JPS5824841A - 容器の検査装置 - 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】 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ックのびんと言った透明または
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った
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。消費者にとって構造上も衛生上
も危険な廃棄すべき容器は欠陥の逢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。細い光ビームのような光
う７Ｈを利用（−だ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。たとえはブロー法で作られたびん
は壁Ｊ＋γの不均一や型締目印と型番号数字とを有して
いる。

多くのびんけびＡ、の構造的完全状１川を［６めるため
ガラス外表面に型押される領域をイイする。これらびん
の構造上の凹凸ｄ、９小汚小汚子粒子造的欠陥と区別し
なければならない光学的バックグラウンドノイズを成し
ている。このバック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って困難さが増す。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ック
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っている。この焦点深度が
太きｂと横歪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々
バッ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
とが困難であったつ 従って本発明の目的は、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
は底に光を照射し検査装置の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。

本発明の新規性は特許請求の範囲に明確に記載されてい
る５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誰何図面と共に以下の記載か
ら明らかと々ろう。

本発明の理解のため、偏光ビームが滑らができれい々ガ
ラスやプラスチック（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ック）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（す々ゎち屈折率）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。従って光学的散乱は光
学的境界面を成す媒体表面の相さく凹凸）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ック）
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っ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）に々る。偏光に関する詳細はたと
えば、Ｔｅｎｋｉｎｓ　、Ｗｈ：１．ｔｅ共著［Ｆｕｎ
ｄａｍｅｎｔａｌｓ　ｏｆ　０ｐ−１ｊ、ｃｓ　Ｊ　（
ＭｃＧｒａｗ−Ｈ１ｌ１社１９５７年刊）々ど多くの光
学に関する１物に示されている。

８１￥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って（入射角θは反射角Ｕに等しい
）反射する。ガラス２はある程度の表面相さとカラス内
部の不均質さく特に小さガス泡と汚染粒子）を有してお
り、光学的散乱を起す。この散乱光３け幾分偏光が消さ
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８を偏
光素子４にコルプリズムや市販の偏光板々と）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
最小に々る。偏（７） 光ビーム１が汚染粒子（たとえば残留紙片やカビ々ど）
に当るとその１ｊ女乱光８けほとんど偏ら々い光（自然
光）に力る。汚染粒子が透明体のときまた粒子を透過さ
れる光の偏光状態が粒子自体の性質によって変化される
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萌に配置にするとガラスまた
はプラスチック容器の有害汚染物質の検視に効果を発揮
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、渣だ集光装置の偏光
状態変化効果が検出器表面に到達するこのバックグラウ
ンド光の偏光状態に影響を及ぼさない位置に配置され々
ければなら々い。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って任意の角度で
出てＡ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。

（８） 光の偏光軸が偏光素子４の通過軸に対して９０°の角度
を成すとき偏光素子４は直線便光を通過させない。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って定
寸る。笑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
８よりもはるかに大きく々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
。従ってガラス容器２の内部全面を検査するため、複数
の検知器が容器２の周囲に沿っ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っていくの
で、各検知器は汚染粒子からの散乱光８の一部を受ける
。容器の特定ｆｘ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６ａ−６ｃ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。８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、４０図
は検知器６ａ。

６ｂ、６ｃからの検知器信号Ｅｌｌ、Ｓ２，８８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。パックグラウンドノイズは場所によって
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り０前述
の実施例においては単に８個の検出器６ａ、６ｂ、６ｃ
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った利点を持た
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１
２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２１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の周囲に沿って複数の検出器を
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ッ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っ本発明
の重要な点は走査偏光ビームを容器に尚で、偏光に感応
する複数９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う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
容器とによって行なわれる。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ｅ　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　（
ｔｌ＝Ａ（ｔ）・５ｉｎ（ωｔ＋π／４）とθ、　（ｔ
ｌ　＝　Ａ（ｔｌ　・ｓｔｎωｔの振幅で駆動され、２
枚のミラーのモータの間に９０°の位相差があるっ駆動
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シ出すことが
できる。

第７図に規準レーザ光源３０と偏光素子３２によシ発生
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４と生するレーザによりあるい
は規準されたアークランプや白熱フィラメント光源と偏
光素子とによシ作シ出せる。

第７図の実Ｍｌｊ例において正弦波駆ｅｂ部をイｌ１ｉ
ｊえた振動ミラー３１と３３は′＃器３５の内部全面に
わたって渦巻走査を行なわせる。３個の検知器３６．　
：（７，３８は容器内宙゛・からの散乱光３９の最大量
を捕捉するために容器層１（１１に沿って配置される。

各光学検知５３６゜３７、３８は偏光素子を有し、偏光
素子を通して検知器に到鑓するすさての元は散乱光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＋４］体検知器または真空管形の光
′電子増倍管検知器である。この光芋検知器に費求され
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υ、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って得られる電気的応答信号が変
化する。第７図の検知５３６．３７゜３８はさらに検知
器に到達する周囲光レベルを低くするｔめレーザ波長に
中心を合わされた光学的帯域フィルタを有している。

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レーザ帯域フィルタ４４と光
電子増倍管検知″ａｒ４５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０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
透明プラスチック）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、帯威フィルタ４４け検知器に不必牧となる
。汚染粒子散乱光からの偏光の消された光は偏光素子４
１に到達しフレネルレンズ４２によシ拡散板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４８
号は増幅され信号処理モジュール５０に人力される。検
知器信号ＤＳｄ増＋１４１５１により増幅され次に低域
フィルタ５３からの低周波信号成分は高域フィルタ５２
により除去される。フィルタのしゃ断固波数は微小汚染
粒子（直径０．５〜１．０．の不透明粒子）から１．４
大信号応答が得られるように定められる。それぞノ１．
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。渦巻元走査においては、この走査速助は一定で
は斤く、容罰内部全・［口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１−里回路を必要と
する。フィルタを伸過してきた信号は正規化四路５４に
おいて低周波成分（ｄａ）を高周波成分（ａｃ）に分割
することによりその大きさが正％＋、化される。このＩ
Ｆ規化処理はディ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ッサを用いることでめる。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、フィ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。この人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ィジ（１５） 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、従っ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図の芙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４１１な底のよ
うなＩｉＳ分）場合には検知器のどれか１つの検知器か
（１６） らの１ｅ嘔号が排除［・：１知器として独立して１四用
できる。

端理ｈ；Ｉ算の他の方法は「欠陥」状−信号が作られる
前に所′ｉ１ｉ時−１（走什ｈ−１期に鴫しい）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
の元学核６！？は足前ビームと汚染〉ｉ１７子の多及市
１焼信号を必要とする。この多度検知歳理回烙は「計容
」状；事と「Ｊ」トレ↑Ｓ」状四の間の不ｆｉｌＩ＋’
定１．ｌＩ域を八１・＜すのに効果的にｉすｉ出される
。これら２つの１ば叶処哩方法がＰｇｌ（ｌ凶に示され
ている。伶゛造上の微小ノイズが存在する容器内部に対
しては検知器信号５７の！”：ＭＫ（ｌ　＠せがＡ−１
１用される。角部とラベルの付けら相、ｆｒ、壁部に対
しては一欽！１・号６１が利用され、容器ＩＡＩの中＊
　ｇａｓにズ−Ｉしては宿々の検出器悟性５７またけ検
出器−Ｕ悟性６Ｌの応答１６′号力臂１１由さオＬる。

遅延モジュール６２に「欠陥」がビーム走イ〔の横ｂ■
１回以上によって検知されることを必要とする。

この遅延モジュールは正確に１２しπ胸１す１だけパル
ス５９を遅延させる。この遅延パＩＬ／スを１企続のパ
ルスと蘭理的に、；１！合せることにより、欠陥１Ｈ号
が２度捕捉され妥当欠陥信号をｌ：１；じさせる、、１
−号５８と５９が論用！回路モジュール（論理積）の人
力の１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オｔ
を制御Ｍ１するためのビーム位置論理回路モジュール５
６を用いて半透明各型の各部を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棚４略悟号処
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？ａ検知器の構成６兄明図、第９図は本発明によ
る信号処理回路の１実流側のブロック構成図、第１０図
は第９図のしきい値検知器のｌ実姉例の論理回路掃成図
である。 １．３４・・・偏光ビーム〔走査ビーム）、６．６ａ。 ６　ｂ　、　６　ｃ　、　２］　、　２２　、３６　、
３７　、　：３８−検知器、４゜４】・・・偏光素子、
４２・・・フレネルレンズ、４３・・・拡散板、４４・
・・帯域フィルタ、４６・・・増幅・インターンェイス
部、５０・・・信号処理モジュール。 出願人代理人　　猪　　股　　　　　清（１９） しｈ酊の；争書ｉ’ｉ−″、二−−：七更ζ・ｊ−）第
１図 第２図 （２０） 第３図 約しト　　　　　　ノイス” ７ａ′− 手続補正書（方式） ％式％ ２、発明の名称 容器の検査装置 ３、補正をする者 事件との関係特許出願人 ７、補正の対象 図面 ８、補正の内容 図面の浄書（内容に変更なし）。 −入

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欠陥
   を検知するための電子光学的検査装置であって、前記容
   器内の有害汚染物質を照射する偏光ビームを発生する手
   段と、前記容器自体から反射される偏光ビームと異なる
   前記有害汚染物質からの散乱光を検知するための偏光ビ
   ーム検知装置とを備えた容器の検量装置。 ２、前記偏光ビーム検知装置が光電子増倍検知器の視界
   を広げるためのフレネルレンズ光学系と、査装置。 ３、前記偏光ビーム検知装置が結像光を拡散させるため
   の拡散板と、前記光電子増倍検知器に到達する周囲光レ
   ベルを低下させるための帯域フ記載の検査装置。 ４、透明または半透明の容器の表面上−または内部の欠
   陥を検知するための電子光学的検査装置であって、前記
   容器内の有害汚染物質を照射する走査光ビームを発生す
   る手段と、前記容器の構造によって生ずる擬似欠陥信号
   を除去し許容／排除の適否状態信号を形成するため検知
   器信号の論理組合せを用いる複数の光学検知器とを備え
   た容器の検査装置。 ５、前記複数の光学検知器の各々が視界を広げる６、前
   記走査光ビームが有害汚染物質によって阻止あるいは散
   乱され、適否状態信号を形成するように前記複数の光学
   検知器の出力信号を組合７、前記複数の光学検知器が前
   記有害汚染物質の偏光を消す特性を利用して前記容器内
   にこれら