセンサとよりなる群から選択された少なくとも５台のカメラヘッドを備えるボトル検査装置について記載されている。したがって、この装置は、ボトルが回転されている間に撮影される像の枚数を増加させるためにカメラヘッドを増加させることを試みるものである。この装置は、カメラヘッドの台数が多いということを考慮すると、特に費用のかかる解決策を提供している。同様に、原則的に、ガラス製物体を製造する機械に同数のセンサを設置することは困難であることがわかる。

光学ボトル検査の技術分野では、１つの同一の視野位置から物体の数箇所を同時に観察するために、フレネルレンズタイプ（特開昭６１−０２５０４１号公報）、シリンドリカルミラータイプ（特開２００２−２６７６１１号公報）、または、管状ミラータイプ（欧州特許ＥＰ００６０９１８）の光学要素を使用することも知られている。これらのシステムは、表面クラックの効率的でかつ確実な検出には適していない。

したがって、本発明は、回転駆動されている中空の透明または半透明物体に生じる光反射性欠陥を検出するため、設置されるカメラの台数を制限しながら、効率的かつ確実に表面クラックを検出することができる光学検査ステーションを提案することにより、従来技術の不利点を解決することを目的としている。

この目的を達成するため、本発明による光学検査ステーションは、対称軸周りに回転駆動される中空の透明または半透明物体に生じる光反射性欠陥を検出し、
異なる入射角で物体の検査領域を照明する一連の光ビームを供給可能な照明システムと、
レンズを装備し、物体の回転中に検査領域の像を生成するカメラと、
像中の反射性欠陥の有無を検出するためにカメラによって撮影された像の分析および処理ユニットと、
を備える。

本発明によれば、光学検査ステーションは、異なる視角で撮影された各像の検査領域の一連の画像を形成するために、検査領域とレンズとの間に配置され、検査領域によって反射された光線を空中に偏向させる一連の光学要素を備える。

実施形態の一実施形態によれば、光偏向要素が、カメラの光学視軸のどちらかの側に配置されている。

有利な点として、光偏向要素は、カメラの光学視軸に関して対称的に配置されている。

数個の光偏向要素がカメラの光学視軸の同じ側に配置されている場合、これらの光偏向要素は互いに異なる光偏向角を有している。

例えば、光偏向要素は、球レンズ、シリンドリカルレンズ、プリズムまたはミラーで構成される。

実施形態の好ましい一変形例によれば、光偏向要素は、フレネルプリズムまたはフレネルレンズで構成される。

例えば、照明システムおよび光偏向要素は、物体に対して同じ側に配置されている。

第１の適用例によれば、光学検査ステーションは、垂直表面クラックを検出するために水平方向に並べて配置されている光偏向要素を備える。

別の実施形態によれば、照明システムおよび光偏向要素は物体のどちらかの側に配置されている。

別の適用例によれば、光学検査ステーションは、水平表面クラックを検出するために垂直方向に重ね合わされている光偏向要素を備える。

光学検査ステーションは、垂直表面クラックを検出するための水平方向に並べて配置されている光偏向要素と、水平表面クラックを検出するための垂直方向に重ね合わされている光偏向要素とを両方ともに備えると考えられることは明らかである。本実施形態によれば、光学検査ステーションは、水平表面クラックおよび垂直表面クラックを検出するようになっているレンズが関連付けられたカメラを備える。

有利な一つの特徴によれば、像分析および処理ユニットは、固定タイプの反射ビームを物体内の欠陥に対応している移動タイプの反射ビームから区別するために、撮影された像の画像から抽出されたデータ間の比較を保証する。

本発明のさらなる目的は、本発明に従った少なくとも１台の検査ステーションを装備した、物体を回転させる手段を備える検査設備を提案することである。

その他の種々の特徴は、非限定的な実施形態として、本発明の主題の実施形態の形式を図示する添付図面を参照して以下に記載されている説明から明らかになるであろう。

本発明に従った光学検査ステーションの第１の実施形態を示す斜視図である。 図１に示す検査ステーションの上面図である。 本発明に従った光学検査ステーションによって撮影された像の一例を示す図である。 水平表面クラックの検出のための光学検査ステーションの別の典型的な実施形態の図である。

図１および図２に関して、本発明の主題は、中空の、透明または半透明物体２に生じる光反射性欠陥を検出する光学検査ステーション１に関する。例えば、物体２は、縦対称軸Ａを有し、ガラスまたはプラスチック材料で作られているボトル、ジャー、または、フラスコである。光学検査ステーション１は、これらの物体の壁内の欠陥を検出する目的で、物体２の製造ラインに設置されることが意図されている。本光学検査ステーション１は、所定の検査領域Ｚに生じることがある表面クラックを欠陥として検出することができる。従来のように、物体２は、物体２の対称軸Ａの周りの回転を確保する適切なハンドリングシステム３によって捕捉されている。

検査ステーション１は、異なる入射角から物体の検査領域Ｚを照明する一連の光ビーム７を供給することができる照明システム６を備える。検査領域Ｚは、図示実施形態では、物体のリングの一部に対応する物体の限定された表面に対応することが理解されるべきである。例えば、照明システム６は、発光ダイオード、または、例えば、光ファイバおよび／またはレンズが関連付けられた他の光源などの数台の光源を備える。この照明システム６は、異なる入射角で検査領域Ｚを照明するようになっている。旋盤上の物体２の対称軸Ａの周りの回転により、物体の周囲全体、すなわち、当該実施形態ではリングが検査されることが可能になる。

光学検査ステーション１は、物体２が回転されているときに、検査領域Ｚの像を撮影するレンズ９を装備したカメラ８を備える。カメラ８は、例えば、マトリックスカメラである。

本発明によれば、光学検査ステーション１は、検査領域Ｚによって偏向された光線を空中に偏向させる一連の光偏向要素１１を備える。これらの光偏向要素１１は、異なる視角で撮影された検査領域Ｚの一連の画像からなる検査領域Ｚの像Ｉを形成するために、検査領域Ｚとレンズ９との間に配置されている。これらの光偏向要素１１は、光線をレンズ９の方向に空中へ偏向させるように位置決めされている。これらの光偏向要素１１は、球レンズ、シリンドリカルレンズ、プリズムまたはミラーで構成することが可能である。実施形態の一つの好ましい特徴によれば、光偏向要素１１はフレネルレンズまたはフレネルプリズムである。

図１および図２に示す実施形態では、光偏向要素１１は、全部で２個のプリズムで構成されている。本実施形態では、光偏向要素１１は、カメラ８の光学視軸Ｖのどちらかの側に配置されている。実施形態の一つの好ましい特徴によれば、光偏向要素１１はカメラの光学視軸Ｖに関して対称的に配置されている。

図２および図３に示す実施形態において明瞭にわかるように、光偏向要素１１は、検査領域Ｚの３つの画像Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３を含む像Ｉを形成するように配置されている。レンズ９およびカメラの画角ａ−ｄは、様々な領域、すなわち、本実施形態では３つの領域に分割されている。各領域は、異なる角度で撮影された物体の１つの画像に対応している。したがって、検査領域Ｚは、３つの異なる観察方向、すなわち、
経路上に、光偏向要素１１が画像Ｖ_１の形成を可能にするように配置されている方向ａ−ｂ；ａ’ｂ’
経路上に、光偏向要素１１が画像Ｖ_３の形成を可能にするように配置されている方向ｃ−ｄ；ｃ’−ｄ’
画像Ｖ_２を形成するために、カメラがダイレクトビューを維持することを可能にするように、視軸Ｖの周りに光偏向要素１１のない状態にされている方向ｂ−ｃ
の下で観察される。

異なる視角から撮影された検査領域Ｚの３つの画像Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３で構成される像Ｉが得られるように、各光偏向要素１１は、画像Ｖ_１、Ｖ_２を形成するために検査領域Ｚが異なる視角から映像化されることを可能にさせる一方、カメラの視角は検査領域Ｚの画像Ｖ_３が撮影されることを可能にすることが考慮されるべきである。

上記構成によれば、異なる視角から検査領域を観察することによって、光反射性欠陥から放出された光を再生する可能性を高めることが可能である。

図示実施形態では、光偏向要素１１は２個のプリズムで構成されている。なお、これらのプリズムは、フレネルレンズまたはミラーによって置き換え可能である。この実施形態の最後の実施形態では、カメラは、物体の反対側に配置されて光線を再生する。同様に、図示実施形態では、２個の光偏向要素１１の間にカメラのための観察フィールドを残している。フィールドａ−ｄを並べて配置された光偏向要素１１によって２つの隣接した観察領域に分割して、２つの画像Ｖ_１およびＶ_３だけを含む像Ｉを取得することも考えられる。

より多くの光偏向素子を使用することが考えられることは明らかである。例えば、カメラの光学視軸Ｖに関して対称的に搭載された４個の光偏向素子１１を配置するようにしてもよい。この場合、光学視軸Ｖの同じ側に配置されている２個の光偏向素子１１は、異なる光偏向角を有している。この変形例によれば、撮影された各像Ｉは、５つの異なる視角から撮影された検査領域Ｚの５つの画像を含む。

カメラ８は、物体が回転されているときに撮影された像を分析し処理するユニット２０に連結されている。旋盤上の物体の回転中に、カメラ８は、各像が異なる視軸から撮影された検査領域Ｚの一連の画像を含む連続した像Ｉを撮影する。このユニット２０は、固定タイプの反射ビームと物体中の欠陥に対応する移動タイプの反射ビームとを区別するために、連続的に撮影された像の画像から抽出されたデータ間の比較を保証する。

図１および図２に示す実施形態では、光偏向要素１１および照明システム６は物体２に対して同じ側に配置されている。また、光偏向要素１１は、垂直表面クラックの有利な検出のために水平方向に並べて位置決めされている。さらに、物体の検査設備に１台以上の本発明に従った検査ステーション１を装備するようにしてもよい。なお、物体２上で直径方向反対側に位置する２つの検査領域Ｚを検査するために２台の光学検査ステーションを使用することが考えられる。

図４は、水平表面クラックを検出するようにより精密になっている検査ステーション１の別の変形例を図示している。実施形態の本変形例によれば、照明システム６および光偏向要素１１は、物体２のどちらかの側に配置されている。その上、光偏向要素１１は、略垂直方向に重ね合わされている。本変形例によれば、光偏向要素１１は、図１に図示された光偏向要素１１に対して９０°の角度で傾けられている。

水平表面クラックと垂直表面クラックの両方を検出するのに適した検査ステーション１を製造することが考えられることは明らかである。この点において、検査ステーション１は、垂直表面クラックを検出するための水平方向に並べて配置されている光偏向要素１１と、水平表面クラックを検出するための垂直方向に重ね合わされている光偏向要素１１とを備える。したがって、レンズおよびカメラの画角は、反射光の経路に挿入された光偏向要素１１の個数と少なくとも同数の領域に分割されている。

本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更がなされうるので、本発明は、記載され図示された実施形態に限定されない。

Claims (12)

1. 物体の対称軸（Ａ）周りに回転駆動される透明または半透明の中空物体（２）に生ずる光反射性欠陥を検出するための光学検査ステーション（１）であって、
   異なる入射角で前記物体の検査領域（Ｚ）を照明する一連の光ビームを供給可能な照明システム（６）と、
   画角ａ−ｄを有するレンズ（９）を装備し、前記物体の回転中に前記検査領域の像を生成するカメラ（８）と、
   前記像中において反射性欠陥の有無を検出するために前記カメラによって撮影された前記像の分析および処理ユニットと
   を備える前記光学検査ステーション（１）において、
   異なる視角で撮影された前記検査領域の一連の画像を含む１つの検査領域（Ｚ）の像（Ｉ）を形成し、前記レンズ（９）の画角ａ−ｄを分割して異なる領域にして、各領域が、異なる視角で撮影された前記検査領域（Ｚ）の１つの画像に対応するように、前記検査領域（Ｚ）と前記レンズ（９）との間に配置され、前記検査領域（Ｚ）によって反射された光線を空中で前記レンズ（９）の方向に偏向させる一連の光学要素（１１）を備えることを特徴とする、光学検査ステーション。
2. 前記光偏向要素（１１）が、前記カメラの光学視軸（Ｖ）のいずれかの側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の光学検査ステーション。
3. 前記光偏向要素（１１）が、前記カメラの光学視軸（Ｖ）に関して対称的に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学検査ステーション。
4. 前記カメラの光学視軸（Ｖ）の同じ側に配置されている前記光偏向要素（１１）が、互いに異なる光偏向角を有していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学検査ステーション。
5. 前記光偏向要素（１１）が、球レンズ、シリンドリカルレンズ、プリズムまたはミラーで構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学検査ステーション。
6. 前記光偏向要素（１１）が、フレネルプリズムまたはフレネルレンズで構成されていることを特徴とする、請求項５に記載の光学検査ステーション。
7. 前記照明システム（６）および前記光偏向要素（１１）が、前記物体に対して同じ側に配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学検査ステーション。
8. 垂直表面クラックを検出するために水平方向に並べて配置されている光偏向要素（１１）を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学検査ステーション。
9. 前記照明システム（６）および前記光偏向要素（１１）が、前記物体のどちらかの側に配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学検査ステーション。
10. 水平表面クラックを検出するために垂直方向に重ね合わされている光偏向要素（１１）を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学検査ステーション。
11. 前記像の分析および処理ユニット（２０）が、固定タイプの反射ビームを前記物体の欠陥に対応している移動タイプの反射ビームから区別するために、撮影された前記像の画像から抽出されたデータ間の比較を保証することを特徴とする、請求項１に記載の光学検査ステーション。
12. 透明または半透明の中空物体（２）を検出するために、前記物体を回転させる手段（３）を備える設備であって、
    請求項１〜１１のいずれか一項に記載の少なくとも１台の検査ステーション（１１）を備えることを特徴とする設備。

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