JPWO2004013572A1 - 湾曲形状検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

ガラス板の型式の違いにかかわらず同一の検査装置を使用できるようにする。ガラス板Ｇの表面にパタン化された光源２ａの光を照射するステップと、ガラス板Ｇの画像を撮像するステップと、この画像を解析することにより光源２ａの反射像を抽出するステップと、抽出された反射像に関するデータと予め登録されている良品の反射像に関するデータとの比較結果に基づいて、ガラス板Ｇの形状の良否を判定するステップとを有する。

Description

本発明は、湾曲形状検査方法および装置に関し、特に自動車の窓ガラスとして使用される湾曲ガラス板の形状を検査するための方法および装置に関する。

近年、自動車の窓ガラスには、湾曲したガラス板が多用されている。このような湾曲したガラス板は、フロート法等により製造された平板状のガラス板を所望の形状および大きさに切り出し、その後軟化点（約６５０℃）まで加熱してからプレス成形等することにより、所望の湾曲形状に成形される。そして、曲げ成形後のガラス板は、次のようにして形状検査が行われる。
図９は、従来の湾曲ガラス板の形状検査装置を示す。同図に示すように、検査装置１００はガラス板Ｇが載置される検査面１０１が、検査対象であるガラス板Ｇの形状にあわせて予め湾曲形状に成形されており、検査面１０１には複数の変位センサ１０２が埋め込まれている。よって、ガラス板Ｇが検査面１０１に載置されると、変位センサ１０２により検査面１０１からガラス板Ｇの下面までの距離（ずれ量）が測定され、この測定結果は制御装置２００によって読み出される。その結果、制御装置２００は、ずれ量が所定の範囲内に（例えば±０．５ｍｍ以内）に収まっていれば良品と判定し、収まっていなければ不良品と判定する。
このように、図９に示す従来の検査装置１００は、ガラス板Ｇの型式に応じて検査面１０１の形状を作り直す必要があり、またガラス板Ｇの形状等に応じて複数の変位センサ１０２を埋め込む必要があった。したがって、ガラス板Ｇの型式毎に専用の検査装置１００を用意しなければならず、検査のためのコスト増という問題があった。１台の自動車にはフロントガラス、リアガラス、ドアガラス、フロントベンチ、およびリアクオータといった複数の湾曲ガラス板が使用されるため、それぞれに応じた検査装置１００を用意しなければならない。また、車種毎に同様の検査装置１００を用意しなければならず、膨大な台数の検査装置１００が必要となる。
本発明は、このような課題を解決するためのものであり、ガラス板の型式の違いにかかわらず同一の検査装置を使用でき、かつ従来よりも簡便に検査できる湾曲形状検査方法および装置を提供することを目的とする。

本発明は、被測定物の表面にパタン化された光源の光を照射するステップと、前記被測定物の画像を撮像するステップと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出するステップと、前記抽出された反射像に関するデータと予め登録されている良品の反射像に関するデータとの比較結果に基づいて、前記被測定物の形状の良否を判定するステップとを有することを特徴とする湾曲形状検査方法を提供する。
また、本発明は、被測定物の表面にパタン化された光源の光を照射するステップと、前記被測定物の画像を撮像するステップと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出するステップと、前記光源の反射像の水平面上における位置を算出するステップと、前記算出された位置と予め登録されている良品の位置とを比較するステップと、この比較結果に応じて前記被測定物の形状の良否を判定するステップとを有することを特徴とする湾曲形状検査方法を提供する。
また、本発明は、被測定物の表面にパタン化された光源の光を照射するステップと、前記被測定物の画像を撮像するステップと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出するステップと、前記光源の反射像の位置を求めるステップと、前記光源の反射像の位置に基づいて前記被測定物の傾きを算出するステップと、予め用意しておいた基準傾きデータと前記算出された被測定物の表面の傾きとを比較することにより前記被測定物の形状の良否を判定するステップとを有することを特徴とする湾曲形状検査方法を提供する。
また、本発明は、被測定物の表面にパタン化された光源の光を照射するステップと、前記被測定物の画像を撮像するステップと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出するステップと、前記光源の反射像の位置を求めるステップと、前記光源の反射像の位置に基づいて前記被測定物の表面における高さ分布を算出するステップと、予め用意しておいた基準高さ分布データと前記算出された被測定物の表面における高さ分布とを比較することにより前記被測定物の形状の良否を判定するステップとを有することを特徴とする湾曲形状検査方法を提供する。
また、本発明に係る湾曲形状検査方法の一態様として、前記高さ分布は、隣接する反射像同士の高さの差を、所定の軸方向に沿って加算した値であることが好ましい。
また、本発明に係る湾曲形状検査方法の一態様として、前記被測定物は、自動車の窓ガラスの用いられる湾曲したガラス板であることが好ましい。
また、本発明は、被測定物の表面にパタン化された光を照射するための光源と、前記被測定物の画像を撮像するカメラと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出し、前記抽出された反射像に関するデータと予め登録されている良品の反射像に関するデータとの比較結果に基づいて、前記被測定物の形状の良否を判定する制御装置とを有することを特徴とする湾曲形状検査装置を提供する。
また、本発明は、被測定物の表面にパタン化された光を照射するための光源と、前記被測定物の画像を撮像するカメラと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出し、前記光源の反射像の水平面上における位置を算出し、前記算出された位置と予め登録されている良品の位置とを比較し、この比較結果に応じて前記被測定物の形状の良否を判定する制御装置とを有することを特徴とする湾曲形状検査装置を提供する。
また、本発明は、被測定物の表面にパタン化された光を照射するための光源と、前記被測定物の画像を撮像するカメラと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出し、前記光源の反射像の位置を求め、前記光源の反射像の位置に基づいて前記被測定物の表面の傾きを算出し、予め用意しておいた基準傾きデータと前記算出された被測定物の表面の傾きとを比較することにより前記被測定物の形状の良否を判定する制御装置とを有することを特徴とする湾曲形状検査装置を提供する。
また、本発明は、被測定物の表面にパタン化された光を照射するための光源と、前記被測定物の画像を撮像するカメラと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出し、前記光源の反射像の位置を求め、前記光源の反射像の位置に基づいて前記被測定物の表面における高さ分布を算出し、予め用意しておいた基準高さ分布データと前記算出された被測定物の表面における高さ分布とを比較することにより前記被測定物の形状の良否を判定する制御装置とを有することを特徴とする湾曲形状検査装置を提供する。
また、本発明に係る湾曲形状検査装置の一態様として、前記高さ分布は、隣接する反射像同士の高さの差を、所定の軸方向に沿って加算した値であることが好ましい。
さらに、本発明に係る湾曲形状検査装置の一態様として、前記被測定物は、自動車の窓ガラスの用いられる湾曲したガラス板であることが好ましい。

図１（ａ）：本発明に係る検査装置の一実施形態（ガラス板が平板状の場合）を示す側面図である。
図１（ｂ）：Ａ−Ａ’線矢視図である。
図２（ａ）：本発明に係る検査装置の一実施形態（ガラス板が湾曲状の場合）を示す側面図である。
図２（ｂ）：Ｂ−Ｂ’線矢視図である。
図３：本発明に係る検査方法の一実施形態を示すフローチャートである。
図４（ａ）：本発明に係る検査装置のその他の実施形態を示す側面図である。
図４（ｂ）：距離Ｈの求め方を説明するための説明図である。
図５：本発明に係る検査方法のその他の実施形態を示すフローチャートである。
図６：本発明に係る検査方法のその他の実施形態を示すフローチャートである。
図７：図６のステップＳ２３を説明するための平面図である。
図８：図６のステップＳ２６を説明するための平面図である。
図９：従来の検査装置を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

Ｇ：ガラス板 １：カメラ
２：点列光源 ３：反射像
３ａ：元の反射像 ４：制御装置
５：記憶装置

次に、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
図１（ａ）は本発明に係る検査装置の一実施形態（ガラス板が平板状の場合）を示す側面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ’線矢視図を示す。ガラス板Ｇはコンベアまたは載置台上に載置され、その上方には水平面に対してマトリクス状に配設された複数の点光源（発光ダイオード、蛍光管、ランプ等）からなる点列光源２、および２次元ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を備えたカメラ１が図示しない支持フレームに固定されている。点列光源２を構成する点光源同士の距離を「ｄ」とした場合、ガラス板Ｇ表面の反射像３同士の距離は「ｄ／２」となる。
また、カメラ１の撮像および点列光源２の発光／消光の制御は、制御装置４によって行われる。制御装置４が利用する各種の制御プログラム、および撮像によって得られた画像データは、制御装置４に接続されている記憶装置５に登録される。なお、点列光源の代わりに、その他のパタン化された光源（例えば格子状光源等）を用いてもよい。また、点列光源２をドーム状（断面が円弧状）または箱状の天井に設置してもよい。さらに、天井の中心から周辺にかけて傾斜面を有していたり、中央領域が水平かつ周縁領域が傾いたりしているような形状であってもよい。また、ドーム状または箱状の天井に無数の貫通孔を設け、外部に設置された大型の光源（蛍光灯等）の光をこれらの貫通孔から内部に取り込むようにしてもよい。
図２（ａ）は本発明に係る検査装置の一実施形態（ガラス板が湾曲状の場合）を示す側面図、同図（ｂ）はＢ−Ｂ’線矢視図を示す。図１における符号と同一のものは同一の構成を示す。図２ではガラス板Ｇの形状が湾曲している点で図１と相違する。図２（ａ）に示すように、点列光源２の高さが図１の場合と同じように調整されている場合、ガラス板Ｇが上凸（ただし、この例ではＸ方向に沿ってのみ曲率を有する）に湾曲していると、隣接する反射像同士の距離は「ｄ／２」未満となる。そのため、図２（ｂ）に示すように、湾曲前におけるガラス板Ｇの元の反射像３ａよりも、実際の反射像３はＹ軸寄りになる。
ここで、検査方法の手順について説明する。
図３は、本発明に係る検査方法の一実施形態を示すフローチャートである。まず、カメラ１を使って良品の撮像を行い、良品における点列光源２の反射像の座標を記憶装置５内のデータベースに登録する（ステップＳ１）。次いで、検査対象であるガラス板Ｇの画像を撮像し（ステップＳ２）、撮像した画像を画像処理することによりその画像から点列光源２の反射像を抽出する（ステップＳ３）。
次いで、反射像の重心座標を算出し（ステップＳ４）、算出された座標を記憶装置５に登録されている良品の座標と比較する（ステップＳ５）。その結果、良品の座標との差が所定範囲内で収まっていれば、検査対象であるガラス板Ｇを良否と判定し、そうでなければ不良品と判定する。良品と判定されたガラス板Ｇを後段の良品工程へ搬送し（ステップＳ６）、不良品を後段の不良品工程へ搬送する（ステップＳ７）。
次に、本発明のその他の実施形態について説明する。上記においては、予め登録されている良品の反射像の座標との比較で検査を行ったが、反射像の位置におけるガラス板表面の傾きを算出し、それに基づいて検査を行うこともできる。この場合、良品のデータを予め撮像して登録する必要がない。すなわち、ガラス板の形状に関するＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データがあれば、それとの比較により良否を判定できる。ＣＡＤデータは、設計仕様に基づいたデータであり、湾曲ガラス板はこのデータになるべく一致するように作られる。
図４（ａ）は本発明に係る検査装置のその他の実施形態を示す側面図、同図（ｂ）はカメラから第１基準面までの距離Ｈの求め方を説明するための説明図である。ガラス板Ｇは図２に示した上凸に湾曲したガラス板であり、ガラス板Ｇ表面の被測定点（点光源２ａの反射像の重心座標）Ｐ_Ｎを通る水平面を第１基準面とし、ガラス板Ｇの載置されている水平面を第２基準面とする。被測定点Ｐ_Ｎでガラス板Ｇと接触する平面を反射面とする。
カメラ１から第１基準面までの距離はＨ、カメラ１から第２基準面までの距離はｈ、第１基準面から第２基準面までの距離はΔＨとしている。カメラ１と点光源２ａとの水平方向の距離はＬ、カメラ１と点光源２ａとの鉛直方向の距離はｃ、カメラ１と被測定点Ｐ_Ｎとの水平距離はＸとしている。反射面と第１基準面との角度はａとしている。
よって、点光源２ａから照射された入射光６は、被測定点Ｐ_Ｎで反射面に対して正反射し、反射光７がカメラ１に到達する。ここで、入射光６の反射面に対する角度をψ、入射光６の第１基準面に対する角度をφとしている。また、反射光７と第１基準面に対する角度をθとしている。反射光７の反射面に対する角度は、前述のとおり入射光６が正反射していることからψと等しくなる。
θ＝ｔａｎ^−１（Ｈ／ｘ） ・・（１）
φ＝θ−２ａ ・・（２）
Ｈ−ｙ＝（Ｌ−ｘ）ｔａｎ（φ） ・・（３）
したがって、式（１）〜（３）から、以下の式が成り立つ。
ｔａｎ^−１（Ｈ／ｘ）−２ａ＝ｔａｎ^−１｛（Ｈ−ｙ）／（Ｌ−ｘ）｝ ・・（４）
よって、式（４）を変形することで式（５）が求まり、この式（５）を解くことにより角度ａが求まる。
ａ＝［ｔａｎ^−１（Ｈ／ｘ）−ｔａｎ^−１｛（Ｈ−ｙ）／（Ｌ−ｘ）｝］／２
・・（５）
一方、ガラス板Ｇが湾曲している場合、カメラ１から被測定点までのＺ方向の距離が被測定点毎に異なるため、図４（ｂ）に示すように各点毎に求め直す必要がある。ここで、点Ｐ_１の座標が予めわかっていれば、上述で求めた点Ｐ_２における傾きａと以下の式（６）とで距離ｂが求まり、隣接する点Ｐ_２の座標を式（７）に示すように求められる（ただし、Ｐ_１−Ｐ_２間が線形変化しているものと仮定しているため距離ｂは近似値である）。なお、点Ｐ_１はガラス板Ｇの重心（面積重心）とするとよく、点Ｐ_１における距離ＨおよびΔＨを実測（若しくはＣＡＤデータおよび距離ｈ（既知）に基づいて算出する）により求めておく。
ｂ＝ｃ・ｔａｎ（ａ） ・・（６）
ｚ_２＝ｚ_１−ｂ，ｘ_２＝ｘ_１＋ｃ ・・（７）
以上により、被測定点におけるＸ方向の傾きａを求め、同様にＹ方向の傾きを求め、これらの値を予め用意してある基準傾きデータと比較し、基準傾きデータとの差が所定範囲内にあるかどうかで良品判定を行うことができる。基準傾きデータは、予め良品を撮像することで上記同様の手順で求めてもよいが、ガラス板ＧのＣＡＤデータがあればそのデータから各被測定点における傾きを求めることもできる。
図５は、本発明に係る検査方法のその他の実施形態を示すフローチャートである。まず、ガラス板Ｇの画像を撮像する（ステップＳ１１）。次いで、点光源２ａの反射像を図１の場合と同様に抽出し（ステップＳ１２）、各反射像のＸＹ平面上の重心座標を算出する（ステップＳ１３）。次いで、算出した重心座標を利用するとともに、式（５）を利用して重心座標における各方向（ＸおよびＹ方向）の傾きを求める（ステップＳ１４）。
ステップＳ１３〜Ｓ１５を繰り返し、全被測定点の傾きを算出できたら、次のステップへ移行する（ステップＳ１５）。次いで、算出された傾きと登録されている良品の傾きとを比較し（ステップＳ１６）、両者の差が所定の範囲内にあれば良品と判定し、そうでなければ不良品と判定する（ステップＳ１６）。良品は後段の良品工程へ（ステップＳ１７）、不良品は後段の不良品工程へ搬送する（ステップＳ１８）。
図６は、本発明に係る検査方法のその他の実施形態を示すフローチャートである。このフローでは、ガラス板表面における高さ分布を求め、それをＣＡＤデータの高さ分布と比較することにより、良品／不良品の判定を行う。まず、ガラス板Ｇの上面に点列光源２の光を照射するとともに、その反射像を２次元ＣＣＤカメラ１で撮像する（ステップＳ２１）。次いで、制御装置４は撮像したガラス板Ｇの輪郭を抽出し（ステップＳ２２）、ＣＡＤデータの輸郭に合うように、撮像した画像データの位置を整える（ステップＳ２３）。具体的には図７に示すように、被測定ガラス板Ｇの画像データを水平／垂直方向に移動および回転移動させることで、被測定ガラス板Ｇの画像データとＣＡＤデータの位置を一致させる。
次いで、被測定ガラス板Ｇの画像データから、それに映り込んでいる点列光源２の反射像を抽出し（ステップＳ２４）、各反射像の中心を被測定点として設定するとともに、式（１）〜（５）を用いて被測定点におけるＸおよびＹ方向の傾き（角度ａ）を算出する（ステップＳ２５）。次いで、ＣＡＤデータの重心における高さＨと、上記算出された各被測定点での角度ａとを利用することで、各被測定点における高さＨを算出する。次いで、隣接する被測定点同士の高さＨの差分（図４（ｂ）の符号「ｂ」）を順次求め、ＸまたはＹ軸方向に沿って全ての差分を加算する（ステップＳ２６）。
例えば図８では重心を起点として、Ｘ方向に隣接する被測定点同士における高さＨの差分を求め、それらを加算することで「Ｘ方向の積分値」を求める。その後、同様に重心を起点として、Ｙ方向に隣接する被測定点同士における高さＨの差分を求め、それらを加算することで「Ｙ方向の積分値」を求める。同様の操作は、全ての被測定点で行われる。
次いで、被測定点毎に求められたＸおよびＹ方向の積分値を、予め求めておいたＣＡＤデータのＸおよびＹ方向の積分値（請求の範囲の基準高さ分布データ）と比較し（ステップＳ２７）、それに基づいて良否／不良品の判定を行う（ステップＳ２８）。すなわち、ずれ量が所定の範囲内に収まれば良品と判定し、１箇所でもずれ量が所定範囲を超えるようであれば不良品と判定する。どの程度の範囲を良品／不良品とするかは、ガラス板の形状や製品ユーザの要望等に応じて、適宜決定される。

以上説明したとおり本発明は、被測定物の表面における光源の反射像の位置に基づいて被測定物の形状の良否を判定する。そのため、被測定物の型式毎に検査装置を用意する必要がなく、また画像処理で検査ができるため従来よりも検査手順が簡便という利点がある。また、本発明は、コンベアで搬送されてきた被測定物の形状を、被測定物の搬送を停止することなく検査できるため、従来よりも生産性を向上させることができる。
なお、本発明は、自動車用のガラス板だけでなく、その他の車輌、鉄道、船舶、飛行機および建築用のガラス板の形状検査に使用できる。また、湾曲した透明樹脂板や鏡面体（金属板、または樹脂板等）の形状検査にも適用できる。

Claims (12)

1. 被測定物の表面にパタン化された光源の光を照射するステップと、前記被測定物の画像を撮像するステップと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出するステップと、前記抽出された反射像に関するデータと予め登録されている良品の反射像に関するデータとの比較結果に基づいて、前記被測定物の形状の良否を判定するステップとを有することを特徴とする湾曲形状検査方法。
2. 被測定物の表面にパタン化された光源の光を照射するステップと、前記被測定物の画像を撮像するステップと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出するステップと、前記光源の反射像の水平面上における位置を算出するステップと、前記算出された位置と予め登録されている良品の位置とを比較するステップと、この比較結果に応じて前記被測定物の形状の良否を判定するステップとを有する請求の範囲１に記載の湾曲形状検査方法。
3. 被測定物の表面にパタン化された光源の光を照射するステップと、前記被測定物の画像を撮像するステップと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出するステップと、前記光源の反射像の位置を求めるステップと、前記光源の反射像の位置に基づいて前記被測定物の傾きを算出するステップと、予め用意しておいた基準傾きデータと前記算出された被測定物の表面の傾きとを比較することにより前記被測定物の形状の良否を判定するステップとを有する請求の範囲１に記載の湾曲形状検査方法。
4. 被測定物の表面にパタン化された光源の光を照射するステップと、前記被測定物の画像を撮像するステップと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出するステップと、前記光源の反射像の位置を求めるステップと、前記光源の反射像の位置に基づいて前記被測定物の表面における高さ分布を算出するステップと、予め用意しておいた基準高さ分布データと前記算出された被測定物の表面における高さ分布とを比較することにより前記被測定物の形状の良否を判定するステップとを有する請求の範囲１に記載の湾曲形状検査方法。
5. 前記高さ分布は、隣接する反射像同士の高さの差を、所定の軸方向に沿って加算した値である請求の範囲４に記載の湾曲形状検査方法。
6. 前記被測定物は、自動車の窓ガラスの用いられる湾曲したガラス板である請求の範囲１〜５の何れか一項に記載の湾曲形状検査方法。
7. 被測定物の表面にパタン化された光を照射するための光源と、前記被測定物の画像を撮像するカメラと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出し、前記抽出された反射像に関するデータと予め登録されている良品の反射像に関するデータとの比較結果に基づいて、前記被測定物の形状の良否を判定する制御装置とを有することを特徴とする湾曲形状検査装置。
8. 被測定物の表面にパタン化された光を照射するための光源と、前記被測定物の画像を撮像するカメラと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出し、前記光源の反射像の水平面上における位置を算出し、前記算出された位置と予め登録されている良品の位置とを比較し、この比較結果に応じて前記被測定物の形状の良否を判定する制御装置とを有する請求の範囲７に記載の湾曲形状検査装置。
9. 被測定物の表面にパタン化された光を照射するための光源と、前記被測定物の画像を撮像するカメラと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出し、前記光源の反射像の位置を求め、前記光源の反射像の位置に基づいて前記被測定物の表面の傾きを算出し、予め用意しておいた基準傾きデータと前記算出された被測定物の表面の傾きとを比較することにより前記被測定物の形状の良否を判定する制御装置とを有する請求の範囲７に記載の湾曲形状検査装置。
10. 被測定物の表面にパタン化された光を照射するための光源と、前記被測定物の画像を撮像するカメラと、この画像を解析することにより前記光源の反射像を抽出し、前記光源の反射像の位置を求め、前記光源の反射像の位置に基づいて前記被測定物の表面における高さ分布を算出し、予め用意しておいた基準高さ分布データと前記算出された被測定物の表面における高さ分布とを比較することにより前記被測定物の形状の良否を判定する制御装置とを有する請求の範囲７に記載の湾曲形状検査装置。
11. 前記高さ分布は、隣接する反射像同士の高さの差を、所定の軸方向に沿って加算した値である請求の範囲１０に記載の湾曲形状検査装置。
12. 前記被測定物は、自動車の窓ガラスの用いられる湾曲したガラス板である請求の範囲７〜１１の何れか一項に記載の湾曲形状検査装置。

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