JP5618325B2 - プラスチック製ボトルの壁部の質量および／または質量比率を決定するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック製ボトルの壁部、特にボトル肩部および／またはボトル首部の近傍の一部分の質量および／または質量比率を決定する方法、および、本発明に係る方法を使用するための装置に関する。

プラスチック製ボトル、特にＰＥＴボトルの延伸ブロー成形中には、品質保証およびプロセス制御の理由のため、例えばボトル底部またはボトル肩部などのボトルの個々の領域の質量または質量比率を決定することが望ましい。既知のように、この目的のため、ボトルを製造流れからランダムサンプル方式で取り出して分断することにより、検査されるべき部分の重さを量ることができる。しかしながら、継続製造流れの中で個々の壁領域の質量を非破壊的に、殆ど遅れ無く決定することが望ましい。

ボトル底部のこのタイプの検査に関しては、−首部ハンドリングの検査装置を通じて連続的に走行する検査されるべきボトルの流れにおいて−いずれの場合にも光をボトル底部に下側から通過させることができ、また、ボトルの口部を通じて、ボトル底部を画像に表示できることが独国公開特許第１０ ２００５ ０４４ ２０６号から知られている。ボトル底部の表面曲率にしたがって、カメラ画像がここでの特徴的な明るい／暗い構造を明らかにし、その構造から、特にボトル底部の質量により、様々な品質特徴を継続するプロセスで非破壊的に決定することができる。

しかしながら、ボトルの肩部または首部も特定の対象である。これは、この領域で非常に少ない材料が使用されると、充填される製品よりも上側に存在する窒素、随意的には二酸化炭素がボトル壁を通じて望ましくない程度まで逃げてしまい、製品品質が損なわれる可能性があるからである。

確かに、垂直発光ダイオードアレイを使用して回転対称なプラスチック製ボトルの側壁を通じて光をほぼ径方向に通して位置合わせできること、および、光がボトル壁の両側を透過した後に、互いに上下に配置される適切な数の検出器を使用して、透過光を決定して局所的に分散できることは国際公開第２００８／０２７５６９号から知られている。しかしながら、光は幾つかのポイントでのみボトルに通されるため、照射グリッドの介在空間内の壁領域が含まれない。しかしながら、含まれないそれらの壁部こそが特に問題になる場合がある。また、照射グリッドにより、測定範囲の限界を必要に応じてボトル形状に適合させることができない。また、ボトル壁を通じた関連する透過から、関連する壁厚に関する絶対値が決定されなければならず、また、これから、関連する壁部の質量が決定されなければならない。しかしながら、これは比較的大きな誤差を引き起こし易い。

したがって、本発明の目的は、様々なタイプのボトルにおける肩部または首部の領域の垂直部分の質量または質量比率を十分な精度をもって非破壊的に完全に決定できる方法を提供することである。

この目的は、方法が、ａ）光を用いて、特に赤外光または紫外光を用いてボトル側壁の照射領域を照射するとともに、照射領域から離れる方向に向くボトルの側にある側壁の検出領域を進んでボトルを透過する光の光分布を取得するステップと、ｂ）光分布からボトル側壁の質量分布を計算するステップと、ｃ）質量分布に基づいて側壁の質量から決定されるべき壁部の質量比率を決定するステップと、を備えることにより解決される。

質量分布の相対的な測定により、光分布の個々の測定点の絶対質量値への誤った変換を回避できる。質量分布から、任意の規定可能な壁部の質量比率を決定できる。

ステップｃ）では、壁部にわたる質量分布の積分によって、また、検出領域にわたる質量分布の積分との関係を形成することによって、質量比率が計算されるのが好ましい。このようにすると、規格化された計算方法をボトル形状毎に利用することができ、それにより、測定結果を相対的な形態であっても互いに比較することができる。

照射領域および検出領域がボトルのボトル底部から口部領域へと延びることが好ましい。ボトル底部および口部領域の重量を個別に決定できるため、検査されるべき壁部の質量比率のための統計は特に重要である。

質量分布は、ボトルの主軸線と略平行な線に沿う質量の分布を示していることが好ましい。この場合には、質量分布が全周回転対称壁部の質量または質量比率の決定に特にうまく適する。

質量分布は、特にボトルの輪郭を考慮に入れて、光分布と質量分布との間の関係を生み出す較正に基づいて計算されることが好ましい。このようにすると、質量分布を特に正確に決定できる。

光分布は、照射領域での光の空間強度分布を考慮に入れる較正に基づいて測定されることが好ましい。このようにすると、光源の不規則性を補償できる。

光分布が少なくとも１つのカメラ画像で取得されることが好ましい。これにより、ボトルの同時視覚検査、および、側方ボトル位置に関する非臨界的データ取得が容易になる。

検出領域は、カメラ画像内に再現されて、カメラ画像内のピクセルの選択によって決定されることが好ましい。これにより、様々なボトル形状に対する評価の特に柔軟な適合が容易になる。

照射領域は、略ストリップ形状を成してボトルの主軸線と平行に方向付けられることが好ましい。このようにすると、ボトルでの望ましくない反射グレアおよび光屈折を制限できる。

ボトルは、照射中に口部領域が床から離れて保持されることが好ましい。底部の照明中における底部重量の決定を質量分布の決定の直前または直後に行なうことができる。

ボトルにはパルス光が照射されることが好ましい。これにより、継続中の製造流れにおいて照射および検出の特に正確な誘引が容易になる。

特に有利な実施形態は、方法が、ｄ）ボトルの既知の全質量とボトル底部および口部領域の既知の質量との間の差からボトル側壁の質量を計算するステップと、ｅ）壁部の質量比率および側壁の質量から壁部の質量を決定するステップとを更に備える。このようにすると、検査されるべき壁部の絶対質量を簡単な方法で正確に決定することができる。

好ましくは、ボトルがブロー成形法または延伸ブロー成形法を使用して製造されるボトルであり、ボトルの全質量が使用されるボトル予備成形体の質量にほぼ対応し、ブロー成形中または延伸ブロー成形中のボトルの口部領域が歪められず、それにより、全質量および口部領域の質量がそれぞれステップａ）の計算において定数として入る。このようにすると、ランダムサンプル計量によって高い精度でボトルの不変部分を予め決定することができる。

また、技術的目的は、本発明に係る方法を実施するための装置であって、照射領域を照射するための光源と、検出領域に沿って光分布を取得するための検出器と、検査されるべき壁部の質量および／または質量比率を計算するための評価ユニットとを備える装置によって解決される。本発明に係る装置は、検査されるべき壁部の質量または質量比率を高い精度で決定できる。

好ましくは、装置は、検査されるべきボトルの連続した流れを光源と検出器との間に床から離して供給する輸送手段を備える。したがって、装置は、ボトル底部の質量の決定のための装置と特に効果的に組み合わせることができる。

本発明の一実施形態が図面に示されている。

光を通過させるボトルのカメラ画像である。 本発明に係る方法の実施のための測定装置の概略部分図である。 側壁の質量分布である。

図１は、特にボトル肩部および／またはボトル首部の領域に対応し得る全周壁部３を有する検査されるべき略回転対称なボトル２のカメラ画像１を示しており、該壁部の質量ｍ_Ｓまたはボトル壁５における該壁部の質量比率ω_Ｓが決定されるようになっている。壁部３は、ボトル底部７とボトル２の口部領域９との間に及ぶ側方ボトル壁５の一部分である。

図２および図３も明確に示すように、本発明は、特に底部７と口部領域９との間のボトル壁５の相対的な質量分布１１の決定に関するものである。このため、最初にボトル壁５の照射領域１３の側部に光１５、特に赤外光または紫外光が照射され、反対側に配置される検出領域１７でボトル壁５を貫通する光の割合１５ａの分布１６（図示せず）が測定される。

その後、透過光１５ａの分布１６から、好ましくは事前に得られた比較データに基づく較正を含めて、質量分布１１が計算され、それにより、ボトル壁５の特定部分を通り抜ける透過光１５ａとボトル壁５のその質量または質量比率との間の直接的な関係がもたらされる。これに関連して、検査されるべきボトルのそれぞれのタイプを個別に較正し、それにより、例えば光反射および／または光屈折に起因する測定された光分布１６に対するボトル形状の影響または計算された質量分布１１に対するボトル形状の影響が考慮されるのが都合良い。

質量分布１１を相対的な形態で決定すれば十分である。その結果、放射線透過１５ａの測定値、例えば個々のピクセルのグレースケールを絶対質量へと個別に変換する必要がなくなる。

以下、壁部３の（絶対）質量ｍ_ｓの決定のための本発明の実施形態について説明する。しかしながら、以下で規定されるその（相対）質量比率ω_Ｓを決定するだけで十分な場合がある。その場合には、関連する（絶対）質量の決定のための本方法のステップを行なう必要がない。

ブロー成形法または延伸ブロー成形法で製造されるボトル２の全質量ｍ_Ｔは、使用されるボトル予備成形体（図示せず）の全質量に対応しており、したがって、ランダムサンプル方式で全質量を量ることにより決定することができる。また、通常は延伸ブロー成形中に変形しない口部領域９の質量ｍ_Ｍは、口部領域９の分割および別個の計量によって予め決定することができる。したがって、質量ｍ_Ｔ、ｍ_Ｍは、本発明に係る方法の実施においては知られていると見なすことができ、また、本方法では特定のタイプのボトルの特性である定数としてそれぞれ使用される。

ボトル底部の質量ｍ_Ｂは、例えば独国公開特許第１０ ２００５ ０４４ ２０６ Ａ２から知られる方法を用いて、製造流れに入る、または製造流れから出る際にボトル毎に個別に決定することができ、したがって、本発明に係る方法の実施においては知られていると見なすこともできる。質量ｍ_Ｂは、本方法では、単一ボトル毎に特性定数として使用される。

したがって、底部７と口部領域９との間のボトル壁５の質量ｍ_Ｗを以下のように決定することができる。
ｍ_Ｗ＝ｍ_Ｔ−（ｍ_Ｍ＋ｍ_Ｂ）

本実施形態では、図３に概略的に示される相対質量分布１１が底部７と口部領域９との間で決定され、それにより、ボトル壁５の全高さｈ_Ｗ（ｈ_０〜ｈ_３）にわたる質量分布１１の積分が、ボトル壁５の質量ｍ_Ｗまたは１に等しい質量比率ω_Ｗに対応する。検査されるべき壁部３が下側垂直位置ｈ_１と上側垂直位置ｈ_２との間の領域として規定される場合、ｈ_１からｈ_２までの質量分布１１の積分は、図３において質量分布１１の下側に斜線領域として表わされる、検査されるべきボトル壁５の領域３の質量比率ω_Ｓを与える。その後、検査されるべき領域３の絶対質量ｍ_Ｓが以下のように与えられる。
ｍ_Ｓ＝ｍ_Ｗ＊ω_Ｓ／ω_Ｗ

これに関連して、壁部３は、例えば口部領域９に至るまでのボトル壁５の任意の領域となり得る。

この方法の利点は、一方では、ボトル壁５の絶対質量ｍ_Ｗを簡単に、正確に決定できるとともに、ボトル壁５の絶対質量ｍ_Ｗが定数として本方法に含められるという点である。他方では、質量分布１１を相対的な形態で決定することができるとともに、個々の透過値の絶対質量値への誤った変換が回避される。

図１および図２は、本方法を実施するための適した照射形態を明確に示している。これによれば、光源１９に面するボトル２の第１の側では、照射領域１３がボトル底部７と口部領域９との間で延び、また、好ましくは画像生成光検出器２１に面する反対側に位置する側では、検出領域１７が延びている。このことは、ボトル壁５における光入口または光出口がいずれの場合にも好ましくは全高さｈ_Ｗにわたって生じることを意味している。

照射領域１３および／または検出領域１７またはカメラ画像１内でのその投影の幅を必要に応じて適合させることができる。例えば、その輪郭が図１および図２に破線として示される照射領域１３をストリップ形状にすることができる。しかしながら、ボトル２の一方側の半分を照射することもできる。

ボトル底部７の制限されない先行する、またはその後の検査を容易にするために、ボトル２は、例えば輸送回転手段（図示せず）により、連続する製造流れの一環としての首部ハンドリングにおいて床から離れた状態で、光源１９と検出器２１との間に通される。

光源１９はパルス光１５を放出することが好ましく、該パルス光はボトル壁５によって強力に吸収されるため、ボトル壁５の異なる層厚または質量が検出器２１において互いに区別できる測定信号を生み出す。光１５は、所定のスペクトル域、好ましくは赤外域、特に１．６〜５μｍのスペクトル域、あるいは、紫外域、特に３００〜３２０ｎｍのスペクトル域の範囲内にあることが好ましい。しかしながら、主に、例えば軟Ｘ線など、適切な程度までボトル壁５に吸収される任意の電磁放射線を使用することができる。

光源１９は、発光ダイオードを有する少なくともボトル壁５と同じ高さの大面積ラジエータとして、特に光スクリーンとして形成することができ、それにより、放射される光１５は、底部７と口部領域９との間でボトル壁５を少なくとも周方向の一部の領域で覆う。放射側でのビーム経路は、ボトル壁５の最も想定し得る位置合わせ照射にとって適した長さで形成できる。同様に、ビーム経路の照射側にあるスリットスクリーンによってビームの発散部分をマスキングすることもできる。光源１９の主なビーム方向は、ボトルの主軸線２ａに対して垂直であることが好ましい。

位置合わせ照射は、ボトル壁５の表面での反射および屈折を最小にするために、可能な最大の割合の放射線を小さな入射角および出射角でボトル２を通じて案内することが望ましい。しかしながら、用途に応じて、ボトル壁５散在的に照射することが有利な場合もある。

照射領域１３に入射する光１５の強度分布は可能な限り均一である。このため、光源１９の放射パターンを特別に適合させることができる。しかしながら、いかなる場合でも、照射較正を使用して照射領域１３での入射光１５の空間輝度分布を決定して、それを質量分布１１の計算時に考慮に入れることが有益である。

検出器２１はカメラであることが好ましい。検出領域１７の幅は、必要に応じて適切な領域または関連するピクセルをカメラ画像１に割り当てることによって定めることができる。図１に示されるように、検出領域１７の側方画定線はボトル形状にほぼ従い、それにより、いずれの場合にも、ボトル壁５の均一の周方向領域が得られる。しかしながら、検出領域１７の側方画定線の幅を、凹状グリップ、ビーズなどの特別な表面構造に適合させることもできる。また、検査されるべき壁部３の位置、すなわち、高さｈ_１およびｈ_２をカメラ画像１内で適切に設定して検査することができる。しかしながら、検出器２１を直線状の検出器配列として形成することも考えられる。

光分布１６がボトル２の主軸線２ａと略平行な線に沿って得られ、あるいは、質量分布１１が適切な方向で計算されるのが好ましい。これにより、略回転対称なボトルに関する評価が簡略化される。しかしながら、ボトル形状に応じて、検出領域１７が非対称構造に適合される線に従うこともでき、あるいは、質量分布１１の計算を適切に適合させることができる。

最も想定し得る位置合わせ検出においては、例えば長い焦点距離を有するカメラレンズを使用することにより、検出側でのビーム経路を適切に長くすることができる。

破線および関連する矢印で描かれる他のボトル２’により図１に示されるように、ボトル２は検査中に製造流れの中で連続的に移動するため、例えば光の閃光の形態を成す照明の時点および／または検出または画像露光の時点はボトル移動に合わせられる。この目的のために制御ユニット（図示せず）が設けられる。更に、光透過を評価して質量ｍ_Ｓおよび／または質量比率ω_Ｓを計算するための評価ユニット（図示せず）が設けられる。

１…カメラ画像、２、２’…ボトル、２ａ…主軸線、３…壁部、５…側壁、７…ボトル底部、９…口部領域、１１…質量分布、１３…照射領域、１５…光、１５’…光の割合／透過光／放射線透過、１６…光分布、１７…検出領域、１９…光源、２１…画像生成光検出器、ｈ_Ｗ…全高、ｈ_１…下側垂直位置、ｈ_２…上側垂直位置、ｍ_Ｂ、ｍ_Ｍ、ｍ_Ｔ、ｍ_Ｗ…質量、ｍ_Ｓ…絶対質量、ω_Ｓ、ω_Ｗ…質量比率。

Claims (17)

1. プラスチック製のボトル（２）の壁部（３）の、前記ボトル（２）の側壁（５）の質量（ｍ _ｗ ）に対する質量比率（ω_Ｓ）を決定する方法であって、
   ａ）前記側壁（５）の照射領域（１３）に光（１５）を照射するとともに、前記側壁（５）の検出領域（１７）にわたって前記ボトル（２）を透過する光（１５ａ）の光分布（１６）を取得するステップであって、前記検出領域（１７）が、前記ボトル（２）における、前記照射領域（１３）から離れる方向に向く側にある、ステップと、
   ｂ）前記光分布（１６）から前記側壁（５）の質量分布（１１）を計算するステップと、
   ｃ）前記壁部（３）全体にわたって前記質量分布（１１）を積分し、前記検出領域（１７）全体にわたる前記質量分布（１１）の積分との関係を形成することによって前記壁部（３）の質量比率（ω_Ｓ）を決定するステップと、
   を有する方法。
2. 前記照射領域（１３）および前記検出領域（１７）が前記ボトル（２）のボトル底部（７）から口部領域（９）に延びることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記質量分布（１１）は、前記ボトル（２）の主軸線（２ａ）と略平行な線に沿う質量の分布を示すことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記質量分布（１１）は、前記光分布（１６）と前記質量分布（１１）との間の関係を生成する較正に基づいて計算されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記光分布（１６）は、前記照射領域（１３）での光（１５）の空間強度分布を考慮に入れる較正に基づいて測定されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記光分布（１６）が少なくとも１つのカメラ画像（１）で得られることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記検出領域（１７）は、カメラ画像（１）内に再現された後、前記カメラ画像（１）内のピクセルの選択によって決定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記照射領域（１３）は、略ストリップ形状を成して、前記ボトル（２）の主軸線（２ａ）と平行に方向付けられることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記ボトル（２）は、照射中に口部領域（９）が床から離れて保持されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記ボトル（２）にはパルス光（１５）が照射されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. ｄ）前記ボトル（２）の既知の全質量（ｍ_Ｔ）とボトル底部（７）および口部領域（９）の既知の質量（ｍ_Ｂ、ｍ_Ｍ）との間の差から前記側壁（５）の質量（ｍ_Ｗ）を計算するステップと、
    ｅ）前記壁部（３）の質量比率（ω_ｓ）および前記側壁（５）の質量（ｍ_Ｗ）から前記壁部（３）の質量（ｍ_Ｓ）を決定するステップと、
    を含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記ボトル（２）がブロー成形法または延伸ブロー成形法を使用して製造されるボトルであり、前記ボトル（２）の全質量（ｍ_Ｔ）が使用されるボトル予備成形体の質量に実質的に対応し、ブロー成形中または延伸ブロー成形中の前記ボトル（２）の口部領域（９）が歪められず、それにより、全質量（ｍ_Ｔ）および前記口部領域（９）の質量（ｍ_Ｍ）がそれぞれステップａ）の計算において定数として入れられることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記ボトル（２）の前記壁部（３）は、ボトル肩部および／またはボトル首部の領域の一部分を備える、請求項１に記載の方法。
14. 前記光（１５）は、赤外光または紫外光である、請求項１に記載の方法。
15. 前記質量分布（１１）は、前記ボトル（２）の輪郭を考慮に入れて計算される、請求項４に記載の方法。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置において、
    前記照射領域（１３）を照射するための光源（１９）と、
    前記検出領域（１７）に沿って光分布（１６）を取得するための検出器（２１）と、
    請求項１に記載の方法によって前記壁部（３）の質量比率（ω_Ｓ）を計算するように構成された評価ユニットと、
    を有する装置。
17. 検査されるべき複数のボトル（２）の連続した流れを前記光源（１９）と前記検出器（２１）との間に床から離して供給する輸送手段を備えることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。

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