(57)【要約】  対向する第1および第２面を有する１層の強化ガラスに形成した破片パターンを画像化する方法を開示する。初めに、破片パターンの領域を画像キャプチャデバイスに対して位置決めして、透過光で照らす時に当該領域の画像をキャプチャするために１層ガラスの第１面に関して間を空けて画像キャプチャデバイスを配置する。上記領域を第１照射方向から照射して該領域の第１画像をキャプチャし、続いて少なくとも第２照射方向から領域を照射して該領域の少なくとも第２画像をキャプチャする。当該領域の複合画像を形成するために画像を重ね合わせる。好適には４つの画像を得る。またこのような方法を実行するための自動車用ガラス光学検査装置を開示する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＣＥ  Ｒ４３に従って、対向する第１および第２面を有する１層の強化ガラスに形成した破片パターンを画像化する方法であって、
破片パターンの所定の領域を画像キャプチャデバイスに一致させるステップであって、前記画像キャプチャは透過照射時に前記領域の画像をキャプチャするために前記強化ガラスの前記第１面に対して間を空けて配置されるステップと
第１の照射方向から前記領域を照射して該領域の第１の画像をキャプチャするステップと、
少なくとも第２の照射方向から前記領域を照射して、該領域の少なくとも第２の画像をキャプチャするステップと、
前記領域の複合画像を形成するために前記画像を重ね合わせるステップと、を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記第１の照射方向および少なくとも第２の照射方向からの光が別々の点光源により提供される方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記光源は発光ダイオードである方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記光は一つの光源により提供される方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の方法であって、前記画像キャプチャデバイスはスクリーン上に形成された破片パターンをキャプチャする方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の方法であって、
前記領域の複合画像を形成するために前記画像を重ね合わせるステップに先立って、
第３の照射方向から前記領域を照射して該領域の第３の画像をキャプチャするステップと、
第４の照射方向から前記領域を照射して該領域の第４の画像をキャプチャするステップとを、さらに備える方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の方法であって、前記キャプチャ画像は明視野画像である方法。
【請求項８】
請求項１〜６の何れか一項に記載の方法であって、前記キャプチャ画像は暗視野画像である方法。
【請求項９】
対向する第１および第２面を有する１層の強化ガラスに対して、ＥＣＥ  Ｒ４３にしたがって形成した破片パターンを画像化する自動車用ガラスの光学式検査装置であって、
支持面と、
透過において前記支持面上に配置された強化ガラスを照射するよう位置する照射システムと、
画像化装置と、を備え、
前記照射システムは、垂直方向に対して角度α傾斜し、補完的な照射方向で一層の強化ガラスを照射するように配置された少なくとも二個の点光源を備える装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、前記照射システムは４個の点光源を備える装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の装置であって、前記点光源は発光ダイオード装置である装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、前記発光ダイオード装置は、ケーシング内部に格納されたＬＥＤおよびレンズ配列を備える装置。
【請求項１３】
請求項９〜１２の何れか一項に記載の装置であって、前記画像化装置は、画像キャプチャデバイスと、集光手段と、半透明の散乱面とを内部に取り付けられたハウジングを備える装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、前記画像キャプチャデバイスが面スキャンＣＣＤ（電荷結合機器）カメラである装置。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれか記載の装置であって、前記角度αが５度から１５度の範囲である装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガラスを検査するための方法および装置に関して、特に１層の強化ガラスに形成した破片パターンを画像化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式検査方法は、ガラスが様々な安全基準に適合するかどうか判断するために使用することができる。典型的には、光学式検査方法は、ガラスが光学基準、例えばＥＣＥ  Ｒ４３に基づく二次画像テストに適合するかどうかを判断するために使用される。また一方で、光学式検査方法は、ガラスが衝撃抵抗基準に適合するかどうかを判断するために使用することができる。
【０００３】
ＥＣＥ  Ｒ４３の下、自動車に使用する強化ガラスは、ＥＣＥ  Ｒ４３（関連する欧州における自動車用ガラスの安全基準）に規定される均一強化窓ガラスのための破砕試験を合格する程度に強化され、当該基準では、任意の５ｃｍ×５ｃｍの四角形の中に破片の数が４０個以上４００個以下であり、ガラスの厚さが３．５ｍｍ以下の場合には４５０個以下である。境界を有し破砕線により分割される破片の数と、試験領域における最大破片の面積および最長破片の長さとを測定するためには、衝撃試験に先立って一層のガラスを感光シート上に配置する。ガラスを破砕したらすぐに、感光紙を露光して、破片パターンの密着印画を作成する。次いで、所定の領域における破片の数、形およびサイズを確認する。この確認は、オペレータが目視により破片を数え測定することにより、あるいはＦｏｒｄ  Ｍｏｔｏｒ社により非特許文献１に開示されたような自動システムを用いることにより行うことができる。この方法では、画像に対するフィルタおよび閾値の両方が、数えることに先立って必要となる。しかしながら、いずれの方法を用いることも時間がかかる。
【０００４】
試験データを画像化および処理する代替の方法が特許文献１（米国特許文書６７６６０４６号明細書）に開示されている。光源は、透明なガイドシート上に固定された紙スクリーン上に支持された一層のガラスの上方に配置される。ラインセンサを有するカメラは、上記スクリーンの下に配置され、光源によって該スクリーン上に投影された破片の画像を検知する。ガラスおよびカメラのどちらかは、ガラスの全領域をスキャンできるよう移動可能としてもよい。光源は、点光源としたり、集光レンズで結集したり、あるいは光源の配列としたりしてもよい。
【０００５】
データ収集および画像処理を自動化すれば、ガラスが破砕試験に合格したかあるいは失敗したかを判断するのに必要な時間を削減することができる。しかしながら、スクリーンを使用すれば（カメラが、ガラスから直接の画像を記録するというよりむしろスクリーンの画像を記録するため）、光透過率の低いガラスの試験は困難となる。特許文献１では、フォトセンサを用いてガラスの光透過率を決定し、カメラがスクリーン上の画像を記録するのに必要な露光時間をそれに応じて調整することで低光透過率の問題に対処している。しかしながら、この手法では低光透過率のガラスに対してデータ取得に必要となる時間が増加してしまう。自動システムを生産状況において実行可能なものとするためには、理想的には画像キャプチャを３分間以内で完了させる必要がある。
【０００６】
破片パターンを画像化する上での一つの難しさは、破片境界線の方向が破片パターン上で変化することである。すなわち、固定位置から破片パターンを見たとき、いくつかの破片境界線は極薄に現れるが、その他のものは側面から見られるためにより鮮明に見ることができる。これらの境界線は人間の目からはちょうど可視であるが、小幅の境界線は全ての破片境界線をデジタルカメラにより画像化することを困難にする。例えば、いくつかの境界線が明確に視認されないために破片パターンの画像のフィルタリングおよび閾値化で消失したり、また破片内のクラックやサンプルを固定するのに用いられるテープのエッジが境界線と間違われて誤って含まれたりすることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許文書６７６６０４６号明細書
【非特許文献１】Glass Processing Days, 13 - 15 September 1997
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
それゆえ、自動破片集計システムを用いた際の破片境界線の切り捨ておよび／または誤算入を最小化することによって、簡単かつ迅速に明瞭で高品質の破片パターンの画像を提供可能とすることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、対向する第１および第２面を有する一層の強化ガラス内に形成した破片パターンを画像化する方法を得ることにより従来技術における問題を解決することを目的とするものであって当該方法は、破片パターンの所定の領域を画像キャプチャデバイスに一致させるステップであって、前記画像キャッチャは透過時に前記領域の画像をキャプチャするために前記強化ガラスの第１面に対して間を空けて配置される、ステップと、第１の照射方向から前記領域を照射して該領域の第１の画像をキャプチャするステップと、少なくとも第２の照射方向から前記領域を照射して該領域の少なくとも第２の画像をキャプチャするステップと、前記領域の複合画像を形成するために画像を重ね合わせるステップと、を備える。
【００１０】
少なくとも２方向、より好適には３または４方向からの光を破片パターンの領域に照射することにより、全ての破片境界線の画像化を確実にすることができ、従来技術の方法と比較して、消失するまたは誤検出する破砕線の数を低減することができる。
【００１１】
第１および少なくとも第２照射方向からの光は別々の点光源から得ることが好ましい。
【００１２】
光源は発光ダイオードであることが好ましい。
【００１３】
光は一つの光源から得てもよい。
【００１４】
画像キャプチャデバイスは、スクリーン上に形成した破片パターンの画像をキャプチャしてもよい。
【００１５】
好適には、本方法は、領域の複合画像を形成するために画像を重ね合わせるステップに先立って、さらに、第３の照射方向から前記領域に照射して該領域の第３の画像をキャプチャするステップと、第４の照射方向から前記領域に照射して該区域の第４の画像をキャプチャするステップとを備える。
【００１６】
好適には、キャプチャ画像は明視野画像である。代替として、キャプチャ画像を暗視野画像とすることができる。
【００１７】
本発明はまた、対向する第１および第２面を有する１層の強化ガラスにおいて、ＥＣＥ  Ｒ４３にしたがって、形成した破片パターンの画像化のために自動車用ガラス光学式検査装置を提供するものであって、当該システムは、支持面と、透過において支持面上に配置された強化ガラスを照射するよう位置する照射システムと、画像化装置と、を備え、前記照射システムは、垂直方向に対して角度α傾斜し、補完的な照射方向で一層の強化ガラスを照射するように配置された少なくとも二個の光源を備える装置である。
【００１８】
好適には、照射システムは４個の点光源を備える。
【００１９】
好適には、点光源は発行ダイオード装置である。発光ダイオード装置は、ＬＥＤとケーシング内部に配置したレンズ配列とを備える。
【００２０】
好適には、画像化装置は、画像キャプチャデバイスと集光手段と半透明の散乱面とを内部に取り付けられたハウジングを備える。画像キャプチャデバイスは好適には、面スキャンＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。
【００２１】
角度αは５度から１５度の範囲である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】破片パターンの画像である。
【図２】本発明の方法を実行する装置の概略断面図である。
【図３】本発明の方法で使用する照射システムの概略平面図である。
【図４】図４ａ、４ｂ、４ｃおよび４ｄは、本発明の方法の一部として実行する破片パターンの照射画をそれぞれ示す概略図である。
【図５】図４ａ，４ｂ，４ｃおよび４ｄの照射画に基づいた、コンピュータ処理された複合画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次いで、本発明を例を用いて添付の図を参照しつつ説明する。
【００２４】
破片パターンの自動集計システムが破片境界線を消失したりあるいはテープなどの誤った境界線を含めたりする可能性を最小化するために、本発明は、種々の照射方向から、非直角の入射角を有する光によって照射された破片パターンの同一領域における一連の高品質の画像をキャプチャする方法を説明するものである。好適には、照射方向は補完的であり、すなわちガラスの上面に対して垂直に見て、画像化される領域の中央位置に対して等角度に離れている。これにより、全ての破砕境界線を破砕線の過度な拡大なく十分に明瞭に画像化することができる。得られた画像を用い、パターン内部の破片の数の算出および大きさを計測する自動集計システムは、ガラスがＥＣＥ  Ｒ４３における破砕試験に適合するか否かを即座に判別する。
【００２５】
以下の説明および例では、破片パターンは、明視野技術を用いて照射されている。したがって、キャプチャされた画像は明視野画像である。なお、代替として、破片パターンは暗視野技術を用いて照射してもよく、この場合得られるキャプチャ画像は暗視野画像となる。
【００２６】
図１は、１層の強化ガラスにおける破片パターンを示している。この画像は以下に説明する装置を用いて得られたものである。パターンを形成するにあたっては、先ず、（衝撃を与えた後に全ての破片が確実に保持されるように）湾曲した強化ガラスをテープでとめ、次に衝撃を与える。ＥＣＥ  Ｒ４３に従い、バネ仕掛けのセンターポンチを用いて、ガラス中央に衝撃を発生させる。これにより、ガラスは破砕されプライ（層）中の湾曲は緩和される。本試験は、生産ラインから取り出された１プライ（層）のガラスに対して実施される。鮮明かつ正確な破片画像を生成するため破片を集計するとともに大きさを測定する自動集計ソフトウェアを使用することが可能であり、以下にするように、本発明によればＥＣＥ  Ｒ４３の５０ｍｍ×５０ｍｍの集計ゾーン内の破片パターンを画像化することができる。
【００２７】
図２は本発明の方法による破片パターンを画像化する装置の概略断面図であり、自動車用ガラスの光学検査装置である。装置１は、ガラスのような透過性のプライからなる支持面３を有し、試験ガラスを支持する支持テーブル２を備える。テーブル２は試験ガラス４を照射システム５の上方に高さｈ位置に支持して、試験ガラスは透過により画像化される。照射システム５は４個の発光ダイオード（ＬＥＤ）ユニット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを備えており、そのうち２個を図２に図示する。ＬＥＤユニット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの配置を図３により詳細に図示する。各ＬＥＤユニット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは効果的には点光源であり、照射方向に進む光のビームを放射する。
【００２８】
装置１はまた、画像キャプチャデバイス９、集光手段１０および半透明の散乱面１１が内部に取り付けられたハウジング８を備える画像化装置７を含む。この例において、画像キャプチャデバイス９は、１２８０×１０２４ピクセルの解像度を有する面スキャンＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。集光手段９は、焦点距離ｆが１６ｍｍであるＣマウントレンズを備える。散乱面１１は、破片パターンの画像のための投影スクリーンとして設けられ、画像キャプチャデバイス９が、上方から破片パターンの影に正確に焦点を合わせ得るようにする。散乱面１１は、ガラス表面とほどんど接触するようハウジングの底部に配置されており、散乱面１１は、すりガラスまたはプラスチックから形成してもよく、これに限定されない。散乱面からレンズまでの距離は、５０ｍｍ×５０ｍｍの領域の破片パターンを画像キャプチャデバイスにより画像化し得る距離とする。画像キャプチャデバイスはコンピュータに接続されている。
【００２９】
図３は照射システム５の概略平面図である。照射システム５は支持面１２上に配置された４個のＬＥＤユニット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを備える。ＬＥＤユニット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、支持面１２の四角形の各角部に効果的に配置されている。各ＬＥＤユニット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、ベース部１３と点灯部１４とを備えており、点灯部はケーシング内に配置されたＬＥＤおよびレンズ配列を備える。各ベース部１３は、ＬＥＤ１４の角度ひいては光線をＬＥＤ配列の中心から垂直に延びる垂線に対して調整し得るよう一連のネジ（図示せず）によって調整可能である。支持面に対して９０度の角度をもって垂直上向きに指向させ当該支持面を直角の入射角で照射するよりもむしろ、図３に示すように、点灯部１４を垂線に対して角度α傾ける。好適には角度αは垂線に対して５度から１５度の範囲であり、より好適には垂線に対して７度から１１度の範囲である。
【００３０】
入射角が垂直に近すぎる場合には、破砕境界線は透過された影パターンにおいて十分に拡大された状態に現れない。入射角が垂直から遠すぎる場合、例えば垂線に対して１５度を超える場合には、破片パターンによって生じた影は、破片の集計に含まれるべきものであってもはや可視でない小さな破片まで拡大される。このような配置を採用することによって、破片パターンの画像を最適化することができ、２ｍｍ×２ｍｍオーダーの小片を画像化してもなお、破砕境界線を十分に拡大して全ての破砕境界線をその方向にかかわらず検知することができる。
【００３１】
使用する角度は、解析するガラスの厚み範囲および判別する破片の大きさに関連して選択される。ガラスが厚くなればなるほど、影のラインは大きくなるため、破砕ラインの混同のリスクを低減するために照射角度を小さくする必要がある。反対に、薄いガラスでは比較的細い影のラインが形成されるため、破砕ラインの混同を避けつつ大きな照射角度からの照射が可能となる。自動車への適用において典型的に使用されるガラスの範囲（３ｍｍ〜６ｍｍ）に対しては、垂直に対して９度の角度があれば、破片集計密度が４００までの全てのガラス厚みを測定するのに十分である。
【００３２】
ＬＥＤユニット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄにより発光される光は、照射方向が補完的であり、ガラスの上面に対して垂直に見て、照射方向が画像化される領域の中央位置の周囲に９０度の角度をもって離間配置されている。
【００３３】
各ＬＥＤユニットは外部電源（図示せず）に接続され、コンピュータ（図示せず）のような制御システムの制御下でオン、オフに切り替えられる。加えて、全４つのＬＥＤユニット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの間には、１層の強化ガラスの下面に入射するダイオードレーザ１５が中央に配置されている。レーザは、画像キャプチャデバイス９がＬＥＤユニット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの上方に正確に配置されるのを確実にするために用いられる。この効果は、画像システム７のハウジング８の外部寸法に対応した開口を有し、正確な配置を確実にするのを支援するよう画像化に関連する領域の上方に配置される型板（テンプレート）（図示せず）を用いることによって増大する。
【００３４】
次いで本発明にしたがって破片パターンを画像化する方法を説明する。
【００３５】
初めに、画像化する１層の試験ガラス４であって、対向する第１および第２面を有しＥＣＥ  Ｒ４３に基づく試験に従って既に破砕衝撃が行われた試験ガラス４は、支持面３上に配置される。試験される所定の領域は照射システム５の上方に配置され、画像化システム７はこの領域を覆うように配置される。次に画像化システム７は、（レーザ、型板又はこれらの両方を用いて）照射システムに対して位置決めされる。ハウジングを用いることによって、画像キャプチャデバイスは、試験ガラス４の第１面に対して間を空けて配置される。破片パターンを画像化するにあたっては、一層のガラス３を各ＬＥＤユニット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄにより順次照射する。制御システムは、各ＬＥＤユニット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄのオン、オフを、画像キャプチャデバイスの単一の画像キャプチャと同期させる。これを図４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに概略的に図示する。各ＬＥＤは単赤色光とするが、他の色を同様に使用することができる。
【００３６】
初めに、第１のＬＥＤユニット６ａをオンにして、図４ａに矢印１で示す第１照射方向に、１層の試験ガラス４の第２表面に対して非直角の入射角で破片パターンを照射する。画像キャプチャデバイスは破片パターンの第１の画像をキャプチャし、そしてＬＥＤユニット６ａはオフにされる。次いで、第２のＬＥＤユニット６ｂがオンにされ、図４ｂに矢印２で示す第２照射方向に、１層の試験ガラス４の第２表面に対して非直角の入射角で破片パターンを照射する。画像キャプチャデバイスは破片パターンの第２の画像をキャプチャし、そしてＬＥＤユニット６ｂはオフにされる。
【００３７】
次いで、第３のＬＥＤユニット６ｃがオンにされ、図４ｃに矢印３で示す第３照射方向に、１層の試験ガラス４の第２表面に対して非直角の入射角で破片パターンを照射する。画像キャプチャデバイスは破片パターンの第３の画像をキャプチャし、そしてＬＥＤユニット６ｃはオフにされる。次いで、第４のＬＥＤユニット６ｄがオンにされ、図４ｄに矢印４で示す照射方向に、１層の試験ガラス４の第２表面に対して非直角の入射角で破片パターンを照射する。画像キャプチャデバイスは破片パターンの第４の画像をキャプチャし、そしてＬＥＤユニット６ｄはオフにされる。
【００３８】
破片パターンの照射が完了した時点で、第１、第２、第３および第４の画像は制御システムにより処理され、破片パターンの一つの複合画像を形成するために重ね合わされる。この複合画像は、４つの異なる方向から同一の境界線を示す情報を統合しているため、全ての各破片の間にある境界線が明瞭に示される。その後、自動集計ソフトウェアをＥＣＥ  Ｒ４３試験にしたがって破片の集計および大きさを測るために使用してもよい。
【００３９】
図５は、図４ａ，４ｂ，４ｃおよび４ｄに示した照射に基づいてコンピュータが形成した複合画像である。この画像は、薄灰色で示された、破片の全てを画像化して集計することができる中央領域（エリアＡ）と、中間灰色で色付けされた、破片の全体が確認できない境界区域（エリアＢ）との二つの主領域を備えている。（記号「Ｃ」が付されたような）中央領域における白いエリアは、集計するには小さすぎる破片（１ｍｍ×１ｍｍ）を示しており、（記号「Ｄ」が付されたような）濃灰色のエリアは最も長い破片を示す。また、境界領域は、（記号「Ｅ」が付されたような）集計出来ない破片を備える。画像から分かるように、破片境界線の解像度は鮮明である。
【００４０】
上記の例では、同一平面上の４つの光源が用いられ、４つの異なる方向から破片境界線を照射するよう配置されている。しかしながら、点光源の他の配置も使用可能である。例えば、点光源は同一平面上である必要は無く、単色または同一波長である必要もない。例えば、緑、青または白い光を放射する点光源を一つだけで使用して、上記の例のように赤色光を発光する光源を組み合わせて使用する代わりとしてもよい。
【００４１】
補完的な照射方向で光を放射することにより、改善した複合画像を得るために必要である点光源の最小数は２個である。理想的には、そのような点光源を、一層ガラスの上面に対して垂直に見たときに、画像化される領域の中央位置の周囲に照射方向が１８０度離れるように配置する。同様に３個の点光源を使用することもできて、一層ガラスの上面に対して垂直に見たときに、画像化される領域の中央位置の周囲に照射方向が１２０度離れるように配置する。５個以上の点光源を同様の方法で配置することもできる。
【００４２】
代替として、一個の点光源を使用することができ、画像をキャプチャする間、点光源の位置を変化させて照射方向を様々に変化可能としてもよい。これは、ターンテーブルあるいは他の移動可能機器を用いて実現してもよい。複数の画像キャプチャデバイスを、一つまたは複数の点光源のいずれかに使用してもよい。各場合において、画像は、一つの複合画像を得るために重ね合わせることができる。照射領域と画像キャプチャデバイスとの相対位置、照射領域と光源との相対位置、あるいは光源とキャプチャデバイスとの相対位置が一定である限り、改善した画像を得ることができる。
【００４３】
ＬＥＤ以外の点光源を照射システムに使用することができ、画像キャプチャデバイスの代替として、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導）デバイスを用いてもよい。
【図１】
2011501179.tif 000003
【図２】
2011501179.tif 000004
【図３】
2011501179.tif 000005
【図４ａ−４ｄ】
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2011501179.tif 000007
【国際調査報告】
2011501179.tif 000008
2011501179.tif 000009
2011501179.tif 000010