JPS60159636A - 透明又は半透明な物体を光学的に検査する装置 - Google Patents

透明又は半透明な物体を光学的に検査する装置

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JPS60159636A
JPS60159636A JP60005631A JP563185A JPS60159636A JP S60159636 A JPS60159636 A JP S60159636A JP 60005631 A JP60005631 A JP 60005631A JP 563185 A JP563185 A JP 563185A JP S60159636 A JPS60159636 A JP S60159636A
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SAN GOBAN SHINEMATEITSUKU E CONTROL
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    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

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】 透明物体又は半透明物体、特にガラス製又はプラスデッ
ク伺1ム1製の中空物体、より詳細には大びん、申ひん
、小びんのごとき容器の大量生産及び使用には種々の検
査がほぼ義務(=t iJられでおりこれらの検査の多
くは極めて高速の光学検査である。
物体の杉状次第ではあるが最乙丁寧な検査にお −いて
は、物体が少なくとも1回自転する間に物体の敏感なゾ
ーンを検査する必要がある。有効な一括検査を高速で実
行し得る方法として(j、自転する物体を連続j〔従音
に沿って光ビームで走査しこの光ビームによって透視的
に照明される感光スクリーンを読取る方法かある。
物体」−ての収束が不要な強くて細い光線であるる振動
レーザービームの使用が有利である。該レーザービーム
は、物体を互いに隣合う幅の狭い区分ずつ直角に十分に
近い入射角で」二から下まで完全に走査し得るように物
体から十分に離間して水平に射出される。
業界で常用の装置の1つのタイプでは、レーザービーム
を水平軸を乙つ回転鏡に誘導15次に固定鏡列て反射さ
Uて物体にほぼ直角に誘導する。軸対称形物体はビーム
11a方の定位置に配置され順次走査に伴って完全自転
を行うので物体の完全検査が1万能である。本発明の装
置□はこのタイプに属する。先行文献としては、フラン
ス4、)J許公開第1.538,259号及びフランス
特許公開第2.2:(5,365号がある。本発明はこ
のタイプの装置のIi9 h+Ii的手段全手段lにし
装置の使用逆性を改良止る。
回:lll:鏡(」、:(6而を有しi(Iろホイール
即ち鉛直面内このビームの理論的開き角か20度である
よう1jホイールから成る。この値は、高い走査周波数
か得られること、所望の小さい開き角がiGられろこと
、光路か延長できろこと等の条件を配置7υしノこちの
てある。
好ましくは、物体を回転さlろ手段、例えばIス・1の
ローラを倹杏スナーノヨンに配備し、一連の1ノ形マウ
ントを担持しん遊星歯車の形状の回転プレートによって
物体を前記ローラ対間に順次導入オろ、、小型化及び製
造か容易であることと光線を自由に通過さ且易いとの双
方の理由からエミッタアセンブリを遊星山車の中心に配
置し得るように構成d〜ることか極めて重要である。前
記反射鏡列は好ましくは回転鏡の袖に平行な平面鏡であ
り走査ビームを個々の敏感ゾーンを順次照明止る所定数
の要素照明場として分配するように配向されている。こ
の反射鏡列の存在によって物体の個々のゾーンを最し好
よしいと考えられろ角12トで照明(7得る。
然しなから、容積の大きい物体、例えばびんを」二から
下まで完全に検査するため即し35 c m又(」40
cmのオーダの仝有効範囲11を走査し得るには(約l
5c111のオーダの直径の)多面回転鏡を被検査物体
からI m以ユニの光学側vFitkに配置する必要が
ありしかし続刊自体(Jそのス1法か過度に大きくなら
ないように隙からあまり離間してはならない。
従って実際には、走査ビームを変えないで光路を屈折さ
Uるシステム即ち好ましくは一連の鉛直面内に光路を屈
折さUる多重反射形光学システムをスリットボックスに
補足する必要がある。
また、高速で処理し且つ慣性力を減少させるにはフライ
イング検査即ちびんの移動を中止止ることなくびんを自
転せしめて検査を実行づ゛るのが好ましい。この場合腹
p++な装置を使用しないために、連続移動して異なる
複数の検査を実行し得る遊星歯車に物体回転用の簡単な
外部ベルトを組合せろ。
該ベルトは固定ステーションに配置されており■形マウ
ントの支点間の適宜調整できる中間の高さ位置でぴんと
接触する。このような手段(Jそれ自体公知であるが本
発明のごとき用途に使用された例はない。何故なら鉛直
走査内に死角が生しるからである。然しなから、IjJ
線が自由であるとき41意の配置次第では死角に2つの
要素照明場を収束させて死角を消去することか凸J能で
あろう。
ま〕こ、十分な検査時間を得るノこめには被検査物体の
移動中に走査を実行する必要がある。このために、例え
ばフランス特許公開第2,235,365号では、遊星
歯車に随行するダイヤフラムによって出発平面ビームを
遮断しこのビームによって追跡を行なうことも提案され
た。然しなから、高速処理の場合光の損失が大きいとい
う欠点があり追跡鏡が必要になるので遊星歯車の運動に
同期した第2の鉛直軸形反射性多面回転鏡を配備しな0
ればならない。
本発明装置は前記の種々の特性を総合したしのである。
jjfiって本発明の特徴は特に、一本発明?、二お゛
いて、連続移動4−る遊星歯車と物体回転用ベルトとが
組合且られでおり、スリットボックス内に傾斜分配鏡が
収納されており、物体の1−でin: 、:ijさロー
たい2つ以」二の要素照明場に対応翻る光路か少なくと
も15度のオーダの角度の有効範囲11の実質的に士か
ら3分の1の部分に収束することである。
実際にはスリットボックスが有効範囲I+の4倍より大
きい最小路長を光路に勾える構造を有しており、分配鏡
は光路の約4分の1の部分でビーム内に傾斜して階段状
に配置されている。従って回転鏡からの距離は実質的に
II乃至211の範囲である。
更に小型化するためには水平方向追跡を回転鏡でなく早
戻り機構例き振動鏡で行う。振動鏡(1M星歯車の運動
と同期して制御されており好ましくは遊星歯車の輔」二
のスリットボックスの中心に配置される。中間の鉛直続
刊が211のオーダの距離てビーノ、全体を屈折さL!
=ろ。従って物体から追跡鏡までの間隔(Jはばilの
長さに短縮される。この場合スリットボックスの水平方
向寸法は約1172であり高さはほぼIIてあり遊星歯
車の直径は2+1より大きくはならない。
従って直径1m未満の装置で最小ビーム路長1400n
1mで容積25から125cp、の総ての種類の飲料用
びんを簡単な調整で検査し得る。
複数の水平な要素照明場を生成する走査開き角は]6度
に減少しその主照明場は約12度である。従って約2度
の余剰角度は軸方向照明を生じこれは余角反射鏡によっ
て単純反射されて物体底部を口部からの連続光線によっ
て照明する。余角反射鏡は通常被検査物体の口部の処の
焦線に沿って前記光線を誘導する集光レンズと組合せら
れている。
好ましくは反射鏡が追跡鏡の軸部ぢ実際には遊星歯車自
体の軸のほぼ近傍に位置する軸の回りで回転づ−る固定
凹面鏡である。該反射鏡は水平1)上線をもつ円柱レン
ズから成る調整自在な集光レンスと組合せられている。
また、走査ビームの極く一部は光電セルを周期的に励起
するために使用される。従って該セルは連続垂直走査で
の測定を同期するりL’lツクパルスを供給する。これ
によりサイクル中に検出欠陥の所在位置及び該欠陥の性
質を正確に特定し得る。
本発明の好ましい具体例を添イ」図面に法いて以下に説
明する。
第1図及び第2図は装置の全体構造を示す。
コンベヤ2によって搬送されるびん1は案内ホイール4
によって遊星歯車3に導入される。従ってコンベヤ2を
離れた各びんは遊星歯車の定直径部Oxの正面のステー
ジ5aに転送される。びんは外側ガイド5bによって遊
星歯車に当接維持され円形軌道に沿って移動する。この
移動中に連続する複数のステーションでびんに対して複
数の検査が行なわれる。特に感光スクリーン6の前方で
(Jびんの底面の半分より小さい部分だ(Jがステージ
5aに載置しておりエミッタ手段7が与える光ビーム[
7の作用により本発明の目的たるびんの光学検査が行な
われる。送出ホイール8は収集データに従って遊星歯車
の出I]て良品、不良品を選別する。
これらの検査は特に光学検査ステーションでびんを停止
ざUずに行なわれる。該ステーションでは遊星歯車3の
逆方向に回転する単数又は複数のベルト9によってびん
の回転が生起される。
処理はフライングスポット方式である。遊星歯車に対す
るびんの位置は一定に維持されており光学検査はびんの
軸線を通る鉛直面OX内でのみ行なわれるが、ビームを
装置の軸線からびA、に到達させるには各ステーション
に正対する鉛直スロット10を遊星歯車に設けるだ(J
でよい。
36以上に達し得る四部の個数、従って遊星歯車の形と
直径とは検査されるびんの寸法に依存しておりスクリー
ンとベルト9との相対位置も熱論びんの寸法に依存する
1回転3秒の速度では36のポジションをもつ歯車は1
時間に40,000個以上の物体を検査し得る。
遊星歯車は好ましくはハブ12に担持された下部プレー
トllaと支柱13によって該プレートと一体化された
クラウンllbとから成る筒11の形状を何する。
図示の具体例では装置の台15に載置された複列軸受1
4aに担持されたハブ12の下柱I4は駆動川内歯車1
6とネジリング16aとの係合によって固定されている
底面1aの一部だけがステージ5aに載置した各びん1
はエミッタ7の正面でベルト9によってV形マウントに
押圧される。該マウントは好ましくは回転し易いように
隣合う2つのマウントに共通の2つのはしご形ローラ1
7a、17bから成る。
符号18で概略的に示ずレーザから生じる狭い光ビーム
Lはエミッタ7の下部で回転鏡19の面19aの各々に
よって順次反射される。回転鏡19の軸は水平であり且
つビームLの方向に垂直である。従って垂直な走査ビー
ムが生じる。
第3図は鉛直面内での走査ビームの状態を詳細に示す。
回転鏡19は36面を有しており従って実際には18度
のオーダの有効走査角度が得られる。これは理論角度よ
りやや小さ、い。回輯鏡19は6,000回転7分であ
る。
従って光ビームは3.600回/−秒の割合で上方に反
射されて図の平面に垂直な4つの平面鏡列20に誘導さ
れる。平面鏡列20は歯車から40乃至80cmの距離
を隔てて階段状に順次配置されている。該平面鏡列は走
査光全体を順次遮断して3つの主照明場と1つの副照明
場とに分割する。
平面鏡21は約12度の角度を遮断し鉛直面に対して約
35度傾斜して対応ビームを約+7度の勾配で誘導する
。該ビームはびんの壁を2回通過し範囲21a−21b
にわたってかなり背の高いびんについてちびん1の表面
をほぼ完全にカバーする。但し、びんの下部及びベルト
9によって掩蔽″されたゾーン9°はカバーされない。
平面i22はわずか1度の円弧に対応する極めて小さい
照明場を遮断し約45度傾斜して対応光ビームを約−7
度の勾配で物体の下部に誘導する。従って該ビームは範
囲22a−22bにわたって下柱の下部の溝まで到達し
得る。その結果有効範囲IIを完全にカバーする走査が
得られるが死角は残っている。
平面鏡23はより高い位置即ち遊星歯車3より上方に配
置されており約50度傾斜して約3度の照明場の光線を
一16度の平均勾配で範囲11の下から3分の1の高さ
の部分に誘導する。びんの中央部は範囲23−23bの
ビームによって検査される。即ち平面鏡21のビームが
到達しないゾーン9″は平面鏡23のビームによって透
視され得る。
最終平面鏡24は45度傾斜し副照明場24a−24b
を生じる。この照明場は狭い円柱レンズ25に到達し゛
範囲25a−25bの平行な走査ビームを生じる。この
ビームは1コ部のレベルのCに約7度の開き角のビーム
を収束さ且るレンズ27を通過し容器の口部1bの真上
の余角反射鏡によって下方に反射される。これによりス
テージ5aに接していない底面1aが全半径にわたって
照明され得る。
可動光ビームの照明下でスクリーン6前方のびんが1回
の完全自転を行なう間にびんの壁の各部分は少なくとも
1回は順次走査される。各垂直走査の開、始端で同期光
電ダイオード28が平面鏡21によって反射されたビー
ムの極く一部を遮断する。
またびんlとびん1゛とのごとく寸法の違いが大きいび
んを同じ装置で検査することも可能である。
このためには余角反射鏡26を26′に移動させて容器
の口部の上方に誘導しレンズ27を27゛に移動させて
光線の収束ゾーンをC”まで下げ同時にペルトノ 9の位置も適応させるだけでよい。
4つの狭い平面鏡の列20は回転鏡19の上方でスリッ
トボックスの側面の1つに装着されておりよた第4図で
はエミッタ7のスリットボックス29のスリット29a
の上方に鎖線で示されている。該列20とは別にスリッ
トボックスは5つの鏡を含む列30を内蔵する。これら
の鏡31乃至35は先ビームの移動光路Tを含む第3図
の鉛直面Pを同じく第3図の連続鉛直軸線31’乃至3
5°に従って屈折させる。
これらもまた狭い鏡であるが鉛直であり好ましくは油面
が45童で配置される。鏡31乃至33はスリットボ、
ソクスの隅に配置され、鏡34は逆に隅からずらして続
刊20にビームh月旬かないように配置されており、鏡
35はビームを鏡32に反射するように配置されている
。従ってビームはスリットボックスの中心に配置された
鏡40によって商じく第3図に示す遊星歯車の軸に一致
する軸Zに沿って反射される。
スリットボックス29はケース36によって支持されて
いる。該ケースは遊星歯車のハブの内部〜に侵入してお
り遊星歯車はベース37によって装置の台15に載置し
ており台15はまたスリット36aの下方に回転鏡19
のケース39の取イ」柱38を支持する。
鏡40は軸Zに関して振動し得る。従ってビームは、検
査処理中のびん・の移動に応じて水平照明場40a−4
0bを順次走査し得る。実際には振動鏡の戻り中の歯車
の011進を考慮して該照、明場はマウント間の角度差
よりやや小さい値に維持される。この角度差は24ボジ
シゴンの歯車では理論的に15度以内である。スクリー
ン6の幅はもち論この開程に対応する。振動鏡自体の回
転はこの角度の172になるであろう。
レンズ25は鏡34と35との間で鏡24から出たビー
ムの光路の1部分だけに載置されている。また、円柱レ
ンズ27は鏡40の下流に配置されでいるが水平状態で
平行面をもつストリップとじて作用する。
従って図示のごとく鏡40による光路の鉛直方向シフト
は無視し得る程度であり円環レンズのごとき別の手段に
頼る必要がない。
鏡26は軸2から極めて離間した位置に存在するので図
には示されていない。然しなから、これが固定平面鏡の
はあいはビームの両端と中央との間では軸までの距離の
差がかなり大きいこと及び光線を斜めに偏向させること
が理解されよう。
この欠点を是正するには、:鏡26に代替して各びんに
随行するような一連の小さい固定鏡を遊星歯車に装着す
る。然しなから、より簡単にはびんの軸の軌道をより近
くから追跡するような固定凹面鏡を1つだけ使用する。
$1I12と厳密に一致する軸を有する回転鏡を使用す
る必要はなく、第3図の両端位置26と26°との中間
で測定した平均使用距離に対応する円錐状曲率又は円柱
状重重又は球状曲率を与えるだ()でよい。
種々のレバーシステムは隣合うマウントの通過と関連し
て鏡40の移動と初期位置への戻りとを生起し得る。移
動均等性と使用融通性との双方を得る最も有利な方法は
検査ザイクル毎に1回転するカムで制御する方法である
。このシステムについて以下に説明する。早戻り機構付
き水平追跡鏡の制御機構のアセンブリが第2図に示され
ておりその伝動機構が第5図により明確に示されている
鏡40はボックス29の内部で2つの軸受41a間に装
着されたシャフト41によって担持六れでいる。シフト
41自体は自在継手42を介して伝動軸43に連結され
ており、伝動軸43はボックス36内で2つの軸受43
aの間に装着されている。シャフト43は(第6図参照
)ローラ45を備えたアーム44を偵持しており、ロー
ラ45はストップ47のバネ46によってカム48に押
圧されており、カム48は複列軸受49a内で回転する
制御シャフト49の末端に装着されている。
カム48は周縁の大部分に均等勾配の上昇傾斜路48a
を有しており該傾斜路はローラ45を均等に押も戻して
鏡40を遊星歯車3と同方向に(遊星歯車の172の速
度で)回転させる。傾斜路48aに対向する35度乃至
45度のカム円弧では鏡を早戻りさせ次に制動して初期
位置に戻す。従って該カムは遊星歯車3がマウントのピ
ッチに等しい角度だけ回転する度毎に遊星歯車3と同位
相でザイクル毎に1回転する。該カムの制御ストローク
は得られる観察角度に対応する。
このためにカム48と遊星歯車3とは同じ案内シャフト
50によって駆動される。該シャフトは伝動機構52に
よって(図示しない)装置のエンジンに連結された被動
プーリ51を担持している。該伝動機構はまたベルト9
のごとき種々の4=J属デバイスを駆。
動する。該シャフトは遊星歯車3の駆動用内歯車1Gを
歯車列53.54によって伝動比4二1で駆動する。
また該シャフトはテンションデバイス57を備えた鋸歯
ベルト56によって被動プーリ58に連結された駆動プ
ーリ55を担持している。プーリ58は制御シャフト4
9に装着されている。
カム48とプーリ58とはシャフト49に締イ」けられ
た交換自在な単体ブロックアセンブリを形成する。
各々が異なるタイプの遊星歯車に適応する3種のブロッ
クが存在し得る。これらの3種のブロックではマウント
間の角度が夫々10度、12度、15度になるように歯
車のd4の直径′が異っている。従って伝動比は逆に夫
々9.7.5.6になり、カムと遊星歯車との間の比は
最終的に夫々36.30.24である。
対応するカムは同じ平均直径を有するが半径の差自体は
鏡戻り用不感時間を考慮して得られる追跡角度に実質的
に比例する。要するにいかなる場合にも、ローラ45従
ってシャフト43及び振動鏡40に対してはマウント間
の離間角度の172よりやや小さい振幅の早戻りを伴う
追跡運動がサイクル毎に1回ずつ与えられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は装置の概略平面図、第2図は機械的アセンブリ
の連続断面を示す立面図、第3図は光ビームの光路の概
略説明図、第4図は第2図のIV−IV線に沿ったスリ
ットボックスの平面図、第5図は第2図のv−v線に沿
った伝動機構の分解平面図、第6図は第2図のVl−V
l線による鏡の制御機構の詳細断面図である。 1・・・びん、2・・・コンベヤ、3・・・遊星歯車、
4・・案内ホイール、5a・・・ステージ、5b・・・
ガイド、6・・・スクリーン、7・・・エミッタ、8・
送出ホイール、9・・・ベルト、−10・・・スロット
、18・・・レーザー、19・・・−転鏡、20・・・
続刊、21,22,23.24・・・平面鏡、25・・
・円柱レンズ、26・・・余角反射鏡、29・・・スリ
ットボックス、40・・・振動鏡。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) 透明な又は半透明な中空物体の表面全体を光学
    検査するために物体を回転せしめる外部手段と組合せら
    れた連続移動形の搬送用遊星歯車と、レーザー光ビーム
    を発生させるエミッタと、光ビームによって透視的に照
    明される感光スクリーン形レシーバとを含んでおり、前
    記エミッタにより発生した光ビームは回転鏡に誘導され
    次に多重反射形スリットボックス内で分配続刊によって
    反射されて振動性光ビームを形成し前記振動性光ビー1
    8が追跡手段を介して曲刃を移動中の自転物体を完全1
    回転にわたって追跡し連続する直径面に沿って走査する
    ように構成された光学検査装置であって、遊星歯車が固
    定ステージ゛ヨンで物体の側壁の中間部と接触して物体
    を回転せしめるベルトと組合せられていること、及び、
    追跡手段で反射された光線がエミッタの正面の壁の全ゾ
    ーンをベルトに妨害されずに透視的に検査し得べくスリ
    ットボックスが前記光線を種々の平均角度で集束させる
    ことを特徴とする光学検査装置。 (2)追跡手段が遊星歯車の前進と同期した早送り機構
    付の振動鏡であり、好ましくは遊星歯車の軸と振動鏡の
    軸とが一致することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    に記載の光学検査装置。 (3)水平方向で合計約16度の小さい走査開き角の内
    部で、分配続刊によって生成された2つ以上の要素照明
    場に対応する光路が実質的に有効範囲の下から3分の1
    の部分に集束して15度以上のオーダの角度で物体上で
    重畳し約2度の余剰角度は余角反射鏡で反射されてから
    物体口部の処に存在する焦線に沿って光線を誘導し物体
    底部を照明ずべく機能することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項又は第2項に記載の光学検査装置、。 (4)余色反射鏡が固定凹面鏡であり好ましくは追跡振
    動鏡と遊星歯車との軸の近傍の軸線を中心として配置さ
    れていることを1′、1徴とケる特許請求の範囲第2項
    又は第3項に記載の光学検査装置(5)反目・]鏡が円
    柱レンズを乙つ調整自在な集光レンズに組合已られてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第71項に記載の光
    学検査装置。 (6)スリットボックスか光路に有効範囲の4倍を」−
    1回る最小路長を与える構造を有しており、分配続刊が
    回転鏡から実質的にII乃至211の距nIEてヒーム
    内に傾斜して階段状に配置されており、前記分配鏡は光
    線を一連の反X]・]鏡に誘導し該反射鏡は追跡鏡の−
    に流で約211の距肉[1にビームを反射するように構
    成さイ′1、ており、従って追跡鏡(j物体から約II
    の距離た(J離間していることを4!I徴と4“る老(
    己′1請求の範囲第2項乃至第5項のいずれかに記載の
    光学検音装置。 (7)水・1/、軸を6つ回転鏡か光ビームを」二カの
    分配続刊に反射すべく構成されており、前記線列はそれ
    自体の軸に平行な4つの分配平面鏡を含み月っ追跡鏡に
    先立つ一連の鉛直平面鏡の」1流に配置されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第6項に記載の光学検査装
    置。 (8)追跡鏡のシャフトがカムによって制御されろこと
    を特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の光学検査装
    置。 (9)検査ザイクル毎に1回転するカムが、周縁の大部
    分に均等勾配の上昇傾斜路を酊(7且っ対向円弧」二に
    下降傾斜路を何しており、1iij記上昇傾斜路は追跡
    鏡を遊星歯車の1/2の速度て遊星θり車と同方向に回
    転口しむべく機能しており、11σ記下降傾斜路は追跡
    鏡を早戻すさせ次に制動して初期位置に1)4ずべく機
    能上ることを特徴とする特許請求の範囲第8項に記載の
    光学検査装置。 (10)遊星歯車とカムとが同じ案内ノートフI・によ
    って駆動され前記カムは鋸歯ヘルドを介して駆動されで
    おり、前記カムの制御シャフトに装着された被動歯車が
    該カムと共に交換自在な単体ブロックアセンブリを形成
    しており、種々のブロックの・歯車のlII¥の直径は
    遊星歯車のマウント間の角度に比例して変更されており
    、同じ平均直径の周囲の対応カムの半径の変化は、鏡の
    戻り中の不感時間を考慮して得られる追跡角度に実質的
    に比例していることを特徴とする特許請求の範囲第9項
    に記載の光学検査装置。 (1X)各物体は回転用ヘルドによって■形マウントに
    押圧されており前記マウントはIW合う2つの71クン
    )・に共通の複列ロー、うから成ることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項乃至第10項のい喝゛れかに記載の
    光学検査装置。
JP60005631A 1984-01-17 1985-01-16 透明又は半透明な物体を光学的に検査する装置 Granted JPS60159636A (ja)

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