JPH01253642A - ガラス容器の密閉面を光学的に検査する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はガラス製容器の端部のライン・オーバ欠陥の検
出に関し、より詳しくは、この欠陥の検出のための光学
装置の利用に関する。

（従来の技術） いわゆる「ラインーオーバ（ｌｉｎｅ−ｏｖｅｒ　）　
Ｊ欠陥は、ガラス容器製造工業において広く知られてい
る問題である。ライン・オーバの別名としては、「シェ
ア・マーク」と「ニット・マーク」とが−船釣に用いら
れている。第１図に示す如く、このライン・オーバ溝１
５の欠陥は、ガラス容器の端部１０の密閉面１１を横切
って径方向に延在する極めて小さな溝である。この欠陥
は、ガラス容器製造工業における、最悪でしかも最も検
出困難な欠陥のうちの１つである。例えば炭酸飲料の場
合には、口栓のシール部材はこの微細な溝を密閉するこ
とができず、従っである期間の間に、飽和させた炭酸ガ
スが少しづつ漏出し、そのため飲料は気が抜けてしまう
。食品用の広口ビンもまた、これについての重要な分野
である。もしこの欠陥のために密閉状態が不良であった
ならば食品が汚染されるおそれがある。ベビー・フード
の業界は、このライン・オーバに対しては特に深い懸念
を示している。

この溝は、ガラスがフィーダから剪断器を通つて流れ出
る際に、先行するガラス溶融塊の剪断によってそのガラ
ス溶融塊の表面に残された、冷えたガラスの筋を原因と
して生じるものであると考えられている。これについて
は、例えば米国特許＠４５１５００２号を参照されたい
。

近年、不良ボトルを高い正確度をもって不合格品として
生産ラインから排除することを目的として、ガラス容器
のライン・オーバ欠陥を検出するための装置を開発せん
とする多くの試みがなされている。その種の装置の大部
分は、不都合なことに、大量の良品を不合格品として排
除してしまう一方で、尚かなりのパーセンテージの欠陥
容器を見過ごしてしまっている。従来の方式のなかには
、例えば米国特許第３８７９９９３号や、同第３３９５
５７３号等に開示されている方式のように、機械的な検
出機構を用いたものがある。

種々様々な光学的方法もまた、これまでに採用されてい
る。ある１つの方式では反射鏡により合焦させた光が用
いられており、この光は容器の端部へ向けて内部から照
射されている。この場合、ライン・オーバ欠陥が存在し
ていれば、この合焦状態の光は欠陥が存在していない場
合の方向とは異なった方向へ屈折され、この方向のずれ
が、然るべく配設されている光センサによって検出され
るようになっている。これに関しては、例えば米国特許
第３３０２７８７号や同３１０７’０１１号を参照され
たい。米国特許第４６０６６３４号に開示されているま
た別の方式は、散光を発生する平板状の光源を用いるも
のであり、ライン・オーバ欠陥の像を生成するためにビ
デオ・カメラが使用されている。

第３の方式は、これは概略的には本発明に採用されてい
る種類の方法であるが、この方式は、下方へ、密閉面へ
と向けられたライトを用いており、反射光の検出を行な
うことによってライン・オーバ欠陥の存在の有無を検知
している。米国特許第３８８０７５０号のシステムは、
白熱灯の弾発光点を、容器の口縁部を横切るように合焦
させ、また、反射光を受光するための光学センサφアセ
ンブリと、正常な光信号からの逸脱を検出するための処
理用電子回路とを併せて使用している。光検出器の信号
に周波数フィルタリングを施すことによって、正常な光
信号、を除去し、異なった欠陥の種類毎に特有の信号を
発生させている。

光源と光検出器アセンブリとは、密閉面を含む平面に対
して、余角を成すようにそして鋭角を成すように配置さ
れている。

反射光方式を採用しているシステムを開示しているもう
１つの特許には、これは本願の基礎出願の譲り受は人に
対して譲渡されている特許であるが、米国特許第４’４
’８８６４８号がある。この特許は好ましくは密閉面に
対して鋭角を成すように設けられた直流光源を使用し、
更には光検出器アセンブリも鋭角を成して配置される。

（同特許の第８図を参照されたい。）ライン・オーバ欠
陥が光量の低下を、即ち「暗点」を発生させるようにし
たものである。

（発明が解決しようどする課題） この米国特許第４４８８６４８号のシステムと前記米国
特許第３８８　’０７５０号のシステムとはいずれも、
反射光を利用してライン・オーバ欠陥を検出するという
ことによって生じる問題を良好に解決してはいない。即
ち、ライン・オーバ溝の側壁面の角度は、全く予測し得
ないということである。第２Ａ図、第２Ｂ図、及び第２
Ｃ図は、３つの典型的なライン・オーバ溝１５ａ〜１５
ｃの形態をボトルの内部から見たところを図示している
。即ち、第２Ａ図の溝は、右側壁面１７が急勾配で、左
側壁面１６が緩勾配であり、又第２Ｂ図の溝は両壁面１
７．１６が左右対称形状であり、又第２Ｃ図の溝は右側
壁面１７が緩勾配で、左側壁面１６が急勾配である。そ
のような欠陥からセンサへと光を確実に反射させて戻す
ことは困難であり、なぜならば、そのような欠陥は容器
毎に変化するため、極めて予測し難いものだからである
。この反射光方式に付随する更なる問題には、塵芥、汚
れ、それに端部の粗面があり、それらによっても、光が
反射してセンサへ戻される可能性がある。

従って、本発明の主要な目的は、光学方式の、より正確
なライン・オーバ検出システムを提供することにある。

これに関連した目的には、検出されるライン・オーバ欠
陥のパーセンテージを向−ヒさせることがある。更なる
関連目的としては、例えば塵芥、汚れ、それに端部の粗
面等に起因する「誤判定」のパーセンテージを低減させ
ることがある。

（課題を達成するための手段） Ｌ記の目的並びに更なる目的を達成するために、本発明
は、下方へ、ガラス容器の端部へと向けられた光フアイ
バ方式の走査ヘッドを用いており、同走査ヘッドは、二
股形状とされた光ファイバ束と、同光ファイバ束と協働
する光学要素並びに電子要素とを備えている。二股形状
の光ファイバ束は、夫々送光用光ファイバと受光用光フ
ァイバとを収容している送光部と受光部、並びに、その
末端部がプローブ・エンドとされたそれら両方の組の光
ファイバを収容している結束部を有している。斯かる光
ファイバ束は、その一方の分岐部には、送光ファイバに
光を供給するための光源を有し、他方の分岐部には、受
光ファイバによって導かれた光の強度を表わす出力信号
を発生するための、光検出器装置を有している。走査ヘ
ッドは更にレンズ系を含み、該レンズ系は、プローブ・
エンドの送光ファイバから投射される光を直下の容器端
部へ導くと共に、この端部からの反射光を受光するもの
であり、この反射光の幾分かが、プローブ・エンドの受
光ファイバによって捕捉される。プローブ・エンドは細
長形状のパタンに形成され、このパタンはレンズ系によ
って密閉面上に、端部を径方向に横切って延在するパタ
ンとして結像される。

本発明の好適実施例に拠れば、プローブ・エンドは細長
い矩形に形成され、この細長形状のパタンは、その長手
軸が密閉面を横切って径方向に延在するように、容器の
端部の上に結像される。好ましくは、レンズ系はこのパ
タンを、僅かに焦点が外れた状態で密閉面上に結像させ
る。プローブ・エンドにおける光ファイバーは混合され
てランダム束（送光ファイ／へと受光ファイバとのラン
グムなファイバ・パタン）にされるという、有利な構成
となっている。

本発明のもう１つの局面は、光源並びに光検出器という
、光学系と電子回路とに関するものである。光源は、好
ましくは高発光強度可視光ＬＥＤとし、最も好ましくは
、このＬ　Ｅ　Ｄはスペクトルの赤色光領域にあるもの
とする。このＬＥＤを変調し、且つ、光検出器の出力を
復調して検出光の強度を表わすアナログ信号を発生させ
ることによって、周囲の光による干渉を回避することが
できる。このシステムは、容器または走査ヘッドのいず
れか一方を回転させつつ容器の端部を走査することによ
って、密閉面の全体を包含し得る走査期間に亙って、検
出光の強度の変化を表わす波形を発生させることができ
るようになっている。この検査方式は、比較的明瞭なピ
ークを生じるライン・オーバ欠損面を、塵芥、汚れ、な
いし粗面部から、また更には背景雑音から、効果的に弁
別するものであることが判明している。この信号を更に
処理して、容器を選択的に不合格品として排除するだめ
にも、用いることができる。

（実施例） 本発明の上記の局面並びに更なる局面は、添伺図面に関
連して記載されている以下の好適実施例の詳細な説明に
よって明らかにされている。

第３図は本発明の好適実施例に係る検査装置５の構成を
示している。この検査アセンブリ５は、ガラス容器７の
端部１０へ照準を合わせられた光ファイバ・プローブ３
０を含んでいる。図示例においては、容器７がプローブ
３０に対して相対的に回転させられることによって、こ
のプローブ３０が密閉面１１の全周の走査を行なえるよ
うになっている。光ファイバ・プローブ３０は分岐部３
１．３３と結束部３５とを含んでいる。分岐部３１は送
光ファイバを含み、分岐部３３は受光ファイバを担持し
ており、また結束部３５では送光ファイバと受光ファイ
バとが混合されており、それらのファイバは末端部がプ
ローブ・エンド４０に形成されていて、その部分におい
てはファイバは完全に混合されてランダムな分布とされ
ている。プローブ・エンド４０はプローブ・マウント４
６の内部に担持されており、このプローブ・エンド４０
の端面ば細長い矩形のスリット４５となっている。プロ
ーブ・マウント４６は、密閉面１１の上方で光ファイバ
束の端部４５の位置合わせと方向付けをして、細長い像
２０が直下に結像されるようにすべく構成されている。

レンズ４１と４２とから成る倍率１：１のレンズ・アセ
ンブリ４３が、僅かに焦点が外れた状態とされているプ
ローブ端部４５の像２０を、密閉面１１を横切るように
結像させるという、有利な構成とされている。僅かに焦
点が外れた像を結像させることによって、密閉面１１か
らの反射光がプローブ・エンド４０の送光ファイバだけ
に返されるのではなく送光ファイバと受光ファイバとの
両方へ返されるようにしておくことが、望ましい。

次に、第４図に示されている密閉面１１の部分平面図を
参照するに、プローブ端部４５像２０は、長さがＬ、巾
がＴの細長い矩形から成っている。Ｌの大きさは、容器
端部１０の内壁面１２と外壁面１３との間の厚さより幾
分大きい。本発明の稼動中の具体例においては、Ｌは０
．１５４インチ、Ｔは０．０１２インチとされている。

このＬの値はガラス製ボトルの端部の最も一般的な厚さ
に適合するように選択されたものであり、またＴの値は
良好なＳ／Ｎ比（信号−雑音比）が得られるように選択
されたものである。矩形の像２０は、その長手軸が密閉
面の径に沿うように向きを定められている。

第５図は、第３図の信号処理用電子回路５０のための要
素−式を、模式的に図示している。ファイバ３１へ送光
するための光源は、可視光スペクトルの赤色光領域にあ
る高発光強度可視光ＬＥＤ３６である。ＬＥＤ光源装置
に対しては、様々な周波数で変調を加えることができ、
それによって作動寿命が延長されると共にその作動寿命
の間、非常に僅かなドリフトで連続的に高発光強度の出
力を発生し続けるようにすることができる。容器端部１
０の光学特性を考慮して、その他の光源が使用される場
合もあることも理解されたい。受光器３７は、スペクト
ル応答性をＬＥＤ３６に適合させたフォトトランジスタ
による装置である。

このフォトトランジスタの出力は、５４で増幅され、赤
色可視光ＬＥＤ３６の変調周波数を通過させるようにキ
ャリブレーションを施されているバンド・パス・フィル
タ５５によって復−される。

ロー争パス・フィルタ５６が、この復調されたキャリア
信号からスロープ信号を抽出し、このスロープ信号は５
７で増幅される。増幅されたスロープ信号は、サンプル
／ホールド回路５８へ供給され、更にそこからＡ／Ｄコ
ンバータ（アナログ・デジタル・コンバータ）５９へ送
られ、このＡ／Ｄコンバータは、この信号を各サンプル
・ポイント毎に積分しデジタル化する。マイクロコンピ
ュータ６０が、回路５０からの積分されたスロープ信号
についての解析を行ない、この解析は、回転している容
器７についてそれらの信号が発生されている間に行なわ
れる。このマイクロコンピュータ６０は、該当する場合
には、排除装置駆動回路７０を介して排除装置７５を作
動させて容器７を不合格として排除し、この排除が行な
われるのは、その容器に関する処理後の情報が、不合格
とすべきライン・オーバ欠陥の存在を表示しているとき
である。

この検査システム５は以下のように動作する。

変調されたＬＥＤ３６の光は送光ファイバ内を進み、レ
ンズ・アセンブリ４３によって端部１０の密閉面１１」
二に、僅かに焦点の外れた状１ｍで結像される。この光
は反射されて上方へ返され、レンズ・アセンブリ４３を
通って送光ファイバと受光ファイバとがランダムに混合
されているファイバ混成断面の」−二へ入用する。受光
ファイバはこの光を搬送して光センサ３７へ戻し、そこ
では、既に述べたように、光センサ信号が復調されてア
ナログ信号が生成され、このアナログ信号は端部１０か
ら反射して返された光の量に基づいた信号である。容器
７がプローブ３０の下方で軸の周りに回転すると、密閉
面ＩＪの全体がこの装置によって走査される。その結果
、密閉面１１の全体の反射のパタンを表わす信号が得ら
れる。ライン・オーバが像２０を通過するときに、光は
様々な方向へ反射され、そのために非常に僅がな光だけ
がレンズ系４３を通って戻ることになる。これによって
、明白な信号レベルの低下がもたらされる。

塵芥や汚れ、それに端部が粗面となっている場合にも、
反射して返される光の量は同様に減少することがある。

しかしながら、以下に第６Ａ図〜第６Ｃ図に関して説明
するように、径方向に向けられた細長い光のパタン２０
を用いているために、ライン・オーバ欠陥をその他の信
号低下要因から区別しつつ、このライン・オーバ欠陥に
対する検査システム５の反応性が著しく向上されている
。

第６Ａ図〜第６Ｃ図は、処理用電子回路によって発生さ
れたアナログ信号を示すグラフであり、それらの信号は
、走査区間の種々の点に亙って、反射され光ファイバ束
３０を通して戻されたＬＥＤの光の先部を表わしている
。第６Ａ図〜第６Ｃ図の波形は、第５図の回路５０から
送出された増幅器５７の出力を受取ったオシロスコープ
８０に、表示された波形である。第６Ａ図のグラフは、
ライン・オーバ欠陥が光ファイバ・プローブ３０の直下
を通過することによって生じた８１の−・時的低下部を
含む、典型的な信号対雑音の波形を示している。第６Ｂ
図のグラフは、第６Ａ図のグラフが１目盛　１０　ミリ
秒であるのに対し、グラフの縮尺を１目盛５００マイク
ロ秒に拡大した−１−で、ライン・オーバ欠陥により発
生された信号低下部８３を示している。第６Ｃ図は１目
盛を２．５　ミリ秒としたグラフであり、このグラフ中
の一時的低下部８５と８７とは塵芥粒子に因るものであ
り、一方、信号低下部８９はライン・オーバ欠陥に因る
ものである。ライン・オーバ欠陥は信号レベルのはるか
に急激な低下をもたらしていることが理解されよう。第
６Ａ図〜第６Ｃ図のこれらのグラフは、ライン・オーバ
検査システム５の以下のような能力を示すものである。

即ち、ライン・オーバ欠陥以外の、問題ではないと考え
られている端部の特異部分を原因とする良品の損失をで
きる限り低減しつつ、一方では真正のライン・オー／へ
欠陥を童択的にしかも再現性をもって検出するという、
ライン・オーバ検査システム５の能力を、示しているの
である。

以上に具体的な実施例について説明したが、本発明の概
念から逸脱することなく、この実施例に対して種々の改
変並びに変更を加え得ることは当業者には明らかであろ
う。従って、本発明の範囲Ｃコこの実施例に限られるも
のではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ライン・オーバ溝が形成されているガラス製
ボトルの端部の斜視図、 第２Ａ図〜第２Ｃ図は、３種類の異なったライン・オー
バ溝の形態を示しているガラス容器の端部を内側から見
た部分立面図であり、 第２Ａ図は右側の壁面が急勾配で左側の壁面が緩勾配と
なっている溝を示しており、第２Ｂ図は左右対称な形状
の溝を示しており、 第２Ｃ図は右側の壁面が緩勾配で左側の壁面が急勾配と
なっている溝を示しており、第３図は、本発明の好適実
施例に係る検査システムの全体の幾分模式的な図であり
、反時計回りに回転しているボトルの端部を走査してい
るところを示しており、 第４図は、容器の密閉面を上方から見た、部分平面図で
あり、第３図の検査システムの矩形の光の像を示してお
り、 第５図は、第３図のシステムの光源と光検出器とそれら
に付随する電子回路との模式図であり、そして、 第６Ａ図〜第６Ｃ図は容器の端部の全体を走査した際の
検出光の強度を表わす、処理後の光検出器の出力信号の
グラフであり、 第６Ａ図は典型的な信号対雑音の波形を示しており、 第６Ｂ図はライン・オーバ欠陥信号を含む走査結果の拡
大図を示しており、 第６Ｃ図はライン・オーバ信号と塵芥信号との両方の特
徴を表わしている波形を示している。 尚、図中、 ５・・・・・・検査装置、 ７・・・・・・容器（ボトル）、 １０・・・容器（ボトル）の端部、 １１・・・端部の密閉面、 １２・・・端部の内壁面、 １３・・・端部の外壁面、 ２０・・・光の像、 ３０・・・光ファイバΦプローブ （光ファイバ束）、 ３１・・・プローブの分岐部（送光用）、３３・・・プ
ローブの分岐部（受光用）、３５・・・プローブの結束
部、 ３６・・・光源（ＬＥＤ）、 ３７・・・光センサ（フォトトランジスタ）、４０・・
・プローブ・エンド、 ４３・・・レンズ系、 ４５・・・スリット、 ４６・・・プローブ・マウント、 ５０・・・処理用電子回路、 ６０・・・マイクロコンピュータ、 ８１．８３．８９・・・ライン・オーバ欠陥に因る信号
低下部、 ８５．８７・・・塵芥粒子による信号低下部。 （外４名） ＦＩＧ、２Ａ　　　ＦＩＧ、２Ｂ　　ＦＩＧ、２ＣＦＩ
Ｇ、５ ０ツ３３　　　）３／ ＦＩＧ、６Ａ ＦＩＧ、６Ｂ ＦＩＧ、６Ｃ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガラス容器の密閉面を光学的に検査する装置であつ
   て、 二股形状の光ファイバ束を備えた走査ヘッドを備え、該
   光ファイバ束は、夫々送光用光ファイバと受光用光ファ
   イバとを収容した送光分岐部及び受光分岐部と、その末
   端部がプローブ・エンドとされた前記送光ファイバ及び
   前記受光ファイバを収容している結束部とを含み、 前記送光ファイバに光を供給するための光源を備え、 前記プローブ・エンドから前記密閉面へ投射される光を
   結像させると共に該密閉面で反射された光を前記プロー
   ブ・エンドへ導くための、レンズ系を備え、且つ、 前記受光ファイバによって導かれる光の強度を実質的に
   表わす出力信号を発生するための、処理手段を備える、 検査装置。 ２、前記密閉面が略々平面を画成しており、前記プロー
   ブ・エンドが、該プローブ・エンドの像の位置における
   該密閉平面に対する垂線に略々沿うように配置されてい
   ることを特徴とする、請求項１記載の装置。 ３、前記プローブ・エンドが細長形状のパタンに形成さ
   れており、前記レンズ系が、該細長パタンを、該パタン
   の長手方向軸が前記密閉面の径方向を向くようにして、
   該密閉面上に結像させることを特徴とする、請求項１記
   載の装置。 ４、前記細長パタンが矩形であることを特徴とする、請
   求項３記載の装置。 ５、前記細長パタンの前記像が、前記密閉面の内縁部と
   外縁部とを超えて延在することを特徴とする、請求項３
   記載の装置。 ６、前記プローブ・エンドの前記パタンが、前記密閉面
   上に僅かに焦点が外れた状態で結像されることを特徴と
   する、請求項１記載の装置。 ７、前記光源が高発光強度可視光ＬＥＤから成ることを
   特徴とする、請求項１記載の装置。 ８、前記ＬＥＤの可視光の波長が可視スペクトルの赤色
   領域に集中していることを特徴とする、請求項７記載の
   装置。 ９、容器密閉面の周方向検査を行なうための装置であっ
   て、更に、前記容器と前記走査ヘッドとのいずれか一方
   を他方に対して相対的に回転させることにより該走査ヘ
   ッドが前記密閉面を周方向に走査するようにするための
   回転手段を備えていることを特徴とする、請求項１記載
   の装置。 １０、前記光ファイバ束は各々が、略々等しい本数の送
   光ファイバと受光ファイバとを含み、それらの送光ファ
   イバと受光ファイバとが、該ファイバ束のプローブ・エ
   ンドにおいてランダムに混合されていることを特徴とす
   る、請求項１記載の装置。 １１、前記光源が、選択された周波数で振幅変調された
   光を発生し、前記処理手段が、光強度出力信号を発生す
   るための光検出器装置と、該光強度出力信号を復調する
   ための手段とを含んでいることを特徴とする、請求項１
   記載の装置。 １２、更に、前記出力信号が所定のスレショルド値以下
   に降下したときにレジスタリングを行なうための処理手
   段を備えていることを特徴とする、請求項１記載の装置
   。 １３、ガラス容器の密閉面を光学的に検査する装置であ
   って、 二股形状の光ファイバ束を備えた走査ヘッドを備え、該
   光ファイバ束は、夫々送光用光ファイバと受光用光ファ
   イバとを収容した送光分岐部及び受光分岐部と、その末
   端部が細長形状のパタンとされてプローブ・エンドとさ
   れた、前記送光ファイバ及び前記受光ファイバを収容し
   ている結束部とを含み、 前記送光ファイバに光を供給するための光源を備え、 前記プローブ・エンドから前記密閉面へ、該密閉面によ
   り画成される平面に対する垂線に略々沿うように投射さ
   れる光を結像させると共に、該密閉面で反射された光を
   前記プローブ・エンドへ導くための、レンズ系を備え、
   且つ、 前記受光ファイバによって導かれる光の強度を実質的に
   表わす出力信号を発生するための信号発生手段を備える
   、 検査装置。 １４、前記レンズ系が、前記プローブ・エンドの前記細
   長パタンを、該パタンの長手方向軸が前記密閉面の径方
   向を向くようにして、該密閉面上に結像させることを特
   徴とする、請求項１３記載の装置。 １５、前記細長パタンが矩形であることを特徴とする、
   請求項１３記載の装置。 １６、前記プローブ・エンドの前記パタンが、前記密閉
   面上に僅かに焦点が外れた状態で結像されることを特徴
   とする、請求項１３記載の装置。 １７、前記光源が高発光強度可視光ＬＥＤから成ること
   を特徴とする、請求項１３記載の装置。 １８、前記ＬＥＤの可視光の波長が可視スペクトルの赤
   色領域に集中していることを特徴とする、請求項１７記
   載の装置。 １９、前記光ファイバ束は各々が、略々等しい本数の送
   光ファイバと受光ファイバとを含み、それらの送光ファ
   イバと受光ファイバとが、該ファイバ束のプローブ・エ
   ンドにおいてランダムに混合されていることを特徴とす
   る、請求項１３記載の装置。 ２０、前記光源が、選択された周波数で振幅変調された
   光を発生し、前記処理手段が、光強度出力信号を発生す
   るための光検出器装置と、該光強度出力信号を復調する
   ための手段とを含んでいることを特徴とする、請求項１
   ３記載の装置。