JP6144608B2 - 缶体の検査装置及びその缶体の検査装置に用いる缶体支持体並びに缶体支持体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、缶体の製造工程において、缶体に対して外側から照射された光が缶体の内側に漏れ出るか否かを検出することにより、缶体に生じたピンホール等の欠陥を検出する缶体の検査装置及びその缶体の検査装置に用いられる缶体支持体並びに缶体支持方法の製造方法に関する。

この種の缶体の検査装置としては、例えば特許文献１に記載されるように、缶体の外面を支持する支持部と、缶体の外面に光を照射する光源と、缶体の内側に漏れ出た光を検出する検出部とを備える構成が知られている。
この特許文献１に記載される検査装置においては、支持部が板状に形成されるとともに、その外縁部に缶体の外面に沿う周面を有し、その外縁及び両端面に開口するポケット部が形成されている。缶体は、このポケット部の周面により外面側から支持され、支持部の両端面に直交する方向に缶軸が延びるように配置される。

また、特許文献１に記載された検査装置では、光源からの光を缶体の外面全体に照射できるように、支持部を光透過性材料（透明アクリル、ポリカーボネート、ガラス等）により形成している。しかしながら、支持部により支持された部分では、光源から照射された光が支持部を通過することで光量が周辺部に比較して減少し、この部分に発生したピンホール等の欠陥検出が困難となる問題があった。

これに対し、特許文献２には、光透過性材料で形成された板状の支持部に反射面を設けることが記載されており、光源から照射された光を反射面で反射させ、支持部の内部を通じて缶体の外面に照射することにより、缶体の外面全体に光を照射することが提案されている。

特開２０００‐６５７５７号公報 特開２００６‐３０８３６２号公報

ところが、特許文献２に記載される検査装置においては、支持部に切り込みを入れることにより反射面を形成していることから、支持部の耐久性が懸念される。また、反射面では、光源から照射された光が正反射することから、缶体の外面に照射される光量にばらつきが生じ易く、その結果、ピンホール等の欠陥の位置によっては十分な検出感度が得られず、反射面を設けたことによる効果を十分に得られなくなるおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ピンホール等の欠陥を確実に検出可能な缶体の検査装置及びその缶体の検査装置に用いられる缶体支持体並びに缶体支持体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の缶体支持体は、缶体の外面に側方から検査光を照射して、前記缶体の前記外面から内部に漏れる前記検査光を検出する際に前記缶体を支持する缶体支持体であって、光透過性材料により板状に形成され、内部に前記検査光を散乱させる乱反射部が設けられていることを特徴とする。

本発明の缶体支持体を用いた缶体の検査装置においては、光透過性材料により形成された缶体支持体の内部に乱反射部を設けているので、乱反射部で散乱した検査光を缶体支持体の内部を通じて照射することができ、光源からの検査光が直接照射されにくい缶体支持体により支持された缶体の外面部分にも、検査光を照射することができる。また、この乱反射部では、検査光が正反射ではなく乱反射することから、乱反射部から反射して分散照射される光量を均一化することができる。したがって、光源からの検査光が直接照射されにくい缶体と缶体支持体との支持部分にも検査光を平均的に届けることができ、確実にピンホール等の有無を検出することが可能となる。
また、乱反射部は缶体支持体の内部に設けられているので、缶体支持体に切り込みを入れて反射面を形成する等の方法において懸念される強度面の問題が緩和され、耐久性を良好に維持することができる。

本発明の缶体支持体において、前記乱反射部は、レーザ加工により形成された微細な気泡の集合体により、厚み方向に沿う面状に形成されているとよい。
缶体支持体の内部に焦点を結ぶようにレーザ光を照射することにより、缶体支持体の内部にのみ加工を施すことができる。そして、レーザ加工により微細な気泡を複数形成することにより、缶体支持体の内部に微細な凹凸形状を形成することができ、缶体支持体の表面を傷つけることなく乱反射部を形成することができる。また、乱反射部を微細な気泡の集合体により缶体支持体の厚み方向に沿う面状に形成していることから、乱反射部が缶体の外面に沿って配置され、乱反射部で反射した検査光が、缶体支持体により支持された部分に照射されやすくなる。

本発明の缶体支持体において、前記缶体支持体の外縁部に、前記缶体の外面に沿う周面を有し、該缶体の外面を支持するポケット部が形成されており、前記乱反射部は、前記ポケット部の周面に沿って設けられているとよい。
缶体の外面に沿って乱反射部を形成することで、乱反射部が缶体の外面と対向して配置され、缶体外面の缶体支持体により支持された部分に検査光を確実に照射することができる。

本発明の缶体支持体において、前記乱反射部は、波形面で形成されているとよい。
レーザ加工により形成される微細な気泡を、波形面を形成するように並べることで、乱反射部で反射する検査光を、確実に分散させて缶体の外面に照射することができる。

本発明の缶体支持体において、前記乱反射部は、前記缶体支持体の表面から１ｍｍ離れた内側の範囲に形成されているとよい。
光源からの検査光を缶体の外面に広く照射するためには、乱反射部を缶体支持体の表面まで形成することが、乱反射部による缶体への照射範囲が広くなるので望ましいが、乱反射部を缶体支持体の表面に露出する位置まで形成した場合は、その露出した部分を起点として割れが発生しやすくなり、強度低下を招きやすくなる。そこで、乱反射部は、検査光の分散範囲と缶体支持体の強度とを考慮して、缶体支持体の表面から少なくとも１ｍｍ離れた位置まで形成するとよい。
なお、特許文献２に記載の検査装置の支持部のように、切欠きを設ける等の方法により反射面を形成した場合には、強度面を考慮すると、本発明の缶体支持体のように、缶体支持体の表面から１ｍｍまで近接させて形成することもできないため、反射光の照射範囲がさらに限られたものとなる。

本発明の缶体の検査装置は、前記缶体支持体と、前記缶体の外面に対して側方から検査光を照射する光源と、前記缶体の前記外面から内部に漏れる前記検査光を検出する光検出部とを備えることを特徴とする。

本発明の缶体支持体の製造方法は、内部に前記検査光を散乱させる乱反射部が形成された缶体支持体を製造する方法であって、光透過性材料により形成された前記缶体支持体の内部に焦点を結ぶようにレーザ光を照射することにより、該缶体支持体の内部に微細な気泡を複数形成し、該気泡の集合体によって乱反射部を形成することを特徴とする。

本発明によれば、光源からの検査光が直接照射されにくい缶体と缶体支持体との支持部分にも検査光を平均的に届けることができ、ピンホール等の欠陥を確実に検出することができる。

本発明の一実施形態に係る缶体の検査装置を示す模式図である。 図１に示す缶体の検査装置の平面図である。 図２に示す缶体の検査装置の要部平面図である。 缶体の検査装置の要部平面図であり、実施例の実験方法を説明する図である。 実施例及び比較例のスターホイールの要部平面図である。 ピンホールの位置と光検出部の出力との関係を示すグラフであり、実施例１と比較例１の結果を示す。 ピンホールの位置と光検出部の出力との関係を示すグラフであり、実施例１と実施例２の結果を示す。

以下、本発明に係る缶体の検査装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の缶体の検査装置１００は、缶体１について、ピンホール等の欠陥を検出する検査装置である。
なお、本実施形態においては、缶体１として、図１に示すように、例えばアルミニウム合金等の板材を絞り、しごき加工して形成されるいわゆるＤＩ缶を用いて説明を行う。

缶体の検査装置１００は、図１及び図２に示すように、缶体１の外面を支持する缶体支持体２と、缶体１の外面に側方から検査光を照射する光源３と、缶体１の外面から内部に漏れる検査光を検出する光検出部４とを備える。さらに、缶体の検査装置１００には、缶体１の開口部１１側に配置されてシール部材５が取り付けられたメインターレット６と、缶体１の底部１２側に配置されて缶体１をシール部材５に向けて押圧するベースパッド７とが備えられており、これらメインターレット６とベースパッド７とは、缶体１の軸線方向に間隔を空けて並んで配置されており、これらメインターレット６、ベースパッド７、缶体支持体２がメインシャフトＳを中心として一体に回転されることにより、缶体１を回転搬送することができるようになっている。

シール部材５は、缶体１の開口部１１の端縁よりも大きな外径及び開口部１１の内径よりも小さな内径を有するリング状に形成されており、メインターレット６の孔部６１内に嵌合して設けられている。

ベースパッド７は、缶体支持体２を挟んでメインターレット６に対向して略平行に設けられている。このベースパッド７は、メインターレット６に対してメインシャフトＳの軸線方向に沿って進退可能であり、缶体支持体２によって外面を支持された缶体１をメインターレット６に向けて押圧することにより、缶体１を安定して支持することができる。また、缶体１の開口部１１がシール部材５に密着させられることにより、缶体１の内部は密閉され、外部の光が遮蔽される。

そして、検査光を検出する光検出部４は、メインターレット６の裏面６３側（図１の右側）に設けられており、この光検出部４によって缶体１の内部の光が検出されるようになっている。
なお、光検出部４は、図１に示すようにアダプタ８に接続され、アダプタ８表面に取り付けられたライトシール９をメインターレット６の裏面６３に接触させた状態で、図２に示すように缶体の検査装置１００の所定の検査位置に固定されており、メインターレット６が回転することによってメインターレット６の裏面６３とライトシール９の表面とが摺動するようになっている。
また、缶体１の検査の際には、缶体１がメインターレット６とともに所定の検査位置に回転移動することにより、光検出部４と缶体１の内部とが貫通孔部６２を介して連通する。そして、缶体１の開口部１１の端縁が、シール部材５に密接し、缶体１の内部が密封された状態とされることから、光検出部４は、缶体１にピンホール等の欠陥が形成されている場合に、光源３から照射される検査光がピンホール等を通じて缶体１の内部に漏れ出た光を検出することができる。そして、この光検出部４における光の検出の有無によって、缶体１のピンホール等の欠陥の有無を検出することができるようになっている。

また、光源３は、図１及び図２に示すように、缶体１の外面に、缶体支持体２の径方向外側から検査光を照射する外側光源３１と、その外側光源３１との間に缶体支持体２のポケット部２２を挟んで対向するように設けられ、缶体支持体２の径方向内側から検査光を照射する内側光源３２とを備える。
そして、内側光源３２は、図１に示すように、缶体支持体２を構成する２つのスターホイール２１，２１の間と、缶体１の開口部１１側のスターホイール２１とメインターレット６との間との２箇所に設けられており、これら２箇所の内側光源３２により、缶体１の開口部１１から底部１２にかけて、缶体支持体２の内側から缶体１の外面に検査光を照射する構成とされている。

なお、外側光源３１は、缶体支持体２の外周の一部分に沿って周方向に並べられた複数のＬＥＤ照明（図示略）により構成され、内側光源３２は、缶体支持体２によって外面を支持された缶体１の内側に缶体支持体２の外周の一部分に沿って周方向に並べられた複数のＬＥＤ照明（図示略）で構成される。これらの外側光源３１と内側光源３２とにより、図１及び図２に示すように、所定の検査位置に搬送された缶体１の外面に、外側と内側から検査光が照射される。

また、缶体支持体２は、図１に示すように、メインシャフトＳの軸線方向に並んで配置される２枚のスターホイール２１により構成され、各スターホイール２１は、メインシャフトＳの軸線回りに回転可能に支持されている。
スターホイール２１は、光透過性材料（例えば透明アクリル、ポリカーボネート）により円板状に形成されており、外周縁に、缶体１の外面に沿う略円弧切欠状の周面２１ａを有するポケット部２２が、周方向に間隔を空けて複数個（本実施形態では１２個）設けられ、ポケット部２２の周面２２ａにより缶体１が支持されるようになっている。また、各スターホイール２１の内部には、図２に示すように、検査光を散乱させる乱反射部２３が、各ポケット部２２の周面２２ａに沿って設けられている。

乱反射部２３は、レーザ加工により形成された微細な気泡の集合体により、板状に形成された各スターホイール２１の厚み方向に沿う面状に形成されており、ポケット部２２の周面２２ａからの距離Ｄ１が２ｍｍ〜６０ｍｍの間で一定間隔を空けて形成されている。本実施形態のスターホイール２１においては、乱反射部２３は、ポケット部２２の周面２２ａからの距離Ｄ１が２７ｍｍとされる位置に、円弧面状に形成されている。
また、乱反射部２３は、その延在方向においてスターホイール２１の各表面と近接して設けられるが、スターホイール２１のいずれかの表面から乱反射部２３の端部までの距離Ｄ２は、少なくとも１ｍｍ以上離れて形成されている。
なお、光源３からの検査光を缶体１の外面に広く照射するためには、乱反射部２３をスターホイール２１の表面まで形成することが、乱反射部２３による缶体１への照射範囲が広くなるので望ましいが、乱反射部２３をスターホイール２１の表面に露出する位置まで形成した場合は、その露出した部分を起点として割れが発生しやすくなり、強度低下を招きやすくなる。そこで、乱反射部２３は、検査光の分散範囲と缶体支持体の強度とを考慮して、缶体支持体の表面から少なくとも１ｍｍ離れた位置まで形成することとしている。

また、前述したように、乱反射部２３はレーザ加工により形成することができ、スターホイール２１の内部に焦点を結ぶようにレーザ光を照射することにより、スターホイール２１の内部にのみ加工を施すことができる。そして、レーザ加工により微細な気泡を複数形成することにより、スターホイール２１の内部に微細な凹凸形状を形成できるので、スターホイール２１の表面を傷つけることなく乱反射部２３を形成することができ、スターホイール２１の耐久性を良好に維持することができる。

次に、このように構成される缶体の検査装置１００を用いて缶体１を検査する方法について説明する。
図２に示すように、缶体１は、スターホイール２１のポケット部２２に供給されて、メインシャフトＳの回転によって搬送され、光源３（外側光源３１及び内側光源３２）から検査光が照射される所定の検査位置に移動する。そして、検査位置において、外側光源３１及び内側光源３２により缶体１の外面に検査光が照射され、検査光が缶体１の内部に漏れ出ているか否かを検査する。

このとき、図２に示すように、外側光源３１からの検査光は、スターホイール２１の半径方向内方に向かって照射され、缶体１の外面がスターホイール２１により支持される部分には、検査光が直接照射されない部分が生じる。ところが、この検査装置１００では、スターホイール２１の内部に乱反射部２３が設けられており、その乱反射部２３において検査光が散乱して分散照射されることから、図３に点線の矢印で示すように、散乱光をスターホイール２１の内部を通じてポケット部２２の周面２２ａで支持される缶体１の外面にも照射することができる（図３では便宜上、乱反射箇所を３箇所として示しているが、乱反射部２３の各部で乱反射する）。また、乱反射部２３では、検査光が正反射ではなく乱反射することから、乱反射部から反射して分散照射される光量を均一化することができる。これにより、缶体１の外面全体にわたって検査光を平均的に照射でき、缶体１全体についてピンホール等の欠陥の有無を検査することができる。
検査後、欠陥が検出された不良品は、図２に矢印Ａで示されるように回収され、欠陥が検出されなかった良品は、矢印Ｂで示されるように回収される。

この缶体の検査装置１００において、缶体１の外面がスターホイール２１により支持された部分に対するピンホールの形成位置による光検出部４の出力（光量）の変化を比較する実験を行った。本実施形態の実施例として、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように乱反射部２３Ａ，２３Ｂを形成したスターホイール２１Ａ，２１Ｂを用いた実施例１及び実施例２と、比較例として、図５（ｃ）に示すように乱反射部が形成されない従来のスターホイール２１Ｃを用いた比較例１とを用いて、これら実施例１，２及び比較例１における、光検出部４の検出量の違いを比較した。

実施例１，２及び比較例１のスターホイール２１Ａ〜２１Ｃは、直径４００ｍｍ、厚さ１３ｍｍの透明アクリルにより形成し、そのうちの実施例１，２のスターホイール２１Ａ，２１Ｂのみに、ポケット部２２の周面２２ａに沿って円弧面状の乱反射部２３Ａ，２３Ｂを形成した。
また、乱反射部の加工デザインの違いによる光検出部４の出力の変化を確認するため、実施例１と実施例２とは異なる形状の乱反射部２３Ａ，２３Ｂを設けた。実施例１の乱反射部２３Ａは、図５（ａ）に示すように、ポケット部２２の周面２２ａからの距離Ｄ１を２７ｍｍとした円弧面に形成した。これに対して、実施例２の乱反射部２３Ｂは、図５（ｂ）に示すように、ポケット部２２の周面２２ａとの距離Ｄ１を２７ｍｍの前後で近づけたり離したりして円弧面と細かな波形面（波長７．８ｍｍ、振幅３．０ｍｍ）とを組み合わせた形状とした。
また、これらの乱反射部２３Ａ，２３Ｂは、その延在方向においては、スターホイール２１Ａ，２１Ｂの各表面からの距離Ｄ２を１ｍｍとする内側の範囲に形成した。

そして、これら乱反射部２３Ａ，２３Ｂの加工は、ドイツのセリオン社製のＸ‐１加工機を用いてレーザ加工により形成した。この乱反射部２３Ａ，２３Ｂの加工は、スターホイール２１Ａ，２１Ｂの内部に焦点を結ぶようにレーザ光を照射することにより行い、スターホイール２１Ａ，２１Ｂの一部を溶かし、内部に微細な気泡を複数形成することにより、微細な凹凸形状を形成し、乱反射部２３Ａ，２３Ｂを形成した。
なお、Ｘ‐１加工機の光源はＹＡＧレーザの２倍波（第２高調波）であり、波長が５３２ｎｍとされる。

また、実験には、アルミニウム合金の板材を絞り、しごき加工して形成されたＤＩ缶を用いた。そして、この缶体１の胴部の底部１２から１０ｍｍ離れた位置に直径約３３μｍのピンホールを予め形成しておき、図４に示すように、缶体１を０°の位置から７．５°ずつ、３５２．５°の位置まで回転させた場合の光検出部４による出力の変化を測定した。
このため、このピンホールに対して十分に検査光が届いていれば、光検出部４による出力が上昇した状態となり、ピンホールの存在を検出することができる。
実験結果を図６及び図７に示す。なお、図６及び図７に示す「閾値」は、ノイズ等の影響を考慮しても、ピンホール等の存在を検出可能な最低レベルの出力を示す。

図６からわかるように、乱反射部を形成していない比較例１のスターホイール２１Ｃにおいては、光検出部４の出力（光の検出量）が閾値に近接するほどに低下する場合があり、ピンホールの形成位置によってはピンホールを検出できなくなるおそれがある。
一方、乱反射部２１Ａを形成した実施例１のスターホイール２１Ａは、閾値よりも十分に高い出力が得られ、ピンホールが缶体１のどの位置に形成されていても検出可能であることがわかった。
また、図７からわかるように、実施例２のスターホイール２１Ｂのように、乱反射部２３Ｂを波形面で形成することにより、光検出部４の出力をさらに向上させることができることが確認できた。

以上説明したように、本実施形態の缶体支持体２（スターホイール２１）を用いた缶体の検査装置１００においては、光透過性材料により形成された缶体支持体２の内部に乱反射部２３を設けているので、乱反射部２３で散乱した検査光を缶体支持体２の内部を通じて照射することができる。また、乱反射部２３では、検査光が正反射ではなく乱反射することから、乱反射部から反射して分散照射される光量を均一化することができる。このため、光源３からの検査光が直接照射されにくい缶体１と缶体支持体２との支持部分にも検査光を平均的に届けることができ、確実にピンホール等の有無を検出することが可能となる。
また、乱反射部２３は缶体支持体２の内部に設けられているので、缶体支持体２に切り込みを入れて反射面を形成する等の方法において懸念される強度面の問題が緩和され、耐久性を良好に維持することができる。

さらに、缶体支持体２には、乱反射部２３をレーザ加工により形成された微細な気泡の集合体によって缶体支持体２の厚み方向に沿う面状に形成していることから、乱反射部２３が缶体１の外面に沿って配置され、乱反射部２３で反射した検査光が、缶体支持体２により支持された部分に照射されやすくなる。また、乱反射部２３をポケット部２２の周面２２ａに沿って形成し、缶体１の外面に沿って乱反射部２３を設けることで、乱反射部２３が缶体１の外面と対向して配置され、缶体外面の缶体支持体２により支持された部分に検査光を確実に照射することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１ 缶体
１１ 開口部
１２ 底部
２ 缶体支持体
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ スターホイール
２２ ポケット部
２２ａ 周面
２３，２３Ａ，２３Ｂ 乱反射部
３ 光源
３１ 外側光源
３２ 内側光源
４ 光検出部
５ シール部材
６ メインターレット
６１ 孔部
６２ 貫通孔部
６３ 裏面側
７ ベースパッド
８ アダプタ
９ ライトシール
１００ 缶体の検査装置

Claims (7)

1. 缶体の外面に側方から検査光を照射して、前記缶体の前記外面から内部に漏れる前記検査光を検出する際に前記缶体を支持する缶体支持体であって、光透過性材料により板状に形成され、内部に前記検査光を散乱させる乱反射部が設けられていることを特徴とする缶体支持体。
2. 前記乱反射部は、レーザ加工により形成された微細な気泡の集合体により、厚み方向に沿う面状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の缶体支持体。
3. 前記缶体支持体の外縁部に、前記缶体の外面に沿う周面を有し、該缶体の外面を支持するポケット部が形成されており、前記乱反射部は、前記ポケット部の周面に沿って設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の缶体支持体。
4. 前記乱反射部は、波形面で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の缶体支持体。
5. 前記乱反射部は、前記缶体支持体の表面から１ｍｍ離れた内側の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の缶体支持体。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の前記缶体支持体と、前記缶体の外面に対して側方から検査光を照射する光源と、前記缶体の前記外面から内部に漏れる前記検査光を検出する光検出部とを備えることを特徴とする缶体の検査装置。
7. 内部に前記検査光を散乱させる乱反射部が形成された缶体支持体を製造する方法であって、光透過性材料により形成された前記缶体支持体の内部に焦点を結ぶようにレーザ光を照射することにより、該缶体支持体の内部に微細な気泡を複数形成し、該気泡の集合体によって乱反射部を形成することを特徴とする缶体支持体の製造方法。

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