(57)【要約】【課題】  高速生産される球状体の直径不同を、生産速度に合わせて迅速、正確かつ安価に測定する方法と、その測定方法を用いた球状体の選別方法及び選別装置を提供する。【解決手段】  揺動している球状体１１の外形画像を、垂直方向と水平方向から複数回撮影する。（ア）垂直方向から撮影した画像について、各画像における直径の最大値（最大径）を求め、全画像を通して最大径の最大値（直径最大値）を求め、最大直径ｄｍａｘとする。（イ）水平方向から撮影した画像について、各画像における直径の最小値（最小径）を求め、全画像を通して最小径の最小値（直径最小値）を求め、最小直径ｄｍｉｎとする。（ウ）最大直径ｄｍａｘと最小直径ｄｍｉｎとの差、Δｄ＝ｄｍａｘ−ｄｍｉｎを直径不同とする。【選択図】図１
2010271044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動している球状体の外形画像を、垂直方向と水平方向とから複数回撮影し、
（ア）垂直方向から撮影した画像について、
前記各画像における直径の最大値（最大径）を求め、
垂直方向から撮影した全画像を通して、最大径の最大値（直径最大値）を求め、
前記直径最大値を、球状体の最大直径ｄｍａｘとし、
（イ）水平方向から撮影した画像について、
前記各画像における直径の最小値（最小径）を求め、
水平方向から撮影した全画像を通して、最小径の最小値（直径最小値）を求め、
前記直径最小値を、球状体の最小直径ｄｍｉｎとし、
（ウ）前記最大直径ｄｍａｘと、前記最小直径ｄｍｉｎとの差
Δｄ＝ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ
を求め、Δｄを球状体の直径不同とすることを特徴とする、球状体の直径不同の測定方法。
【請求項２】
前記球状体の外形画像の撮影回数が、５回〜１０回であることを特徴とする、請求項１に記載の球状体の直径不同の測定方法。
【請求項３】
前記球状体が、ガラス小球であることを特徴とする、請求項１または２に記載の球状体の直径不同の測定方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の直径不同の測定方法により得られた直径不同にもとづき、規格値を超える直径不同を有する球状体を排除することを特徴とする、球状体の選別方法。
【請求項５】
前記球状体が、ガラス小球であることを特徴とする、請求項４に記載の球状体の選別方法。
【請求項６】
選別すべき球状体を支持する平坦な支持面、および、前記球状体の運動範囲を規制する規制壁を有するカップと、
前記球状体を前記カップに供給する供給手段と、
前記カップ内の前記球状体の画像を、垂直方向および水平方向から撮影する撮影手段と、
撮影された前記画像から、請求項１または２に記載の直径不同の測定方法により、前記球状体の直径不同を算出し、
前記直径不同の規格値に基づき当該球状体の良否判定をおこない、
前記良否判定結果を出力する画像処理装置と、
当該球状体を前記カップから取り出し、前記良否判定結果に応じて、良品または不良品に振り分ける選別機構とを備えたことを特徴とする、球状体の選別装置。
【請求項７】
前記球状体が、ガラス小球であることを特徴とする、請求項６に記載の球状体の選別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真球から僅かにゆがみのある球状体の、直径不同を測定する方法に関する。直径不同とは、直径の最大値と最小値の差である。また、直径不同の規格値に基づき、球状体を選別する方法と選別装置に関する。特に、非球面レンズや通信用レンズのガラス素材として用いられる、小径のガラス球状体（ガラス小球）の直径不同の測定に好適な測定方法、選別方法および選別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス小球は、非球面レンズや通信用レンズを成形するガラス素材として用いられる。ガラス小球の大きさは、典型的には直径２ｍｍ〜１５ｍｍ程度である。ガラス小球に要求される特性に真球度がある。ガラス小球の真球度を定量的に表わす方法として、直径の最大値と最小値の差である直径不同が用いられる。ガラス小球の直径不同が規格値を超えると、レンズ成形のさいに不具合が生じるため、そのようなガラス小球は不良品として排除する必要がある。本発明に関わるガラス小球の直径は、典型的には６ｍｍ程度、直径不同の規格値は、典型的には３００μｍ程度である。
【０００３】
従来、ガラス小球の直径不同を求める方法として、
（１）測定光学顕微鏡下で、ガラス小球の直径の最大値と最小値を測定して、その差を算出する方法や、
（２）ガラス小球を傾斜板の上で転がして、その転がり具合から推定する方法があった。
さらに進んだ方法として、
（３）画像処理装置を組み込んだ測定光学顕微鏡下で、ガラス小球を回転させて測定し、直径不同を算出する方法が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００-２９２１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、連続生産されるガラス小球の生産速度は、１分間当たり３０個以上と高速化している。その上、生産と同一速度の、インラインによる全数検査が求められている。人手による、単純なオフライン全数顕微鏡検査（従来の第１の方法）では、迅速な検査は不可能であり、選別費用も高い。
【０００６】
また、従来から、直径不同の大小による、傾斜板での転がり方の違いを利用した選別方法（従来の第２の方法）が知られている。しかし、発明者らの実験によると、直径不同が３００μｍを超えるガラス小球を完全に排除しようとすると、直径不同が３００μｍ以下の良品が、不良品側に５０％程度混入してしまうため、歩留まりが悪く、実用にならない。
【０００７】
特許文献１に記載されている測定方法（従来の第３の方法）は、光学顕微鏡下で、１個のガラス小球を１０°刻みで３６０°回転させて、３６枚の画像を撮影し、直径不同を測定する方法である。しかし、計測の工数が多く、時間を要し、迅速性に難があるため、インラインによる全数検査には適さない。
【０００８】
本発明は、上記各種従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、高速で連続生産される球状体の直径不同を、生産速度に合わせて迅速、正確かつ安価に測定する方法である。また、その測定方法を用いた球状体の選別方法および選別装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の要旨は次のとおりである。
（１）本発明の測定方法は、揺動している球状体の外形画像を、垂直方向と水平方向とから複数回撮影する。垂直方向からの撮影と水平方向からの撮影は、同時でもよいし、同時でなくてもよい。
（ア）垂直方向から撮影した画像について、各画像における直径の最大値（最大径）を求め、垂直方向から撮影した全画像を通して、最大径の最大値（直径最大値）を求め、直径最大値を、球状体の最大直径ｄｍａｘとする。
（イ）水平方向から撮影した画像について、各画像における直径の最小値（最小径）を求め、水平方向から撮影した全画像を通して、最小径の最小値（直径最小値）を求め、直径最小値を、球状体の最小直径ｄｍｉｎとする。
（ウ）最大直径ｄｍａｘと最小直径ｄｍｉｎとの差、Δｄ＝ｄｍａｘ−ｄｍｉｎを求め、Δｄを球状体の直径不同とする。
（２）本発明の測定方法は、球状体の外形画像の撮影回数が、５回〜１０回である。撮影回数が５回未満と少ないと、測定精度が低くなり、撮影回数が１０回を超えると、測定時間が長くなる。測定精度と測定時間とのバランスを考えると、撮影回数は５回〜１０回が好適である。
（３）本発明の測定方法は、球状体がガラス小球である。ガラス小球は、高速連続生産され、生産と同一速度の全数検査が求められている。本発明は、このようなガラス小球の直径不同のインライン測定に、好適である。
（４）本発明の選別方法は、上記記載の測定方法により得られた直径不同にもとづき、規格値を超える直径不同を有する球状体を排除する。
（５）本発明の選別方法は、球状体が、ガラス小球である。
（６）本発明の選別装置は、選別すべき球状体を支持する平坦な支持面、および、球状体の運動範囲を規制する規制壁を有するカップと、球状体をカップに供給する供給手段と、カップ内の球状体の画像を、垂直方向および水平方向から撮影する撮影手段と、撮影された画像から、上記記載の測定方法により、球状体の直径不同を算出し、直径不同の規格値に基づき球状体の良否判定をおこない、良否判定結果を出力する画像処理装置と、球状体をカップから取り出し、良否判定結果に応じて、良品または不良品に振り分ける選別機構とを備える。
（７）本発明の選別装置は、球状体がガラス小球である。
【００１０】
本願発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討した結果、高速生産されるガラス小球の直径不同を、インラインで迅速かつ精度よく測定する方法を発明した。本発明の方法においては、ガラス小球を底の平坦なカップに載せ、カップ内で揺動しているガラス小球の外形画像を、垂直方向と水平方向とから、連続的に５回〜１０回程度撮影する。垂直方向からの撮影と水平方向からの撮影は、同時でもよいし、同時でなくてもよい。
【００１１】
垂直方向から撮影した画像については、まず、各画像における直径の最大値（最大径）を求め、次に、全画像を通して最大径の最大値（直径最大値）を求める。この値（直径最大値）を、ガラス小球の最大直径ｄｍａｘと考える。
【００１２】
水平方向から撮影した画像については、まず、各画像における直径の最小値（最小径）を求め、次に、全画像を通して最小径の最小値（直径最小値）を求める。この値（直径最小値）を、ガラス小球の最小直径ｄｍｉｎと考える。
【００１３】
次に、垂直方向から撮影した画像から求めたガラス小球の最大直径ｄｍａｘと、水平方向から撮影した画像から求めたガラス小球の最小直径ｄｍｉｎとの差、Δｄ＝ｄｍａｘ−ｄｍｉｎを求め、Δｄを当該ガラス小球の直径不同と考える。
【発明の効果】
【００１４】
高速で連続生産されるガラス小球の直径不同の測定、および直径不同の規格値に基づく選別作業を、生産速度に合わせてインラインで迅速にできるようになる。これにより、寸法精度の良いガラス小球の大量生産が可能になる。また選別作業の自動化により、選別費用を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】直径最大値を求める方法の説明図
【図２】直径最小値を求める方法の説明図
【図３】ガラス小球の画像から最大径ｄ１ｎを求める方法の説明図
【図４】本発明による直径不同の測定の精度を示すグラフ
【図５】ガラス小球の直径不同選別装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明により、ガラス小球の直径最大値を求める方法の説明図である。図１（ａ）は、ガラス小球１１が、底の平坦なカップ１２の中で、理想的に静止したときの図である。この場合、垂直方向のカメラ１３から撮影した画像１枚だけで、ガラス小球１１の直径の最大値ｄａが求められる。しかし、ガラス小球１１が、底の平坦なカップ１２の中で静止するまでには、長時間（数十秒から数分）かかる上、目に見えないほこりなどの影響で、傾いて静止することもある。このため、ガラス小球１１が静止するのを待って、ガラス小球１１の直径の最大値ｄａを測定する方法は、能率が悪い上に、精度も必ずしも良いとは言えない。このため、本発明は、図１（ａ）の方法ではなく、次に説明する図１（ｂ）の方法を採用する。
【００１７】
図１（ｂ）は、ガラス小球１１が、底の平坦なカップ１２の中で、揺動しているときの図である。ガラス小球１１の揺動はランダムで、規則性はない。Ｎｏ．１では、垂直方向のカメラ１３から撮影した画像により、最大径ｄ１１を求める。Ｎｏ．２では、垂直方向のカメラ１３から撮影した画像により、最大径ｄ１２を求める。Ｎｏ．３では、垂直方向のカメラ１３から撮影した画像により、最大径ｄ１３を求める。これを繰り返して、５枚から１０枚の画像について、各々の最大径ｄ１１、ｄ１２、ｄ１３、…、ｄ１５、…、ｄ１１０を求める。撮影回数が少ないと測定精度が低くなり、撮影回数が多いと測定時間が長くなる。発明者らの実験によると、撮影回数はそのバランスを考えて、５回〜１０回が適当である。
【００１８】
次に、各々の最大径ｄ１１、ｄ１２、ｄ１３、…、ｄ１５、…、ｄ１１０を比較して、その中の最大値を、ガラス小球の直径最大値ｄｍａｘとする。
【００１９】
ガラス小球１１は揺動しているから、真の直径最大値ｄａは測定できないが、種々の方向（カメラ１３の撮影方向は一定だが、ガラス小球１１がランダムに方向を変える）から測定した複数の最大径ｄ１１、ｄ１２、ｄ１３、…、ｄ１５、…、ｄ１１０の中には、真の直径最大値ｄａに近い値があると考えられる。そこで、最大径ｄ１１、ｄ１２、ｄ１３、…、ｄ１５、…、ｄ１１０の中の最大の値を、近似的に直径最大値ｄｍａｘと考える。
【００２０】
このようにして求めた直径最大値ｄｍａｘは、真の直径最大値ｄａよりも小さいが、ガラス小球１１の選別に用いる上では、十分な精度があることを、後に直径不同のデータで示す。
【００２１】
本発明によれば、揺動状態のガラス小球１１を複数回撮影することにより、真の直径の最大値ｄａに近い値ｄｍａｘを、短時間（例えば２秒間）で得ることができる。
【００２２】
図２は、直径最小値を求める方法の説明図である。図２（ａ）は、ガラス小球１１が、底の平坦なカップ１２の中で、理想的に静止したときの図である。この場合は、水平方向のカメラ１４から撮影した画像１枚だけで、ガラス小球１１の直径の最小値ｄｂが求められる。しかし、ガラス小球１１が、底の平坦なカップ１２の中で静止するまでには、長時間（数十秒から数分）かかる上、目に見えないほこりなどの影響で、傾いて静止することもある。このため、ガラス小球１１が静止するのを待って直径の最小値ｄｂを測定する方法は、能率が悪い上に、精度も必ずしも良いとは言えない。このため、本発明は、図２（ａ）の方法ではなく、次に説明する図２（ｂ）の方法を採用する。
【００２３】
図２（ｂ）は、ガラス小球１１が、底の平坦なカップ１２の中で、揺動しているときの図である。ガラス小球１１の揺動はランダムで、規則性はない。Ｎｏ．１では、水平方向のカメラ１４から撮影した画像により、最小径ｄ２１を求める。Ｎｏ．２では、水平方向のカメラ１４から撮影した画像により、最小径ｄ２２を求める。Ｎｏ．３では、水平方向のカメラ１４から撮影した画像により、最小径ｄ２３を求める。これを繰り返して、５枚から１０枚の画像について、各々の最小径ｄ２１、ｄ２２、ｄ２３、…、ｄ２５、…、ｄ２１０を求める。撮影回数が少ないと測定精度が低くなり、撮影回数が多いと測定時間が長くなる。発明者らの実験によると、撮影回数はそのバランスを考えて、５回〜１０回が適当である。
【００２４】
次に、各々の最小径ｄ２１、ｄ２２、ｄ２３、…、ｄ２５、…、ｄ２１０を比較して、その中の最小値を、ガラス小球の直径最小値ｄｍｉｎとする。
【００２５】
ガラス小球１１は揺動しているから、真の直径最小値ｄｂは測定できないが、種々の方向（カメラ１４の撮影方向は一定だが、ガラス小球１１がランダムに方向を変える）から測定した複数の最小径ｄ２１、ｄ２２、ｄ２３、…、ｄ２５、…、ｄ２１０の中には、真の直径最小値ｄｂに近い値があると考えられる。そこで、最小径ｄ２１、ｄ２２、ｄ２３、…、ｄ２５、…、ｄ２１０の中の最小の値を近似的に直径最小値ｄｍｉｎと考える。
【００２６】
このようにして求めた直径最小値ｄｍｉｎは、真の直径最小値ｄｂよりも大きいが、ガラス小球１１の選別に用いる上では、十分な精度があることを、後に直径不同のデータで示す。
【００２７】
本発明によれば、揺動状態のガラス小球１１を複数回撮影することにより、真の直径の最小値ｄｂに近い値ｄｍｉｎを、短時間（例えば２秒間）で得ることができる。
【００２８】
次に、垂直方向から撮影した画像から求めたガラス小球の最大直径ｄｍａｘと、水平方向から撮影した画像から求めたガラス小球の最小直径ｄｍｉｎとの差、Δｄ＝ｄｍａｘ−ｄｍｉｎを求め、Δｄを当該ガラス小球の直径不同とする。
【００２９】
図３は、ガラス小球１１のｎ枚目の画像から、最大径ｄ１ｎを求める方法の説明図である。ガラス小球１１をカメラ１３で撮影すると、カメラ１３の撮影範囲１３ａ内に、下方からの背面照明（図示しない）により、背景が明るく、ガラス小球１１部分が暗い、ガラス小球１１の透過画像（影絵）１１ａが得られる。ガラス小球１１の透過画像１１ａは、ガラス小球１１の外周で明度（図３のグラフ）が大きく変化するので、直径を明瞭に求めることができる。
【００３０】
ここで直径の測定ライン１５を一周させて、直径の最も大きい値を求め、その値をこの画像の最大径ｄ１ｎとする。なお画像から、ガラス小球１１の最小径ｄ２ｎを求める場合も、同様の操作でおこなうことができるので、説明は省略する。
【００３１】
図４は、本発明の方法による直径不同の測定が、十分な精度を有することを示す実験結果のグラフである。この実験は、設計直径が６．４５ｍｍのガラス小球６０個について、（１）測定光学顕微鏡下で、ガラス小球の直径の最大値と最小値を測定して、その差（直径不同）を算出し、さらに、（２）対応するガラス小球について、本発明の方法で直径不同を算出したものである。
【００３２】
グラフの横軸には、測定光学顕微鏡による直径不同の値（実測値）を、縦軸には、本発明による直径不同の値（演算値）をとって、ガラス小球１個について１点ずつをプロットした。グラフから明らかなように、測定光学顕微鏡による直径不同の値（実測値）と、本発明による直径不同の値（演算値）は、高い精度で一致する。このため、ガラス小球の直径不同の選別に、本発明の方法は問題なく採用できる。
【００３３】
図５は、ガラス小球１１の本発明の直径不同選別装置の構成図である。ガラス小球１１は供給シュート１６から、ターンテーブル１７のカップ１２に供給される。ターンテーブル１７が９０°回転して停止し、ガラス小球１１はカップ１２に載った状態で、撮影場所（カメラ１３の直下およびカメラ１４の正面）に送られる。
【００３４】
ターンテーブル１７は撮影位置で一端停止するが、カップ１２内のガラス小球１１は揺動を続ける。カップ１２は、ガラス小球１１の透過画像（影絵）を撮影しやすいように、半透明の材料で作られており、撮影位置の下方および側方に、照明（図示しない）が備えられている。
【００３５】
カップ１２の内側底面１２ａは、ガラス小球１１が自由に揺動できるように平坦な支持面となっており、その周囲は、ガラス小球１１がカメラ１３、１４の撮影範囲からはみ出さないように、規制壁１２ｂとなっている。
【００３６】
撮影場所において揺動しているガラス小球１１を、カメラ１３で、垂直方向から５回〜１０回撮影し、得られた画像から、画像処理装置１８により直径最大値ｄｍａｘを求める。直径最大値ｄｍａｘを求める方法は、先に説明したとおりである。
【００３７】
同時に、撮影場所において揺動しているガラス小球１１を、カメラ１４で、水平方向から５回〜１０回撮影し、得られた画像から、画像処理装置１８により直径最小値ｄｍｉｎを求める。直径最小値ｄｍｉｎを求める方法は、先に説明したとおりである。
【００３８】
画像処理装置１８内においては、垂直方向から撮影した画像から求めたガラス小球の最大直径ｄｍａｘと、水平方向から撮影した画像から求めたガラス小球の最小直径ｄｍｉｎとの差、Δｄ＝ｄｍａｘ−ｄｍｉｎを求め、Δｄを当該ガラス小球の直径不同とする。
【００３９】
カメラ１３、１４による撮影の終了したガラス小球１１は、ターンテーブル１７が取り出し位置まで回転して、取り出しシュート１９に移送され、次に選別機構２０に供給され、画像処理装置１８からの良否判定結果２１に応じて、良品２２と不良品２３に選別される。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の測定方法、選別方法および選別装置は、上記実施例のガラス小球以外にも、金属、樹脂、セラミックス、その他の材料からなる球状体に適用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１１         ガラス小球
１１ａ       ガラス小球の透過画像
１２         カップ
１２ａ       カップの内側底面
１２ｂ       カップの規制壁
１３         カメラ
１３ａ       カメラの撮影範囲
１４         カメラ
１５         測定ライン
１６         供給シュート
１７         ターンテーブル
１８         画像処理装置
１９         シュート
２０         選別機構
２１         良否判定結果
２２         良品
２３         不良品
【図１】
2010271044.tif 000003
【図２】
2010271044.tif 000004
【図３】
2010271044.tif 000005
【図４】
2010271044.tif 000006
【図５】
2010271044.tif 000007