(57)【要約】【課題】非破壊で強度低下部が存在する被検査物を検出することが可能な強度検査装置及び強度検査方法を提供すること。【解決手段】支持ユニットで被検査物を支持し、支持ユニットに支持された被検査物に荷重を加え、被検査物に荷重を加えた状態で、光源と偏光子と検光子からなる光学系ユニットによって偏光した光を透過させて被検査物の強度低下部を検出すること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物に偏光した光を透過させて強度を検査する強度検査装置であって、
前記強度検査装置は、被検査物を支持する支持ユニットと、光源、偏光子、検光子及び撮像部を有する光学系ユニットと、被検査物に荷重を加える荷重発生ユニットを有し、
前記被検査物に荷重を加えた状態で、被検査物に偏光した光を透過させて被検査物の強度低下部を検出することを特徴とする強度検査装置。
【請求項２】
前記荷重発生ユニットが、前記光学系ユニットの光の方向と直交する方向に荷重を加えるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の強度検査装置。
【請求項３】
前記荷重発生ユニットが発生する荷重が、被検査物の圧縮強度の５０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の強度検査装置。
【請求項４】
前記偏光子と検光子の偏光軸が９０°となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の強度検査装置。
【請求項５】
前記偏光子側及び前記検光子側に、それぞれ１／４波長板を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の強度検査装置。
【請求項６】
前記支持ユニットが、連続的に搬送される被検査物の搬送ライン中に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の強度検査装置。
【請求項７】
被検査物に偏光した光を透過させて強度を検査する強度検査方法であって、
支持ユニットで被検査物を支持し、
前記支持ユニットに支持された被検査物に荷重を加え、
前記被検査物に荷重を加えた状態で、光源、偏光子、検光子及び撮像部を有する光学系ユニットによって偏光した光を透過させて被検査物の強度低下部を検出することを特徴とする強度検査方法。
【請求項８】
前記荷重発生ユニットが、前記光学系ユニットの光の方向と直交する方向に荷重を加えることを特徴とする請求項７に記載の強度検査方法。
【請求項９】
前記被検査物がガラスびんであり、
前記支持ユニットが、ガラスびんの底を支持し、
前記荷重発生ユニットが、ガラスびんの口から底方向に荷重を加えることを特徴とする請求項８に記載の強度検査方法。
【請求項１０】
前記荷重発生ユニットが発生する荷重が、被検査物の圧縮強度の５０％以下であることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の強度検査方法。
【請求項１１】
前記被検査物が、連続的に搬送され、
前記支持ユニット上で、前記被検査物の強度低下部を検出し、
検出された強度低下部の状態に応じて良品、不良品を選別し、
不良品を搬送経路外に排除することを特徴とする請求項７乃至請求項１０のいずれかに記載の強度検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
被検査物に偏光した光を透過させて強度を検査する強度検査装置及び強度検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラスびん等においては、僅かな傷や不純物による強度低下部が存在すると破損する危険が大きいため、ガラスびんの洗浄、充填、梱包等の搬送ラインにおいて、強度低下部が存在するガラスびんを判別して除去する必要があった。
例えば、コンベヤ上を流れるガラスびんに所定の荷重を加えて破壊することで、強度を検査する強度検査装置が公知である（特許文献１、２、３等参照）。
また、ガラスびんの製造時に発生した永久歪み（残留応力）による強度低下部が存在するものに関しては、偏光した光を透過させて非破壊で検査する強度検査装置が公知（特許文献４等参照）である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公昭５６−０５３３１３号公報
【特許文献２】特公平０２−０４８０５１号公報
【特許文献３】特許４０９２３７５号公報
【特許文献４】特許４８８６７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２、３等で公知の強度検査装置は、所定の強度以下のガラスびんを加えた荷重によって破壊することで除去しているため、強度低下部が存在するガラスびんを確実に除去することが可能ではあるが、破壊されたガラスびんの破片が飛散し、他のガラスびんの内部に混入したり、損傷させる虞があった。
また、搬送機器類への影響を排除するための、ガラスびんの破片や残留物を完全に取り除く処理機器類が必要であった。
また、特許文献４等で公知の強度検査装置は、非破壊でガラスびんの永久歪み（残留応力）を検査することは可能ではあるが、不純物や傷による強度低下部を検出することはできなかった。
【０００５】
本発明は、前述のような課題を解決するものであり、非破壊で強度低下部が存在する被検査物を検出することが可能な強度検査装置及び強度検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る強度検査装置は、被検査物に偏光した光を透過させて強度を検査する強度検査装置であって、前記強度検査装置は、被検査物を支持する支持ユニットと、光源と偏光子と検光子からなる光学系ユニットと、被検査物に荷重を加える荷重発生ユニットを有し、前記被検査物に荷重を加えた状態で、被検査物に偏光した光を透過させて被検査物の強度低下部を検出することにより、前記課題を解決するものである。
また、本発明に係る強度検査方法は、被検査物に偏光した光を透過させて強度を検査する強度検査方法であって、支持ユニットで被検査物を支持し、支持ユニットに支持された被検査物に荷重を加え、前記被検査物に荷重を加えた状態で、光源と偏光子と検光子からなる光学系ユニットによって偏光した光を透過させて被検査物の強度低下部を検出することにより、前記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本請求項１に係る強度検査装置及び本請求項７に係る強度検査方法によれば、被検査物に荷重を加えた状態で、光源、偏光子、検光子及び撮像部を有する光学系ユニットによって偏光した光を透過させて被検査物の強度低下部を検出することにより、製造時に発生した永久歪み（残留応力）はないものの、傷や不純物が存在することで破損の要因となる強度低下部を、非破壊で光学的に検出することができ、また、付着物等が存在した場合も光学的に検出することが可能となる。
すなわち、被検査物に荷重を加えることによって傷や不純物に内部応力が集中し、光学系ユニットによって、傷や不純物が存在しない被検査物に荷重を加えた場合とは異なる明暗の分布を観測することができ、傷や不純物を検出することが可能となる。
また、付着物等が存在する場合にも、光学系ユニットによって、付着物等が存在しない被検査物とは異なる明暗の分布を観測することができ、付着物等を検出することが可能となる。
【０００８】
本請求項２及び本請求項８に記載の構成によれば、荷重発生ユニットが、前記光学系ユニットの光の方向と直交する方向に荷重を加えることにより、より確実に強度低下部を光学的に検出することができる。
本請求項３及び本請求項１０に記載の構成によれば、荷重発生ユニットが発生する荷重が、被検査物の圧縮強度の５０％以下であることにより、被検査物に強度低下部が存在する場合でも、検査用の荷重によって被検査物が破壊することを防止することができる。
本請求項４に記載の構成によれば、偏光子と検光子の偏光軸が９０°となるように配置されていることにより、通常は光が遮断され、被検査物に荷重をかけた際に内部応力により旋光して明るくなり、傷や不純物が存在する場所に内部応力が集中して特に明るく検知されるため、強度低下部として確実に検出することができる。
【０００９】
本請求項５に記載の構成によれば、偏光子側及び検光子側に、それぞれ１／４波長板を有していることにより、被検査物を透過する偏光が円偏光となり、傷や不純物の形状や方向性に関わらず、より確実に強度低下部を検出することができる。
本請求項６に記載の構成によれば、支持ユニットが、連続的に搬送される被検査物の搬送ライン中に配置されていることにより、複数の被検査物を連続的に検査することができる。
本請求項９に記載の構成によれば、被検査物がガラスびんであり、支持ユニットがガラスびんの底を支持し、荷重発生ユニットがガラスびんの口から底方向に荷重を加えることにより、ガラスびんの強度限界の高い方向から大きな荷重を加えることが可能であり、より確実に強度低下部を検出することができる。
本請求項１１に記載の構成によれば、被検査物が連続的に搬送され、支持ユニット上で被検査物の強度低下部を検出し、検出された強度低下部の状態に応じて良品、不良品を選別し、不良品を搬送経路外に排除することにより、被検査物を連続的に搬送するラインにおいて、不良品を確実に選別し、良品のみをライン下流に搬送することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る強度検査装置の概略説明図。
【図２】本強度検査装置により良品のびんを観察した参考写真。
【図３】本強度検査装置により肩部に傷のあるびんを観察した参考写真。
【図４】本強度検査装置により胴部に異物のあるびんを観察した参考写真。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る強度検査装置１００は、支持ユニット、光学系ユニット及び荷重発生ユニットを有している。
支持ユニットは、図１に示すように、被検査物であるびんＢの底部を支持する底部支持台１１１と、上下に移動可能で被検査物であるびんＢの口部を底部方向に押圧可能な口部押圧部１１２とを有している。
本実施形態では、支持ユニットは２側面が開放された矩形のユニット本体１１３を有し、底部支持台１１１は、ユニット本体１１３の底部内面に配置され、口部押圧部１１２は、ユニット本体１１３の上部内面に上下動可能に配置されているが、連続的に搬送される被検査物の搬送ライン中に配置する場合には、例えば搬送タレットの各ポケットに底部支持台１１１及び口部押圧部１１２配置されてもよく、その場合、光学系ユニットは搬送タレットの各ポケットが通過できる位置に固定的に配置すればよい。
【００１２】
光学系ユニットは、図１に示すように、底部支持台１１１に載置されたびんＢの一側方に、光源１２１、偏光子１２２及び１／４波長板１２３を有し、対向する側方に１／４波長板１２５、検光子１２４及び撮像部である撮像カメラ１２６を有している（図では簡略化のため配置のみ示している。）。
荷重発生ユニット１３０は、図１に示すように、口部押圧部１１２の上方に配置され、口部押圧部１１２によってびんＢの口部を底部方向に押圧して荷重を加えるように構成されている。
荷重発生ユニット１３０は、シリンダ径８０ｍｍのエアシリンダを使用しており、０．８ＭＰａの空気圧で動作させることで、びんＢの縦方向の荷重保証値の５０％である４ｋＮの荷重を発生させるように構成されている。
【００１３】
本実施形態では、偏光子１２２及び検光子１２４が直線偏光板で構成され、偏光子１２２の後に１／４波長板１２３を有していることから、びんＢを通過する光は円偏光に変換されたものとなり、検光子１２４の前に１／４波長板１２５を有していることから、びんＢを通過した光は、直線偏光に戻されて撮像カメラ１２６で撮像されることとなる。
このことで、傷や不純物の形状や方向性に関わらず、より確実に強度低下部を検出することができる。
また、本実施形態では、偏光子１２２と検光子１２４の偏光軸が９０°となるように配置されることで、びんＢに内部応力等による歪が存在しない場合にはびんＢをそのまま通過して、光源１２１の光は偏光子１２２と検光子１２４で遮断され、撮像カメラ１２６には届かないように構成されている。
【００１４】
このことで、通常は光が遮断され、びんＢに荷重をかけた際に内部応力により旋光して明るくなり、傷や不純物が存在する場所に内部応力が集中して特に明るく検知されるため、強度低下部として確実に検出することができる。
なお、１／４波長板１２３及び１／４波長板１２５を省略して、直線偏光のままびんＢを通過させてもよく、偏光子１２２と検光子１２４の偏光軸を同一位相として、びんＢに内部応力等による歪が存在しない場合にはびんＢをそのまま通過して、光源１２１の光が遮断されることなく撮像カメラ１２６に届くようにしてもよい。
また、光学系ユニットを複数台使用したり、びんを回転、揺動等適宜動かすことにより、ガラスびんの全方位の非破壊強度検査を行ってもよい。
さらに、連続的に搬送される被検査物の搬送ライン中に配置する場合には、光学系ユニットよりも下流側に、不良品と判定されたびんＢを搬送経路外に排除する装置を配置してもよい。
【００１５】
以上のように構成された強度検査装置１００によるびんＢの検査について説明する。
びんＢに不純物や傷による強度低下部がない場合の、撮像カメラ１２６の画像を図２に示す。
びんＢの内部応力等による歪が存在しない場合、荷重発生ユニット１３０で荷重を加えない無負荷の状態では、偏光子１２２及び１／４波長板１２３を通過した光はびんＢによって偏光されることはなく、１／４波長板１２５及び検光子１２４によって遮断され、撮像カメラ１２６の画像は写真の最も左に示すように非常に暗く、ほぼ何も写っていない状態となる。
このびんＢに荷重を加えると、肩部及び底部付近及び肩部に内部応力が集中するため、荷重が大きくなるほど歪も大きくなり、歪の大きさに比例してその部分を通過する光の旋光量も大きなって１／４波長板１２５及び検光子１２４を通過する光量が増加し、撮像カメラ１２６の画像も荷重が大きくなるほど明るくなる。
【００１６】
びんＢの肩部の内面に傷による強度低下部が存在する場合の、撮像カメラ１２６の画像を図３に示す。
荷重発生ユニット１３０で荷重を加えない無負荷の状態では、傷の部分に内部応力等による歪は存在しないため、図３の左に示すように、他の部分と同様に暗いままであり、撮像カメラ１２６の画像にも全く映らない。
荷重発生ユニット１３０にシリンダ圧０．８ＭＰａ（びんＢの縦方向の荷重保証値の５０％である４ｋＮの荷重相当）を加えると、肩部のため全体に内部応力による歪みが発生して明るくなるが、傷の部分では内部応力の加わり方が異なるため異なる歪が発生し、図３の右に示すように、撮像カメラ１２６の画像で、傷の部分が周囲との明るさの違いで明確に形状が判別できる状態となる。
これを、公知の画像処理システム等で判断することで、びんＢの強度低下部として検出することができる。
【００１７】
びんＢの胴部に異物が存在している場合の、撮像カメラ１２６の画像を図４に示す。
荷重発生ユニット１３０で荷重を加えない無負荷の状態では、図４の左に示すように、僅かな歪は確認できるものの、使用に支障のない内部歪のばらつきか、強度低下部となりうる異物の存在かは判別ができない。
荷重発生ユニット１３０にシリンダ圧０．８ＭＰａ（びんＢの縦方向の荷重保証値の５０％である４ｋＮの荷重相当）を加えると、図４の右に示すように、異物の存在による歪み方向が変化したり、大きな歪となることが撮像カメラ１２６の画像で確認できる。
これを、公知の画像処理システム等で判断することで、びんＢの強度低下部として検出することができる。
【符号の説明】
【００１８】
１００  ・・・  強度検査装置
１１１  ・・・  底部支持台
１１２  ・・・  口部押圧部
１１３  ・・・  ユニット本体
１２１  ・・・  光源
１２２  ・・・  偏光子
１２３  ・・・  １／４波長板
１２４  ・・・  検光子
１２５  ・・・  １／４波長板
１２６  ・・・  撮像カメラ（撮像部）
１３０  ・・・  荷重発生ユニット
Ｂ    ・・・  びん（被検査物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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