JP4690183B2 - Thickness measuring device and thickness measuring method - Google Patents
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本発明は、容器の外壁面及び内壁面から散乱される散乱光を検出することにより、容器の肉厚を測定する肉厚測定装置、または肉厚測定方法に関するものである。 The present invention relates to a thickness measuring apparatus or a thickness measuring method for measuring the thickness of a container by detecting scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container.
ビン等の容器は、各種目的に利用されている。近年、資源節約を主目的として、容器の肉厚はぎりぎりまで薄く製造されている。容器の肉厚の限界は、使用中または搬送中に多少の振動や接触があっても破損しない程度の基準である。 Containers such as bottles are used for various purposes. In recent years, with the main purpose of resource saving, the thickness of the container has been manufactured as thin as possible. The limit of the thickness of the container is a standard that does not break even if there is some vibration or contact during use or transportation.
しかしながら、使用中または搬送中の容器の破損は、肉厚だけに依存するのではなく、むしろ肉厚の不均一性に依存することが知られている。通常、ビールビンや酒ビン等の容器は吹製方式で製造されるため、容器の肉厚分布が円周方向に不均一となり易くなる。このため、このような容器の肉厚を、全数、全周に渡って検査を行い、肉厚不良容器を不良品として排除する必要がある。それゆえ、容器の肉厚を、非接触に、かつ瞬時(リアルタイム)に、高精度で測定する技術が熱望されている。 However, it is known that the breakage of containers during use or transport is not dependent solely on the wall thickness, but rather on the non-uniformity of the wall thickness. Usually, containers such as beer bottles and liquor bottles are manufactured by a blowing method, so that the thickness distribution of the containers tends to be uneven in the circumferential direction. For this reason, it is necessary to inspect the thickness of such a container over the entire circumference and to eliminate the defective thickness container as a defective product. Therefore, a technique for measuring the thickness of the container in a non-contact and instantaneously (real time) with high accuracy is eagerly desired.
容器の肉厚を非接触に、かつリアルタイムに、高精度で測定するための方法として、例えば、特許文献1〜3には、レーザー光を利用した容器の肉厚測定方法が開示されている。
For example,
特許文献1の発明は、ビン表面からの反射光と裏面からの屈折光とをレンズによって分離して、その分離の大きさ(指数)から肉厚を測定するものである。そして、特許文献1では、反射光と屈折光との分離(結像)にただ1枚の結像レンズを用いている。
The invention of
また、特許文献2の発明は、レーザー光を測定ガラス面に対し垂直に照射し、撮像装置にて表面及び裏面の散乱面形状(表面及び裏面の散乱光によるスポットの間隔)を映像画面として捉えるというものである。そして、特許文献2の発明では、映像画面として捉えられた表面及び裏面の散乱光によるスポットの間隔から、肉厚を測定している。すなわち、特許文献2の発明は、ガラス面にほぼ垂直に入射した入射光に対する外壁、内壁両面での散乱面を撮像し、その位置関係からビン肉厚を測定するというものである。なお、特許文献2では、測定された肉厚は所定の検査基準値と比較され、その肉厚値の良否が判定されている。
Further, the invention of
さらに、特許文献3には、ガラス肉厚部の斜め照射断面像をある方向からCCDカメラに撮像し、その形状から肉厚値を測定するというものである。すなわち、ガラスビンに照射した光線の肉厚部における軌跡を撮像して肉厚を求めるというものである。特徴点としては、外乱光の影響を取り除くために、レーザー光の波長のみを透過させるフィルターを用いている点である。
しかしながら、上記従来の構成では、以下の問題が生じる。 However, the above-described conventional configuration has the following problems.
上記特許文献1〜3に記載の従来の構成はいずれも、測定時の環境、すなわち全周方向の測定に不可欠な回転時の中心の振れ回りに対する対策が皆無である。それゆえ、この中心の振れ回りが無ければ高精度な測定が可能である。
None of the conventional configurations described in
しかしながら、肉厚測定ライン上で、このような振れ回りの大きさを制限することは技術的に困難である。このために、上記の従来の構成では、測定誤差が生じるという欠点がある。 However, it is technically difficult to limit the size of such swinging on the wall thickness measurement line. For this reason, the conventional configuration described above has a drawback that a measurement error occurs.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、容器の中心が触れ回り等により変位した場合にも、高精度な肉厚測定が可能な容器の肉厚測定装置及び容器の肉厚測定方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a container thickness measuring apparatus capable of highly accurate thickness measurement even when the center of the container is displaced by touching or the like. And it is providing the thickness measuring method of a container.
本発明の肉厚測定装置は、上記課題を解決するために、容器の外壁面及び内壁面から散乱される散乱光を検出することにより、容器の肉厚を測定する肉厚測定装置であって、容器の外壁面にレーザー光を照射するレーザー光源と、上記散乱光を、第1光路とその第1光路とは異なる第2光路とに分配する光路分配手段と、上記光路分配手段から第1光路を介した散乱光を集光する集光手段と、上記集光手段により集光された散乱光を、上記外壁面及び上記内壁面の散乱スポットとして読み取る第1の撮像素子と、上記光路分配手段から第2光路を介した散乱光を、正反射スポットとして読み取る第2の撮像素子と、上記第1の撮像素子にて読み取られた散乱スポット、及び第2の撮像素子にて読み取られた正反射スポットの位置情報に基づいて、容器の中心位置の変位とその変位した中心位置に対する肉厚を計算する肉厚計算手段とを備えたことを特徴としている。 In order to solve the above problems, the thickness measuring apparatus of the present invention is a thickness measuring apparatus that measures the thickness of a container by detecting scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container. A laser light source for irradiating the outer wall surface of the container with laser light, an optical path distribution means for distributing the scattered light to a first optical path and a second optical path different from the first optical path, and a first from the optical path distribution means Condensing means for condensing the scattered light via the optical path, a first imaging device for reading the scattered light collected by the condensing means as a scattering spot on the outer wall surface and the inner wall surface, and the optical path distribution A second imaging element that reads scattered light from the means through the second optical path as a specular reflection spot, a scattering spot that is read by the first imaging element, and a positive image that is read by the second imaging element. Based on reflection spot location information It is characterized in that a wall thickness calculating means for calculating a thickness for displacement and its displaced center position of the center of the container.
従来の肉厚測定装置では、実際にガラスビン等の容器の肉厚測定に適用する場合、容器の中心位置が測定毎に移動するため、正確な肉厚測定が困難となる。 In a conventional thickness measuring apparatus, when applied to the measurement of the thickness of a container such as a glass bottle, the center position of the container moves for each measurement, so that accurate thickness measurement becomes difficult.
しかしながら、上記の構成によれば、肉厚計算手段は、上記第1の撮像素子にて読み取られた散乱スポット、及び第2の撮像素子にて読み取られた正反射スポットの位置情報に基づいて、容器の中心位置の変位を計算するので、実際の肉厚測定時に容器の中心が触れ回り等により変位した場合にも、容器の中心位置を適切に検出することが可能になる。そして、上記の構成によれば、肉厚計算手段は、その変位した中心位置に対する肉厚を計算するので、中心位置の触れ回り等に生じる測定誤差を軽減することが可能になる。このため、上記の構成によれば、容器の中心が触れ回り等により変位した場合にも、高精度な肉厚測定が可能な容器の肉厚測定装置を提供できる。 However, according to the above configuration, the thickness calculation means is based on the position information of the scattering spot read by the first image sensor and the specular reflection spot read by the second image sensor. Since the displacement of the center position of the container is calculated, it is possible to appropriately detect the center position of the container even when the center of the container is displaced by touching during actual thickness measurement. And according to said structure, since the thickness calculation means calculates the thickness with respect to the displaced center position, it becomes possible to reduce the measurement error which arises around the center position. For this reason, according to said structure, even when the center of a container displaces by touching etc., the thickness measuring apparatus of a container which can measure a highly accurate thickness can be provided.
また、本発明の肉厚測定装置では、上記容器の中心Oが中心O’に変位するとともに、中心Oと中心O’との距離をΔR0とし、上記レーザー光の照射位置S1と中心Oとを結ぶ直線と、中心Oと中心O’とを結ぶ直線とのなす角度をθR0とした場合に、上記肉厚計算手段は、容器の中心位置の変位を、座標(ΔR0,θR0)として計算するようになっていることが好ましい。 In the thickness measuring apparatus of the present invention, the center O of the container is displaced to the center O ′, the distance between the center O and the center O ′ is ΔR 0 , and the laser light irradiation position S 1 and the center O are And the straight line connecting the center O and the center O ′ is θ R0 , the thickness calculating means calculates the displacement of the center position of the container as coordinates (ΔR 0 , θ R0 ) Is preferably calculated.
上記の構成により、容器の中心位置の変位を、座標(ΔR0,θR0)として計算することで、より正確に容器の中心位置を検出することが可能になる。 With the above configuration, the center position of the container can be detected more accurately by calculating the displacement of the center position of the container as coordinates (ΔR 0 , θ R0 ).
また、本発明の肉厚測定装置では、上記外壁面により形成された円の半径をR1とし、上記内壁面により形成された円の半径をR2とし、レーザー光の入射角度をθ1とし、上記第1の撮像素子と上記集光手段との距離をbとし、上記容器の屈折率をnとし、容器の中心位置が中心Oになっているときに、上記レーザー光が外壁面で屈折する屈折角をr1とし、上記第1の撮像素子の中心と上記集光手段の中心とを結ぶ直線が外壁面と交わる交点をDとしたとき、交点Dと上記集光手段との距離をaとし、交点Dと上記第2の撮像素子の原点位置OBとの距離をOBDとし、上記容器の中心Oが中心O’に変位したときに、上記第1の撮像素子にて読み取られた外壁面の散乱スポットと、第1の撮像素子の原点位置OAとの距離をlA1'とし、上記容器の中心Oが中心O’に変位したときに、上記第2の撮像素子にて読み取られた外壁面の正反射スポットと、第2の撮像素子の原点位置OBとの距離をlB1'とした場合に、上記肉厚計算手段は、下記式(B−1)〜(B−9)
φ1'=tan-1(lA1'/b) (B−1)
sinr2=(R1/R2)sinr1=(R1/nR2)sinθ1 (B−2)
k1=[R1sin{(r2−r1)/2}]/sin{θ1+(r2−r1)/2} (B−3)
k2={(a+k1)sinφ1'}/sin(φ1'+2θ1+r2−r1) (B−4)
k3=[{(OBD)+k1}2+lB1'2]1/2 (B−5)
α1=sin-1(lB1'/k3) (B−6)
k4={k2 2+k3 2−2k2k3cos(2θ1+r2−r1−α1)}1/2 (B−7)
α2=sin-1{k2sin(2θ1+r2−r1−α1)/k4} (B−8)
θ1'=(α2+2θ1+r2−r1−α1)/2 (B−9)
を計算し、
θR0=sin-1[{sinθ1(k2−k1)+R1sin(θ1'−θ1)}/ΔR0]
+(r2−r1) (6−1)
ΔR0=[R1 2(sinθ1'−sinθ1)2
+{(k2−k1)−R1(sinθ1'−sinθ1)}2] 1/2 (6−2)
に基づいて、容器の中心位置の変位を計算するようになっていることが好ましい。
Further, in the thickness measuring apparatus of the present invention, the radius of the circle formed by the outer wall surface and R 1, the radius of the circle formed by the inner wall surface and R 2, the incident angle of the laser beam and theta 1 The laser beam is refracted at the outer wall surface when the distance between the first image sensor and the light collecting means is b, the refractive index of the container is n, and the center position of the container is the center O. The angle of refraction is r 1, and when the intersection point where the straight line connecting the center of the first image sensor and the center of the condensing means intersects the outer wall surface is D, the distance between the intersection D and the condensing means is is a, a distance between the origin position O B of the intersection D and the second imaging element and O B D, when the center O of the container is displaced to the center O ', read in the first image sensor scattered spots of the outer wall surface that is, the distance between the origin position O a of the first imaging element l A1 ' And, when the center O of the container is displaced to the center O ', the specular reflection spot of the outer wall surface read by the second image sensor, the distance between the origin position O B of the second image sensor In the case of l B1 ′, the thickness calculation means is represented by the following formulas (B-1) to (B-9):
φ 1 '= tan -1 (l A1 ' / b) (B-1)
sinr 2 = (R 1 / R 2 ) sinr 1 = (R 1 / nR 2 ) sinθ 1 (B-2)
k 1 = [R 1 sin {(r 2 −r 1 ) / 2}] / sin {θ 1 + (r 2 −r 1 ) / 2} (B-3)
k 2 = {(a + k 1 ) sinφ 1 ′} / sin (φ 1 ′ + 2θ 1 + r 2 −r 1 ) (B-4)
k 3 = [{(O B D) + k 1} 2 + l B1 '2] 1/2 (B-5)
α 1 = sin −1 (l B1 ′ / k 3 ) (B-6)
k 4 = {k 2 2 + k 3 2 −2 k 2 k 3 cos (2θ 1 + r 2 −r 1 −α 1 )} 1/2 (B-7)
α 2 = sin −1 {k 2 sin (2θ 1 + r 2 −r 1 −α 1 ) / k 4 } (B-8)
θ 1 ′ = (α 2 + 2θ 1 + r 2 −r 1 −α 1 ) / 2 (B-9)
Calculate
θ R0 = sin −1 [{sin θ 1 (k 2 −k 1 ) + R 1 sin (θ 1 ′ −θ 1 )} / ΔR 0 ]
+ (R 2 −r 1 ) (6-1)
ΔR 0 = [R 1 2 (sinθ 1 '−sinθ 1 ) 2
+ {(K 2 −k 1 ) −R 1 (sin θ 1 ′ −sin θ 1 )} 2 ] 1/2 (6-2)
Preferably, the displacement of the center position of the container is calculated based on the above.
上記式(B−1)〜(B−9)により、θ1'、k1、k2を計算し、上記式(6−2)に基づいて、容器の中心位置の変位を求める。これにより、より正確に容器の中心位置を検出することが可能になる。 Θ 1 ′, k 1 , k 2 are calculated by the above formulas (B-1) to (B-9), and the displacement of the center position of the container is obtained based on the above formula (6-2). As a result, the center position of the container can be detected more accurately.
さらに、本発明の肉厚測定装置では、上記容器の中心Oが中心O’に変位したときに、上記第1の撮像素子にて読み取られた内壁面の散乱スポットと、第1の撮像素子の原点位置OAとの距離をlA2'とし、上記容器の中心Oが中心O’に変位したときに、上記第2の撮像素子にて読み取られた内壁面の正反射スポットと、第2の撮像素子の原点位置OBとの距離をlB2'とし、中心位置が変位した容器の内壁面により形成された円の半径をR2’とした場合に、上記肉厚計算手段は、下記式(C−1)〜(C−22)
t1=k2sin(2θ1+r2−r1)/sinφ1' (C−1)
φ2'=tan-1(lA2'/b) (C−2)
β1=2θ1+r2−r1−θ1'−φ2' (C−3)
t2=t1sin(φ1'+φ2')/sinβ1 (C−4)
t3=−(R1−t2)cosβ1+{R1 2−(R1−t2)2sin2β1}1/2 (C−5)
β2=sin-1(sinβ1t3/R1) (C−6)
t4=R1{2(1−cosβ2)}1/2 (C−7)
t5=(R1 2+ΔR0 2−2R1ΔR0cosθR0)1/2 (C−8)
β4=sin-1[{t1sin(φ1'+2θ1+r2−r1−θ1')
−asin(2θ1+r2−r1−θ1')}/t5] (C−9)
t7={R1 2+t5 2−2R1t5cos(β2−β4)}1/2 (C−10)
β5=sin-1[{R1sin(β2−β4)}/t7] (C−11)
t8={t5sinθ1+R1sin(β2−β4−θ1)}/sinφ2' (C−12)
t9=[(OBD)2+t7 2+2(OBD){t5cosθ1−R1cos(β2−β4−θ1)}]1/2
(C−13)
t10=[lB2'2+t9 2−2lB2'{t5sinθ1+R1sin(β2−β4−θ1)}]1/2
(C−14)
t11=[lB2'2+{(OBD)−a}2]1/2 (C−15)
β7=cos-1[(t8 2+t10 2−t11 2)/2t8t10] (C−16)
θ1''=β1−β2+β7 (C−17)
sinr1''=sinθ1''/n (C−18)
sinr1'=sinθ1'/n (C−19)
t12={t4cos(β2/2+r1'')}/sin(β2+r1'') (C−20)
t13={t4cos(β2/2+r1'')}/sin(β2+r1'+r1'') (C−21)
t14=(t12 2+t13 2−2t12t13cosr1')1/2 (C−22)
を計算し、
R2'={(R1−t12)2+t14 2
+2t14(R1−t12)cos(β2+r1'')}1/2 (7)
に基づいて、半径R2'を計算するようになっていることが好ましい。
Furthermore, in the thickness measurement apparatus of the present invention, when the center O of the container is displaced to the center O ′, the scattered spot on the inner wall surface read by the first image sensor, and the first image sensor When the distance from the origin position O A is l A2 ′ and the center O of the container is displaced to the center O ′, the regular reflection spot on the inner wall surface read by the second image sensor, the distance between the origin position O B of the image sensor l B2 'and, the radius of the circle the center position is formed by the inner wall surface of the container displaced R 2' in the case of the above thickness calculating unit represented by the following formula (C-1) to (C-22)
t 1 = k 2 sin (2θ 1 + r 2 −r 1 ) / sinφ 1 ′ (C−1)
φ 2 '= tan -1 (l A2 ' / b) (C-2)
β 1 = 2θ 1 + r 2 −r 1 −θ 1 ′ −φ 2 ′ (C-3)
t 2 = t 1 sin (φ 1 ′ + φ 2 ′) / sin β 1 (C-4)
t 3 = − (R 1 −t 2 ) cos β 1 + {R 1 2 − (R 1 −t 2 ) 2 sin 2 β 1 } 1/2 (C-5)
β 2 = sin −1 (sin β 1 t 3 / R 1 ) (C-6)
t 4 = R 1 {2 (1-cosβ 2 )} 1/2 (C-7)
t 5 = (R 1 2 + ΔR 0 2 -2R 1 ΔR 0 cos θ R0 ) 1/2 (C-8)
β 4 = sin -1 [{t 1 sin (φ 1 '+ 2θ 1 + r 2 -r 1 -θ 1 ')
−asin (2θ 1 + r 2 −r 1 −θ 1 ′)} / t 5 ] (C-9)
t 7 = {R 1 2 + t 5 2 −2R 1 t 5 cos (β 2 −β 4 )} 1/2 (C-10)
β 5 = sin −1 [{R 1 sin (β 2 −β 4 )} / t 7 ] (C-11)
t 8 = {t 5 sin θ 1 + R 1 sin (β 2 −β 4 −θ 1 )} / sinφ 2 ′ (C−12)
t 9 = [(O B D) 2 + t 7 2 +2 (O B D) {t 5 cos θ 1 −R 1 cos (β 2 −β 4 −θ 1 )}] 1/2
(C-13)
t 10 = [l B2 ' 2 + t 9 2 -2l B2 ' {t 5 sinθ 1 + R 1 sin (β 2 -β 4 -θ 1 )}] 1/2
(C-14)
t 11 = [l B2 ' 2 + {(O B D) -a} 2 ] 1/2 (C-15)
β 7 = cos −1 [(t 8 2 + t 10 2 −t 11 2 ) / 2t 8 t 10 ] (C-16)
θ 1 ″ = β 1 −β 2 + β 7 (C−17)
sinr 1 ″ = sin θ 1 ″ / n (C-18)
sinr 1 ′ = sin θ 1 ′ / n (C-19)
t 12 = {t 4 cos (
t 13 = {t 4 cos (
t 14 = (t 12 2 + t 13 2 −2t 12 t 13 cosr 1 ′) 1/2 (C−22)
Calculate
R 2 ′ = {(R 1 −t 12 ) 2 + t 14 2
+ 2t 14 (R 1 −t 12 ) cos (β 2 + r 1 ″)} 1/2 (7)
Preferably, the radius R 2 ′ is calculated based on
上記式(C−1)〜(C−22)により、t12、t14、β2、r1''を計算し、上記式(7)に基づいて、中心位置が変位した容器の内壁面により形成された円の半径R2'を求める。これにより、容器の中心が触れ回り等により変位した場合に生じる半径R2'を正確に検出することができる。また、容器の肉厚は、外壁面により形成された円の半径と、内壁面により形成された円の半径との差により計算可能である。したがって、上記の構成によれば、容器の中心が触れ回り等により変位した場合にも、より高精度に容器の肉厚を検出することが可能になる。 T 12 , t 14 , β 2 , r 1 ″ are calculated by the above formulas (C-1) to (C-22), and the inner wall surface of the container whose center position is displaced based on the above formula (7) The radius R 2 ′ of the circle formed by is obtained. Thereby, it is possible to accurately detect the radius R 2 ′ generated when the center of the container is displaced by touching or the like. Further, the thickness of the container can be calculated by the difference between the radius of the circle formed by the outer wall surface and the radius of the circle formed by the inner wall surface. Therefore, according to the above configuration, the thickness of the container can be detected with higher accuracy even when the center of the container is displaced by touching or the like.
また、本発明の肉厚測定装置では、上記外壁面により形成された円の半径をR1とし、中心位置が変位した容器の内壁面により形成された円の半径をR2’とした場合に、上記肉厚計算手段は、容器の肉厚を、半径R1と半径R2’との差として計算するようになっていることが好ましい。 Further, in the thickness measuring apparatus of the present invention, the radius of the circle formed by the outer wall surface and R 1, the radius of the circle the center position is formed by the inner wall surface of the container that is displaced when the R 2 ' The wall thickness calculating means preferably calculates the wall thickness of the container as a difference between the radius R 1 and the radius R 2 ′.
通常、ビン等の容器は、モルド法(吹きつけ)によって製造される。このため、容器の中心が触れ回り等により変位した場合でも、容器の外壁面により形成される円の半径は、一定とみなすことができる。したがって、上記の構成により、半径R1と半径R2’との差として計算することにより、より簡潔に容器の肉厚を求めることが可能になる。 Usually, a container such as a bottle is manufactured by a mold method (spraying). For this reason, even when the center of the container is displaced by touching or the like, the radius of the circle formed by the outer wall surface of the container can be regarded as constant. Therefore, by calculating the difference between the radius R 1 and the radius R 2 ′ according to the above configuration, the container thickness can be obtained more simply.
本発明の肉厚測定装置は、上記の課題を解決するために、容器の外壁面及び内壁面から散乱される散乱光を検出することにより、容器の肉厚を測定する肉厚測定装置であって、容器の外壁面にレーザー光を照射するレーザー光源と、上記散乱光を、第1光路とその第1光路とは異なる第2光路とに分配する光路分配手段と、上記光路分配手段から第1光路を介した散乱光のうち、外壁面から散乱される散乱光を集光する第1の集光手段と、上記第1の集光手段により集光された散乱光を、上記外壁面の散乱スポットとして読み取る第3の撮像素子と、上記光路分配手段から第1光路を介した散乱光のうち、内壁面から散乱される散乱光を集光する第2の集光手段と、上記第2の集光手段により集光された散乱光を、上記内壁面の散乱スポットとして読み取る第4の撮像素子と、上記光路分配手段から第2光路を介した散乱光を、正反射スポットとして読み取る第2の撮像素子と、上記第3及び第4の撮像素子にて読み取られた散乱スポット、及び第2の撮像素子にて読み取られた正反射スポットの位置情報に基づいて、容器の中心位置の変位とその変位した中心位置に対する肉厚を計算する肉厚計算手段とを備えたことを特徴としている。 In order to solve the above problems, the thickness measuring apparatus of the present invention is a thickness measuring apparatus that measures the thickness of a container by detecting scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container. A laser light source for irradiating the outer wall surface of the container with laser light, an optical path distribution means for distributing the scattered light to a first optical path and a second optical path different from the first optical path, and a first optical path from the optical path distribution means. Of the scattered light passing through one optical path, the first light collecting means for collecting scattered light scattered from the outer wall surface, and the scattered light collected by the first light collecting means A third imaging element that reads as a scattered spot; a second condensing unit that condenses the scattered light scattered from the inner wall surface out of the scattered light from the optical path distributing unit via the first optical path; and the second Scattered light collected by the light collecting means is used as a scattering spot on the inner wall surface. Read by the fourth imaging element, the second imaging element that reads the scattered light from the optical path distribution means via the second optical path as a regular reflection spot, and the third and fourth imaging elements. And a thickness calculation means for calculating the displacement of the center position of the container and the thickness of the displaced center position based on the position information of the scattered spot and the specular reflection spot read by the second image sensor. It is characterized by that.
上記の構成によれば、上記光路分配手段から第1光路を介した散乱光のうち、外壁面から散乱される散乱光を集光する第1の集光手段と、上記第1の集光手段により集光された散乱光を、上記外壁面の散乱スポットとして読み取る第3の撮像素子と、上記光路分配手段から第1光路を介した散乱光のうち、内壁面から散乱される散乱光を集光する第2の集光手段と、上記第2の集光手段により集光された散乱光を、上記内壁面の散乱スポットとして読み取る第4の撮像素子とを備えているので、容器の外壁面または内壁面の微小変化に対する感度が良好になるとともに、さらに、集光手段の収差による測定誤差も小さくできるという利点がある。 According to said structure, the 1st condensing means which condenses the scattered light scattered from an outer wall surface among the scattered lights via the 1st optical path from the said optical path distribution means, and the said 1st condensing means The third imaging device that reads the scattered light collected by the above as a scattering spot on the outer wall surface, and the scattered light scattered from the inner wall surface among the scattered light passing through the first optical path from the optical path distribution means is collected. Since it has the 2nd condensing means to light and the 4th image sensor which reads the scattered light condensed by the 2nd condensing means as a scattering spot of the inner wall surface, it is provided with the outer wall surface of the container Alternatively, there is an advantage that the sensitivity to a minute change of the inner wall surface becomes good and the measurement error due to the aberration of the light collecting means can be reduced.
本発明の肉厚測定方法は、上記の課題を解決するために、容器の外壁面及び内壁面から散乱される散乱光を検出することにより、容器の肉厚を測定する肉厚測定方法であって、容器の外壁面及び内壁面から散乱される散乱光を、第1光路とその第1光路とは異なる第2光路とに分配し、第1光路を介した散乱光を集光し、第1の撮像素子にて上記外壁面及び上記内壁面の散乱スポットとして読み取り、第2光路を介した散乱光を、第2の撮像素子にて正反射スポットとして読み取り、上記第1の撮像素子にて読み取られた散乱スポット、及び第2の撮像素子にて読み取られた正反射スポットの位置情報に基づいて、容器の中心位置の変位とその変位した中心位置に対する肉厚を計算することを特徴としている。
The wall thickness measuring method of the present invention is a wall thickness measuring method for measuring the wall thickness of a container by detecting scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container in order to solve the above problems. The scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container is distributed to the first optical path and a second optical path different from the first optical path, and the scattered light via the first optical path is collected, The
上記の構成によれば、上記第1の撮像素子にて読み取られた散乱スポット、及び第2の撮像素子にて読み取られた正反射スポットの位置情報に基づいて、容器の中心位置の変位とその変位した中心位置に対する肉厚を計算するので、実際の肉厚測定時に容器の中心が触れ回り等により変位した場合にも、容器の中心位置を適切に検出することが可能になる。そして、上記の構成によれば、肉厚計算手段は、その変位した中心位置に対する肉厚を計算するので、中心位置の触れ回り等に生じる測定誤差を軽減することが可能になる。このため、上記の構成によれば、容器の中心が触れ回り等により変位した場合にも、高精度な肉厚測定が可能な容器の肉厚測定方法を提供できる。 According to said structure, based on the positional information on the scattering spot read by the said 1st image sensor, and the regular reflection spot read by the 2nd image sensor, the displacement of the center position of a container and its Since the thickness with respect to the displaced center position is calculated, the center position of the container can be appropriately detected even when the center of the container is displaced by touching or the like during actual thickness measurement. And according to said structure, since the thickness calculation means calculates the thickness with respect to the displaced center position, it becomes possible to reduce the measurement error which arises around the center position. For this reason, according to said structure, even when the center of a container displaces by touching etc., the thickness measuring method of a container which can measure a highly accurate thickness can be provided.
本発明の肉厚測定方法は、上記の課題を解決するために、容器の外壁面及び内壁面から散乱される散乱光を検出することにより、容器の肉厚を測定する肉厚測定方法であって、容器の外壁面及び内壁面から散乱される散乱光を、第1光路とその第1光路とは異なる第2光路とに分配し、第1光路を介した散乱光のうち、外壁面から散乱される散乱光を集光し、第3の撮像素子にて上記外壁面の散乱スポットとして読み取り、第1光路を介した散乱光のうち、内壁面から散乱される散乱光を集光し、第4の撮像素子にて上記内壁面の散乱スポットとして読み取り、第2光路を介した散乱光を、第2の撮像素子にて正反射スポットとして読み取り、上記第3及び第4の撮像素子にて読み取られた散乱スポット、及び第2の撮像素子にて読み取られた正反射スポットの位置情報に基づいて、容器の中心位置の変位とその変位した中心位置に対する肉厚を計算することを特徴としている。 The wall thickness measuring method of the present invention is a wall thickness measuring method for measuring the wall thickness of a container by detecting scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container in order to solve the above problems. The scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container is distributed to the first optical path and the second optical path different from the first optical path, and the scattered light passing through the first optical path is separated from the outer wall surface. Condensed scattered light scattered, read as a scattering spot on the outer wall surface with a third image sensor, condensing scattered light scattered from the inner wall surface among the scattered light via the first optical path, The fourth image sensor reads as a scattering spot on the inner wall surface, and the scattered light passing through the second optical path is read as a regular reflection spot by the second image sensor, and the third and fourth image sensors are used. Read by the scattered spot and the second image sensor Based on the position information of the specularly reflected spot it is characterized by calculating the thickness for displacement and its displaced center position of the center of the container.
上記の構成によれば、第1光路を介した散乱光のうち、外壁面から散乱される散乱光を集光し、第3の撮像素子にて上記外壁面の散乱スポットとして読み取り、第1光路を介した散乱光のうち、内壁面から散乱される散乱光を集光し、第4の撮像素子にて上記内壁面の散乱スポットとして読み取るので、容器の外壁面または内壁面の微小変化に対する感度が良好になるとともに、さらに、集光手段の収差による測定誤差も小さくできるという利点がある。 According to said structure, the scattered light scattered from an outer wall surface among the scattered lights via a 1st optical path is condensed, and it reads as a scattered spot of the said outer wall surface with a 3rd image pick-up element, and the 1st optical path The scattered light scattered from the inner wall surface among the scattered light via the light is collected and read as a scattered spot on the inner wall surface by the fourth image sensor, so that it is sensitive to minute changes in the outer wall surface or inner wall surface of the container. And the measurement error due to the aberration of the condensing means can be reduced.
本発明の肉厚測定装置は、以上のように、容器の外壁面にレーザー光を照射するレーザー光源と、上記散乱光を、第1光路とその第1光路とは異なる第2光路とに分配する光路分配手段と、上記光路分配手段から第1光路を介した散乱光を集光する集光手段と、上記集光手段により集光された散乱光を、上記外壁面及び上記内壁面の散乱スポットとして読み取る第1の撮像素子と、上記光路分配手段から第2光路を介した散乱光を、正反射スポットとして読み取る第2の撮像素子と、上記第1の撮像素子にて読み取られた散乱スポット、及び第2の撮像素子にて読み取られた正反射スポットの位置情報に基づいて、容器の中心位置の変位とその変位した中心位置に対する肉厚を計算する肉厚計算手段とを備えた構成である。 As described above, the thickness measuring apparatus of the present invention distributes the scattered light to the first optical path and the second optical path different from the first optical path, by irradiating the outer wall surface of the container with the laser light. Optical path distributing means, condensing means for condensing scattered light from the optical path distributing means via the first optical path, and scattering light collected by the condensing means on the outer wall surface and the inner wall surface. A first imaging element that reads as a spot, a second imaging element that reads scattered light from the optical path distribution means via the second optical path as a regular reflection spot, and a scattering spot that is read by the first imaging element And a thickness calculating means for calculating the displacement of the center position of the container and the thickness of the displaced center position based on the position information of the specular reflection spot read by the second image sensor. is there.
また、本発明の肉厚測定方法は、以上のように、容器の外壁面及び内壁面から散乱される散乱光を、第1光路とその第1光路とは異なる第2光路とに分配し、第1光路を介した散乱光を集光し、第1の撮像素子にて上記外壁面及び上記内壁面の散乱スポットとして読み取り、第2光路を介した散乱光を、第2の撮像素子にて正反射スポットとして読み取り、上記第1の撮像素子にて読み取られた散乱スポット、及び第2の撮像素子にて読み取られた正反射スポットの位置情報に基づいて、容器の中心位置の変位とその変位した中心位置に対する肉厚を計算する構成である。 Further, as described above, the thickness measuring method of the present invention distributes the scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container to the first optical path and the second optical path different from the first optical path, The scattered light passing through the first optical path is collected, read by the first image sensor as a scattering spot on the outer wall surface and the inner wall surface, and the scattered light passing through the second optical path is read by the second image sensor. Displacement of the center position of the container and its displacement based on the position information of the scatter spot read by the first image sensor and the specular spot read by the second image sensor as a specular spot. In this configuration, the wall thickness with respect to the center position is calculated.
また、本発明の肉厚測定装置は、以上のように、容器の外壁面にレーザー光を照射するレーザー光源と、上記散乱光を、第1光路とその第1光路とは異なる第2光路とに分配する光路分配手段と、上記光路分配手段から第1光路を介した散乱光のうち、外壁面から散乱される散乱光を集光する第1の集光手段と、上記第1の集光手段により集光された散乱光を、上記外壁面の散乱スポットとして読み取る第3の撮像素子と、上記光路分配手段から第1光路を介した散乱光のうち、内壁面から散乱される散乱光を集光する第2の集光手段と、上記第2の集光手段により集光された散乱光を、上記内壁面の散乱スポットとして読み取る第4の撮像素子と、上記光路分配手段から第2光路を介した散乱光を、正反射スポットとして読み取る第2の撮像素子と、上記第3及び第4の撮像素子にて読み取られた散乱スポット、及び第2の撮像素子にて読み取られた正反射スポットの位置情報に基づいて、容器の中心位置の変位とその変位した中心位置に対する肉厚を計算する肉厚計算手段とを備えた構成である。 In addition, as described above, the thickness measuring apparatus of the present invention includes a laser light source that irradiates laser light on the outer wall surface of the container, and the scattered light that is separated from the first optical path and the second optical path different from the first optical path. An optical path distribution unit that distributes the light, a first condensing unit that collects the scattered light scattered from the outer wall surface among the scattered light from the optical path distribution unit via the first optical path, and the first condensing unit. A third imaging element that reads the scattered light collected by the means as a scattered spot on the outer wall surface, and scattered light scattered from the inner wall surface among the scattered light from the optical path distribution means via the first optical path. A second light collecting means for collecting light, a fourth imaging element for reading the scattered light collected by the second light collecting means as a scattered spot on the inner wall surface, and a second optical path from the optical path distributing means. 2nd image of reading scattered light through Based on the positional information of the element, the scattering spot read by the third and fourth imaging elements, and the specular reflection spot read by the second imaging element, the displacement of the center position of the container and its displacement And a thickness calculating means for calculating the thickness with respect to the center position.
また、本発明の肉厚測定方法は、以上のように、容器の外壁面及び内壁面から散乱される散乱光を、第1光路とその第1光路とは異なる第2光路とに分配し、第1光路を介した散乱光のうち、外壁面から散乱される散乱光を集光し、第3の撮像素子にて上記外壁面の散乱スポットとして読み取り、第1光路を介した散乱光のうち、内壁面から散乱される散乱光を集光し、第4の撮像素子にて上記内壁面の散乱スポットとして読み取り、第2光路を介した散乱光を、第2の撮像素子にて正反射スポットとして読み取り、上記第3及び第4の撮像素子にて読み取られた散乱スポット、及び第2の撮像素子にて読み取られた正反射スポットの位置情報に基づいて、容器の中心位置の変位とその変位した中心位置に対する肉厚を計算する構成である。 Further, as described above, the thickness measuring method of the present invention distributes the scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container to the first optical path and the second optical path different from the first optical path, Of the scattered light that passes through the first optical path, the scattered light that is scattered from the outer wall surface is collected and read as a scattered spot on the outer wall surface by a third image sensor, and the scattered light that passes through the first optical path The scattered light scattered from the inner wall surface is collected and read as a scattered spot on the inner wall surface by the fourth image sensor, and the scattered light passing through the second optical path is specularly reflected by the second image sensor. The displacement of the center position of the container and its displacement based on the position information of the scattering spot read by the third and fourth image sensors and the specular spot read by the second image sensor In this configuration, the wall thickness with respect to the center position is calculated.
これにより、実際の肉厚測定時に容器の中心が触れ回り等により変位した場合にも、容器の中心位置を適切に検出することが可能になる。そして、肉厚計算手段は、その変位した中心位置に対する肉厚を計算するので、中心位置の触れ回り等に生じる測定誤差を軽減することが可能になる。それゆえ、容器の中心が触れ回り等により変位した場合にも、高精度な肉厚測定を実現することができる。 This makes it possible to appropriately detect the center position of the container even when the center of the container is displaced by touching or the like during actual wall thickness measurement. And since the thickness calculation means calculates the thickness with respect to the displaced center position, it becomes possible to reduce the measurement error that occurs around the center position. Therefore, even when the center of the container is displaced by touching or the like, highly accurate wall thickness measurement can be realized.
本発明は、ビン表面及び裏面における光(レーザー光)照射領域からの散乱光と正反射光との両者を併用し、肉厚を測定するというものである。本発明では、まず、ビン表面及び裏面における正反射光からビンの中心位置を測定している(以下、正反射法と記す)。そして、その中心位置に対する散乱光を撮像素子により結像し、その結像点に基づき正確な肉厚値を算出している(以下、結像法と記す)。 In the present invention, both the scattered light from the light (laser light) irradiation region and the regular reflection light on the front and back surfaces of the bin are used together to measure the thickness. In the present invention, first, the center position of the bin is measured from the specularly reflected light on the front and back surfaces of the bin (hereinafter referred to as a regular reflection method). Then, the scattered light with respect to the center position is imaged by the imaging device, and an accurate thickness value is calculated based on the imaging point (hereinafter referred to as an imaging method).
容器の肉厚の測定は、結像法、正反射法いずれか一方の方法でも可能である。正反射法により容器の肉厚を測定する場合、その容器の反射特性から、測定表面がほぼ鏡面状になっているということが必要になる。しかしながら、現実のビンでは、局所的に散乱面である、あるいは、測定表面の法線方向が他の領域の法線方向と大きく傾いていることがある。このような場合、反射光強度が撮像素子における受光面の全面で均一になる、あるいは、反射光のスポットが受光面から大きくずれることがある。その結果、正反射法により容器の肉厚を測定する場合、測定不能になることがある。 The thickness of the container can be measured by either the imaging method or the regular reflection method. When the thickness of a container is measured by the specular reflection method, it is necessary that the measurement surface is substantially mirror-like due to the reflection characteristics of the container. However, in an actual bin, it may be a scattering surface locally, or the normal direction of the measurement surface may be greatly inclined with respect to the normal direction of other regions. In such a case, the reflected light intensity may be uniform over the entire surface of the light receiving surface of the image sensor, or the spot of the reflected light may deviate greatly from the light receiving surface. As a result, when measuring the thickness of the container by the specular reflection method, measurement may be impossible.
一方、測定の精度的なことを考えると、正反射法による肉厚測定は、精度が高い。したがって、結像法と正反射法との併用がベストと考えられる。従来の肉厚測定は、中心位置が固定された容器に対して行われる。しかしながら、この場合、中心位置の変位により、レーザー光の入射角度が変化してしまい、その変化分に対応した測定誤差が生じることになる。 On the other hand, considering the accuracy of measurement, the thickness measurement by the specular reflection method is highly accurate. Therefore, the combined use of the imaging method and the regular reflection method is considered the best. Conventional wall thickness measurement is performed on a container whose center position is fixed. However, in this case, the incident angle of the laser beam changes due to the displacement of the center position, and a measurement error corresponding to the change occurs.
本発明では、上記の結像法と正反射法の2つの方法、特に正反射法を測定時の中心位置の変位検出に利用する一方、特に結像法を本来の肉厚測定に利用した、いわゆる併用法により容器の肉厚を測定している。これにより、中心位置の変位に対応した測定誤差が生じない高精度な肉厚測定を実現することができる。 In the present invention, the two methods of the imaging method and the specular reflection method, particularly the specular reflection method, are used for detecting the displacement of the center position at the time of measurement, while the imaging method is particularly used for the original thickness measurement. The thickness of the container is measured by a so-called combination method. Thereby, it is possible to realize a highly accurate thickness measurement that does not cause a measurement error corresponding to the displacement of the center position.
本発明の一実施形態について図1ないし図16基づいて説明すると以下の通りである。図1は、本実施形態の肉厚測定装置のシステム例を示す説明図である。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a system example of the thickness measuring apparatus according to the present embodiment.
図1に示すように、本実施形態の肉厚測定装置(以下、本肉厚測定装置と記す)は、大きくセンサー部1とデータ処理部2とで構成されている。本肉厚測定装置は、容器3の肉厚を測定するための装置である。本実施形態において、本肉厚測定装置は、動的に変位する容器3の肉厚をリアルタイムに測定する。
As shown in FIG. 1, the wall thickness measuring device of the present embodiment (hereinafter referred to as the wall thickness measuring device) is mainly composed of a
センサー部1は、図1に示すように、測定部4、及びCPU(コンピューター)5を備えている。測定部4は、容器3の肉厚について測定したデータをCPU5に送信する。CPU5は、測定部4から入力されるデータに基づいて、容器3の肉厚を計算する。CPU5による肉厚の計算は、主にデータ処理部2により行われる。なお、ここでいう「肉厚計算手段」とは、CPU5とデータ処理部2とを備えたものを意味する。
As shown in FIG. 1, the
測定部4は、図1に示すように、制御部7、検出部8、増幅器9、増幅器9’、A/D(Analog/Digital)変換器10、及びA/D変換器10’を備えている。測定部4の制御部7は、測定部4全体の制御を行うためのものである。検出部5は、レーザー光源11、ハーフミラー(光分配手段)12、レンズ(集光手段)13、CCDA(第1の撮像素子)、及びCCDB(第2の撮像素子)を備えている。検出部5は、制御部7の制御に応じてレーザー光源11からレーザー光を出力し、容器3の外壁面Mの照射位置S1にレーザー光を照射させている。そして、容器3の外壁面M及び内壁面Nから散乱された散乱光を、ハーフミラー12及びレンズ13を介してCCDA及びCCDBにて読み取っている。検出部5は、CCDA及びCCDBにて読み取られた位置情報に基づいたアナログ信号をそれぞれ、増幅器9及び増幅器9’へと出力する。
As shown in FIG. 1, the
増幅器9及び増幅器9’は、アナログ信号を増幅する装置であり、検出部5のCCDA及びCCDBから入力されるアナログ信号を増幅してA/D変換器7及びA/D変換器7’へと出力する。A/D変換器10及びA/D変換器10’は、アナログ信号をデジタル信号に変換するものである。
The
ここで、本実施形態の検出部5のより詳細な構成について説明する。図1に示すように、検出部5は、CCDAと容器3との間にレンズ13が設けられ、レンズ3と容器3との間に、ハーフミラー12が設けられた構成となっている。
Here, a more detailed configuration of the
検出部5では、レーザー光源11からレーザー光が出射されて、容器3の外壁面Mの照射位置S1へと入射する。照射位置S1に入射されたレーザー光は、容器3の外壁面Mにて散乱する散乱光SA3と、容器3の内壁面Nの点S2にて散乱する散乱光SB3とになる。そして、これら両散乱光は、ハーフミラー12に導かれる。
In the
ハーフミラー12は、上記の両散乱光(散乱光SA3及び散乱光SB3)を、CCDAへ導く散乱光(第1光路を介した散乱光)とCCDBへ導く散乱光(第2光路を介した散乱光)とに分配する光分配手段として機能している。CCDAへ導かれた散乱光SA3及び散乱光SB3は、レンズ13により、CCDA上で集光される。CCDAは、レンズ13により集光された散乱光SA3及び散乱光SB3を、外壁面M及び内壁面Nの散乱スポットとして撮像(結像)し読み取るものである。
The
一方、CCDBへ導かれた散乱光は、CCDB上にて受光される。CCDBは、散乱光SA3及び散乱光SB3を、外壁面M及び内壁面Nの正反射スポットとして受光するものである。なお、散乱光SA3及び散乱光SB3が受光されると、その受光スポットは、ある程度の広がりを持つ。CCDBは、このような受光スポットのうち最も光量が大きい点を、正反射スポットとして読み取る。 On the other hand, the scattered light guided to the CCD B is received by the CCD B. The CCD B receives the scattered light S A3 and the scattered light S B3 as regular reflection spots on the outer wall surface M and the inner wall surface N. Note that when the scattered light S A3 and the scattered light S B3 are received, the light receiving spots have a certain extent. The CCD B reads the point having the largest light quantity among such light receiving spots as a regular reflection spot.
このように本肉厚測定装置では、CCDAが、外壁面M及び内壁面Nの散乱スポットとして読み取る一方、CCDBが、散乱光SA3及び散乱光SB3を正反射スポットとして読み取るようになっている。CCDAにて結像された散乱スポットは、ある程度のコントラストを有しており、鮮明にかつ照射面の大きさ程度に映る。一方、CCDBにて受光される正反射スポットは、集光されたスポットではないので、その中心の光強度が最大となって周辺に向かうに従い光強度が弱くなるように映る。また、正反射スポットにおける光強度の傾向は、照射面(容器3の外壁面M)の散乱度が大きいほど強くなる。 Thus, in this thickness measuring apparatus, CCD A reads as scattered spots on outer wall surface M and inner wall surface N, while CCD B reads scattered light S A3 and scattered light S B3 as regular reflection spots. ing. The scattered spot imaged by the CCD A has a certain degree of contrast, and is reflected clearly and about the size of the irradiated surface. On the other hand, since the regular reflection spot received by the CCD B is not a focused spot, the light intensity at the center is maximized, and the light intensity appears to decrease toward the periphery. Moreover, the tendency of the light intensity in a regular reflection spot becomes so strong that the scattering degree of an irradiation surface (outer wall surface M of the container 3) is large.
本肉厚測定装置では、散乱スポット及び正反射スポットにおける性質の違いを利用して、散乱光に関する読み取り情報と正反射光に関する読み取り情報とを区別するようになっている。 In the present thickness measuring apparatus, the read information regarding the scattered light and the read information regarding the regular reflection light are distinguished from each other by utilizing the difference in properties between the scattering spot and the regular reflection spot.
本肉厚測定装置では、CCDA及びCCDB上で結像された読み取り位置情報の信号が、増幅器9・9’、及びA/D変換器10・10’によって、増幅・離散化されてCPU5へと導かれる。
In this thickness measuring apparatus, the signals of the reading position information imaged on the CCD A and the CCD B are amplified and discretized by the
CPU5に導かれた読み取り位置情報の信号は、データ処理部2へ転送される。データ処理部2は、読み取り位置情報の信号に基づいて、容器3の肉厚の計算、判定、及びモニタリングを行うものである。CPU5とデータ処理部2とは、チャネルリンクドライバー18及びチャネルリンクレシーバー19により接続されており、読み取り位置情報の信号が高速にデータ処理部2へ転送されるようになっている。
The signal of the reading position information guided to the
チャネルリンクドライバー18及びチャネルリンクレシーバー19は、LVDS(Low Voltage Differential Signaling(小振幅差動信号))を用いた高速通信インターフェースの仕様となっている。このインターフェースは、4本の7ビットシリアルとクロックラインとを使用することにより、小配線と高速化とを実現している。また、このインターフェースには、ドライバー(送信)ICとレシーバー(受信)ICとが対になって使用される。 The channel link driver 18 and the channel link receiver 19 are specifications of a high-speed communication interface using LVDS (Low Voltage Differential Signaling). This interface achieves small wiring and high speed by using four 7-bit serials and a clock line. In addition, a driver (transmission) IC and a receiver (reception) IC are used as a pair for this interface.
データ処理部2は、図1に示すように、FPGA部14、DSP部15、判定部16、及び表示部17を備えている。
As shown in FIG. 1, the
FPGA(Field Programmable Gate Array)部14は、プログラム可能なIC回路である。FPGA部14は、ロジック回路(論理回路)に加え、マイクロプロセッサやASICの設計図を送り込んでIC回路を構成する。また、このFPGA部14は、再構成可能となっており、何度も書き換え可能な回路構成となっている。
The FPGA (Field Programmable Gate Array)
また、DSP(Digital Signal Processor)部15は、CCDA及びCCDB上で結像された読み取り位置情報の信号に基づいて、容器3の肉厚を計算するものである。このDSP部15は、高速にデジタル演算をさせるためのプロセッサーである。本肉厚測定装置において、画像(CCDA及びCCDBにて読み取られた画像)といった大量のデジタルデータを高速に演算・処理することは、システムを管理するCPU5にとって大きなボトルネックとなる。このため、本肉厚測定装置では、このような演算・処理をDSP部15に処理させている。それゆえ、DSP部15の内部構造は、このような演算を高速に行えるような構造になっている。
The DSP (Digital Signal Processor) 15 calculates the thickness of the
そして、判定部16は、DSP部15にて計算された容器3の肉厚の良否を判定する。表示部17は、DSP部にて計算された容器3の肉厚、及び判定部16による肉厚の良否の判定結果等を表示するものである。
Then, the
具体的には、DSP部15は、CCDA及びCCDB上で結像された読み取り位置情報を用いて、後述する正反射法により肉厚測定毎に中心位置に移動する容器3の中心位置を計算するとともに、その中心位置に対する容器3の肉厚を計算する。これにより、本肉厚測定装置では、容器3の中心が触れ回り等により変位した場合にも、従来よりも高精度な肉厚測定を実現することができる。
Specifically, the
また、判定部16は、このように計算された容器3の肉厚が適切なものであるのかどうかを判定するものであり、製造される容器3の設定肉厚値に基づいて不良品であるか否かを判定する。
Moreover, the
容器が破損する理由としては、肉厚が薄いことに加え、肉厚が厚いことも考えられる。容器の肉厚が局所的に厚い場合であっても、境界部(肉厚が厚い部分と肉厚が薄い部分との境界部)で破損することがある。判定部16は、測定された肉厚値が、設定肉厚値を基準として所定の範囲内に収まっていれば、正常な製品であると判定する。そして、測定された肉厚値が、所定の範囲外になっている場合には、不良品であると判定する。例えば、容器3がビール瓶である場合、判定部16による肉厚の良否判定の範囲は、3.5mm±0,1mmである。
The reason why the container breaks may be that the wall thickness is large in addition to the thin wall thickness. Even when the thickness of the container is locally thick, the container may be damaged at the boundary portion (the boundary portion between the thick wall portion and the thin wall portion). The
以下、結像法による容器の肉厚測定、及び正反射法による容器の中心位置の測定について、さらに詳述する。 Hereinafter, the measurement of the container thickness by the imaging method and the measurement of the center position of the container by the regular reflection method will be described in more detail.
〔1. 結像法による容器の肉厚測定〕
〔1.1 測定原理(結像法)〕
結像法は、ビン等の容器の外壁面(表面)と内壁面(裏面)とからの両散乱光を像面(CCDカメラ上に)上に結像することを利用したものである。ビン肉厚やビン中心位置の変位によって、これらの散乱面が上下に変位すると、CCD上での両結像点が移動する。そして、この変位による両結像点の移動量を測定することにより、ビン肉厚が測定可能になる。ビン等の容器は、所定の曲率を有している。このため、結像法による肉厚測定のための理論的な解析は、勿論所定の曲率に対して行うべきである。
[1. (Measurement of container wall thickness by imaging method)
[1.1 Measurement principle (imaging method)]
The imaging method utilizes the fact that both scattered lights from the outer wall surface (front surface) and the inner wall surface (back surface) of a container such as a bottle are imaged on the image plane (on the CCD camera). When these scattering surfaces are displaced up and down due to the displacement of the bin thickness or the bin center position, both imaging points on the CCD move. Then, by measuring the amount of movement of both imaging points due to this displacement, the bin thickness can be measured. A container such as a bottle has a predetermined curvature. For this reason, the theoretical analysis for measuring the thickness by the imaging method should of course be performed for a predetermined curvature.
しかしながら、まず、1.2にて、理論的な解析の容易さを考慮して、表面と裏面とが互いに平行な透明平行板(これは、ビンの曲率を無限大と仮定した場合に相当する)における肉厚測定について検討する。なお、この解析は、本発明における、曲率を有したビンの解析結果の正当性やシミュレーション結果の推定に利用することができる。次いで、1.3にて、本発明の目的であるガラスビン等の容器における肉厚測定について検討する。 However, first, in 1.2, considering the ease of theoretical analysis, a transparent parallel plate whose front and back surfaces are parallel to each other (this corresponds to the case where the curvature of the bin is assumed to be infinite). ) Will be examined. This analysis can be used for the validity of the analysis result of the bin having the curvature and the estimation of the simulation result in the present invention. Next, in 1.3, the thickness measurement in a container such as a glass bottle, which is the object of the present invention, will be examined.
〔1.2 透明平行板の肉厚測定法〕
結像法を利用した光学系には、表面と裏面との両者を1枚のレンズで結像する1枚レンズ法と、2枚のレンズで結像する2枚レンズ法の、2つの光学系が考えられる。本発明では、1枚レンズ法と2枚レンズ法との何れを適用してもよい。
[1.2 Thickness measurement method of transparent parallel plate]
The optical system using the imaging method includes two optical systems: a one-lens method that forms an image on both the front and back surfaces with a single lens, and a two-lens method that forms an image with two lenses. Can be considered. In the present invention, either the single lens method or the double lens method may be applied.
当然のことながら、1枚レンズ法は、光学系の構成が単純であるという利点がある。しかしながら、1枚レンズ法では、レンズの収差等による測定誤差が大きくなるという欠点がある。一方、2枚レンズ法は、光学系の構成が複雑になるという利点がある。しかしながら、2枚レンズ法では、レンズの収差等による測定誤差が小さくなるという欠点がある。それゆえ、本発明において、1枚レンズ法と2枚レンズ法との何れを適用するかは、測定誤差の許容範囲に依存する。以下、1枚レンズ法、及び2枚レンズ法について、説明する。 As a matter of course, the single lens method has an advantage that the configuration of the optical system is simple. However, the single lens method has a drawback that a measurement error due to lens aberration or the like becomes large. On the other hand, the two-lens method has an advantage that the configuration of the optical system becomes complicated. However, the two-lens method has a drawback that measurement errors due to lens aberration and the like are reduced. Therefore, in the present invention, which of the single lens method and the double lens method is applied depends on the tolerance of the measurement error. Hereinafter, the single lens method and the double lens method will be described.
〔1.2.1 1枚レンズ法〕
図2は、1枚レンズ法(結像法)による肉厚測定の原理を説明するための説明図である。1枚レンズ法では、肉厚Xの透明平行板にレーザー光G1を入射角度θで照射している。そして、透明平行板の表面Eおよび裏面Fから散乱する散乱光Sを、焦点距離fのレンズLにより集光し、CCDカメラ(以下、単にCCDと記す)上に結像させる。ここで、散乱光Sの光軸をD−D’とする。
[1.2.1 Single lens method]
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the principle of thickness measurement by the single lens method (imaging method). In the single lens method, a transparent parallel plate having a thickness X is irradiated with laser light G 1 at an incident angle θ. Then, the scattered light S scattered from the front surface E and the back surface F of the transparent parallel plate is collected by a lens L having a focal length f and imaged on a CCD camera (hereinafter simply referred to as a CCD). Here, it is assumed that the optical axis of the scattered light S is DD ′.
なお、図2では、レーザー光G1は、透明平行板の表面E上の物点A0に照射される。そして、レーザー光G1は、表面Eにて角度θを中心とした様々な方向に散乱する散乱光SAと、屈折角度rで屈折し裏面Fの物点C0に到達する屈折光とに分かれる。そして、この屈折光は、裏面Fの物点C0にて角度rを中心とした様々な方向に散乱し、表面Eの物点B0に到達後、角度θを中心とした様々な方向に出射される。図2では、裏面Fの物点C0にて散乱する散乱光を散乱光SBとしている。散乱光SAは、レンズLを経て、CCDの結像点A0’に集光される。一方、裏面Fの物点C0にて角度rで散乱した散乱光SBは、レンズLを経て、CCDの結像点B0’に集光される。これにより、表面E上の物点A0は、CCDの結像点A0’にて結像される一方、裏面Fの物点C0は、CCDの結像点B0’にて結像される。 In FIG. 2, the laser beam G 1 is irradiated to the object point A 0 on the surface E of the transparent parallel plate. Then, the laser beam G 1 includes a scattered light S A scattered in various directions around the angle θ at the surface E, a refractive light reaching the object point C 0 of the back surface F refracted at refraction angle r Divided. Then, this refracted light is scattered in various directions centered on the angle r at the object point C 0 on the back surface F, and after reaching the object point B 0 on the surface E, in various directions centered on the angle θ. Emitted. In FIG. 2, the scattered light that is scattered at the object point C 0 of the back surface F and the scattered light S B. The scattered light S A passes through the lens L and is condensed on the image forming point A 0 ′ of the CCD. On the other hand, the scattered light S B scattered at an angle r at the object point C 0 on the back surface F passes through the lens L and is condensed on the image forming point B 0 ′ of the CCD. Thereby, the object point A 0 on the front surface E is imaged at the CCD image forming point A 0 ′, while the object point C 0 on the back surface F is imaged at the CCD image forming point B 0 ′. Is done.
そのとき、結像点A0’及びB0’は、図示のように、透明平行板の肉厚Xに依存する。すなわち、図2に示す結像点A0’と結像点B0’との間隔(LA+LB)は、透明平行板の肉厚Xに依存している。それゆえ、1レンズ法では、CCD上の結像点(A0’及びB0’)に基づいて肉厚Xを測定することが可能になる。1レンズ法は、CCD上の結像点(A0’及びB0’)から肉厚Xを測定する点を測定原理としている。 At that time, the imaging points A 0 ′ and B 0 ′ depend on the thickness X of the transparent parallel plate as shown in the figure. That is, the distance (L A + L B ) between the imaging point A 0 ′ and the imaging point B 0 ′ shown in FIG. 2 depends on the thickness X of the transparent parallel plate. Therefore, in the one-lens method, the thickness X can be measured based on the imaging points (A 0 ′ and B 0 ′) on the CCD. In the one-lens method, the measurement principle is that the thickness X is measured from the image formation points (A 0 ′ and B 0 ′) on the CCD.
なお、図2に示される光学系における位置Dは、A0−B0間の中心位置となっている。しかしながら、この1レンズ法を用いた光学系では、この位置Dは、A0−B0間の中心位置である必要はない。この位置Dは、CCDの中心D’とレンズLの中心Oとを結ぶ直線が、基準として設置された透明平行板と交わる交点であり、予め決められた位置である。 Note that the position D in the optical system shown in FIG. 2 is the center position between A 0 and B 0 . However, in the optical system using this one-lens method, the position D does not have to be a center position between A 0 and B 0 . The position D is an intersection where a straight line connecting the center D ′ of the CCD and the center O of the lens L intersects the transparent parallel plate installed as a reference, and is a predetermined position.
このように、1枚レンズ法では、図2に示すように、表面Eからの散乱光SAがCCDにて結像された結像点A0’、及び裏面Fからの散乱光SBがCCDにて結像された結像点B0’の両者がともに、CCDカメラ上の中心点D’からかなり離れた位置に結像される。このため、1レンズ法では、肉厚検出感度が低下するとともに、肉厚測定誤差が大きくなる。 Thus, in the single lens method, as shown in FIG. 2, the image formation point A 0 ′ where the scattered light S A from the front surface E is imaged by the CCD and the scattered light S B from the back surface F are Both of the image formation points B 0 ′ imaged by the CCD are imaged at a position considerably distant from the center point D ′ on the CCD camera. For this reason, in the one-lens method, the thickness detection sensitivity decreases and the thickness measurement error increases.
なお、透明平行板の標準肉厚Xは、簡単な幾何学的手法により求めることが可能である。より具体的には、レーザー光G1の屈折角をr、透明平行板の屈折率をnとすれば、以下の式(1)の関係が成立する。この式(1)の関係から、透明平行板の標準肉厚Xを求めることが可能である。
X={acosθsin(φA+φB)}/{2tanrcos(θ+φA)cos(θ−φB)} (1)
ここで、
sinθ/sinr=n, (1−1)
1/a+1/b=1/f, (1−2)
tanφA=LA/b, tanφB=LB/b. (1−3)
これらの式において、aは物体距離(透明平行板とレンズLとの距離)であり、bは像距離(CCDとレンズLとの距離)であり、fはレンズLの焦点距離である。また、φはレンズから眺めた立体角度である。つまり、式中φAは、CCDの原点位置D’とレンズLの中心Oとを結ぶ直線と、CCD上の結像点A0とレンズLの中心Oとを結ぶ直線とにより形成される角度を示し、φBは、CCDの原点位置D’とレンズLの中心Oとを結ぶ直線と、CCD上の結像点B0とレンズLの中心Oとを結ぶ直線とにより形成される角度を示す。
The standard thickness X of the transparent parallel plate can be obtained by a simple geometric technique. More specifically, if the refraction angle of the laser beam G 1 r, the refractive index of the transparent parallel plate is n, the relationship of the following equation (1) holds. From the relationship of this formula (1), it is possible to obtain the standard thickness X of the transparent parallel plate.
X = {acos θsin (φ A + φ B )} / {2 tanr cos (θ + φ A ) cos (θ−φ B )} (1)
here,
sinθ / sinr = n, (1-1)
1 / a + 1 / b = 1 / f, (1-2)
tanφ A = L A / b, tanφ B = L B / b. (1-3)
In these equations, a is the object distance (distance between the transparent parallel plate and the lens L), b is the image distance (distance between the CCD and the lens L), and f is the focal length of the lens L. Φ is a solid angle viewed from the lens. That is, φ A is an angle formed by a straight line connecting the origin position D ′ of the CCD and the center O of the lens L and a straight line connecting the imaging point A 0 on the CCD and the center O of the lens L. Φ B represents an angle formed by a straight line connecting the origin position D ′ of the CCD and the center O of the lens L, and a straight line connecting the imaging point B 0 on the CCD and the center O of the lens L. Show.
上述の肉厚測定方法では、被測定透明平行板の表面が測定毎に上下に変化しないことを前提としている。しかしながら、実際の測定、すなわちリアルタイム測定では、被測定透明平行板の表面及び裏面は、肉厚測定毎に上下に変位することもある(なお、このような変位は、例えば所定の曲率を有する容器である場合、その中心位置がずれる変位に対応している)。 The above-described thickness measurement method is based on the premise that the surface of the transparent parallel plate to be measured does not change up and down for each measurement. However, in actual measurement, that is, real-time measurement, the front and back surfaces of the transparent parallel plate to be measured may be displaced up and down every time the thickness is measured (in addition, such displacement is, for example, a container having a predetermined curvature). Corresponds to a displacement in which the center position is deviated).
図2に示すように、上下の変位により、表面Eが変位Δy1だけ変位した表面を表面E’とし、裏面Fが変位Δy2だけ変位した裏面を裏面F’とした場合、レーザー光G1の光路は、破線のようになる。すなわち、レーザー光G1の照射位置は、点A0から点A1になる。そして、レーザー光G1は、表面E’にて角度θを中心とした様々な方向に散乱する散乱光SA’と、屈折角度rで屈折し裏面F’の点C1に到達する屈折光とに分かれる。そして、この屈折光は、裏面F’の点C1にて角度rを中心とした様々な方向に散乱し、表面E’の点B1に到達後、角度θを中心とした様々な方向に出射される。図2では、裏面F’の点C1にて散乱する散乱光を散乱光SB’としている。散乱光SA’は、レンズLを経て、CCDの結像点A1’に集光される。一方、裏面F’の点C1にて角度rで散乱した散乱光SB’は、レンズLを経て、CCDの結像点B1’に集光される。 As shown in FIG. 2, when the surface E is displaced by a displacement Δy 1 due to the vertical displacement, the surface E ′ is the surface E ′, and when the back surface F is displaced by the displacement Δy 2 is the back surface F ′, the laser beam G 1 is used. The optical path is as shown by a broken line. In other words, the irradiation position of the laser beam G 1 is composed of the point A 0 to point A 1. The laser light G 1 is scattered light S A ′ scattered in various directions around the angle θ on the surface E ′, and refracted light refracted at the refraction angle r and reaches the point C 1 on the back surface F ′. And divided. The refracted light is scattered in various directions centered on the angle r at the point C 1 on the back surface F ′, and after reaching the point B 1 on the front surface E ′, in various directions centered on the angle θ. Emitted. In FIG. 2, the scattered light scattered at the point C 1 on the back surface F ′ is defined as scattered light S B ′. The scattered light S A ′ passes through the lens L and is condensed on the CCD image formation point A 1 ′. On the other hand, the scattered light S B ′ scattered at an angle r at the point C 1 on the back surface F ′ passes through the lens L and is condensed on the image forming point B 1 ′ of the CCD.
このような場合、同図に示すように、結像点A1’は、表面Eの変位Δy1により、結像点A0’からΔLAだけ変位した位置になっている。また、結像点B1’は、裏面Fの変位Δy2により、結像点B0’からΔLBだけ変位した位置になっている。すなわち、図示の場合には、結像点A1’は、CCD上の原点位置D’からLA+ΔLAだけ離れた位置である一方、結像点B1’は、CCD上の原点位置D’からLB−ΔLBだけ離れた位置である。 In this case, as shown in the figure, the imaging points A 1 'is the displacement [Delta] y 1 surface E, imaging points A 0' has a position displaced by [Delta] L A from. Further, the image forming point B 1 'is the displacement [Delta] y 2 of the rear surface F, the image forming point B 0' has a position displaced by [Delta] L B from. That is, when the illustrated, imaging points A 1 'is the origin position D on the CCD' while a position apart L A + [Delta] L A from the image forming point B 1 'is the origin position D on the CCD 'is a position apart L B -Delta L B from.
表面Eの変位Δy1は、CCD上で読み取られた結像点A0’の変位ΔLAに基づいて、計算することができる。また、裏面Fの変位Δy2は、結像点A0’の変位ΔLA及び結像点B0’の変位ΔLBに基づいて計算することができる。そして、肉厚Xの変位は、表面Eの変位Δy1と裏面Fの変位Δy2との差を計算することで求められる。 The displacement Δy 1 of the surface E can be calculated based on the displacement ΔL A of the imaging point A 0 ′ read on the CCD. The displacement [Delta] y 2 of the rear surface F can be calculated based on the displacement [Delta] L B of imaging points A 0 'displacement [Delta] L A and the imaging point B 0' of. The displacement of the wall thickness X is obtained by calculating the difference between the displacement Ey 1 on the front surface E and the displacement Δy 2 on the back surface F.
なお、基準となる肉厚をX、測定すべき透明平行板の肉厚をX’とすると、肉厚X’は簡単な幾何学的手法により求めることが可能である。より具体的には、レーザー光G1の屈折角をr、透明平行板の屈折率をnとすれば、以下の式(2)の関係が成立する。
X’={(acosθ−Δy1)sin(φA’+φB’)}/
{2tanrcos(θ+φA’)cos(θ−φB’)}, (2)
ここで、
tanφA’={(LA+ΔLA)/LA}tanφA, (2−1)
tanφB’={(LB+ΔLB)/LB}tanφB, (2−2)
Δy1={acosθsin(φA+φB)}/
{cos(θ+φA)sin(2θ+φA’)} (2−3)
Δy2=X−X’+Δy1, (2−4)
なお、式中φA’は、CCDの原点位置D’とレンズLの中心Oとを結ぶ直線と、CCD上の結像点A1’とレンズLの中心Oとを結ぶ直線とにより形成される角度を示し、φB’は、CCDの原点位置D’とレンズLの中心Oとを結ぶ直線と、CCD上の結像点B1’とレンズLの中心Oとを結ぶ直線とにより形成される角度を示す。
Note that if the reference thickness is X and the thickness of the transparent parallel plate to be measured is X ′, the thickness X ′ can be obtained by a simple geometric technique. More specifically, if the refraction angle of the laser beam G 1 r, the refractive index of the transparent parallel plate is n, the relationship of the following equation (2) holds.
X '= {(acosθ-Δy 1) sin (φ A' + φ B ')} /
{2tanrcos (θ + φ A ' ) cos (θ-φ B')}, (2)
here,
tanφ A ′ = {(L A + ΔL A ) / L A } tanφ A , (2-1)
tan φ B ′ = {(L B + ΔL B ) / L B } tan φ B , (2-2)
Δy 1 = {acos θsin (φ A + φ B )} /
{Cos (θ + φ A ) sin (2θ + φ A ′)} (2-3)
Δy 2 = X−X ′ + Δy 1 , (2-4)
In the equation, φ A ′ is formed by a straight line connecting the origin position D ′ of the CCD and the center O of the lens L and a straight line connecting the imaging point A 1 ′ on the CCD and the center O of the lens L. Φ B ′ is formed by a straight line connecting the origin position D ′ of the CCD and the center O of the lens L and a straight line connecting the imaging point B 1 ′ on the CCD and the center O of the lens L. Indicates the angle to be played.
上記の式に示すように、肉厚X’は、式(2)から直接的に求めることが可能である。すなわち、肉厚X’の計算には、表面及び裏面の僅かな変位(Δy1及びΔy2)は不要である。しかしながら、これらの値は、後述する1.3で議論しているように、ビン肉厚の計算に必要である。 As shown in the above formula, the wall thickness X ′ can be obtained directly from the formula (2). That is, slight displacements (Δy 1 and Δy 2 ) on the front surface and the back surface are not necessary for calculating the wall thickness X ′. However, these values are necessary for the bin thickness calculation as discussed in 1.3 below.
〔1.2.2 2枚レンズ法〕
図3は、2枚レンズ法(結像法)による肉厚測定の原理を説明するための説明図である。同図に示すように、2レンズ法では、肉厚dを有する透明平行板の表面Eの点Aにレーザー光G2を入射角度θで照射している。
[1.2.2 Two-lens method]
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the principle of thickness measurement by the two-lens method (imaging method). As shown in the figure, in the second lens method, by irradiating a laser beam G 2 at an incident angle θ at a point A on the surface E of the transparent parallel plate having a thickness d.
表面Eの点Aに照射されたレーザー光G2は、表面Eの点Aより角度θを中心とした様々な方向に散乱する散乱光SA1と、屈折角度rで屈折し裏面Fの点Cに到達する屈折光とに分かれる。そして、この屈折光は、裏面Fの点Cにて角度rを中心とした様々な方向に散乱し、表面Eの点Bに到達後、角度θを中心とした様々な方向に出射される。図3では、裏面Fの点Cにて散乱する散乱光を散乱光SB1としている。 The laser beam G 2 irradiated to the point A on the surface E is scattered light S A1 scattered in various directions around the angle θ from the point A on the surface E, and the point C on the back surface F refracted at a refraction angle r. It is divided into refracted light that reaches. The refracted light is scattered at various points around the angle r at the point C on the back surface F, and after reaching the point B on the surface E, is emitted in various directions around the angle θ. In FIG. 3, the scattered light scattered at the point C on the back surface F is the scattered light S B1 .
レーザー光G2のうち、表面Eの点Aから散乱する散乱光SA1は、焦点距離fAのレンズLA(第1の集光手段)により、CCDA1上の結像点OA’に集光される。一方、裏面Fの点Cにて角度rで散乱した散乱光SB1は、焦点距離fBのレンズLBにより、CCDB1上の結像点OB’に集光される。これにより、表面E上の物点Aは、CCDA1の結像点OA’にて結像される一方、裏面Fの物点Cは、CCDの結像点OB’にて結像される。ここで、散乱光SA1の光軸はOA’−Aであり、散乱光SB1の光軸はOB’−Bである。 Of the laser light G 2 , the scattered light S A1 scattered from the point A on the surface E is applied to the imaging point O A ′ on the CCD A1 by the lens L A (first condensing means) having the focal length f A. Focused. On the other hand, the scattered light S B1 scattered at an angle r at point C of the back surface F is the lens L B of the focal length f B, it is focused on the imaging point O B 'on the CCD B1. Thus, an object point A on the surface E is 'one imaged at object point C of the back surface F is CCD imaging point O B' imaging point O A of the CCD A1 is imaged by The Here, the optical axis of the scattered light S A1 is O A ′ -A, and the optical axis of the scattered light S B1 is OB′- B .
2枚レンズ法において、上述した1枚レンズ法による肉厚測定と大きく異なる点は、表面Eから散乱する散乱光SA1と裏面Fから散乱する散乱光SB1との両者に対し、それぞれCCD(CCDA1及びCCDB1)を準備する点である。そして、基準となる透明平行板位置において、散乱光SA1及び散乱光SB1の結像点をCCD(CCDA1及びCCDB1)の中心にすることが可能になる。 In two lenses method, the thickness measurement greatly differs according to one lens method described above, with respect to both the scattered light S B1 scattered from the scattered light S A1 and the back F scattered from the surface E, respectively CCD ( CCD A1 and CCD B1 ) are prepared. Then, at the position of the transparent parallel plate serving as a reference, the imaging point of the scattered light S A1 and the scattered light S B1 can be set at the center of the CCD (CCD A1 and CCD B1 ).
それゆえ、2枚レンズ法は、1枚レンズ法と比較して、基準となる透明平行板位置の微小変化に対する感度が良好になるとともに、さらに、レンズの収差による測定誤差も小さくできるという利点がある。 Therefore, the two-lens method has an advantage that the sensitivity to a minute change in the reference transparent parallel plate position is better than that of the single-lens method, and the measurement error due to lens aberration can be reduced. is there.
ここで、図3に示すように、上下の変位により、表面Eが変位Δy1だけ変位し表面E’となり、裏面Fが変位Δy2だけ変位し裏面F’となった場合について、説明する。このとき、レーザー光G2の照射位置は、物点Aから物点A’になる。表面E’の物点A’にて角度θを中心とした様々な方向に散乱した散乱光SA1’は、レンズLAによりCCDA1上の結像点XAに集光される。これにより、物点A’はCCDA1上の結像点XAにて結像されることになる。 Here, as shown in FIG. 3, the case where the front surface E is displaced by the displacement Δy 1 to become the front surface E ′ and the back surface F is displaced by the displacement Δy 2 to be the rear surface F ′ due to the vertical displacement will be described. At this time, the irradiation position of the laser beam G 2 is, becomes the object point A 'from the object point A. Scattered light S A1 ′ scattered in various directions around the angle θ at the object point A ′ on the surface E ′ is condensed by the lens L A on the image point X A on the CCD A1 . As a result, the object point A ′ is imaged at the image point X A on the CCD A1 .
また、レーザー光G2のうち、点A’にて屈折角度rで屈折した屈折光は、裏面F’の点C’に到達する。そして、裏面Fの点C’にて角度rを中心とした様々な方向に散乱し、表面E’の点B’に到達し、角度θを中心とした様々な方向に出射される。図3では、裏面Fの点C’にて散乱する散乱光を散乱光SB1’としている。散乱光SB1’は、焦点距離fBのレンズLBにより、CCDB1上の結像点XBに集光される。これにより、裏面Fの点C’はCCDB1上の結像点XBにて結像されることになる。 Also, of the laser beam G 2, point A 'refracted light refracted by the refraction angle r at the rear surface F' reaches the point C 'of. Then, the light is scattered in various directions centered on the angle r at the point C ′ on the back surface F, reaches the point B ′ on the front surface E ′, and is emitted in various directions centered on the angle θ. In FIG. 3, the scattered light scattered at the point C ′ on the back surface F is defined as scattered light S B1 ′. Scattered light S B1 'is the lens L B of the focal length f B, it is focused on the imaging point X B in the CCD B1. Thereby, the point C ′ on the back surface F is imaged at the image point X B on the CCD B1 .
ここで、図3に示すように、点Aと点Bとの間隔をL、点A’と点B’との間隔をL’とすると、基準となる透明平行板の肉厚d、及び測定すべき透明平行板の肉厚d’は、下記式(3−1)のようになる。
d=L/(2tanr), d’=L’/(2tanr), (3−1)
それゆえ、肉厚dと肉厚d’の差d−d’は、下記式(3)のように求められる。
d−d’={−aAsinφA1sin(2θ+φB)+sinφB1sin(2θ+φA1)}/
{2tanrsin(2θ+φA1)cos(θ+φB1)}, (3)
ここで、
tanφA1=lA/bA, tanφB1=lB/bB, (3−2)
1/aA+1/bA=1/fA, 1/aB+1/bB=1/fB. (3−3)
これらの式において、Lは、表面におけるレーザー光G2の照射位置Aと、該レーザ光G2が屈折し裏面にて散乱した散乱光SB1が表面に到達する位置Bとの間隔であり、L’は、変位後の、表面におけるレーザー光G2の照射位置A’と、該レーザ光G2が屈折し裏面にて散乱した散乱光SB1’が表面に到達する位置B’との間隔である。aは、物体距離(レンズと透明平行板との距離)であり、式中aAは、レンズLAと照射位置Aとの距離であり、aBは、レンズLBと上記位置Bとの距離である。bは像距離(CCDとレンズLとの距離)であり、式中bAはレンズLAの中心OA1と結像点OA’との距離であり、bBはレンズLBの中心OB1と結像点OB’との距離である。また、φはレンズから眺めた立体角度であり、式中φA1は、CCDA1の結像点OA’とレンズLAの中心OA1とを結ぶ直線と、変位によりCCDA1上で結像された結像点XAとレンズLAの中心OA1とを結ぶ直線とにより形成される角度を示し、φB1は、CCDB1の結像点OB’とレンズLBの中心OB1とを結ぶ直線と、変位によりCCDB1上で結像された結像点XBとレンズLBの中心OB1とを結ぶ直線とにより形成される角度を示す。
Here, as shown in FIG. 3, when the distance between the point A and the point B is L, and the distance between the point A ′ and the point B ′ is L ′, the thickness d of the reference transparent parallel plate and the measurement The thickness d ′ of the transparent parallel plate to be obtained is as shown in the following formula (3-1).
d = L / (2 tanr), d ′ = L ′ / (2 tanr), (3-1)
Therefore, the difference dd ′ between the wall thickness d and the wall thickness d ′ is obtained as in the following formula (3).
d-d '= {- a A sinφ A1 sin (2θ + φ B) + sinφ B1 sin (2θ + φ A1)} /
{2tanrsin (2θ + φ A1) cos (θ + φ B1)}, (3)
here,
tanφ A1 = l A / b A , tanφ B1 = l B / b B, (3-2)
1 / a A + 1 / b A = 1 / f A , 1 / a B + 1 / b B = 1 / f B (3-3)
In these formulas, L is an irradiation position A of the laser beam G 2 at the surface, the scattered light S B1 of the laser beam G 2 is scattered by the rear surface refracted is the distance between the position B to reach the surface, L 'is, after the displacement, the irradiation position a of the laser beam G 2 at the surface' distance between, and the laser beam G 2 is refracted scattered light S B1 scattered at the back side 'position B which reaches the surface' It is. a is the object distance (the distance between the lens and the transparent parallel plate), where a A is the distance between the lens L A and the irradiation position A, and a B is the distance between the lens L B and the position B. Distance. b is the image distance (the distance between the CCD and the lens L), the distance between the center O A1 and the imaging point O A 'of the formula in b A lens L A, the center of the b B lens L B O B1 and the imaging point is the distance between O B '. Also, phi is a solid angle viewed from the lens, is wherein phi A1, and the straight line connecting the center O A1 of the imaging point O A 'and the lens L A of CCD A1, an image on CCD A1 by displacement It has been shown the angle formed by the straight line connecting the center O A1 of the imaging points X a and the lens L a, phi B1 is the imaging point of the CCD B1 and O B 'and the center O B1 of the lens L B a straight line connecting the shows the angle formed by the straight line connecting the center O B1 of the imaged imaging point X B and the lens L B on CCD B1 by displacement.
〔1.3 固定された容器の中心位置に対する容器の肉厚測定法〕
以下、本発明の目的であるガラスビン等の容器における肉厚測定について、図4を参照して、説明する。
[1.3 Measuring method of container thickness with respect to center position of fixed container]
Hereinafter, thickness measurement in a container such as a glass bottle, which is an object of the present invention, will be described with reference to FIG.
上述の結像法を実際にガラスビン等の容器の肉厚測定に適用する場合、容器の中心位置が測定毎に移動するため、解析が困難となり、正確な測定が困難となる。ここでは、まず固定された容器の中心位置に対する、2レンズ法による肉厚測定法について説明する。 When the above-described imaging method is actually applied to the measurement of the wall thickness of a container such as a glass bottle, the center position of the container moves for each measurement, which makes analysis difficult and accurate measurement difficult. Here, the thickness measuring method by the two-lens method for the center position of the fixed container will be described first.
図4は、固定された容器の中心位置に対する容器の肉厚測定法の原理を説明するための説明図である。なお、ここでは、容器の肉厚測定に、上述の2枚レンズ法を適用した例について説明する。しかしながら、本発明においては、容器の肉厚測定に、上述の1枚レンズ法を適用したものであってもよい。 FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the principle of the container thickness measuring method with respect to the center position of the fixed container. Here, an example in which the above-described two-lens method is applied to the measurement of the container thickness will be described. However, in the present invention, the above-described single lens method may be applied to the measurement of the container thickness.
この肉厚測定方法では、肉厚Wを有する容器の外壁面Mの点S1にレーザー光G3を入射角度θ1で照射している。外壁面Mの点S1に照射されたレーザー光G3は、外壁面Mの点S1から角度θ1を中心とした様々な方向に散乱する散乱光SA2と、屈折角度r1で屈折し内壁面Nの点S2に到達する屈折光とに分かれる。そして、この屈折光は、内壁面Nの点S2にて角度r2を中心とした様々な方向に散乱し、外壁面Mの点S3に到達後、角度θ1を中心とした様々な方向に出射される。図4では、内壁面Nの点S2にて角度r2を中心とした様々な方向に散乱する散乱光を散乱光SB2としている。 In the thickness measuring method, and irradiated with a laser beam G 3 at an incident angle theta 1 to the point S 1 of the outer wall surface M of the container having a wall thickness W. The laser beam G 3 applied to the point S 1 on the outer wall surface M is refracted at a refraction angle r 1 with scattered light S A2 scattered in various directions around the angle θ 1 from the point S 1 on the outer wall surface M. It is divided into refracted light that reaches the point S 2 on the inner wall surface N. Then, this refracted light is the inner wall surface and scattered in various directions around the angle r 2 in S 2 points N, after reaching the point S 3 of the outer wall surface M, a variety around the angle theta 1 Emitted in the direction. In Figure 4, and the scattered light that is scattered in various directions around the angle r 2 at the point S 2 of the inner wall surface N and the scattered light S B2.
散乱光SA2は、焦点距離f1のレンズL1によりCCD1上の原点位置O1に集光される。一方、散乱光SB2は、焦点距離f2のレンズL2により、CCD2上の原点位置O2に集光される。これにより、外壁面Mの点S1は、CCD1上の原点位置O1に結像される一方、内壁面Nの点S2は、CCD2上の原点位置O2に結像される。 The scattered light S A2 is condensed at the origin position O 1 on the CCD 1 by the lens L 1 having the focal length f 1 . On the other hand, the scattered light S B2 is condensed at the origin position O 2 on the CCD 2 by the lens L 2 having the focal length f 2 . Thus, the point S 1 of the outer wall surface M, while being focused on the origin position O 1 on the CCD 1, the point S 2 on the inner wall surface N is imaged origin position O 2 on the CCD 2.
2枚レンズ法を適用した容器の肉厚測定では、標準的な肉厚W(R1−R2)を有する容器に対するレーザー光G3の照射位置である点S1、及び(内壁面Nの点S2に対応した)外壁面Mの点S3がそれぞれ、CCD1及びCCD2上の原点位置O1及びO2に結像されるように調整されている。すなわち、散乱光SA2及び散乱光SB2がそれぞれ、CCD1及びCCD2上の原点位置O1及びO2にて集光するように調整されている。 In the thickness measurement of the container to which the two-lens method is applied, the point S 1 that is the irradiation position of the laser beam G 3 with respect to the container having the standard thickness W (R 1 -R 2 ), The point S 3 of the outer wall surface M (corresponding to the point S 2 ) is adjusted so as to be imaged at the origin positions O 1 and O 2 on the CCD 1 and CCD 2 , respectively. That is, the scattered light S A2 and the scattered light S B2 are adjusted so as to be condensed at the origin positions O 1 and O 2 on the CCD 1 and the CCD 2 , respectively.
外壁面M及び内壁面Nが肉厚の変化によって僅かに変位すると、これらの2つの結像点は原点位置O1及びO2から移動することになる。以下、肉厚変化により変位した場合の光路について説明する。 When the outer wall surface M and the inner wall surface N are slightly displaced due to the change in thickness, these two image formation points move from the origin positions O 1 and O 2 . Hereinafter, the optical path when displaced due to a change in thickness will be described.
図4に示すように、容器の変位により、外壁面Mが変位ΔR1だけ変位し外壁面M’となり、内壁面Nが変位ΔR2だけ変位し内壁面N’となった場合について、説明する。 As shown in FIG. 4, the case where the outer wall surface M is displaced by a displacement ΔR 1 to become an outer wall surface M ′ and the inner wall surface N is displaced by a displacement ΔR 2 to become an inner wall surface N ′ due to the displacement of the container will be described. .
このとき、レーザー光G3は、外壁面M’の点S1’に入射角度θ1’で照射される。そして、レーザー光G3は、外壁面M’の点S1’にて角度θ1’を中心とした様々な方向に散乱した散乱光SA2’と屈折角度r1’で屈折し内壁面N’の点S2’に到達する屈折光とに分かれる。散乱光SA2’は、レンズL1によりCCD1上の結像点O1’に集光される。これにより、外壁面M’の点S1’は、CCD1上の結像点O1’に結像される。 At this time, the laser beam G 3 are, is irradiated at an incident angle theta 1 'to' S 1 point 'outer wall surface M. Then, the laser beam G 3 are, the inner wall surface of the refracted at refraction angle r 1 'and the angle theta 1' center and the scattered light S A2 scattered in various directions in which the 'at' point S 1 of the 'outer wall surface M N It is divided into refracted light that reaches 'point S 2 '. The scattered light S A2 ′ is condensed at an image forming point O 1 ′ on the CCD 1 by the lens L 1 . As a result, the point S 1 ′ on the outer wall surface M ′ is imaged at the imaging point O 1 ′ on the CCD 1 .
また、点S1’にて屈折した屈折光は、内壁面N’の点S2’にて角度r2’を中心とした様々な方向に散乱し、外壁面M’の点S3’に到達し、角度θ1’を中心とした様々な方向に出射される。図4では、内壁面N’の点S2’にて散乱する散乱光を散乱光SB2’としている。散乱光SB2’は、レンズL2により、CCD2上の結像点O2’に集光される。これにより、内壁面N’の点S2’は、CCD2上の結像点O2’に結像される。 Further, the refracted light refracted at the point S 1 ′ is scattered in various directions centered on the angle r 2 ′ at the point S 2 ′ on the inner wall surface N ′, and reaches the point S 3 ′ on the outer wall surface M ′. It reaches and exits in various directions around the angle θ 1 ′. In FIG. 4, the scattered light scattered at the point S 2 ′ on the inner wall surface N ′ is taken as scattered light S B2 ′. The scattered light S B2 ′ is condensed at the image forming point O 2 ′ on the CCD 2 by the lens L 2 . As a result, the point S 2 ′ on the inner wall surface N ′ is imaged at the imaging point O 2 ′ on the CCD 2 .
測定すべき容器の肉厚W’は、基本的には、変位後の外壁面M’により形成された円の半径(以下、外径と記す)R1+ΔR1と、変位後の内壁面N’により形成された円の半径(以下、内径と記す)R2+ΔR2との差から求めることが可能である。 The wall thickness W ′ of the container to be measured is basically the radius of a circle formed by the outer wall surface M ′ after displacement (hereinafter referred to as the outer diameter) R 1 + ΔR 1 and the inner wall surface N after displacement. It can be obtained from the difference between the radius of the circle formed by '(hereinafter referred to as the inner diameter) R 2 + ΔR 2 .
なお、変位ΔR1は、CCD1上における結像点O1から結像点O1’までの変位量P1から得られる。一方、変位ΔR2は、上記変位量P1と、CCD2上における結像点O2からO2’までの変位量P2とから得られる。 The displacement ΔR 1 is obtained from the displacement amount P 1 from the imaging point O 1 to the imaging point O 1 ′ on the CCD 1 . On the other hand, the displacement [Delta] R 2 is the above displacement amount P 1, obtained from displacement of P 2 Metropolitan from the imaging point O 2 on the CCD 2 to O 2 '.
変位ΔR1及び変位ΔR2は、下記式のように求められる。
ΔR2={R1+ΔR1}sinr1’/sinr2’−R2, (4)
ここで、δ=a1P1/(P1cos2θ1+b1sin2θ1) (4−1)
ΔR1=−R1+{δ2+R1 2+2δR1cosθ1}1/2 (4−2)
sinθ1’=R1sinθ1/{δ2+R1 2+2δR1cosθ1}1/2, (4−3)
sinβ={R1sin(θ1+Δφ2)+a2sinΔφ2}/(R1+ΔR1), (4−4)
tanΔφ2=p2/b2, (4−5)
r2’=−π/2+r2−r1+r1’+θ1+(−θ1’+Δφ2+β)/2, (4−6)
sinr1’=sinθ1’/n, (4−7)
ビン等の容器は、通常、モルド法(吹きつけ)によって製造される。このため、容器の外径は、一定となる。したがって、測定ごとの容器の肉厚変化は、測定ごとの容器の中心位置が変化しないとした場合、主に、内径変化によって生じる。この場合には、上記の式中でΔR1=0とみなすことができる。
The displacement ΔR 1 and the displacement ΔR 2 are obtained as follows.
ΔR 2 = {R 1 + ΔR 1 } sinr 1 ′ / sinr 2 ′ −R 2 , (4)
Here, δ = a 1 P 1 / (P 1 cos 2θ 1 + b 1 sin 2θ 1 ) (4-1)
ΔR 1 = −R 1 + {δ 2 + R 1 2 + 2δR 1 cos θ 1 } 1/2 (4-2)
sinθ 1 ′ = R 1 sinθ 1 / {δ 2 + R 1 2 + 2δR 1 cosθ 1 } 1/2 , (4-3)
sinβ = {R 1 sin (θ 1 + Δφ 2 ) + a 2 sinΔφ 2 } / (R 1 + ΔR 1 ), (4-4)
tanΔφ 2 = p 2 / b 2 , (4-5)
r 2 ′ = −π / 2 + r 2 −r 1 + r 1 ′ + θ 1 + (− θ 1 ′ + Δφ 2 + β) / 2, (4-6)
sinr 1 ′ = sin θ 1 ′ / n, (4-7)
A container such as a bottle is usually manufactured by a mold method (spraying). For this reason, the outer diameter of the container is constant. Therefore, the change in the thickness of the container for each measurement is mainly caused by the change in the inner diameter when the center position of the container for each measurement is not changed. In this case, it can be considered that ΔR 1 = 0 in the above formula.
したがって、測定すべき容器の肉厚W’は、下記式(5)に上記式(4)を代入することにより求められる。
W’=(R1+ΔR1)−(R2+ΔR2)
=R1−(R2+ΔR2) (5)
以下、上記式(4)、及び式(4−1)〜(4−7)の導出方法について、図5〜図7に基づいて説明する。図5〜図7は、変位ΔR1及び変位ΔR2の導出方法を説明するための説明図である。なお、図5〜図7に示された各符号は、図4に基づくものである。
Therefore, the thickness W ′ of the container to be measured can be obtained by substituting the above formula (4) into the following formula (5).
W ′ = (R 1 + ΔR 1 ) − (R 2 + ΔR 2 )
= R 1 − (R 2 + ΔR 2 ) (5)
Hereinafter, the derivation method of said Formula (4) and Formula (4-1)-(4-7) is demonstrated based on FIGS. 5 to 7 are explanatory views for explaining a method of calculating the displacement [Delta] R 1 and the displacement [Delta]
なお、ここでは、容器の中心位置が固定されている場合について説明する。このため、容器の外径R1及び内径R2それぞれの変位ΔR1及びΔR2は、固定された中心位置Oに対して求められる。 Here, the case where the center position of the container is fixed will be described. For this reason, the displacements ΔR 1 and ΔR 2 of the outer diameter R 1 and inner diameter R 2 of the container are obtained with respect to the fixed center position O.
まず、容器の肉厚変化による外径R1の変位ΔR1と、入射角度θ1からθ1’への変化(θ1−θ1’)とは、図5に示される3角形ΔS1OS1’について正弦定理と余弦定理とを適用し、以下のように求められる。
(R1+ΔR1)2=δ2+R1 2−2δR1cos(π−θ1), (A−1)
ここで、δ=a1P1/(P1cos2θ1+b1sin2θ1), (4−1)
点S1と点S1’との間の距離をδとすると、余弦定理から式(A−1)が得られる。ここに、δは、3角形ΔC1S1S1’に対して正弦定理を適用することにより、下記式(A−2)のように与えられる。したがって、外径R1の変位ΔR1は、上記式(A−1)を用いて、次のように求められる。
ΔR1=−R1+{δ2+R1 2+2δR1cosθ1}1/2. (4−2)
さらに、3角形ΔC1S1S1’に対し正弦定理を用いることによって、θ1’に対して下記式(A−2)の関係が得られる。
R1/sinθ1’=(R1+ΔR1)/sin(π−θ1), (A−2)
上記式(A−2)から下記式(4−3)が得られる。
sinθ1’=R1sinθ1/{δ2+R1 2+2δR1cosθ1}1/2 (4−3)
次に、sinβは、図6に示される3角形ΔC2OS3に対して、余弦定理と正弦定理とを適用することにより得られる。
δ1 2=R1 2+a2 2−2R1a2cos(π−θ1), (A−3)
δ1/sin(π−θ1)=R1/sinα, (A−4)
ここで、δ1は点S1と中心S2との間の距離を示し、αは角度OC2S3(直線OC2と直線C2S3とにより形成される角度)である。
First, the displacement ΔR 1 of the outer diameter R 1 due to the change in the wall thickness of the container and the change from the incident angle θ 1 to θ 1 ′ (θ 1 −θ 1 ′) are the triangle ΔS 1 OS shown in FIG. Applying the sine and cosine theorems for 1 ', it is obtained as follows.
(R 1 + ΔR 1 ) 2 = δ 2 + R 1 2 -2δR 1 cos (π−θ 1 ), (A-1)
Here, δ = a 1 P 1 / (P 1 cos 2θ 1 + b 1 sin 2θ 1 ), (4-1)
When the distance between the point S 1 and the point S 1 ′ is δ, the equation (A-1) is obtained from the cosine theorem. Here, δ is given by the following equation (A-2) by applying the sine theorem to the triangle ΔC 1 S 1 S 1 ′. Accordingly, the displacement [Delta] R 1 of the outer diameter R 1, using the above equation (A-1), obtained as follows.
ΔR 1 = −R 1 + {δ 2 + R 1 2 + 2δR 1 cos θ 1 } 1/2 . (4-2)
Further, by using the sine theorem for the triangle ΔC 1 S 1 S 1 ′, the following equation (A-2) is obtained for θ 1 ′.
R 1 / sin θ 1 ′ = (R 1 + ΔR 1 ) / sin (π−θ 1 ), (A-2)
From the above formula (A-2), the following formula (4-3) is obtained.
sinθ 1 ′ = R 1 sinθ 1 / {δ 2 + R 1 2 + 2δR 1 cosθ 1 } 1/2 (4-3)
Next, sin β is obtained by applying the cosine theorem and the sine theorem to the triangle ΔC 2 OS 3 shown in FIG.
δ 1 2 = R 1 2 + a 2 2 -2R 1 a 2 cos (π-θ 1 ), (A-3)
δ 1 / sin (π−θ 1 ) = R 1 / sin α, (A-4)
Here, δ 1 indicates a distance between the point S 1 and the center S 2, and α is an angle OC 2 S 3 (an angle formed by the straight line OC 2 and the straight line C 2 S 3 ).
次に、直線C2S3’と直線OS3’との間の角度βに対して、下記式(A−5)が得られる。
(R1+ΔR1)/sin(α+Δφ2)=δ1/sinβ, (A−5)
これにより、下記式(4−4)となる。
sinβ={R1sin(θ1+Δφ2)+a2sinΔφ2}/(R1+ΔR1), (4−4)
ここで、tanΔφ2=p2/b2. (4−5)
最後に、内径R2の変位ΔR2については、図7に示される3角形ΔOS1’S2’に対して、正弦定理を適用することにより、次式の関係が得られる。
(R1+ΔR1)/sin(π−r2’)=(R2+ΔR2)/sinr1’, (A−6)
これより、さらに下記式(A−7)が得られる。
ΔR2=(R1+ΔR1)sinr1’/sinr2’−R2, (A−7)
ここで、
r2’=−π/2+r2−r1+r1’+θ1+(−θ1’+Δφ2+β)/2, (4−6)
sinr1’=sinθ1’/n, (4−7)
〔2. 変位した容器の中心位置に対する容器の肉厚測定方法〕
〔2.1 正反射法について〕
正反射法は、ビンなどの容器の外壁面と内壁面とからの正反射光それぞれを受光するCCDを設け、これら正反射光の受光位置(正反射光スポット)の位置関係と、上記1.2.2 2枚レンズ法で得たCCDA1及びCCDB1上の結像位置関係との両者から、容器の中心位置を求めるというものである。本発明では、正反射法により求められた中心位置に対する肉厚を上述の結像法によって求めている。
Next, the following formula (A-5) is obtained for the angle β between the straight line C 2 S 3 ′ and the straight line OS 3 ′.
(R 1 + ΔR 1 ) / sin (α + Δφ 2 ) = δ 1 / sin β, (A-5)
Thereby, it becomes the following formula (4-4).
sinβ = {R 1 sin (θ 1 + Δφ 2 ) + a 2 sinΔφ 2 } / (R 1 + ΔR 1 ), (4-4)
Here, tanΔφ 2 = p 2 / b 2 (4-5)
Finally, regarding the displacement ΔR 2 of the inner diameter R 2 , the relationship of the following equation is obtained by applying the sine theorem to the triangle ΔOS 1 'S 2 ' shown in FIG.
(R 1 + ΔR 1 ) / sin (π−r 2 ′) = (R 2 + ΔR 2 ) / sinr 1 ′, (A-6)
Thus, the following formula (A-7) is further obtained.
ΔR 2 = (R 1 + ΔR 1 ) sinr 1 ′ / sinr 2 ′ −R 2 , (A-7)
here,
r 2 ′ = −π / 2 + r 2 −r 1 + r 1 ′ + θ 1 + (− θ 1 ′ + Δφ 2 + β) / 2, (4-6)
sinr 1 ′ = sin θ 1 ′ / n, (4-7)
[2. (Measurement method of container thickness with respect to the center position of the displaced container)
[2.1 Regular reflection method]
In the specular reflection method, a CCD that receives specular reflection light from the outer wall surface and the inner wall surface of a container such as a bottle is provided, and the positional relationship between the light reception positions (regular reflection light spots) of the specular reflection light and the above-described 1. 2.2 The center position of the container is obtained from both the image formation positional relationship on the CCD A1 and the CCD B1 obtained by the two-lens method. In the present invention, the thickness with respect to the center position obtained by the regular reflection method is obtained by the above-described imaging method.
上記の1.3にて説明した肉厚測定方法は、測定毎に容器の中心位置が変化しない状態を想定したものである。しかしながら、実際には、リアルタイムにガラスビン等の容器の肉厚を測定する場合、ベルトコンベアーで搬送してきた容器の移動を停止し、その位置で少なくとも1回転させて容器の円周方向の肉厚を測定する方法が採られる。そして、容器の中心位置は、測定ごとに、少なくとも1回転する際に生じる振れ回りにより、移動する(変位する)ことになる。このため、上記の1.3にて説明した肉厚測定方法は、実用に供しない。本発明では、容器の中心位置が移動するという条件下で、結像法による肉厚測定を精度良く行うことができる。本発明において、容器の中心位置は正反射法により測定することが可能である。そして、正反射法により測定された容器の中心位置に対し、1.3にて説明した肉厚測定方法を適用することができる。以下、本発明における肉厚測定原理について、さらに詳細に説明する。 The wall thickness measurement method described in 1.3 above assumes a state in which the center position of the container does not change for each measurement. However, in actuality, when measuring the thickness of a container such as a glass bottle in real time, stop the movement of the container conveyed by the belt conveyor and rotate it at least once at that position to increase the circumferential thickness of the container. The method of measuring is taken. Then, the center position of the container moves (displaces) due to the swinging that occurs when it rotates at least once for each measurement. For this reason, the thickness measurement method described in 1.3 above is not practically used. In the present invention, the thickness measurement by the imaging method can be accurately performed under the condition that the center position of the container moves. In the present invention, the center position of the container can be measured by the specular reflection method. The thickness measurement method described in 1.3 can be applied to the center position of the container measured by the regular reflection method. Hereinafter, the thickness measurement principle in the present invention will be described in more detail.
〔2.2 測定原理〕
上述の結像法は、それ自体である程度の精度が保証される。しかしながら、さらに高い測定精度が要求されるときには、誤差の最大要因と考えられる、肉厚測定時における容器の中心位置の振れ回りによる測定誤差を極力抑える必要がある。
[2.2 Measurement principle]
The above-described imaging method itself guarantees a certain degree of accuracy. However, when higher measurement accuracy is required, it is necessary to suppress as much as possible the measurement error caused by the wobbling of the center position of the container during the thickness measurement, which is considered to be the largest cause of error.
しかしながら、肉厚測定ライン上で、このような振れ回りの大きさを制限することは技術的に困難である。このような場合においても、高精度で測定可能な方法が必要である。本発明では、上記の正反射法と結像法とを併用することにより、容器の中心位置の振れ回りによる誤差を考慮した、高精度な測定を実現している。 However, it is technically difficult to limit the size of such swinging on the wall thickness measurement line. Even in such a case, a method capable of measuring with high accuracy is required. In the present invention, by using the regular reflection method and the imaging method in combination, high-accuracy measurement is realized in consideration of an error due to the swing of the center position of the container.
この方法は、基本的には、以下に述べるように、正反射法によって容器(ガラスビン)の中心位置の振れ回りによる変位を測定し、結像法によって、変位した中心位置に対する外壁面位置と内壁面位置との変位量を正確に測定するというものである。 As described below, this method basically measures the displacement due to the swing of the center position of the container (glass bottle) by the specular reflection method, and the outer wall surface position and the inner wall position relative to the displaced center position by the imaging method. The amount of displacement with respect to the wall surface position is accurately measured.
図8は、本発明の肉厚測定方法の原理を説明するための説明図である。ここでは,実用性を考えた1レンズ法による測定法について述べる。同図に示すように、CCDAは、外壁面と内壁面とからの散乱光を受光し、CCDBは、外壁面と内壁面とからの正反射光それぞれを受光するようになっている。図8では、CCDAの背面にCCDBが設けられた構成が示されているが、実際の肉厚測定装置では、例えば図1に示すように、外壁面と内壁面とからの散乱光を分離する分離手段(ハーフミラー)が設けられており、CCDAの背面にCCDBが設けられた構成ではない。図8では、壁面と内壁面とからの散乱光の光路を簡略化するために、CCDAの背面にCCDBが設けられた構成としている。 FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the principle of the thickness measuring method of the present invention. Here, the measurement method using the single lens method considering practicality is described. As shown in the figure, the CCD A receives the scattered light from the outer wall surface and the inner wall surface, and the CCD B receives the regular reflection light from the outer wall surface and the inner wall surface. FIG. 8 shows a configuration in which CCD B is provided on the back surface of CCD A. However, in an actual thickness measuring apparatus, for example, as shown in FIG. Separation means (half mirror) for separation is provided, and CCD B is not provided on the back side of CCD A. In FIG. 8, in order to simplify the optical path of the scattered light from the wall surface and the inner wall surface, the CCD B is provided on the back surface of the CCD A.
また、「散乱光」とは、レーザー光が照射された照射位置から拡散する光のことをいう。一方、「正反射光」とは、上記散乱光のうちレーザー光の入射角度と同じ角度で反射する光のことをいう。図8の構成では、外壁面と内壁面とからの散乱光を、レンズにより、CCDA上に集光するようになっている。また、外壁面と内壁面とからの散乱光の一部は、CCDBにて受光されるようになっている。一般的に、散乱光の中で、正反射方向の光が最も高い光強度を有している。このため、CCDBでは、外壁面と内壁面とからの正反射光のスポットが形成される。なお、図8では、外壁面からレンズまでの光路に関し、散乱光の光路を簡略化するために、CCDAで受光される散乱光(散乱光SA3及び散乱光SB3)と、CCDBで受光される正反射光とが同一の直線として示されている。 Further, “scattered light” refers to light diffused from the irradiation position irradiated with laser light. On the other hand, “regularly reflected light” refers to light that is reflected at the same angle as the incident angle of laser light among the scattered light. In the configuration of FIG. 8, scattered light from the outer wall surface and the inner wall surface is condensed on the CCD A by a lens. A part of the scattered light from the outer wall surface and the inner wall surface is received by the CCD B. Generally, the light in the regular reflection direction has the highest light intensity among the scattered light. For this reason, in the CCD B , spots of specularly reflected light from the outer wall surface and the inner wall surface are formed. In FIG. 8, regarding the optical path from the outer wall surface to the lens, in order to simplify the optical path of the scattered light, the scattered light received by the CCD A (scattered light S A3 and scattered light S B3 ) and the CCD B The regular reflection light received is shown as the same straight line.
以下、外壁面と内壁面とからの散乱光の光路について、さらに詳述する。図8に示すように、この肉厚測定方法では、肉厚Wを有する容器の外壁面Mの点S1にレーザー光G4を入射角度θ1で照射している。外壁面Mの点S1に照射されたレーザー光G4は、外壁面Mの点S1から角度θ1を中心とした様々な方向に散乱する散乱光SA3と、屈折角度r1で屈折し内壁面Nの点S2に到達する屈折光とに分かれる。そして、この屈折光は、内壁面Nの点S2にて角度r2を中心とした様々な方向に散乱し、外壁面Mの点S3に到達後、角度θ1を中心とした様々な方向に出射される。図8では、内壁面Nの点S2にて角度r2を中心とした様々な方向に散乱する散乱光を散乱光SB3としている。 Hereinafter, the optical path of the scattered light from the outer wall surface and the inner wall surface will be described in detail. As shown in FIG. 8, in this thickness measurement method, a laser beam G 4 is irradiated at an incident angle θ 1 to a point S 1 on the outer wall surface M of a container having a thickness W. The laser beam G 4 applied to the point S 1 on the outer wall surface M is refracted at a refraction angle r 1 with scattered light S A3 scattered in various directions around the angle θ 1 from the point S 1 on the outer wall surface M. It is divided into refracted light that reaches the point S 2 on the inner wall surface N. Then, this refracted light is the inner wall surface and scattered in various directions around the angle r 2 in S 2 points N, after reaching the point S 3 of the outer wall surface M, a variety around the angle theta 1 Emitted in the direction. In Figure 8, and the scattered light that is scattered in various directions around the angle r 2 at the point S 2 of the inner wall surface N and the scattered light S B3.
散乱光SA3及び散乱光SB3は、焦点距離f3のレンズL3により、CCDA上の結像点PA1及び結像点PA2に集光される。これにより、外壁面Mの点S1及び内壁面Nの点S2はそれぞれ、CCDA上の結像点PA1及び結像点PA2に結像される。 The scattered light S A3 and the scattered light S B3 are condensed on the image forming point P A1 and the image forming point P A2 on the CCD A by the lens L 3 having the focal length f 3 . As a result, the point S 1 on the outer wall surface M and the point S 2 on the inner wall surface N are imaged on the image forming point P A1 and the image forming point P A2 on the CCD A , respectively.
本発明では、散乱光SA3及び散乱光SB3は、CCDBにて受光されるようになっている。CCDB上では、散乱光SA3及び散乱光SB3の正反射光のスポットとして、受光点(反射光照射位置)PB1及びPB2が結像される。 In the present invention, the scattered light S A3 and the scattered light S B3 are received by the CCD B. On the CCD B , light receiving points (reflected light irradiation positions) P B1 and P B2 are imaged as spots of specularly reflected light S A3 and scattered light S B3 .
なお、結像点PA1及びPA2は、CCDAの原点位置OAからの距離lA1及びlA2として読み取られる。また、受光点PB1及びPB2は、CCDBの原点位置OBからの距離lB1及びlB2として読み取られる。 The imaging points P A1 and P A2 are read as distances l A1 and l A2 from the origin position O A of the CCD A. The light receiving points P B1 and P B2 are read as distances l B1 and l B2 from the origin position O B of the CCD B.
ここで、図8に示すように、振れ回りにより容器の中心Oが中心O’に変位した場合、この変位は、変位量ΔR0及び変位角θR0により規定することが可能である。変位量ΔR0は、中心Oと中心O’との距離を表す。また、変位角θR0は、照射位置S1と中心Oとを結ぶ直線S1Oと、中心Oと中心O’とを結ぶ直線OO’とのなす角度を表す。 Here, as shown in FIG. 8, when the center O of the container is displaced to the center O ′ due to the swing, this displacement can be defined by the displacement amount ΔR 0 and the displacement angle θ R0 . The displacement amount ΔR 0 represents the distance between the center O and the center O ′. Further, the displacement angle θ R0 represents an angle formed by a straight line S 1 O connecting the irradiation position S 1 and the center O and a straight line OO ′ connecting the center O and the center O ′.
このような変位により、外壁面Mが外壁面M’になり、内壁面Nが内壁面N’となった場合について、説明する。 A case where the outer wall surface M becomes the outer wall surface M ′ and the inner wall surface N becomes the inner wall surface N ′ due to such displacement will be described.
レーザー光G4は、外壁面M’の点S1’に入射角度θ1’で照射される。そして、レーザー光G4は、外壁面M’の点S1’にて角度θ1’を中心とした様々な方向に散乱した散乱光SA3’と屈折角度r1’で屈折し内壁面N’の点S2’に到達する屈折光とに分かれる。そして、この屈折光は、内壁面Nの点S2’にて角度r2’を中心とした様々な方向に散乱し、外壁面M’の点S3’に到達後、角度θ1’を中心とした様々な方向に出射される。図8では、内壁面Nの点S2にて角度r2を中心とした様々な方向に散乱する散乱光を散乱光SB3’としている。 The laser beam G 4 is irradiated to the point S 1 ′ on the outer wall surface M ′ at an incident angle θ 1 ′. Then, the laser beam G 4 are outer wall surface M 'of the points S 1' at an angle theta 1 'scattered in various directions around the scattered light S A3' and the refractive angle r 1 refracted inner wall surface N by ' It is divided into refracted light that reaches 'point S 2 '. Then, this refracted light is scattered in various directions around the 'angle r 2 at' S 2 points of the inner wall surface N, after reaching the 'point S 3' of the outer wall surface M, an angle theta 1 ' The light is emitted in various directions around the center. In Figure 8, and the scattered light that is scattered in various directions around the angle r 2 at the point S 2 of the inner wall surface N and the scattered light S B3 '.
レンズL3により集光された、CCDA上における散乱光SA3’及び散乱光SB3’の結像点PA1’及び結像点PA2’は、CCDAの中心位置OAからの距離lA1’及びlA2’として読み取られる。一方、外壁面M’上及び内壁面N’上からの正反射光は、CCDB 上の中心OBからlB1’の距離にある点PB1’、及びlB2’の距離にある点PB2’を照射する。 Lens L 3 is condensed by, CCD A scattered light on the S A3 'and the scattered light S B3' image point of P A1 'and the imaging point P A2' is the distance from the center position O A of the CCD A Read as l A1 ′ and l A2 ′. On the other hand, the specular reflection light from the upper outer wall surface M 'and on the inner wall surface N' is the center O B 'point at a distance of P B1' l B1 from the CCD B, and a point at a distance of l B2 'P Irradiate B2 '.
振れ回りにより容器の中心Oが中心O’に変位した場合、容器の外径R1は、外径R1’に変化するとする。一方、容器の内径R2は、その時点では内径R2’に変化するとする。それゆえ、測定すべき容器の肉厚W’は、変位後の容器の外径R1’と変位後の容器の内径R2’との差から求めることが可能である。 When the center O of the container is displaced to the center O ′ due to swinging, the outer diameter R 1 of the container is changed to the outer diameter R 1 ′. On the other hand, it is assumed that the inner diameter R 2 of the container changes to the inner diameter R 2 ′ at that time. Therefore, the wall thickness W ′ of the container to be measured can be obtained from the difference between the outer diameter R 1 ′ of the container after displacement and the inner diameter R 2 ′ of the container after displacement.
容器の中心位置の変位(変位量ΔR0及び変位角θR0)は、下記式(6−1)及び式(6−2)のように求められる。
θR0=sin-1[{sinθ1(k2−k1)+R1sin(θ1'−θ1)}/ΔR0]
+(r2−r1) (6−1)
ΔR0=[R1 2(sinθ1'−sinθ1)2
+{(k2−k1)−R1(sinθ1'−sinθ1)}2] 1/2 (6−2)
ここで、
φ1'=tan-1(lA1'/b) (B−1)
sinr2=(R1/R2)sinr1=(R1/nR2)sinθ1 (B−2)
k1=[R1sin{(r2−r1)/2}]/sin{θ1+(r2−r1)/2} (B−3)
k2={(a+k1)sinφ1'}/sin(φ1'+2θ1+r2−r1) (B−4)
k3=[{(OBD)+k1}2+lB1'2]1/2 (B−5)
α1=sin-1(lB1'/k3) (B−6)
k4={k2 2+k3 2−2k2k3cos(2θ1+r2−r1−α1)}1/2 (B−7)
α2=sin-1{k2sin(2θ1+r2−r1−α1)/k4} (B−8)
θ1'=(α2+2θ1+r2−r1−α1)/2 (B−9)
なお、上記式(B−1)〜(B−9)において、bはCCDAとレンズL3との距離を示し、nは容器の屈折率を示し、r1は、容器の中心位置が中心Oになっているときに、レーザー光G4が外壁面Mで屈折する屈折角を示す。そして、aは、CCDAの原点位置OAとレンズL3の中心Cとを結ぶ直線OACが外壁面Mと交わる交点をDとしたとき、交点DとCCDAの原点位置OAとの距離を示し、(OBD)は、交点DとCCDBの原点位置OBとの距離を示す。そして、lA1'は、容器の中心Oが中心O’に変位したときに、CCDAにて読み取られた外壁面Mの散乱スポット(結像点PA1)と、CCDAの原点位置OAとの距離を示し、lB1'は、容器の中心Oが中心O’に変位したときに、CCDBにて読み取られた外壁面Mの正反射スポット(受光点PB1)と、CCDBの原点位置OBとの距離を示す。
The displacement (displacement amount ΔR 0 and displacement angle θ R0 ) of the center position of the container is obtained as in the following formulas (6-1) and (6-2).
θ R0 = sin −1 [{sin θ 1 (k 2 −k 1 ) + R 1 sin (θ 1 ′ −θ 1 )} / ΔR 0 ]
+ (R 2 −r 1 ) (6-1)
ΔR 0 = [R 1 2 (sinθ 1 '−sinθ 1 ) 2
+ {(K 2 −k 1 ) −R 1 (sin θ 1 ′ −sin θ 1 )} 2 ] 1/2 (6-2)
here,
φ 1 '= tan -1 (l A1 ' / b) (B-1)
sinr 2 = (R 1 / R 2 ) sinr 1 = (R 1 / nR 2 ) sinθ 1 (B-2)
k 1 = [R 1 sin {(r 2 −r 1 ) / 2}] / sin {θ 1 + (r 2 −r 1 ) / 2} (B-3)
k 2 = {(a + k 1 ) sinφ 1 ′} / sin (φ 1 ′ + 2θ 1 + r 2 −r 1 ) (B-4)
k 3 = [{(O B D) + k 1} 2 + l B1 '2] 1/2 (B-5)
α 1 = sin −1 (l B1 ′ / k 3 ) (B-6)
k 4 = {k 2 2 + k 3 2 −2 k 2 k 3 cos (2θ 1 + r 2 −r 1 −α 1 )} 1/2 (B-7)
α 2 = sin −1 {k 2 sin (2θ 1 + r 2 −r 1 −α 1 ) / k 4 } (B-8)
θ 1 ′ = (α 2 + 2θ 1 + r 2 −r 1 −α 1 ) / 2 (B-9)
In the above formula (B-1) ~ (B -9), b represents the distance between the CCD A and the lens L 3, n is the refractive index of the container, r 1 is the center position of the vessel center when that is a O, a refractive angle of the laser beam G 4 is refracted by the outer wall surface M. And a is the intersection point D and the origin position O A of CCD A , where D is the intersection point where the straight line O A C connecting the origin position O A of the CCD A and the center C of the lens L 3 intersects the outer wall surface M. It indicates a distance, (O B D) shows the distance between the origin position O B of the intersection D and CCD B. L A1 ′ is a scattering spot (imaging point P A1 ) of the outer wall M read by the CCD A and the origin position O A of the CCD A when the center O of the container is displaced to the center O ′. L B1 ′ is a specular reflection spot (light receiving point P B1 ) of the outer wall M read by the CCD B when the center O of the container is displaced to the center O ′, and the CCD B It indicates the distance between the origin position O B.
以下、上記式(6−1)、式(6−2)、及び式(B−1)〜(B−9)の導出方法について、図9に基づいて説明する。図9は、容器の中心位置の変位(変位量ΔR0及び変位角θR0)の導出方法を説明するための説明図である。なお、図9に示された各符号は、図8に基づくものである。なお、図8において、点Dは、直線OBCと外壁面Mとが交わる交点である。また、点D’は、直線OBCと直線S1S1’とが交わる交点である。そして、点Dと点D’との間の距離=点D’と照射位置S1との間の距離=k1とし、点D’と照射位置S1’との間の距離をk2としている。さらに、直線DD’と直線S1D’とのなす角度が2θ1+r2−r1となっている。さらに、直線S1’S1と直線S1O’とのなす角度をα3とすると、直線OS1と直線S1O’とのなす角度はπ−θ1−α3となる。 Hereinafter, the derivation method of the said Formula (6-1), Formula (6-2), and Formula (B-1)-(B-9) is demonstrated based on FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a method of deriving the displacement (displacement amount ΔR 0 and displacement angle θ R0 ) of the center position of the container. In addition, each code | symbol shown by FIG. 9 is based on FIG. In FIG. 8, a point D is an intersection where the straight line O B C and the outer wall surface M intersect. The point D ′ is an intersection where the straight line O B C and the straight line S 1 S 1 ′ intersect. Then, the distance between the point D and the point D ′ = the distance between the point D ′ and the irradiation position S 1 = k 1, and the distance between the point D ′ and the irradiation position S 1 ′ is k 2. Yes. Furthermore, the angle formed by the straight line DD ′ and the straight line S 1 D ′ is 2θ 1 + r 2 −r 1 . Further, if the angle formed between the straight line S 1 ′ S 1 and the straight line S 1 O ′ is α 3 , the angle formed between the straight line OS 1 and the straight line S 1 O ′ is π−θ 1 −α 3 .
図9に示される角度φ1'は、実験的に下記式(B−1)から得られる。
φ1'=tan-1(lA1'/b). (B−1)
また、3角形OS3S2について正弦定理を適用することにより、角度r2に関し、下記式(B−2)が成立する。
sinr2=(R1/R2)sinr1=(R1/nR2)sinθ1. (B−2)
点Dと点D’との間の距離k1は、3角形DOD’について正弦定理を適用することにより、下記式(B−3)のようになる。
k1=[R1sin{(r2−r1)/2}]/sin{θ1+(r2−r1)/2}. (B−3)
同様に、点D’と照射位置S1’との間の距離k2は、3角形CD’S1’について正弦定理を適用することにより、下記式(B−4)のようになる。
k2={(a+k1)sinφ1'}/sin(φ1'+2θ1+r2−r1). (B−4)
さらに、結像点PB1’と点D’との間の距離k3は、3角形ΔOBD’PB1’に対し余弦定理を適用することにより、下記式(B−5)のようになる。
k3=[{(OBD)+k1}2+lB1'2]1/2. (B−5)
なお、式(B−5)中、OBDは、原点位置OBと点Dとの距離を示す。
The angle φ 1 ′ shown in FIG. 9 is experimentally obtained from the following formula (B-1).
φ 1 '= tan -1 (l A1 ' / b). (B-1)
Further, by applying the sine theorem to the triangular OS 3 S 2 , the following formula (B-2) is established with respect to the angle r 2 .
sinr 2 = (R 1 / R 2 ) sinr 1 = (R 1 / nR 2 ) sinθ 1. (B-2)
The distance k 1 between the point D and the point D ′ is expressed by the following formula (B-3) by applying the sine theorem for the triangle DOD ′.
k 1 = [R 1 sin {(r 2 −r 1 ) / 2}] / sin {θ 1 + (r 2 −r 1 ) / 2}. (B-3)
Similarly, the distance k 2 between the point D ′ and the irradiation position S 1 ′ is expressed by the following formula (B-4) by applying the sine theorem for the triangle CD ′S 1 ′.
k 2 = {(a + k 1 ) sinφ 1 ′} / sin (φ 1 ′ + 2θ 1 + r 2 −r 1 ). (B-4)
Further, the distance k 3 between the imaging point P B1 ′ and the point D ′ is expressed by the following equation (B-5) by applying the cosine theorem to the triangle ΔO B D′ P B1 ′. Become.
k 3 = [{(O B D) + k 1} 2 + l B1 '2] 1/2. (B-5)
In the formula (B-5), O B D indicates the distance between the origin position O B and the point D.
また、図9に示される角度α1は、この値k3と結像点lB1’とを用いて、実験的に下記式(B−6)のようになる。
α1=sin-1(lB1'/k3). (B−6)
さらに、結像点PB1’と照射位置S1’と間の距離k4は、3角形PB1’D’S1’に対し余弦定理を適用することにより、下記式(B−7)のようになる。
k4={k2 2+k3 2−2k2k3cos(2θ1+r2−r1−α1)}1/2. (B−7)
また、図9に示される角度α2は、この3角形PB1’D’S1’に対して正弦定理を適用することによって、下記式(B−8)のように求められる。
α2=sin-1{k2sin(2θ1+r2−r1−α1)/k4}, (B−8)
さらに、入射角度θ1’は、下記式(B−9)のように表される。
θ1'=(α2+2θ1+r2−r1−α1)/2. (B−9)
これら式(B−1)〜(B−9)を、3角形S1OO’に対する余弦定理の式に適用すると、ビンの中心位置座標の変位(ΔR0及びθR0)は、下記式(6−1)及び(6−2)のように求められる。
θR0=sin-1[{sinθ1(k2−k1)+R1sin(θ1'−θ1)}/ΔR0]
+(r2−r1) (6−1)
ΔR0=[R1 2(sinθ1'−sinθ1)2
+{(k2−k1)−R1(sinθ1'−sinθ1)}2] 1/2 (6−2)
また、図8に示すように、内壁面Nにより形成された円の半径(以下、内径と記す)R2は、振れ回りによる変位により、内径R2’に変化する。内径R2’は、下記式(7)のように求められる。この下記式(7)により、容器の中心位置が測定毎にずれた場合であっても、内径R2’を正確に測定することが可能になる。
R2'={(R1−t12)2+t14 2
+2t14(R1−t12)cos(β2+r1'')}1/2 (7)
ここで、
t1=k2sin(2θ1+r2−r1)/sinφ1' (C−1)
φ2'=tan-1(lA2'/b) (C−2)
β1=2θ1+r2−r1−θ1'−φ2' (C−3)
t2=t1sin(φ1'+φ2')/sinβ1 (C−4)
t3=−(R1−t2)cosβ1+{R1 2−(R1−t2)2sin2β1}1/2 (C−5)
β2=sin-1(sinβ1t3/R1) (C−6)
t4=R1{2(1−cosβ2)}1/2 (C−7)
t5=(R1 2+ΔR0 2−2R1ΔR0cosθR0)1/2 (C−8)
β4=sin-1[{t1sin(φ1'+2θ1+r2−r1−θ1')
−asin(2θ1+r2−r1−θ1')}/t5] (C−9)
t7={R1 2+t5 2−2R1t5cos(β2−β4)}1/2 (C−10)
β5=sin-1[{R1sin(β2−β4)}/t7] (C−11)
t8={t5sinθ1+R1sin(β2−β4−θ1)}/sinφ2' (C−12)
t9=[(OBD)2+t7 2+2(OBD){t5cosθ1−R1cos(β2−β4−θ1)}]1/2
(C−13)
t10=[lB2'2+t9 2−2lB2'{t5sinθ1+R1sin(β2−β4−θ1)}]1/2
(C−14)
t11=[lB2'2+{(OBD)−a}2]1/2 (C−15)
β7=cos-1[(t8 2+t10 2−t11 2)/2t8t10] (C−16)
θ1''=β1−β2+β7 (C−17)
sinr1''=sinθ1''/n (C−18)
sinr1'=sinθ1'/n (C−19)
t12={t4cos(β2/2+r1'')}/sin(β2+r1'') (C−20)
t13={t4cos(β2/2+r1'')}/sin(β2+r1'+r1'') (C−21)
t14=(t12 2+t13 2−2t12t13cosr1')1/2 (C−22)
なお、上記式(C−1)〜(C−22)において、lA2'は、容器の中心Oが中心O’に変位したときに、CCDAにて読み取られた内壁面Nの散乱スポット(結像点PA2)と、CCDAの原点位置OAとの距離を示す。
Further, the angle α 1 shown in FIG. 9 is experimentally expressed by the following equation (B-6) using the value k 3 and the imaging point l B1 ′.
α 1 = sin −1 (l B1 ′ / k 3 ). (B-6)
Further, the distance k 4 between the imaging point P B1 ′ and the irradiation position S 1 ′ can be expressed by the following equation (B-7) by applying the cosine theorem to the triangle P B1 ′ D′ S 1 ′. It becomes like this.
k 4 = {k 2 2 + k 3 2 −2k 2 k 3 cos (2θ 1 + r 2 −r 1 −α 1 )} 1/2 . (B-7)
Further, the angle α 2 shown in FIG. 9 is obtained as shown in the following formula (B-8) by applying the sine theorem to this triangle P B1 'D'S 1 '.
α 2 = sin −1 {k 2 sin (2θ 1 + r 2 −r 1 −α 1 ) / k 4 }, (B-8)
Further, the incident angle θ 1 ′ is expressed as in the following formula (B-9).
θ 1 ′ = (α 2 + 2θ 1 + r 2 −r 1 −α 1 ) / 2. (B-9)
When these equations (B-1) to (B-9) are applied to the equation of the cosine theorem for the triangle S 1 OO ′, the displacements (ΔR 0 and θ R0 ) of the bin center position coordinates are expressed by the following equation (6) -1) and (6-2).
θ R0 = sin −1 [{sin θ 1 (k 2 −k 1 ) + R 1 sin (θ 1 ′ −θ 1 )} / ΔR 0 ]
+ (R 2 −r 1 ) (6-1)
ΔR 0 = [R 1 2 (sinθ 1 '−sinθ 1 ) 2
+ {(K 2 −k 1 ) −R 1 (sin θ 1 ′ −sin θ 1 )} 2 ] 1/2 (6-2)
Further, as shown in FIG. 8, the radius (hereinafter referred to as the inner diameter) R 2 of the circle formed by the inner wall surface N changes to the inner diameter R 2 ′ due to the displacement caused by the swinging. The inner diameter R 2 ′ is obtained as shown in the following formula (7). The following equation (7) makes it possible to accurately measure the inner diameter R 2 ′ even when the center position of the container is shifted for each measurement.
R 2 ′ = {(R 1 −t 12 ) 2 + t 14 2
+ 2t 14 (R 1 −t 12 ) cos (β 2 + r 1 ″)} 1/2 (7)
here,
t 1 = k 2 sin (2θ 1 + r 2 −r 1 ) / sinφ 1 ′ (C−1)
φ 2 '= tan -1 (l A2 ' / b) (C-2)
β 1 = 2θ 1 + r 2 −r 1 −θ 1 ′ −φ 2 ′ (C-3)
t 2 = t 1 sin (φ 1 ′ + φ 2 ′) / sin β 1 (C-4)
t 3 = − (R 1 −t 2 ) cos β 1 + {R 1 2 − (R 1 −t 2 ) 2 sin 2 β 1 } 1/2 (C-5)
β 2 = sin −1 (sin β 1 t 3 / R 1 ) (C-6)
t 4 = R 1 {2 (1-cosβ 2 )} 1/2 (C-7)
t 5 = (R 1 2 + ΔR 0 2 -2R 1 ΔR 0 cos θ R0 ) 1/2 (C-8)
β 4 = sin -1 [{t 1 sin (φ 1 '+ 2θ 1 + r 2 -r 1 -θ 1 ')
−asin (2θ 1 + r 2 −r 1 −θ 1 ′)} / t 5 ] (C-9)
t 7 = {R 1 2 + t 5 2 −2R 1 t 5 cos (β 2 −β 4 )} 1/2 (C-10)
β 5 = sin −1 [{R 1 sin (β 2 −β 4 )} / t 7 ] (C-11)
t 8 = {t 5 sin θ 1 + R 1 sin (β 2 −β 4 −θ 1 )} / sinφ 2 ′ (C−12)
t 9 = [(O B D) 2 + t 7 2 +2 (O B D) {t 5 cos θ 1 −R 1 cos (β 2 −β 4 −θ 1 )}] 1/2
(C-13)
t 10 = [l B2 ' 2 + t 9 2 -2l B2 ' {t 5 sinθ 1 + R 1 sin (β 2 -β 4 -θ 1 )}] 1/2
(C-14)
t 11 = [l B2 ' 2 + {(O B D) -a} 2 ] 1/2 (C-15)
β 7 = cos −1 [(t 8 2 + t 10 2 −t 11 2 ) / 2t 8 t 10 ] (C-16)
θ 1 ″ = β 1 −β 2 + β 7 (C−17)
sinr 1 ″ = sin θ 1 ″ / n (C-18)
sinr 1 ′ = sin θ 1 ′ / n (C-19)
t 12 = {t 4 cos (
t 13 = {t 4 cos (
t 14 = (t 12 2 + t 13 2 −2t 12 t 13 cosr 1 ′) 1/2 (C−22)
In the above formulas (C-1) to (C-22), l A2 ′ is the scattering spot (in the inner wall surface N read by the CCD A ) when the center O of the container is displaced to the center O ′ ( The distance between the imaging point P A2 ) and the origin position O A of the CCD A is shown.
測定すべき容器の肉厚W’は、下記式(8)に上記式(7)を代入することにより求められる。
W’=R1’−R2’ (8)
ここで、1.3で説明したように、ビン等の容器は、通常、モルド法(吹きつけ)によって製造される。このため、容器の外径は、一定となる。このため、図8において、外径R1=外径R1’とみなすことができる。
The thickness W ′ of the container to be measured is obtained by substituting the above formula (7) into the following formula (8).
W ′ = R 1 ′ −R 2 ′ (8)
Here, as explained in 1.3, a container such as a bottle is usually manufactured by a mold method (spraying). For this reason, the outer diameter of the container is constant. For this reason, in FIG. 8, it can be considered that outer diameter R 1 = outer diameter R 1 ′.
すなわち、図8に示される光学系において、測定すべき容器の肉厚W’は、下記式のようになる。
W’=R1−R2’ (9)
以下、上記式(7)、及び式(C−1)〜(C−22)の導出方法について、図10及び図11に基づいて説明する。図10及び図11は、内径R2’の導出方法を説明するための説明図である。なお、図10及び図11に示された各符号は、図8に基づくものである。なお、図10において、点S1''は、直線S1'O'と、直線S3'Cとが交わる交点である。
That is, in the optical system shown in FIG. 8, the thickness W ′ of the container to be measured is expressed by the following equation.
W ′ = R 1 −R 2 ′ (9)
Hereinafter, the derivation method of the said Formula (7) and Formula (C-1)-(C-22) is demonstrated based on FIG.10 and FIG.11. 10 and 11 are explanatory diagrams for explaining a method of deriving the inner diameter R 2 ′. Note that the reference numerals shown in FIGS. 10 and 11 are based on FIG. In FIG. 10, a point S 1 ″ is an intersection where the straight line S 1 ′ O ′ and the straight line S 3 ′ C intersect.
図10に示される、中心Cと照射位置S1'との間の距離t1は、3角形CD'S1'に対し正弦定理を適用することにより、から下記式(C−1)のようになる。
t1=k2sin(2θ1+r2−r1)/sinφ1', (C−1)
ここで、図10に示される角度φ2'は、下記式(C−2)のように与えられる。
φ2'=tan-1(lA2'/b). (C−2)
したがって、図10に示される角度β1は、下記式(C−3)のように与えられる。
β1=2θ1+r2−r1−θ1'−φ2', (C−3)
また、照射位置S1'と点S1''との間の距離t2は、3角形CS1''S1'に対し余弦定理を適用することにより、下記式(C−4)のように与えられる。
t2=t1sin(φ1’+φ2’)/sinβ1. (C−4)
同様に、点S3'と点S1''との間の距離t3は、3角形S3'O'S1''に対し余弦定理を適用することにより、下記式(C−5)のように与えられる。
t3=−(R1−t2)cosβ1+{R1 2−(R1−t2)2sin2β1}1/2, (C−5)
また、図10に示される角度β2は、3角形S3'O'S1''に対し正弦定理を適用することにより、下記式(C−5)のように求められる。
β2=sin-1(sinβ1t3/R1). (C−6)
点S3’と照射位置S1’との間の距離t4は、3角形S3'O'S1'に対し余弦定理を適用することにより、下記式(C−7)のように求められる。
t4=R1{2(1−cosβ2)}1/2, (C−7)
そして、点Dと中心O'との間の距離t5は、3角形DOO’に対し余弦定理を適用することにより、下記式(C−8)のように求められる。
t5=(R1 2+ΔR0 2−2R1ΔR0cosθR0)1/2, (C−8)
また、これらの値と3角形DO'S1'に対する正弦定理を用いると、角度β4は、下記式(C−9)のように求められる。
β4=sin-1[{t1sin(φ1'+2θ1+r2−r1−θ1')
−asin(2θ1+r2−r1−θ1')}/t5] (C−9)
したがって、点Dと点S3’との間の距離t7は、3角形S3'O'Dに対する余弦定理から、下記式(C−10)のように求められる。
t7={R1 2+t5 2−2R1t5cos(β2−β4)}1/2 (C−10)
そして、さらに、角度β5は、3角形S3'O'Dに対するに対する正弦定理から、下記式(C−11)のようになる。なお、角度β5は、直線S3’Dと直線O’Dとのなす角度である。
β5=sin-1[{R1sin(β2−β4)}/t7] (C−11)
中心Cと点S3'との間の距離t8は、3角形CS3'Dに対して正弦定理を適用することにより、下記式(C−12)のように求められる。
t8={t5sinθ1+R1sin(β2−β4−θ1)}/sinφ2' (C−12)
また、中心OBと点S3'との間の距離t9は、3角形OBS3'Dに対して余弦定理を適用することによって、下記式(C−13)のように求められる。なお、式中、OBDは、中心OBと点Dとの距離を示す。
t9=[(OBD)2+t7 2+2(OBD){t5cosθ1−R1cos(β2−β4−θ1)}]1/2
(C−13)
結像点PB2'と点S3'との間の距離t10は、3角形OBPB2'S3に対して余弦定理を適用することによって、下記式(C−14)のように求められる。
t10=[lB2'2+t9 2−2lB2'{t5sinθ1+R1sin(β2−β4−θ1)}]1/2
(C−14)
さらに、結像点PB2'と中心Cとの間の距離t11は、3角形OBPB2'Cに対して余弦定理を適用することによって、下記式(C−15)のように求められる。
t11=[lB2'2+{(OBD)−a}2]1/2 (C−15)
角度β7は、3角形PB2’S3’Cに対し余弦定理を適用することにより、下記式(C−16)のように求められる。
β7=cos-1[(t8 2+t10 2−t11 2)/2t8t10] (C−16)
ここで、
θ1''=β1−β2+β7 (C−17)
sinr1''=sinθ1''/n (C−18)
sinr1'=sinθ1'/n (C−19) つぎに、図11を用いて、内径R2’の算出に必要な諸量を求める。
The distance t 1 between the center C and the irradiation position S 1 ′ shown in FIG. 10 is expressed by the following formula (C-1) by applying the sine theorem to the triangle CD ′S 1 ′. become.
t 1 = k 2 sin (2θ 1 + r 2 −r 1 ) / sinφ 1 ′, (C−1)
Here, the angle φ 2 ′ shown in FIG. 10 is given by the following equation (C-2).
φ 2 '= tan -1 (l A2 ' / b). (C-2)
Therefore, the angle beta 1 shown in FIG. 10 is given as the following formula (C-3).
β 1 = 2θ 1 + r 2 −r 1 −θ 1 ′ −φ 2 ′, (C-3)
The distance t 2 between the irradiation position S 1 ′ and the point S 1 ″ is expressed by the following equation (C-4) by applying the cosine theorem to the triangle CS 1 ″ S 1 ′. Given to.
t 2 = t 1 sin (φ 1 ′ + φ 2 ′) / sin β 1 (C-4)
Similarly, the distance t 3 between the point S 3 ′ and the point S 1 ″ is expressed by the following formula (C-5) by applying the cosine theorem to the triangle S 3 ′ O ′S 1 ″. Is given as follows.
t 3 = − (R 1 −t 2 ) cos β 1 + {R 1 2 − (R 1 −t 2 ) 2 sin 2 β 1 } 1/2 , (C-5)
Further, the angle β 2 shown in FIG. 10 is obtained as shown in the following formula (C-5) by applying the sine theorem to the triangle S 3 ′ O ′S 1 ″.
β 2 = sin −1 (sin β 1 t 3 / R 1 ). (C-6)
The distance t 4 between the point S 3 ′ and the irradiation position S 1 ′ is obtained by applying the cosine theorem to the triangle S 3 ′ O ′S 1 ′ as shown in the following formula (C-7). It is done.
t 4 = R 1 {2 (1-cosβ 2 )} 1/2 , (C-7)
And, 'the distance t 5 between, triangular DOO' point D and the center O by applying the cosine theorem to be obtained as the following formula (C-8).
t 5 = (R 1 2 + ΔR 0 2 -2R 1 ΔR 0 cos θ R0 ) 1/2 , (C-8)
Further, when these values and the sine theorem for the triangle DO ′S 1 ′ are used, the angle β 4 is obtained as in the following formula (C-9).
β 4 = sin -1 [{t 1 sin (φ 1 '+ 2θ 1 + r 2 -r 1 -θ 1 ')
−asin (2θ 1 + r 2 −r 1 −θ 1 ′)} / t 5 ] (C-9)
Therefore, the distance t 7 between the point D and the point S 3 ′ is obtained from the cosine theorem for the triangle S 3 ′ O′D as shown in the following formula (C-10).
t 7 = {R 1 2 + t 5 2 −2R 1 t 5 cos (β 2 −β 4 )} 1/2 (C-10)
Further, the angle β 5 is expressed by the following formula (C-11) from the sine theorem for the triangle S 3 'O'D. Note that the angle β 5 is an angle formed by the straight line S 3 ′ D and the straight line O′D.
β 5 = sin −1 [{R 1 sin (β 2 −β 4 )} / t 7 ] (C-11)
A distance t 8 between the center C and the point S 3 ′ is obtained by applying the sine theorem to the triangle CS 3 ′ D as shown in the following formula (C-12).
t 8 = {t 5 sin θ 1 + R 1 sin (β 2 −β 4 −θ 1 )} / sinφ 2 ′ (C−12)
The center O B and the point S 3 'distance t 9 between the triangle O B S 3' by applying the cosine theorem with respect to D, is determined as the following equation (C-13) . In the formula, O B D indicates the distance between the center O B and the point D.
t 9 = [(O B D) 2 + t 7 2 +2 (O B D) {t 5 cos θ 1 −R 1 cos (β 2 −β 4 −θ 1 )}] 1/2
(C-13)
The distance t 10 between the image point P B2 ′ and the point S 3 ′ is expressed by the following equation (C-14) by applying the cosine theorem to the triangle O B P B2 ′ S 3 . Desired.
t 10 = [l B2 ' 2 + t 9 2 -2l B2 ' {t 5 sinθ 1 + R 1 sin (β 2 -β 4 -θ 1 )}] 1/2
(C-14)
Further, the distance t 11 between the image point P B2 ′ and the center C is obtained by applying the cosine theorem to the triangle O B P B2 ′ C as shown in the following formula (C-15). It is done.
t 11 = [l B2 ' 2 + {(O B D) -a} 2 ] 1/2 (C-15)
The angle β 7 is obtained by applying the cosine theorem to the triangle P B2 'S 3 ' C as shown in the following formula (C-16).
β 7 = cos −1 [(t 8 2 + t 10 2 −t 11 2 ) / 2t 8 t 10 ] (C-16)
here,
θ 1 ″ = β 1 −β 2 + β 7 (C−17)
sinr 1 ″ = sin θ 1 ″ / n (C-18)
sinr 1 ′ = sin θ 1 ′ / n (C-19) Next, using FIG. 11, various amounts necessary for calculating the inner diameter R 2 ′ are obtained.
照射位置S1'と点S2''との間の距離t12は、3角形S3'S2''S1'に正弦定理を用いることにより、下記式(C−20)のように求められる。
t12={t4cos(β2/2+r1'')}/sin(β2+r1'') (C−20)
また、照射位置S1'と点S2'との間の距離t13は、3角形S3'S2'S1'に正弦定理を用いることにより、下記式(C−21)となる。
t13={t4cos(β2/2+r1'')}/sin(β2+r1'+r1'') (C−21)
さらに、点S2'と点S2''と間の距離t12は、3角形S3'S2'S2''に余弦定理を用いることにより、下記式(C−22)となる。
t14=(t12 2+t13 2−2t12t13cosr1')1/2 (C−22)
OS2''とこれまでに求めた式と3角形ΔS2'OS2''に対する余弦定理から内径R2'は次式で与えられる。
R2'={(R1−t12)2+t14 2
+2t14(R1−t12)cos(β2+r1'‘)}1/2 (7)
以上のように,本発明では,円周方向(回転方向)の瞬時瞬時の内径R2’を、上記式(7)に基づいて算出している。この回転によって容器の中心位置が測定毎にずれた場合であっても、内径R2’を正確に測定することが可能になる。そして、その測定毎の外径R1’(=R1)と測定された内径R2’との差を計算することにより、測定すべき容器の肉厚W’を正確に測定することが可能になる。
The distance t 12 between the irradiation position S 1 ′ and the point S 2 ″ is expressed by the following formula (C-20) by using the sine theorem for the triangle S 3 ′ S 2 ″ S 1 ′. Desired.
t 12 = {t 4 cos (
The distance t 13 between the 'point S 2 and' illumination position S 1, the use of the triangle S 3 'S 2' sine theorem in S 1 ', the following formulas (C-21).
t 13 = {t 4 cos (
Further, the distance t 12 between 'the point S 2' point S 2 'and, by using a triangle S 3' S 2 'cosine theorem S 2' ', the following formulas (C-22).
t 14 = (t 12 2 + t 13 2 −2t 12 t 13 cosr 1 ′) 1/2 (C−22)
R 2 ′ = {(R 1 −t 12 ) 2 + t 14 2
+ 2t 14 (R 1 −t 12 ) cos (β 2 + r 1 ″)} 1/2 (7)
As described above, in the present invention, the instantaneous instantaneous inner diameter R 2 ′ in the circumferential direction (rotation direction) is calculated based on the above equation (7). Even if the center position of the container is shifted for each measurement due to this rotation, the inner diameter R 2 ′ can be accurately measured. Then, by calculating the difference between the outer diameter R 1 ′ (= R 1 ) and the measured inner diameter R 2 ′ for each measurement, it is possible to accurately measure the wall thickness W ′ of the container to be measured. become.
また、本発明では、ビン等の容器の肉厚を測定するために、レーザー光を境界(外壁面)で屈折させながら、順に進行させてビン肉厚を測定している。このような方法を「光線追跡法」と称する。本発明は、測定毎に変化する容器の中心位置に対し、光線追跡法を用いているので、レンズの収差、特に球面収差を除けば、測定誤差を有しない。
〔3. 結果と検討〕
〔3.1 肉厚測定の解像度(分解能)性〕
上述した結像法による肉厚測定の解像度を概算するために、光学設計ソフト「Zemax」を用いて、シミュレーション実験を行った。このソフトは、基本的には各境界での屈折による光追跡法に基づいてシミュレーションするためのものである。図12は、このシミュレーションのための光学配置を示す図である。
Further, in the present invention, in order to measure the thickness of a container such as a bottle, the thickness of the bottle is measured by advancing sequentially while refracting the laser beam at the boundary (outer wall surface). Such a method is referred to as a “ray tracing method”. Since the present invention uses the ray tracing method for the center position of the container that changes at each measurement, there is no measurement error except for lens aberrations, particularly spherical aberration.
[3. Results and examination)
[3.1 Resolution (resolution) of wall thickness measurement]
In order to estimate the resolution of the thickness measurement by the imaging method described above, a simulation experiment was performed using the optical design software “Zemax”. This software is basically for simulation based on the light tracking method by refraction at each boundary. FIG. 12 is a diagram showing an optical arrangement for this simulation.
このシミュレーションは、図8に示される光学系に基づくものである。すなわち、このシミュレーションは、容器の中心Oが中心O’に変位した場合に、CCDA上に結像される結像点PA1及び結像点PA2がどのように移動するのかをシミュレーションしたものである。 This simulation is based on the optical system shown in FIG. That is, this simulation is a simulation of how the imaging point P A1 and the imaging point P A2 imaged on the CCD A move when the center O of the container is displaced to the center O ′. It is.
なお、図12に示すように、このシミュレーションでは、入射角度θ1は、容器の中心(最高)位置に対する角度として決定されている。また、このシミュレーションの条件は、入射角度θ1を45°とし、外径R1を55mmとし、容器の肉厚W(外径R1−内径R2)を4mmとしている。レンズL3については、焦点距離f3を13mmとし、直径を12.7mmとし、レンズ厚さを5.5mmとしている。さらに、CCDAの中心OAとレンズL3の中心Cとの間の距離を23.558441mmとし、レンズの中心Cと点Dとの間の距離を25mmとしている。 As shown in FIG. 12, in this simulation, the incident angle θ 1 is determined as an angle with respect to the center (maximum) position of the container. Further, the simulation conditions are such that the incident angle θ 1 is 45 °, the outer diameter R 1 is 55 mm, and the wall thickness W (outer diameter R 1 -inner diameter R 2 ) is 4 mm. The lens L 3, the focal length f 3 and 13 mm, and the diameter and 12.7 mm, has a lens thickness and 5.5 mm. Further, the distance between the center O A of the CCD A and the center C of the lens L 3 is 23.558441 mm, and the distance between the center C of the lens and the point D is 25 mm.
上記の条件に基づいて、容器の中心Oが中心O’に変位した場合における、結像点PA1及び結像点PA2の移動量をシミュレーションした。なお、結像点PA1及び結像点PA2の移動量は、結像点PA1及び結像点PA2と、中心OAとの間の距離lA1及びlA2としている。また、図12に示すように、中心Oから中心O’への変位は、変位量ΔR0及び変位角θR0により規定されている。 Based on the above conditions, the amount of movement of the imaging point P A1 and the imaging point P A2 when the center O of the container is displaced to the center O ′ was simulated. The movement amount of the imaging point P A1 and the imaging point P A2 is the imaging point P A1 and the imaging point P A2, is the distance l A1 and l A2 between the center O A. Further, as shown in FIG. 12, the displacement of the center O 'from the center O is defined by the displacement amount [Delta] R 0 and the displacement angle theta R0.
シミュレーションの結果を表1に示す。表1は、容器の中心Oが中心O’に変位した場合に、CCDA上に結像される結像点PA1及び結像点PA2の移動をmm単位で示したものであり、表1(a)は、結像点PA1の移動量(lA1)を示し、表1(b)は、結像点PA2の移動量(lA2)を示す。なお、表中の「−」は結像点の移動方向を示すものであり、図8に示される結像点PA1及び結像点PA2の移動方向を「+」としたとき、その方向と逆の方向を示す。 The simulation results are shown in Table 1. Table 1 shows the movement of the imaging point P A1 and the imaging point P A2 imaged on the CCD A in mm units when the container center O is displaced to the center O ′. 1 (a) shows the amount of movement (l A1 ) of the image point P A1 , and Table 1 (b) shows the amount of movement (l A2 ) of the image point P A2 . Note that “−” in the table indicates the moving direction of the image forming point. When the moving directions of the image forming point P A1 and the image forming point P A2 shown in FIG. Indicates the opposite direction.
容器の肉厚変化量をΔRとし、CCDA上の結像点の変化量をΔdとし、CCDAの解像度(分解能)をΔDresとすると、本方法の検出解像度(分解能)、すなわち検出可能な最小肉厚ΔRresは、下記式(10)のように求められる。
ΔRres=(ΔR/Δd)・ΔDres. (10)
この検出解像度ΔRresは、例えば、入射角度θ1、レンズL3とCCDAとの位置関係、容器の中心Oの変位、容器の肉厚W等のような、部材の光学的配置、あるいは部材の寸法によって、多少異なる。表2は、上記シミュレーションにより得られた表1(a)及び表1(b)のデータを基にして、上記式(10)より計算された検出解像度ΔRresを示している。なお、表2では、CCDAの解像度(分解能)ΔDresを10μmとして、検出解像度ΔRresを計算している。
When the change in thickness of the container is ΔR, the change in the image point on CCD A is Δd, and the resolution (resolution) of CCD A is ΔD res , the detection resolution (resolution) of this method, that is, detectable The minimum wall thickness ΔR res is obtained as in the following formula (10).
ΔR res = (ΔR / Δd) · ΔD res . (10)
The detection resolution ΔR res is determined by the optical arrangement of the members, such as the incident angle θ 1 , the positional relationship between the lens L 3 and the CCD A , the displacement of the center O of the container, the thickness W of the container, or the like. Depending on the dimensions of the Table 2 shows the detection resolution ΔR res calculated from the above equation (10) based on the data of Table 1 (a) and Table 1 (b) obtained by the simulation. In Table 2, the detection resolution ΔR res is calculated assuming that the resolution (resolution) ΔD res of CCD A is 10 μm.
表2(a)は、図12に示される光学系において、内壁面Nの曲率半径(内径R2)を51mmから51.1mmへと変化させ、容器の肉厚Wを0.1mmだけ薄くした場合の、CCDA上の結像点PA2の変化量Δdをシミュレーションし、上記式(10)より検出解像度ΔRresを計算した結果を示し、表2(b)は、内壁面Nの曲率半径(内径R2)を51mmから50.9mmへと変化させ、容器の肉厚Wを0.1mmだけ厚くした場合の、CCDA上の結像点PA2の変化量Δdをシミュレーションし、上記式(10)より検出解像度ΔRresを計算した結果を示し、表2(c)は、外壁面Mの曲率半径(外径R1)を55mmから54.9mmへと変化させ、容器の肉厚Wを0.1mmだけ薄くした場合の、CCDA上の結像点PA1の変化量Δdをシミュレーションし、上記式(10)より検出解像度ΔRresを計算した結果を示し、表2(d)は、外壁面Mの曲率半径(外径R1)を55mmから54.9mmへと変化させ、容器の肉厚Wを0.1mmだけ薄くした場合の、CCDA上の結像点PA1の変化量Δdをシミュレーションし、上記式(10)より検出解像度ΔRresを計算した結果を示し、表2(e)は、外壁面Mの曲率半径(外径R1)を55mmから55.1mmへと変化させ、容器の肉厚Wを0.1mmだけ厚くした場合の、CCDA上の結像点PA1の変化量Δdをシミュレーションし、上記式(10)より検出解像度ΔRresを計算した結果を示し、表2(f)は、外壁面Mの曲率半径(外径R1)を55mmから55.1mmへと変化させ、容器の肉厚Wを0.1mmだけ厚くした場合の、CCDA上の結像点PA1の変化量Δdをシミュレーションし、上記式(10)より検出解像度ΔRresを計算した結果を示す。 Table 2 (a) shows that in the optical system shown in FIG. 12, the radius of curvature (inner diameter R 2 ) of the inner wall surface N is changed from 51 mm to 51.1 mm, and the wall thickness W of the container is reduced by 0.1 mm. cases, to simulate the variation Δd of the imaging point P A2 on CCD a, shows a result of calculating a detection resolution [Delta] R res the above equation (10), Table. 2 (b), the inner wall surface N curvature radius When the (inner diameter R 2 ) is changed from 51 mm to 50.9 mm, and the wall thickness W of the container is increased by 0.1 mm, the amount of change Δd of the imaging point P A2 on the CCD A is simulated, and the above formula (10) shows the result of calculating the detection resolution ΔR res , and Table 2 (c) shows the change in the radius of curvature (outer diameter R 1 ) of the outer wall surface M from 55 mm to 54.9 mm, and the wall thickness W of the container the case was thin as 0.1mm, CCD a Simulating the variation Δd of the imaging point P A1, it shows a result of calculating a detection resolution [Delta] R res the above equation (10), Table. 2 (d), the radius of curvature of the outer wall surface M (outer diameter R 1) Is changed from 55 mm to 54.9 mm, and the amount of change Δd of the imaging point P A1 on the CCD A when the wall thickness W of the container is reduced by 0.1 mm is simulated and detected from the above equation (10). Table 2 (e) shows the result of calculating the resolution ΔR res , and Table 2 (e) changes the curvature radius (outer diameter R 1 ) of the outer wall surface M from 55 mm to 55.1 mm, and the container thickness W is 0.1 mm. When the thickness is increased, the amount of change Δd of the imaging point P A1 on the CCD A is simulated, and the detection resolution ΔR res is calculated from the above equation (10). Table 2 (f) shows the outer wall M Curvature radius (outer diameter R 1 ) from 55 mm to 5 The amount of change Δd of the imaging point P A1 on the CCD A when the thickness W of the container is increased by 0.1 mm is simulated, and the detection resolution ΔR res is calculated from the above equation (10). The result of calculating is shown.
表2(a)〜表2(f)に示すように、図12の光学系に対する検出解像度ΔRresの範囲は10〜50μmである。本肉厚測定方法に対し、実用上要求される測定誤差は0.1mmである。それゆえ、この検出解像度ΔRresは、実用に耐え得るものである。 As shown in Table 2 (a) to Table 2 (f), the range of the detection resolution ΔR res for the optical system in FIG. 12 is 10 to 50 μm. The measurement error required for practical use with this thickness measurement method is 0.1 mm. Therefore, this detection resolution ΔR res can withstand practical use.
参考までに、正反射法により求められた中心位置の結果の一例について説明する。 For reference, an example of the result of the center position obtained by the regular reflection method will be described.
表4は、容器の中心位置ずれによる正反射光受光位置ずれ量を光学設計ソフトZemaxによりシミュレーションを行った結果を示す。なお、このシミュレーションは、上記と同様に、図8に示される光学系に基づくものである。すなわち、このシミュレーションは、容器の中心Oが中心O’に変位した場合に、CCDB上に結像される結像点PB1及び結像点PB2がどのように移動するのかをシミュレーションしたものである。 Table 4 shows the result of simulating the amount of specular reflection light receiving position shift due to the center position shift of the container using the optical design software Zemax. This simulation is based on the optical system shown in FIG. 8 as described above. That is, this simulation is a simulation of how the imaging point P B1 and the imaging point P B2 imaged on the CCD B move when the container center O is displaced to the center O ′. It is.
なお、図13に示すように、このシミュレーションの条件は、入射角度θ1を45°とし、外径R1を40mmとし、容器の肉厚W(外径R1−内径R2)を3mmとしている。CCDBの中心OBと容器との間の距離を76.4mmとしている。また、図7に示すように、振れ回りによる、容器の中心Oから中心O’への変位は、変位角θR0と変位距離ΔR0により規定されている。 As shown in FIG. 13, the conditions of this simulation are that the incident angle θ 1 is 45 °, the outer diameter R 1 is 40 mm, and the wall thickness W (outer diameter R 1 -inner diameter R 2 ) is 3 mm. Yes. The distance between the center O B and vessel CCD B is set to 76.4mm. Further, as shown in FIG. 7, the displacement from the center O of the container to the center O ′ due to the swinging is defined by the displacement angle θ R0 and the displacement distance ΔR 0 .
上記の条件に基づいて、容器の中心Oが中心O’に変位した場合における、結像点PB1及び結像点PB2の移動量をシミュレーションした。なお、結像点PB1及び結像点PB2の移動量は、結像点PB1及び結像点PB2と、原点位置OBとの間の距離lB1及びlB2としている。 Based on the above conditions, the amount of movement of the imaging point P B1 and the imaging point P B2 when the center O of the container is displaced to the center O ′ was simulated. The movement amount of the imaging point P B1 and the imaging point P B2 is the imaging point P B1 and the imaging point P B2, and a distance l B1 and l B2 between the origin position O B.
なお、表4は、シミュレーション中心位置のずれを予め決定し、決定された中心位置ずれに対する正反射光の受光位置を求めている。すなわち、表4は、予め決定された変位角θR0と変位距離ΔR0に対し、距離lB1及びlB2のシミュレーションを行った結果を示す。 Table 4 preliminarily determines the shift of the simulation center position, and obtains the light reception position of the regular reflection light with respect to the determined center position shift. That is, Table 4 shows the results of simulations of distances l B1 and l B2 with respect to a predetermined displacement angle θ R0 and displacement distance ΔR 0 .
しかしながら、本発明における正反射法は、正反射光の受光位置から中心位置のずれを、上記式(6−1)及び式(6−2)に基づいて求めるものである。
〔3.2 肉厚測定誤差〕
ここでは、本発明による肉厚測定の誤差について検討する。この測定誤差の主な原因としては、以下の(イ)〜(ハ)の3つの原因が考えられる。
(イ)測定時における透明平行板やビン等の容器の設置位置誤差。
(ロ)レンズ(結像レンズ)の球面収差。
(ハ)CCDの読み取り誤差。
However, the regular reflection method according to the present invention obtains the deviation of the center position from the light receiving position of the regular reflection light based on the above formulas (6-1) and (6-2).
[3.2 Thickness measurement error]
Here, the error of the wall thickness measurement according to the present invention will be examined. As the main causes of this measurement error, the following three causes (a) to (c) are considered.
(A) Installation position error of containers such as transparent parallel plates and bottles during measurement.
(B) Spherical aberration of the lens (imaging lens).
(C) CCD reading error.
これらの原因のなかで、(イ)は実際の肉厚測定における誤差である。一方、(ロ)及び(ハ)は、肉厚測定を行う光学系そのものによる誤差である。 Among these causes, (a) is an error in actual wall thickness measurement. On the other hand, (b) and (c) are errors due to the optical system itself that performs wall thickness measurement.
本発明は、ビン肉厚測定法とそのシステムの開発である。この目的のために、本発明では、結像法に加えて正反射法の両者により求められた中心位置に対する肉厚を上述の結像法によって求めている。さらに、この結像法は、光線追跡法によって測定するものである。このような方法では、まず、容器の中心を正反射法により正確に求め、この中心位置に対して肉厚を求めているため、基本的に誤差は生じない。しかしながら、この方法では、容器の中心の変位による測定誤差を簡単に概算することはできない。 The present invention is the development of a bin thickness measurement method and system. For this purpose, in the present invention, the thickness with respect to the center position obtained by both the regular reflection method in addition to the imaging method is obtained by the above-described imaging method. Further, this imaging method is measured by a ray tracing method. In such a method, first, the center of the container is accurately obtained by the specular reflection method, and the wall thickness is obtained with respect to this center position, so basically no error occurs. However, this method cannot easily estimate the measurement error due to the displacement of the center of the container.
この節では、容器の中心の変位による測定誤差を概算するために、固定した容器の中心に対する解析からおおまかに測定誤差を概算する。容器の中心位置が変化すると、結果的に入射角度が変化する。そして、この入射角度変化が、式(1)や式(3)に示すように肉厚測定の誤差原因となる。そこで、この入射角度の変化をまず計算し、次に、この変化Δθを、ビン等の容器に対する式(4)ではなく、透明平行板に対する式(1)または(3)に適用して、肉厚測定の誤差を概算する。 In this section, in order to estimate the measurement error due to the displacement of the center of the container, the measurement error is roughly estimated from the analysis of the center of the fixed container. When the center position of the container changes, the incident angle changes as a result. This change in the incident angle causes an error in the thickness measurement as shown in equations (1) and (3). Therefore, the change in the incident angle is first calculated, and then this change Δθ is applied to the expression (1) or (3) for the transparent parallel plate instead of the expression (4) for a container such as a bottle. Approximate error in thickness measurement.
〔 容器の振れ回りによる入射角度誤差〕
リアルタイムにガラスビン等の容器の肉厚を測定する場合、ベルトコンベアーで搬送してきた容器の移動を停止し、その位置で少なくとも1回転して容器の円周方向の肉厚を測定する方法が採られる。容器の肉厚測定における最大の誤差要因は、容器を少なくとも1回転する際に生じる、容器の中心位置の振れ回りによる誤差である。この誤差は、入射角度変化を誤差に取り入れることで、検討することが可能である。以下、ガラスビン等の容器の振れ回りによる入射角度誤差について、説明する。なお、容器の中心位置の変化によって入射角度が変化する様子は、図8に示しているとおりである。
[Incident angle error due to container swinging]
When measuring the thickness of a container such as a glass bottle in real time, a method is adopted in which the movement of the container conveyed by the belt conveyor is stopped, and the thickness of the container in the circumferential direction is measured by at least one rotation at that position. . The greatest error factor in measuring the thickness of the container is an error caused by the swing of the center position of the container that occurs when the container is rotated at least once. This error can be examined by incorporating the incident angle change into the error. Hereinafter, the incident angle error due to the swinging of a container such as a glass bottle will be described. In addition, a mode that an incident angle changes with the change of the center position of a container is as showing in FIG.
すなわち、図8に示すように、容器の中心Oが中心O’に変位した場合、変位角θR0と変位距離ΔR0により、レーザー光の入射角度は、θ1からθ1’に変化する。この入射角度θ1’は、下記式(11)のように求められる。なお、式(11)は、入射角度θ1=45°の場合を計算したものである。
θ1’=sin−1[{R1+ΔR021/2cos(θR0+π/4)}/R121/2]. (11)
以下、上記式(11)の導出方法について、図14に基づいて説明する。図14は、容器の振れ回りによる入射角度誤差の導出方法を説明するための説明図である。なお、14に示された各符号は、図8に基づくものである。なお、図14は、入射角度θ1=45°としている。さらに、固定されている(基準となる)容器の中心Oを原点(0,0)としたxy座標系を考え、変位後の中心O’を(Δx0, Δy0)としている。
That is, as shown in FIG. 8, 'when displaced, by displacement distance [Delta] R 0 between the displacement angle theta R0, the incident angle of the laser beam from theta 1 theta 1' center O of the container center O changes. The incident angle θ 1 ′ is obtained as in the following formula (11). Equation (11) is calculated when the incident angle θ 1 = 45 °.
θ 1 ′ = sin −1 [{R 1 +
Hereinafter, a method for deriving the above equation (11) will be described with reference to FIG. FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining a method of deriving an incident angle error due to the shake of the container. In addition, each code | symbol shown by 14 is based on FIG. In FIG. 14, the incident angle θ 1 = 45 °. Further, considering an xy coordinate system in which the center O of the fixed (reference) container is the origin (0, 0), the center O ′ after displacement is (Δx 0 , Δy 0 ).
図14に示すように、容器の中心位置の移動によって、入射角度がθ1からθ1’に変化している。半径ΔR0上のビン中心位置O’(Δx0,Δy0)は、下記式(D−1)で与えられる。
Δx0=ΔR0sinθR0, Δy0=ΔR0cosθR0. (D−1)
したがって、その中心がO’の円S2上の任意の点座標は、下記式(D−2)のように表される。
x=R1cosβ+ΔR0sinθR0, y=R1sinβ+ΔR0cosθR0. (D−2)
また、傾き45°の直線Lは、下記式(D−3)で与えられる。
y=x+R0. (D−3)
簡単な幾何学的な考察から次式の関係を得る。
R0sinβ+ΔR0cosθR0=R0cosβ+ΔR0sinθR0+R0, (D−4)
cos(β+π/4)={R0−ΔR0√2cos(θR0+π/4)}/R0√2. (D−5)
したがって、β−π/4=θ1’の関係から、θ1’は最終的に次式となる。
θ1’=sin−1[{R1−ΔR0√2cos(θR0+π/4)}/R1√2]. (11)
上記式(11)において、入射角度θ1’の最小値θ’m及び最大値Θ’Mは、簡単な幾何学的な考察から理論的に計算される。すなわち、最小値θ’m及び最大値Θ’Mはそれぞれ、cos(θR0+π/4)=1 及び cos(θR0+π/4)=−1であるときの値である。すなわち、上記式(11)において、θR0=−π/4のときに、θ1’は最小値θ’mとなる。一方、θR0=π/4のときに、θ1’は最大値Θ’Mとなる。表5は、幾つかのΔR0/R0の値に対する最大値θ’max と最小値θ’maxを示す。
As shown in FIG. 14, by the movement of the center position of the container, the incident angle is changed in theta 1 'from theta 1. The bin center position O ′ (Δx 0 , Δy 0 ) on the radius ΔR 0 is given by the following equation (D-1).
Δx 0 = ΔR 0 sinθ R0 , Δy 0 = ΔR 0 cosθ R0 . (D-1)
Therefore, an arbitrary point coordinate on the circle S 2 whose center is O ′ is expressed as the following formula (D-2).
x = R 1 cosβ + ΔR 0 sinθ R0 , y = R 1 sinβ + ΔR 0 cosθ R0 . (D-2)
A straight line L with an inclination of 45 ° is given by the following formula (D-3).
y = x + R 0 . (D-3)
From simple geometric considerations, the following relationship is obtained.
R 0 sinβ + ΔR 0 cosθ R0 = R 0 cosβ + ΔR 0 sinθ R0 + R 0, (D-4)
cos (β + π / 4) = {R 0 −ΔR 0 √2 cos (θ R0 + π / 4)} / R 0 √2. (D-5)
Therefore, from the relationship of β−π / 4 = θ 1 ′, θ 1 ′ finally becomes the following equation.
θ 1 ′ = sin −1 [{R 1 −ΔR 0 √2 cos (θ R0 + π / 4)} / R 1 √2]. (11)
In the above equation (11), the minimum value θ ′ m and the maximum value Θ ′ M of the incident angle θ 1 ′ are theoretically calculated from simple geometric considerations. That is, the minimum value θ ′ m and the maximum value Θ ′ M are values when cos (θ R0 + π / 4) = 1 and cos (θ R0 + π / 4) = − 1, respectively. That is, in the above formula (11), when θ R0 = −π / 4, θ 1 ′ becomes the minimum value θ ′ m . On the other hand, when θ R0 = π / 4, θ 1 ′ becomes the maximum value Θ ′ M. Table 5 shows the maximum value θ ′ max and the minimum value θ ′ max for several values of ΔR 0 / R 0 .
例えば、入射角度θ=45°の場合、最小値θ’m及び最大値Θ’Mは、表5のようになる。表5は、外径R1とΔR0との比率を変えた場合における、最小値θ’m及び最大値Θ’Mを示した表である。 For example, when the incident angle θ = 45 °, the minimum value θ ′ m and the maximum value Θ ′ M are as shown in Table 5. Table 5 is a table showing the minimum value θ ′ m and the maximum value Θ ′ M when the ratio between the outer diameter R 1 and ΔR 0 is changed.
表5に示すように、外径R1とΔR0との比率が大きくなる(つまり、外径が小さくなる)に従い、最小値θ’mと最大値Θ’Mとの差が大きくなっている。これは、外径R1とΔR0との比率が大きくなると、入射角度θ1’の誤差が大きく影響することを示している。
〔本発明における肉厚測定誤差について〕
上述のように入射角度がθ1からθ1’に変化する場合、その入射角度の誤差(θ1’−θ1)をΔθとする。この入射角度誤差Δθより生じる肉厚測定誤差ΔXは、上記の透明平行板に関する式(1)また式(3)におけるθに、θ+Δθを代入することにより、求められる。
As shown in Table 5, the difference between the minimum value θ ′ m and the maximum value Θ ′ M increases as the ratio between the outer diameter R 1 and ΔR 0 increases (that is, the outer diameter decreases). . This indicates that as the ratio between the outer diameter R 1 and ΔR 0 increases, the error of the incident angle θ 1 ′ greatly affects.
[Thickness measurement error in the present invention]
When the incident angle changes from θ 1 to θ 1 ′ as described above, the error (θ 1 ′ −θ 1 ) of the incident angle is Δθ. The wall thickness measurement error ΔX resulting from the incident angle error Δθ can be obtained by substituting θ + Δθ into θ in the equations (1) and (3) related to the transparent parallel plate.
結像法として1枚レンズ法を用いた場合、Δθにより生じる測定誤差ΔXは、下記式(12−1)のようになる。 When the single lens method is used as the imaging method, the measurement error ΔX caused by Δθ is expressed by the following equation (12-1).
したがって、厚さの第1次近似により概算された、相対誤差ΔX/Xは下記式(12)で与えられる。
ΔX/X≒Δθ{tan(θ+φA)+tan(θ−φB)−cotθ−tanθ−
sinθcosθ/(n2−sin2θ)}, (12)
また、結像法として2枚レンズ法を用いた場合、Δθにより生じる測定誤差ΔXは、下記式(13−1)のようになる。
Therefore, the relative error ΔX / X estimated by the first-order approximation of the thickness is given by the following equation (12).
ΔX / X≈Δθ {tan (θ + φ A ) + tan (θ−φ B ) −cot θ−tan θ−
sinθcosθ / (n 2 −sin 2 θ)}, (12)
When the two-lens method is used as the imaging method, the measurement error ΔX caused by Δθ is expressed by the following equation (13-1).
したがって、厚さの第1次近似により概算された、相対誤差ΔX’/Xは下記式(13)で与えられる。
ΔX’/X=Δθ[{−cotθ+tan(θ+φB)−sinθcosθ/(n2−sin2θ)}
+2aAsinφAsin(2θ+φB){cot(2θ+φB)−cot(2θ+φA)}/
{aAsinφAsin(2θ+φB)−sinφBsin(2θ+φA)}], (13)
例えば、θ=45°,tanφA≒lA/b≒tanφB≒lB/b=5mm/50mm、X=5mmとすれば、1枚レンズ法を用いた場合、Δθにより生じる測定誤差ΔXは、下記式(12’)のようになる。
ΔX/X=−0.30Δθ, (12’)
また、2枚レンズ法を用いた場合、Δθにより生じる測定誤差ΔXは、下記式(13’)のようになる。
ΔX’/X=−0.12Δθ. (13’)
Δθの最大値として、例えばR:ΔR0=15:1と仮定すれば、表5よりΔθmax≒±5°程度である。この角度をラジアン角度単位に換算すると、Δθmax≒0.087となる。これを式(12’)に代入すると、
ΔX/X=−0.30Δθ=0.026
となる。例えば容器の肉厚Xが5mmである(X=5mm)場合、
ΔX=0.026×5.0≒0.13mm
となる。
Therefore, the relative error ΔX ′ / X estimated by the first-order approximation of the thickness is given by the following equation (13).
ΔX ′ / X = Δθ [{− cot θ + tan (θ + φ B ) −sin θ cos θ / (n 2 −sin 2 θ)}
+ 2a A sin φ A sin (2θ + φ B ) {cot (2θ + φ B ) −cot (2θ + φ A )} /
{A A sinφ A sin (2θ + φ B) -sinφ B sin (2θ + φ A)}], (13)
For example, θ = 45 °, tanφ A ≒ l A / b ≒ tanφ B ≒ l B / b = 5mm / 50mm, if X = 5 mm, when using a single lens method, measurement errors ΔX caused by Δθ is The following formula (12 ′) is obtained.
ΔX / X = −0.30Δθ, (12 ′)
When the two-lens method is used, the measurement error ΔX caused by Δθ is expressed by the following equation (13 ′).
ΔX ′ / X = −0.12Δθ. (13 ′)
Assuming that, for example, R: ΔR 0 = 15: 1 as the maximum value of Δθ, from Table 5, Δθ max ≈ ± 5 °. When this angle is converted into radians, Δθ max ≈ 0.087. Substituting this into equation (12 ′) gives
ΔX / X = −0.30 Δθ = 0.026
It becomes. For example, when the thickness X of the container is 5 mm (X = 5 mm),
ΔX = 0.026 × 5.0 ≒ 0.13mm
It becomes.
また、Δθmax≒0.087を式(13’)に代入すると、
ΔX’/X=−0.12Δθ=0.010
となる。そして、容器の肉厚X’が5mmである(X’=5mm)場合、
ΔX’=0.010×5.0≒0.05mm
となる。
Also, if Δθ max ≈0.087 is substituted into equation (13 ′),
ΔX ′ / X = −0.12 Δθ = 0.010
It becomes. And when the wall thickness X ′ of the container is 5 mm (X ′ = 5 mm),
ΔX ′ = 0.010 × 5.0≈0.05 mm
It becomes.
このように、両レンズ系に対する測定誤差は0.13mm以下となり、実用的に許される範囲であることがわかった。 Thus, the measurement error for both lens systems was 0.13 mm or less, which was found to be a practically allowable range.
以下、参考までに、透明平行板の肉厚を測定する場合における、上記(ロ)または(ハ)の原因に対する検討を説明する。 Hereinafter, for reference, a study on the cause of the above (b) or (c) when measuring the thickness of the transparent parallel plate will be described.
〔1枚レンズ法による誤差〕
まず、1枚レンズ法により透明平行板の肉厚を測定した場合における、測定誤差ΔXについて検討する。なお、図2に示された1枚レンズ法において、上記(ロ)、(ハ)の原因に対応する誤差は、以下のようになる。
(ロ)レンズL(結像レンズ)の球面収差。
(ハ)CCD上における結像点の読み取り誤差(ΔlA及びΔlB)。
これらのうちで、(ハ)の原因に対応する誤差(ΔlA及びΔlB)は、上記式(1)に基づいて検討することができる。特に、(ハ)の原因に対応する誤差ΔlA及びΔlBは、CCD上への微小な角度変化ΔφA及びΔφBとして取り扱うことが可能である。
以下、これら2つの原因に対応する誤差について検討する。
[Error by single lens method]
First, the measurement error ΔX when the thickness of the transparent parallel plate is measured by the single lens method will be examined. In the single-lens method shown in FIG. 2, the errors corresponding to the causes (b) and (c) are as follows.
(B) Spherical aberration of the lens L (imaging lens).
(C) Image point reading error on the CCD (Δl A and Δl B ).
Among these, errors (Δl A and Δl B ) corresponding to the cause of (c) can be examined based on the above equation (1). In particular, errors Δl A and Δl B corresponding to the cause of (c) can be handled as minute angle changes Δφ A and Δφ B on the CCD.
Hereinafter, the error corresponding to these two causes will be examined.
まず、(ハ)の原因に対応する読み取り誤差ΔφA及びΔφBにより生じる測定誤差ΔXは、下記式(14−1)のように求められる。 First, the measurement error ΔX caused by the reading errors Δφ A and Δφ B corresponding to the cause of (C) is obtained as the following equation (14-1).
したがって、相対誤差ΔX/Xは下記式(14)で与えられる。 Therefore, the relative error ΔX / X is given by the following equation (14).
ここで、実際の誤差の大きさについて概算する。ΔφA及びΔφBの誤差は、CCD上における結像点の読み取り誤差に対応している。それゆえ、ΔφA及びΔφBの誤差は、かなり小さくすることが可能である。 Here, the magnitude of the actual error is approximated. The errors of Δφ A and Δφ B correspond to the reading error of the image point on the CCD. Therefore, the error of Δφ A and Δφ B can be considerably reduced.
次に、(ロ)の原因に対応するレンズLの球面収差により生じる測定誤差を、光学設計ソフトZemaxによってシミュレーションする。このシミュレーションは、図2に示される光学系に基づくものである。すなわち、このシミュレーションは、容器の肉厚を3mmとして、裏面または表面が変位した場合に、CCD上に結像される結像点A0’及び結像点B0’がどのように移動するのかをシミュレーションしたものである。 Next, a measurement error caused by the spherical aberration of the lens L corresponding to the cause of (B) is simulated by the optical design software Zemax. This simulation is based on the optical system shown in FIG. That is, this simulation shows how the imaging point A 0 ′ and the imaging point B 0 ′ imaged on the CCD move when the thickness of the container is 3 mm and the back surface or the front surface is displaced. Is simulated.
なお、図15に示すように、このシミュレーションの条件は、入射角度θを45°としている。そして、レンズの中心O、及びCCDの受光面の原点位置D’を通過する直線と試料(透明平行板)の表面Eとの交点をDとした場合、点Dと中心Oとの距離(図2における距離aに対応する)を、30mmとしている。また、レンズの中心OとCCDの受光面の中心D’との距離(図2における距離bに対応する)を46.561406mmとしている。また、レンズ(EDOMUNDO)の焦点距離(F)を18mmとし、レンズ直径(D)を6mmとしている。さらに、レンズのアパーチャの直径を2mmとしている。 As shown in FIG. 15, the conditions for this simulation are that the incident angle θ is 45 °. When the intersection point between the center O of the lens and the straight line passing through the origin position D ′ of the light receiving surface of the CCD and the surface E of the sample (transparent parallel plate) is D, the distance between the point D and the center O (see FIG. (Corresponding to the distance a in 2) is 30 mm. The distance between the center O of the lens and the center D 'of the light receiving surface of the CCD (corresponding to the distance b in FIG. 2) is 46.5561406 mm. The focal length (F) of the lens (EDOMUNDO) is 18 mm, and the lens diameter (D) is 6 mm. Further, the diameter of the lens aperture is 2 mm.
上記の条件に基づいて、裏面または表面が変位した場合における、結像点A0’及び結像点B0’の移動量をシミュレーションした。なお、結像点A0’及び結像点B0’の移動量は、結像点A0’及び結像点B0’と、原点位置D’との間の距離lA及びlBとしている。検討結果を表6に示す。表6中のXは、得られた結像点lA及びlBを式(1−1)及び式(1)に代入して得られた値である。 Based on the above conditions, the amount of movement of the imaging point A 0 ′ and the imaging point B 0 ′ when the back surface or the front surface is displaced was simulated. The movement amount of the imaging points A 0 'and the imaging point B 0' is the imaging points A 0 'and the imaging point B 0', the distance l A and l B between the origin position D ' Yes. The examination results are shown in Table 6. X in Table 6 is a value obtained by substituting the obtained imaging points l A and l B into the equations (1-1) and (1).
この場合、表6に示すように、シミュレーション結果のXには、最大で40μmの測定誤差が生じている。これは、表面で散乱する散乱光と裏面で散乱する散乱光とを、1枚のレンズで結像しているため、球面収差が大きくなったためである。これに対して、後述の2枚レンズ法では、レンズの球面収差の影響がほとんどなくなっている。 In this case, as shown in Table 6, a maximum measurement error of 40 μm occurs in X of the simulation result. This is because the spherical aberration is increased because the scattered light scattered on the front surface and the scattered light scattered on the back surface are imaged by one lens. On the other hand, in the two-lens method described later, the influence of the spherical aberration of the lens is almost eliminated.
〔2枚レンズ法による誤差〕
次に、2枚レンズ法により透明平行板の肉厚を測定した場合における、測定誤差ΔXについて検討する。なお、上記と同様に、上記(ロ)の原因に対応する誤差はCCD上における結像点の読み取り誤差(ΔlA及びΔlB)となる。そして、誤差ΔlA及びΔlBは、CCD上への微小な角度変化ΔφA及びΔφBとして取り扱うことが可能である。以下、これら3つの原因に対応する誤差について検討する。
[Errors due to the two-lens method]
Next, the measurement error ΔX when the thickness of the transparent parallel plate is measured by the two-lens method will be examined. Similarly to the above, the error corresponding to the cause of the above (b) becomes the reading error (Δl A and Δl B ) of the imaging point on the CCD. The errors Δl A and Δl B can be handled as minute angle changes Δφ A and Δφ B on the CCD. Hereinafter, the errors corresponding to these three causes will be examined.
(ハ)の原因に対応する読み取り誤差ΔφA及びΔφBにより生じる測定誤差ΔX’は、以下のように求められる。 The measurement error ΔX ′ caused by the reading errors Δφ A and Δφ B corresponding to the cause of (C) is obtained as follows.
上記の式で、φA→φA+ΔφA、φB→φB+ΔφBとおいて、それらの変化分に対するΔdを計算すると、下記式(15)のように求められる。 In the above formula, when φ A → φ A + Δφ A and φ B → φ B + Δφ B are calculated, Δd with respect to these changes is calculated as the following formula (15).
ここで、実際の誤差の大きさについて概算する。ΔφA及びΔφBの誤差は、CCD上における結像点の読み取り誤差に対応している。それゆえ、ΔφA及びΔφBの誤差は、かなり小さくすることが可能である。 Here, the magnitude of the actual error is approximated. The errors of Δφ A and Δφ B correspond to the reading error of the image point on the CCD. Therefore, the error of Δφ A and Δφ B can be considerably reduced.
最後に、(ロ)の原因に対応するレンズの球面収差により生じる測定誤差を、光学設計ソフトZemaxによってシミュレーションする。このシミュレーションは、図3に示される光学系に基づくものである。すなわち、このシミュレーションは、裏面または表面が変位した場合に、CCDA及びCCDB上に結像される結像点OA’及び結像点OB’がどのように移動するのかをシミュレーションしたものである。 Finally, the measurement error caused by the spherical aberration of the lens corresponding to the cause of (B) is simulated by the optical design software Zemax. This simulation is based on the optical system shown in FIG. That is, this simulation is a simulation of how the imaging point O A ′ and the imaging point O B ′ imaged on the CCD A and the CCD B move when the back surface or the front surface is displaced. It is.
なお、図16に示すように、このシミュレーションの条件は、入射角度θを45°としている。そして、レンズの中心OA、及びCCDの受光面の結像点(原点位置)OA’を通過する直線と試料(透明平行板)の表面Eとの交点をAとした場合、点Aと中心OAとの距離(図3における距離aAに対応する)を、30mmとしている。また、レンズの中心OAとCCDの受光面の結像点OA’との距離(図3における距離bAに対応する)を46.561406mmとしている。また、レンズ(EDOMUNDO)の焦点距離(F)を18mmとし、レンズ直径(D)を6mmとしている。さらに、レンズのアパーチャの直径を2mmとしている。 As shown in FIG. 16, the conditions for this simulation are an incident angle θ of 45 °. When the intersection of the straight line passing through the center O A of the lens and the imaging point (origin position) O A ′ of the light receiving surface of the CCD and the surface E of the sample (transparent parallel plate) is A, The distance from the center O A (corresponding to the distance a A in FIG. 3) is 30 mm. Further, the distance between the lens center O A and the image forming point O A ′ on the light receiving surface of the CCD (corresponding to the distance b A in FIG. 3) is 46.5561406 mm. The focal length (F) of the lens (EDOMUNDO) is 18 mm, and the lens diameter (D) is 6 mm. Further, the diameter of the lens aperture is 2 mm.
上記の条件に基づいて、裏面または表面が変位した場合における、結像点OA’及び結像点OB’の移動量をシミュレーションした。なお、結像点OA’及び結像点OB’の移動量は、距離lA及びlBとしている。検討結果を表7に示す。表7中のD−D’は、得られた距離lA及びlBを式(3)に代入して得られた値である。 Based on the above conditions, the amount of movement of the imaging point O A ′ and the imaging point O B ′ when the back surface or the front surface is displaced was simulated. The moving amounts of the image forming point O A ′ and the image forming point O B ′ are distances l A and l B. The examination results are shown in Table 7. DD ′ in Table 7 is a value obtained by substituting the obtained distances l A and l B into equation (3).
この場合、表7に示すように、式(3)によるシミュレーション結果D−D’には全く誤差が生じていないことが分かる。これは、表面と裏面とに異なった2つの結像レンズを用いており、球面収差がほとんど生じないためである。 In this case, as shown in Table 7, it can be seen that there is no error in the simulation result D-D ′ according to the equation (3). This is because two different imaging lenses are used for the front and back surfaces, and spherical aberration hardly occurs.
〔おわりに〕
本発明は、レーザー光を、容器外壁面に対し斜め方向から照射し、以下の2つの方法の併用によってビンの肉厚をリアルタイムに、かつ正確に求めるというものである。
(1)容器の外壁面と内壁面とからの正反射光がCCD2上に結像した結像(受光)位置から容器の中心位置を求める。
(2)さらに、外壁面及び内壁面の両面からの散乱光をレンズによりCCD1上に結像し、その結像点から容器の肉厚を求める。
〔in conclusion〕
The present invention irradiates laser light on the outer wall surface of the container from an oblique direction, and accurately determines the thickness of the bottle in real time by using a combination of the following two methods.
(1) The center position of the container is obtained from the image formation (light reception) position where the regular reflection light from the outer wall surface and the inner wall surface of the container forms an image on the CCD 2 .
(2) Further, the scattered light from both the outer wall surface and the inner wall surface is imaged on the CCD 1 by a lens, and the thickness of the container is obtained from the imaged point.
上記特許文献1〜3の発明の測定原理は、いずれも結像法により肉厚を測定するものである。しかしながら、特許文献1〜3の発明はいずれも、結像のために、ただ1枚のレンズを用いたものである。これに対して、本発明では、容器の外壁面と内壁面との結像に、異なった2つの結像レンズを用いている。このため、本発明では、従来の肉厚測定方法と比較して、測定の感度と精度とが上がるという効果を奏する。
The measurement principles of the inventions in
さらに、本発明では、実際のリアルタイム測定時に必ず生じる容器の振れ回り等による測定誤差を回避するために、結像法と正反射法とを併用している。すなわち、本発明では、結像法と正反射法とにより得られたCCD上の結像点から、容器の中心位置を求め、その中心位置に対する正確な肉厚を測定している。 Furthermore, in the present invention, the imaging method and the regular reflection method are used in combination in order to avoid measurement errors caused by the shake of the container that always occur during actual real-time measurement. That is, in the present invention, the center position of the container is obtained from the image formation point on the CCD obtained by the image formation method and the regular reflection method, and the accurate thickness with respect to the center position is measured.
具体的には、正反射法用及び結像法のために、2個のCCDカメラを用いている。そして、この2個のCCDカメラ上の結像点から求めた容器の中心位置に対する、正確な肉厚を測定する。 Specifically, two CCD cameras are used for the regular reflection method and the imaging method. Then, an accurate thickness is measured with respect to the center position of the container obtained from the image forming points on the two CCD cameras.
このように、本発明は、実際の測定時に生じる振れ回り等による測定誤差を軽減するために、結像法に2枚のレンズを用い、さらに正反射法との併用するものである。これにより、測定感度の向上と測定誤差の軽減とを飛躍的に行うことが可能である。 As described above, the present invention uses two lenses in the imaging method and further uses it in combination with the regular reflection method in order to reduce a measurement error caused by a wobbling or the like that occurs during actual measurement. As a result, it is possible to dramatically improve measurement sensitivity and reduce measurement errors.
ビン肉厚をリアルタイムで測定するために正反射法を併用した結像法を開発した。このシステムは2つの主なサブシステムから構成されている。1つは光源としてのレーザー、正反射光と散乱結像光の両者を受光するための2個のCCDカメラ、散乱光をCCDカメラ上に結像するレンズ等から構成されるセンサーヘッドである。他の1つはA/Dコンバーターやアンプを内蔵したパーソナルコンピューターや厚さを表示するためのデイスプレイから構成されるデータ処理用のサブシステムである。光学設計用ソフト”Zemax”を用いたシミュレーション実験によれば解像度、すなわち測定可能な最小の肉厚は解像度10μmのCCDカメラを用いれば、10〜50μmであることが判明した。この値は実用に十分である。 In order to measure the bottle thickness in real time, an imaging method using specular reflection method was developed. This system consists of two main subsystems. One is a sensor head including a laser as a light source, two CCD cameras for receiving both regular reflection light and scattered imaging light, and a lens for imaging the scattered light on the CCD camera. The other is a data processing subsystem composed of a personal computer with a built-in A / D converter and an amplifier and a display for displaying the thickness. According to a simulation experiment using the optical design software “Zemax”, it was found that the resolution, that is, the minimum measurable thickness was 10 to 50 μm when a CCD camera with a resolution of 10 μm was used. This value is sufficient for practical use.
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、ガラスビン等の容器の肉厚測定の用途に適用できる。 The present invention can be applied to the use of measuring the thickness of a container such as a glass bottle.
1 センサー部
2 データ処理部(肉厚計算手段)
3 容器
4 測定部
5 CPU(肉厚計算手段)
6 増幅器
7 制御部
8 検出部
9,9’ 増幅器
10,10’ A/D変換器
11 レーザー光源
12 ハーフミラー(光路分配手段)
13 レンズ(集光手段)
14 FPGA部(肉厚計算手段)
15 DSP部(肉厚計算手段)
16 判定部(肉厚計算手段)
17 表示部
18 チャネルリンクドライバー
19 チャネルリンクドライバー
1
3
6
13 Lens (Condensing means)
14 FPGA part (thickness calculation means)
15 DSP part (thickness calculation means)
16 Judgment part (thickness calculation means)
17 Display unit 18 Channel link driver 19 Channel link driver
Claims (8)
容器の外壁面にレーザー光を照射するレーザー光源と、
上記散乱光を、第1光路とその第1光路とは異なる第2光路とに分配する光路分配手段と、
上記光路分配手段から第1光路を介した散乱光を集光する集光手段と、
上記集光手段により集光された散乱光を、上記外壁面及び上記内壁面の散乱スポットとして読み取る第1の撮像素子と、
上記光路分配手段から第2光路を介した散乱光を、正反射スポットとして読み取る第2の撮像素子と、
上記第1の撮像素子にて読み取られた散乱スポット、及び第2の撮像素子にて読み取られた正反射スポットの位置情報に基づいて、容器の中心位置の変位とその変位した中心位置に対する肉厚を計算する肉厚計算手段とを備えたことを特徴とする肉厚測定装置。 A wall thickness measuring device for measuring the wall thickness of a container by detecting scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container,
A laser light source for irradiating the outer wall surface of the container with laser light;
Optical path distribution means for distributing the scattered light to a first optical path and a second optical path different from the first optical path;
Condensing means for condensing scattered light from the optical path distribution means via the first optical path;
A first imaging device that reads scattered light collected by the light collecting means as a scattered spot on the outer wall surface and the inner wall surface;
A second imaging element that reads scattered light from the optical path distribution means via the second optical path as a regular reflection spot;
Based on the position information of the scattering spot read by the first image sensor and the specular reflection spot read by the second image sensor, the displacement of the center position of the container and the thickness with respect to the displaced center position. And a thickness calculating means for calculating the thickness.
上記肉厚計算手段は、容器の中心位置の変位を、座標(ΔR0,θR0)として計算するようになっていることを特徴とする請求項1に記載の肉厚測定装置。 The center O of the container is displaced to the center O ′, the distance between the center O and the center O ′ is ΔR 0 , a straight line connecting the irradiation position S 1 of the laser beam and the center O, and the center O and the center O When the angle between the straight line connecting 'and θ R0 is
2. The thickness measuring apparatus according to claim 1, wherein the thickness calculating means calculates the displacement of the center position of the container as coordinates (ΔR 0 , θ R0 ).
容器の中心位置が中心Oになっているときに、上記レーザー光が外壁面で屈折する屈折角をr1とし、
上記第1の撮像素子の原点位置OAと上記集光手段の中心とを結ぶ直線が外壁面と交わる交点をDとしたとき、交点Dと上記集光手段との距離をaとし、交点Dと上記第2の撮像素子の原点位置OBとの距離をOBDとし、
上記容器の中心Oが中心O’に変位したときに、上記第1の撮像素子にて読み取られた外壁面の散乱スポットと、第1の撮像素子の原点位置OAとの距離をlA1'とし、
上記容器の中心Oが中心O’に変位したときに、上記第2の撮像素子にて読み取られた外壁面の正反射スポットと、第2の撮像素子の原点位置OBとの距離をlB1'とした場合に、
上記肉厚計算手段は、下記式(B−1)〜(B−9)
φ1'=tan-1(lA1'/b) (B−1)
sinr2=(R1/R2)sinr1=(R1/nR2)sinθ1 (B−2)
k1=[R1sin{(r2−r1)/2}]/sin{θ1+(r2−r1)/2} (B−3)
k2={(a+k1)sinφ1'}/sin(φ1'+2θ1+r2−r1) (B−4)
k3=[{(OBD)+k1}2+lB1'2]1/2 (B−5)
α1=sin-1(lB1'/k3) (B−6)
k4={k2 2+k3 2−2k2k3cos(2θ1+r2−r1−α1)}1/2 (B−7)
α2=sin-1{k2sin(2θ1+r2−r1−α1)/k4} (B−8)
θ1'=(α2+2θ1+r2−r1−α1)/2 (B−9)
を計算し、
θR0=sin-1[{sinθ1(k2−k1)+R1sin(θ1'−θ1)}/ΔR0]
+(r2−r1) (6−1)
ΔR0=[R1 2(sinθ1'−sinθ1)2
+{(k2−k1)−R1(sinθ1'−sinθ1)}2] 1/2 (6−2)
に基づいて、容器の中心位置の変位を計算するようになっていることを特徴とする請求項2に記載の肉厚測定装置。 The radius of the circle formed by the outer wall surface and R 1, the radius of the circle formed by the inner wall surface and R 2, the incident angle of the laser beam and theta 1, the first imaging device and the condenser The distance from the means is b, the refractive index of the container is n,
When the center position of the container is the center O, the refraction angle at which the laser beam is refracted on the outer wall surface is r 1 ,
When the intersection of the straight line connecting the center of the origin position O A and the focusing means of the first image sensor intersects with the outer wall surface is D, the distance between the intersection D and the condensing means is a, the intersection D the distance between the origin position O B of the second imaging element and O B D and,
When the center O of the container is displaced to the center O ′, the distance between the scattered spot on the outer wall surface read by the first image sensor and the origin position O A of the first image sensor is defined as l A1 ′. age,
When the center O of the container is displaced to the center O ', the specular reflection spot of the outer wall surface read by the second image sensor, the distance between the origin position O B of the second image sensor l B1 'If
The wall thickness calculating means is represented by the following formulas (B-1) to (B-9).
φ 1 '= tan -1 (l A1 ' / b) (B-1)
sinr 2 = (R 1 / R 2 ) sinr 1 = (R 1 / nR 2 ) sinθ 1 (B-2)
k 1 = [R 1 sin {(r 2 −r 1 ) / 2}] / sin {θ 1 + (r 2 −r 1 ) / 2} (B-3)
k 2 = {(a + k 1 ) sinφ 1 ′} / sin (φ 1 ′ + 2θ 1 + r 2 −r 1 ) (B-4)
k 3 = [{(O B D) + k 1} 2 + l B1 '2] 1/2 (B-5)
α 1 = sin −1 (l B1 ′ / k 3 ) (B-6)
k 4 = {k 2 2 + k 3 2 −2 k 2 k 3 cos (2θ 1 + r 2 −r 1 −α 1 )} 1/2 (B-7)
α 2 = sin −1 {k 2 sin (2θ 1 + r 2 −r 1 −α 1 ) / k 4 } (B-8)
θ 1 ′ = (α 2 + 2θ 1 + r 2 −r 1 −α 1 ) / 2 (B-9)
Calculate
θ R0 = sin −1 [{sin θ 1 (k 2 −k 1 ) + R 1 sin (θ 1 ′ −θ 1 )} / ΔR 0 ]
+ (R 2 −r 1 ) (6-1)
ΔR 0 = [R 1 2 (sinθ 1 '−sinθ 1 ) 2
+ {(K 2 −k 1 ) −R 1 (sin θ 1 ′ −sin θ 1 )} 2 ] 1/2 (6-2)
The wall thickness measuring device according to claim 2, wherein the displacement of the center position of the container is calculated based on the above.
上記容器の中心Oが中心O’に変位したときに、上記第2の撮像素子にて読み取られた内壁面の正反射スポットと、第2の撮像素子の原点位置OBとの距離をlB2'とし、
中心位置が変位した容器の内壁面により形成された円の半径をR2’とした場合に、
上記肉厚計算手段は、下記式(C−1)〜(C−22)
t1=k2sin(2θ1+r2−r1)/sinφ1' (C−1)
φ2'=tan-1(lA2'/b) (C−2)
β1=2θ1+r2−r1−θ1'−φ2' (C−3)
t2=t1sin(φ1'+φ2')/sinβ1 (C−4)
t3=−(R1−t2)cosβ1+{R1 2−(R1−t2)2sin2β1}1/2 (C−5)
β2=sin-1(sinβ1t3/R1) (C−6)
t4=R1{2(1−cosβ2)}1/2 (C−7)
t5=(R1 2+ΔR0 2−2R1ΔR0cosθR0)1/2 (C−8)
β4=sin-1[{t1sin(φ1'+2θ1+r2−r1−θ1')
−asin(2θ1+r2−r1−θ1')}/t5] (C−9)
t7={R1 2+t5 2−2R1t5cos(β2−β4)}1/2 (C−10)
β5=sin-1[{R1sin(β2−β4)}/t7] (C−11)
t8={t5sinθ1+R1sin(β2−β4−θ1)}/sinφ2' (C−12)
t9=[(OBD)2+t7 2+2(OBD){t5cosθ1−R1cos(β2−β4−θ1)}]1/2
(C−13)
t10=[lB2'2+t9 2−2lB2'{t5sinθ1+R1sin(β2−β4−θ1)}]1/2
(C−14)
t11=[lB2'2+{(OBD)−a}2]1/2 (C−15)
β7=cos-1[(t8 2+t10 2−t11 2)/2t8t10] (C−16)
θ1''=β1−β2+β7 (C−17)
sinr1''=sinθ1''/n (C−18)
sinr1'=sinθ1'/n (C−19)
t12={t4cos(β2/2+r1'')}/sin(β2+r1'') (C−20)
t13={t4cos(β2/2+r1'')}/sin(β2+r1'+r1'') (C−21)
t14=(t12 2+t13 2−2t12t13cosr1')1/2 (C−22)
を計算し、
R2'={(R1−t12)2+t14 2
+2t14(R1−t12)cos(β2+r1'')}1/2 (7)
に基づいて、半径R2'を計算するようになっていることを特徴とする請求項3に記載の肉厚測定装置。 When the center O of the container is displaced to the center O ′, the distance between the scattered spot on the inner wall surface read by the first image sensor and the origin position O A of the first image sensor is defined as l A2 ′. age,
When the center O of the container is displaced to the center O ', the specular reflection spot of the inner wall surface read by the second image sensor, the distance between the origin position O B of the second image sensor l B2 'age,
When the radius of the circle formed by the inner wall surface of the container whose center position is displaced is R 2 ′,
The thickness calculation means is represented by the following formulas (C-1) to (C-22).
t 1 = k 2 sin (2θ 1 + r 2 −r 1 ) / sinφ 1 ′ (C−1)
φ 2 '= tan -1 (l A2 ' / b) (C-2)
β 1 = 2θ 1 + r 2 −r 1 −θ 1 ′ −φ 2 ′ (C-3)
t 2 = t 1 sin (φ 1 ′ + φ 2 ′) / sin β 1 (C-4)
t 3 = − (R 1 −t 2 ) cos β 1 + {R 1 2 − (R 1 −t 2 ) 2 sin 2 β 1 } 1/2 (C-5)
β 2 = sin −1 (sin β 1 t 3 / R 1 ) (C-6)
t 4 = R 1 {2 (1-cosβ 2 )} 1/2 (C-7)
t 5 = (R 1 2 + ΔR 0 2 -2R 1 ΔR 0 cos θ R0 ) 1/2 (C-8)
β 4 = sin -1 [{t 1 sin (φ 1 '+ 2θ 1 + r 2 -r 1 -θ 1 ')
−asin (2θ 1 + r 2 −r 1 −θ 1 ′)} / t 5 ] (C-9)
t 7 = {R 1 2 + t 5 2 −2R 1 t 5 cos (β 2 −β 4 )} 1/2 (C-10)
β 5 = sin −1 [{R 1 sin (β 2 −β 4 )} / t 7 ] (C-11)
t 8 = {t 5 sin θ 1 + R 1 sin (β 2 −β 4 −θ 1 )} / sinφ 2 ′ (C−12)
t 9 = [(O B D) 2 + t 7 2 +2 (O B D) {t 5 cos θ 1 −R 1 cos (β 2 −β 4 −θ 1 )}] 1/2
(C-13)
t 10 = [l B2 ' 2 + t 9 2 -2l B2 ' {t 5 sinθ 1 + R 1 sin (β 2 -β 4 -θ 1 )}] 1/2
(C-14)
t 11 = [l B2 ' 2 + {(O B D) -a} 2 ] 1/2 (C-15)
β 7 = cos −1 [(t 8 2 + t 10 2 −t 11 2 ) / 2t 8 t 10 ] (C-16)
θ 1 ″ = β 1 −β 2 + β 7 (C−17)
sinr 1 ″ = sin θ 1 ″ / n (C-18)
sinr 1 ′ = sin θ 1 ′ / n (C-19)
t 12 = {t 4 cos ( β 2/2 + r 1 '')} / sin (β 2 + r 1 '') (C-20)
t 13 = {t 4 cos ( β 2/2 + r 1 '')} / sin (β 2 + r 1 '+ r 1'') (C-21)
t 14 = (t 12 2 + t 13 2 −2t 12 t 13 cosr 1 ′) 1/2 (C−22)
Calculate
R 2 ′ = {(R 1 −t 12 ) 2 + t 14 2
+ 2t 14 (R 1 −t 12 ) cos (β 2 + r 1 ″)} 1/2 (7)
The wall thickness measuring device according to claim 3, wherein the radius R 2 'is calculated based on the equation (1).
中心位置が変位した容器の内壁面により形成された円の半径をR2’とした場合に、
上記肉厚計算手段は、容器の肉厚を、半径R1と半径R2’との差として計算するようになっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の肉厚測定装置。 Let R 1 be the radius of the circle formed by the outer wall surface,
When the radius of the circle formed by the inner wall surface of the container whose center position is displaced is R 2 ′,
The thickness computing means, the wall thickness of the container, the radius R 1 and radius R 2 of the preceding claims, characterized in that is adapted to calculate a difference between 'according to any one Thickness measuring device.
容器の外壁面にレーザー光を照射するレーザー光源と、
上記散乱光を、第1光路とその第1光路とは異なる第2光路とに分配する光路分配手段と、
上記光路分配手段から第1光路を介した散乱光のうち、外壁面から散乱される散乱光を集光する第1の集光手段と、
上記第1の集光手段により集光された散乱光を、上記外壁面の散乱スポットとして読み取る第3の撮像素子と、
上記光路分配手段から第1光路を介した散乱光のうち、内壁面から散乱される散乱光を集光する第2の集光手段と、
上記第2の集光手段により集光された散乱光を、上記内壁面の散乱スポットとして読み取る第4の撮像素子と、
上記光路分配手段から第2光路を介した散乱光を、正反射スポットとして読み取る第2の撮像素子と、
上記第3及び第4の撮像素子にて読み取られた散乱スポット、及び第2の撮像素子にて読み取られた正反射スポットの位置情報に基づいて、容器の中心位置の変位とその変位した中心位置に対する肉厚を計算する肉厚計算手段とを備えたことを特徴とする肉厚測定装置。 A wall thickness measuring device for measuring the wall thickness of a container by detecting scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container,
A laser light source for irradiating the outer wall surface of the container with laser light;
Optical path distribution means for distributing the scattered light to a first optical path and a second optical path different from the first optical path;
A first condensing means for condensing the scattered light scattered from the outer wall surface out of the scattered light from the optical path distribution means via the first optical path;
A third imaging device that reads scattered light collected by the first light collecting means as a scattered spot on the outer wall surface;
A second condensing means for condensing the scattered light scattered from the inner wall surface out of the scattered light from the optical path distribution means via the first optical path;
A fourth imaging device that reads scattered light collected by the second light collecting means as a scattered spot on the inner wall surface;
A second imaging element that reads scattered light from the optical path distribution means via the second optical path as a regular reflection spot;
Based on the position information of the scattering spot read by the third and fourth image sensors and the position of the specular reflection spot read by the second image sensor, the displacement of the center position of the container and the displaced center position A wall thickness measuring device comprising a wall thickness calculating means for calculating the wall thickness with respect to.
容器の外壁面及び内壁面から散乱される散乱光を、第1光路とその第1光路とは異なる第2光路とに分配し、
第1光路を介した散乱光を集光し、第1の撮像素子にて上記外壁面及び上記内壁面の散乱スポットとして読み取り、
第2光路を介した散乱光を、第2の撮像素子にて正反射スポットとして読み取り、
上記第1の撮像素子にて読み取られた散乱スポット、及び第2の撮像素子にて読み取られた正反射スポットの位置情報に基づいて、容器の中心位置の変位とその変位した中心位置に対する肉厚を計算することを特徴とする肉厚測定方法。 A wall thickness measuring method for measuring the wall thickness of a container by detecting scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container,
Distributing scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container to the first optical path and a second optical path different from the first optical path;
The scattered light passing through the first optical path is collected and read as a scattering spot on the outer wall surface and the inner wall surface by the first image sensor,
Read the scattered light via the second optical path as a regular reflection spot on the second image sensor,
Based on the position information of the scattering spot read by the first image sensor and the specular reflection spot read by the second image sensor, the displacement of the center position of the container and the thickness with respect to the displaced center position. Thickness measurement method characterized by calculating
容器の外壁面及び内壁面から散乱される散乱光を、第1光路とその第1光路とは異なる第2光路とに分配し、
第1光路を介した散乱光のうち、外壁面から散乱される散乱光を集光し、第3の撮像素子にて上記外壁面の散乱スポットとして読み取り、
第1光路を介した散乱光のうち、内壁面から散乱される散乱光を集光し、第4の撮像素子にて上記内壁面の散乱スポットとして読み取り、
第2光路を介した散乱光を、第2の撮像素子にて正反射スポットとして読み取り、
上記第3及び第4の撮像素子にて読み取られた散乱スポット、及び第2の撮像素子にて読み取られた正反射スポットの位置情報に基づいて、容器の中心位置の変位とその変位した中心位置に対する肉厚を計算することを特徴とする肉厚測定方法。 A wall thickness measuring method for measuring the wall thickness of a container by detecting scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container,
Distributing scattered light scattered from the outer wall surface and the inner wall surface of the container to the first optical path and a second optical path different from the first optical path;
Of the scattered light that passes through the first optical path, the scattered light scattered from the outer wall surface is collected, and is read as a scattered spot on the outer wall surface by a third image sensor,
Of the scattered light that passes through the first optical path, the scattered light scattered from the inner wall surface is collected and read as a scattered spot on the inner wall surface by a fourth image sensor,
Read the scattered light via the second optical path as a regular reflection spot on the second image sensor,
Based on the position information of the scattering spot read by the third and fourth image sensors and the position of the specular reflection spot read by the second image sensor, the displacement of the center position of the container and the displaced center position A method for measuring a wall thickness, comprising calculating a wall thickness for
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