JP5076247B2 - 非円形の透明容器の側壁の厚みを測定する装置及び方法 - Google Patents

Description

本願は、容器の光学的特性に影響する商業的変動について、透明な容器を検査することに関し、より詳しくは、非円形である透明容器の側壁の厚みを、電子光学的に測定する装置及び方法に関する。

電子光学的技術は、透明容器の側壁の厚みの測定に採用されてきた。例えば、米国特許第６，８０６，４５９号が開示している、容器の側壁の厚みを測定する装置及び方法は、検査ステーションを通る容器における軸線の横方向に容器を動かすためのコンベアを具備し、同時に、検査ステーションのレールに沿って、容器を“ローリング”させることで、容器の軸線を中心として、容器を回転させている。光源と照明レンズシステムは、容器の軸線に対して垂直で、検査ステーションを通る動きの方向に対して平行な、検査ステーションにおいてレールに沿ってロールする容器の側壁を照明するために充分に長い寸法を有する、線状の光ビームを、容器の側壁に向ける。アナモルフィック画像レンズ系は、光センサ上に、照明光エネルギーに対して垂直な、側壁の外面及び内面の部分から反射した、光エネルギーを向ける。情報処理装置は、容器がレールに沿って回転するとき、側壁の外面と内面との間の容器の厚みを決定するために、画像レンズ系によって、光センサ上に向けられた光エネルギーに応答する。前述した特許に開示された装置及び方法は、円形の容器の側壁の厚みを測定するためには良好に適しているけれども、そうした装置及び方法は、検査ステーションにてレールに沿ってロールさせることができない非円形の容器の側壁の厚みを測定するには適していない。

米国特許第５，２９１，２７１号は、容器の壁の厚みを測定する電子光学的な装置及び方法を開示している。光源は、容器の外面に対して斜めに光ビームを向け、光ビームの一部分は外面から反射され、また、一部分は屈折して容器の壁に入り、内壁面にて反射して、次に、外壁面から再び出るようにしている。レンズ系は、光センサと容器の壁との間に配置され、外壁面及び内壁面から反射された光エネルギーをセンサ上に集光する。レンズ系は、センサが配置された像平面と、照明光ビームと同一線上にある目標面を有する。容器は、静止位置に保持されて、その軸線を中心として回転する。情報処理装置は、容器の回転が増加すると、センサをスキャンし、内面と外面との間の容器の壁厚を、センサ上に反射した光エネルギーの入射点の間の分離の関数として、決定する。この特許に開示されている装置及び方法も、再び、円形容器の側壁の厚みを測定するのに良好に適しているけれども、そうした装置及び方法は、非円形の容器の側壁の厚みを測定するには適しておらず、というのは、照明ビームは、容器が回転するとき、非円形の容器の側壁の変動を追跡できないためである。

本願の一般的な目的は、非円形である透明な容器における側壁の厚みを測定する装置及び方法を提供することである。

本願の開示は、互いに別々に又は組み合わせて実現される、多数の観点を具現する。

本願の１つの観点による、非円形である透明容器の側壁の厚みを検査する装置は、静止位置（stationary position）に容器を保持すると共に、容器を軸線を中心として回転させるコンベアを具備している。光源は、光エネルギーを、コンベア上にある容器の側壁に向ける。アナモルフィックレンズ系は、レンズ系軸線を有し、レンズ系軸線に対して実質的に平行である、容器の側壁の内面及び外面の部分から反射したエネルギーを、光センサ上に向ける。“実質的に平行”という用語は、開示される例示的な実施形態における１゜の受光角など、レンズ系の狭い受光角内にて、容器の側壁の表面が、レンズ系軸線に対して平行であることを意味する。情報処理装置は、センサに応答して、容器の回転が増加するとき、容器の側壁の内面と外面とから反射された光エネルギーの間におけるセンサでの分離の関数として、側壁の厚みを決定する。

本願の別の観点による、非円形である透明な容器の側壁の厚みを検査する装置は、容器を順番に差し出すコンベアを具備し、コンベアは、容器が軸線を中心として回転している間、静止位置にそれぞれの容器を保持する。光源は、容器がコンベア上に保持されて回転するとき、光エネルギーを容器の側壁に向ける。アナモルフィックレンズ系は、レンズ系軸線を有し、レンズ系軸線に対して実質的に垂直である、容器の側壁の内面及び外面から反射した光エネルギーの一部分を、光センサ上に向ける。“実質的に垂直”という用語は、開示される例示的な実施形態における１゜など、レンズ系の狭い受光角内にて、レンズ系軸線に対して垂直な平面において光エネルギーが反射されることを称する。レンズ系軸線に対して実質的に垂直な平面における、容器の側壁の内面及び外面から反射した光エネルギーの部分は、容器が回転すると、容器の非円形性のために、アナモルフィックレンズ系に沿って行ったり来たりと掃引する。情報処理装置は、センサに応答して、容器の回転が増加するとき、容器の側壁の内面と外面とから反射された光エネルギー部分の間におけるセンサでの分離の関数として、側壁の厚みを決定する。

本願の別の観点による、非円形である容器の側壁を検査する方法は、軸線を中心として容器が回転している間、静止位置に容器を保持する段階を具備している。線状の光ビームは、容器の側壁に向けられ、線状の光ビームは、回転軸線に対して垂直に長い寸法を有している。軸線に対して平行な方向から見たとき、容器の側壁に向けられる光エネルギーに対して実質的に垂直である、容器の側壁の内面及び外面から反射された光ビームの部分は、光センサ上に向けられる。容器の側壁の厚みは、容器の回転が増加するとき、容器の側壁の内面及び外面から反射された、光エネルギー部分の間のセンサにおける分離の関数として、決定される。

本願の開示は、追加的な目的、特徴、利点、及び観点と一緒に、以下の説明、特許請求の範囲、及び添付図面から最良に理解される。

図１は、本発明の例示的な実施形態による、ガラス容器など、非円形である透明な容器１２の側壁の厚みを検査する装置１０を示した模式図である。装置１０は、コンベア１４を具備し、順番に容器１２を差し出し、それぞれの容器１２を静止位置に保持すると共に、軸線１６を中心として容器を回転させる。容器の回転軸線は、好ましくは、容器の中心軸線と一致しているが、容器の成形不備によって生じるぐらつきなどに起因して、回転軸線は容器の中心軸線から逸脱してもよい。例示的なコンベア１４は、検査のために非円形の容器を順番に差し出し、容器を静止位置に保持すると共に容器を軸線を中心として回転して検査するものであり、米国特許第６，５５７，６９５号に例示されている。なお、米国特許第４，１２４，１１２号をも参照されたい。その他のコンベアを採用することもできる。

光源１８は、コンベア１４上に保持されて回転する容器１２の側壁に、照明レンズ系２０を通して光エネルギーを向けるように配置されている。容器の内面及び外面から反射された光エネルギーは、アナモルフィックレンズ系２２によって光センサ２４に向けられる。情報処理装置２６は、センサ２４に応答して、容器の回転が増加するとき、容器の側壁の内面及び外面から反射された光エネルギーの間におけるセンサでの分離の関数として、側壁の厚みを決定する。側壁の厚みの情報は、表示装置２８にてオペレータに提示され、及び／又は、情報処理装置によって使用され、コンベアに関連した排出機構を動作させ、所望の範囲外の側壁の厚みを有する容器を分離する。側壁の厚みデータは、もちろん、生産システムの分析及び制御のために、記憶され又は別な方法で使用される。

図２及び図３は、例示的な実施形態による、照明レンズ系２０を詳細に示している。光源１８は、好ましくはレーザであって、小径のコリメートされた出力ビームを提供し、照明レンズ系２０を通して出力ビームを向ける。ビームは、レンズ３０によって扇状に広まって、レンズ３２によってコリメートされる。このビームは、レンズ３４によって収束し、好ましくは、図６Ａの側壁位置と図６Ｆの側壁位置との間の途中の位置である、容器側部の平均位置にて、非常に狭い又は線状の光ビームになる。この線状の光ビーム３６（図３）は、好ましくは、軸線１６に対して垂直に、長い寸法を有している。線状の光ビーム３６の長さは、容器の寸法に合わせて調整され、図６Ａ乃至図６Ｋのすべての位置にわたって、反射を生ずる。図示した例示的な実施形態においては、照明レンズ系２０は、連続して、シリンダレンズ３０，３２，３４を具備している。他の光学系を採用しても、光源１８の出力を、容器の側壁にて、線状の光ビームに変換することができる。

次に、図２及び図４を参照すると、画像レンズ系２２は、アナモルフィックレンズ系になっている。図示の例示的な実施形態においては、レンズ系２２は好ましくは、シリンダレンズ３８とフレネルレンズ４０とを具備している。シリンダレンズ３８とフレネルレンズ４０との組合せは、センサ２４が配置される画像面を有すると共に、容器１２の外壁面にて、長い寸法の線状の照明光ビーム３６と同一線上にある目標面を有する。図５に示すように、照明ビーム３６は、容器１２における側壁の外面に交差し、部分４２は側壁の外面から反射し、部分４４は、容器の側壁の中に屈折し、容器の側壁の内面で反射し、容器の側壁の外面から再び出る。アナモルフィックレンズ系２２は、アナモルフィックレンズ系２２の軸線４６（図４）に対して実質的に平行である、容器の側壁の内面及び外面の部分から反射された、光エネルギー４２，４４を、センサ２４に向けるように機能する。別言すれば、アナモルフィックレンズ系２２は、レンズ系軸線４６に対して実質的に垂直な平面にて反射した、反射した光エネルギー４２，４４の部分を、センサ２４に向けるように機能する。“実質的に平行”及び“実質的に垂直”という用語は、開示される例示的な実施形態における１゜など、アナモルフィックレンズ系の狭い受光角内にある、反射光エネルギー、又は、反射面の一部分を称している。反射した光エネルギー４８（図４）であって、レンズ系２２のこの狭い受光角の中にない光、すなわち、レンズ系軸線４６に対して実質的に平行である表面部分から反射されず、且つ、軸線４６に対して実質的に垂直である平面にて反射されない光は、センサ２４から遠のいて導かれる。言い換えれば、反射される光エネルギーは、図３及び図４の方向から、つまり、軸線１６に対して平行な方向から見たとき、照明ビーム３６の光線に対して実質的に垂直である、表面部分から反射されなければならない。光センサ２４は好ましくは、線形アレイ光センサを備え、光センサ要素は、容器の回転軸線１６を含む平面にある直線に沿って配置される。光センサ２４は、代わりに、領域アレイセンサを備え、壁厚測定目的のためには、一部分だけが使用される。アナモルフィックレンズ系の軸線４６（図４）は好ましくは、回転軸線１６（図１）に対して垂直である。

図６Ａ乃至図６Ｋは、装置１０の動作を示している。図６Ａにおいて、容器の側壁における第１の角部５０は、光センサ２４と対向しており、角部５０における内面及び外面は、イメージングアナモルフィックレンズ系２２の軸線に対して実質的に平行であり、角部５０から反射した光エネルギーの一部分４２，４４は、レンズ系２２の軸線に対して実質的に垂直で、センサ２４上に向けられる。図６Ｂにおいては、容器１２は、方向５２に回転し、レンズ系２２の軸線に対して実質的に平行である、角部５０に近い容器の側壁の部分から反射された光エネルギー４２，４４は、レンズ系１２を「上昇」（"moved up"）する。図６Ｃ乃至図６Ｆにおいては、レンズ系２２の軸線に対して実質的に平行である、容器の側壁の部分からの反射４２，４４は、最初に、レンズ系を「上昇」し（図６Ｃ）、次にレンズ系を「下降」（"moved down"）して（図６Ｄ乃至図６Ｆ）、ついには、レンズ系２２の軸線に対して実質的に平行である、容器の側壁の部分からの反射は、容器の回転の方向５２における角部５０（図６Ｆ）と次の角部５０との間の容器の側壁のおよそ中間点になる。図６Ｆの位置と図６Ｉの位置との間では、イメージングレンズ系の軸線に対して実質的に平行である、容器の側壁の部分からの反射４２，４４は、レンズ系の長さを“下降”して、すなわち、レンズ系の軸線に対して実質的に垂直な反射光部分４２，４４は、レンズ系を“下降”する。図６Ｊの位置から図６Ｋの位置では、角部５４は、レンズ系２２に対向する位置へと動いて、図６Ｋは図６Ａと同じになるが、図６Ａの側壁の角部５０は、図６Ｋの次の側壁の角部５４で置換されている点において異なる。この工程は、図６Ｋから、好ましくは、少なくとも容器の１回転だけ続けられる。従って、レンズ系軸線に対して実質的に垂直な平面において、容器の側壁の内面及び外面から反射した光エネルギー４２，４４は、容器が回転すると、容器の非円形性に起因して、アナモルフィックレンズ系２２に沿って行ったり来たりと掃引する。情報処理装置２６は、容器の回転が増加すると、センサ２４をスキャンし、これは、一定角度の容器回転の増加からなり、容器が一定速度で回転するときは、一定の時間増加で、及び／又は、容器が加速又は減速するときには、変化する時間増加で、容器の回転角度の関数として、容器の側壁の厚みのマップを作成する。

以上、前述したすべての目的を完全に満足する、透明な非円形の容器の側壁の厚みを決定する装置及び方法が開示された。開示は、例示的な実施形態に関連して提示され、多数の変形及び応用が説明された。その他の変形及び応用は、前述した説明から、当業者には、それ自体示唆される。例えば、開示された例示的な実施形態における容器１２は、丸められた“正方形”の側壁の形状であったけれども、その他の非円形の容器の側壁の形状も適応できることが明らかであり、それらには、例えば、三角形の形状、楕円の形状、フラスコ状の形状などが含まれる。開示は、そうしたすべての変形及び応用を、特許請求の範囲の精神及び範囲に包含することを意図している。

本発明の例示的な実施形態による、容器の側壁の厚みを測定する装置を示した模式図である。 図１に示した装置の一部分を示した模式図であって、例示的な実施形態における照明レンズ系及び画像レンズ系の詳細を示している。 図２の照明レンズ系を、図２の３の方向から見た上面図である。 図２の例示的な実施形態における画像レンズ系を、図２の４の方向から見た上面図である。 容器の側壁における光エネルギーの反射及び屈折を示した模式図であって、図２の領域５の部分を拡大している。 図６Ａ乃至図６Ｆは、容器の回転の連続的な段階における、容器の側壁からの反射を示した模式図である。 図６Ｇ乃至図６Ｋは、容器の回転の連続的な段階における、容器の側壁からの反射を示した模式図である。

Claims (3)

1. 非円形である透明な容器の側壁の厚みを検査するための装置であって、
   容器（１２）を静止位置に保持し、軸線（１６）を中心として容器を回転させるコンベア（１４）と、
   前記コンベア上の容器の側壁に、光エネルギーを向けるための光源（１８）と、
   容器の側壁の内面及び外面の部分から反射された光エネルギー（４４，４２）を検出する光センサ（２４）と、
   前記センサに応答して、容器の側壁の内表面と外表面とから反射された光エネルギー間の前記センサにおける分離の関数として、容器の回転の増分に対する側壁の厚みを決定する情報処理装置（２６）と、を備え、
   前記光源（１８）は、前記軸線に対して垂直に長い寸法を有する線状の光ビーム（３６）を前記容器の側壁に向けるように配置され、
   レンズ系の軸線（４６）を有するアナモルフィックレンズ系（２２）が、前記レンズ系の軸線に対して実質的に平行である容器の側壁の内面及び外面の部分から反射された前記センサ光エネルギー（４４，４２）を差し向けることを特徴とする装置。
2. さらに、使用時において、前記側壁の表面部分から反射された前記光エネルギーは、容器が回転すると、容器の非円形性のために、前記レンズ系に沿って行ったり来たりと掃引することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 非円形である透明な容器の側壁の厚みを検査する方法であって、この方法が、
   （ａ） 軸線（１６）を中心として容器が回転している間、静止位置に容器（１２）を保持する段階と、
   （ｂ） 前記軸線に対して垂直に長い寸法を有する線状の光ビーム（３６）を容器の側壁に向ける段階と、
   （ｃ） 前記軸線に対して平行な方向から見たとき、容器の側壁に向けられる光エネルギーに対して実質的に垂直である、容器の側壁の内表面及び外表面から反射した前記光ビームの部分（４４，４２）をアナモルフィックレンズ系（２２）に通して光センサ上に向ける段階と、
   （ｄ） 容器の側壁の内表面と外表面とから反射された、前記センサにおける光エネルギー部分間の分離の関数として、容器の回転の増分に対する容器の側壁の厚みを決定する段階と、
   を備えていることを特徴とする方法。

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