JP2005517917A - 製品の空間選択的なオンライン質量または容積測定を実行するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は製品の質量および／または容積測定のための方法および装置に関する。より具体的には、本発明は、パーツ製造プロセスにおいてオンラインで実行可能な質量および／または容積測定のための方法および装置に関する。製品の特定の対象領域に含まれている材料の質量または容積のオンライン測定は１００％オンラインで実行される。リアルタイムプロセスコントロール情報は、製品の特定の対象領域に含まれている材料の質量または容積のリアルタイム測定に基づいている。製品の自動品質コントロール検査は、製品の特定の対象領域に含まれている材料の質量または容積のリアルタイム測定に基づいている。製造閉鎖ループプロセスは直接訂正されて、これらの品物の製造直後に、製品の特定の対象領域に含まれている材料の質量または容積のリアルタイム測定に基づくコントロール制限内にそれを維持する。

Description

本発明は、製品の空間選択的なオンライン質量または容積測定を実行するための装置および方法を目的としている。より具体的には、別個に製造されたパーツの所定領域内に含まれている材料の容積または質量を監視するためのシステムを提供するための光学エミッタ、検出器、および視界（ＦＯＶ）制限光学要素の使用に関する。このシステムは、一般的に動的パーツが製造プラントにおいて製造および／または運搬中に、これらの質量または容積測定を実行する。

本発明は特に、高速自動製品測定、プロセスコントロール、および検査の分野に関し、従ってこれらを特に参照して説明されるが、本発明は他の分野および適用における有用性を有していることが認められるであろう。例えば、本発明はまた、物理的パラメータの非破壊的かつ包括的な測定が望まれる広範囲の環境において有用な適用を見出すであろう。

工業または商業プロセスによって消費または適用されている材料の量を推定するためのセンサーベースの機器の使用が当業界において既知である。最も基本的な例として、自動車の燃料計器は車両のオペレータに、そのガスタンク内に残っている燃料の量のリアルタイム測定を提供する。同様のプロセスモニタは、容積、数量、または質量測定にチューニングされていようがいまいが、多数の工場の膨大な製造動作において展開されている。

自動操作によって生成または取り扱われている個々の製品の質量または容積を定量化するためのセンサーベースの質量または容積測定機器の使用は広くは知られていない。しかし、実施例はある。「移動中の物体の重さを判断するための装置（Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ Ｏｂｊｅｃｔｓ Ｂｅｉｎｇ Ｍｏｖｅｄ）」と題された米国特許第４，４８６，１３６号明細書は、丸太、棒、または光線がローダーによって移動中に、それらの重さを判断するシステムについて記載している。

特に高速製造または運搬動作の場合により一般的なことは、統計的製品サンプリングおよびオフライン定量化技術の使用である。この製造哲学を使用して、製造または取り扱われている少数の製品が、その質量、容積、または他の属性が高精度に定量化されている製造ラインから外される。そしてこの情報を使用して、製品および／または製造プロセスの品質または状態を推定する。

コンテナ（特に食品および飲料コンテナ）の製造に関する産業において、このモデルに一般的に従っている。コンテナは高速で製造されている別個の品物である。所定の品物を構成するために使用されている材料の量は、操作の実行可能性、品質、および収益性に影響する重要な製造コントロールパラメータである。形成済みコンテナ内の材料の適切な容積および分布は、パーツの形成および販売における製造者の成功にとって重要である。従って、コンテナ産業は、製造動作が適切なコントロールにあるか否かを判断する際に支援する多数のコンテナ測定技術を展開してきた。一例として、米国特許第５，５９１，４６２号明細書は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）ボトルを形成するために使用されているストレッチブロー成形システムへのカメラベースの視覚検査システムの統合について記載している。検査システムを使用して、ホールやチップ封止表面などの構造的なコンテナの欠陥をチェックする。このシステムは、コンテナが検査中にオンラインで動作するものとして説明されている。この性能において、製造中のパーツの１００％を検査することが可能である、このシステムは、テスト中のコンポーネントの質量または容積を判断または測定するためのいかなる手段も有していない。

「コンテナの壁厚の検出（Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ Ｗａｌｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）」と題された、米国特許第３，６８４，０８９号明細書は、形成済みコンテナの壁厚を測定するために使用可能な機器について記載している。このシステムはキャパシタンス検知に基づいている。それは、機器が定量化する品物と直接接触することを要する。この基本的技術に対する多数の改良が従来技術にみられる。これらの関連開発のすべては、形成済みコンテナのサンプリング内に含まれている分布材料の有用なオフライン特徴化を提供する。

形成済みコンテナの壁厚についての類似のオフライン測定は赤外線吸収技術を使用して実行可能である。「プラスチック製品の壁厚を測定するための方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｗａｌｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｎ ａ Ｐｌａｓｔｉｃ Ａｒｔｉｃｌｅ）」と題された、米国特許第４，３０４，９９５号明細書は、中空の回転対称プラスチック品の壁厚を測定するために使用されるシステムについて記載している。それは、検査中の品物内部に反射手段を挿入し、この反射器を使用して品物の外部から照射された赤外線エネルギーを、品物の外部に配置されている検出器に向け直すことによってこの測定を実行する。「赤外線フィルム厚ゲージ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｆｉｌｍ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｇａｇｅ）」と題された、米国特許第４，５１０，３８９号明細書は類似の機器について記載しているが、赤外線源は検査中の品物内部に配置されており、検出手段は品物の外部に配置されている。いずれの場合においても、測定を容易にするために品物またはコンテナ内に物理的に何かを挿入するという必要性によって、これらの技術は製品のオフラインサンプリングにおいてのみ実用かつ有用となっている。

「透明なコンテナの壁厚の測定（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ Ｗａｌｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）」と題された、米国特許第５，２９１，２７１号明細書は、特定ポイントでコンテナの壁厚を測定するために使用する装置について記載している。このシステムは、透明なコンテナの外側および内側表面の双方からの反射を測定するために使用されるレーザおよび検出アレイの動作に基づいている。それを実行する際に、レーザのエントリポイントでのコンテナの厚さが推定可能である。

ＰＥＴコンテナ製造業において広く使用されている別のプロセスコントロール動作は、オフラインコンテナセクショニング／重量測定テストである。製造プロセスによって生成されたコンテナは−プラントの品質コントロールプランに応じて１時間または１シフトごとに数回−サンプリングされ、破壊テストプロセスに向けられる。そこで、コンテナは一般的に３つのパーツに切断される：ベース領域と、側壁領域と、開口または終了領域である。コンテナのこれら３つの一般的領域に含まれているＰＥＴ材料の質量はスケールと記録されている値とを使用して判断される。コンテナのこれら３つの一般的領域に含まれているプラスチックの量は、コンテナ製造動作のリアルタイム品質のプラントオペレータにとって重要なインジケータである。

長年、ベース質量または側壁質量は、製造プロセスの品質を示す汎用的な属性となっていた。より具体的には、（ベース領域や側壁領域などの）コンテナの特定部分にあるＰＥＴ材料の量は、コンテナがストレッチブロー成形プロセスによって適切に形成されているか否かを示している。コンテナが、それに対して確立された品質基準を満たすために、成形プリフォームブランク（このエンティティはボトル形成プロセスの開始である）に含まれているＰＥＴ材料は、仕上がったコンテナに適切に再分布される必要がある。また、ボトルサンプリング／セクショニング技術を使用してコンテナの一般的領域のＰＥＴ材料の質量を定量化する動作は、これらの品物の製造者によってしばしば用いられる技術である。それは、その製品の品質を改良し、その実益性を増大させることができる、タイムリーではないが有用な情報を提供する。

現在、形成済みコンテナや、製造プラントにおいて製造または運搬されているこのようなコンテナの１００％について空間選択的な質量または容積測定を実行する方法は知られていない。これまで、技術的制約によって、オフラインセクショニング／重量測定技術を使用して実行されているタイプに基本的に等しいオンライン質量または容積測定を達成することが事実上不可能となっていた。
米国特許第４，４８６，１３６号 米国特許第５，５９１，４６２号 米国特許第３，６８４，０８９号 米国特許第４，３０４，９９５号 米国特許第５，２９１，２７１号

本発明は、高速の動的速度で生成および／または提供される品物の空間選択的な質量または材料容積測定を実行するための装置および方法を目的としている。本発明の好ましい形態によると、特定波長の光学放射線を受け取るためのＦＯＶ画定光学パスを有する電気光学センサーが提供されている。このセンサーと関連して、センサーが応答するようにチューニングされている波長で放射線を照射するための電磁放射光または電磁放射線源が提供されている。これらのコンポーネントに加えて、センサーのデータ捕捉サイクルを目的とする品物追跡システムと、センサーの測定出力を処理するための処理／ユーザインタフェースシステムとが好ましくは含まれている。

本発明の別の態様によると、方法ステップは、測定する品物の両側にセンサーとコントロール電磁放射線源とを配置することと、入射光の完全ではないが相当な吸収が生じる波長に光源および／またはセンサーをチューニングすることと、センサー／放射線源対のＦＯＶを、（コンテナのベースなどの）品物の明確な領域のみが、上記ＦＯＶに含まれている材料の容積によって吸収されない全エネルギーの次のサンプリング時に暴露されることを保証するために固定することと、センサー／放射線源対に対するその動的速度と一致した短期間に検知された放射線をサンプリングすることと、サンプリングされた吸収関連測定を相対的質量または容積測定に最終的に変換することとを含んでいる。

本発明の目的は、製品の特定の対象領域に含まれている材料の質量または容積の１００％オンライン、非接触、かつ非破壊測定を実行することである。

本発明の別の目的は、製品の特定の対象領域に含まれている材料の質量または容積のリアルタイム測定に基づいたリアルタイムプロセスコントロール情報を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、製品の特定の対象領域に含まれている材料の質量または容積のリアルタイム測定に基づいた、製品の１００％自動品質コントロール検査手段を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、製品の特定の対象領域に含まれている材料の質量または容積のリアルタイム測定に基づいてコントロール制限内に維持するために、手動で、半自動的に、または全自動的にプロセスロープを閉じ、実際の製造プロセスを直接訂正することである。

本発明の更なる適用範囲は以下になされている詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、本発明の主旨および範囲内の種々の変更および修正は当業者にとって明らかであるために、本発明の好ましい実施形態を示す一方で、詳細な説明および具体例は例示によってのみなされていることは理解されるべきである。

本発明は、装置の種々のパーツの構成、配置、および組み合わせ、および／または方法のステップに関し、意図されている目的は以下により完全に説明され、請求項において特に指摘され、添付の図面に示されている。

図示目的のために、以下の説明および図面は、形成済みＰＥＴボトルのベース質量または材料容積を測定するための特定の適用に即して本発明について説明する。しかしながら、ここで説明されている方法および装置は、コンテナ業界の内外双方において種々の他の応用領域に適用可能であることは当業者にとって明らかであるべきである。さらに、図面における表示は、特定の適用に対してのみ本発明の好ましい実施形態を示すためであり、制限するためのものではない。

選択的な複数の視界によって検査中の（形成済みＰＥＴボトルなどの）品物すなわち物体を「見る」ことによって、ある領域と別の領域間の質量／容積、または同心領域間の関係についての重要な情報が見て取れる。本発明によると、このアプローチは、単一の固定視界を見る単一のセンサー、または開口またはレンズの変化によって複数の視界を「見る」単一のセンサーを有するシステムにおいて具現化可能である。それはまた、その各々は固有の固定視界または複数の選択的視界を有している複数のセンサーを有するシステムにおいて具現化可能である。さらに複数のセンサーの各々を使用して、物体の、異なるがおそらく重複している部分からのデータ、または物体すなわち品物内に含まれている異なる材料タイプからのデータを収集することができる。それはさらに、センサーとして１つ以上のカメラを利用するシステムにおいて具現化可能である。現在のカメラは本質的に、選択領域の質量または容積を測定するための最高の柔軟性を容易にするために適切なプロセッサ、ソフトウェア、およびユーザインタフェースと共に使用可能なセンサーアレイである。カメラタイプの実施形態は、望まれているよりも高いコストソリューションを示し、かつ特定の技術はこのような適用における展開に対してまだ使用可能でないために、現時点での所定の適用に対する好ましい実施形であるかもしれないし、そうでないかもしれない。

本発明に従った好ましいシステムは図１Ａに示されている。図示されているように、このシステムは、センサーすなわちセンサー装置１０と、センサー１０の一部として提供または構成されているフィルタ１２と、電磁放射線すなわち信号源２０と、プロセッサ／ユーザインタフェースサブシステム３０と、パーツ追跡サブシステム４０と、パーツ検出サブシステム５０と、パーツ廃棄／マーキングサブシステム６０とを含んでいる。他に輸送サブシステム１００などの品物すなわち物体配置サブシステムと、開口メカニズムすなわちプレート１２０などの視界８０を確立するための装置と、チョッパーホイール１３０とが示されている。

一般的に、ＰＥＴボトル７０などの物体すなわち品物は輸送サブシステム１００に輸送されて、検査および／または測定目的のために視界（ＦＯＶ）８０のような選択位置に配置される。好ましくは検査および／または測定が事実上高速であることが認識される。にもかかわらず、本発明の原理はオフラインシステムにも同様に適用可能である。

より具体的には、種々の電磁波長センサーのいずれの形態をも採ることができるセンサー１０は、検査する物体の上、およびそれに近接して配置される。特定のプラスチックの応用において、センサーは好ましくは赤外線センサーである。しかしながら、特定の他の応用においては、紫外線センサーも好まれている。さらに、センサー１０は単一のセンサー、複数のセンサー、またはカメラを備えていてもよい。さらに、複数のセンサーの適用においては、赤外線範囲にいくつかのセンサーを、紫外線範囲にまたいくつかのセンサーを提供することが望ましい。好ましくは、物体は、センサーに面するように配置可能な開口または終了領域を有するＰＥＴボトル７０の形態を採る。いずれの構成においても、好ましくは、センサー１０の検出軸はボトル７０の中心軸と整列されている。従って、センサー１０はボトル７０のベース領域９０の見通せる視界を有している。ボトル７０の側壁領域は終了領域とベース領域間に配置されている。

フィルタ１２は好ましくは当業界において既知である種々の形態を採ることができる波長フィルタである。本発明の好ましい実施形態において、システムの動作波長は、センサー１０に配置されている検出要素上に置かれている光学バンドパスフィルタ１２を使用して画定されている。波長特定フィルタを作成するために、光学基板上に配置されている多層誘電体コーティングの使用は当業界で既知である。これらの技術を使用して、フィルタはセンサーの光学パスに作成および統合されて、測定する材料の有利な吸収を示す波長（または波長範囲）のみに対するシステムの応答を制限する通過ウィンドウを提供することができる。

システムはフィルタなしでも実現可能であることが理解されるべきである。このような場合、放射線に対するその自然かつ制限応答性が信号の有利な吸収が生じる特定波長範囲に対するシステムの応答性を制限するように作用する検出要素を含んでいるセンサーが選択される。

動作波長の選択が望まれているさらなる好ましい実施形態において、フィルタホイールが提供されてもよい。このような構成において、種々の動作波長がユーザの目的に応じてシステムによって利用されてもよい。

好ましい実施形態において共に近接して搭載され、かつグランドガラス分散器の動作によって十分に分散されている多数の赤外線ランプからなる電磁放射線源２０は、検査中ボトル７０の下面に配置されている。あるいは、赤外線加熱プレートが使用されてもよい。さらに別の実施形態において、紫外線源が望まれてもよい。複数のセンサーが実現されている場合、適切な波長の紫外線および赤外線エネルギーの双方を供給するマルチスペクトル源を使用することが望ましい。当然、放射線源はセンサー１０および測定中の品物と両立する限り種々の形態を採ることが可能である点が認識されるべきである。この点において、電磁放射線の信号源は、その照射波長スペクトルの少なくとも一部が品物によって吸収されてシステムを通過する吸収ベースの信号を生成するように動作可能である。吸収ベースの信号は最終的にセンサーによって検出され、これはそれに基づいたアナログまたはディジタル信号を生成する。システムにフィルタが必要とされていない一形態において、電磁放射線源は、信号の有利な吸収が生じる特定波長範囲に対するシステムの応答性を制限するように動作する自然かつ制限照射スペクトルを有している。例えば、固体発光ダイオード（ＬＥＤ）をこのような構成においてソースとして使用してもよい。さらに、ＬＥＤは、次の信号処理動作に有利な既知の電気周波数で受信信号を変調するために、電気的に刺激を与えられてもよい。放射線源２０／センサー１０対のＦＯＶ８０は、ベース領域９０の物理的範囲に一致するように好ましくは固定されている。

プロセッサ／ユーザインタフェースサブシステム３０は、モニタ、マウス、キーボード、タッチスクリーンなどを介してユーザと通信するプロセッサシステムの好ましい形態を採る。このようなシステムは当業界において既知である。同様に、品物の位置を追跡するように構成されているパーツ追跡サブシステム４０と、品物を検出するように構成されているパーツ検出サブシステム５０と、選択された基準に基づいて品物を選択的に廃棄またはマーキングするように構成されているパーツ廃棄／マーキングサブシステム６０は自動コントロール／検査分野において既知であり、本発明を収容するように適合されている。好ましい実施形態において、パーツ追跡サブシステム４０を使用して、ボトル７０が輸送サブシステム１００によってセンサー１０の視界内を通過するように輸送中に、ボトル７０の小さな上部開口または終了領域を介して測定が実行されるようにするために必要な正確な捕捉タイミング信号を提供する。パーツ追跡サブシステム４０は、適切な捕捉タイミング信号を提供する際に支援するパーツ検出サブシステム５０と連動する。パーツ追跡サブシステム４０はまた、容認可能なベース質量および／または容積の所定の範囲外にあるボトルを廃棄またはマーキングするように動作するパーツ廃棄／マーキングサブシステム６０と連動する。

調整可能な開口プレート１２０が好ましい実施形態において示されている。このように、ＦＯＶ８０は、センサー１０に対して局所的なＦＯＶ制限光学または開口を使用することによって、ベース領域９０と同列に配置されている適切な設定に固定可能である。代替例において、ＦＯＶ８０は、（図１Ｃに示されている構成に類似の）放射線源２０上に直接配置されている（図１Ａには示されていないがここで説明されているものに類似している）ＦＯＶ制限開口プレートを使用して画定されている。さらに別の代替例において、開口プレート１２０は、（図２に示されている構成に類似の）視界を確立および維持するレンズシステムと交換可能である。レンズシステムは、センサー１０がカメラの形態を採る場合特に有利である。これらの場合のいずれにおいても、ＦＯＶ８０がサーボ駆動モータや他のコントロール装置（図示せず）を介して遠隔的に調整可能であればさらに有利である。

再度図１Ａを参照すると、好ましい実施形態において、高速回転または振動チョッパーホイール１３０が、放射線感応検出器すなわちセンサー１０の前に展開されている。チョッパーホイールはセンサー装置に統合されてもよい。動作時に、このチョッパーホイール１３０を使用して、ＰＥＴボトル７０のベース領域９０を通過した放射線に対して検出器を交互に暴露および遮蔽する。この動作は吸収ベースの放射線信号を、その後検出されてセンサー１０内で信号処理される交流／ＡＣ信号に変換する。すなわち、チョッパーホイールは、次の信号処理動作に有利な既知の電気周波数で受信信号を変調するように動作する。検出器ベースの機器の入力信号をチョッピングする技術は当業界において既知である。チョッパーホイールなどの機械的チョッピングメカニズムの使用は、赤外線検出器の場合の汎用バックグラウンド放射線ならびに検出器の暗抵抗の双方に起因する大きなＤＣ信号成分を減少させる手段として長く確立されていた。大きなＤＣ信号成分は、入力信号から実質的にフィルタリングされていない場合に検出器ベースの機器の有用な動的測定範囲を縮小する。開示されている発明において、１０００Ｈｚより高いチョップ周波数で動作する高速回転チョッパーホイール１３０の使用は効果的にこのＤＣ信号成分を減少させ、さらにシステムを同期させ、急速に移動するパーツからのデータ取得を可能にする。チョッパーホイールはまたセンサーに局所的であるのとは反対に、放射線源に提供されてもよいことがさらに理解されるべきである。

一般的な動作において、電磁放射線源２０から照射された放射線はセンサー１０のエントランス開口の方向に移動する。途中、エネルギーまたは照射波長スペクトルの一部がＰＥＴボトル７０のベース領域９０に含まれているＰＥＴ材料の容積によって吸収される。（フィルタ１２の使用による）センサー１０／放射線源２０対の動作波長範囲の慎重な選択によって、ベース領域９０で生じる吸収は、ベースＰＥＴ材料または測定するために選択された材料に関連する分子吸収による。波長範囲が適切に選択されている場合、着色剤や、染料や、ＰＥＴストックと混合されている他の材料に起因する吸収に基づくことは全くない。

ベース領域２０に含まれているＰＥＴ材料の統合容積によって吸収されないエネルギーは、入射信号の測定が可能なセンサー１０上で存続している。センサー１０内で、ＰＥＴボトル７０のベース領域２０に含まれている材料の量を示す測定アナログ信号はディジタル変換されて、プロセッサ／ユーザインタフェースサブシステム３０へ送られる。プロセッサ／ユーザインタフェースサブシステム３０はディジタル測定値を重要な質量または容積測定基準に変換する。好ましく意図されている容積は、物体（すなわちボトル）の容積ではなく、物体（すなわちボトル）の特定領域の材料の容積であることが理解されるべきである。またこれを使用して、ベース領域９０に含まれているＰＥＴ材料の質量または容積に関する測定統計を収集および表示すること、および／または測定済みボトルの次の規定外廃棄のためのＨＩ／ＬＯ閾値処理を適用することが可能である。ＨＩ／ＬＯ閾値処理はまた、任意の量の材料が検出されるか否かを判断するだけという特殊な場合を含むことを理解すべきである。

プロセスコントロールおよび／または機器に関する当業者が認めているように、センサー１０によって検出された信号の重要な測定基準への変換は例えば、ボトルの存在下で検出された信号を最小化することによって達成されてもよい。これは、ボトルが視界に配置される直前に検出された基準信号によるその信号の単純分割によって達成されてもよい。次に、正規化信号は利得を乗算され、オフセット係数によって調整されて、質量または容積測定を達成する。

当然、利得およびオフセット係数の選択は算出しようとするデータ（例えば質量または容積）に依拠し、さらに、既知の質量または容積を使用するシステムの校正によって達成された実験結果に依拠している。この点において、利得およびオフセット係数や、数字（例えば２から１００、またはそれ以上）を判断するために、サンプル物体が最初に視界に置かれて吸収読取りを達成する。サンプル物体すなわちボトルは次いで（必要ならば）切断され、視界内の物体の部分（例えばボトルのベース領域）が測定されて、質量または材料容積を得る。これらの測定は次いで対応する吸収測定に対してプロットされて、ラインを得る。この点において、プロットされたポイントは、例えば最小二乗技術を実行するための標準ツールを好ましくは使用するラインにフィットする。このラインについての式が判断されると、システムに対する利得およびオフセットは明らかである。すなわち、一般的なラインはｙ＝ｍｘ＋ｂという式を有している、従って、このシステムにおいて、ｍは利得であり、ｂはオフセットである。従って、システムの次の稼動において、質量または容積（すなわち「ｙ」）は正規化信号（すなわち「ｘ」）を使用して算出され、正規化信号は、物体が視界に入る直前に得られた基準信号によって分割された検出信号である。

さらに、ＰＥＴなどの材料の吸収特徴は既知であり、電磁放射線が誘電体を通過する際に生じる吸収の量は以下のような材料の厚さに関する。
吸収＝Ａ（λ，ｔ）＝１−ｅ^{−α（λ）ｔ}

ここで、記号ｔは誘電体の厚さを表しており、α（λ）は問題の特定の誘電体の吸収係数である。吸収係数α（λ）は、送信ビームの波長λの関数として大きく変化するパラメータである。本発明の動作は少なくとも部分的に、センサー１０および／または電磁放射線源２０の動作波長のチューニングに依拠しており、（０から１間の）ミッドレンジ吸収は、測定中のパーツに特有の完全な厚さ範囲で生じている。すなわち、当該放射線源の吸収が非常に少ない、または非常に多い領域において本発明を動作させることは有利なことではない。むしろ、吸収量が通常０．５０付近の場合に正確かつ重要な測定が最もよく実行される。これは、名目厚さ前後の材料厚さの有用な測定動的範囲を見込んでいる。好ましい実施形態において、２．４と２．５μｍ間の波長範囲は、ＰＥＴボトル７０のベース領域９０内に含まれているＰＥＴ材料の質量および／または容積を定量化するという特定の適用に対して良好な材料測定特徴を提供する。他の動作波長領域は同様に、ＰＥＴ製品の吸収ベースの測定をサポートする。

開示されている発明において、放射線源２０によって照射されたエネルギーの単一の光線または光子は変化しつつある量のＰＥＴ材料を通過し、実際の距離は、ちょうどセンサー１０の開口との視界距離がベース領域９０に偶然交差することに対して位置依存的である。ベース領域９０（ゲートと称される領域）の厚い中央部分を通過する必要のある光線は、ベース領域９０のより厚い外側部分を当然通過する光線と比較して、より多くのＰＥＴ材料を通過し、ひいてはより多くの材料吸収を経験することが必ず必要となる。従って、センサー１０で受け取られた信号エネルギーの全量は、完全なベース領域９０内に含まれているＰＥＴ材料によって吸収されない、放射線源２０によって照射されたエネルギーのすべての総量である。

単一のセンサーによって構成されているような本システムは、ベース領域９０内の全ポイントで生じる吸収量を同時にサンプリングする。実験テストは、この空間的統合測定技術は、含まれている質量および／または容積の関数としてきわめて線形である全吸収依存読取りにつながることを示してきた。さらに、この測定技術は、ベース領域９０内に生じる小さな局所的欠陥／摂動の存在によって生じる測定エラーに本質的に影響されない。ストレッチブロー成形プロセスによって形成されたＰＥＴ製品は小さ泡、バンプ、スクラッチ、および他の局所表面偏差によって周知のようにマーキングされる。また、ボトルすなわち製造コンポーネントは、所定のポイント測定を潜在的に無効にする品物を介する非垂直視界を招く複雑な幾何学形状によってますます製造されつつある。多くの場合商業的に受け入れられている一方で、これらの不完全性および幾何学的形状は、それにもかかわらず、品物内の任意の１つの特定のポイントで正確な吸収ベースの厚さ測定を実行するための任意のタイプの可能なオンライン機器の性能を制約している。この現実は、一連の分離ポイント厚さ測定を使用して形成済みＰＥＴ製品の局所的ＰＥＴ分散特徴をオンライン方法で定量化する試みと矛盾する。マルチポイントの高度な平均化または信号調整アルゴリズムでさえ、許容厚さと収差や構成を確実に区別する可能性は低い。本発明は、例えば完全なベース領域９０の吸収特徴を単一の統合機器読取りによってサンプリングすることによって局所表面偏差の効果を克服している。このように、これらが導入する材料および測定エラーにおける単一ポイント摂動は読取りから平均化される。

従って、開示されている発明の好ましい実施形態において、以下の例示的動作シーケンスが使用される。ＰＥＴボトル７０がセンサー１０／放射線源２０の軸に対して輸送サブシステム１００上を輸送されると、捕捉信号が、ボトル７０が本発明の所定のＦＯＶ８０内に置かれる前に固定ポイントでパーツ追跡サブシステム４０によって出される。センサー１０内でこのとき生成された信号はサンプリングされ、値はプロセッサ／ユーザインタフェースサブシステム３０に送られる。この値は次のボトル測定に対する支障のない基準値を表している。この基準測定の実行に続いて、ＰＥＴボトル７０が移動させられ、かつその開口がセンサー１０／放射線源２０の軸と整列させられる場合に、第２の捕捉信号がパーツ追跡サブシステム４０によって出される。そして第２の読取りがサンプリングされ、センサー１０によって送られる。この第２の値は、ＰＥＴボトル７０のベース領域９０によって生じた吸収量を表している。この表示は上記に概説されている吸収原理に基づいていることが理解されるべきである。プロセッサ／ユーザインタフェースサブシステム３０内で、基準値を使用して最初のボトル吸収読取りを正規化する。このように、放射線源２０の信号またはセンサー１０の応答性におけるドリフトは適切に追跡およびフィルタリングされて、システムを実質的に自己校正させる。

次に図１Ｂを参照すると、視界８１が視界８０と比較して縮小されている図１Ａのシステムが示されている。このような縮小は、物体すなわち品物のより多くの特定領域が測定および／または検査の対象となる環境において好まれている。

本発明はボトルが破壊されることなくＰＥＴボトル７０のベース領域９０に関して質量または容積測定を達成することができるという点を理解すると、図１Ｃに示されている別の実施形態を説明することは有利である。この実施形態において、図１Ａおよび１Ｂを引き続き参照すると、好ましい実施形態の輸送サブシステム１００はサポートサブシステム１１０などの別の品物配置サブシステムと交換されており、さらにパーツ追跡サブシステム４０と、パーツ検出サブシステム５０と、パーツ廃棄／マーキングサブシステム６０は排除されている。この実施形態において、ＰＥＴボトル７０は、適切なサポートサブシステム１１０を使用してセンサー１０と電磁放射線源２０間の場所で静的にサポートされている。このように、ＰＥＴボトル７０のベース領域９０のオフライン質量および／または容積測定は、ボトルが処理中に破壊されることなく実行される。

センサー１０に対して局所的であるのとは反対に、放射線源２０上に配置されている開口プレート１２０が図１Ｃにも示されている。このような構成は（図１Ａおよび１Ｂに示されているような）オンラインシステムにも効果的に使用可能であることが認識される。

次に図２を参照すると、カメラおよびレンズシステムを利用するシステムが示されている。図示されているように、カメラ１４はセンサー１０として使用されている。フィルタ１２と、開口メカニズムすなわちプレート１２０と、レンズアセンブリ１２１はまたこのシステムに組み込まれている。この構成は、当業者には既知であるように、図１Ａおよび１Ｂに示されているようなオンラインシステムや、図１Ｃに示されているようなオフラインシステムに使用可能である。図１Ａおよび１Ｂに示されている他のコンポーネントを有するそのシステムの相互作用ならびに、示されているカメラおよびレンズシステムの動作は、本発明を完全に理解する当業者には明らかである。

好ましい実施形態に示されている開口メカニズムすなわち調整可能な開口プレート１２０は有利には種々の構成において用いることができる。例えば、図３ａは、開口２２４を有するブロック材料基板２２２を備えている固定開口プレート２２０を示している。図３ａを引き続き参照すると、図３ｂは、それぞれより小さな開口２２８および２３２を有する開口挿入プレート２２６および２３０などのサイズが変化する開口プレートによって、固定開口プレート２２０が手動で交換され、または選択的に被覆される様子を示している。

開口メカニズムは機械的かつ電子的に構成可能である。図３ｃは、開口のサイズを機械的に変化させる別の方法を示している。調整可能な開口プレート２３４は、開口２３８および２４０などの別のサイズに調整可能な開口２３６を備えている。例えばマルチリーフシャッターを使用することによって機械的調整可能な開口プレートを構成する方法は当業界において既知である。図３ｄは、開口２４４が調整可能な開口プレート２３４に類似の方法でサイズを調整することができ、またブロック材料２４６を移動させること、またはブロック材料２４６に搭載されている調整可能な開口プレート部分を移動させることのいずれかによって配置的に調整可能である、機械的調整可能な開口プレート２４２を示している。例えば、調整メカニズムが提供されて、ｘおよびｙ方向のプレートを手動またはサーボモータなどの使用によって変換させて、遠隔自動調整を可能にすることができる。

図４ａはプログラム可能な調整可能開口プレート２４８を示している。これは、電子的にアドレス指定可能な空間ライト変調器の形態を採ってもよい。調整可能開口プレート２４８は、所望のサイズおよび配置の開口を形成する単一の透過ウィンドウ２５２を有するプログラム可能な電気光学装置すなわち基板２５０を備えている。例えば、液晶表示（ＬＣＤ）装置が使用されてもよい。プログラム可能な電気光学基板２５０は、透過ウィンドウ２５２のサイズおよび配置をプログラミングするためのＸ入力２５４とＹ入力２５６とを含んでいる。例えば、基板２５０は別個の画素を有するように構成されてもよく、各々はＸ位置およびＹ位置に対応しており、各画素は透過的状態または不透明状態のいずれかにプログラミング可能である。このように、透過ウィンドウ２５２は基板２５０上の所望の位置で所望のサイズにプログラミングされることが可能である。液晶基板上の画素アレイをプログラミングする方法は当業界において既知である。

図４ａを引き続き参照すると、図４ｂは、別のプログラム可能な電気光学ブロック装置すなわち基板２６０を示している。プログラム可能な基板２６０はプログラム可能な基板２５０と同様であるが、より広範囲の必要性および特殊な条件を満たすために、複数の透過ウィンドウ２６２を有するようにプログラミングされてもよい。

品物製造システムに適用されているような本発明の全体概念を明確にするために、図５は、検査または測定する物体が視界に輸送される場合の全プロセスを表すフロー図を示している。ステップ３００における新たな稼動の開始時に、ステップ３０２において、ユーザすなわちプログラムは所望の開口サイズ、または複数の開口の場合の複数のサイズを選択する。選択された（複数の）開口は、次の質量および／または容積測定のための所望のＦＯＶを画定する。同ステップの一部として、１つ以上の動作波長範囲もまた選択される。質量または容積測定に対するＨＩ／ＬＯ閾値制約もまた選択されてもよい。

反復サイクルの第１のステップとして、ステップ３０４において、事前補足の、支障のない基準信号がセンサー１０に受信されて、プロセッササブシステム３０によって処理される。フロー図に示されている全受信信号は単一の信号であってもよく、または複数の反復信号の平均であってもよいことが理解されるべきである。複数の信号はまた、各波長が例えばＨＩ／ＬＯ制約などの固有の関連セットのパラメータを有している複数の動作波長を表していてもよい。このような場合、センサー装置１０は複数のセンサーを通常有しており、各センサーは選択された波長に感応的である。上記の通り、センサーはまたカメラを備えていてもよい。ステップ３０６において、品物すなわち物体は、質量および／または容積測定のために輸送サブシステム１００から捕捉される。ステップ３０８において、品物信号は上記の基準信号受信と類似の方法で受信されるが、品物信号は、選択されたＦＯＶ内にある品物の質量および／または容積に応じた吸収ベースである。

（複数の）受信された、品物の吸収ベースの信号はステップ３１０において（複数の）基準信号に関して解析されて、例えば質量または容積測定を達成する。解析結果に基づいて、ステップ３１２において、ＨＩ／ＬＯ範囲テストが、解析結果が特定の範囲内にあるか否かを判断するために実行され、現在の品物がテストに不合格の場合はステップ３１４に進み、ＨＩ／ＬＯ範囲テストに合格すればステップ３１６に進む。テストに不合格の品物はステップ３１４において、マーキング／廃棄のために目印をつけられる。パーツ追跡サブシステム４０は目印をつけられた品物を追跡し、パーツ廃棄／マーキングサブシステム８０は、目印をつけられた品物が廃棄／マーキングサブシステムに到着するとそれらを（例えば廃棄ビンへの放出によって）廃棄またはマーキングする。

本発明の概念はまた閉鎖ループ構成に対して提供され、（複数の）基準信号に関する（複数の）吸収ベースの信号の解析に基づいた製造プロセスへの選択的調整を可能にする。必要ならば訂正調整がステップ３１６において実行される。これらの調整は事前決定された基準に基づいて実行されてもよく、また個々の品物の測定および／または複数の品物の質量および／または容積測定の平均（例えば稼動平均）に基づいていてもよいことが理解されるべきである。

さらに、このような調整は、ユーザインタフェース／プロセッサ３０上のシステムによって算出されたデータを見た後にシステムのオペレータによって手動で開始または実現されてもよい。同様に、調整は、ユーザインタフェース３０に表示されているデータを解釈し、調整を実現するための自動プロセスコントロールを開始するオペレータを介して半自動的に実行されてもよい。さらに、調整プロセスは全自動的に実現されてもよく、それによってシステムは質量または容積測定基準を算出し、このようなデータをインタフェース／プロセッサ３０にフィードバックし、所定の基準に基づいてシステムの適切なコンポーネントを介して必要な調整を実現する。

ステップ３１８は、例えばユーザの介在または製造プロセスからの信号のいずれかによって稼動終了に達したか否かを判断し、稼動終了でない場合は次の品物を処理するためにステップ３０４に戻る。稼動終了が示されると処理はステップ３２０において停止する。

上記の説明は本発明の特定の実施形態の開示を提供するにすぎず、本発明を制限する意図はない。従って、本発明は上記の実施形態のみに制限されない。むしろ、当業者は本発明の範囲内の別の実施形態を考えることが可能である点が認識される。

本発明の好ましい実施形態に従ったオンライン質量／容積測定システムの図である。 本発明の別の実施形態に従ったオンライン質量／容積測定システムの図である。 本発明の別の実施形態に従ったオフライン質量／容積測定システムの図である。 本発明の別の実施形態に従ったオフライン質量／容積測定システムの図である。 本発明の実施形態での使用に適した開口プレートの図である。 本発明の実施形態での使用に適した複数の開口プレートの図である。 本発明の実施形態での使用に適した機械的調整可能な開口プレートの図である。 調整可能な配置およびサイズの開口を有する別の機械的調整可能な開口プレートの図である。 プログラム可能な電気光学ブロック装置を備えている調整可能な開口プレートの図である。 複数の透過ウィンドウを有する別のプログラム可能な電気光学ブロック装置の図である。 本発明に従った方法を示すフロー図である。

Claims (48)

1. 製品の測定を実行するためのシステムであって、
   質量または容積測定のために少なくとも１つの選択位置に品物を配置するように適合されている品物配置サブシステムと、
   照射波長スペクトルの少なくとも一部が品物によって部分的に吸収されて吸収ベースの信号を生成する電磁放射線の信号源と、
   該吸収ベースの信号を検出し、該信号に基づいてアナログ出力およびディジタル出力のうちの少なくとも１つを生成するように構成されているセンサー装置と、
   該センサー装置と、品物の少なくとも１つの選択領域間に確立されている視界と、
   該センサー装置の出力を受け取り、品物の選択領域の質量または容積を算出するように構成されているプロセッサとを備えているシステム。
2. センサー装置は単一のセンサーを備えている、請求項１に記載のシステム。
3. センサー装置は、照射波長スペクトルの有利な吸収が生じる特定波長範囲への放射応答性を制限するセンサー装置の光学パスに統合されている光学バンドパスフィルタを具備している、請求項２に記載のシステム。
4. センサー装置は、放射に対するその自然かつ制限応答性が、照射波長スペクトルの有利な吸収が生じる特定波長範囲への応答性を制限するように動作する検出要素を備えている、請求項２に記載のシステム。
5. センサー装置は、次の信号処理動作に有利な既知の電気周波数で受信信号を変調するように動作する回転または振動チョッパーホイールを具備している、請求項２に記載のシステム。
6. システムのユーザは期待質量および／または容積パラメータを有するユーザインタフェースによってプロセッサを構成しており、プロセッサは測定と測定データに関する閾値解析とを実行する、請求項２に記載のシステム。
7. さらに、訂正調整が解析に基づいて開始されるプロセス訂正手段を含んでいる、請求項６に記載のシステム。
8. 訂正調整は
   手動調整、
   半自動調整、および
   全自動調整、
   によって実行される、請求項７に記載のシステム。
9. センサー装置は複数のセンターを備えている、請求項１に記載のシステム。
10. 複数のセンサーを備えている個々のセンサーを各々使用して、品物の一意の部分または重複部分からデータを得る、請求項９に記載のシステム。
11. 複数のセンサーを備えている個々のセンサーを各々使用して、品物内に含まれている異なる材料タイプからデータを得る、請求項９に記載のシステム。
12. センサー装置は、照射波長スペクトルの有利な吸収が生じる特定波長範囲への放射応答性を制限するセンサー装置の光学パスに統合されている少なくとも１つの光学バンドパスフィルタを具備している、請求項９に記載のシステム。
13. センサー装置は、放射に対するその自然かつ制限応答性が、照射波長スペクトルの有利な吸収が生じる特定波長範囲への応答を制限するように動作する少なくとも１つの検出要素を備えている、請求項９に記載のシステム。
14. センサー装置は、次の信号処理動作に有利な既知の電気周波数で（複数の）受信信号を変調するように動作する少なくとも１つのチョッパーホイールを具備している、請求項９に記載のシステム。
15. センサー装置はカメラを備えている、請求項１に記載のシステム。
16. センサー装置は、照射波長スペクトルの有利な吸収が生じる特定波長範囲への放射応答性を制限するセンサー装置の光学パスに統合されている光学バンドパスフィルタを具備している、請求項１５に記載のシステム。
17. センサー装置は、放射に対するその自然かつ制限応答性は照射波長スペクトルの有利な吸収が生じる特定波長範囲への応答性を制限するように動作する検出アレイ要素を備えている、請求項１５に記載のシステム。
18. センサー装置は、次の信号処理動作に有利な既知の電気周波数で受信信号を変調するように動作するチョッパーホイールを具備している、請求項１５に記載のシステム。
19. システムのユーザは期待質量および／または容積パラメータを有するユーザインタフェースによってプロセッサを構成しており、プロセッサは測定と測定データに関する閾値解析とを実行する、請求項１５に記載のシステム。
20. さらに、訂正調整が解析に基づいて開始されるプロセス訂正手段を含んでいる、請求項１９に記載のシステム。
21. 訂正調整は
    手動調整、
    半自動調整、および
    全自動調整、
    の１つによって実行される、請求項２０に記載のシステム。
22. 電磁放射線源は、照射波長スペクトルの有利な吸収が生じる特定波長範囲への放射応答性を制限するその光学パスに統合されている光学バンドパスフィルタを具備している、請求項１に記載のシステム。
23. さらに、次の信号処理動作に有利な既知の電気周波数で受信信号を変調するように動作するチョッパーホイールを備えている、請求項２２に記載のシステム。
24. 電磁放射線源は、照射波長スペクトルの有利な吸収が生じる特定波長範囲への応答性を制限するように動作する自然かつ制限照射スペクトルを有している、請求項１に記載のシステム。
25. 電磁放射線源は固体発光ダイオードからなる、請求項２４に記載のシステム。
26. 発光ダイオードは、次の信号処理動作に有利な既知の電気周波数で受信信号を変調するために電気的に刺激を与えられる、請求項２５に記載のシステム。
27. 電磁放射線源は、次の信号処理動作に有利な既知の電気周波数で受信信号を変調するように動作する回転または振動チョッパーホイールを具備している、請求項２４に記載のシステム。
28. 視界は撮像レンズによって確立されている、請求項１に記載のシステム。
29. 視界は開口メカニズムを使用して確立されている、請求項１に記載のシステム。
30. 開口メカニズムはセンサー装置に局所的な開口プレートとして実現されている、請求項２９に記載のシステム。
31. 開口メカニズムは電磁放射線源に局所的な開口プレートとして実現されている、請求項２９に記載のシステム。
32. 視界は複数の開口プレートを使用して確立されている、請求項１に記載のシステム。
33. 開口プレートはセンサー装置に局所的である、請求項３２に記載のシステム。
34. 開口プレートは電磁放射線源に局所的である、請求項３２に記載のシステム。
35. 視界は構成可能な開口メカニズムを使用して確立されている、請求項１に記載のシステム。
36. 構成可能な開口メカニズムは電子的にアドレス指定可能な空間ライト変調器である、請求項３５に記載のシステム。
37. 構成可能な開口メカニズムは機械的調整可能な開口である、請求項３５に記載のシステム。
38. 機械的調整可能な開口はサーボモータ駆動される、請求項３５に記載のシステム。
39. 品物配置システムはオフライン質量および／または容積測定のための品物サポートサブシステムである、請求項１に記載のシステム。
40. システムのユーザは期待質量および／または容積パラメータを有するユーザインタフェースによってプロセッサを構成しており、プロセッサは測定と測定データに関する閾値解析とを実行する、請求項１に記載のシステム。
41. 品物配置システムはオンライン質量および／または容積測定のための品物輸送サブシステムである、請求項４０に記載のシステム。
42. さらに、
    品物輸送サブシステムによって質量または容積測定のために配置されている品物を検出するように構成されているパーツ検出サブシステムと、
    品物輸送サブシステムの品物の位置を追跡するように構成されているパーツ追跡サブシステムと、
    容積測定検証に基づいて廃棄された品物を選択的に排除またはマーキングするように構成されているパーツ廃棄／マーキングサブシステムとを含む、請求項４１に記載のシステム。
43. さらに、訂正調整が解析に基づいて開始されるプロセス訂正手段を含んでいる、請求項４０に記載のシステム。
44. 訂正調整は
    手動調整、
    半自動調整、および
    全自動調整、
    の１つによって実行される、請求項４３に記載のシステム。
45. システムのユーザは期待質量および／または容積パラメータを有するユーザインタフェースによってプロセッサを構成しており、プロセッサは測定と測定データに関する閾値解析とを実行する、請求項１に記載のシステム。
46. 放射線源とセンサーを使用するシステムにおいて製品の測定を実行するための方法であって、
    放射線源から照射され、かつセンサーによって検出された放射線に基づいて第１の信号を生成するステップと、
    放射線源とセンサー間に確立されている視界に品物を配置するステップと、
    放射線源から照射され、かつ部分的に品物によって吸収される放射線に基づいて第２の信号を生成することであって、放射線の見通せる部分はセンサーによって検出されるステップと、
    第１の信号と第２の信号を解析して、品物の部分の質量および容積測定のうちの１つを達成するステップとを有している方法。
47. さらに、品物は測定質量および／または容積値とユーザ設定制限に基づいて受け入れられるか否かを判断するプロセスを備えている、請求項４６に記載の方法。
48. さらに、解析および判断に基づいて品物の製造プロセスに対する調整を実行することを備えている、請求項４７に記載の方法。