JP4036569B2 - ２個のカメラと単一光源を使用する透明容器の光学検査装置及びその方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容器の光学特性に影響を与える商業上の変異用の透明容器の検査に関し、より詳細には、単一光源を使用する単一検査場所での容器の不透明及び応力変異のため容器を検査する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス製の瓶及び水差しのような透明容器の製造において、いろいろなタイプの異常が容器の側壁、下端、底部、肩部及び又は首部で発生し得る。本技術分野において商業上の変異と呼ばれるこれらの異常は、容器の商業上許容性に影響を与え得る。今までは、容器の光学特性に影響を与える商業上の変異を検出するため電子光学検査技術を用いることが提案されていた。基本原則は、光源が光エネルギーを容器に導くように配置され、カメラは光源により照らされる容器の部分の像を受け取るように配置される。光源は均一強度としてもよく、又は、一次元の光源を横切って変化する強度を有するように構成されてもよい。光源により照らされる容器の部分の商業上の変異は、カメラに受け取られ記憶される照らされた容器の像の光強度の関数として検出される。
【０００３】
米国特許 No.4,378,493、4,378,494、4,378,495、及び4,601,395はすべて本出願の譲受人に譲渡され、理学的及び光学的に検査される一連の位置又は場所を通ってガラス製の容器が運ばれる検査技術を開示している。１つの光学検査場所では、ガラス製容器は縦方向に保持され、その中心軸回りに回転する。照明源は散乱性の光エネルギーを容器の側壁を通って導く。容器の縦軸に平行な線形配列に方向付けされた複数の光感光要素を含むカメラは、容器の側壁の縦片を通って送られる光を受け取るように配置される。線形配列の各要素の出力は容器の回転の増分で抽出され、近接の信号の大きさが予め選択されたしきい値以上異なる時、事象信号が発生する。適当な拒絶信号が作り出され、容器はコンベヤーラインから分類される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
再生ガラスからのガラス製容器の製造において、異なる熱膨張特性を有する材料が単一の容器で混合されるようになる点で問題に出くわす。例えば、非常に低い熱膨張特性を有する透き通った調理器具が再生のためガラスと混合され得ることが分かった。容器に現れる調理器具の溶解していない粒子が冷却において応力点を作り出し、該応力点は破砕又は後の欠陥場所となり得る。ガラスに現れ応力変異を引き起こす異質部分はガラス前炉又は噴出口からの大量又は少量の難溶性材料を含んでいる。従って、容器の応力又は不透明な応力のない変異を検出する方法及びシステムを提供することが必要である。しかし、空間は現存の検査システムに限られ、そのシステムのいろいろな検査場所は適所に追加の検査装置を容易に収容することはできない。
【０００５】
今まで容器の側面の応力変異を検出するため交差した偏光子を用いることが提案されてきた。交差した偏光子及び交差した偏光子の間に配置された容器を通って導かれた光エネルギーは、容器側壁に応力変異がない時は通常、映像カメラで暗い映像面を現わす。しかし、応力変異は容器を通過する光エネルギーの偏光を充分に変化させ、別の暗い背景に対してカメラで明るい地点を現わし、応力変異を示す。この譲受人に譲渡された米国特許 No.4,026,656は、背景としてそのような技術を説明し、赤外線光エネルギー及び赤外線偏光フィルタを用いて周囲光の背景の影響を減少させることを提案している。
【０００６】
容器の光学特性に影響を与える商業上の変異のため、透明ガラス粒子、特に、ガラス製容器を検査する方法及び装置を提供することが本発明の一般的な目的である。本発明のより特定の目的は、容器の応力変異及び不透明変異（応力ありと応力なし）の両方を検出するのに特に良く適する説明した特質の方法及び装置を提供することである。本発明の別の目的は、単一検査場所で単一光源を使用して容器の応力及び不透明で応力のない変異の検出のため説明した特性の方法及び装置を提供することである。本発明の更なる目的は、経済的に実行し、延長した動作寿命に亘り信頼性のある説明した特性の方法及び装置を提供することである。本発明の更に別の目的は、現存する容器検査システムの単一の検査場所で実行されるのに適合する説明した特性の方法及び装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の現在の好適な実施例による容器の商業上許容性に影響を与える変異のための容器を検査する装置は、容器がその軸の回りを回転している間に容器を通って散乱され偏光された光エネルギーを導く光源を含んでいる。第１カメラが光源から容器の一部分を通って送られる散乱され偏光された光エネルギーを受け取るように配置され、別の明るい背景に対して不透明な変異が暗く現れる容器の一部分の像を第１カメラが受け取るようになっている。第２カメラは光源から前記容器の一部分を通って送られる光エネルギーを受け取り、光源の偏光子に交差する方向の偏光子を含んでいる。第２カメラは容器の応力変異の明るい像を受け取り、暗い背景に対して、容器を通過する散乱され偏光された光エネルギーの偏光を変化させる。イメージプロセッサは両方のカメラに結合され、カメラにより見通される容器の一部分の対応した像を受け取り、容器の変異を検出すると共に識別する。
【０００８】
第１及び第２カメラはそれぞれ、お互い及び容器の軸と共面方向に向けておかれた線形配列のＣＣＤセンサを含んでいる。イメージプロセッサは容器の回転の増分（インクリメント）でカメラの線形配列のＣＣＤセンサをスキャンし、容器の検査部分の２次元に広げた像をそれぞれ出現させる。これらの２次元の像の比較に応じて、オペレータの分析のための２次元像の同時表示により、及び又は、像の個別の画素信号の自動電子比較により、変異が検出されると共に識別される。本発明の好適な実施例の第１カメラは容器の向こう側の光源に正反対であるが、第２カメラは第１カメラの下に配置され上向き角度で容器を見通す。第２カメラの視野は容器の下端を含み、使用中に容器の下端部分に通常加えられる衝撃力のため、光源の偏光に影響を与える応力変異は特に重大である。本発明の好適な実施例の光源は、可視範囲、好ましくは約３０００°から５０００°Ｋの色温度範囲で高出力を有する蛍光源を含んでいる。従って、本発明は、検査システムを通る容器の動く弧内に光源を配置することにより現存の検査システムの単一場所で容易に実行され、そのような動く弧の外部の他の上のシステム支持ブラケットのシステムにカメラを配置してもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び２は本発明の現在の好適な１実施例による容器１４を検査する装置１０を示している。光源１６は１以上の垂直方向に置かれた蛍光灯１８を含み、該蛍光灯はディフューザー２０と協力して広領域に散乱する光源を形成する。光エネルギはディフューザー２０から第１偏光レンズ２２を通って容器１４に導かれる。第１カメラ２４は容器１４の向こう側の光源１６に正反対で、線形配列のＣＣＤセンサ２６を含み、光源１６により光を通過させる容器１４の対向する狭片に焦点を合わせる。第２カメラ２８はカメラ２４の下に配置され、線形配列のＣＣＤセンサ３０を含み、光源１６により光を通過させる容器１４の対向する狭片は第２偏光レンズ３２を通って焦点を合わせられる。従って、カメラ２８は僅かに上向きの角度で容器１４を見通し、容器１４の下端を含んでいる。偏光レンズ２２，３２はお互いに関して交差して偏光される。線形配列のセンサ２６，３０はお互いに共面であり、更に容器１４の軸と共面である。配列２６，３０の線形次元はお互い及び容器１４の軸と共面である。配列２６の線形次元は容器の軸に平行であり、配列３０の線形次元は容器の軸に対して僅かな角度である。そのような角度は下端の曲率次第であり、好ましくは約６°である。両方のカメラ２４，２８は下端から口まで容器の狭片を見通すのが好ましい。一般に、光源１６は１以上の蛍光灯１８を含み、従来技術の通常の白熱光源と対照すると、光スペクトルの可視部分の光を発生する。白色光用の偏光子レンズは通常、白熱光源によって発生される赤外線又は近赤外線光用の偏光子よりずっと安価である。本発明の好適な実施例の電球１８は可視光範囲の１つ以上の高出力電球を含んでいる。センサ２６，３０の応答特性の間にトレードオフがあり、通常、赤外線範囲でより敏感であり、偏光レンズ２２，３２に関連する費用は可視範囲でより安価である。現在、約３０００°から５０００°Ｋの光源の色温度範囲が好ましく、３０００°Ｋの色温度が特に好ましい。
【００１０】
通常、スターホイール（図示せず）及びスライドプレート３６を含むコンベヤー３４が配置されると共に容器の源に接続され、弓形進路３８（図２）を通って容器を連続的に移動させ、連続的に容器を装置１０の位置に運び、スターホイールコンベヤーの容器検査システムの１つの場所に配置する。コンベヤー３４及び全体の検査システムは、米国特許 No.4,230,319及び4,378,493に示されたもののような適当なタイプであってもよく、背景の目的のためここにインコーポレイテッドバイリファレンスされている。カメラ２４，２８はコンベヤーから外部に伸びるカメラ支持ブラケット３７の他の上の一つに調整可能に取付けられている。連続する容器は光源１６とカメラ２４，２８の間の一定位置に保持され、容器の中心軸回りのドライブローラー３９等により回転される。エンコーダー４０は容器回転機構に結合され、容器回転の増分を示す信号を供給する。そのような増分は回転の一定角度増分又は一定速度での回転の一定時間増分のいずれかで構成されていてもよい。イメージプロセッサ４１はエンコーダー４０及びカメラ２４，２８に結合され、容器の回転の増分でセンサ２６，３０をスキャンし、容器１４の対応する２次元電子像を出現させる。これらの２次元像は、第１次元はそれぞれの線形配列のセンサの連続要素からの信号によって形成され、第２次元は容器の回転の増分によって形成される。
【００１１】
動作において、連続する容器１４は光源１６とカメラ２４，２８の間のコンベヤー３４によって適所に導かれる。その後、容器は一定位置に保持され、その中心軸の回りに回転される。光源１６からの散乱され偏光された光エネルギーは容器１４を通ってカメラ２４の配列２６上に導かれ、従って、明るい背景像を形成する。容器の不透明な変異は光源１６からカメラ配列２６への光エネルギーの伝達を遮り又は吸収し、そのような不透明な変異が別の明るい背景に対して暗い像を形成するようになっている。（不透明な変異という用語は、光エネルギーを遮り又は吸収する変異だけではなく、カメラを離れてそれを通じて伝達される光エネルギーを有効に屈折するような大きさの屈折変異とカメラから離れて光エネルギーを反射する反射エネルギーをも含む。換言すれば、容器の光エネルギーを遮り又は吸収する変異、カメラから離れて光エネルギーを屈折する変異、及びカメラから離れて光エネルギーを反射する変異は、別の明るい背景に対する暗い像のようなカメラ２４の配列２６ですべて現れるだろう。）同時に、光源１６からの散乱され偏光された光エネルギーは容器１４を通ってカメラ２８の前の偏光子３２に伝達される。偏光子レンズ２２，３２の交差方向付けは通常、カメラ２８の配列３０で暗い背景又は地色を作り出す。しかし、容器の側壁での応力変異のような容器１４の変異は、それを通じて伝達される光エネルギーの偏光を変え、別の暗い地色又は背景に対する明るい像としてカメラ２８の配列２８に現れるだろう。
【００１２】
図３Ａ及び３Ｂは容器の１回転中のそれぞれのカメラ２４，２８からのイメージプロセッサ４１によりスキャンされた容器１４の広げた２次元像を示している。例えば、応力を作り出さない不純物が図３Ａの暗い像５０により示され、図３Ｂの同じｘ−ｙ位置には対応する像がない。応力を作り出す不純物は図３Ａで暗い像５２ａにより示され、図３Ｂで対応する暗い像５２ｂにより示され、該暗い像は不純物を取り囲む応力領域の明るい像５２ｃにより取り囲まれている。像５０，５２ａは不純物の寸法を示している。図３Ａの対応する位置に像がなく結合された図３Ｂの明るい像５４は透明な１点又は極少量の不透明な調理器具を含むことにより生成された応力変異を示し、前記不透明な調理器具は同様な透明特性を有しているが容器の側壁の周囲のガラスとは熱特性が異なっている。別の暗い背景に対する図３Ｂの細長い明るい像５６は容器の側壁での失透現象を示していてもよい。容器の応力生成変異は容器の弱い領域を示していてもよく、該弱い領域は容器の通常の取扱い中の衝撃の結果として、又は、容器が満たされ又は取扱われる時の熱応力の結果として破砕しやすい。容器の下端、すなわち、容器の側壁を容器の底部につなぐ容器の部分は、通常の使用中に応力及び衝撃を受けやすいので、応力変異の含有に特に敏感である。従って、図１に示されているような本発明の装置の特に重要な利点は、カメラ２８が容器の全体の下端部分を含む僅かに上向きの角度で容器１４を見通すという事実にある。
【００１３】
イメージプロセッサ４１はディスプレイ４４に結合され、カメラ２４，２８から生成された広げた２次元像（例えば、図３Ａ及び図３Ｂ）をオペレータに対して同時に表示する。オペレータはそのように表示された情報を分析し、製造サイクルで適当な修正を実行してもよい。選択的又は同時にイメージプロセッサ４１は適当な画素比較技術によって２次元像を自動的かつ電子的に比較し、製造処理の自動修正を実行し（例えば、米国特許No.4,762,544参照）及び又はコンベヤーラインから不十分な容器を拒絶又は取り除く機構４２を作動させてもよい。また、再生ガラスから形成された新しい容器では不純物が再発するので、不純物を有する容器を再生しないことが利点である。本発明により供給される情報は再生されるべきでない容器を退けるもっと正確な指示を与えるために使用可能である。分析のための２つの広げた２次元像の供給は、異なるタイプの変異に応じる光学技術を違えることにより得られ、変異、例えば、大きさ、形状及び応力のある又はない不純物の分類の機会を増加させ行われる。イメージプロセッサは、応力の加えられた不純物、応力の加えられていない不純物、粘性の節、水疱、リボン状露滴、ドープ等のような変異のタイプに容易に分類可能である。
【００１４】
従って、本発明によれば、容器の光学特性、特に応力変異及び不透明変異に影響を与える商業上の変異のための容器のようなガラス製物品を検査するための方法及び装置が提供される。本発明の方法及び装置は可視領域の光エネルギーに応じて比較的安価な偏光子材料を用いて実行されてもよい。本発明の技術は、透き通った（無色）及び色付き（例：琥珀色）の両方のガラスと共に容易に用いられてもよい。本発明の方法及び装置は、単一光源を用いて容器検査システムの単一場所で実行されてもよく、現存のスターホイールタイプ及び他の容器検査システムに容易に更新されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の現在の好適な１実施例による容器の応力及び不透明な変異を検出する装置を示す電子光学の概略図である。
【図２】 図１に示される装置の平面図である。
【図３Ａ】 図１及び図２の装置を用いて得られた容器の２次元像を示している。
【図３Ｂ】 図１及び図２の装置を用いて得られた容器の２次元像を示している。
【符号の説明】
１４ 容器
１６ 光源
１８ 蛍光源
２０ ディフューザー
２２ 偏光子
２４ 第１カメラ
２６ 線形配列のＣＣＤセンサ
２８ 第２カメラ
３０ 線形配列のＣＣＤセンサ
３２ 第２偏光子
３４ コンベヤー
３９ 回転させる手段
４１ イメージプロセッサ
４４ オペレータディスプレイ

Claims (14)

1. 容器の商業上許容性に影響を与える変異のため容器（１４）を検査する装置であって、
   容器の軸の回りに容器を回転させる回転手段（３９）と、
   散乱され偏光された光エネルギーを前記回転手段の容器を通して導くためのディフューザー（２０）の次に第１偏光子（２２）を含む１つの光源（１６）と、
   前記回転手段に関して、光源から送られた散乱され偏光された光エネルギーを容器の一部分を通って受け取るように配置され、明るい背景に対して不透明な変異が暗く現れる前記容器の一部分の像を受け取るようになっている第１カメラ（２４）と、
   前記回転手段に関して、前記光源から送られた散乱され偏光された光エネルギーを容器の一部分を通って受け取るように配置され、偏光方向が前記第１偏光子に交差する方向の第２偏光子（３２）を含み、暗い背景に対してそこを通過する散乱され偏光された光エネルギーの偏光を変える前記容器の一部分の応力変異の明るい像を受け取るようになっている第２カメラ（２８）と、
   前記第１及び第２カメラの両方に結合され前記容器の一部分の対応した像を受け取り、容器内の変異を検出及び識別する手段を含むイメージプロセッサ（４１）とを含み、
   前記第１及び第２カメラが前記光源により照らされる容器の一部分の対応した像を受け取り、前記イメージプロセッサ（４１）が前記第１及び第２像間の比較に基づいて容器内の不透明及び応力の変異を検出すると共に識別することを特徴とする装置。
2. 前記検出及び識別手段が前記像を互いに画素毎に自動的に比較する手段を含む請求項１に記載の装置。
3. 前記第１及び第２カメラ（２４，２８）がそれぞれ、お互いに前記回転手段の容器の軸の同一平面上の方向に合わせて配置された線形配列のＣＣＤセンサ（２６，３０）を含む請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記イメージプロセッサ（４１）が容器回転の増分で前記カメラの前記線形配列のＣＣＤセンサ（２６，３０）をスキャンし前記容器の一部分のそれぞれの２次元像を出現させる手段を含み、前記検出及び識別手段が前記２次元像の比較に基づいて変異を検出及び識別する請求項３に記載の装置。
5. 前記検出及び識別手段が、オペレータが前記２次元像を同時に見ることができるオペレータディスプレイ（４４）を含む請求項４に記載の装置。
6. 前記第１カメラ（２４）が容器を横切る前記光源（１６）と正反対であり、線形配列の前記ＣＣＤセンサ（２６）が容器の軸に平行であり、前記第２カメラ（２８）が前記第１カメラの下に配置され上向きの角度で容器を見通すようになっている請求項３乃至請求項５のいずれか１の請求項に記載の装置。
7. 前記第２カメラによって見通される前記容器の一部分が容器の下端を含む請求項６に記載の装置。
8. 前記両方のカメラが下端から口まで実質上容器全体を見通す請求項７に記載の装置。
9. 前記容器を回転させる手段が弧を通り一連の容器を移動させるコンベヤー（３４）を含み、前記光源（１６）が前記弧内に配置され、前記カメラ（２４，２８）が前記弧外に配置され、前記光源と前記カメラの間の静止位置で順番に各容器を保持し、容器の軸の回りに容器を回転させる請求項７又は請求項８に記載の装置。
10. 前記光源（１６）が蛍光源（１８）を含む請求項１乃至請求項９のいずれか１の請求項に記載の装置。
11. 前記蛍光源（１８）が約３０００°Ｋから約５０００°Ｋの範囲の色温度を有する請求項１０に記載の装置。
12. 容器の商業上許容性に影響を与える変異のため容器（１４）を検査する方法であり、
    （ａ）１つの光源（１６）からディフューザー（２０）の次に第１偏光子（２２）を通った散乱され偏光された光エネルギーを容器を通って第１カメラ（２４）及び偏光方向が 前記第１偏光子に交差する方向の第２偏光子（３２）を含む第２カメラ（２８）に同時に導き、
    （ｂ）明るい背景に対して不透明な変異が暗く現れる容器の一部分の像を前記第１カメラ（２４）で受け取り、
    （ｃ）暗い背景に対して応力変異が明るく現れる前記容器の一部分の像を前記第２カメラ（２８）で受け取り、
    （ｄ）イメージプロセッサが、前記第１及び第２カメラでの前記像の間の比較に基づいて容器の不透明及び応力の変異を検出すると共に識別する
    段階を含むことを特徴とする方法。
13. 前記段階（ｄ）での前記比較が前記像の間の画素毎に行われる請求項１２に記載の方法。
14. （ｅ）容器の軸の回りに容器を回転させる更なる段階を含み、前記段階（ｄ）が容器の回転の増分で前記カメラ（２４，２８）をスキャンする段階を含む請求項１３に記載の方法。

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