JP2748352B2 - 円筒形容器の３次元測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は円筒形容器のような物体
の側壁を調べる方法とその装置に関するものである。更
に詳しく言えば、本発明は、非接触型光学測定と接触型
機械測定とを用いて飲料缶の側壁全体と側壁の厚さの情
報を、直径、傾き、長円状の歪み及び四角形状の歪みの
情報と共に得るための飲料缶の測定装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム飲料缶のような容器の表面
と厚さを表示し、その欠陥を検出するために製造現場で
使うことが出来る測定装置に対する需要は多い。クラー
ク達による米国の開封特許状４，６２９，３１９は、自
動車のフードやフェンダー、冷蔵庫や家具などに使われ
るプラスチック板や鉄板のへこみ、折り目、大小の斑点
のような欠陥を電気光学的に検出するものである。クラ
ークは測定する表面に光を当てている。その表面で反射
された光は逆方向に反射させる部品の上に当たり元の表
面に戻ってそこでもう一度反射される。その後この反射
光は像を結び欠陥の性質に関する情報を伝える。プライ
ヤー達に出された米国の開封特許状４，３２６，８０８
は、細長い物体の外側表面上の欠陥を測定する装置を示
しており、そこでは被検査物体が円錐形の鏡面に開けら
れた穴を通過する。鏡面に向かって当てられた光が被検
査物体で反射され、像を結び、欠陥の特性を決めるため
に解析される。

【０００３】アドメイチスに出された米国の開封特許状
は、動いている物体の表面を連続的に調べ欠陥を検出す
る装置を示している。物体の表面はいくつかの決められ
た波長の方向性のある光及び／或いは散乱光で照らされ
る。動いていた表面は一瞬静止し、物体の幅全部を観測
するために並べられた多数のセンサが欠陥の存在を検出
する。欠陥の電子工学的像は欠陥で反射された光の強度
の変化を表すグレイ単位のレベルの情報を含んでいる。
従って欠陥のない像と比較してもし差があれば、物体の
動きを止めて解析が行われる。ミキハラ達に出された米
国の開封特許状４，４１０，２７８は、円筒形の物体の
外周表面を検査する装置を示している。この装置ではス
リット状の光が円筒形の物体の表面に当てられる。その
反射光が光検出器で検出され、平均のレベルより高いか
低いかというしきい値で量子化される。欠け目、亀裂、
窪みの３種類の表面の欠陥が別々に検出され確認されて
いる。

【０００４】ナカガワ達に出された開封特許状４，２２
６，５３９もまた円筒形の物体の表面の検査装置を示し
ている。この装置では円筒形の物体は一定の速度でその
軸を中心にして回転している。物体の表面に光が当てら
れ、光学検出器が細い幅の基線内の表面の状態を表す反
射光を検出する。この基線は円筒形の物体の軸と平行で
ある。物体を回転させ、検査を繰り返して円筒の全表面
が走査される。ナカガワ達に出された開封特許状４，１
６２，１２６は、カメラ装置について示しており、この
装置は物体の表面からの散乱された反射光を感知し、そ
れを解析する。その際にしきい値を用いることにより、
破れた穴、窪み或いは亀裂などの表面の欠陥の型が区別
できる。上に述べた表面の表示と測定のための従来の代
表的な方法は全て本発明と同様非接触型の装置を使って
いる。そしてこれらの方法は表面からの反射光を解析し
ており、凸型表面の評価に適している。本発明では反射
光の解析はせず、容器が回転する際の影の縁を調べる。

【０００５】以下に述べる従来の技術は、被検査物体の
影を解析する検査方法とっている。プライヤーに出され
た開封特許状４，５７６，４８２は、個々の製造工程に
ある製品の正確な寸法を測定するための装置を示してい
る。この装置は非接触型の装置で、平行なまたは半平行
な光を出す光源が製品の少なくとも一つの縁を平行光線
で照らし、レンズで照らされた縁の像を作るようにした
ものである。この像はその縁の領域についての平均的な
影を作る。フォトダイオードのような光感知素子の行列
を置けば、その上に当たる光に反応して電気信号が得ら
れる。フォトダイオード行列で得られた縁の像を解析す
れば、長さ、四角形状の歪み、歪等の寸法を測定ができ
る。ヘムズレイに対する１９７２年の特許（米国、開封
特許状番号３，６６６，８８５）は、ストロボを使って
物体に短い光のパルスを当て、カメラに物体の影の像を
作るものである。このカメラは一本の光線の走査用に改
造され、影の像を表す一本の波形を作る。このヘムズレ
イの方法は高温の物体にも低温の物体にも適用できる。
ヘムズレイの方法は基準となる物体を使って初期の測定
値を決め、被検査物体をその測定値と比較し、波形に差
があればそれを記録する。

【０００６】フォーブスに対する１９８４年の特許（米
国、開封特許状番号４，４６５，９３７）は走査用のヘ
ッドに取り付けられた光源を使用している。このヘッド
は物体の周りを回転し、物体の長さ方向に沿って進むこ
とが出来るので、物体の全外周表面に関するデータを得
ることができる。フォーブスは被走査物体の幅より広い
幅を持つ光線を使っているので、光源がこの物体の周り
を回るとき、影の縁のずれが光りセンサで感知され測定
される。ダウトに対する１９８４年の特許（米国、開封
特許状番号４，４７６，５３３）は、熱いガラス製品を
製造過程で測定するための非接触型光学測定器に関する
ものである。この装置は高さ、幅、首の直径、及びガラ
ス製品の高さの変化について明確な測定を行う。予め決
められた測定値の範囲外にでるものは排除される。ＭＥ
ＴＯＰのコンピュータ処理を組み込んだ前端と後端の台
座は、２部品からなる缶の側壁の厚さの測定に利用でき
る。ＭＥＴＯＰの装置は、メトップ社（私書箱８３６、
Ｓー２０１８０ マルモ スウェーデン）で製造されて
いる。ＭＥＴＯＰの装置は缶を手で扱わねばならないの
で自動測定には適していない。手で扱う時にオペレータ
が缶或いはその一部をを変形させることも有り得る。さ
らに、一度測定が行われてその缶が取り除かれると、同
じ位置での反復測定は極端に困難になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】工業においては、缶が
設計明細書どおりにできているかを確かめるため、種々
の製造及び輸送過程の缶に及ぼす影響についての理解に
役立てるため、容器の材料の性質を分析するため、そし
て／或いは製造過程で生ずる缶の外形の変化を追跡する
ため、円筒形容器の表面を３次元で表示する必要があ
る。例えば、アルミニウム缶はその円筒形の全側壁の外
側が凸形表面であり、厚さは０．００３インチ程度であ
る。従来の表面評価法では接触型測定法を用いて未充填
の飲料缶を正確に測定することが出来たが、この測定法
は基本的に不連続な測定法であり、しかも繰り返し測定
することは困難である。従って、製造や運搬過程に対す
る情報を得るために、アルミニウム飲料缶の側壁を評価
したり、繰り返し可能な測定法を得る必要がある。この
様な情報は、缶の製造過程に関する理解、評価、及び調
整に対して有益に還元する事ができる。

【０００８】本発明は一般的にはアルミニウム飲料缶の
側壁の表示と厚さの測定に関するものであるが、容器や
加工中の素材やその他の物体の凸形の表面或いは部分は
どのようなものでも本発明の趣旨に従って同様に評価で
きる。米国の特許４，８７２，７５７と４，８６３，２
７５は共に本発明と同じ受託者を持つものであるが、そ
こでは光学的凸表面表示装置とその方法が示されてい
る。本発明は米国の特許４，８６３，２７５の光学表示
装置に改良を加えたものである。’２７５と’７５７の
特許の趣旨は、雑音を減らし光学路の解像度を上げ、さ
らに容器の周に沿っての厚さの表示を得るため容器の内
外両表面に接触する機械的接触型測定装置を別に付加す
るという改良を加えることが出来る。接触型測定装置は
測定する際に容器の側面にたわみや変形を生じないよう
に設計されている。従って’２７５や’７５７の解像度
を上げ、雑音を減らす必要がある。さらに機械的測定装
置からの側壁の厚さに関する別の入力データを用意し、
容器の全表面の表示に厚さを組み込んだ次元を作り、容
器全体の地形的表示を可能にする必要がある。

【０００９】さらには、容器に関して種々の高さでの円
周上の側壁の厚さ、ドームの高さ、全体の高さ、傾き、
長円状の歪み、四角形状の歪み、及び表面の様子を自動
的に多数回精密測定する必要がある。その上、光学装置
と接触型装置を組み合わせた表示装置を作り、簡単に校
正でき、新しい容器の測定の度ごとに自動ゼロ点調整が
出来るようにする必要がある。さらに、パーソナル・コ
ンピュータのような簡単なコンピュータを使って全体を
一つにまとめた表示装置を作り、このコンピュータが二
つの独立した接触型と非接触型の測定データを相互に関
連づけて、容器の物理的特性を含む出力を作る必要があ
る。トランスジューサを用いて厚さを機械的に測定する
際に、容器の側壁の表面を変形することなく測定を行う
必要がある。最後に、この測定装置は研究室での測定に
対して十分精密であるだけでなく、製造現場でも精密な
容器の測定が行えるよう十分に頑丈で信頼のおけるもの
でなければならない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上で述べた従来の方法
には、工場で使用するように設計され、非接触型の装置
から得られたデータと接触型の装置から得られたデータ
を使って、これらの独立に得られたデータを相互に関連
させ、総合的な側壁の情報を与えるように一つにまとめ
られた表示装置はない。本発明で取り出される側壁の情
報は容器の側壁の立体モデル、容器の直径、傾き、長円
形と四角形状の歪み、そして／あるいは高さの情報を含
んでいる。飲料缶の場合にはドームの高さも得られる。
従って本発明は従来の方法より大きく改良されている。

【００１１】本発明では容器を回転するマンドレルの上
に置き、このマンドレルが上下の定位置に動いて接触型
と非接触型の両方の測定が行われる。下の位置では容器
は非接触型測定装置の一連の光の中にあり、そこで第一
の設定時間内に容器の縁について多数の測定が行われ、
容器の側壁の表面像がつくられる。本発明は影の縁に基
づいて各ピクセルからの信号に直接デジタル化するデジ
タルカメラを使うことにより表面の像の情報に改良を加
えている。本発明では特に容器の像の縁を見つけるため
に使われるサブピクセル補間アルゴリズムの精度を改良
した。次にマンドレルを第二の設定時間の間だけ第二の
接触型測定用の位置に上げる。複数のセンサ機構が設定
に従って空気式の駆動操作により容器の側壁に接触す
る。それから容器を回転させ、各センサが異なった高さ
での側壁の厚さの値を多数個得るため予め設定された回
数の測定を行う。側壁の厚さの測定は各センサ機構にユ
ニークな平衡型二重旋回鋏を取り付けて行う。平衡型二
重旋回鋏機構は容器の半径方向の長さの変化に対応する
ため、自由に回転できるよう旋回の働きを生かして取り
付けられたものである。第二の旋回と同心の第一の旋回
によって鋏の腕は容器の側壁に対して開いたり閉じたり
できる。平衡型二重旋回鋏機構は周囲の温度変化による
誤差を最小にするために設計されたものである。本発明
は各容器の側壁の測定の前にユニークな自動校正を行っ
ている。

【００１２】

【概要】容器の側壁の立体モデルを作るための工場での
使用を目的とした装置。マンドレルが容器を第一と第二
の指定位置に保つ。第一の指定時間内の第一の位置では
非接触型の測定装置がデジタルカメラを使ってデジタル
な情報に変え、その情報から影の縁の検出を基にして容
器の側壁の三次元表示を作る。第二の指定時間内の第二
の位置では、接触型測定装置により情報を得て、それか
ら容器の側壁の厚さを表す三次元の地図を作る。コンピ
ュータが接触型と非接触型の測定装置から情報を集め、
側壁の表面表示と側壁の厚さとから容器の側壁の総合的
立体モデルを作る。コンピュータはさらに容器の傾き、
長円形状および四角形状の歪みについての情報も与え
る。

【００１３】容器の側壁の厚さを測定するために使うユ
ニークな平衡型二重旋回鋏機構は内側と外側の腕のある
鋏を使う。内側と外側の各腕の最下端近くにある接触子
は、容器の側壁を挟んで相対する位置に側壁に垂直に向
かう。内側と外側の腕の最上端近くにトランスジューサ
があり、容器の側壁の厚さに比例する接触子間の距離を
感知する。二重旋回機構は二種類の旋回動作を行う。第
一の旋回動作は、第一と第二の腕が中央のピボットの周
りに互いに対して動くようにし、その結果接触子が指定
通りに側壁に向かって開いたり閉じたりする。第二の旋
回動作は、第一と第二の腕が中央のピボットの周りで共
に動けるようにし、側壁の位置が容器の径の変化のため
に変わったとき側壁の位置に追随できるようにする。

【００１４】

【実施例】

１．一般的考察 本発明の表示装置１０の一般的配置を図１に示す。本発
明１０は飲料缶のような容器４０の側壁の厚さを測定す
る接触型測定装置２０と容器４０の側壁の外側表面を表
示する非接触型測定装置３０とからなっている。接触型
装置２０の測定値と非接触型装置３０のデジタル信号の
形での測定値は母線５２を通してコンピュータ５０に送
られ、そこで測定値は互いに関連づけられ容器４０の側
壁の立体モデルが作られる。以下の説明では”缶”と言
う用語を使うが、これは飲料缶だけでなく円筒形の容器
或いは物体で本発明を適用できるものは全て含むものと
する。缶４０をごく普通のマンドレル６０の上に置く。
このマンドレル６０は矢印６２の方向で上向きには位置
Ｂまで、下向きには位置Ａまで動くことが出来、各場所
で少なくとも１回は矢印６４の方向に缶を回転させる。
マンドレル６０が下がっている第一の設定時間中は、缶
は位置Ａにあり、非接触型測定装置３０が光学的に表面
の表示を作る。マンドレル６０が上がっている第二の設
定時間中は、缶は位置Ｂにあり接触型測定装置２０が接
触により測定値を出す。制御装置１２０はマンドレルを
望みの位置ＡまたはＢに動かし、それからステッパー１
１０の制御の下にマンドレルを回転させる。

【００１５】非接触型測定装置３０の光学部品は普通の
ものでよく、米国の特許４，８６３，２７５に示された
型のものでも良い。しかし本発明は’２７５の特許の趣
旨より改良されている。本質的に違うところは、缶が位
置Ａにあるときカメラ３２が缶４０の縁の影を受像し、
影の縁に対応するデジタル化したピクセルの情報を線３
４を通してビデオ装置３６へ送ることである。この影は
非接触型測定装置３０の一部である光源３３で発せられ
た光によって作られる。ビデオ装置３６は影の縁に関す
るデジタル化した情報を母線５３を通してコンピュータ
５０に送り、そこで処理する。コンピュータ５０はＩＢ
Ｍ３８６ＡＴシリーズのようなパーソナル・コンピュー
タである。缶４０の影の縁を作るために使われる光源３
３は、光を焦点に集めるために必要な光学装置と共に一
般的に図１に示されているが、詳しいことは米国の特許
４，８６３，２７５によってよく知られているものであ
る。本発明はデジタル・カメラ３２を使っているが、こ
のカメラは’２７５の特許のものより解像度が高く、雑
音は大きく低減している（即ちピクセルの位置のゆらぎ
が少ない）。本発明はデジタル出力を出すＣＣＤカメラ
を使っているが、これは例えばコーフ社（５７５５ カ
ーニー・ビラ通り、私書箱８５６２３、サンディエゴ、
カリフォルニア ９２１３８）のモデル４１１０のよう
なものでよい。

【００１６】非接触型測定装置３０から母線５２通って
送られるデジタル・データを基にして、表面を表示する
３次元の地図１２に必要な情報が作られる。ここで第一
の次元Ｅは缶４０の側壁上で鉛直方向の予め設定された
個数の測定位置からなる。第二の次元Ｃは容器の円周に
等間隔に配置された予め設定された個数の測定位置から
なる。第三の次元Ｒは側壁の半径である。従って、缶４
０の側壁の全表面領域の３次元の地図１２は第一の設定
時間中で缶が位置Ａにあって完全に１回転したときに母
線５２を通ってコンピュータ５０に送られたデジタル・
データから作ることができる。このデータは缶４０の外
側表面を表示する３次元の地図１２を作り、本実施例で
は： Ｅ＝４４０個所の鉛直方向の位置 Ｃ＝１２８個所の円周上の位置 Ｒ＝外側表面の半径 である。本実施例では、各缶のＲについて５６，３２０
（＝４４０×１２８）個の異なる位置で測定値を求め、
母線５２を通してコンピュータ５０にその測定値を送っ
た。測定値の個数については適当なものであれば何でも
よく、本発明は上記の値で制限されることはない。

【００１７】本発明の接触型測定装置２０には、多数の
ＬＶＤＴ（線形可変微分変換器）８０がある。各ＬＶＤ
Ｔ８０は機械的接触型装置８４と相互に作用し、缶４０
の側壁上の種々の位置に機械的に接触し、缶４０の円周
上の多数の位置で側壁の厚さの測定値を求める。接触型
装置８４は図に破線８１で示されているようにＬＶＤＴ
８０と機械的に接触している。ＬＶＤＴ８０はＬＶＤＴ
インタフェース９０に電気的に接続されており、このイ
ンタフェースは更に接触による測定値を線９２を通して
多重送信器１００に送る。更にステッパー１１０が線１
１２を通して制御装置１２０から送られてくる命令の下
に缶４０を回転させる。マンドレル６０は線１２２を通
して制御装置１２０によって駆動され、この制御装置は
また線１２３を通してコンピュータ５０につながってい
る。最後に、ステッパー１３１は缶の高さ方向に沿って
装置８４を動かし指定位置につける。缶の側壁に沿った
各装置８４は機械的な結合装置１３５を介して別々のス
テッパーに接続している。多重送信器１００は線１０２
を介してアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１３０に
接続している。このＡ／Ｄ変換器１３０は更にデジタル
・データを母線５２を介してコンピュータ５０に送る。
従って、側壁に沿った各接触型装置８４はそれぞれ別々
に、（１）ステッパー１３１の制御の下に望みの高さに
調整され、（２）駆動装置１２４の制御の下に測定を遂
行し、（３）その測定値を渡すため各自のＬＶＤＴ８０
に係合する。

【００１８】図１に示す本発明の装置１０は以下に述べ
るような一般的な方式で作動する。装置１０は缶４０に
対して装置２０からは接触型の測定値を、装置３０から
は非接触型の測定値を用意する。これはコンピュータ５
０が制御装置１２０を介してマンドレル６０を指定位置
ＡとＢに上げ下げして行われる。下の位置Ａでは、缶４
０は非接触型装置３０の一連の光の中にある。米国の特
許４，８７２，７５７と４，８６３，２７５に示されて
いるように、第一の設定時間内に缶４０の１回転に対し
て影の縁に関する測定値が得られる。非接触型の測定の
後、缶４０は矢印６２の方向にマンドレル６０によって
制御装置１２０の命令の下に位置Ａに上げられ、接触型
測定装置２０が側壁の厚さと缶の高さを測定する。マン
ドレルが上げられると多数の機械的接触型装置８４が缶
に係合する。各機械的接触型装置８４はＬＶＤＴ８０と
機械的に接触しており、ＬＶＤＴはＬＶＤＴインタフェ
ース９０と電気的に接続している。 缶が接触型の測定
位置Ｂに来ると、接触子８４が空気式駆動装置１２４に
よって緩められ、缶が接触できるようになる。この駆動
装置は８８を介して各接触子８４まで機械的に結合して
いる。次に缶４０が回転し、各機械的接触型装置８４が
１回転６４の間に予め設定された回数の側壁の厚さの測
定を行う。

【００１９】装置２０のここで述べる実施例（図１には
示されていない）では、６個の機械的接触型装置８４を
使った。３個の接触型装置８４は缶の３カ所の異なる高
さで側壁の厚さを測定し、１個の接触型装置は缶の全体
の高さを測定し、１個の接触型装置は缶のドームの高さ
を測定し、１個の接触型装置は基準の高さを測定する。
装置２０から母線５２に送り出されるデータから側壁の
厚さに関する３次元の地図ができる。このデータには、
缶の側壁を垂直に上がった予め設定された位置（第一の
次元、Ｅ）で、缶の円周上の等間隔な位置（第二の次
元、Ｃ）での厚さの値が含まれており、この厚さの値が
第三の次元Ｔである。本実施例では次の値が使われてい
る： Ｅ＝３個所の高さ方向の測定位置 Ｃ＝１２８個所の円周に沿う測定位置 Ｔ＝壁の厚さ 本発明では、３８４（＝３×１２８）個のＴの測定値を
各缶について求め、母線５２を介してコンピュータ５０
に送っている。この測定値の数については適当なもので
よく、本発明は上記の数で制限されることはない。

【００２０】側壁の厚さの各測定値はユニークな平衡型
二重旋回鋏機構によって得られる。この機構については
後で詳しく述べる。平衡型二重旋回鋏の配置は第一の旋
回がピボットを跨ぐように据え付けられており、鋏が自
由に回転でき、缶の種々の厚さに対応できるようになっ
ている。第二の旋回は鋏の腕が、後で説明するように、
缶が円形からずれた形をしているために生ずる半径方向
の変化に追随できるようにする。側壁の測定値を求めた
後、接触子８４を開き、缶４０を下げ、コンピュータ５
０は接触型測定装置２０からの側壁の厚さの３次元のデ
ータを処理し、それを非接触型測定装置３０からの表面
表示用の３次元のデータ１２と相互に関連させ、缶４０
に対する立体モデルの側壁表示１６を作る。この立体モ
デル１６は図１に示す出力７０として作られ、Ｅ＝高
さ、Ｃ＝周方向、Ｒ＝表面の半径、Ｔ＝表面半径に対す
る相対的な側壁の厚さである。四角形状の歪み、長円状
の歪み、直径、及び缶の傾きは装置３０で得られたデー
タから決定される。コンピュータ５０の出力７０は便利
なものであればどのようなものでもよく、例えば、グラ
フ、表、スクリーン表示、中央のコンピュータへの転送
等が考えられる。

【００２１】２．接触型測定装置のエレクトロニクス 図１ではごく普通のＬＶＤＴ８０が使われている。これ
はＳｃｈａｅｖｉｔｚ社からリニア・コンタクト・ベア
リングのシリーズのゲージ・ヘッドとして市販されてい
るものを利用できる。以下で述べるように本実施例では
６個の機械的接触型の装置８４と６個のＬＶＤＴを備え
ている。しかし本発明の趣旨は接触型装置８４とＬＶＤ
Ｔ８０が６個より多くても少なくても適当なものであれ
ばどのような数のものにも適用できる。

【００２２】図２はＬＶＤＴインタフェース９０内の１
チャンネルの回路の詳細を示す。先にも述べたようにチ
ャンネルは幾つ使っても良い。本実施例では６個のチャ
ンネルがあり、図２の各回路はそれぞれ１チャンネルを
構成する。従って、本実施例では６個の入力８２Ａから
８２Ｆを基に作られた出力９２Ａから９２Ｆが多重送信
器１００に送られる。各チャンネル２００は信号調整器
２１０を使用する。この信号調整器はアナログ・デバイ
スのモデルＡＤ５９８を利用できる。この装置は一体成
形されたＬＶＤＴ用の信号を調整する付帯装置で、トラ
ンスジューサの機械的な位置を高い精度と再現性を持っ
て１極性の或いは２極性のＤＣ電圧に換える。

【００２３】図２では信号調整器２１０は本発明の設計
上の要請により相互接続した形で示されている。ＬＶＤ
Ｔインタフェース９０から線９２に送り出される信号は
ＬＶＤＴの機械的な変位に比例した信号に対応してい
る。線２１２で受信する信号は機械的測定装置８４から
の実際の側壁の厚さと缶の高さの信号であり、線２１４
はＬＶＤＴ８０を操作するために必要な励起電流を流し
ている。図２では、ＬＶＤＴ８０は線２１４の電流で励
起され、缶の厚さ或いは高さに比例した信号が電圧信号
Ｖとして線２１２を介して信号調整器２１０に戻ってく
る。抵抗Ｒ１とＲ２、及びコンデンサーＣ１からＣ６は
信号調整器２１０を構成するために使われている。抵抗
とコンデンサーの値は測定値の範囲に合わせて変えられ
る。信号調整器の出力信号は線２２０に送信される。抵
抗Ｒ３は信号調整器の利得を設定するために使われる。
線２２０の出力信号は抵抗Ｒ４を通って、演算増幅器２
４０を基に作られた低域フィルター２３０に送られる。
この演算増幅器はできればプレシジョン・モノリシック
ス社（１５００ スペース パーク通り、サンタ クレ
ア、カリフォルニア ９５０５２）のモデルＯＰ７７が
望ましい。コンデンサーＣ７からＣ１０と共に抵抗Ｒ４
とＲ５はフィルターに必要な低域特性を与え、このフィ
ルターはリップル・フィルターとして働く。フィルター
２３０の通過帯域は０から２．２５ＫＨｚである。演算
増幅器２４０の出力は線９２Ａを介して多重送信器１０
０に送られる。

【００２４】本実施例では、６チャンネル（ＡからＦま
で）を使い、各チャンネルの回路は図２のチャンネルＡ
で示した回路に対応するものである。本発明の趣旨の下
で多重送信器１００に送られるＬＶＤＴ８０の出力の調
整には適当なものであればどのような回路配置を用いて
もよく、本発明の範囲は図２に示す回路に制限されるこ
とはない。本実施例では、Ａ／Ｄ変換器１３０と多重送
信器１００は１個の回路にまとまっており、市販のアナ
ログ・デバイスのモデルＲＴＩー８００を利用してい
る。接触型測定装置２０から出た測定値は母線５２を通
ってコンピュータ５０に送られる。測定操作中に缶４０
をマンドレルを使って回転させる必要があるときは、ス
テッパー１１０が制御装置１２０から線１１２を通して
一連の入力信号を受け取る。この入力信号はコンピュー
タ５０から線１２３を通って送られてくるものである。

【００２５】３．機械的接触型装置８４ 図３に、上の位置Ｂにある缶と係合している接触型装置
８４の機械部品を示す。前にも述べたように、マンドレ
ル６０は普通のやり方で、位置Ａから位置Ｂまで矢印６
２の方向に缶４０を指定通りに上げ下げする。位置Ａま
たはＢに位置している時には、マンドレル６０は缶を矢
印６４の方向に回転させる。マンドレルが缶４０を上げ
下げしたり回転させる操作は普通に行われるものでよく
知られている。図３は側壁測定用の機械的接触型装置８
４Ｃの図である。本実施例においては、３台の側壁測定
用の接触型装置８４を使っている。その様子は図１８に
更に詳しく示した。図１８は缶の底４４を見おろす形で
缶の上端から見た図である。

【００２６】図１８は３台の機械的接触型装置８４Ａ、
８４Ｂ、及び８４Ｃが缶４０の周りに均等に１２０度の
間隔で配置されている様子を示している。従って、缶４
０が矢印６４の方向に回転すると、各ＬＶＤＴ８０Ａ、
８０Ｂ、及び８０Ｃが側壁の厚さを測定し、それぞれの
出力用のリード線８２Ａ、８２Ｂ、及び８２Ｃに電気信
号を出す。図１８に示すように、３個の機械的接触子が
互いに等間隔で（１２０゜間隔で）並んでおり、図３に
示すように測定は缶４０上の異なった高さ（図中の４２
Ａ、４２Ｂ、及び４２Ｃ）で行う。本発明は３台の側壁
測定装置８４の使用に限られることはなく、それぞれの
設計環境に応じて何台でも使うことができる。例えば缶
の側壁の厚さについて４個の測定値を得ることになって
いれば、４台の接触型装置８４を缶の周りに並べてもよ
い。また、本発明は容器４０の周りに等間隔の角度で並
べることで、或いは側壁の高さに沿う間隔で制限される
ことはない。例えば、３台の機械的接触型装置８４とそ
れに対応するＬＶＤＴ８０を容器の片側に集めて、２０
゜の間隔で並べることもできる。特定の測定環境のため
の設計の要請がどのようなものであろうと、本発明は適
宜対応することができる。

【００２７】図３において支持台３００は垂直な支持台
３０４の付いた基盤３０１で構成されている。垂直な支
持台３０４はよく行われるように取付台３０８を使って
基盤３０１に取り付けられている。垂直の支持台３０４
は基盤３０１に固定されている。垂直の支持台３０４の
上端には、標準の滑り溝３２０があり、その溝に調整可
能な支持腕３１８がはめ込まれている。従って、調整可
能な支持腕３１８は固定支持台３０４に対して矢印３２
２の方向に上下に滑動できる。調整可能な支持腕３１８
の下端３２４には、ネジを切られた底部の基盤３２４を
通って調整用のネジ３２６がある。調整用のネジ３２６
をステッパー１３１で適当な方向にナット３２４の中で
回せば調整可能な支持腕３１８を矢印３２２に示すよう
に滑り溝３２０に沿って上方に動かすことができる。ネ
ジ３２６は十分に長く、滑り溝３２０も十分長く、付帯
しているセンサー８４を缶４０の側壁４２の高さ方向に
沿って望みの場所に動かすことができる。

【００２８】更に、調整用のネジ３２６を回して行う調
整可能な支持腕３１８の調整は、手動で行うことも、本
実施例のように、コンピュータの制御の下に制御回路１
２０により線１３３を介して自動的に行うこともでき
る。本実施例では、ステップモーター１３１をネジ３２
６に接続し、一定量ずつネジを回して３２２の方向の動
きを作っている。回転させる手段は適当なものであれば
どんなものでもよい。固定の支持腕３０４と調整可能な
支持腕３１８を持つ支持台３００の配置は、基盤３０１
に対して固定の支持台が備わっていれば好きな配置のも
のでよい。更に、滑り溝３２０の形は、その滑り溝がほ
とんど機械的なあそびのないものであれば、目的に合う
限りどのような滑り溝であっても良い。

【００２９】鋏３３０と二重旋回機構３４０からなる機
械的接触型装置８４は、調整可能な支持腕３１８にしっ
かり固定されている。鋏３３０には内側の腕３３２と外
側の腕３３４がある。腕３３２と３３４の中間に二重旋
回機構３４０がある。二重旋回機構３４０は調整可能な
支持腕３１８にしっかり固定されている。空気式シリン
ダー１２４Ｃにはプランジャー８８Ｃがあり、これは指
示通りに動き、腕３３２と３３４の先端３５０と３５２
を矢印３５４の方向に開いたり閉じたりさせる。プラン
ジャー３４４の動きは矢印３５６で示す。先端３５０と
３５２の開閉は滑らかに行われ缶４０の側壁４２の表面
に衝撃やびびりを生ずることはない。二重旋回機構３４
０は以下で述べるように１個のピボット・ピン４００を
使っている。腕３３２の上端にはクランプ板３６４が付
いており、ＬＶＤＴセンサー８０Ｃがこのクランプ板に
図３に示す位置に固定されている。従って、ＬＶＤＴ８
０Ｃはハウジング板３６４で腕３３２にしっかり固定さ
れており、センサーＬＶＤＴ８０Ｃは内側の腕３３４の
上端３５８を基に測定する。腕３３４の上端３５８が腕
３３２に対して３６０の方向に動くと、それは腕３３２
に付いているセンサー８０Ｃを押す。ＬＶＤＴ８０Ｃは
この動きを正確に測定する。バネ３６８は接触子３７０
と３７２が側壁４２を押す圧力を一定にする働きをして
いる。側壁４２の両側にある腕３３２と３３４の下端３
５０と３５２には接触子３７０と３７２が向かい合って
付いている。この接触子３７０と３７２の形については
後で詳しく述べる。

【００３０】ここで図３について説明する。缶４０が位
置Ａにあるときには、接触型測定装置８４の先端３５０
と３５２は、シリンダー１２４Ｃの働きにより開いてい
る。従って、図には示してないが、接触子３７０と３７
２の間には隙間がある。マンドレル６０が缶４０を矢印
６２の方向に上に持ち上げると、側壁４２が開いた接触
子３７０と３７２の間を移動する。缶が位置Ｂに達する
と、コンピュータが指示して制御装置１２０が駆動装置
１２４Ｃを発動させ、先端３５０と３５２が閉じる。そ
の結果接触子３７０と３７２は慎重に側壁４２の両側に
向かい合って接触する。閉じた後では接触子３７０と３
７２は側壁４２に係合し、側壁の厚さを測定する。ＬＶ
ＤＴ８０Ｃの直線上の位置が缶の側壁の厚さ、Ｔ、に対
応する。缶が矢印６４の方向に回転し、缶の回転にした
がって予め設定された数の測定値が（後で説明するよう
に、接触子を指定値に従って移動させ、或いは滑らせ
て）得られる。側壁の測定信号はＬＶＤＴ８０Ｃが機械
的信号からアナログ型の電気的信号に変え、線８２Ｃを
介して対応するチャンネル（図３ではチャンネルＣ）に
図２に示すように送り出す。

【００３１】図３の寸法ＸとＹは等しく取ってあるの
で、鋏の熱的膨張を引き起こす温度変化は測定に影響を
与えない。周囲の温度変化は全て平衡型鋏機構の”Ｘ”
と”Ｙ”に等量の影響を与え（即ち各部を等しく収縮或
いは膨張させる）、側壁の測定に誤差が入るのを防ぎ、
平衡を保つ。このことは工場での操作には重要であり、
本発明の重要な特徴である。本発明の接触型装置８４に
は多数の異なった配置が考えられ、図３は実施例として
用いたものを示しているにすぎない。

【００３２】４．二重旋回機構３４０ 図４、５、６、７に本発明の平衡型の鋏３３０の二重旋
回機構３４０の詳細を示す。二重旋回機構３４０にはピ
ボット・ピン４００があり、それは第一の外板４１０と
それに向き合う第二の外板４２０とを貫通している。こ
れらの板はＵ字鍵４２１の一部である。外板４１０と４
２０にはピボット・ピン４００が通る穴４１２と４２２
がある。本実施例では、外板４１０と４２０は図７に示
すように、ほぼ長方形をした本体の部分４１４と下に伸
びた長方形の突起部４１６からできている。突起部４１
６には穴４１８がある。第二のピボット・ピン４３０は
穴４１８を通り、Ｕ字鍵４２１の下に伸びた２個の突起
部４１６の間にあるカム４４０をしっかり保持してい
る。この様子を図４、６及び７に示す。カム４４０は腕
３３２と３３４の先端３５０と３５２を矢印３５４の方
向に押し広げるための単なる開／閉機構である。駆動装
置１２４Ｃは図３に示すように８８Ｃを通してピボット
の腕３４５に結合しており、この腕はピン４３０を軸と
して旋回する。その結果真円からずれたカム４４０が回
転し、腕３３２と３３４が係合して動く。このピボット
・ピン４３０は割ピン４４１でカム４４０に固定されて
いる。腕３３２と３３４の先端３５０と３５２を開閉す
る機構としては、本発明の趣旨の下で他の機構を使用す
ることもできるが、真円からずれたカム４４０の使用が
望ましい。

【００３３】Ｕ字鍵４２１の後端４１１は、図４、６及
び７に示すように調整可能な腕３１８の溝４２８にはめ
込まれている。Ｕ字鍵４２１はボルト４２５で溝４２８
に取り付けられている。図５、６及び７に更にはっきり
示されているが、Ｕ字鍵の２枚の外板４１０と４２０の
間には第一のピボット・ハウジング５１０と第二のピボ
ット・ハウジング５２０がある。５１０と５２０のハウ
ジングには穴５１２と５２２があり、その穴をピボット
・ピン４００が通っている。ピボット・ハウジング５１
０と５２０はピボット・ピン４００を軸にしてお互いに
独立に回転できる。

【００３４】第一のピボット・ハウジング５１０は外側
の腕３３４に取り付けられている。溝５１４は図５に示
すように腕３３４の周りに滑らかに接するように加工し
てある。この腕３３４を第一のピボット・ハウジング５
１０にネジ５１６でしっかり固定する。従って第一のピ
ボットハウジング５１０は腕３３４にしっかり固定さ
れ、この腕３３４は切削された溝５１４にはまってい
る。第二のピボット・ハウジング５２０は、第一のピボ
ット・ハウジングに加工された大きいＵ字形の溝５３０
にはめ込まれている。第二のピボットハウジング５２０
はほぼ長方形をしており、ハウジング５２０の前面５２
５に加工された細長い溝５２４がある。第二のピボット
・ハウジング５２０の形は第一のピボット・ハウジング
５１０のＵ字形の溝５３０にぴったりはまる形をしてい
る。 その結果ハウジング５２０とハウジング５１０と
の間の隙間は図５の矢印５３２で示されるように合計で
（つまり両側併せて）０．０００１インチである。内側
の腕３３２は第二のピボットハウジング５２０の溝５２
４にはまっており、ネジ穴５３６に合うネジ５３４で溝
に固定されている。第二のピボットハウジング５２０は
内側の腕３３２と一体となって動くよう係合している。
ピボット・ピン４００は腕３３２と３３４のほぼ中央に
位置している。この位置の正確さは重要ではない、とい
うのは平衡型二重旋回鋏機構３３０は重さの分布で平衡
を取っているからである。平衡がとれているときは、ピ
ボット・ピン４００を通る鉛直の中央線が閉じた接触子
３７０と３７２の間と、ＬＶＤＴセンサー８０と腕３３
４の伸びた先３５８の内側の先端との間の接触点とを通
るときである。この様子を図１５に示す。

【００３５】図１５は缶４０がなく、接触子３７０と３
７２が直接接している場合を仮定したものである。この
場合には鉛直の中央線１５４０はピボット・ピン４００
の中央を通る。平衡がとれるのは、鋏３３０の重さが適
宜に分布して、接触子３７０と３７２が互いに接触した
時この鉛直の中央線１５４０がＬＶＤＴ８０Ａの先端と
刃３５８の内側の先端との間を通るときである。この時
鋏３３０の重さは鉛直方向に整列するように適宜に分布
している。

【００３６】５．平衡型二重旋回鋏機構の働き 図１４から１６に本発明の作用を示す。図１４ではカム
４４０が駆動装置１２４Ａによって駆動され、先端３７
０と３７２が開いている。駆動装置１２４Ａは制御装置
１２０を介してコンピュータ５０の制御下にある。鋏３
３０の開き具合は矢印１４００によって示されており、
腕３３４の先端３５８は矢印１４１０の方向に動きセン
サー８０Ａから離れる。この位置の時、マンドレル６０
は缶４０を矢印６２の方向に位置Ａから位置Ｂまで動か
すことができる。この操作中は接触子３７０と３７２の
間は約１／８インチ開いている。一度缶が位置につく
と、駆動装置１２４Ａがカム４４０を動かし、接触子３
７０は側壁４２０の内面１５００に向かって、接触子３
７２は側壁４２の外面１５１０に向かって図１５に示す
ように閉じる。接触子３７０と３７２の側壁４２に対す
る圧力は側壁の厚さの測定には十分であるが、側壁の形
を変えたり影響を及ぼしたりすることはない。図１５は
側壁の厚さを測定するために機構３３０が閉じていると
ころを示している。矢印１５２０は腕３３２と３３４の
閉じる様子を示す。先端３５８はこの状態ではＬＶＤＴ
８０Ａに接触している。つまり、先端３５８は矢印１５
３０の方向に動いてＬＶＤＴ８０Ａに接触したのであ
る。

【００３７】図１４と１５は本発明の第一の”旋回”動
作を示している。即ち、腕３３０と３３４はピボット・
ピン４００の周りを旋回する。ピン４００に関する第一
の旋回動作は二重旋回機構３４０のハウジング５２０と
５３０の間の相対的動きを生ずる。第一の旋回動作は内
側のピボット・ハウジング５２０がピン４００の周りを
ハウジング５１０の溝５３０の中で旋回して行う。先に
も述べたように、第一の旋回動作は、図１４に示すよう
に準備のために接触子が最大に開いたときが限度であ
る。この開閉操作は駆動装置１２４Ａの制御の下で行わ
れる。

【００３８】本発明の趣旨の下ではピン４００に関する
第二の旋回動作も生ずる。このピン４００に関する旋回
動作はハウジング５１０とＵ字鍵４２１の間の相対的動
きを生ずる。これらの２個の部品の間の隙間は、図５に
矢印５３３で示されているが、本実施例では０．０００
１インチである。このピン４００に関する第二の旋回動
作を図１５と１６に示す。図１６は大変誇張してある
が、この第二の旋回動作を示すためには誇張して描くの
が最良である。缶４０は何らかの理由で真の中心線１６
００からずれている。真の中心線１６００はマンドレル
６０の中心線であり、マンドレル６０と共通の中心線を
持つ理想的な缶４０であれば缶の中心線と一致するはず
である。しかし図１６では缶４０は傾いているか、長円
形であるか、或いは円からずれている。図１６では傾い
た缶が、測定時の缶の中心線１６１０とマンドレルの中
心線１６００の間の差１６２０で示されている。

【００３９】もし本発明の鋏３３０が缶のこのような偏
心に対応できないときには、側壁の測定中に缶がずれて
しまうであろう。缶がマンドレル６０によって矢印６４
の方向に回転するとき、鋏３３０の全先端１６３０は自
由に動き円からのズレにも対応できる。即ち、先端１６
３０は矢印１６４０で示されるような缶の円形からのズ
レを追尾しなければならない。 先端１６３０が缶の円
形からのズレ１６４０を追尾するので、鋏３３０の先端
１６３０は矢印１６４０の方向に動く。従って、本発明
の第二の旋回動作によって、たとえ缶が円形からずれて
いても（即ち半径方向の長さが変化しても）側壁の厚さ
の測定が可能となる。第二の”旋回”動作はいつでも自
由に出来ねばならないから、隙間５３３（図５）はこの
動きができる程度に広くなければならない。また第一の
旋回動作も必要であるから、これが第二の旋回動作の影
響を受けてはならない。

【００４０】本発明の二重旋回機構３４０は、図４から
７に詳しく示したが、異なる設計のものでもかまわな
い。どのような機械的設計のものであろうと、図１４か
ら１６に詳細に示したような本発明の二重旋回機能を行
うものであれば、本発明の精神と範囲から離れることな
く使用することができる。接触子３７０と３７２を開閉
する第一の旋回動作は缶の側壁の厚さを測定する。第二
の旋回動作は缶の径の変化に追随し、側壁の測定中にた
わみを引き起こさない。駆動装置１２４と缶の側壁の厚
さの変化は第一の旋回動作を引き起こし、缶の円形から
のズレは第二の旋回動作を引き起こす。当然、第二の旋
回動作は回転する缶が第二の旋回動作を引き起こしたと
きには容易にその動作ができるように設計されており、
一方第一の旋回動作はカム４４０の動作或いは缶の側壁
の変化によって機械的におこなわれる。

【００４１】６．接触子３７０と３７２ 本発明の接触子３７０と３７２を図８から１２及び図１
７に示す。図８に示すように、缶４０は矢印６４の方向
に回転している。腕３３２と３３４は先端３５０と３５
２で終わっており、その先端に容器の側壁４２に向かっ
て内向きに直角をなす突起８００と８１０がある。本実
施例では、図３に示すように、内向きの突起８００と８
１０は腕に垂直であり、一般に四角い断面をしている。
各突起８００と８１０の先端に接触子３７０と３７２が
ついている。図９から１２に側壁の表面を追尾する接触
子３７０と３７２の４種類の異なる実施例を示す。図９
と１０は”インデクス方式”の測定で使われる本発明の
接触子の２種類の実施例を示す。図１１と１２は”スラ
イド方式”の測定で使われる本発明の接触子の２種類の
実施例を示す。

【００４２】図９と１０の接触子は”インデクス”用に
設計されている。”インデクス”方式では缶４０が回転
する時には缶が位置につく時より先端３５０と３５２の
間隔は狭く例えば１／１６インチだけ開く。２個の接触
子３７２と３７０は側壁４２の両側の面に向かって指定
された位置に接触する。従って缶４０が完全に１回転す
るとき、先端３５０と３５２は缶の回転時には開き、予
め設定された側壁の測定回数だけ閉じる。従って、接触
子が開いている時に缶が回転し、測定のために缶が静止
しているときに接触子が閉じる。一方、図１１と１２に
示す”スライド”方式の実施例では、缶がステッパー１
１０によって回転するとき側壁４２の表面を滑るように
設計されている。この方式では先端３５０と３５２は缶
の１回転にわたって閉じたままであり、缶を位置につけ
る時とそこから下ろす時のみ開く。図９と１０にインデ
クス用の接触子を示す。図９は片方の腕３３４の構成を
示しているが、もう片方の腕３３２の構成もまったく同
じである。図９では先端９００は先細になっており、小
球９３０（直径約１／１６インチ）が圧着されている。
この直径は先細の先端の厚さよりずっと小さい。図１０
ではより大きい直径（約１／４インチ）の球を使ってお
り、平らな形をした先端１０００に圧着されている。こ
の直径は先端の厚さより小さい。接触子９３０と１０１
０はセラミック、ルビー、或いはタングステン・カーバ
イドのような固い材料で出来ている。

【００４３】図１１と１２にスライド用の接触子を示
す。図１１はより複雑な接触子の構造を示している。そ
こでは突起８００の中に円形の穴１１００が開けられ、
ネジを切られた第２の穴１１１０は第１の穴と同軸であ
る。へこんだ頭１１３０のあるネジ１１２０がネジ穴１
１１０に挿入されている。第１の穴１１００の中にはバ
ネ１１４０がある。第１の穴には内向きの縁１１５０が
あり、それが接触子１１６０を指定の位置に保ってい
る。従って、まず接触子１１６０をネジを切った穴１１
１０から穴１１００に入れる。つぎにバネ１１４０を接
触子にかぶせて穴１１１０に入れ、それからネジ１１２
０を接触子１１６０にかかるバネの張力が望みの値とな
る所まで差し込む。従って、図１１の構成では接触子３
７２は素早くかつ容易に交換でき、このことはスライド
方式では摩耗が激しいので必須のことである。図１２は
第二のスライド方式の実施例を示す。図１１と同じ部品
にはできる限り同じ参照番号をつけてある。この方式で
は球形の接触子を使う代わりに、乳頭状突起１２１０が
その上についた半球状の表面１２００を使っている。乳
頭状突起１２１０の反対側の半球の平らな面の上には棒
１２２０があり、それはバネ１１４０の中央を通ってい
る。この棒１２２０の目的は接触子の先端１２１０が一
直線に並ぶのを助けることである。図１１と１２に示し
た接触子３７２はより柔らかい材料で作らねばならず一
般にはナイロンやプラスチックで出来ている。

【００４４】以上接触子３７２の４種類の実施例を紹介
したが、本発明の趣旨に下で、適当なものであればどの
ような設計のものであろうと使用することができる。容
器４０の側壁４２の追尾は、側壁表面のたわみや変形を
生ずること無しに正確に側壁の厚さを測定できる方法で
行わねばならない。インデクス方式では測定の度ごとに
十分注意して接触子３７０と３７２を閉じ、接触子３７
０と３７２が側壁４２の表面に衝撃を与えないように
し、側壁をへこませたり、測定子が側壁上でびびったり
するのを防がなばならない。スライド方式では接触子３
７０と３７２はプラスチックまたはナイロンで出来てい
るので、摩耗しやすい。摩耗が補償されなければ誤差を
生ずることになる。缶の測定が終わり、その缶が下の位
置Ａに行くとその度に、鋏３３０は基準の測定値を得る
ために指定に従って閉じられ、その基準値を基に接触子
３７０と３７２の摩耗にたいする補償が行われる。イン
デクス方式或いはスライド方式は共に本発明の最終目的
を達成する方式ではあるが、本発明はこれらの方式で制
限されることはない。

【００４５】図１７に２個の相対する接触子３７２と３
７４が側壁４２の両面１５００と１５１０に接触してい
る様子を示す。この図からいくつかのことが分かる。側
壁の厚さＴを正確に測るためには、接触子３７２と３７
４の中心線３７２ＣＬと３７４ＣＬは図１７に示すよう
に側壁４２に垂直でなければならず、また互いに同軸で
なければならない。各中心線３７２ＣＬと３７４ＣＬの
ズレは球の直径に対して０．００２″という狭い範囲に
納まらなければならない。従って、精密に加工されたズ
レの小さい二重旋回鋏機構３３０を使うことが重要であ
る。代表的な実施例では接触子の直径は１／６″から１
／４″である。缶が回転し側壁の厚さの測定が１周にわ
たって行われるとき、缶の径の変化に追随しながらこの
ズレを指定の範囲１７００内に保つことは重要である。

【００４６】７．その他の測定 図１３に本発明の装置が行うその他の測定を示す。図１
３ではまずＬＶＤＴ８０Ｄが、センサー１３１０が矢印
１３００の方向に動いたときのセンサーの位置を測定す
る。ＬＶＤＴ８０Ｄはシリンダー１３２０内に設置され
たプランジャー１３１０に接しており、このシリンダー
は支持部品１３２２で基盤３００に対して位置が固定さ
れている。缶４０の大事なパラメータの１つはドーム４
４の高さ１３２４である。シリンダー１３２０と支持部
品１３２２は固定されており、基盤３００に対して動か
ない。その結果プランジャー１３２０はドームの高さ１
３２４を正確に測定することができる。本実施例ではド
ームの高さの測定を１回だけ行った。ＬＶＤＴ８０Ｅは
缶４０の全体の高さ１３３０の測定を行う。ＬＶＤＴ８
０Ｅは矢印１３３２で示されるように先端１３４０の位
置を検出する。先端１３４０はレバー１３４２の一部で
あり、このレバーはピボットの支持台１３４４を中心に
回転する。レバーの反対側の先端１３４６は矢印１３４
８の方向に動き、それは缶の高さ１３３０に相当する。
ピボットの支持台１３４４は固定され安定しており、基
盤３００に対して動かない。従ってレバー１３４２の位
置から缶４０の高さを測定できる。缶の高さ１３３０の
測定は缶が回転している間中指定回数回続けられる。

【００４７】最後に、ＬＶＤＴ８０Ｆは、マンドレル６
０の物理的な高さを基に基準値の測定を行う。マンドレ
ル６０には固定の参照リング６１があり、それはピボッ
ト支持台１３５４に据え付けられたレバー１３５２の一
端１３５０に接している。もう一方の先端１３５６はＬ
ＶＤＴ８０Ｆに触れている。先端１３５０は矢印１３６
０の方向に動くことが出来、その動きはＬＶＤＴに対し
て対応する動き１３６２を生ずる。基盤３００に対する
矢印１３７０で示される基準の高さの測定は、缶４０の
真の高さの決定に重要である。この計算は次式で行われ
る： Ｈθ＝ＥθーＦθ＋ＣＦθ ここで Ｈθ＝缶の周方向の角度θでの高さ Ｅθ＝ＬＶＤＴ８０Ｅからの測定データ Ｆθ＝ＬＶＤＴ８０Ｆ下らの測定データ ＣＦθ＝缶の周方向の角度θでの校正地図による修正要
素本発明の装置を使ってその他の測定値を得るために、
図１３を用いて３個の別々に構造を調べる方法について
述べてきたが、これとは違った構造測定の方法をもとに
上に述べた測定や他の類似の測定を行うことも可能であ
る。言い替えれば、図１３に示す特定の構造測定の方法
は本発明の適用範囲を制限するものではない。

【００４８】８．原型シリンダーによる直径の校正 図１９に本発明の装置を既知の直径を持つ原型シリンダ
ーに対して校正する手順を示す。段階１９００では図１
のコンピュータが非接触型測定装置３０に原型シリンダ
ーを予め設定された回数回測定させ、全体の平均値を求
める。既知の直径を持つ原型シリンダー、図には示され
ていない、を非接触型測定装置３０の校正に使う。影の
縁に関して得られた情報はコンピュータ５０が処理して
Ｒ、Ｅ、Ｃに対する校正用の地形的地図を作る。この原
型シリンダーは完全な缶を代表するもので、真の側壁の
値を持つように加工されており、これらの値は既知であ
る。段階１９１０では、コンピュータ５０は原型シリン
ダーの影の縁に関するデータに高速フーリエ変換（ＦＦ
Ｔ）解析を行い、次の校正用の成分を求める： ａ．） ”０”成分 ー 半径の寸法 ｂ．） ”１”成分 ー 中心のズレ Ｃ．） ”２”成分 ー 長円状の歪みの寸法 Ｄ．） ”４”成分 ー 四角形状の歪みの寸法 ＦＦＴ解析により原型シリンダーに対する校正用の地図
を作り、マンドレル６０の回転の中心（図１６の中心線
１６００）と原型シリンダーの半径方向の中心（中心線
１６１０）との不一致から生ずる全ての誤差を取り除
く。更に、この過程は全てのレンズとマンドレルの回転
による誤差を取り除く。上記の成分の決定に使われるＦ
ＦＴのソフトウエアはごく普通に利用できる。

【００４９】段階１９２０では、原型シリンダーの直径
の実際の物理的な測定値を用い、その測定値と段階１９
１０で求めたズレの値を基に校正用の地図を作る。最後
に、段階１９３０で校正用のファイルを作り、将来缶の
測定値を校正する際の使用に備える。装置内のドリフト
による誤差を補償するため、校正が必要となる事態はい
つでも起こり得ることに注意せねばならない。

【００５０】９．自動ゼロ点調整 図２０にコンピュータ５０が使う、装置の自動ゼロ点調
整のための手順を示す。段階２０００では測定用の腕３
３２と３３４は閉じており、接触子３７０と３７２は缶
を挟まずに接している。言い換えれば、接触子３７０と
３７２は互いに触れている。段階２０１０では、コンピ
ュータが８０Ａ、８０Ｂ、および８０ＣのＬＶＤＴの値
を読み、この厚さゼロの状態でのこれらの測定値を記録
する。段階２０２０では、装置は図１５に示すように缶
４０の側壁４２の厚さの測定を始める。段階２０３０で
は、壁の厚さの本当の値が導出される。図２０に示す手
順は簡単ではっきりしている。各缶の測定の前に接触子
３７０と３７２を厚さゼロの位置に持ってくる。このと
きの測定値を求め、この測定値を実物の測定で得られた
壁の厚さを校正するためにつかう。本実施例では測定段
階２０１０は段階２０２０での側壁の測定の前にきてい
る。しかし、段階２０１０で自動校正するという操作は
周期的に行うことができる。更に、この図２０に示す自
動ゼロ点調整過程は温度変化や機械の摩耗による誤差を
取り除く。自動ゼロ点調整は、スライド中に接触子３７
０と３７２とに摩耗が生ずる場合には重要である。

【００５１】１０．シムによる校正 原型シリンダーの形をした既知の側壁の厚さを持つシム
をを使って接触子３７０と３７２を、缶で測定される側
壁の厚さの最大値で校正する。上で述べた原型シリンダ
ーの直径の校正の時と同様、許容誤差範囲内の真の厚さ
を持つように加工された原型シムをマンドレルに乗せ
る。原型シムの厚さを測定し、それを使ってコンピュー
タ５０が側壁の厚さの校正因子を決める。同様にして缶
の高さ／ドームの高さの原型を測定しこれらの測定値に
対する校正因子を決定する。缶の高さの校正因子ＣＦに
ついては上記の７節でも触れた。

【００５２】１１．測定の種類 ここで本発明が行う缶の種々の測定をまとめておく。こ
の測定は次のものからなる： ａ．側壁の厚さ 図３に点４２Ａ、４２Ｂ、及び４２Ｃで示されているよ
うに、側壁について３個の独立した測定を、プログラム
で指定（或いは手動で設定）した高さで、予め設定した
個数（例えば１２８）の周方向の等間隔の位置で行う。 ｂ．ドームの高さと深さ 缶４０の内部のドーム４４の基盤３００に対する高さを
ＬＶＤＴ８０Ｄが測定する。ドームの深さはドームの素
材の公称の厚さを引いて求める。 ｃ．全体の高さ 缶の全体の高さ１３３０は、ＬＶＤＴ８０Ｅと８０Ｆが
缶の頂上の周りを予め設定した回数の缶の全体の高さの
測定を行って求める。 ｄ．表面表示 本発明では非接触型測定装置３０が、缶の表面の半径方
向の位置を測定する。この測定は予め設定した数（例え
ば４４０カ所）の高さで、予め設定した回数（例えば円
周上の１２８カ所）行う。

【００５３】以上の基準のデータ・セットから次のデー
タを求める：側壁の厚さ（最大値、最小値、平均値、範
囲、各腕の高さ）、缶の全体の高さ（最大値、最小値、
平均値、範囲）、及びドームの高さと深さ。さらに、傾
き、長円状の歪み、直径、四角形状の歪みが缶の周方向
の角度と高さの関数として図形表示で求められる。

【００５４】１２．実験結果 図２１のグラフＡからＤは実際の実験結果であり、本発
明の趣旨を示すものである。図２１は１個の飲料缶から
取った結果である。グラフＡは図３の位置４２Ａでの、
グラフＢは位置４２Ｂでの、グラフＣは位置４２Ｃでの
側壁の測定結果である。グラフＤは図１３に示した高さ
の測定の結果である。図２１のグラフＡでは被測定飲料
缶は、側壁の厚さの最大値は約０．００６６４インチ、
最小値は０．００６３０インチである。グラフＡは図３
の位置４２Ａでの周上の１２８個の異なる点における測
定値を示す。ばらつきの幅は０．０００３インチであ
り、厚さの平均値は０．００６５インチである。図２１
のグラフＢでは、側壁の厚さの最大値は０．００４１５
インチ、最小値は０．００３９７インチである。位置４
２Ｂでのばらつきの幅は０．０００２インチで、厚さ２
００は図２２に描かれている。領域２１００と２１１０
が描き込まれている。図２２には各位値４２Ａ（グラフ
Ａ）、４２Ｂ（グラフＢ）、及び４２Ｃ（グラフＣ）で
の側壁の厚さが示されている。小斑点のついた領域は側
壁の厚い領域を示す。斑点が多くて暗いところほど側壁
は厚い。図２２の地図２２００は側壁の厚さのデータの
みを基にして作られている。

【００５５】図２３では缶４０の側壁４２にへこみ２２
２０があるものと仮定している。このへこみ２２２０は
非接触型測定装置３０で検出され、座標Ｒ（径方向の位
置）、Ｅ（高さ）、及びＣ（周方向）を持つ地形図２３
００として図２３のように出力される。従って、最終的
な立体モデル２４００は図２４のようになる。この立体
モデル２４００は非接触型と接触型の測定装置２０と３
０の出力を相互に関連させたものである。この図では側
壁の厚さは表面表示用の情報と併せて総合的な立体モデ
ル２４００となっており、高さＥと周方向Ｃの座標があ
り、表面表示用の半径Ｒと対応するＴは厚さを表すため
に同一座標で示されている。これらのデータは誇張して
缶のシリンダーの図として描いても良い。このデータ・
セットは直接有限要素法による応力計算のプログラムに
入力することが出来、例えば缶の円筒部分の強度を調べ
ることができる。本発明は缶の全側壁を完全に解析する
ことができるが、単にその一部を解析することもでき
る。

【００５６】１３．缶の傾きの決定 図２５は図２１の缶に対する本発明によるデータのグラ
フである。本発明の装置は、非接触型測定装置３０が作
る表面表示から得られるデータを基に、缶の傾きについ
ての情報を出す。図２５に２本の曲線を示す：傾きの大
きさ（ＭT）を表す曲線２５００とその傾きの位置の角
度（ＡT）の曲線２５１０である。ＭT曲線２５００は被
測定缶の中心線の基準円の中心からのズレの大きさを示
す。これは図２６のように示すと分かりやすい。図２６
（ａ）において高さＥ１（約０．２５インチ）での曲線
２５００上のＭTの値はゼロである。高さＥ１では基準
円Ｒの中心ＲCは缶の測定された中心Ｅ１Cと重なる。基
準円は図を分かりやすくするために大きさを変えてあ
る。本発明の装置は高さＥ１を使っているが、それはこ
の位置がドームが成形される位置に対応するからであ
る。本発明の装置ではこの高さではＲCはＥCに等しいと
仮定している。

【００５７】従って、図２５において高さがＥ２（約
０．５インチ）まで増えたとき、曲線２５００は約０．
００１インチのＭTの値を示している。この値は基準円
の真の中心からのズレである。この様子は図２６（ｂ）
に示されており、そこでは基準円は破線で描かれてい
る。高さＥ２での缶の中心Ｅ２CはＭT＝０．００１イン
チずれている。

【００５８】ここで曲線２５１０について説明する。曲
線２５１０の高さＥ１では、ズレの角度ＡTは０゜であ
り、これは図２６（ａ）に対応する。しかし高さＥ２で
はズレの角度ＡTは＋４５゜である。この様子を図２６
（ｂ）に示す。高さＥ３（約３インチ）では、缶のズレ
の値ＭＴは約０．０００５インチ、ズレの角度ＡTの値
は約０゜である。この様子を図２６（ｃ）に示す。ここ
ではＲCとＥCの間に角度の差はないが、ズレＭTは存在
する。高さＥ４ではズレＭTの値は約０．０００９イン
チ、角度ＡTの値は約２２゜である。この様子を図２６
（ｄ）に示す。

【００５９】図２６では図２５の曲線２５００と２５１
０から４カ所の高さを選んで図（誇張した図）で示し
た。本発明では高さ方向には４４０カ所、角度方向には
１２８カ所の測定位置がある。図２５の缶に対しては、
本発明は缶がまず右上に傾き、それから右に下がり、最
後にまた右上に捻れていると判断している。図２５にお
いて曲線２５１０の２５２０及び２５３０と指定された
２カ所の領域は、飲料缶がドームの底から円筒形の側壁
に移る領域に対応している。高さが１．０インチの所で
破線２５３０で示された角度はズレの大きさが０である
ので意味を持たない。約１インチから５インチまでの高
さでは２本の曲線２５００と２５１０は実際の側壁を表
している。

【００６０】１４．長円状の歪みの決定 図２７と２８に本発明により求められた図２５（及び図
２１）の缶の長円状の歪みを示す。長円状の歪みの高速
フーリエ変換のデータ（即ち”２”成分）は図２７に示
され、本発明の非接触型測定装置３０から得られる。曲
線２７００は長円状の歪みの大きさＭOを示し、曲線２
７１０は歪みの角度ＡOを示す。ここでもまた分かりや
すく説明するために図２７の２カ所の高さＥ１とＥ２で
のデータの図を図２８に示す。図２８は高さＥ１とＥ２
での長円状の歪みの図である。ここでも基準円Ｒは破線
で示され、基準の中心ＲCを持つ。高さＥ１での基準円
Ｒからの長円状のズレの大きさをＭOで示す。長円状の
歪みの角度ＡOも示してある。図２８（ａ）では図２７
から求めたＭOの値は約０．０００５インチであり、歪
みの角度の値ＡOは約＋４５゜である。図２８（ｂ）で
はＭOの値は約０．０００８インチ、ＡOの値は約ー１６
０゜である。高さＥ１からＥ２までの間で長円状の歪み
の角度は＋４５゜からー１６０゜へと大きく変化してい
る。

【００６１】１５．四角形状の歪みの決定 図２９と３０にコンピュータ５０が求めた四角形状の歪
みを示す。四角形状の歪みはコンピュータ５０が行った
高速フーリエ変換解析の”４”成分である。ここでも基
準円Ｒは規準中心ＲCを持ち、図３０（Ａ）と３０
（Ｂ）では破線で示した。測定した缶の四角形状の歪み
の成分は実線で示したが、本発明の趣旨を分かりやすく
示すために誇張して描いてある。図２９において、曲線
２９００は四角形状の歪みの大きさＭSを表し、曲線２
９１０は四角形状の歪みの角度ＡSを表している。図２
９では高さＥ１とＥ２の２カ所を使って四角形状の歪み
の大きさとその角度を示した。高さＥ１では四角形状の
歪みの大きさＭSは約０．００１インチであり、角度は
約０゜である。この様子を図３０（ａ）に示す。図２９
の高さＥ２では四角形状の歪みの大きさＭＳは約０．０
００６インチ、角度は約＋４５゜である。この様子を図
３０（ｂ）に示す。

【００６２】１６．缶の半径の決定 図３１の曲線３１００はインチ単位で表した缶の高さに
対するインチ単位で表した缶の半径を図示したものであ
る。ここで申請する発明はここで述べた実施例の記述に
制限されるものではなく、本発明の範囲と精神の中で種
々の修正や変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全要素を示すブロック図。

【図２】本発明のＬＶＤＴインタフェース内の一個のチ
ャンネルの詳細を示す概略図。

【図３】本発明の接触型側壁測定装置の側面図。

【図４】本発明の平衡型二重旋回鋏機構の側面図。

【図５】本発明の平衡型二重旋回鋏機構を図４の直線５
ー５に沿って切った断面図。

【図６】本発明の平衡型二重旋回鋏機構を図４の直線６
ー６に沿って切った断面図。

【図７】本発明の平衡型二重旋回鋏機構の分解透視図。

【図８】本発明の接触子の部分透視図。

【図９】本発明のインデックス用接触子の一番目の実施
例で部分断面図で示す。

【図１０】本発明のインデックス用接触子の二番目の実
施例で部分断面図で示す。

【図１１】本発明のスライド用接触子の一番目の実施例
で部分断面図で示す。

【図１２】本発明のスライド用接触子の二番目の実施例
で部分断面図で示す。

【図１３】ドームの高さ、缶の高さ、基準の高さの測定
を示す。

【図１４】本発明の鋏の開いている様子を示す。

【図１５】本発明の鋏で側壁の厚さの測定のために閉じ
ているところを示す。

【図１６】缶の中心からのズレに対応した本発明の鋏の
動きを示す。

【図１７】本発明の接触子の容器の側壁に対する整列の
様子を示す。

【図１８】容器の円周に対する側壁測定装置の空間配置
を示す。

【図１９】原型シリンダーの校正の過程を示す流れ図。

【図２０】図３の側壁測定装置の自動校正の過程を示す
流れ図。

【図２１】本発明の装置で行われた実際の測定実験結果
を示す。

【図２２】接触型測定装置２０から得られた情報をもと
にコンピュータ５０が作った側壁の厚さの三次元の地
図。

【図２３】本発明の非接触型測定装置３０から得られた
表面表示１４を示す。

【図２４】接触型測定装置２０と非接触型測定装置３０
で得られた情報から作られた立体モデル１６を示す。

【図２５】容器の傾きに対して非接触型測定装置３０か
ら得られた情報を示す。

【図２６】容器の傾きを示す。

【図２７】容器の長円状の歪みに対する非接触型測定装
置３０から得られたデータ。

【図２８】容器の長円状の歪みを示す。

【図２９】非接触型測定装置３０から得られた容器の四
角形状の歪みに関するデジタル量の情報を示す。

【図３０】容器の四角形状の歪みを示す。

【図３１】異なる高さでの容器の半径の測定値。

【符号の説明】

２０ 接触型計測装置 ３０ 非接触型計測装置 ４０ 容器 ５０ コンピュータ ６０ マンドレル ８０ ＬＶＤＴ ９０ ＬＶＤＴインターフェース １１０ ステッパー １２０ 制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブレット エイ．ニッカーソン アメリカ合衆国 コロラド州 80233 ノースグレン ラーソン ドライブ 10843 (72)発明者 ロナルド ディー．ウェルツ アメリカ合衆国 コロラド州 80303 ボールダーバッセル ドライブ 2005 (56)参考文献 特開 昭64−32110（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−257007（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−118708（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器（４０）の側壁の立体モデルを形成
   する装置において、容器を選択的に握持して選択的に第
   １の位置（Ａ）と第２の位置（Ｂ）に置き、その位置で
   選択的に回転させる握持手段（６０）と、 容器の３次元の側壁表面プロファイルを作成するため
   に、前記握持手段によって容器が第１の位置で回転して
   いるときに作動して、側壁に接触することなく、容器の
   周（Ｃ）回りの所定数の標本点及び容器の高さ（Ｅ）方
   向の所定数の位置で、その表面の半径（Ｒ）を測定する
   プロファイル作成手段（３０）と、 容器の３次元の側壁厚みマップを作成するために、前記
   握持手段によって容器が第２の位置で回転しているとき
   に容器に作用し、容器の高さ（Ｅ）方向の複数の位置で
   容器の周（Ｃ）回りで所定回数だけ、側壁に接触するこ
   とによって側壁の厚さ（Ｔ）を測定するマップ作成手段
   （２０）と、 前記握持手段、プロファイル作成手段及びマップ作成手
   段を制御するためにこれらの手段に接続され、前記プロ
   ファイル作成手段から側壁表面プロファイルを、マップ
   作成手段から側壁厚みマップを夫々受け取って、側壁の
   立体モデルを出力する制御手段と、 から成る装置。
2. 【請求項２】 前記握持手段が、前記制御装置の制御に
   より第１の位置と第２の位置の間で上昇／下降され、第
   １の位置及び第２の位置にあるときに前記制御手段によ
   って回転されるマンドレル（６０）から成ることを特徴
   とする請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記制御装置が、マンドレルに接続され
   てこれを回転させるステッパー（１１０）から成ること
   を特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記プロファイル作成手段（３０）が、 容器が第１の位置で回転しているときにその容器を照明
   して複数の影縁を生成する照明手段（３３）と、 前記複数の影縁を受光して、その複数の影縁に対応する
   デジタルデータを出力するデジタル化手段（３２、３
   ６）と、 から成り、 前記制御手段が前記デジタル化手段からのデジタルデー
   タを受け取る、 ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記マップ形成手段（２０）が、 夫々が、 容器が第２の位置にあるときに、前記複数の高
   さ位置の１つで容器の側壁と選択的に係合して側壁厚み
   （Ｔ）を感知する複数の感知手段（８４）と、 前記各感知手段に接続されて前記側壁厚みを受け取り、
   その側壁厚み を対応するデジタル電気信号に変換する変
   換手段（８０、９０、１００、１３０）と、 から成り、 前記制御手段が前記 変換手段から前記デジタル電気信号
   を受け取る、 ことを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 【請求項６】 前記各感知手段（８４）が、 内側の腕（３３２）と外側の腕（３３４）とを持つ鋏
   （３３０）と、 前記内側の腕（３３２）と外側の腕（３３４）の各々の
   下端 にあって、容器の前記側壁（４２）の両面（１５０
   ０、１５１０）と接触するために該両面に向かって垂直
   に延びる接触手段（３７０、３７２）と、 前記内側の腕及び外側の腕の各々の上端にあって、容器
   の側壁の前記厚み（Ｔ）に対応する前記接触手段間の距
   離を感知する感知手段（８０）と、 前記上端及び下端の間の位置で前記内側の腕と前記外側
   の腕とに接続され、中心軸（４００）を中心とする第１
   及び第２の旋回運動を与え、第１の旋回運動によって、
   前記接触手段を容器の側壁上で開閉させるように前記第
   １及び第２の腕を前記中心軸上で移動させ、第２の旋回
   運動によって、容器の直径が回転中に変化するのに従っ
   て、 容器の側壁の位置に追随させるように、前記第１及
   び第２の腕を前記中心軸上で移動させる旋回付与手段
   （３４９）と、 から成ることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 【請求項７】 前記接触手段が互いに接触するとき、該
   接触手段、前記感知手段及び旋回付与手段の前記中心軸
   が垂直方向に整列して、前記感知手段の平衡をとること
   を特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 【請求項８】 前記旋回付与手段が、測定された側壁厚
   みの温度膨張による誤差を最小にするように、前記接触
   手段と前記感知手段との間の中央（Ｘ，Ｙ） に位置する
   ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
9. 【請求項９】 前記接触手段（３７０、３７２）が、前
   記握持手段の動作によって容器が回転するときに、容器
   の前記側壁に継続的に係合する手段（３７０、３７２）
   から成ることを特徴とする請求項６に記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記接触手段（３７０、３７２）の各
    々が、前記腕（３３２、３３４）の前記端（８００）に
    固定された球面接触子（１１６０）と、この球面接触子
    を前記側壁の両面（１５００、１５１０）に当てて解放
    可能に保持する手段（１１４０、１１２０、１１３０）
    とから成ることを特徴とする請求項９に記載の装置。