JP5337050B2 - 車両用成形ガラスのひずみを反射された光学像により自動的に定量分析する方法 - Google Patents

Description

本発明は、人間による視覚的評価によって、一枚の成形ガラスにおけるひずみを客観的、定量的に分析するための光電子的な方法に関する。

工業的に製造される平板ガラスの欠陥検出は、平板ガラス業界において常に重大な問題である。フロートプロセスによる平板ガラスの大量生産では、連続したガラスリボンが所与の静止点を毎分数百インチの速度で通過するので、欠陥検出は非常に素早く行う必要がある。フロートガラス製造プロセスでは、ガラスの欠陥を検出するのに人間による視覚的評価及び自動システムが両方とも使用されているが、高速で移動するガラスリボンに影響を与え得る変数は多数存在するため、人間による視覚的評価が、自動システムと同じくらい信頼できる又は自動システムよりも信頼できる場合が多い。

多くの場合、そのようなフロートガラスは、例えば車両ガラス用のガラス板若しくはパネルを成形するためにさらに処理される。ガラス成形プロセスは、典型的には、前記ガラス板若しくはパネルをその軟化温度若しくはその近傍まで再加熱する工程と、その後、前記ガラスを例えば重力曲げ又は圧力曲げにより成形する工程とを含む。そのような加熱及び成形工程は、前記ガラス板若しくはパネルに新しい種類の欠陥、例えば光学的ひずみを作り出す可能性がある。フロートガラス製造プロセスでの欠陥と同様に、人間による視覚的評価は、ほとんどの場合、成形ガラス板若しくはパネルにおける光学的ひずみの許容性を判断するための最も効率的な方法であった。しかし、人間による視覚的評価の場合は、欠陥の客観的、定量的な信頼性が必然的に低くなってしまう。成形ガラスの光学的ひずみを評価する自動システムの開発についてのこれまでの取り組みは、少なくとも反射光を利用する場合は、フロートガラス製造において欠陥を評価する際は多数の変数を考慮する必要があるので、そのほとんどはうまくいっていない。したがって、人間による視覚的評価に極めて近い方法を用いて、すなわち、反射された光学像を見ることにより、成形ガラス板若しくはパネルの光学的ひずみを定量的に分析する自動システムが求められている。

成形ガラス板若しくはパネルにおける欠陥を検出及び測定するための自動システムは、多くの特許文献におけるテーマである。

特許文献１には、光放射（すなわち、レーザー光線）を表面上に照射し、それにより生成された光像を検出し、前記光像を数学的に処理することにより、平滑表面における短い及び長いうねりを定量的に測定するための装置が開示されている。

特許文献２及び３には、ガラス板の表面の凹凸を検出するための方法及び装置が開示されている。具体的には、開示された前記方法は、光線源と透明板との間に配置された偏向素子によって光線を偏光（「Ｐ」又は「Ｓ」偏光）させた後、前記光線を透明板の表面に向けて８６〜８９°又は６０〜８９°の角度で照射するステップを含む。透明板の表面からの反射像は、その後、スクリーン上に投射され、いくつかの可能な方法のうちの１つにより検査され、それにより、前記反射像を代表すると考えられている密度信号が分析され、透明板の表面上に存在する凹凸が計算される。

特許文献４には、反射性製品の反射に関する光学的品質を判定する方法であって、第１のグレースケールの模様を前記製品上に反射するステップと、前記第１の模様の第１の像が前記製品上に反射された後に、前記第１の像を像取得装置により取得するステップと、前記製品の光学的品質を前記第１の像から得られたデータに基づいて判定するステップとを含む方法が開示されている。

特許文献５には、基板の表面を走査する方法であって、前記基板上の少なくとも１つの試験模様における少なくとも１つの反射像を取得するステップと、双方向の局部位相をデジタル処理により抽出するステップとを含む方法が開示されている。デジタル処理によって前記局部位相から局所勾配の変化が計算され、局所勾配から前記基板表面の曲率変化又は高度の変化が推定される。

特許文献６には、検査される物体の上方に配置された光源から反射面及び検査板に光線を照射することにより、物体の表面形状を検査するための方法が開示されている。前記物体の下面には、線が一定の間隔で記録されている。前記検査板からの光線は、光学経路Ａを経由して、前記物体の表面上に入射される。前記検査板からの光線は、前記物体の表面上に反射され、その後、光学経路Ｂを経由してレンズに至る。前記レンズは、前記検査板上に記録された縞模様の像を、撮像装置の受像面上に形成する。撮像装置は、前記像をビデオ信号に変換して画像表示装置に送信し、前記平面についての画像処理又は前記縞模様はプロセッサ内に記録される。そして、前記模様を入力された縞模様と比較して両者の模様が互いに異なる場合は、前記基板表面は起伏が激しいと判断される。

特許文献７には、全フィールド縞投影技術に基づいた三次元表面コンタリング方法が開示されている。具体的には、デジタルビデオ投影装置を使用して、デジタル的に生成された縞模様を物体上に投影する。前記物体の表面形状によって変形された縞模様が、高分解能ＣＣＤカメラによって撮像される。輪郭の分解能を向上させるために、従来の位相シフト方法において正確な測位システムを不要にすると言われている、純粋なソフトウエアベースのデジタル位相シフト技術が使用される。位相ラッピングアルゴリズム及び位相アンラッピングアルゴリズムを適用することにより、前記表面が再構成される。

米国特許第４，８５３，７７７号明細書 米国特許第６，３７６，８２９号明細書 米国特許第６，４３３，３５３号明細書 米国特許第６，１００，９９０号明細書 米国特許出願公開第２００６／００５０２８４Ａ１号明細書 ＪＰ６１２２３６０５Ａ公報 ＷＯ９９／３４３０１公報

本発明は、自動車用の成形ガラス板若しくはパネルにおける反射された光学的ひずみを定量的に分析する方法に関するものであり、例えばガラス成形品製造工程を改善するために、個々のガラス板若しくはパネルの分析の相互関係を可能にする方法で行われる。

本発明の方法は、平坦で剛性を有し実質的に垂直に配置され、かつ例えば明縞の縞が交互に配置された模様などの反復模様がその表面に配された表面に対して、可視光線源を使用して光線を照射する。前記可視光線源から照射された光線は、前記模様が配された剛性を有する垂直表面から、前もって配置された実質的に水平な表面上へ反射される。前記水平表面上には前記成形ガラス板若しくはパネルが凸側を外側に向けて載置されており、前記成形ガラス板若しくはパネルは、前記ガラス板の光学的ひずみの存在が疑われる領域をハイライトするために正確な向きに配置される。光線が照射された前記模様が配された剛性を有する垂直表面から反射された前記模様は、前記成形ガラス板の主面上に投影され可視化される。前記成形ガラス板の表面上に見ることができる前記模様の像は、前もって配置された光電子装置へ反射される。前記光装置は、例えばデジタルカメラであり、前記像をデジタル的に取得して、前記光電子装置から送信された前記デジタル画像の分析が可能な少なくとも１つのアルゴリズムを有するコンピュータへ送信する。前記少なくとも１つのアルゴリズムは、分析のために選択された領域での、前記平坦な垂直表面上に配された前記反復模様のうちの隣接する所定数の模様から成る集団における見掛け上の模様のばらつきの最大変化率を計算する。

本発明の撮像／分析システムの概略図である。 パネルにおけるあるレベルのひずみを示す反射された模様を示す代表的なガラスパネルの写真である。 パネルにおける無視できる程度のひずみを示す反射された模様を示す代表的なガラスパネルの写真である。

本発明は、自動車用の成形ガラスにおける反射された光学的ひずみを定量的に分析する方法に関するものであり、特に、例えば、ガラス品質評価実験室において繰り返して行われる、或いはガラス成形品製造工程の一工程として行われる。本発明の方法は、効率的でありさらに比較的単純なシステムに組み込まれた多数の構成要素を使用して実施される。

反射されたひずみの識別は、反射（窓）面の形状の均一性だけではなく、観察者、反射面及び反射された模様の背景の相対位置にも基づいて行われる。例えば、所与の向きにおいて許容できないひずみを生じさせる表面形状の凹凸は、もし所与の向きから９０度回転すると、事実上見えない。本発明は、上述した原理を利用して現実世界の視覚形状をシミュレートし、観察者に見える形状として、反射されたひずみを直接的に測定する。

図１に示すように、例えばレジストレーションテーブル（registration table）やガラス板搬送システムの表面などの剛性を有する水平表面１０は、好ましくはその表面に反復模様１４が設けられた実質的に垂直で平坦な剛性表面１２の近くに所定の近さで配置される。任意の適切な模様が使用可能であるが、明縞の縞が交互に配列された模様が好ましい。これに限定するものではないが、前記水平表面及び垂直表面の典型的なサイズは、それぞれ、１２１．９２センチ×１５２．４センチ（４８インチ×６０インチ）及び１８２．８８センチ×１８２．８８センチ（７２インチ×７２インチ）である。可視光線源１６は、実質的に垂直で平坦な剛性表面１２の近くに所定の近さで、典型的には垂直表面１２から２．４４〜３．０５メートル（８〜１０フィート）以内に配置される。可視光線源１６は、任意の適切な光源で有り得るが、それぞれが例えば２５０ワット（３６００ルーメン）の出力を有する１つ以上の白熱フラッドランプであることが好ましい。光１６は、前記模様が配された垂直で平坦な剛性表面１２上に入射され、垂直表面１２から水平な剛性表面１０上へ拡散的に反射される。また、前記垂直で平坦な剛性表面１２に対しては、例えば不透明な黒い縞と透明な白い縞とが交互に配列された模様が配されたその表面の後方から照明を照らすこともできる。

図１に示すように、剛性の水平表面１０上に、凸側を外側に向けて載置された成形ガラス板若しくはパネル１８は、前記模様が配された垂直で平坦な剛性表面１２に対して正確な向きで配置される。前記正確な向きは、剛性の水平表面１０上で前記ガラス板若しくはパネルを、反射された模様を無秩序に移動させることなく、反射像が識別可能になるまで回転させることにより実現される。好ましい向きでは、想定される前記ガラス表面凹凸は、像取得装置２０の「視線」に対して垂直になる。前記成形ガラス板の凸面の選択された領域における想定される特性を最適に確認するために、そのような向きは、異なる種類のガラス板若しくはパネルのそれぞれに必要である。最適でない向きは前記模様の分析を複雑にしてしまうことがあり、場合によっては、前記装置の分析部分の能力を越えて、前記特性が好ましくない現実世界の視覚形状をシミュレートすることになる。適切な向きでは、前記模様が配された垂直表面１２の前記模様は、ガラス板若しくはパネル１８の主面２２上に投影される。成形ガラス板１８の凸状主面（上側面若しくは外側面）２２上に見ることができる垂直表面１２から投影された前記模様の反射像は、前記成形ガラス板の湾曲により変形される。反射された光学的ひずみが存在する場合は、前記光学的ひずみは、前記反射された模様の線のスキュー（skewing）として視認可能である。前記ガラス板上に前記模様の可視像を形成する光線は実質的に反射されて、俯角１５〜４５°の入射角で光電子装置の前記像取得部分２４に入る。像取得部分２４は、例えばデジタルカメラのレンズであり得る。他の適切な像取得装置２０は、アナログビデオカメラを含み得る。前記取得された像は、像取得装置２０又は他の装置内でデジタル化され、既知の方法によって適切なコンピュータ（図示せず）へ送信される。典型的には、像取得装置２０は、図１に示すように、成形ガラス板１８の表面２２から均一に反射される最適量の光線を受け取るように配置され得る。成形ガラス板１８と像取得装置２０との距離は、好ましくは１．２２〜３．６６メートル（４〜１２フィート）、より好ましくは２．４４〜３．０５メートル（８〜１０フィート）である。像取得装置２０の像取得部分２４の軸角度は、成形ガラス板１８から反射された光線の入射角と適合するように設定すべきである。

前記コンピュータへ送信されたデジタル画像データは、成形ガラス板１８の選択された領域に存在する反射された光学的ひずみを定量化するために、少なくとも１つのアルゴリズムにより分析される。前記少なくとも１つのアルゴリズムは、前記分析のために選択された領域での、前記平坦な垂直表面上に配された前記反復模様のうちの隣接する所定数の模様から成る集団における見掛け上の模様のばらつきの最大変化率を計算する。好ましい実施形態では、前記アルゴリズムは、図２に示すように、例えば隣接する８組の縞の集団における、見掛け上の縞の幅の最大変化率を計算する。このアルゴリズムは、ガラス板１８上の領域、例えば縞の幅の変化が人間の観察者によって識別される領域を分析するのに使用される。他の使用可能なアルゴリズムとしては、縞の縁部の向き、傾き又は曲率の変化の計算に基づいたものがある。

一般的に、本発明の方法は、「裏面」反射（すなわち、成形ガラス板の凹状主面からの光の反射）を成形ガラス板の凸状主面の分析を著しく妨げない程度まで最小化することができるという利点を有する。これは、前記像分析アルゴリズムが、成形ガラス板の表面及び裏面から反射された像の重なりを処理するように特別に設計されているからである。このような二重反射は、裏面からの反射の減衰がごくわずかである明るい色のガラス組成物の場合は、特に問題となる。

本発明は、車両の横窓やサンルーフ、及び少なくとも車両の後窓の湾曲が小さい部分に対して、特に適用性を有することが予想される。本発明のシステムと、経験豊富な人間の観察者によるひずみの視覚的評価との定性的な相互関係、より詳しくは順位相関は、良好であることが示されている。

ガラスひずみ分析の分野における当業者であれば、反射された光により検出されるそのような欠陥は、ガラス板を透過した光線を使用して検出される欠陥とは異なることを理解できるであろう。特に、反射光の使用により検出される、表面曲率の小さな凹凸により生じ得るガラスのひずみは、例えば、車両の窓を低角度の入射角で見たときに、最もよく検出される。車両ガラスの外側において見られるそのような欠陥は、特に高級車及び中級車の製造業者にとって増々気掛かりなことになっている。

以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本明細書において教示した成形ガラスの光学的分析の分野における当業者であれば、多様な変更及び変形が可能であろう。従って、本発明は、添付された請求項の範囲内で、特定的に記載されたのとは異なる方法で実施することができる。

Claims (6)

1. 成形ガラスにおける光学的ひずみを定量的に分析する方法であって、
   成形ガラス板が載置される剛性を有する水平表面を提供するステップであって、前記成形ガラス板は、凸状主面と凹状主面とを有する、該ステップと、
   明縞の平行な縞が交互に配置された反復模様がその表面に配された平坦な剛性表面を、前記成形ガラス板が載置される前記水平表面の近くに所定の近さで実質的に垂直方向に配置するステップと、
   前記反復模様が配された剛性を有する垂直表面に対して光線を照射すべく、少なくとも１つの可視光線源を提供するステップと、
   前記剛性を有する水平表面及び前記反復模様が配された平坦な垂直表面の近くに所定の近さで配置される、デジタル画像を受信し記録することが可能な光電子装置を提供するステップと、
   前記光電子装置からデジタル化された像を受信することが可能な、少なくとも１つのアルゴリズムによりプログラムされたコンピュータを提供するステップと、
   前記剛性を有する水平表面上に前記凹状主面が前記水平表面に向き、前記凸状表面が外側を向くように載置された前記成形ガラス板を、前記剛性を有する平坦な垂直表面に対して正確な向きに配置するステップと、
   前記凸状主面における想定される領域を分析のために選択するステップと、
   前記反復模様が配された剛性を有する垂直表面から入射され前記光電子装置へ反射される前記光線によって前記成形ガラス板上に形成された前記反復模様のデジタル画像を、前記光電子装置を使用して取得するステップと、
   前記成形ガラス板の表面上に形成された前記反復模様の前記デジタル画像を前記コンピュータへ電子的に送信するステップとを含み、
   前記少なくとも１つのアルゴリズムが、１枚の前記デジタル画像における前記分析のために選択された領域での、前記平坦な垂直表面上に配された前記反復模様のうちの隣接する所定数の模様から成る集団における見掛け上の模様のばらつきの変化の最大変化率を計算し、第２のアルゴリズムが、縞の縁部の向き、傾き、曲率における変化の少なくとも１つを計算し、もって該１枚のデジタル画像から光学的ひずみの分析結果を得ることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記光電子装置がデジタルカメラであることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記実質的に垂直で平坦な表面上に配された前記反復模様が、線状の反復模様であることを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、
   前記水平表面が複数の成形ガラス板を連続的に搬送可能な搬送装置であり、各ガラス板の前記デジタル画像を取得及び分析するようにしたことを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   前記成形ガラス板は、想定されるガラス表面凹凸が前記光電子装置の視線に対して垂直となる向きに配置されることを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、
   前記成形ガラス板の前記表面から反射された光線が実質的に反射されて、俯角１５〜４５°の入射角で前記光電子装置の像取得部分に入るようにしたことを特徴とする方法。

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