JPS603541A - 透光管材欠陥精密検査方法 - 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、光透過性がある管材（以下透光管材という）
、たとえばガラス管、プラスチック管等の欠陥を検出す
る方法に関する。

透光管材の従来の欠陥検出では、目視検査が主体であり
、黒色に塗られた暗室において検査体（透光管材）を手
で保持してそれに光を照射し、欠陥における光の乱反射
を目視で捜していた。

欠陥には、泡（気泡）９石物、クラック、混入異物等が
ある。第１ａ図にガラス管における、万物欠陥の形状の
一例を、第１ｂ図にガラス節欠陥の形状の一例を、また
第１Ｃ図に泡筋欠陥の形状の一例を示す。第１ａ図およ
び第１ｂ図に示した形状および大きさの欠陥があれば、
通常の場合、全く問題なく容易に識別できるが、第１Ｃ
図のような微細な欠陥になると、かなりの熟練者でない
と発見は困難であり、見落しがちになる。すなわち、極
微小な欠陥、たとえば２０μ市の泡筋欠陥ともなれば、
よほどの熟練者でないと見落すものである。このため、
目視検査者の視力、持続力あるいは疲労などの人的要因
により、欠陥検査精度が左右される。したがって、労務
管理上でも特別な配慮がなされなければならない。

検査ミスは、検査者の熟練度が足らなかった場合や、検
査者の疲労が大きいときに発生しやすく、検査終了の製
品に検査ミスがあると、全ロットの再検査を実施せねば
ならず、これによって労働力と時間を費し、漠太な経費
の負担は避けられなかった。

本り明は微小な欠陥を高い精度で自動的に検出する方法
を提供することを目的とする。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図は、検査体である透光管材７にスリット光帯Ａ−
Ａ”　−Ａ’　を投射して欠陥を検出する態様を示す。

Ａ−Ａ’　より透光管材７のＡｏ−Ａｏ’に実質上平行
光線であるスリット光帯を投射すると、反射光面ＡＯＡ
Ｏ’　−ＢＢ’　は、入射光が透光管材７の入射光側（
光源側）管壁で反射する反射光で形成される光面である
。

透過光面Ａ　ｏＡ　Ｏ’　−ＣＣ’　は、透光管材７を
通過した透過光によって形成される光面である。

透光管材７に欠陥ＦＯが存在するとすれば、入射光ＡＡ
’　は、欠陥ＦＯにおいて乱反射するので、Ｂ”点にお
ける反射光Ｆ。Ｂ　１１は、欠陥Ｆｏがないときに比べ
て、輝度が変化する。同様にＣ１１点でも透過光ＦｏＣ
”に輝度変化が生じ、欠陥ＦＯの存在を輝度の変化によ
って識別することができる。

しかしながら、これは欠陥Ｆｏがかなり大きな形状の時
であって、前述のように幅０．０２ｍｍ程度の微細な欠
陥ともなれば、輝度変化は非常に微弱となり、ＢＢ’　
軸およびＣＣ′軸上での輝度変化は、反射光及び透過光
の輝度の明るさに比べれば、無視されるほどの小さい変
化であるため、欠陥Ｆ。以外から入射してくる光の中に
埋没してしまい、現実には、このような方法では識別不
能であった。

そこで本発明では、光源としてラインランプなどの、長
手方向に発光源が分布した照明光源の光を、スリット板
によってスリット光帯に整形し、欠陥における乱反射位
置すなわち検出位置を前述とは全く反対側の透過光側（
スリット光帯が管材７を抜ける側）の位置とし、欠陥に
よる乱反射光を検出する。更に、乱反射光を検出する測
定軸の角度すなわち光検出指向方向は、光が透光管材７
７１５．Ｊ、□よ、Ｊニア、い８５６ｍｌＣ１，＊ｘ　
＋）　、ｙ　Ｈヶ。　１３− 下部の漏光範囲を外九、透過反射光側（スリン１−光帯
が管材を透過し終った側）では、光電変換器であるイメ
ージセンサと交わるものとする。

ここで、漏光範囲と光検出指向軸の関係を第３図を参照
して説明する。第３図において、５が光を通すスリット
板であり、Ｓ２がスリット孔である。照射光はこのスリ
ット仮に至るまでにすでに実質上平行光線とされており
、スリット孔Ｓ２を通過してスリット光帯（平行光線）
となる。説明を簡単にするために、Ｌ−Ｌ’　を中心軸
とするスリット光帯で、内径がＲでしかも内面に欠陥Ｆ
。

が存在する透光管材７を照射する場合を検討して見るこ
とにする。スリット光帯の光軸はＬ−Ｌ’である。欠陥
が非常にｖ１細ｆＪ、場合には、当然のことながら、欠
陥による乱反射光も非常に弱くなる。

そこで、第３図に示す透過光軸ＦＯ−ＦＯ’　−Ｌ′　
と測定軸Ｂｄ、Ａｄとがなす角度Ｏを極力小さくして反
射光の明るさを強くさせる必要がある。

ところが、透過光側の欠陥Ｆｏ′によって乱反射する反
射光を測定角ＯのＡｄで辛うじて識別でき４− たちのが、角度θを保持する測定軸Ｂｄでは、入射光側
に回転してきた欠陥Ｆ。を果して識別できるかどうかが
重要な問題である。すなわち、この場合では、イメージ
センサ位置から、欠陥Ｆｏの反射光を見た場合に、反射
光内に強烈なスリット光帯の周辺光が背景光として入光
してくるために。

反射光は、背景光に埋もれて目立たなくなり、イメージ
センサの出力電圧のＳ／Ｎは非常に低下し、識別不能と
いう問題を引き起こすこともある。これを更に詳細に説
明する。

まず、透光管材７の欠陥Ｆ。が透過光側のＬ−Ｌ′軸に
一致した時の欠陥検査において、その反射光の輝度を比
較するために、反射光測定角をＯおよび０７　とする２
つの測定軸Ｆｏ’ＡｄおよびＦｏ’Ａｄ’　の延長線上
にイメージセンサを配置して、その反射光の輝度を光電
変換した結果、欠陥が微小であればあるほどＬ−Ｌ’軸
に近いＦｏ’Ａｄ軸上での光電変換後の検出電圧の方が
大きくなる傾向が実験によって確められた。しかしなが
ら、光電変換出力を増大させる目的のために、たとえば
、さらに中心軸Ｌ　−Ｌ　’　に近い反射光測定軸を選
定し、その測定角をＯｌｌとする測定軸Ｆ。’　Ａｄｌ
ｌを選定した場合には、−次元イメージセンサによる光
電変換信号のＳ／Ｎは、スリン１へ光帯のエツジ効果（
ここでは、スリット光帯周辺の輝度、ボケ、反射光５回
折光などにより平行光線の輪郭と明暗のコントラスＩ・
に不明瞭さが生ずることをいう）による周辺光の必要具
」二の明るさによって、かえって低下する。第３図では
、ｆｆｌ’１定軸Ｆ　ｏ’　Ａｄ”の逆方向の夏長線Ａ
　ＩＴ　Ｉ　Ｆ　ｏｒが、スリン１一孔Ｓ２の内側に位
置するために起因するもので、反射光測定角を限りなく
小さくして光電変換出力を増大する対策には限界がある
ことが分った。

また、スリット孔Ｓ２と透光管材７との間隔（ここでは
ＬＯをいう）が離れすぎると、スリット光帯のエツジ効
果により、該スリット光帯の周辺光がスリット光帯の境
界をぼんやりさせるために、イメージセンサのＳ／Ｎを
背景光のために低下させることになる。

要点は、最終スリン１へ孔Ｓ２は極力透光管材７に近づ
け、明瞭な輪郭を有するスリット光帯を入射光として使
用することである。

そこで、測定軸の延長線とスリット板５とが交わる位置
について、スリット光帯の周辺光およびスリット孔Ｓ２
の加工端面よりの乱反射光などの影響をほとんで受けな
い遮光限界レベル（スリット孔Ｓ２の漏光範囲を外れた
範囲）を、スリン１〜孔Ｓ２の下面より計ってＨ８のレ
ベルとすれば、ＨＯがスリット孔Ｓ２の漏光範囲であり
、この漏光範囲と構成部品の相対位置関係より反射光測
定角はおのずと定まり、反射光測定角の関数である欠陥
検査能力も、はぼ把握できることになる。

理論的には、透過光側（Ｌ’　側）で検査するときの、
Ｆ（、’Ａｄを測定軸とする場合の反射光測定角０は、 θ＝ｔ　ａ　ｎ−’　（（ｈ／２＋Ｈｏ　）　／　（Ｌ
ｏ　−１−Ｒ））・・・（１） と表現でき、入射光側検査のＦＯＣα軸の場合に　１お
ける測定角αは、 ７− ａ　＝ｔ　ａ　ｎ−１（（ｈ／２＋Ｈｏ　）　／　（Ｌ
ｏ　Ｒ）：］・　・　・（２） として数式化できる。

ここで、Ｆｏ’Ａｄ軸とＦｏＣａ軸の場合について、そ
の優位性を理論的に評価するには、欠陥ＦＣ＋＋Ｆｏ′
　による反射光の輝度を決める測定角がＯである反射光
測定軸Ｆｏ’Ａｄを欠陥検査能力の最高検査感度方向で
あるとすれば、その延長にあるスリット板５との交点Ｓ
ｏは、遮光限界レベルにある（スリット孔Ｓ２の漏光範
囲Ｈｏに最も近く、しかもその外にある）ことになる。

図において、スリンｌ一孔Ｓ２の漏光範囲Ｉ−Ｉ　ｏは
共通であり、（１）式および（２）式の右辺分母ではＬ
ｏ＋Ｒ＞ＬＯ−Ｒであるため、限界測定角（視野がスリ
ット孔Ｓ２の漏光範囲）Ｉｎに入らない限界角度）に関
し、Ｏくαが成立し、測定角の小さい値をとるＦｏ’Ａ
ｄ軸が優れていることが分かる。

さらに、（１）式および（２）式において、θ＝０゜α
＝０と仮定できる場合には、（１）式および（２）式よ
り、 ８− ０　＝　ａ　〔（Ｌｏ　Ｒ）　／　（Ｌｏ　十Ｒ）　）
　”・（３）となり、透過光側の測定角０は、入射光側
での測定角αに対して係数（ＬＯ−Ｒ）／　（Ｌｏ　＋
Ｒ）に相当する分だけ、中心軸ＬＬ’　に近づけ得るこ
とになり、欠陥による微弱な反射光の正確な検出を可能
にすることになる。

したがって本発明においては、イメージセンサなどの光
電変換器の光検出指向軸は、透光管材７をスリット光帯
が透過する位置（Ｆｏ’）を通り、スリット孔Ｓ２の漏
光範囲Ｈｏを外れる角度とし、好ましくは極力Ｈ６に近
い位置でスリッＩ−仮５と交わる角度とする。

参考までに、入射光側での限界測定角αを保持しながら
、その測定角で透過光側で測定すると、その反射光測定
軸はＦ、）Ａｄ’　となり、スリット板５のところでは
交点Ｓαで交わり、遮光レベルはＨαとなる。したがっ
て、ここでの測定角は、α＝ｔ　ａ　ｎ−１（（ｈ／２
＋Ｈα）／　（Ｌｏ　＋Ｒ））・・・（４） となる。ここで、測定軸をＦＯＣαよりＦｏ’Ａｄ’　
に平行移動したことにより、スリット板５では、Ｎｏ＜
Ｈαが成立する。それ故、（１）式と（４）式より、０
〈αが成立することが証明される。このことは、測定軸
ＦｏＣαでの欠陥検出能力限界、すなわち、入射光側で
の欠陥検出能力限界を、透過光側ではα−０の差分だけ
さらに高感度検出できる能力を有していることを意味す
る。

当然のことながら、測定角がθ″である測定軸Ａｄ”　
Ａｄ’“の場合は、スリッ１へ孔Ｓ２内に測定軸の延長
が入るので、微細欠陥検査は困難か不能になる。また、
透過側での測定角０を保持して、反射光測で欠陥検査す
ることも、前述の理由により、微細欠陥検査は困難か不
能になる。

次に本発明の実施に用いる光電変換装置１４の一例構成
を説明する。第４図に光電変換装置１４の構成を示す。

光電変換装置１４は、 １０数μｍＸ１．０数μｍの光電変換素子（ニレメン１
へ）を１０数μｍ間隔で数十個を一列に集積した一次元
ＣＣＤ（チャージ・カップルド・デバイス）イメージセ
ンサ（リニアアレイ）３２．光電変換素子群に。

スリット光帯透過部（Ｆｏ’）の先住を投影するレンズ
３３．ＣＣＤ駆動回路３４．増幅器３５および出力回路
３６で構成されている。

ＣＣＤ駆動回路３４は、所定周期で光電変換素子又はそ
れに接続されたキャパシタをチャージ又はディスチャー
ジ付勢し、かつ各素子光りの光景対応の電流値をメモリ
付勢する。出力回路は、該所定周期の一周期の間に、メ
モリ値をシリアルに読出す。これにより、所定周期で、
光電変換素子群の各素子の光電変換アナログ信号が、素
子の並び順にシリアルに繰り返し出力される。なお、現
在は、イメージセンサ３２．ＣＣＤ駆動回路３４゜増幅
器３５および出力回路３６を１チツプに一体化したＣＣ
Ｄ撮像装置もあり、これを用いてもよＶ葛。

光電変換装置１４のアナログ出力信号と、光電変換素子
群の各素子に１対１に対応するニレメン　Ａト同期パル
スとが、ケーブル３７を介して、欠陥判別および欠陥検
査のシーケンス制御を行なう電１１− 子制御装置４１に与えられる。電子制御装置４１は、電
源４０．入出力インターフェイス３８およびマイクロコ
ンピュータ３９で構成されている。

前記アナログ信号は、入出力インターフェイス３８の増
幅器に与えられ増幅さ九てから、同じくインターフェイ
ス３８の比較器とピークホールド回路に入力され、エレ
メント同期パルスはインターフェイス３８のカウンタに
入力される。該比較器には、欠陥検出参照電圧として０
．３ｖが与えられており、比較器はアナログ信号（欠陥
検出信号）が０．３ｖより高いと欠陥を示す高レベル「
１」の信号を発生し、こわをカウンタのカウントセット
端とマイクロコンピュータ３９に与える。マイクロコン
ピュータは、この信号「１」を受けると、欠陥ありを検
出レジスタにセットし、該信号が「０」に反転したとき
に、カウンタのカウント値を検出長レジスタに読込んで
該カウンタをクリアし、ピークホールド回路のホールド
レベルをＡ　／　Ｄ　！換して検出レベルレジスタに読
込み、ピークホールド回路をリセットする。欠陥検出開
始１２− から１回転以上の時間が経過すると、管材移送等の機械
系のシーケンス制御に復帰する。欠陥があったときにも
、該時間が経過した時点に、機械系シーケンス制御に復
帰する。

なお第４図においてＲ１−Ｒｎは、管材の移送等を行な
う機械系のシーケンス制御用入出力端子であり、これら
に、機械系との入出力インターフェイスが接続されてい
る。

参考のため、光電変換装置１４で欠陥を検出し、光電変
換装置１４の出力アナログ信号をオシロスコープで観測
した結果を第５ａ図〜第５ｃ図に示す。第５ａ図、第５
ｂ図および第５ｃ図は、それぞれ第１ａ図、第１ｂ図お
よび第１ｃ図に示す欠陥の、検出信号である。この測定
結果より、０．３〜０．５ｖを基準値として基準値より
も検出信号レベルが高い時欠陥有りとする比較処理によ
り、微細欠陥をも十分に検出しうろことが判る。

第６ａ図〜第６ｈ図に、測定角αをパラメータとした、
光電変換装置１４で検出したアナログ信号波形を示す。

検査欠陥は第７図に示す気泡（泡キズ）である。管材を
回転させて入射光側にきたときをｐｏとし、透過光側に
きたときをＦ。′　とした。また測定角αは、５°、１
０°、２０°および３０°とした。第６ａ図、第６ｂ図
、第６Ｃ図および第６ｄ図はＦｏ′の場合、つまり透過
光側で欠陥を検出したものであり、第６ｅ図。

第６ｆ図、第６ｇ図および第６ｈ図はＦ。の場合、つま
り入射光側で欠陥を検出したものである。なお、これら
の図面第６ａ図〜第６ｈ図において、横軸の１目盛は０
．２ｍ５ｅｃに相当し、縦軸の１目盛は０．５ｖである
。

これらの観測結果から、Ｆｏ′の場合（透過光側）では
α＝５°のとき（第６ａ図）が最高感度で、３箇所の欠
陥（第７図）を検出しているが、Ｆ。

の場合（入射光側：第６ｅ図）では背景光が光電変換装
置１４に入光するため、検出不能になることがわかる。

しかし、測定角がα＝１０°になれば、Ｆｏの場合（第
６ｆ図）でも欠陥を検出するが、３箇の欠陥の内、２箇
しか検出していない。これに対し、Ｆｏ′　の場合のα
＝１０″（第６ｂ図）では、３箇所の欠陥のすべてを明
瞭に大きなレベルで検出しており、透過光側での検査が
優れていることを実証している。

次に、αを次第に大きく設定した場合には、たとえばα
＝２０°にもなれば、検出信号レベルが小さくなり、Ｆ
Ｏ＋ＦＯ′のいずれの場合（第６Ｃ図。

第６ｇ図）でも信号レベルは非常に低くなり、Ｓ／Ｎ−
！Ｊ悪くなることが分かる。さらにα＝３０゜に至って
は、第６ｄ図および第６ｈ図に見られるように、すべて
検出不能になる。

以上の通り、本発明によれば、微細な欠陥の自動検出が
最も高い精度で可能であり、作業者の熟練度、疲労など
による検査のばらつきがなくなり、検出精度および検出
の確実性がきわめて高くなる。

多量の透光管材の、連続した高速の、しかも安定した欠
陥検査が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図、第１ｂ図および第１ｃ図は、それぞれガラス
管の欠陥を示す平面図である。　１箇２図は、透光管材
にスリット光帯を投射して欠１５− 陥を検出する場合のスリット光帯と、その反射光および
透過光との関係を示す斜視図である。 第３図は、透光管材に入射したスリット光帯と、光電変
換装置の測定軸との関係を示す側面図である。 第４図は、光電変換装置１４の構造と、機械系のシーケ
ンス制御および欠陥検出処理を行なう電子制御装置４１
の構成を示すブロック図である。 第５ａ図、第５ｂ図および第５ｃ図はそれぞれ第１ａ図
、第１ｂ図および第１ｃ図に示す欠陥を光電変換装置１
４で測定した欠陥検出信号をオシロスコープで観測した
信号波形を示すグラフである。 第６ａ図、第６ｂ図、第６ｃ図、第６ｄ図、第６ｅ図、
第６ｆ図、第６ｇ図および第６ｈ図は、光電変換装置１
４で測定した欠陥検出信号をオシロスコープで観測した
信号波形を示すグラフである。 第７図は、検出対象欠陥を示す拡大平面図であり、これ
らの検出観測結果が第６ａ図から第６ｈ１６− 図に示されるものである。 ７：透光管材　１４：光電変換装置 ３２ニー次元ＣＣＤイメージセンサ ３３：レンズ　３４　：　ＣＣＤ駆動回路３５：増幅器
　３６：出力回路 ３７：ケーブル ３８：入出力インターフェイス ３９：マイクロコンピュータ ４０：電源　４１：電子制御装置 特許出願人三島光産株式会社　他１名 η６ａ司 誤６ｂ司 誤６ｅ■ 兜６ｆワ 泊６ｃ阿 誤６ｄ■ 児６９百 η６ｈ’＞ １７百 艷−−や つＱ、ｕｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光透過性を有する管材の欠陥検査において、照射光源よ
   り発する照射光をスリット板によってスリット光帯に整
   形し、該管材の入射側の管壁より入射透過させ、透過光
   側の管材にある欠陥において乱反射光を生じせしめ、該
   乱反射光の反射光測定軸の光源側方向への延長線がスリ
   ット板側面の遮光限界レベルに位置し、透過光方向の延
   長線上には光電変換装置を配置して微細な欠陥より発す
   る微弱な反射光を検出する、透光管材欠陥精密検査方法
   。