JPH0115013B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はビールやアルコール飲料などの容器と
して使用されるガラスやプラスチツクのびんと言
つた透明または半透明の容器に有害汚染物質が付
着しているか否かを検知するための電子光学的検
査装置に関するものである。

新品の容器はガラスの破損原因を成すひびや傷
と言つた有り得べき欠陥を排除し構造上の安全を
確保するための検査を必要とするけれども、消費
者から回収され再利用するために洗浄された容器
はさらに液体や固体の汚染物質の検査を必要とす
る。消費者にとつて構造上も衛生上も危険な廃棄
すべき容器は欠陥のない容器と識別して製品の品
質を維持しなければならない。

充填操作中に破損事故を起すようなガラス内部
の欠陥と汚染物質の検出は簡単な作業とは言えな
い。従来の作業員の視覚による検査は、検査基準
を設定維持することを人間の判断に委ね疲労など
の人間的要因により検知信頼性や感度の低下をも
たらす。細い光ビールのような光線を利用した検
査装置はガラス容器の不正確な構造を敏感に識別
する。たとえばブロー法で作られたびんは壁厚の
不均一や型継目印と型番号数字とを有している。
多くのびんはびんの構造的完全状態を高めるため
ガラス外表面に型押される領域を有する。これら
びんの構造上の凹凸は微小汚染粒子や構造的欠陥
と区別しなければならない光学的バツクグラウン
ドノイズを成している。このバツググラウンドノ
イズの干渉効果は検査作業を行なうとき細いビー
ム（たとえばレーザビーム）をガラスの壁と底を
透過させる光学的イメージ装置を利用する検査方
法にとつて困難さが増す。たとえば容器を透過さ
せた細いビームはこれら容器の凹凸を成すバツク
グラウンドにより屈折反射され減衰する。イメー
ジ装置を利用する検査装置において、その焦点深
度は容器壁厚よりも通常十分広い範囲になつてい
る。この焦点深度が大きいと検査応答速度を低下
せずに壁の凹凸と汚染粒子とを区別するのがほと
んどできない。ガラス容器の検査は容器壁に永久
ラベルが施されているときもつと困難になる。ラ
ベルは光透過を阻止あるいは散乱させる一様なバ
ツクグラウンドを成している。その結果、半透明
容器のラベル領域面は有害汚染物質の存否を十分
検査することが困難であつた。

従つて本発明の目的は、透明または半透明容器
の検査を効率的に実施する電子光学的検査装置を
提供することである。もつと詳しく言えば本発明
の目的は容器の壁または底を透過した光を用い
る、検査信頼性と検査範囲が向上された電子光学
的検査装置を提供することである。前述の本発明
の目的は欠陥や汚染物の付着した透明または半透
明の容器の検査に照射される偏光ビームすなわち
走査光ビームを用い偏光ビーム検知装置と複数の
光学検知器を検査装置に具備させることにより達
成される。

本発明の特徴点は特許請求の範囲に明確に記載
されている。本発明の特徴、原理、有用性などは
同様な構成部に同じ参照数字を付けられた添付図
面と共に以下の記載から明らかとなろう。

本発明の理解のため、偏光ビームが滑らかでき
れいなガラスやプラスチツク（媒体）表面と相互
作用する場合と有害汚染物質と相互作用する場合
の基本的差異について説明する。この相互作用の
相違が本発明の基礎を成している。

媒体（ガラスあるいはプラスチツク）表面への
入射偏光ビームは反射、散乱、屈折される。光学
的な反射や屈折は一般的に媒体の性質（すなわち
屈折率）により定められるが光学的な散乱は２つ
の媒質の境界面に急傾斜が存在するときにその境
界面で起る。従つて光学的散乱は光学的境界面を
成す媒体表面の粗さ（凹凸）により起される。光
学的に平滑な媒体（ガラスまたはプラスチツク）
から反射される直線偏光ビームは直線偏光として
大部分が反射または屈折される。その偏光の角度
は変化されてもその偏光状態は変化しない。同一
表面あるいは屈折率の急変部分から光学的に散乱
される直線偏光においては偏光状態が変えられ楕
円偏光（円偏光は楕円偏光の特別の場合とみるこ
とができる）になる。偏光に関する詳細はたとえ
ばJenkins.White共著「Fundamentals of
optics」（McGraw―Hill社1957年刊）など多く
の光学に関する書物に示されている。

第１図において、直線偏光ビーム１がガラス容
器２の内側表面に入射されるように図示されてい
る。ガラス表面はこの光ビーム１の一部を入射ビ
ームと同じ偏光状態で反射の法則に従つて（入射
角θは反射角θに等しい）反射する。ガラス２は
ある程度の表面粗さとガラス内部の不均質さ（特
に小さな気泡と汚染粒子）を有しており、光学的
散乱を起す。この散乱光３は幾分偏光が消される
けれどもガラス２により反射屈折される入射光２
の大部分は元の偏光状態が保たれる。この散乱光
３を偏光素子４（ニコルプリズムや市販の偏光板
など）を通して見ると、偏光素子４が視線軸で回
転されるときその透過光の強さは変化する。偏光
素子の通過軸が反射屈折ビームの偏光軸に対して
90゜に位置されたとき光の強さは最小になる。偏
光ビーム１が汚染粒子（たとえば残留紙片やカビ
など）に当るとその散乱光３はほとんど偏らない
光（自然光）になる。汚染粒子が透明体のときま
たは粒子を透過される光の偏光状態が粒子自体の
性質によつて変化されるような光学的活性物質の
ときにも偏光状態の変化が起る。集光する視界角
度を広げるように光学的集光装置を備えた光学的
検知器を監視位置に配置するとガラスまたはプラ
スチツク容器の有害汚染物質の検査に効果を発揮
する。偏光素子４は「クリーン」な容器表面から
の光学信号を最小にするように配置され、また集
光装置の偏光状態変化効果が、検出器表面に到達
するバツクグラウンド光の偏光状態に影響を及ぼ
さない位置に配置されなければならない。容器表
面からの反射光５は容器２の内側を入射ビーム１
が走査していくに従つて任意の角度で出ていく。
第２図に図示の如く、反射ビーム５ｂが光学的検
知器６に向けられている場合のような容器２内部
の特別な場所がある。参照数字５ａ，５ｂ，５ｃ
はそれぞれ表面反射ビームを示す。

光の偏光軸が偏光素子４の通過軸に対して90゜
の角度を成すとき偏向素子４は直線偏光を通過さ
せない。この光阻止の程度は偏光素子の材質と入
射光ビーム１の偏光状態の純度と偏光素子４の入
射光の視界角度によつて定まる。実際にはガラス
表面からの反射光の一部が検知器６に到達してお
り、その反射光は汚染粒子からの散乱光３よりも
はるかに大きくなるという問題がある。第２図に
図示の如く、飲料容器の場合、光ビーム１が容器
２の内側を走査していくときこの問題が生じてし
まう不連続な特定の場所（つまり底の周辺部な
ど）がある。これらの場所を識別することによ
り、検知器６からの電気信号をゲート論理回路で
処理しこれら問題領域を無視できる。従つてガラ
ス容器２の内部全面を検査するため、複数の検知
器が容器２の周囲に沿つて取囲むように配置され
る。散乱は方向性を持たずほぼ半球状に広がつて
いくので、各検知器は汚染粒子からの散乱光３の
一部を受ける。容器の特定な場所の反射、屈折に
よる光学的ノイズは非常に指向性が高く１つの検
知器のみに到達するだけであり、各検知器は容器
２の他の部分に感応できる状態に保たれる。実施
例として、第３図の検知器６は汚染粒子７からの
散乱光を同時に受けるけれども第２図に図示の角
部の直接反射光５ｂを同時に受けることはない。
第２図において１本の細い走査ビームが使用され
ているときのビーム５ｂの光学的状態は１個の検
知器が１度ずつ動作している場合を満足させる。
３個の検知器の出力信号を論理的に組合せること
により（第４Ａ図―第４Ｄ図と第５図に図示の如
く）この角部のような光学的問題領域は無視する
ことができ汚染粒子７に対してのみ応答信号が得
られる。ここに、第４Ａ，４Ｂ，４Ｃ図は検知器
６ａ，６ｂ，６ｃからの検知器信号Ｓ１，Ｓ２，
Ｓ３をそれぞれ示し、第４Ｄ図は第５図に図示の
論理回路により検出器信号を組合せて得られた欠
陥信号を示す。

信号処理回路の実施例が第５図に図示されてい
る。この論理回路において「欠陥」応答信号を得
るには少なくとも２個以上の検出器から所定のし
きい値以上の同時信号を必要とする。バツクグラ
ウンドノイズは場所によつて異なるので各検出器
はそれぞれ異なるノイズ信号を受けており他の検
出器と時間的一致を起すことはない。前述の実施
例においては単に３個の検出器６が使用されてい
る場合を説明したが、さらに検知器を設けてそれ
に対応する信号処理回路により高度化をはかるこ
とができる。この高度化された検査装置は各検知
器を最高感度で働かせ汚染粒子により発生された
のではない擬似信号をもつと完全に排除できると
言つた利点を持たせることができる。

飲料容器の内部全表面（底、角部、壁）を走査
する光学ビームで、永久ラベルの背面のような透
過できない領域も検査可能となる。第６図に図示
の如く、粒子１１と１２からの散乱光３１は不透
明ラベル１４により部分的に阻止され、検出器２
１と２２の両方には到達しない。しかし粒子１３
からの散乱光は検出器２１と２２の両方に到達す
る。ガラス容器２の周囲に沿つて複数の検出器を
配置することにより、たとえ粒子がラベル領域の
背面に位置していても、少なくとも２個以上の検
出器が汚染粒子からの散乱光を受けることにな
る。その結果、ラベル領域からの散乱光の高バツ
クグラウンドに対してさえ汚染物質の存在を示す
ように信号処理がなされる。

本発明の重要な点は走査偏光ビームを容器に当
て、偏光に感応する複数の検知器を配置し、それ
により容器に付着した汚染物質や他の有害物質を
検知することにある。

第７図の本発明実施例は渦巻走査ビーム３４
と、３個の光学検知器３６，３７，３８と、第５
図に図示のような論理回路を含む信号処理回路と
を利用している。渦巻走査ビーム３４は従来の電
気―光学的また機械的な方法により作り出すこと
ができる。

容器を走査するのには、固定容器とその内部を
走査する移動ビーム、または移動（回転）容器と
固定ビーム、または直線走査ビームと回転容器と
によつて行なわれる。走査装置の目的は容器の内
側の全面を残らず照射することである。渦巻走査
は少なくとも２つの通常の方法で行なうことがで
き、１つの方法は第７図に図示の如く振動ミラー
（ねじりモータにミラーを取付ける）３１と３３
の直角配置を利用し他の方法は光学的回転素子
（ドーフエのプリズムのような素子）と１枚の振
動ミラーを利用する方法である。第１の方法にお
いて、２枚の振動ミラーは正弦波信号θ₁（ｔ）＝Ａ
（ｔ）・sin（ωt＋π／４）とθ₂（ｔ）＝Ａ（ｔ）・
sinωtの振幅で駆動され、２枚のミラーのモータ
の間に90゜の位相差がある。駆動モータの振幅を
一定に保つことにより渦巻パターンを作り出し、
のこぎり波振幅では伸縮する渦巻パターンが作ら
れる。第２の方法においては、偏向ミラーは放射
状偏向を行ない光学的回転素子は円形走査を行な
う。ミラーと回転素子駆動部の間の速度と位相を
適正にすることにより渦巻走査ビームが作り出さ
れる。走査素子駆動部の位相と速度を変化させる
ことによりガラス容器３５内部の中心線のまわり
に渦巻く回転走査線を作り出すことができる。

第７図に視準レーザ光源３０と偏光素子３２に
より発生される偏光ビーム３４が図示されてい
る。同じような偏光ビームは固有の偏光を発生す
るレーザによりあるいは視準されたアークランプ
や白熱フイラメント光源と偏光素子とにより作り
出せる。第７図の実施例において正弦波駆動部を
備えた振動ミラー３１と３３は容器３５の内部全
面にわたつて渦巻走査を行なわせる。３個の検知
器３６，３７，３８は容器内部からの散乱光３９
の最大量を捕捉するために容器周囲に沿つて配置
される。各光学検知器３６，３７，３８は偏光素
子を有し、偏光素子を通して検知器に到達するす
べての光は散乱光３９を受ける視界を広げるため
集光素子を通過していく。検知器の光感応素子は
固体検知器または真空管形の光電子増倍管検知器
である。この光学検知器に要求される性能は照射
ビーム光源３０を含む波長領域に対する感度であ
り、微小汚染粒子が偏光ビームにより当てられた
とき実際の光強度に従つて得られる電気的応答信
号が変化する。第７図の検知器３６，３７，３８
はさらに検知器に到達する周囲光レベルを低くす
るためレーザ波長に中心を合わされた光学的帯域
フイルタを有している。

第８図に図示の検知器の実施例は集光のための
フレネルレンズ４２と、He―Neレーザ帯域フイ
ルタ４４と光電子増倍管検知器４５を用いてい
る。検知器４０の軸は底部を監視しやすいように
角度θに設定されそれでも壁部に対する良好な監
視が行なえる。フレネルレンズ４２は容器の中心
部を拡散板４３面に結像する。検知器面全体にわ
たり一様な光強度を作り出すため、イメージ光を
散乱させるように拡散板４３（オパールガラスや
半透明プラスチツク）が用いられる。容器３５内
の入射レーザビーム３４が極めて強く周囲光が除
去されている場合には、帯域フイルタ４４は検知
器に不必要となる。汚染粒子散乱光からの偏光の
消された光は偏光素子４１に到達しフレネルレン
ズ４２により拡散板４３表面付近に集束される。
第９図に図示の如く、検出された信号は増幅され
た信号処理モジユール５０に入力される。検知器
信号DSは増幅器５１により増幅され次に低域フ
イルタ５３からの低周波信号成分は高域フイルタ
５２により除去される。フイルタのしや断周波数
は微小汚染粒子（直径0.5〜1.0mmの不透明粒子）
から最大信号応答が得られるように定められる。
それぞれの周波数パラメータは走査ビームの走査
速度により定められる。渦巻走査においては、こ
の走査速度は一定ではなく、容器内部全面にわた
る汚染粒子信号の最適信号を作り出すために複数
の信号処理回路を必要とする。フイルタを通過し
てきた信号は正規化回路５４において低周波成分
（dc）を高周波成分（ac）に分割することにより
その大きさが正規化される。この正規化処理はデ
イジタルあるいはアナログのいずれかの信号形式
で行なうことができる。これらのことは当業者に
明らかなことである。たとえば正規化回路５４に
おいて正規化する１方法は分割処理を行なうため
Ａ―Ｄコンバータとマイクロプロセツサを用いる
ことである。極めて一様なガラス容器（すなわち
一様な壁厚で形状の急変もない）においては正規
化回路５４は必らずしも必要でなく、フイルタか
らの検出器信号はしきい値回路５５に直接入力さ
れる。この入力信号は予め定められたしきい値レ
ベルの大きさと比較することによりデイジタルレ
ベル信号に変換される。第１０図の実施例におい
て、しきい値レベルは設定自在のプログラマブル
なものであるので、そのレベルはビーム走査位置
論理回路５６によりガラス容器内のビーム位置の
関数として変化する。しきい値レベルを可変にす
ることにより容器各部に対してそれぞれ検査基準
に合わせて所要の許容／排除の適否感度を得るこ
とができる。信号処理論理回路において、汚染粒
子またはガラスの危険状態のみを検出する応答信
号を作り出すために複数の検知器信号が組合わさ
れる。論理演算処理を最適にするためにプログラ
マブル論理回路が使用され、従つて処理応答信号
がガラス容器内の光ビーム位置に依存するように
構成できる。検知器信号DSの論理組合せは、た
とえば容器角部からの大きな反射光のような構造
上のノイズを除去し検知器感度の低下が起らない
ように処理される。３個の検知器装置の場合の１
方法は第５図の実施例で詳述されている。構造上
のノイズが存在しない（容器の平坦な底のような
部分）場合には３個の検知器のどれか１つからの
信号が排除検知器として独立して使用できる。論
理演算の他の方法は「欠陥」状態信号が作られる
前に所定時間（走査周期に等しい）以内に１個の
検知器から順次信号を作ることである。この場合
の光学装置は走査ビームと汚染粒子の多量断続信
号を必要とする。この多重検知論理回路は「許
容」状態と「排除」状態の間の不確定領域を無く
すのに効果的に使用される。これら２つの信号処
理方法が第１０図に示されている。構造上の微小
ノイズが存在する容器内部に対して検知器信号５
７の直接組合せが利用される。角部とラベルの付
けられた壁部に対しては一致信号６１が利用さ
れ、容器底の中央部に対しては個々の検出器信号
５７または検出器一致信号６１の応答信号が利用
される。

遅延モジユール６２は「欠陥」がビーム走査の
横断１回以上によつて検知されることを必要とす
る。この遅延モジユールは正確に１走査周期だけ
パルス５９を遅延させる。この遅延パルスを後続
のパルスと論理的に組合せることにより、欠陥信
号が２度捕捉され妥当欠陥信号を生じさせる。信
号５８と５９が論理回路モジユール（論理積）の
入力の両方に生じているときのみ欠陥信号６０を
作り出す。

第１０図の各部は信号処理回路への検知器信号
の流れを制御するためのビーム位置論理回路モジ
ユール５６を用いて半透明容器の各部の検査する
ために利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明を説明するための概略
図、第３図は本発明の１実施例の概略説明図、第
４Ａ乃至４Ｄ図は第３図の装置の動作を説明する
ためのタイムチヤート、第５図は第４Ａ乃至４Ｄ
図の信号処理回路の１実施例を示す論理回路図、
第６図は粒子からの散乱光と検知器の配置を示す
説明図、第７図は本発明の１実施例の構成説明
図、第８図は本発明による光電子増倍管検知器の
構成説明図、第９図は本発明による信号処理回路
の１実施例のブロツク構成図、第１０図は第９図
のしきい値検知器の１実施例の論理回路構成図で
ある。 １，３４…偏光ビーム（走査ビーム）、６，６
ａ，６ｂ，６ｃ，２１，２２，３６，３７，３８
…検知器、４，４１…偏光素子、４２…フレネル
レンズ、４３…拡散板、４４…帯域フイルタ、４
６…増幅・インターフエイス部、５０…信号処理
モジユール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 透明または半透明の容器の表面上または内部
   の有害汚染物質を検知するための電子光学的検査
   装置において、 前記容器内に向けて偏光ビームを照射するビー
   ム照射手段と、 それぞれ前記容器からの反射光を受けるフレネ
   ルレンズ、このフレネルレンズからの結像光を拡
   散するための拡散板、この拡散板からの光に含ま
   れる周囲光レベルを低下させる帯域フイルタを有
   し、前記容器からの光を該容器の周りの予め定め
   られた位置から所定の広さの視野でとらえるよう
   に配された複数のフレネルレンズ光学系と、 この複数の光学系各々からの光を受けてそれぞ
   れ対応する電気信号を形成する複数の光電検知装
   置と、 これら光電検知装置からの信号が与えられて欠
   陥検出信号を形成する信号形成回路とをそなえた
   ことを特徴とする容器の検査装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、 前記信号形成回路は、前記光電検知回路からの
   信号における所定周波数成分を取出す第１の回
   路、この第１の回路からの信号における周波数成
   分を分析して前記容器の構造に起因する成分を除
   去する第２の回路、この第２の回路の出力レベル
   を検出して欠陥信号を出力する第３の回路を有す
   る容器の検査装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、 前記信号形成回路は、前記光電検知回路からの
   検知信号および前記ビーム照射手段からのビーム
   走査信号を受けて光ビーム位置を勘案した検知信
   号のレベル判定を行い、欠陥信号を形成する第４
   の回路を有する容器の検査装置。 ４ 特許請求の範囲第２項記載の装置において、 前記信号形成回路は、前記複数の光電検知回路
   の各出力を組合わせる論理回路を有する容器の検
   査装置。