JPH01129112A - 鏡面的光沢のある凸曲面を有する容器口部の形状検査方法と装置 - 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） 本発明は表面光沢を有する物体の形状検査法及び装置に
関する。特に、投射光の反射方向の変化を検出して表面
形状仕上げの良否を自動的に検出する検査法と装置に関
する。

（従来技術） 表面反射を利用して表面形状を検出する方法としてはシ
ュリーレン法、モアレを利用する方法、格子の像の歪み
を利用する方法等が知られている。

しかし、これらの方法は測定方法が複雑で、生産現場で
自動検査ラインに組み込むことは出来ず。

ガラスコツプの口部の検査のような小さい部分の検査に
も適当とは言えないものであった。

ところで、ガラスコツプの口部局ＩＩ（以後リップと云
う、）は直接に人体の口唇に接触するのでスムーズな曲
面に仕上げられている。このスムーズな曲面の形成方法
としては研磨による方法と。

溶融ガラスの表面張力により自然に形成される表面を利
用する方法とがある。後者の方法は、リップをガスバー
ナーで熔融切断することによって行われるが、このとき
リップの厚み不良、形状不良、及び熔融したガラスの雫
が付着して出来るティアドロップと呼ばれる凸部の形成
等の欠陥が発生する。これらのいずれの欠陥も、スムー
ズな半円形断面形状をなしたまＳなので、摺すキズや欠
はキズの様に特徴的な反射光量レベル変動として検出す
る事はむづかしい、更に前述の欠陥の他に、口部仕上げ
は良好でありながら、全体的な真円度不良、口部と底部
との中心が一致しない偏芯不良。

背丈高さに異状があるものが有る。これらの欠陥は従来
技術によっては基本的に検出不可能である。

この種のガラス容器のリップ部の検査法としては、ガラ
ス壜口部仕上げ不良検査装置として、特開昭５４−９６
０６３号、特開昭５４−１０７３８８号、特開昭５９−
６５２４３号及び特開昭６１−１９３００９号に開示さ
れているが、いずれも１対の光源と受光器によって、被
検査領域からの光量変化によって欠陥を検出するもので
ある６そして中には、良否の判断を行うために光電変換
した検出信号をデジタル化しているものも有るが、光量
のレベルによって判断しているものである。

（この発明が解決しようとする問題点）この発明は、構
成が簡単で、表面の全体形状のみならず、局部的な変形
をも検出でき、しかも生産ラインに組み込むのに適した
形状の検出方法とそのための装置を得ようとするもので
ある。

（問題を解決するための手段） この発明の方法は、検査すべき表面に複数個の光源で光
を投射し、該投光部分での正反射光を光電子変換式カメ
ラで受け、各個光源像に対応する出力電気信号の波形パ
ターンで良否判断する事を特徴とする。

判断方法としては、波形パターンの１部又は全部が基準
レベル以下又は欠落によって不良判定する方法、波形パ
ターンの個数が光源の個数と一致しない事によって不良
判定する方法、波形パターンの出現位置によって形状を
判断する方法等が利用出来る。

（作用） この発明の作用をコツプのリップの検査を例にとって説
明する。

リップはスムーズな光沢面を有するので投光器で投射し
た光の正反射光は、明瞭なハイライトとして観察できる
。欠陥のない良品では、コツプをその中心軸で回転して
も、ハイライト像はリップ上の一定の位置に固定的に見
えるが、前述の欠陥部ではハイライト像はコツプの回転
と共にゆらいで見える。しかし、１個の光源では平面的
な動きにしか見えないが、光源を２ケに増し、１個をコ
ツプの外側、他方をコツプの内側に配置すると、リップ
の形状を立体的に推測できるハイライト像を見る事がで
きる。更に光源の個数を増せば、より立体的に見えるが
、欠陥の見え方には大差ない。

この原理は平面上に立体観のある図柄を描くのに周囲の
物体の映り込みを描いて表現すると同様である。

これらの原理を具体的に図を用いて説明する。

第１図に於て１０１はリップの断面形状を示す。

Ｒはリップの曲率半径、０はその中心である。光源１０
２．１０３を２個、リップ厚みの中心線ＣＬと直交して
配置し、リップ表面での正反射光の内ＣＬと平行となる
光線の反射点をＡ、Ｂとすると、反射の法則により、 θｉ＝θｒ＝４５＠ であるから、ビタゴラスの定理により、ＡＥ＝７７Ｒ となる、すなわちＣＬ編線上ビデオカメラあるいはリニ
アアレー式イメージカメラを配置し、２個のハイライト
Ａ、Ｂの距離を測定すれば、リップの曲率半径、この面
が半円とすればリップの厚みが測定できる。

今、第２図に示すように、コツプのリップ２０１にティ
アドロップ２０２が凸出した欠陥を形成している場合を
考える。

コツプの半径方向に配置された光源２０３．２０４から
リップ２０１へ投射された光は、正常な形状部分での反
射光は上記のようにコツプの中心線と平行に反射し、カ
メラレンズ２０５で一定位置に結像、検出される。

しかし、ティアドロップ２０２がある場合、ここに投射
された光は、凸出形状の中心線ＣＬからコツプ円周方向
へ傾斜した面で反射した場合は。

Ｑ、Ω′で示した通り、中心線ＣＬとは平行にならずカ
メラレンズ２０５八入射しない場合があり、ティアドロ
ップの形状に応じて、２ケの光源の内どちらか１方が検
出されないか、あるいはどちら。

も検出されず、ティアドロップの存在が検出できる。

摺キズ、欠はキズでは、キズ部分での正反射光が少く、
どちらか１方又は両方のハイライトが検出されないか、
あるいは余分な反射光によって、光源の個数とは異なっ
た過剰な個数のハイライトが検出される。リップ上にシ
ワが有り、凹凸のある断面形状をしている場合も光源の
個数以上のハイライトが検出され、リップ形状不良が検
出される。

また、コツプ中心軸と、カメラレンズの中心軸の位置関
係を固定的にすれば、カメラ内に結像するリップ上のハ
イライト位置は該コツプの半径によって決まる。従って
半径の過大、過小、偏芯、真円度不良の検出ができる。

さらに、カメラとリップ間の距離を固定的にし。

あらかじめ決められた背丈のコツプで焦点を合わせれば
、これと異なる背丈のコツプでは焦点ボケによってハイ
ライト像が広がりを持ち、強度が低下するので、コツプ
の背丈不良を検出できる。

以上の異常があった場合、リニアアレー式イメージカメ
ラの出力信号は、第３図Ａのようにリップ形状に応じて
様々のパターンを示す、正常な場合をａとして、ｂは厚
み過大、Ｃは厚み過小、ｄは無信号、ｅとｆは信号の一
方の欠如、ｇは信号過剰、ｈは焦点ボケ、ｉは径過大、
ｊは径過小をそれぞれ示す、これらの欠陥によるパター
ンは単独に検出される事は少なく、数項目が重複してい
る場合が多い。

検出信号の１１例を第３図Ｂ−Ｄに示す、同図Ｂは良品
の場合であり、Ｃはティアドロップによる信号の欠落が
見られる。また、信号位置が全体として左右に振れてい
るのは、真円度にも問題があることを示している。Ｄで
は、正規反射を示す信号の左側にシワによるハイライト
が見られる。また、ティアドロップによる信号の欠落も
重なっている。

（実施例） （ハイライト信号の検出） 飲食用の円形ガラスコツプで容量２００ｃｃ直径７０Ｉ
リップ厚み２ｍｌの場合を例に、信号処理回路とその作
動を第４図を参照して説明する。

被検コツプ４０１が検査用ターンテーブル４゜２に乗り
、該コツプのリップ部４０３に２個の光ファイバー式光
源４０４，４０４’　をリップと同高さレベルで、コツ
プの内側及び外側にリップから２０ｍ離して配置した。

光は図示しない別置きの１００Ｗハロゲン白熱電球から
導いた。

リップ上方に、ＣＣＤリニアアレー式イメージカメラ４
０５を配置し、レンズ及び、接写機構は、１０ｍの範囲
を視野に納める様に選択した。なお、カメラ内のＣＣＤ
リニアアレーの素子数を１０２４個のものに選び、１素
子当りの距離を１００分の１ｍとする事で、後の信号処
理、判別を容易にした。

ターンテーブル４０２は図示しない駆動モータによって
回転し、同軸に設置した回転式パルス発生器４０６から
１回転角度信号Ｓ１が１回転当り１０２４個のパルスが
等間隔で発生する。即ち直径７０ｍのシップの周囲長は
約２２１１Ｉ１１であるから、同周上を０．２２ｍ間隔
で角度信号Ｓ１を発生し、これを検査開始信号とする。

クロック発生器４０７はＳｌを受けると周期１μｓで１
０００個のクロックパルスＳ２を発し、カメラ制御装置
４０８を介してカメラ４０５へ制御パルスＳ３を供給し
てＣＯＤ素子上の光像を掃引し、カメラ４０５は検出信
号Ｓ４を出力する。この信号は、リップの欠陥に応じて
、第３＠に示した様々のパターンを示す事は上記の通り
である。

検出信号Ｓ４はスライサー４０９で、レベル設定器４１
０で設定したレベル以下の信号をＯｖ。

それ以上を５ｖの２値化を行い、２値化ハイライトパル
スＳ５とし、それ以後のデジタルでの処理を行い易くす
る。

〔欠陥判別のアルゴリズム〕

２値化ハイライトパルス＄５のパターンを判別するステ
ップを説明する。

（Ｉ）径異状の判別 カメラの掃引開始同期信号Ｓ６を−受けてゲートパルス
発生器４１１は、径過小の範囲でゲート開、正常範囲で
ゲート開、径過大範囲で再度ゲート開とするゲートパル
スＳ７を発生する。

ゲートパルスＳ７は第１のゲート回路４１２でハイライ
トパルスＳ５を開閉する。これらのタイミング関係を第
５図中に示す、こ）で径過小５５−１又は過大５５−２
であればゲートが開となっているときにこれらの信号が
ゲート回路４１２に入るので、軽不良信号Ｓ８となって
出力される。

（ＩＩ）背丈異状の判別 焦点ボケによってハイライトパルスｓ５は広がりを持つ
ので、この幅を測定すゐ。

Ｓ５をゲートパルスとして、クロックパルスＳ２を第２
のゲート回路４１３で開閉して、ハイライトの巾信号Ｓ
９を得る。これを第１のカウンター４１４で計数し、あ
らかじめ第１の数値設定器４１５に設定した値と第１の
数値比較器４１６で比較し、設定値以上であれば、背丈
異状信号Ｓ１０を出力する。

（ＤＩ）リップ厚み異状 ハイライトパルスＳ５は既に第１図で説明した通り、リ
ップ厚みに応じた間隔で２ケ連続する。

この間隔の過大又は過少を測定判断する。

２進カウンター４１７で２ケのパルス間隔に等しい巾の
１ケのパルス、リップ厚み信号Ｓｌｌを作る。Ｓ１１を
ゲートパルスとし、第３のゲート回路４１８でクロック
パルスＳ２を開閉してリップ厚み値パルス列Ｓ１２を得
、これを第２のカウンター４１９で計数する。計数値Ｓ
１３をあらかじめ第２の数値設定器４２０に設定された
許容最大値と第２の数値比較器４２１で比較し、設定値
以上であれば厚み過大信号Ｓ１４を出力する。同様に第
３の数値設定器４２２に許容最少値を設定し、第３の数
値比較器４２３で比較して、設定値以下であれば過少信
号Ｓ１５を発する。これらのタイミング関係を第５図中
に示す、更に、リップ厚みは正常と見なされる許容範囲
内にあっても。

厚みが狭い範囲で急変する場合は不良品である。

第２のカウンター４１９の出力信号Ｓ１３をシフトレジ
スター４２４に同期信号Ｓ６に従って順次記憶し、同順
で読み出した値Ｓ１６と、前記Ｓ１３との差を引算器４
２５で求めると、厚み変動値Ｓ１７を得るにれを第４の
数値設定器４２６にあらかじめ設定した許容値と第４の
数値比較器４２７で比較し、設定値以上に対して厚み変
動異常信号Ｓ１８を出力する。

シフトレジスター４２４は８ワ一ド分の長さを用意した
。１回の測定が、コツプ周上で０．２２膿であるから約
１．８■離れた場所のリップ厚みを比較し、小さなティ
アドロップ及びリップの波打ちを検出する様にした。シ
フトレジスターのワード数は、多い程ゆるやかな変動を
検出でき、コツプ半周分の長さで最もゆるやかな変動を
検出することが出来る。

（ＩＶ）ハイライトの個数異状 正常な凹凸のないリップでは、ハイライトの個数は光源
の個数と一致する。

ハイライトパルスＳ５を第３のカウンター４２８で計数
し、ハイライト個数値８１９を出力する。

これを第５の数値設定器４２９にあらかじめ設定した光
源と同数値（本実施例では２個）とを第５の数値比較器
４３０で比較し、不一致の場合にハイライト個数異状信
号Ｓ２０を出力する。

（Ｖ）不良品排除 以上の欠陥判別信号Ｓ８、Ｓ１０、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ
１８．Ｓ２０は論理和回路４３１で１つにまとめられ、
不良信号記憶器４３２に１時記憶される。

リップ上の１ケ所の検査が終わると、１０２４分の１回
転進んだ位置の検査を開始するが、その時に発せられる
同期信号Ｓ６によって、前回の測定判別の結果である第
１〜第３のカウンタ４１４゜４１９．４２８及び２進カ
ウンタ４１７はリセットされ、次の測定判別に備えられ
る。

同様に１０２４分の１回転毎に測定判別が繰返され、コ
ツプ−周の検査が終了すると、パルス発生器４０６から
１回転終了パルスＳ２１が発せられ１時記憶されていた
不良信号記憶器４３２から記憶信号が読み出され、遅延
回路４３３に送り出されると同時に不良信号記憶器４３
２はリセットされる。

遅延回路４３３は図示しないコツプ搬送装置によって、
図示しない不良品排除装置までの時間遅れ分だけ不良信
号を遅延し、排除装置を駆動する為の不良品排除信号Ｓ
２２を出力して１ケのコツプの検査を終了する。

本発明は、コツプの口部リップに限らずガラス壜口はも
ち論、スムーズな光沢面を有する物体であれば多くの物
に適用可能である０例えば、ガラス容器の胴部や、金属
缶胴部の歪み測定更には自動車の窓ガラス、ショウウィ
ンドー等、平板を加熱曲げ加工を行なうものにも広く応
用可能である。

これらの様に半径の大きな物体では、光源の個数をもっ
と増し、３ケル４ケ程度が良好な立体観を得る。また、
それ自体の表面光沢の強さを持たない紙製品などの場合
は、艶出し塗料を塗布、あるいはその表面に光沢を有す
る薄いプラスチックフィルムを押張りすることによって
適用可能となる。

（発明の効果） この発明は、上記のように複数光源の反射像の検出だけ
で、面形状の異常を自動的に検出、判定し、異常信号を
出力出来るので、各種製品の生産ラインに組み込み、実
時間で異常検出に利用出来、必要とあれば、不良品の自
動排出を行なうことも容易である。

また、或種のガラス製品、自動車の窓ガラス、ショウウ
ィンドー等は、見映え或いは歪が重要な要素となり、従
来は人間により目視判定されており、多分に主観的な判
断がなされていたが、これを定量化し、排除基準を客観
化することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明の検査方法の原理の説明図、
第３図はこの発明の方法によって検出される信号の１例
、第４図はこの発明の検査装置の１実施例の信号処理回
路図、第５図は各信号の夕・イミングを示す図である。 図中の符号は１０１．２０１．４０３：コツプのリップ
１０２．１０３．２０３．２０４．４ｏ４：光源２０２
：ティアドロップ　２ｏ５：カメラレンズ４ｏ１：被検
コツプ　４０２：検査用ターンテーブル　４０５：イメ
ージカメラ　４０６：回転式パルス発生器　４０７：ク
ロツク発生器４０８：カメラ制御装ｆｆｉ　　４０９：
スライサー４１０ニレベル設定器　４１１：ゲートパル
ス発生器　４１２．４１３．４１８：ゲート回路４１４
．４１７．４１９．４２８：カウンター４１５．４２０
．４２２．４２６．４２９：数値設定器　４１６．４２
１．４２３．４２７．４３０：数値比較器　４２４：シ
フトレジスター４２５：引算器　４３１：論理和回路 ４３２：不良信号記憶器　４３３：遅延回路を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被検査体の表面に複数方向から光を投射し、該面で
   の正反射光のみを検出し、各反射光に対応する出力電気
   信号の波形パターンで形状の良否判断する事を特徴とす
   る形状の検査方法 ２）波形パターンの１部又は全部が基準レベル以下であ
   るか又は欠落することによって不良判定することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の形状の検査方法 ３）波形パターンの個数が光源の個数と一致しない事に
   よって不良判定することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の形状の検査方法 ４）波形パターンの出現位置によって口部形状を判断す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の形状の
   検査方法 ５）被検査体の表面に投光する複数の光源、該面での正
   反射光のみを受光する光電子交換式カメラ、該光電子交
   換素子の出力を２値化するＡ／Ｄ変換回路、該２値化パ
   ルスの位置、幅の判定回路からなることを特徴とする形
   状の検査装置 ６）上記光源は光ファイバーであることを特徴とする特
   許請求の範囲第５項記載の形状の検査装置 ７）上記パルスの位置、幅の判定回路が不良品の排除信
   号を出力することを特徴とする特許請求の範囲第５項記
   載の形状の検査装置