(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英溶融炉から連続的に管状に押し出されまたは引き出される石英管に対向して設けられ、石英管内に存在する泡の状態を撮像する撮像手段と、この撮像手段から泡の状態の画像信号を受け、この画像信号を分析し泡の状態を測定する画像処理装置と、この画像処理装置の処理情報を出力する出力装置とを有する石英管の泡検出装置であって、前記撮像手段は前記石英管の直径の延長線に対し同一側に３個配設され、この３個の撮像手段のうちの２個の撮像手段を反射ミラーと組み合わせ、前記３個の撮像手段で石英管の外周位置を周方向にほぼ等間隔をおいて外側から撮像可能に構成することを特徴とする石英管の泡検出装置。
【請求項２】
３個の撮像手段のうち中央に配設された撮像手段と２個の反射ミラーを石英管の外周側にほぼ１２０度の間隔に配設したことを特徴とする請求項１記載の石英管の泡検出装置。
【請求項３】
石英溶融炉から連続的に管状に押し出されまたは引き出される石英管に対向して設けられ、石英管内に存在する泡の状態を撮像する撮像手段と、この撮像手段から泡の状態の画像信号を受け、この画像信号を分析し泡の状態を測定する画像処理装置と、この画像処理装置の処理情報を出力する出力装置とを有する石英管の泡検出装置であって、それぞれ石英管の対向面の泡の状態を撮像するよう石英管の周囲にほぼ９０度の間隔をもって配設された第１の撮像手段および第２の撮像手段と、この２個の撮像手段と石英管に対し反対側に配設され前記石英管の対向面にほぼ対応する石英管の裏面の泡の状態を写し、第１の撮像手段と光学系にある第１の反射ミラーおよび第２の撮像手段と光学系にある第２の反射ミラーを有し、前記第１の撮像手段が石英管と所定の離間距離を有して配設され、前記第２の反射ミラーは石英管の中心と一定の離間距離を有し、かつ直径の延長線との直交面から一定角度回転した位置に配設され、第１の撮像手段および第２の撮像手段により石英管の対向面および第１の反射ミラーおよび第２の反射ミラーを撮像することにより、石英管の対向面および裏面の泡の状態を撮像することを特徴とする石英管の泡検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は石英管の泡検出装置に係わり、特に撮像手段を用いた石英管の泡検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に石英ガラスはＳｉＯ２  の単一成分であること、耐熱性に優れていること、化学的に安定であること、光の透過性に優れていること、および電気絶縁性に優れていることなどの理由で、石英ガラスから製作される石英管は照明用の光源や半導体製造プロセス部材として用いられている。
【０００３】
この石英管が照明用の光源や半導体製造プロセス部材として用いられる場合には、この石英管に製造過程で取り込まれる水素ガス等の泡が存在すると石英管の強度を減じるばかりでなく、照明用の光源や半導体製造プロセス部材の製品特性を損ない、または使用雰囲気などに悪影響を与える虞がある。
【０００４】
そこで、石英管の製造時石英管中に存在する泡の検査を徹底的に行い、泡の存在しない石英管を提供する必要がある。
【０００５】
一般に、石英管は原料の石英粉を石英溶融炉に入れ、水素雰囲気でヒータにより加熱し、溶融した溶融石英を溶融炉の下部に設けられた狭小部と石英管の内側を空洞にするための耐熱製ガイドであるマンドレルとで形成される狭い環状の間隙を通して、成形され製造される。
【０００６】
この成形された石英管には、石英管が水素雰囲気の溶融炉で製造されるため、主として水素の大小の泡が含まれることがあり、従来、石英管の泡の検査は、石英管の製造時、適宜作業員が巡回し、石英管の目視により行っていた。
【０００７】
しかし、この目視検査では精度が低く、泡の幅が０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ以上の場合、石英管が用いられる製品の特性を低減させたり、石英管の強度を低下させる等の障害があり、このような石英管を不良品として排除すべきであるが、往々にして見落とされ、次工程に送られる虞があった。
【０００８】
また、目視検査では作業員が石英溶融時の溶融炉内の温度は最大約２３００℃にもなる高温の溶融炉に接近し、成形された約１０００℃になる高温の石英管を目視するので、かなり危険な作業である。また、この目視検査は石英管製造工程の自動化にも支障となっている。
【０００９】
そこで、泡の見落としがなく、かつ泡検査が無人化でき、さらには自動化にてオンラインで泡検査可能な石英管の泡検査装置が要望されていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、撮像手段を用いた石英管の泡検出装置により、泡検査が無人化され、さらには自動化にてオンラインで石英管の泡検査が可能な石英管の泡検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、石英溶融炉から連続的に管状に押し出されまたは引き出される石英管に対向して設けられ、石英管内に存在する泡の状態を撮像する撮像手段と、この撮像手段から泡の状態の画像信号を受け、この画像信号を分析し泡の状態を測定する画像処理装置と、この画像処理装置の処理情報を出力する出力装置とを有する石英管の泡検出装置であって、前記撮像手段は前記石英管の直径の延長線に対し同一側に３個配設され、この３個の撮像手段のうちの２個の撮像手段を反射ミラーと組み合わせ、前記３個の撮像手段で石英管の外周位置を周方向にほぼ等間隔をおいて外側から撮像可能に構成することを特徴とする石英管の泡検出装置であることを要旨としている。
【００１３】
本願請求項２の発明は、３個の撮像手段のうち中央に配設された撮像手段と２個の反射ミラーを石英管の外周側にほぼ１２０度の間隔に配設したことを特徴とする請求項１記載の石英管の泡検出装置であることを要旨としている。
【００１４】
本願請求項３の発明は、石英溶融炉から連続的に管状に押し出されまたは引き出される石英管に対向して設けられ、石英管内に存在する泡の状態を撮像する撮像手段と、この撮像手段から泡の状態の画像信号を受け、この画像信号を分析し泡の状態を測定する画像処理装置と、この画像処理装置の処理情報を出力する出力装置とを有する石英管の泡検出装置であって、それぞれ石英管の対向面の泡の状態を撮像するよう石英管の周囲にほぼ９０度の間隔をもって配設された第１の撮像手段および第２の撮像手段と、この２個の撮像手段と石英管に対し反対側に配設され前記石英管の対向面にほぼ対応する石英管の裏面の泡の状態を写し、第１の撮像手段と光学系にある第１の反射ミラーおよび第２の撮像手段と光学系にある第２の反射ミラーを有し、前記第１の撮像手段が石英管と所定の離間距離を有して配設され、前記第２の反射ミラーは石英管の中心と一定の離間距離を有し、かつ直径の延長線との直交面から一定角度回転した位置に配設され、第１の撮像手段および第２の撮像手段により石英管の対向面および第１の反射ミラーおよび第２の反射ミラーを撮像することにより、石英管の対向面および裏面の泡の状態を撮像することを特徴とする石英管の泡検出装置であることを要旨としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る石英管の泡検出装置の実施の形態について添付図面に基づき説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る石英管の泡検出装置１を実施した例を示し、また図２はその要部を示す概略図であるが、溶融炉２を用いた連続管引法により製造され、石英管３内に存在する泡を検査するものである。溶融炉２は石英の原料粉Ｍが供給されヒータ４により加熱される耐熱金属製のルツボ５と、このルツボ５とヒータ４を囲う断熱性の耐火物６と、この耐火物６を囲う金属製の外囲７から形成されている。さらに、ルツボ５には金属製で円盤状の突部８ａ  を有するマンドレル８がルツボ５の上方から底部に亘り挿入され、突部８ａ  とルツボ５の底部に設けられたモールド９とで、溶融石英Ｍｍ  が押し出され石英管３を形成する環状の間隙部１０が形成されている。
【００２１】
また、石英管３に対向して撮像手段、例えば光学検査手段を構成するＣＣＤラインセンサー１１ａ  、１１ｂ  、１１ｃ  が少なくとも３個配設され、各ＣＣＤラインセンサー１１ａ  、１１ｂ  、１１ｃ  は画像処理装置１２と電気的に接続されている。さらに、画像処理装置１２はその処理情報を出力する出力装置、例えばモニター１３やヒータ４に供給される電気入力を制御する制御装置１４、あるいは次工程の良品と不良品を自動的に仕分けする自動選別機（図示せず）の選別機制御部１５に電気的に接続されている。
【００２２】
３個のＣＣＤラインセンサー１１ａ  、１１ｂ  、１１ｃ  は石英管３の外周面をほぼ均等に撮像できるようになっている。３個のＣＣＤラインセンサー１１ａ  、１１ｂ  、１１ｃ  は石英管３の直径の延長線Ｌ上で測定領域を２分割した場合、３個とも片側の測定領域に集中的に配置され、撮像場所（測定領域）の省スペース化を図っている。
【００２３】
３個のＣＣＤラインセンサー１１ａ  、１１ｂ  、１１ｃ  は石英管３の外周面を周方向に等間隔をおいて外側から撮像し、検査できるようになっている。具体的には、測定領域を２分割した石英管３の直径の延長線Ｌに直交する石英管３の半径方向（直径方向）の放射光線Ｓａ  上に基準となるＣＣＤラインセンサー１１ａ  が配設され、この基準のＣＣＤラインセンサー１１ａ  から石英管３の軸線廻りに中心角で１２０度回転した石英管３の外周側に２個の反射ミラー１６ｂ  、１６ｃ  が配設され、この反射ミラー１６ｂ  、１６ｃ  で反射光が石英管３の外周側を通って残りの２個のＣＣＤラインセンサー１１ｂ  、１１ｃ  にそれぞれ反射されるようになっている。
【００２４】
しかして、３個のＣＣＤラインセンサー１１ａ、１１ｂ、１１ｃのうち１個の基準のＣＣＤラインセンサー１１ａは石英管３のある外周位置に対向して配設され、石英管３の基準位置を撮像可能になっており、２個のＣＣＤラインセンサー１１ｂ、１１ｃは、反射ミラー１６ｂ、１６ｃにより石英管３の基準位置から中心角度で１２０度異なる位置を撮像可能に設置される。
【００２５】
なお、ＣＣＤラインセンサーを４台以上設置し、石英管の外周面をほぼ等間隔に撮像できるようにしてもよい。
【００２６】
本発明に係る石英管の泡検出装置は以上のような構造になっているから、連続管引法で石英管３を製造するには、水素雰囲気のルツボ５に原料粉Ｍを供給し、ヒータ４により原料Ｍを約１５００℃に加熱、溶融し、溶融石英Ｍｍ  とし、フランジ部８ａ  とルツボ４の底部のモールド９間に形成された環状の間隙部１０から押し出される。
【００２７】
このとき間隙部１０は環状に形成されているので、間隙部１０から押し出される溶融石英Ｍｍ  は管状になり、約１０００℃に冷却され連続した石英管３が製造される。
【００２８】
この連続して製造される石英管３は、石英管３の外周を約３分割して撮像するＣＣＤラインセンサー１１ａ  、１１ｂ  、１１ｃ  で同時に常時撮像され、ＣＣＤラインセンサー１１ａ  、１１ｂ  、１１ｃ  による画像情報は画像処理装置１２に送られる。ＣＣＤラインセンサー１１ａ  により直接撮像される石英管３の範囲は、直径の延長線ＬのＣＣＤラインセンサー１１ａ  、１１ｂ  、１１ｃ  側にあり、かつ放射光線Ｓａ  を中心に約１２０度の部分であり、一方、上述ＣＣＤラインセンサー１１ａ  の撮像範囲外、すなわち直径の延長線Ｌの反ＣＣＤラインセンサー１１ａ  側等の部分は、反射ミラー１６ｂ  または反射ミラー１６ｃ  を介してＣＣＤラインセンサー１１ｂ  、ＣＣＤラインセンサー１１ｃ  で撮像される。
【００２９】
そして、石英管３が下方に連続して移動するので、ＣＣＤラインセンサー１１ａ  、１１ｂ  、１１ｃ  によって石英管３は面として撮像され、一定長さ毎に画像処理装置１２により画像処理される。すなわち、画像処理装置１２内では、連続的に移動する石英管３の濃淡画像の一定区間をとり出し、この区間内の泡の状態、すなわちこの区間に存在する泡Ｂのサイズ（幅ｗ、長さｌ）と泡Ｂの個数等を演算処理して求める。
【００３０】
一方、溶融炉２は水素雰囲気中で使用されるので、石英管製造中に石英管３に図３に示すような泡Ｂが取り込まれることがある。
【００３１】
石英管３に泡Ｂが存在すると画像処理装置１２の演算処理により泡Ｂのサイズ（幅ｗ、長さｌ）が分析され、所定のサイズ、例えば幅ｗが０．２ｍｍ以上の場合には、常時画像を表示しているモニター１３にこの泡Ｂを表示すると共に、選別機制御部１５を介して自動選別機（図示せず）を作動させ、この泡Ｂを含む石英管３を不良品として除外する。また、制御装置１４を介してヒータ４に供給される電力量を制御するなどして溶融炉２の炉内条件を変更し、泡Ｂの発生を抑制する。
【００３２】
図４は３台のＣＣＤラインセンサー１１ａ  、１１ｂ  、１１ｃ  から取り込まれた３方向の画像を合体しモニター１３に表示された画像を示す。溶融炉２から排出された直後の石英管３は約１０００℃の高温であるため、石英管３自体が発光し、しかも泡Ｂの存在する部分は泡Ｂの表面で光が散乱し、他の部分より明るく輝いている。泡Ｂが存在する部分は泡Ｂが存在しない部分より明るく輝いているため、画像処理装置１２内で濃淡レベルを調整することで、上述図４のようなモニター１３の画像Ｐａ  、Ｐｂ  、Ｐｃ  が得られる。画像Ｐａ  はＣＣＤラインセンサー１１ａ  により直接撮像された画像であり、画像Ｐｂ  、Ｐｃ  はそれぞれ反射ミラー１６ｂ  、１６ｃ  を介してＣＣＤラインセンサー１１ｂ  、１１ｃ  に撮像され、画像処理装置１２内でミラー反転処理された画像である。
【００３３】
逐次同様の検査が継続され、無人かつ自動的に石英管３の泡検査が行われ石英管３は継続的に製造される。
【００３４】
このように、本実施の形態においては、３個のＣＣＤラインセンサー１１ａ  、１１ｂ  、１１ｃ  が石英管３の直径の延長線Ｌに対して同一側に配設し、２個の反射ミラー１６ａ  、１６ｂ  を延長線Ｌの反対側に配設したので、ＣＣＤラインセンサー１１ａ  、１１ｂ  、１１ｃ  の点検、調整が容易で、かつ石英管の泡検出装置の設置場所の省スペース化が図れる。
【００３５】
次に、他の実施の形態について説明する。
【００３６】
図５は、本発明の他の実施の形態である石英管の泡検出装置１７で、石英管３の直交する２本の直径の延長線Ｌａ、Ｌｂ上には、第１のＣＣＤカメラ１８ａ、第２のＣＣＤカメラ１８ｂが配設されている。ＣＣＤカメラ１８ａは石英管３の中心と一定の離間距離Ｄａを有して配設されており、この離間距離Ｄａは、例えば石英管３の直径が２５ｍｍのときは２０００ｍｍ、石英管３の直径が５０ｍｍのときは３０００ｍｍであることが望ましい。
【００３７】
一方、ＣＣＤカメラ１８ｂ  と光学系にある反射ミラー１９ｂ  は、石英管３の中心と一定の離間距離ｄｂ  を有し、かつ直径の延長線Ｌｂ  との直交面から一定角度θｂ  時計廻り方向に回転した位置に配置されている。
【００３８】
石英管３の中心と反射ミラー１９ｂ  の離間距離ｄｂ  は上述離間距離Ｄａ  が例えば２０００ｍｍ、３０００ｍｍいずれの場合にも３０ｍｍ以上が必要であり、３０ｍｍ〜１００ｍｍが望ましい。
【００３９】
上述一定角度θｂ  は、石英管３の直径が２５ｍｍ、５０ｍｍいずれの場合にも１０°〜３０°が望ましい。１０°未満であると、例えば図６（ｂ）で示すＰ２ｂとＰ３ｂの像が重なり、また３０°を超すといずれかの像Ｐ２ｂまたはＰ３ｂがＣＣＤカメラ１８ｂ  の視野から外れてしまう。
【００４０】
上述のように配置されたＣＣＤカメラ１８ａは直接石英管３の正面およびその対応する裏面をＣＣＤカメラ１８ａと光学系にある反射ミラー１９ａを介して、図６（ａ）に示すようにＣＣＤカメラ１８ａの画像Ｐ２ａ、反射ミラー１９ａに写る画像Ｐ３ａのように撮像し、ＣＣＤカメラ１８ｂは同様に、直接石英管３の正面およびその対応する裏面を反射ミラー１９ｂを介して図６（ｂ）のＣＣＤカメラ１８ｂの画像Ｐ２ｂ、反射ミラー１９ｂに写る画像Ｐ３ｂのように撮像する。
【００４１】
なお、図７は冷却した製品石英管３の表面周囲に１から０までの１０個の数値を等間隔で表示し、これを図６の石英管の泡検出装置１７で撮像したもので、図６（ａ）はＣＣＤカメラ１８ａ  で撮像したもので、図６（ｂ）はＣＣＤカメラ１８ｂ  で撮像したものである。
【００４２】
このように、２個のＣＣＤカメラ１８ａ  、１８ｂ  と２個の反射ミラー１９ａ  、１９ｂ  で石英管３表面周囲が的確に撮像されているかがわかる。
【００４３】
上述のように、本実施の形態の石英管の泡検出装置は２個のＣＣＤカメラ１８ａ  、１８ｂ  と２個の反射ミラー１９ａ  、１９ｂ  を用いるので、石英管の泡検出装置の設置場所の省スペース化、撮像手段の削減、および画像処理のスピード化が図れ、経済的でかつ効率的である。
【００４４】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明に係る石英管の泡検出装置において、撮像手段を用いた石英管の泡検出装置により、泡検査が無人化され、危険作業から作業者を解放し、目視検査に比べ検査精度を向上することができ、さらには自動化にてオンラインで石英管の泡検査が可能になった。また、石英管自身の発光を利用した泡検査で、特別な照明も必要とせず、経済的な泡検出装置である。さらに、撮像手段と反射ミラーを組み合わせて用いる場合には、石英管の泡検出装置の設置場所の省スペース化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る石英管の泡検出装置の縦断面図。
【図２】図１の要部を説明する概略図。
【図３】石英管に含まれる泡の状態を示す説明図。
【図４】モニターに表示された泡の状態を示す参考図。
【図５】本発明に係る他の実施の形態の石英管の泡検査装置の概略図。
【図６】図５のＣＣＤカメラに撮像される画像の説明図。
【図７】図５のＣＣＤカメラに撮像された石英管の画像写真。
【符号の説明】
１  石英管の泡検出装置
２  溶融炉
３  石英ルツボ
４  ヒータ
５  ルツボ
６  耐火物
７  外囲
８  マンドレル
８ａ    突部
９  モールド
１０  間隙部
１１ａ  、１１ｂ  、１１ｃ    ＣＣＤラインセンサー
１２  画像処理装置
１３  モニター
１４  制御装置
１５  選別機制御部
１６ｂ  、１６ｃ    反射ミラー
１７  石英管の泡検出装置
１８ａ  、１８ｂ    ＣＣＤカメラ
１９ａ  、１９ｂ    反射ミラー
Ｂ  泡
Ｄａ  、ｄｂ    離間距離
Ｌ、Ｌａ  、Ｌｂ    直径の延長線
Ｍ  原料粉
Ｍｍ    溶融石英
Ｐａ  、Ｐｂ  、Ｐｃ  、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ  画像
Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ  反射ミラー画像
Ｓａ    放射光線
θｂ    一定角度
【図１】
0003604883.tif 000002
【図２】
0003604883.tif 000003
【図３】
0003604883.tif 000004
【図４】
0003604883.tif 000005
【図５】
0003604883.tif 000006
【図６】
0003604883.tif 000007
【図７】
0003604883.tif 000008