JPWO2014050782A1 - 肉厚検査装置 - Google Patents

Abstract

肉厚検査の対象部位の静電容量を検出する静電容量検出器４と、この静電容量検出器４により検出された静電容量を取り込んで肉厚に換算する処理を実行する演算制御装置とから成る肉厚検査装置であって、前記静電容量検出器４は、肉厚検査の対象部位の表面に当接させるセンサー部５と、そのセンサー部５を対象部位に向けて付勢する弾性体６とを有している。前記センサー部５は、曲率半径Ｒが２ｍｍ≦Ｒ≦１０ｍｍの湾曲面５０を有しており、前記湾曲面５０は、帯板状の取付基板５１の湾曲させた部分の表面に、測定電極の電極パターンとアース電極の電極パターンのうちの少なくとも測定電極の電極パターンが位置するように各電極パターンが表された合成樹脂製の電極シート７を取付基板５１に貼着することにより形成されている。

Description

この発明は、びんなどの検査対象物の表面にセンサー部を当接させてその当接部位の肉厚を検査する肉厚検査装置に関する。この発明は特に、平面視した胴部の形状が角形形状をなすびん（以下「角形びん」という。）や楕円形状をなすびん（以下「楕円形びん」という。）のように、胴部の周面の周方向に沿う湾曲の度合が全周にわたって一定でないびんであっても正確な肉厚検査が可能な肉厚検査装置に関する。

例えば、製びん工場では、製びん機の複数のセクションで次々に製造されるびんは、最終の包装工程まで搬送される間に、検査ラインを通過して欠陥の有無などが検査される。この種の検査ラインに設置されるびん検査装置として、スターホイールの周囲に複数の検査ステーションを配置する構成のものがある。図１７に示すスターホイール８は、外周面に複数の凹部８０が設けられており、各凹部８０内へ導入されたびん１０は、スターホイール８の間欠回転により各検査ステーションへ順送りされる。びん１０の肉厚を検査する検査ステーションでは、検査対象のびん１０は支持テーブルの上面の回転中心に支持され、このびん１０を回転駆動機構により中心軸のまわりに軸回転させることにより、肉厚検査装置によりびん１０の肉厚を全周にわたって測定し、びん１０の良否を検査している。

この種の肉厚検査装置として、びん１０の表面にセンサー部９０を当接させて測定電極の電極パターンとアース電極の電極パターンとの間の静電容量を検出する静電容量検出器９を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。この静電容量検出器９は、前記センサー部９０をびん１０の表面に向けて付勢して押し付ける弾性体９１を備えているので、たとえ、びん１０が振動しても、その振動を弾性体９１により吸収することで、センサー部９０とびん１０の表面との接触状態を安定保持している。

センサー部９０は、全長にわたって湾曲する帯板状の取付基板９２の表面に、電極パターンが表された合成樹脂製の電極シート９３が貼り合わされたものである。測定電極の電極パターンとアース電極の電極パターンとの間で、びん１０に当接した部位の静電容量が検出されるとともに、静電容量の検出出力が図示しない演算制御装置に取り込まれて肉厚に換算される。

特許第３４１６０８４号公報

検査対象物が図１７に示すような胴部の形状が円筒形をなす丸形のびん１０である場合、びん１０の胴部の周面の周方向に沿う湾曲の度合は全周にわたって一定である。このため、センサー部９０とびん１０の外周面との当接状態は一定に保たれる。これに対して、検査対象物が図１８および図１９に示すような角形びん１０Ａである場合、びん１０Ａの胴部の周面の周方向に沿う湾曲の度合は全周にわたって一定でない。このため、湾曲の度合が小さいほぼフラットな対面部分１１に当接する状態（図１８（１）に示す状態）と湾曲の度合が大きいコーナー部分１２に当接する状態（図１８（２）（３）に示す状態）とでは、角形びん１０Ａの表面とセンサー部９０の電極パターンとの相対位置関係が変化する。その結果、たとえ、角形びん１０Ａの肉厚が全周にわたって均一であっても、検出される静電容量が部位により違った値となり、角形びん１０Ａの肉厚が誤って認識される。

検査対象物が図２０に示す楕円形びん１０Ｂである場合も同様であり、楕円形びん１０Ｂの胴部の周面の周方向に沿う湾曲の度合が全周にわたって一定でない。このため、緩やかに湾曲する短径部分１３に当接する状態と急峻に湾曲する長径部分１４に当接する状態とでは楕円形びん１０Ｂの表面とセンサー部９０の電極パターンとの相対位置関係が変化する。その結果、たとえ、楕円形びん１０Ｂの肉厚が全周にわたって均一であっても、検出される静電容量は部位によって違った値となる。

図２１（１）（２）は、角形びん１０Ａの胴部の上端部の肉厚を全周にわたって測定した結果を示している。図２１（１）において、折線グラフＩは機械式ゲージ（例えば、後述するダイヤル厚みゲージ１００）により角形びん１０Ａの肉厚を所定の角度毎に測定して得られたびん全周にわたる肉厚の測定値（以下「基準値」という。）を示し、折線グラフＫは図１７に示した静電容量検出器９を用いた肉厚検査装置により角形びん１０Ａの肉厚を所定の角度毎に測定して得られたびん全周にわたる肉厚の測定値を示している。また、図２１（２）において、折線グラフＱは基準値Ｉに対する測定値Ｋの角度毎の測定誤差を示すもので、前記対面部分１１での測定誤差は小さいが、コーナー部分１２での測定誤差は大きな値となっている。

図２２（１）（２）は、角形びん１０Ａの胴部の下端部の肉厚を全周にわたって測定した結果を示している。図２２（１）（２）において、折線グラフＩは機械式ゲージ（例えば、後述するダイヤル厚みゲージ１００）により角形びん１０Ａの肉厚を所定の角度毎に測定して得られたびん全周にわたる肉厚の測定値（基準値）を示し、折線グラフＫは図１７に示した静電容量検出器９を用いた肉厚検査装置により角形びん１０Ａの肉厚を所定の角度毎に測定して得られたびん全周にわたる肉厚の測定値を示し、折線グラフＱは基準値Ｉに対する測定値Ｋの角度毎の測定誤差を示しており、前記対面部分１１での測定誤差は小さいが、コーナー部分１２での測定誤差は大きな値となっている。
なお、図示していないが、楕円形びん１０Ｂについても測定部位によって肉厚の測定誤差が相違するもので、緩やかに湾曲する短径部分１３での測定誤差に対して、急峻に湾曲する長径部分１４での測定誤差が大きくなる。

また、角形びん１０Ａでは、対面部分１１に当接する状態（図１８（１）に示す状態）からコーナー部分１２に当接する状態（図１８（３）に示す状態）へ移行するとき、センサー部９０が角形びん１０Ａの回転方向（図中、矢印ａで示す。）に引っ張られて弾性体９１が回転方向ａへ歪みながら圧縮変形するおそれがある。このような変形が生じると、びん１０Ａのコーナー部分１２と対面部分１１とでは、センサー部９０のびん１０Ａの外周面との当接位置が変わり、肉厚の測定値にバラツキが生じるだけでなく、次に、びん１０Ａの外周面に対するセンサー部９０の当接位置がコーナー部分１２から対面部分１１へ移るとき、びん１０Ａの対面部分１１とコーナー部分１２との差が大きい場合や、その差が小さくてもびん１０Ａの回転速度が速い場合は、弾性体９１の復元力が十分でないため、センサー部９０は角形びん１０Ａの回転に追従できない。このため、センサー部９０が角形びん１０Ａの外周面より乖離する現象（以下、「ジャンピング現象」という。）が起こり、肉厚が測定できない箇所（図中、点線で示す。）が生じるおそれがある。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、検査対象物が角形びんや楕円形びんのように、胴部の周面の周方向に沿う湾曲の度合が全周にわたって一定でないものであっても、検査対象物の表面と電極パターンとの相対位置関係が殆ど変化せず、全周にわたり正確な肉厚検査が可能な肉厚検査装置を提供することを目的とする。
また、この発明が他に目的とするところは、検査対象物が角形びんのようなものであっても、センサー部が肉厚検査の対象部位の外周面より乖離するジャンピング現象が起こるおそれのない肉厚検査装置を提供することにある。

この発明による肉厚検査装置は、肉厚検査の対象部位の静電容量を検出する静電容量検出器と、この静電容量検出器により検出された静電容量を取り込んで肉厚に換算する処理を実行する演算制御装置とから成るものである。前記静電容量検出器は、肉厚検査の対象部位の表面に当接させるセンサー部と、そのセンサー部を対象部位に向けて付勢する弾性体とを有し、前記センサー部は、曲率半径Ｒが２ｍｍ≦Ｒ≦１０ｍｍの湾曲面を有している。前記湾曲面は、帯板状の取付基板の湾曲させた部分の表面に、測定電極の電極パターンとアース電極の電極パターンのうちの少なくとも測定電極の電極パターンが位置するように各電極パターンが表された合成樹脂製の電極シートを取付基板に貼着することにより形成されている。

上記した構成の肉厚検査装置により例えばびんの肉厚を検査する場合、検査対象物が角形びんのように、胴部の周面の周方向に沿う湾曲の度合が全周にわたって一定でないものであっても、センサー部の曲率半径Ｒをできる限り小さな値に設定しているので、センサー部が湾曲の度合の小さいほぼフラットな対面部分に当接する状態と湾曲の度合の大きなコーナー部分に当接する状態との間で、検査対象物の表面とセンサー部の電極パターンとの相対位置関係が殆ど変化しない。その結果、検査対象物の肉厚が全周にわたって同一であるにもかかわらず検出される静電容量が部位によって違った値となるなどのおそれはなく、肉厚が誤まって認識されるのを防止できる。

この発明の好ましい実施態様においては、前記電極シートは、前記取付基板の表面から裏面にわたって貼着されており、前記取付基板の表面に測定電極の電極パターンが位置し、裏面にアース電極の電極パターンが位置するように各電極パターンが表されている。

この実施態様によると、測定電極の電極パターンとアース電極の電極パターンとがともに取付基板の表面に位置するものと比較して、肉厚検査の対象部位に多くの電荷が蓄えられる結果、静電容量の測定感度が高められる。

この発明のさらに好ましい実施態様においては、前記弾性体は、扇形状をなす一定肉厚のスポンジまたは連続気泡の発泡体であり、扇形状のかなめに当たる部分を支点として全体が拡縮するように、一方の第１の側端面には前記湾曲する部分が外向きとなるように前記取付基板が貼着され、他方の第２の側端面は基板上に貼着されている。

この実施態様によると、例えば、角形びんの外周面にセンサー部を当接させた場合において、角形びんの軸回転により対面部分に当接する状態からコーナー部分に当接する状態へ移行するとき、たとえセンサー部がびんの回転方向に引っ張られても、弾性体は回転方向へ歪まずに支点を中心として全体が圧縮変形するので、コーナー部分であっても対面部分であっても、センサー部の角形びんの外周面との当接位置は殆ど変わらない。また、角形びんの外周面に対するセンサー部の当接位置がコーナー部分から対面部分へ移るとき、弾性体は回転方向へ歪まずに圧縮変形しているから、弾性体の復元力が弱められることがなく、角形びんに向かう方向へその復元力が有効に作用する結果、センサー部は角形びんの回転に追従して動き、角形びんの外周面より乖離するジャンピング現象が起こるのが防止される。

この発明によれば、検査対象物が角形びんや楕円形びんのように、胴部の周面の周方向に沿う湾曲の度合が全周にわたって一定でないものであっても、検査対象物の表面と電極パターンとの相対位置関係が全周にわたって殆ど変化せず、全周にわたり正確な肉厚検査が可能である。
また、好ましい実施態様のものでは、弾性体は扇形状をなす一定肉厚のスポンジまたは連続気泡の発泡体を用いて構成されるので、検査対象物の表面よりセンサー部が乖離するジャンピング現象の発生を防ぐことができる。

この発明の一実施例である肉厚検査装置の概略構成を示す正面図である。 静電容量検出器の構成を示す正面図である。 静電容量検出器のセンサー部の構成を拡大して示す側面図である。 電極シートに表された電極パターンを示す平面図である。 取付基板に電極シートが貼着された状態を拡大して示す斜視図である。 図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 電極パターンの他の実施例を示す断面図である。 検出された静電容量を肉厚に変換するための肉厚変換曲線を示す図である。 厚みが２ｍｍの複数種のサンプルについての複数種の静電容量検出器による肉厚の測定結果とその測定誤差とを示す図である。 厚みが１ｍｍの複数種のサンプルについての複数種の静電容量検出器による肉厚の測定結果とその測定誤差とを示す図である。 肉厚の測定に用いられる機械式ゲージの構成を示す正面図である。 従来の静電容量検出器による肉厚の測定状態を説明するための図である。 この発明に係る静電容量検出器による肉厚の測定状態を説明するための図である。 この発明に係る静電容量検出器による角形びんの胴部の上端部についての肉厚の測定結果を示す図である。 この発明に係る静電容量検出器による角形びんの胴部の下端部についての肉厚の測定結果を示す図である。 この発明に係る静電容量検出器による楕円形びんの肉厚の測定結果を示す図である。 従来のびんの肉厚検査装置に用いられる静電容量検出器の構成を示す平面図である。 図１７の静電容量検出器による角形びんの肉厚検査の状況を示す平面図である。 角形びんの一例を示す斜視図である。 楕円形びんの一例を示す斜視図である。 従来の静電容量検出器による角形びんの胴部の上端部についての肉厚の測定結果を示す図である。 従来の静電容量検出器による角形びんの胴部の下端部についての肉厚の測定結果を示す図である。

図１は、この発明の一実施例である肉厚検査装置１の全体の構成を示している。図示の肉厚検査装置１は、ガラス製のびんの肉厚を検査するのに用いているが、これに限らず、合成樹脂製のびんの肉厚を検査することも可能であり、また、びんに限らず、各種の容器の肉厚、さらには、板状体の肉厚を検査することもできる。

図示の肉厚検査装置１は、図１９に示した角形びん１０Ａを検査しており、スターホイール（図示せず）の周囲に設けられた複数の検査ステーションのうちのいずれかに設置されている。なお、図示例の肉厚検査装置１は、角形びん１０Ａの肉厚検査に適しているが、図２０に示した楕円形びん１０Ｂの肉厚を検査するのにも好適である。また、角形びん１０Ａは、平面視した胴部の形状が四角形のものに限らず、五角形のもの、六角形のものなどであってもよい。スターホイールの外周面には複数の凹部が設けられており、各凹部内へ導入された角形びん（以下、単に「びん」という。）１０Ａは、凹部内に拘束された状態で、スターホイールの間欠回転によって各検査ステーションへ順送りされる。

肉厚検査装置１が設置されている検査ステーションでは、検査対象のびん１０Ａは回転自由な水平な支持テーブル２０の回転中心上に支持されている。このびん１０Ａは回転駆動機構２によりびん１０Ａの中心軸ｃのまわりに軸回転させられ、これによりびん１０Ａの肉厚が全周にわたって検査される。図示例の回転駆動機構２は、前記支持テーブル２０と、支持テーブル２０上に支持されたびん１０Ａの口部の外周面に接して回転時の摩擦力によりびん１０Ａを回転駆動する駆動ローラ２１と、駆動ローラ２１との間でびん１０Ａの口部を支持する左右一対の自在ローラ２２，２３と、駆動ローラ２１を回転駆動する図示しない駆動装置とで構成されている。なお、回転駆動機構２は、支持テーブル２０を直接回転駆動する方式のものであってもよい。

図１には、びん１０Ａの肉厚を胴部の上部位置と下部位置との２か所で同時に測定して検査している状態が示されているが、測定箇所は１か所であっても３か所以上であってもよい。同時に２か所の肉厚を測定する場合は、装置本体３に２個の静電容量検出器４，４をそれぞれコード線３０，３０により電気接続する。装置本体３の前面には、検査結果などの各種のデータを表示するためのモニター部３１の他、複数個のキースイッチや表示ランプなどが配置された操作部３２が設けられている。各静電容量検出器４は、縦設された取付スタンド３３に沿って昇降可能に配備された固定台３４，３５上にそれぞれ取付け固定されている。各静電容量検出器４，４により得られたアナログ量の検出出力は所定のサンプリング周期で抽出されてデジタル量に変換され、装置本体３に組み込まれた演算制御装置に取り込まれる。

図示しない演算制御装置は、図８に示されるような肉厚変換曲線Ａ，Ｂ（詳細は後述する。）に基づいて静電容量検出器４による検出出力の各サンプルデータを肉厚に換算する。また、演算制御装置は、前記操作部３２の入出力動作を一連に制御したり、モニター部３１の表示動作を制御したりする。この演算制御装置には、演算および制御の主体となるマイクロプロセッサ、プログラムやデータを記憶させるメモリなどが含まれる。メモリには前記肉厚変換曲線Ａ，Ｂを構成する変換データが記憶されている。マイクロプロセッサは、メモリを参照して静電容量検出器４による検出出力のびん１０Ａの一周分の各サンプルデータをそれぞれ肉厚に変換してメモリに記憶させるとともに、その記憶データをモニター部３１に表示させる。

各静電容量検出器４は、支持テーブル２０上で軸回転するびん１０Ａに当接した部位の静電容量を検出するもので、図２および図３に示すように、びん１０Ａの表面に当接させるセンサー部５と、センサー部５をびん１０Ａの表面に向けて付勢して押し付ける弾性体６と、検出器本体４０とで構成されている。検出器本体４０は、センサー部５を構成する合成樹脂製の電極シート７の電極パターン（詳細は後述する。）にプリント配線基板４１および３本のコネクターピン４２ａ〜４２ｃを介して電気接続される静電容量検出回路を内蔵するものである。

センサー部５は、所定の曲率半径Ｒに設定された湾曲面５０を有するものである。センサー部５の湾曲面５０上には後述する電極シート７を保護するための保護フィルム５４が被せられている。前記湾曲面５０は、帯板状の取付基板５１の一端に形成された湾曲部５２の表面に、後述する測定電極の電極パターン７１が位置するように、可撓性を有する電極シート７を円弧状に撓ませて貼着することにより構成されている。この湾曲面５０の曲率半径Ｒは、可能な限り小さな値に設定するのが望ましく、この実施例では４ｍｍに設定されているが、２ｍｍ≦Ｒ≦１０ｍｍであれば、湾曲面５０の製作が可能であり、かつ、上記した測定誤差も実用上許容し得るものである。なお、曲率半径Ｒを２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下とすることについては後述する。
上記の電極シート７は、図４に示すように、帯状をなし、ほぼ全長にわたって一定幅に形成されており、取付基板５１の湾曲部５２および平面部５３の表裏にわたって貼着されている。

前記弾性体６は、扇形状をなす一定肉厚のスポンジまたは連続気泡の発泡体により構成されている。センサー部５の湾曲面５０に対して押圧力が作用すると、扇形状のかなめに当たる部分を支点６０とし、この支点６０を中心として両側端面６１，６２がなす角度θが小さくなるように弾性体６の全体が収縮する。この弾性体６の一方の第１の側端面６１には前記取付基板５１がセンサー部５を外向きにして貼着されている。弾性体６の他方の第２の側端面６２は、検出器本体４０を構成するケース体４３の開口部上に取り付けられた帯板状のプリント配線基板４１の上面に貼着されている。

前記電極シート７には、図４に示すように、測定電極の電極パターン（以下「測定電極パターン」という。）７１とアース電極の電極パターン（以下「アース電極パターン」という。）７２ａ，７２ｂとが表されている。また、この実施例では、びん１０Ａ以外の静電容量の影響を抑えるためのガード電極の電極パターン（以下「ガード電極パターン」という。）７３ａ，７３ｂがさらに表されている。

図４において、Ｓ１は前記取付基板５１の湾曲部５２の表面に位置決め固定される領域であり、この領域Ｓ１には測定電極パターン７１のみが存在する。Ｓ２は湾曲部５２の裏面に沿って位置決め固定される領域であり、この領域Ｓ２にはガード電極パターン７３ｂとそれを挟むようにアース電極パターン７２ｂ，７２ｂが存在する。Ｓ３は取付基板５１の平面部５３の表面に沿って位置決め固定される領域であり、この領域Ｓ３には測定電極パターン７１とガード電極パターン７３ａとアース電極パターン７２ａとが存在する。Ｓ４は取付基板５１の平面部５３の裏面およびプリント配線基板４１の表面に沿って固定される領域であり、この領域Ｓ４にはガード電極パターン７３ｂとそれを挟むようにアース電極パターン７２ｂ，７２ｂが存在する。また、領域Ｓ４の端部には、３本のコネクターピン４２ａ〜４２ｃと導通させる接続パターン７４〜７６が形成されている。

センサー部５の湾曲面５０では、図５および図６に示すように、測定電極パターン７１が幅中央部に位置している。また、アース電極パターン７２ｂは、湾曲面５０の裏側、すなわち、取付基板５１の湾曲部５２の裏面の両側縁に位置している。この実施例によると、湾曲部５２の表面の両側縁にアース電極パターン７２を位置させた図７に示す他の実施例と比較して、センサー部５が当接する肉厚検査の対象部位に多くの電荷が蓄えられる結果、静電容量の測定感度が高められる。なお、図６および図７において、点線で示す矢印は測定電極パターン７１からアース電極パターン７２ｂ(図６)，７２(図７)に至る電気力線を示している。

取付基板５１の平面部５３上に位置する電極シート７の測定電極パターン７１とガード電極パターン７３ａにはリード線５５ａ，５５ｂが接続されている。この２本のリード線５５ａ，５５ｂは１本のリード線５５に束ねられて前記プリント配線基板４１の裏面まで導かれ、プリント配線基板４１の裏面に印刷された導電パターン（図示せず）に電気接続されている。また、取付基板５１の平面部５３上のアース電極パターン７２ａは裏面の両側のアース電極パターン７２ｂ，７２ｂに導線５６，５６によって導通させてある。プリント配線基板４１の裏面の前記導電パターンと電極シート７の前記接続パターン７４〜７６とはコネクターピン４２ａ〜４２ｃに導通させている。各コネクターピン４２ａ〜４２ｃは検出器本体４０の内部に組み込まれたコネクタ（図示せず）に接続され、これにより電極シート７の測定電極パターン７１、アース電極パターン７２ａ，７２ｂ、およびガード電極パターン７３ａ，７３ｂと検出器本体４０に組み込まれた静電容量検出回路とが電気接続されている。
なお、静電容量検出回路は肉厚検査の対象部位、すなわち、センサー部５を当接させた部位の静電容量に相応する電圧値Ｖを出力する。この検出出力は装置本体３に組み込まれた演算制御装置に取り込まれる。なお、静電容量検出回路の構成は、前記した特許文献１（特許第３４１６０８４）に開示された公知のものであり、ここでは詳細な説明を省略する。

図８は、演算制御装置において前記電圧値Ｖを肉厚ｄに変換するのに用いられる肉厚変換曲線を例示している。図中、Ａは上記した構成の静電容量検出器４（以下、「新タイプ静電容量検出器４」という。）であってセンサー部５の湾曲面５０の曲率半径Ｒが４ｍｍのものに適用される肉厚変換曲線である。また、Ｂは図１７に示した従来の静電容量検出器９（以下、「旧タイプの静電容量検出器９」という。）に適用される肉厚変換曲線である。いずれの肉厚変換曲線Ａ，Ｂも、それぞれの静電容量検出器４，９により肉厚が既知の板ガラスの肉厚を測定して得られた測定データに係数を掛けることにより求められるもので、前記係数はその乗算値が既知の肉厚の値となるように定められる。なお、旧タイプの静電容量検出器９は、主として、角形びん１０Ａや楕円形びん１０Ｂ以外のものを対象とした肉厚検査に用いられるもので、上記の肉厚変換曲線Ｂが適用されるもののセンサー部９０の湾曲面の曲率半径Ｒは１７ｍｍに設定されたものである。

図９（１）は、平板より成るサンプル１、半径が３０ｍｍの円筒体より成るサンプル２、および半径が１４ｍｍの円筒体より成るサンプル３のそれぞれについて、ダイヤル厚みゲージ１００と、新タイプの静電容量検出器４であってセンサー部５の湾曲面５０の曲率半径Ｒが４ｍｍのもの、８ｍｍのもの、および１０ｍｍのものと、旧タイプの静電容量検出器９とによって、肉厚が２ｍｍの各サンプル１〜３を対象として肉厚測定を行ったときの測定結果を示している。
図中、Ｉ_１〜Ｉ_３は図１１に示すダイヤル厚みゲージ１００による肉厚の測定データ（基準データ）、Ｊ_１〜Ｊ_３は湾曲面５０の曲率半径Ｒが４ｍｍの新タイプの静電容量検出器４による肉厚の測定データ、Ｎ_１〜Ｎ_３は湾曲面５０の曲率半径Ｒが８ｍｍの新タイプの静電容量検出器４による肉厚の測定データ、Ｍ_１〜Ｍ_３は湾曲面５０の曲率半径Ｒが１０ｍｍの新タイプの静電容量検出器４による肉厚の測定データ、Ｋ_１〜Ｋ_３は旧タイプの静電容量検出器９による肉厚の測定データである。なお、各サンプル１〜３は合成樹脂製であり、材質はソーダガラスと誘電率が似通ったポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）である。

図１１に示すダイヤル厚みゲージ１００は、可撓性を有するＵ字状のアーム１０１，１０１の先端に互いに対向する接触子１０２，１０３が設けられたものであり、接触子１０２，１０３間でサンプル１〜３を挟んだとき、その肉厚に応じてダイヤル１０４の指針１０５が触れて肉厚に相当する目盛を指すようになっている。

図９（２）は、前記基準データＩ_１〜Ｉ_３に対する測定データＪ_１〜Ｊ_３，Ｎ_１〜Ｎ_３，Ｍ_１〜Ｍ_３，Ｋ_１〜Ｋ_３の測定誤差Ｐ_１〜Ｐ_３，Ｒ_１〜Ｒ_３，Ｓ_１〜Ｓ_３，Ｑ_１〜Ｑ_３をそれぞれ示している。
図９（１）（２）によると、新タイプの静電容量検出器４による肉厚の測定データの測定誤差Ｐ_２〜Ｐ_３，Ｒ_２〜Ｒ_３，Ｓ_２〜Ｓ_３は、旧タイプの静電容量検出器９による肉厚の測定データの測定誤差Ｑ_２〜Ｑ_３より十分に小さく、Ｐ_２，Ｒ_２，Ｓ_２＜Ｑ_２、Ｐ_３，Ｒ_３，Ｓ_３＜Ｑ_３である。また、新タイプの静電容量検出器４による肉厚の測定データの測定誤差Ｐ_２〜Ｐ_３，Ｒ_２〜Ｒ_３，Ｓ_２〜Ｓ_３は、センサー部５の湾曲面５０の曲率半径Ｒが小さいものほど小さく、Ｐ_２＜Ｒ_２＜Ｓ_２、Ｐ_３＜Ｒ_３＜Ｓ_３である。

つぎに、旧タイプの静電容量検出器９による半径が３０ｍｍのサンプル２の肉厚の測定データＫ_２と半径が１４ｍｍのサンプル３の肉厚の測定データＫ_３とを比較すると、Ｋ_２＜Ｋ_３であり、測定誤差もＱ_２＜Ｑ_３である。このことは、旧タイプの静電容量検出器９により角形びん１０Ａの肉厚を測定した場合、対面部分１１の肉厚とコーナー部分１２の肉厚とが同じであるにもかかわらず、肉厚の測定値はコーナー部分１２の方が小さな値に検出されることを示している。
これに対して、新タイプの静電容量検出器４による半径が３０ｍｍのサンプル２の肉厚の測定データＪ_２，Ｎ_２，Ｍ_２と半径が１４ｍｍのサンプル３の肉厚の測定データＪ_３，Ｎ_３，Ｍ_３とを比較すると、Ｎ_３＜Ｎ_２，Ｍ_３＜Ｍ_２であって、測定誤差はＲ_２＜Ｒ_３、Ｓ_２＜Ｓ_３であるが、測定データＪ_２，Ｊ_３についてはＪ_２≒Ｊ_３であり、測定誤差もＰ_２≒Ｐ_３である。このことは、新タイプの静電容量検出器４であってセンサー部５の湾曲面５０の曲率半径Ｒが４ｍｍのものにより肉厚が２ｍｍの角形びん１０Ａの肉厚を測定した場合、対面部分１１の肉厚の測定値とコーナー部分１２の肉厚の測定値とがほぼ同じになることを示している。

図１０（１）（２）は、肉厚が１ｍｍの各サンプル１〜３を対象として、ダイヤル厚みゲージ１００と、新タイプの静電容量検出器４であってセンサー部５の湾曲面５０の曲率半径Ｒが４ｍｍのもの、８ｍｍのもの、および１０ｍｍのものと、旧タイプの静電容量検出器９とによって、肉厚測定を行ったときの測定データと前記した測定誤差とを示している。

図１０（１）（２）によると、新タイプの静電容量検出器４による肉厚の測定データの測定誤差Ｐ_２〜Ｐ_３，Ｒ_２〜Ｒ_３，Ｓ_２〜Ｓ_３は、旧タイプの静電容量検出器９による肉厚の測定データの測定誤差Ｑ_２〜Ｑ_３より十分に小さく、Ｐ_２，Ｒ_２，Ｓ_２＜Ｑ_２、Ｐ_３，Ｒ_３，Ｓ_３＜Ｑ_３である。また、新タイプの静電容量検出器４による肉厚の測定データの測定誤差Ｐ_２〜Ｐ_３，Ｒ_２〜Ｒ_３，Ｓ_２〜Ｓ_３は、センサー部５の湾曲面５０の曲率半径Ｒが小さいものほど小さく、Ｐ_２＜Ｒ_２＜Ｓ_２、Ｐ_３＜Ｒ_３＜Ｓ_３である。

つぎに、旧タイプの静電容量検出器９による半径が３０ｍｍのサンプル２の肉厚の測定データＫ_２と半径が１４ｍｍのサンプル３の肉厚の測定データＫ_３とを比較すると、Ｋ_２＜Ｋ_３であり、測定誤差もＱ_２＜Ｑ_３である。このことは、旧タイプの静電容量検出器９により角形びん１０Ａの肉厚を測定した場合、対面部分１１の肉厚とコーナー部分１２の肉厚とが同じであるにもかかわらず、肉厚の測定値はコーナー部分１２の方が小さな値に検出されることを示している。
これに対して、新タイプの静電容量検出器４による半径が３０ｍｍのサンプル２の肉厚の測定データＪ_２，Ｎ_２，Ｍ_２と半径が１４ｍｍのサンプル３の肉厚の測定データＪ_３，Ｎ_３，Ｍ_３とを比較すると、Ｎ_２≒Ｎ_３、Ｍ_２≒Ｍ_３、Ｊ_２≒Ｊ_３であり、測定誤差もＲ_２≒Ｒ_３、Ｓ_２≒Ｓ_３、Ｐ_２≒Ｐ_３である。このことは、新タイプの静電容量検出器４により肉厚が１ｍｍの角形びん１０Ａの肉厚を測定した場合、対面部分１１の肉厚の測定値とコーナー部分１２の肉厚の測定値がほぼ同じになることを示している。

図１２（１）（２）は、上記した旧タイプの静電容量検出器９により角形びん１０Ａの肉厚を測定している状態を示している。図１２（１）はセンサー部９０が周方向に沿う湾曲の度合が小さい対面部分１１に当接している状態を、図１２（２）はセンサー部９０が周方向に沿う湾曲の度合が大きいコーナー部分１２に当接している状態を、それぞれ示している。いま、角形びん１０Ａの表面から距離Ｌまでの領域の静電容量が測定されるものと仮定すると、コーナー部分１２の測定範囲ｅ２と対面部分１１の測定範囲ｅ１とはｅ２＜ｅ１となり、両者の比（ｅ１／ｅ２）は１より大きな値となる。静電容量は電極の面積に比例するから、コーナー部分１２の肉厚の測定値は対面部分１１の肉厚の測定値より小さな値となる。

図１３（１）（２）は、新タイプの静電容量検出器４であってセンサー部５の湾曲面５０の曲率半径Ｒが４ｍｍのものにより角形びん１０Ａの肉厚を測定している状態を示している。図１３（１）はセンサー部５が周方向に沿う湾曲の度合が小さい対面部分１１に当接している状態を、図１３（２）はセンサー部５が周方向に沿う湾曲の度合が大きいコーナー部分１２に当接している状態を、それぞれ示している。いま、角形びん１０Ａの表面から距離Ｌまでの領域の静電容量が測定されるものと仮定すると、コーナー部分１２の測定範囲ｆ２と対面部分１１の測定範囲ｆ１とはｆ２≒ｆ１となり、両者の比（ｆ１／ｆ２）は１に近い値となり、コーナー部分１２の肉厚の測定値と対面部分１１の肉厚の測定値とはほぼ同じ値となる。

上記した図９，１０，１２，１３から明らかなように、センサー部５の湾曲面５０の曲率半径Ｒは、できる限り小さい値であることが望ましく、曲率半径Ｒが小さければ小さい程、コーナー部分１２の肉厚の測定値と対面部分１１の肉厚の測定値とは近い値になる。ところが、センサー部５の湾曲面５０は、取付基板５１の湾曲部５２上に電極シート７を貼着するなどして形成する必要があるため、製作技術、製作効率、製作コストなどの観点から、曲率半径Ｒを２ｍｍより小さな値に設定するのが難しく、曲率半径Ｒの下限値は２ｍｍとする。

一方、製造規格値で最も薄いガラスびんの肉厚が１ｍｍ程度であることを考慮すると、湾曲面５０の曲率半径Ｒは１０ｍｍを上限値とし、それ以下の値に設定するのが望ましい。肉厚が最も薄い１．０ｍｍのガラスびんと誘電率が同等のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）製のサンプルの肉厚を上記した旧タイプの静電容量検出器９（Ｒ＝１７ｍｍ）により測定した場合、図１０（２）に示したように、測定誤差は０．５ｍｍとなり（サンプル３）、これでは１．５ｍｍ以下のものを肉厚不良として廃棄するものとせざるを得ず、良品破棄が多くなって実用上支障がある。これに対して、新タイプの静電容量検出器４であってセンサー部５の湾曲面５０の曲率半径Ｒが１０ｍｍのもので上記のサンプル３の肉厚を測定した場合、測定誤差は０．３ｍｍとなる（図１０（２）参照）。センサー部５の湾曲面５０の曲率半径Ｒが１０ｍｍを超えると、測定誤差がさらに大きくなって実用的でないので、曲率半径Ｒの上限値は１０ｍｍとする。
上記のことから、製作効率と測定誤差の双方を考慮すると、センサー部５の湾曲面５０の曲率半径Ｒは、４ｍｍの前後、すなわち、３ｍｍ以上、５ｍｍ以下に設定するのがより望ましい。

図１４（１）（２）は、センサー部５の湾曲面５０の曲率半径Ｒが４ｍｍの静電容量検出器４を用いて角形びん１０Ａの胴部の上端部の肉厚を全周にわたって測定した結果を示し、図１５（１）（２）は、角形びん１０Ａの胴部の下端部の肉厚を全周にわたって測定した結果を示している。同図中、折線グラフＩは前記したダイヤル厚みゲージ１００により角形びん１０Ａの肉厚を所定の角度毎に測定して得られたびん全周にわたる肉厚の測定値（基準値）を示し、折線グラフＪは新タイプの静電容量検出器４（Ｒ＝４ｍｍ）を用いて角形びん１０Ａの肉厚を所定の角度毎に測定して得られたびん全周にわたる肉厚の測定値を示し、折線グラフＱは基準値Ｉに対する測定値Ｊの角度毎の測定誤差を示しており、胴部の上端部および下端部のいずれについても、前記対面部分１１での測定誤差もコーナー部分１２での測定誤差も十分に小さい値に抑えられている。

楕円形びん１０Ｂについても同様であり、図１６（１）（２）には、センサー部５の湾曲面５０の曲率半径Ｒが４ｍｍの静電容量検出器４を用いて楕円形びん１０Ａの胴部の上端部の肉厚を全周にわたって測定した結果が示してある。同図によれば、楕円形びん１０Ｂの短径部分１３であっても長径部分１４であっても測定誤差は十分に小さい値に抑えられている。

１ 肉厚検査装置
４ 静電容量検出器
５ センサー部
６ 弾性体
７ 電極シート
１０ びん
１０Ａ 角形びん
１０Ｂ 楕円形びん
５０ 湾曲面
５１ 取付基板
５２ 湾曲部
６０ 支点
７１ 測定電極パターン
７２ アース電極パターン

この発明による肉厚検査装置は、肉厚検査の対象部位の静電容量を検出する静電容量検出器と、この静電容量検出器により検出された静電容量を取り込んで肉厚に換算する処理を実行する演算制御装置とから成るものである。前記静電容量検出器は、肉厚検査の対象部位の表面に当接させるセンサー部と、そのセンサー部を対象部位に向けて付勢する弾性体とを有し、前記センサー部は、曲率半径Ｒが２ｍｍ≦Ｒ≦１０ｍｍの湾曲面を有している。前記湾曲面は、帯板状の取付基板の湾曲させた部分の表面に、測定電極の電極パターンとアース電極の電極パターンのうちの少なくとも測定電極の電極パターンが位置するように各電極パターンが表された合成樹脂製の電極シートを取付基板に貼着することにより形成されている。前記弾性体は、扇形状をなす一定肉厚のスポンジまたは連続気泡の発泡体であり、扇形状のかなめに当たる部分を支点として全体が拡縮するように、一方の第１の側端面には前記湾曲する部分が外向きとなるように前記取付基板が貼着され、他方の第２の側端面は基板上に貼着されている。

上記した構成の肉厚検査装置により例えばびんの肉厚を検査する場合、検査対象物が角形びんのように、胴部の周面の周方向に沿う湾曲の度合が全周にわたって一定でないものであっても、センサー部の曲率半径Ｒをできる限り小さな値に設定しているので、センサー部が湾曲の度合の小さいほぼフラットな対面部分に当接する状態と湾曲の度合の大きなコーナー部分に当接する状態との間で、検査対象物の表面とセンサー部の電極パターンとの相対位置関係が殆ど変化しない。その結果、検査対象物の肉厚が全周にわたって同一であるにもかかわらず検出される静電容量が部位によって違った値となるなどのおそれはなく、肉厚が誤まって認識されるのを防止できる。
また、例えば、角形びんの外周面にセンサー部を当接させた場合において、角形びんの軸回転により対面部分に当接する状態からコーナー部分に当接する状態へ移行するとき、たとえセンサー部がびんの回転方向に引っ張られても、弾性体は回転方向へ歪まずに支点を中心として全体が圧縮変形するので、コーナー部分であっても対面部分であっても、センサー部の角形びんの外周面との当接位置は殆ど変わらない。また、角形びんの外周面に対するセンサー部の当接位置がコーナー部分から対面部分へ移るとき、弾性体は回転方向へ歪まずに圧縮変形しているから、弾性体の復元力が弱められることがなく、角形びんに向かう方向へその復元力が有効に作用する結果、センサー部は角形びんの回転に追従して動き、角形びんの外周面より乖離するジャンピング現象が起こるのが防止される。

この発明によれば、検査対象物が角形びんや楕円形びんのように、胴部の周面の周方向に沿う湾曲の度合が全周にわたって一定でないものであっても、検査対象物の表面と電極パターンとの相対位置関係が全周にわたって殆ど変化せず、全周にわたり正確な肉厚検査が可能である。また、弾性体は扇形状をなす一定肉厚のスポンジまたは連続気泡の発泡体を用いて構成されるので、検査対象物の表面よりセンサー部が乖離するジャンピング現象の発生を防ぐことができる。

Claims (3)

1. 肉厚検査の対象部位の静電容量を検出する静電容量検出器と、この静電容量検出器により検出された静電容量を取り込んで肉厚に換算する処理を実行する演算制御装置とから成る肉厚検査装置であって、前記静電容量検出器は、肉厚検査の対象部位の表面に当接させるセンサー部と、そのセンサー部を対象部位に向けて付勢する弾性体とを有し、前記センサー部は、曲率半径Ｒが２ｍｍ≦Ｒ≦１０ｍｍの湾曲面を有しており、前記湾曲面は、帯板状の取付基板の湾曲させた部分の表面に、測定電極の電極パターンとアース電極の電極パターンのうちの少なくとも測定電極の電極パターンが位置するように各電極パターンが表された合成樹脂製の電極シートを取付基板に貼着することにより形成されて成る肉厚検査装置。
2. 前記電極シートは、前記取付基板の表面から裏面にわたって貼着されており、前記取付基板の表面に測定電極の電極パターンが位置し、裏面側にアース電極の電極パターンが位置するように各電極パターンが表されている請求項１に記載された肉厚検査装置。
3. 前記弾性体は、扇形状をなす一定肉厚のスポンジまたは連続気泡の発泡体であり、扇形状のかなめに当たる部分を支点として全体が拡縮するように、一方の第１の側端面には前記湾曲する部分が外向きとなるように前記取付基板が貼着され、他方の第２の側端面は基板上に貼着されている請求項１に記載された肉厚検査装置。

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