JPH1164240A - 透明板中の気泡検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細な気泡であっても、透明板中の気泡の存
在を検出できる、光学的な気泡検出装置を提供すること
である。 【解決手段】 本装置は、走行する透明板Ｍ中の気泡を
検出する装置であって、透明板に直交した光軸１１を有
す一次元ＣＣＤカメラ１２と、カメラの光軸上に配置さ
れた光源１４と、透明板外方のカメラ寄りの焦点Ｆに集
光させる集光レンズ１６と、画像処理装置１８とを備え
る。カメラは、透明板の幅以上の走査幅で透明板を走査
する。光源は、透明板の幅より長い帯状の光を放射する
帯状ランプであって、カメラの光軸に直交する帯状中央
領域内では平行な光を放射し、その領域の外側では光軸
に対して１０°〜２０°の範囲の角度で斜め外方に光を
放射する。集光レンズは、光を所定の線状焦点に集光す
るシリンドリカルレンズである。画像処理装置は、カメ
ラから得た欠陥画像の画像データを画像処理し、予め設
定されている気泡識別基準と照合して、欠陥画像が気泡
かどうかを識別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透明板中の気泡検
出装置に関し、更に詳細には、透明板中の微細な気泡、
例えば０．２mm以下の気泡を確実に検出できる透明板中
の気泡検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック成形品は、プラスチック・
プレート、例えば厚さ１〜６mm程度の塩化ビニルプレー
トを加熱成形することにより製作されることが多い。素
材となる塩化ビニルプレートは欠陥が無いことに越した
ことはないものの、仮に塩化ビニルプレート内に微細な
繊維などの固形物が混入していたり、若干の変色が生じ
ていたり、ヘアクラック等の多少の欠陥があっても、成
形工程で大きな障害となったり、成形品の品質に重大な
影響を与えるようなことは生じない。しかし、気泡が透
明板内に存在すると、たとえそれが小さな気泡であって
も、その気泡が加熱成形時に膨張して、成形品の品質を
損じ、製品歩留りが低下する。そこで、従来は、塩化ビ
ニルプレートの加熱成形加工に入る前に、塩化ビニルプ
レートを目視検査して、塩化ビニルプレートに生じてい
る種々の欠陥から気泡を識別し、気泡の存在する塩化ビ
ニルプレートを排除している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、気泡の検査に
際しては、通常、３〜６ｍ／分位の速度で走行している
塩化ビニルプレートを目視検査しているので、気泡を検
出するのは難しかった。また、例えば０．２mm以下の直
径の気泡のように、気泡が小さいと、目視検査で気泡を
発見することは著しく難しく、またヘアクラック等の他
の欠陥との見極めが難しく、誤認することも多かった。
しかも、目視検査は、個人の感覚、経験、勘等に依存し
ているので、検査結果に個人差があってバラツキが生
じ、品質管理上で問題であった。ここでは、塩化ビニル
プレートを例にして、気泡の問題を説明したが、他のプ
ラスチック・プレート及び無機系の硝子板を含め、透明
板の気泡には同じ問題があった。そこで、目視検査に代
えて、別の検査方法で、例えば光学的な方法で透明板中
の気泡を客観的な基準で検出できる装置の開発が要望さ
れている。

【０００４】そこで、本発明の目的は、微細な気泡、例
えば直径が０．２mm以下の微細な気泡であっても、透明
板中の気泡の存在を検出できる、光学的な気泡検出装置
を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、透明板中
の気泡検出装置を開発するに当たって、光学的方法によ
り気泡を検出することにして、その検出原理を研究し
た。 （１）光学的に気泡を検出する手法として、基本的に
は、透明板に直交して平行光を照射し、気泡の透過光及
び反射光の画像データをＣＣＤカメラ等の撮像装置によ
り取得して、画像を解析することが考えられる。気泡に
よる反射光により、気泡は基準面より明るい白い画像と
して認識できる。また気泡の透過光により、気泡は基準
面より暗い黒い画像として認識できる。しかし、分解能
の低い５０μm ／画素程度のカメラを使った場合、この
手法では、気泡を単に白い画像又は黒い画像としてのみ
認識できるだけであって、ヘアクラック等の他の欠陥と
の区別ができない。

【０００６】（２）次に、同じく、透明板に直交して平
行光を照射し、カメラの分解能を高くして透過光を観察
すると、透明板の屈折率と気泡内の気体、例えば空気の
屈折率との差によって、気泡の周辺部が黒く、中心部が
白く見える画像、即ちドーナツ状の二次元画像として気
泡が認識できる。即ち、気泡の画像は、ドーナツ状の画
像の直径方向に、黒、白、白、白、黒の順序で並んだ画
素集合体、黒、白、黒の画素集合体として認識できる。
そこで、微細な気泡の画像であっても、ドーナツ状の二
次元画像の画像データをラプラシアンフィルタ処理やモ
ルフォロジー処理等によって画像処理することにより、
他の欠陥と区別することができる。モルフォロジー処理
は、気泡の大小によって処理ウインドーのサイズを変え
る必要があって、計算量が膨大になり、そのために処理
時間が長くなって、透明板中の気泡検出のようなインラ
イン検査に採用することは難しい。一方、ラプラシアン
フィルタ処理は気泡の大小によらず、画像の色の濃淡の
変化度合いのみで気泡検出性能が決定されるので、気泡
画像と基準面のノイズ画像との間に色の濃淡の差があれ
ば、形状の抽出ができる。ところで、分解能の高いカメ
ラはそれ自体高価であることに加えて、カメラの分解能
を高くすると、透明板の幅に沿って走査するカメラの台
数をそれだけ増やすことが必要になる。そのために、気
泡検出装置の製作費が嵩み、経済性の点で実用化が難し
くなる。例えば、分解能２０μm ／画素のカメラで観察
するために必要なカメラの台数は、分解能４０μm ／画
素のカメラで観察する際に必要なカメラの台数の２倍の
台数になる。しかし、０．２０以下のmmの気泡は、２０
μm ／画素の分解能のカメラでは、約５〜１０画素とし
て画像データが得られるものの、４０μm ／画素の分解
能のカメラでは、同じ気泡が５画素以下の画像データと
なり、通常の光学系ではドーナツ状の画像としてに観察
することは難しい。 （３）そこで、本発明者らは、４０μm ／画素程度の低
分解能のカメラを使用して、気泡をドーナツ状に観察で
きる光学系気泡検出装置を開発することにして、実験を
重ね、本発明を完成するに到った。

【０００７】上記目的を達成するために、本発明に係る
透明板中の気泡検出装置は、透明板中に存在する気泡を
検出する装置であって、透明板に直交する方向に光軸を
有する撮像装置と、透明板に関し撮像装置の反対側で撮
像装置の光軸上に配置された光源と、光源と透明板との
間に位置し、光源から放射される光を撮像装置の光軸上
で透明板の外方の撮像装置寄りの焦点に集光させる集光
レンズとを備えることを特徴としている。

【０００８】気泡面はほぼ球面であるから、気泡に入射
する光は、気泡に入射する際の気泡面に対する光の入射
角の相違により、気泡面で屈折して気泡を透過する光
と、気泡面で反射する光がある。本発明は、この現象を
利用している。例えば、図１（ａ）に示すように、透明
板を挟んで、カメラと、カメラの光軸に平行な平行光を
放射する光源がある光学系では、光軸上の気泡に対する
入射光は殆ど気泡表面で後方（光源側）に散乱するの
で、気泡は黒く見える。図１（ｂ）に示すように、透明
板を挟んで、カメラと、カメラの光軸に対して交差する
方向に光を放射する光源がある光学系では、カメラの光
軸上の気泡に対して入射光の入射角は気泡の周辺では大
きく、気泡表面で反射してカメラには到達せず、一方、
気泡の中心部では入射角が小さいので、光は屈折して透
過し、その透過光が気泡の内側で反射し、カメラに届
く。その結果、中心部では白く、周辺部では黒いドーナ
ツ状の画像が得られる。しかし、この光学系では、気泡
や他の欠陥の形状が歪んで見え、他の欠陥と誤認するお
それがあり、また検出し難いという問題がある。

【０００９】そこで、本発明の透明板中の気泡検出装置
は、図１（ｃ）に示すように、焦点気泡の中心部には平
行な光を照射して透過させ、気泡の周辺部には斜光とな
って更に気泡内に入射するような光を光源から放射し、
集光レンズにより透明板の外方の撮像装置よりに焦点を
合わすことにより、気泡の形状がよりドーナツ状に見え
るようにし、他の欠陥と誤認するおそれがあるという問
題を解決している。本気泡検出装置の光学系では、気泡
の中心部に対して平行な光を照射して、透過させ、周辺
部には斜め方向の光を照射しているために、気泡の中心
部は光が集まるために白くなり、周辺部は光が反射して
撮像装置に到達しないために黒くなり、歪んでいないド
ーナツ状の画像になる。これにより、低分解能のカメラ
でも気泡をドーナツ状に検出することができる。得たド
ーナツ状の画像データを処理することにより、気泡の特
徴量と比較してドーナツ状の画像であること、従って気
泡であると認識できる。

【００１０】よって、光源が、集光レンズにより焦点を
結ぶことができる限り光の波長、色等に制約はないもの
の、撮像装置の光軸に直交する所定の中心領域内では平
行な光を放射し、その領域の外周では光軸に対して１０
°〜２０°の範囲の角度で斜め外方に光を放射する光源
であることが望ましい。

【００１１】本発明の透明板中の気泡検出装置は、透明
板が気泡内の気体、例えば空気の屈折率と異なる屈折率
を有する材料である限り適用でき、例えば塩化ビニルプ
レート中の気泡の検出に最適である。透明板の厚さは特
に限定はなく、厚さ０．５mmから１５mmの透明板中の気
泡を検出することができる。また、無色透明板のみでな
く、赤色或いは青色等の色付きの透明板にも適用でき
る。撮像装置の種類は、制約はなく、例えばＣＣＤ型カ
メラを好適に使用でき、また、撮像装置の分解能は、高
いほど良いものの、少なくとも４０μm ／画素以上であ
れば良い。集光レンズは、光源から放射された光を撮像
装置の光軸上で透明板の外方の撮像装置寄りに焦点合わ
せする。直径の小さな気泡を検出するには、集光レンズ
の集光度を上げて、焦点距離を短くし、焦点を透明板の
面ぎりぎりに位置する。逆に、大きな気泡の場合には、
気泡全体を認識するためには、焦点距離が長いほうが良
い。また、焦点の位置を調整するために、集光レンズ
は、透明板に進退自在であるようにするのが好ましい。
また、気泡を検出する際の実際の焦点位置は、気泡の大
きさ、透明板の材質、走行速度等により異なるので、予
め実験して決める。

【００１２】走行する幅広の透明板中の気泡を検出する
には、好適には、撮像装置が、走行方向に直交する透明
板の幅方向に光軸を有する１台又は複数台の一次元ＣＣ
Ｄカメラとして構成され、透明板の幅以上の走査幅で、
長手方向に走行する透明板を走査し、光源が、透明板の
幅より長い帯状の光を透明板の幅方向に沿って透明板に
向け放射する帯状ランプとして構成され、かつ撮像装置
の光軸に直交する所定の帯状中央領域内では平行な光を
放射し、その領域の外側では光軸に対して１０°〜２０
°の範囲の角度で斜め外方に光を放射し、集光レンズ
が、光軸上の所定の線状焦点に、光源より放射された帯
状の光を集光するシリンドリカルレンズとして構成さ
れ、かつ透明板に向かって昇降自在な架台に支持されて
いるようにする。

【００１３】走行する幅広の透明板中の気泡を検出する
上述の装置では、光源として、例えばリニアブライトの
商品名で日本ビー・アイ（株）から販売されている伝送
ライトを使用し、集光レンズには透明板の幅より長いシ
リンドリカルレンズを使用する。

【００１４】光学系により得た画像は、ドーナツ状の画
像になっているものの、画像が小さいために、ドーナツ
状として認識することが難しい場合が多い。そこで、本
発明では、画像処理装置を設け、撮像装置で得た画像デ
ータを処理して、ドーナツ状の画像、従って気泡である
と認識している。即ち、本気泡検出装置は、好適には、
撮像装置から得た透明板中の欠陥画像の画像データをラ
プラシアンフィルタ処理によりエッジ抽出し、２値化
し、ラベリングし、次いで予め設定されている気泡識別
基準と照合して、欠陥画像が気泡かどうかを識別する画
像処理装置を備えている。これにより、直径が微細な気
泡、例えば０．２mm以下の気泡であっても、気泡か又は
他の欠陥かどうかを客観的基準に基づいて識別できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る透明板中の気泡検出装置
の実施の形態の一つの例であって、走行する塩化ビニル
プレート中の気泡を検出する装置である。図２（ａ）及
び（ｂ）は透明板中の気泡検出装置の本実施形態例の構
成を示す模式図であって、図２（ｂ）は図２（ａ）を塩
化ビニルプレートの走行方向の横から見た図である。図
３は透明板中の気泡検出装置の光源と集光レンズとを示
す斜視図である。本実施形態例の透明板中の気泡検出装
置１０（以下、簡単に検出装置１０と言う）は、図２に
示すように、水平面に沿って矢印方向に速度６ｍ／分で
走行する帯状の幅３００mm、厚さ０．５〜１．５mmの塩
化ビニルプレートＭ中の気泡を検出する装置である。装
置１０は、塩化ビニルプレートＭの上方に位置し、塩化
ビニルプレートＭの面に直交する方向に光軸１１を合致
させるように配置された３台のＣＣＤ型カメラ１２Ａ〜
Ｃと、塩化ビニルプレートＭに関しカメラ１２の反対側
でカメラ１２の光軸１１上に配置された光源１４と、塩
化ビニルプレートＭの外方のカメラ１２寄りでカメラ１
２の光軸１１上の直線状焦点Ｆに、光源１４から放射さ
れた光を集光する集光レンズ１６と、カメラ１２で得た
画像データを画像処理する画像処理装置１８とを備えて
いる。

【００１６】カメラ１２は、図２（ｂ）に示すように、
それぞれ、４０μm ／画素の分解能を有し、焦点距離が
０．２ｍ〜∞（無限大）のＡ〜Ｃの３台の既知の一次元
カメラで構成され、塩化ビニルプレートＭから４６０mm
上方の位置で画像を結像するように配置されて、塩化ビ
ニルプレートＭの幅に沿って走査する。カメラ１２は、
カメラの光軸方向を塩化ビニルプレートＭに直交する方
向に調整する調整機構（図示せず）を備え、カメラ架台
（図示せず）に支持されている。

【００１７】光源１４は、図２（ｂ）に示すように、塩
化ビニルプレートＭの幅より多少長い帯状光源であっ
て、図３に示すように両端が固定架台１９上に支持され
ている。本実施形態例では、光源１４として、出力が１
５０Ｗの伝送ライト（日本ビー・アイ（株）製の商品名
リニアブライト）を使用している。リニアブライトは、
図４に示すように、集光性の高い散乱板２０を背後に有
する点光源状のハロゲン・ランプ２２からなる光源部２
４と、少なくとも一方の端部で光源部２４と接続し、他
方の端部に反射鏡２６（両端部に光源部を備えるものも
ある）を有し、外側がアルミニウム・ケーシング（図示
せず）で覆われた石英ロッド２８とから構成されてい
る。光源部２４から照射された光は、石英ロッド２８に
入射し、石英ロッド２８内を全反射しつつ伝送され、他
端の反射鏡２６で反射して戻ってくる。全反射した光の
一部は、石英ロッド２８の上部に設けられた散乱板３０
に入射し、石英ロッド２８のレンズ作用により指向性を
有する光としてアルミニウム・ケーシングのスリットか
ら放射される。石英ロッド２８から出る光は、石英ロッ
ド２８に直交する断面で見て、図５に示すように、中央
の所定の領域（幅が２〜１０mm）で平行光として放射さ
れる光Ｂ₁ と、その外側で石英ロッド２８の光軸３２に
対して１０°〜２０°の範囲の角度θで外方に指向する
光Ｂ₂ とから構成されている。

【００１８】集光レンズ１６は、焦点距離が３０〜４０
mmの帯状の半円柱状のシリンドリカルレンズであって、
図２（ｂ）及び図３に示すように、光源１４から塩化ビ
ニルプレートＭに向かって５５mm離れ、塩化ビニルプレ
ートＭまで５２mmの位置に、光源１４の光軸３２上に光
源１４の長手方向に沿って配置されている。集光レンズ
１６は、集光レンズ１６をその光軸方向に自在に昇降さ
せる支持架台３４に支持されている。支持架台３４を昇
降させることにより、集光レンズ１６は、図２（ａ）に
示すように、塩化ビニルプレートＭに対して進退して塩
化ビニルプレートＭの外方カメラ１２寄りの所定位置Ｆ
に焦点を合わせることができる。

【００１９】画像処理装置１８は、カメラ１２で得た画
像データをラプラシアンフィルタ処理によりエッジ抽出
して、画像が、気泡か非気泡かを認識する装置である。
識別アルゴリズムは、画像データをラプラシアンフィル
タ処理によりエッジ抽出し、２値化し、ラベリングし、
次いで基準の気泡特徴量と比較して、気泡識別を行って
いる。気泡識別条件の第１は、暗部の中に明部があるか
否かであり、暗部の中に明部がある画像が気泡である第
１の条件である。他の条件は、気泡以外の欠陥を気泡と
誤認識しないために、気泡と非気泡を識別する条件であ
って、気泡の画像は暗部がドーナツ状になっているの
で、暗部と明部との境界は外側と内側の二つあって、ド
ーナツ状の暗部の変化幅がノイズ画像に比べて大きくな
っているので、画像処理装置１８は、その変化幅を強調
することにより、欠陥画像を気泡と非気泡とに識別して
いる。

【００２０】実施例 図６（ａ）は、装置１０で撮像した、直径０．５mmの気
泡の倍率２０倍の画像を装置１０のモニタ上に表示した
もののプリントの写しである。図６（ａ）では、プリン
トの写しであるために、画像がドーナツ状に見えない
が、その画像データは、図６（ｂ）に示すような階調を
有し、暗部がドーナツ状になっていて、明部が外側領域
と内側の略円形領域の二つの領域に別れているので、画
像処理装置１８により、気泡であると認識できる。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、光源と透明板との間に位置す
る集光レンズにより、光源から放射される光を撮像装置
の光軸上で透明板の外方の撮像装置寄りの焦点に集光す
ることにより、透明板中の光軸上に位置する気泡の画像
をドーナツ状の画像として撮像できる。これにより、欠
陥画像が気泡であることを識別できる。また、画像処理
装置を備え、撮像装置から画像データを得て解析するこ
とにより、微細な気泡であっても気泡を検出することが
できる。更には、透明板の長手方向に走査する１台又は
複数台の一次元ＣＣＤカメラとして撮像装置を構成し、
透明板の幅より長い帯状の光を透明板の幅方向に沿って
放射する帯状ランプとして光源を構成し、かつ撮像装置
の光軸に直交する所定の帯状中央領域内では平行な光を
放射し、その領域の外では光軸に対して１０〜２０°の
広がりで斜め外方に光を放射し、光源より放射された帯
状の光を所定の焦点距離で線状に焦点合わせするシリン
ドリカルレンズとして集光レンズを構成することによ
り、走行する透明板中の微細な気泡を検出する装置を実
現している。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明に係
る透明板中の気泡検出装置の作用を説明するための図で
ある。

【図２】図２（ａ）は透明板中の気泡検出装置の実施形
態例の構成を示す模式図で、透明板の走行方向に直交す
る方向から見た正面図、図２（ｂ）は、透明板の走行方
向から見た透明板中の気泡検出装置の実施形態例の側面
図である。

【図３】透明板中の気泡検出装置の光源と集光レンズと
を示す斜視図である。

【図４】光源の一例の構成を示す模式図である。

【図５】光源の一例の光の放射方向を説明する模式図で
ある。

【図６】図６（ａ）は気泡画像の例、及び図６（ｂ）は
図６（ａ）の画像データであって、画像の直径方向の光
量を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 本発明に係る、透明板中の気泡検出装置の実施形
態例 １１ 光軸 １２ ＣＣＤ型カメラ １４ 光源 １６ 集光レンズ １８ 画像処理装置 １９ 固定架台 ２０ 散乱板 ２２ ハロゲン・ランプ ２４ 光源部 ２６ 反射鏡 ２８ 石英ロッド ３０ 散乱板 ３２ 光軸

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明板中に存在する気泡を検出する装置
   であって、 透明板に直交する方向に光軸を有する撮像装置と、 透明板に関し撮像装置の反対側で撮像装置の光軸上に配
   置された光源と、 光源と透明板との間に位置し、光源から放射される光を
   撮像装置の光軸上で透明板の外方の撮像装置寄りの焦点
   に集光させる集光レンズとを備えることを特徴とする、
   透明板中の気泡検出装置。
2. 【請求項２】 光源が、撮像装置の光軸に直交する所定
   の中心領域内では平行な光を放射し、その領域の外周で
   は光軸に対して１０°〜２０°の範囲の角度で斜め外方
   に光を放射する光源であることを特徴とする請求項１に
   記載の、透明板中の気泡検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の透明板中の気泡検出装
   置が、長手方向に走行する透明板中に存在する気泡を検
   出装置であって、 撮像装置が、走行方向に直交する透明板の幅方向に光軸
   を有する１台又は複数台の一次元ＣＣＤカメラとして構
   成され、透明板の幅以上の走査幅で、長手方向に走行す
   る透明板を走査し、 光源が、透明板の幅より長い帯状の光を透明板の幅方向
   に沿って透明板に向け放射する帯状ランプとして構成さ
   れ、かつ撮像装置の光軸に直交する所定の帯状中央領域
   内では平行な光を放射し、その領域の外側では光軸に対
   して１０°〜２０°の範囲の角度で斜め外方に光を放射
   し、 集光レンズが、光軸上の所定の線状焦点に、光源より放
   射された帯状の光を集光するシリンドリカルレンズとし
   て構成され、かつ透明板に向かって昇降自在な架台に支
   持されていることを特徴とする請求項１に記載の、透明
   板中の気泡検出装置。
4. 【請求項４】 撮像装置から得た透明板中の欠陥画像の
   画像データをラプラシアンフィルタ処理によりエッジ抽
   出し、２値化し、ラベリングし、次いで予め設定されて
   いる気泡識別基準と照合して、欠陥画像が気泡かどうか
   を識別する画像処理装置を備えていることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の透明板中の気泡検出装置。