JPH08254505A

JPH08254505A - 透明物体中の微小欠陥検出方法

Info

Publication number: JPH08254505A
Application number: JP7082019A
Authority: JP
Inventors: Yukiyoshi Kuribayashi; 征喜栗林
Original assignee: Toyo Glass Co Ltd
Current assignee: Toyo Glass Co Ltd
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 1996-10-01
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JP2769797B2

Abstract

(57)【要約】【目的】透明物体の内部の微小な泡や表面に付着した
微小な内面異物等を、自動的に高速で精度良く検出でき
るようにする。【構成】ガラスびん１等の透明物体に収斂されたレー
ザ光線４を照射して、透明物体の一方の面５から入射し
たレーザ光線を他方の面９で反射させて再び一方の面か
ら出射させ、レーザ光線の入射点ａから出射点ｂまでの
間を含む領域をカメラ７で撮像し、その画像について入
射点ａによる反射像Ａと出射点ｂによる反射像Ｂの間に
おける反射像Ｃ・Ｄを検出し、その検出した反射像から
微小欠陥の有無を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス容器等の透明物
体の肉厚中に生じた微小の泡や異物、表面に付着した小
さい異物などの微小欠陥を検出する方法に関する。な
お、本発明でいう「透明」の概念には「半透明」も含む
ものとする。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、透明物体に生ずる欠陥、特
にガラスびんの胴部に生じる泡の検出を意図した検出方
法の一つとして、特開平５−２２３７４６号公報に開示
された方法を既に提供している。この方法は、光源から
の光を、明暗が交互に規則性をもった識別パターンとし
てガラスびんの胴部の検査領域に照射し、その透過光
を、焦点が検査領域の後方に位置するようにした固体撮
像素子カメラで撮像する。明暗交互の規則性をもった識
別パターンは、泡の部分を透過するとき固体撮像素子上
でピントが合ったような状態となる。そこで、固体撮像
素子の出力の高低を固体撮像素子の配列順序に従って検
出してその高低が急峻な画素数を計数し、その画素数が
予め設定された個数以上存在しているときに欠陥有りと
判定する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法は、
肉眼でも容易に識別できる程度の大きな泡であれば検出
可能であるが、肉眼では見えないガラス内の「シード」
と言われている数μｍ程度の微小な泡の検出は不可能で
ある。

【０００４】従来、かかるガラス内の微小な泡やびん内
面に付着した微小な内面異物の存否を確認するには、製
造された多数のガラスびんの中から任意のガラスびんを
抜き取り、これを破壊してそのガラス片を倍率４０倍以
上の顕微鏡を使用して目視検査するという人為的な方法
しかなかった。この方法では、１日にせいぜい１本程度
しか検査できず、目の疲労をきたし、安全衛生上からも
問題があった。

【０００５】本発明の目的は、ガラスびん等の透明物体
の内部の微小な泡や表面に付着した微小な内面異物等
を、検査対象製品を破壊することなく自動的に高速で精
度良く検出できる、透明物体中の微小欠陥検出方法を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による方法は、透
明容器等の透明物体に収斂されたレーザ光線を照射し
て、透明物体の一方の面から入射したレーザ光線を他方
の面で反射させて再び一方の面から出射させ、レーザ光
線の入射点から出射点までの間を含む領域をカメラで撮
像し、その画像について入射点による反射像と出射点に
よる反射像の間における反射像を検出し、その検出した
反射像から微小欠陥の有無を判定する。より微細な欠陥
まで検出する場合には、拡大レンズで拡大してからカメ
ラで撮像する。

【０００７】入射点による反射像と出射点による反射像
の間に現れる反射像の中には、透明物体の他方の面での
反射によって生ずる入射点の虚像も含まれているので、
この虚像を除く他の反射像を検出し、その検出した反射
像から微小欠陥の有無を判定する。

【０００８】入射点による反射像と出射点による反射像
の間の反射像について、入射点による反射像からの距離
を求め、この距離と、入射点による反射像と出射点によ
る反射像の距離との比から微小欠陥の種類（例えば、泡
であるか内面異物であるか）を識別することができる。
また、入射点による反射像と出射点による反射像との距
離から透明物体の厚さを求めれば、この厚さを基準とし
て微小欠陥の分布を知ることができる。

【０００９】透明物体を所定角度ずつ回転させて微小欠
陥の検出を繰り返し、またカメラ及びレーザ光源を所定
距離ずつ下方又は上方へ移動させて微小欠陥の検出を繰
り返すことにより、透明物体の必要面積について検査す
ることができる。

【００１０】

【作用】今、図１に示すように検査対象がガラスびん１
である場合、レーザ光源２からのレーザ光線を集光用凸
レンズ３で集光して光のエネルギー密度を高め、この収
斂されたレーザ光線４をガラスびん１に外部から斜めに
照射すると、そのレーザ光線４はガラスびん１の外表面
５からガラス内部に入射するが、その入射点ａで一部が
反射し、これが、拡大レンズ６で拡大してカメラ７で撮
像された二次元の画像８中に最も輝度の高い入射点ａの
反射像（円光）Ａとなって現れる。これを入射点ａの実
像とすると、入射点ａの反射光はガラスびん１の内表面
９でのミラー効果を受けて虚像ａ’ができるため、これ
がカメラ７の画像８中にも入射点ａの虚像Ａ’となって
現れる。この虚像Ａ’が現れる位置は、欠陥のないガラ
スびんについて事前に検査しておくことで、入射点ａの
反射像Ａとの距離から予測できるので、この虚像Ａ’を
区別することは容易である。また、ガラス内部に入射し
たレーザ光線４は、ガラスびん１の内表面９を反射して
ガラスびん１の外表面５から出射する際に再び反射し、
これが入射点ａとは離れた出射点ｂの反射像Ｂとなって
現れる。この出射点ｂの反射像Ｂが現れる位置も、欠陥
のないガラスびんについて事前に検査しておくことで、
入射点ａの反射像Ａとの距離から予測できる。もし、ガ
ラス内部に微小な泡ｃが有り、これにレーザ光線４が当
たると、レーザ光線４は泡ｃにより乱反射するので、こ
れが入射点ａの反射像Ａと出射点ｂの反射像Ｂとの間で
反射像Ｃとなって現れる。また、ガラスびん１の内表面
９に内面異物ｄが有ると、レーザ光線４はこの内面異物
ｄで乱反射し、これも入射点ａの反射像Ａと出射点ｂの
反射像Ｂとの間で反射像Ｄとなって現れる。

【００１１】従って、最も輝度の高い入射点ａの反射像
Ａと出射点ｂの反射像Ｂとの間に、入射点ａの虚像Ａ’
以外の反射像が現れた場合、この反射像は微小な泡ｃや
内面異物ｄ等の欠陥によるものであると推定できるの
で、このような反射像を検出することにより欠陥の有無
を判定できる。また、ガラス内部の泡ｃによる反射像Ｃ
と内面異物ｄによる反射像Ｄとでは、入射点ａの反射像
Ａからの距離が異なるため、その距離と、入射点ａによ
る反射像Ａと出射点ｂによる反射像Ｂの距離との比を求
めれば、その比は泡ｃ又は内面異物ｄの相対位置を示す
ことになるので、ガラスびん１の肉厚の違いなどに影響
されることなく、微小欠陥の種類を精度良く識別でき
る。

【００１２】最も輝度の高い入射点ａの反射像Ａから最
も離れたところに出射点ｂの反射像Ｂが現れるが、この
反射像Ｂはガラスびん１の内表面９での反射によるもの
であるため、入射点ａの反射像Ａと出射点ｂの反射像Ｂ
との距離はガラスびん４の厚さに依存している。従っ
て、カメラ７の画像８中における入射点ａの反射像Ａと
出射点ｂの反射像Ｂとの距離からガラスびん１の厚さを
求めることができる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１４】図２において、検査対象のガラスびん１を
載置するための回転テーブル１０を基準として、その一
側方に、レーザ光源２とＣＣＤカメラ７と距離センサ１
１とが一つの光学ユニット１２として共通の光学ユニッ
ト台（図示せず）上に配置されている。回転テーブル１
０上のガラスびん１は、中心を合わせるために位置決め
リング１３によって位置決めされる。このガラスびん１
を所定角度ずつ回転させるため、回転テーブル１０を回
転させるびん回転用ステップモータ１４は、そのモータ
ドライバ１５を入出力シーケンサ１６で制御することに
より所定ステップずつ回転させることができるようにな
っている。

【００１５】レーザ光源２からのレーザ光線は集光用凸
レンズ３で集光され、収斂されたレーザ光線（小さいス
ポット光）４としてガラスびん１の外表面５に斜めに照
射される。ＣＣＤカメラ７には、図１に示したガラスび
ん１上での入射点ａと出射点ｂとを含む領域を拡大して
撮像するため拡大レンズ６が取り付けられ、ＣＣＤカメ
ラ７の光軸とレーザ光源２の光軸とは所定の角度θ（例
えば４５度）になっている。ＣＣＤカメラ７の画像取り
込みは回転テーブル１０を停止させた状態で行われる。

【００１６】距離センサ１１は、光学ユニット１２とガ
ラスびん１の外表面５との距離を測定するもので、その
測定信号はセンサコントローラ１７へ入力される。そし
て、光学ユニット１２がガラスびん１の外表面５に対し
て予め決めた距離を保つように、光学ユニット前後動ス
テップモータ１８のモータドライバ１９がセンサコント
ローラ１７によって制御される。このモータ制御は、入
出力シーケンサ１６からの画像非取り込み期間信号によ
り、ＣＣＤカメラ７から画像の取り込みをしていない期
間に行われる。なお、光学ユニット１２の前後位置調整
を手動操作により行うようにしてもよい。ＣＣＤカメラ
７は、光学ユニット台上における位置をカメラ調整ハン
ドル７ａの操作によって前後に調整できるようになって
いる。

【００１７】また、光学ユニット１２は、光学ユニット
上下動ステップモータ２０のモータドライバ２１を入出
力シーケンサ１６で制御することにより、上下動できる
ようにもなっている。

【００１８】ＣＣＤカメラ７による撮像信号は、カメラ
コントロールユニット２２を介して画像処理ボード２３
を含むコンピュータ２４に取り込まれ、画像解析され
る。なお、図２において、２５はカメラコントロールユ
ニット２２を介した画像を表示するモニタ用ディスプレ
イ、２６はコンピュータ２４のためのディスプレイ、２
７はプリンタ、２８は各種の設定値等を入力するキーボ
ードである。

【００１９】次に、本発明の方法による処理を図３のフ
ローチャートに従って説明する。ステップＳ１で各種の
設定値等をコンピュータ２４に入力した後、測定を開始
し、ステップＳ２でＣＣＤカメラ７からの二次元画像を
取り込み、これを次のような手順で画像解析する。先ず
ステップＳ３では、ステップＳ１で設定したウインドウ
内について、設定した輝度及び面積以上の反射像を検出
する。これにより、少なくとも図１に示した入射点ａの
反射像Ａとその虚像Ａ’と出射点ｂの反射像Ｂは検出さ
れ、また泡ｃ又は内面異物ｄがあればこれらによる反射
像Ｃ、Ｄも検出される。

【００２０】次のステップＳ４で、入射点ａの反射像Ａ
と出射点ｂの反射像Ｂとの間に、虚像Ａ’以外の反射
像、つまり欠陥による反射像Ｅ（泡ｃによる反射像Ｃ、
内面異物ｄによる反射像Ｄを含む）が有るか否か判断
し、無ければステップＳ５に進み、びん回転用ステップ
モータ１４により回転テーブル１０と共にガラスびん１
を１ステップ回転させる。ステップＳ６でガラスびん１
が一周回転したか否か判断し、一周回転に満たなければ
ステップＳ４に戻って反射像の検出とガラスびん１の回
転とを繰り返す。ステップＳ４で欠陥の反射像Ｅが有れ
ば、ステップＳ７に進んで虚像Ａ’又は出射点ｂの反射
像Ｂは検出できているか否か判断し、検出できていれば
その時点の入射点ａの反射像Ａと虚像Ａ’と出射点ｂの
反射像Ｂを用いるが、もし検出できていなければステッ
プＳ８に進み、直前の検出処理時に既に検出した入射点
ａの反射像Ａと虚像Ａ’と出射点ｂの反射像Ｂとを用い
て、次のステップＳ９からＳ１１の演算を行う。

【００２１】ステップＳ９では、入射点ａの反射像Ａか
ら欠陥の反射像Ｅまでの距離Ｌを求める。次のステップ
Ｓ１０では、入射点ａの反射像Ａと出射点ｂの反射像Ｂ
との距離と、ＣＣＤカメラ７の光軸とレーザ光源２の光
軸との角度θと、ガラスびん１のガラスの屈折率ｎ_Gと
から、次の式によりガラスびん１の厚さｔを求める。ｔ＝（｜Ａ−Ｂ｜）／｛２ｎ_Gｔａｎ（ｓｉｎ^-1θ）｝本例の場合、θは上記のように４５度、ｎ_Gは約１．５
である。なお、入射点ａの反射像Ａと虚像Ａ’との距離
に２を除算することによっても、ガラスびん１の厚さｔ
を求めることができる。

【００２２】ステップＳ１１では、欠陥の反射像Ｅの相
対位置として、入射点ａの反射像Ａから出射点ｂの反射
像Ｂまでの距離（Ａ−Ｂ）に対する、入射点ａの反射像
Ａから欠陥の反射像Ｅまでの距離（Ａ−Ｅ）の比率Ｒ＝
｛（Ａ−Ｅ）×１００｝／（Ａ−Ｂ）を計算する。

【００２３】次に、ステップＳ１２では欠陥の反射像Ｅ
の種別をするため、欠陥の反射像Ｅの相対位置として求
めた比率Ｒが５０パーセント前後の範囲、例えば４０≦
Ｒ≦６０の範囲であるか否か判断し、範囲内であればス
テップＳ１３に進んで内面異物ｄであるとしてその数を
カウントし、範囲外であればステップＳ１４に進んで泡
ｃであるとしてその数をカウントする。そして、いずれ
の場合にもステップＳ１５に進んで当該欠陥の位置座標
を認識してから、上記ステップＳ５に進んで欠陥の反射
像Ｅが無かった場合と同様にガラスびん１を１ステップ
回転させる。なお、ステップ１２での判定範囲である４
０≦Ｒ≦６０は、ガラスびん１の厚さｔを基準とすると
図４に示すように内表面９から０．２の割合となる。な
お、この４０≦Ｒ≦６０という範囲及び０．２という割
合は、あくまでも一例であって、検査対象の透明物体や
検出精度等を考慮として任意に設定するものである。

【００２４】ガラスびん１が一周回転したことをステッ
プＳ６で判断したならば、ステップＳ１６で一周分のデ
ータの要・不要を判断し、必要である場合にはステップ
Ｓ１７に進んで欠陥についての一周分のカウント値を出
力してからステップＳ１８に進み、不要である場合には
出力しないでステップＳ１８に進む。ステップＳ１８で
光学ユニット上下動ステップモータ２０を駆動して光学
ユニット１２を１ステップ下降させたら、ステップＳ１
９に進んで光学ユニット１２が下限位置に達したか否か
判断し、達していなければステップＳ３に戻って上記の
ような処理を繰り返す。

【００２５】ステップＳ１９で光学ユニット１２が下限
位置に達したならば、ステップＳ２０に進んでびん１本
分のカウント値を出力し、次のステップＳ２１では、ス
テップＳ１０で求めた厚さｔについてびん１本分の平均
厚さを計算する。次のステップＳ２２では、びん１本分
の欠陥の総数を推定するに当たり、びん１本分について
の泡ｃの反射像Ｃのカウント数Ｓと内面異物ｄの反射像
Ｄのカウント数Ｉのそれぞれについて、次のような補正
計算を行う。

【００２６】泡ｃの反射像Ｃのカウント数Ｓを補正する
のは次のような理由による。上記のようにガラスびん１
を１ステップずつ回転させて反射像Ｃを検出すると、図
３に示すように同じ一つの泡ｃは、ある回転ステップで
は入射点ａから内表面９までの入射光４ａによって反射
像Ｃを形成し、別の回転ステップでは内表面９から出射
点ｂまでの出射光４ｂによって反射像Ｃを形成する。す
なわち、同じ一つの泡ｃがガラスびん１の一周回転当た
り反射像Ｃを２度形成することになるため、泡ｃの反射
像Ｃのカウント数Ｓから２を除算（Ｓ／２）する必要が
ある。

【００２７】また、ガラスびん１を図４のように厚さ方
向に見た場合、ステップ１２での判定範囲は上記のよう
に内表面９から０．２の割合となっており、この範囲内
の欠陥をステップ１３では内面異物ｄであると判定して
いるが、この範囲内の欠陥には実際には泡ｃも含まれて
いる。一方、この０．２の範囲を除く外表面５までの範
囲（ｔ−０．２）の欠陥はほとんどが泡ｃであると見做
せるので、ステップＳ１４で泡ｃと判断したものはその
まま泡であるとして、この（ｔ−０．２）の範囲におけ
るびん１本分の泡については、上記のように泡ｃのカウ
ント数Ｓに２を除算した数（Ｓ／２）をもって総数とし
て良い。しかし、０．２の範囲については、上記のよう
に内面異物ｄのカウント数Ｉの中に泡の分も含まれてい
るので、（ｔ−０．２）の範囲における泡の総数（Ｓ／
２）から、０．２の範囲にも予想される泡の数を確率と
して計算し、その計算した予想数ｓ’と（ｔ−０．２）
の範囲における泡の総数（Ｓ／２）とを加算することに
より、びん１本分の泡の全推定数とし、また内面異物に
ついては、内面異物ｄのカウント数Ｉから泡の予想数
ｓ’を減算し、更にその減算結果に例えば統計的に得た
係数を掛け算することにより、びん１本分の内面異物の
全推定数とする。

【００２８】次のステップ２３では、びん１本分につい
て欠陥の存在位置が分かるような分布図を画面に出力
し、ステップ２４でヒストグラムの要・不要を判断して
必要である場合、ステップＳ２５に進んでびん１本分の
欠陥のカウント数のヒストグラムを画面に出力し、ステ
ップ２６で印刷の要・不要を判断して必要である場合、
ステップＳ２７に進んでびん１本分の結果をプリントア
ウトし、最後にステップＳ２８でびん１本分のデータを
記憶媒体にセーブして終了する。

【００２９】上述した実施例は検査対象がガラスびんの
場合であるが、本発明はガラスびん以外の他の透明容器
にも適用でき、また容器に限らず透明製品一般の微小欠
陥の検出に広範に適用できるものである。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。透明物体に収斂されたレーザ光線を照射して、透明
物体の一方の面から入射したレーザ光線を他方の面で反
射させて再び一方の面から出射させ、入射点による反射
像と出射点による反射像の間における反射像をカメラの
画像中から検出するので、欠陥による反射像が明瞭に現
れるため、検査のために透明物体に特別を表面加工等を
施す必要がない。入射点による反射像と出射点による反射像の間にお
ける反射像をカメラの画像中から検出することで欠陥の
有無が分かるため、肉眼で見ることができない数μｍ程
度の泡などの微小な欠陥でも自動的に検出できる。透明容器の場合、その外表面に汚れなどの付着物や
容器の物質中に微小な泡などがあっても、内表面の欠陥
である内面異物を識別できる。入射点による反射像と出射点による反射像の間にお
ける反射像を検出するため、透明物体の材質や厚さの変
化などに影響されることなく微小な欠陥を精度良く検出
できる。ガラスびんに対して行っていた従来の検査のよう
に、検査対象を破壊することなく検査できる。高速に自動検査できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の検出原理を図解した説明図であ
る。

【図２】本発明の方法を実施するシステムの一例のブロ
ック構成図である。

【図３】図２のシステムを使用した処理の流れを示すフ
ローチャートである。

【図４】欠陥のカウント数の補正を行うことを解説する
ための説明図である。

【符号の説明】

１ガラスびん２レーザ光源３集光用凸レンズ４レーザ光線５ガラスびんの外表面６拡大レンズ７カメラ８画像９ガラスびんの内表面ａ入射点ａ’ 入射点の虚像ｂ出射点ｃ泡ｄ内面異物Ａ入射点の反射像Ａ’ 虚像Ｂ出射点の反射像Ｃ泡の反射像Ｄ内面異物の反射像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明容器等の透明物体に収斂されたレーザ
光線を照射して、透明物体の一方の面から入射したレー
ザ光線を他方の面で反射させて再び一方の面から出射さ
せ、レーザ光線の入射点から出射点までの間を含む領域
をカメラで撮像し、その画像について入射点による反射
像と出射点による反射像の間における反射像を検出し、
その検出した反射像から微小欠陥の有無を判定すること
を特徴とする透明物体中の微小欠陥検出方法。
【請求項２】レーザ光線の入射点から出射点までの間を
含む領域を拡大レンズを介してカメラで撮像することを
特徴とする請求項１に記載の透明物体中の微小欠陥検出
方法。
【請求項３】入射点による反射像と出射点による反射像
の間の反射像のうち、透明物体の他方の面での反射によ
って生ずる入射点の虚像を除く他の反射像を検出し、そ
の検出した反射像から微小欠陥の有無を判定することを
特徴とする請求項１又は２に記載の透明物体中の微小欠
陥検出方法。
【請求項４】入射点による反射像と出射点による反射像
の間の反射像について、入射点による反射像からの距離
を求め、この距離と、入射点による反射像と出射点によ
る反射像の距離との比から微小欠陥の種類を識別するこ
とを特徴とする請求項１、２又は３に記載の透明物体中
の微小欠陥検出方法。
【請求項５】入射点による反射像と出射点による反射像
との距離から透明物体の厚さを求めることを特徴とする
請求項１、２、３又は４に記載の透明物体中の微小欠陥
検出方法。
【請求項６】透明物体を所定角度ずつ回転させて微小欠
陥の検出を繰り返すことを特徴とする請求項１、２、
３、４又は５に記載の透明物体中の微小欠陥検出方法。
【請求項７】カメラ及びレーザ光源を所定距離ずつ下方
又は上方へ移動させて微小欠陥の検出を繰り返すことを
特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載の透
明物体中の微小欠陥検出方法。