(57)【要約】【課題】  予め決められた平均肉厚を有する成形された中空のガラス物品の肉厚を、成形プロセスから得られた物品が高温である間に測定する方法を提供する。【解決手段】  表面温度を示す物品により放射される輻射線の強度を測定し、測定された強度及び前記予め決められた平均肉厚の結合関数として、物品の肉厚を決定する。好ましくは、表面温度対位置のマップを容器全体について得、次いでこのマップを既知の平均肉厚との関係で使用して、容器の周りの実際の肉厚を決定する。【選択図】          図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め決められた平均肉厚を有する成形された中空のガラス物品の肉厚を、成形プロセスから得られた物品が高温である間に測定する方法であって、
（ａ）表面温度を示す物品により放射される輻射線の強度を測定する工程、及び
（ｂ）前記工程（ａ）で測定された強度及び前記予め決められた平均肉厚の結合関数として、物品の肉厚を決定する工程、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記工程（ａ）が表面温度対物品の周囲の位置のマップを創出する工程を含み、前記工程（ｂ）が前記マップ及び前記平均肉厚の結合関数として肉厚を決定する工程を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空のガラス容器などのガラス物品の厚さの測定に関する。特に、本発明は、成形されたガラス物品の肉厚を、物品により放射される可視及び／または赤外の輻射線の関数として、成形プロセスから得られた物品がまだ高温である間に測定する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線周波数、容量及び光学測定技術を含む多数の技術が、容器が冷えた後の（すなわち、いわゆる製造プロセスのコールドエンドでの）成形された中空のガラス容器の肉厚測定について提案されている。しかしながら、製造プロセスにおいてできるだけ早く、好ましくはいわゆる製造プロセスのホットエンドにおいて、肉厚測定を行ない、必要とされる調整行為を可能な限り迅速に行ない得るようにすることにより、不十分な製品を低減させるのが望ましい。
これまでに、成形プロセスから得られたまだ高温であるガラス容器は、赤外領域の輻射線を放射すること、及びこの輻射線を測定して容器の肉厚特性の決定を試みることが可能であることが見出された。例えば、米国特許第２，９１５，６３８号及び第３，３５６，２１２号明細書には、高温の容器の外表面から放射される赤外エネルギーを測定し、得られたデータを容器の肉厚についての情報を推察するのに利用することが開示されている。一旦容器が冷却し始めると、容器の厚い部分は薄い部分よりも長い間高温のままであり、したがって外表面の温度は容器の厚い部分で最も高温となる。したがって、肉厚についての情報を、容器の温度プロファイルから推察することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、先行技術文献には、容器の肉厚の絶対的な測定を製造プロセスのホットエンドで行なうことについての技術は開示されていない。したがって、本発明は、このような技術を提供することを広く目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明による外壁表面及び内壁表面を有する成形されたガラス容器などの中空のガラス物品の肉厚を測定する方法は、物品により放射される輻射線の強度を、強度が物品表面での温度と該表面間の肉厚の両方の関数として変化する第１の波長、及び強度が物品表面での温度の関数として、かつ実質的に該表面間の肉厚によらず変化する第２の波長において、測定する工程を含む。第１の強度測定値が温度と肉厚の両方の関数である一方、第２の強度測定値は温度のみの関数であるため、表面間の肉厚を第１の強度測定及び第２の強度測定値の結合関数として決定することが可能となる。なお、センサが特定の波長のみに感応するものでないことから、「波長」の語は、言うまでもなく、通常波長領域を包含するものと理解されるであろう。
本発明のいくつかの好ましい態様においては、第１及び第２の強度測定値を、物品の表面上の１点から放射される輻射線から得る。物品表面上のこの点での肉厚と表面温度との間の関係を、これらの強度測定値から創出する。次いで、強度が表面温度のみの関数として変化する赤外波長において、物品表面上の他の点から放射される輻射線を測定することができ、物品表面上の該他の点における肉厚を、前記強度測定値及び創出しておいた肉厚と表面温度との間の関係の結合関数として、決定することができる。
【０００５】
本発明のいくつかの好ましい態様において、センサは、多重の検出素子を有するエリアアレイセンサ及び容器表面上の異なる点から放射される（可視及び／または赤外）光エネルギーの焦点を該素子に合わせる手段、及び容器表面の単一の点から放射されるエネルギーに感応する第２のセンサを含む。容器の肉厚の絶対的な測定値が、第１の波長での表面の単一の点から放射されるエネルギーに感応する第２のセンサの出力から、また同一の点に合焦され、第２の波長で放射されるエネルギーに感応するエリアアレイセンサ上の素子の出力から、得られる。この容器の肉厚の絶対的な測定値が得られ、結果として容器表面上のこの１点での肉厚と表面温度との間の関係が得られると、次いで容器表面上の他の点での肉厚を、エリアアレイセンサの他の素子に入射する外表面温度を示すエネルギーの関数として決定することができる。
本発明の他の好ましい態様では、リフレクタを、検出器が容器の表面において一致する視野を有するように監視しながら、２個の赤外センサと容器あるいは他の物品との間に配置する。かくして、検出器は、第１及び第２の波長での強度を表す関連信号を創出するため、容器の表面における単一の点または領域からの輻射線を同時に受け取ることになる。リフレクタは、前記検出器の一致する視野が物品の表面を有効に掃引するようにリフレクタを動かすため、モータあるいは他の好適な機構に接続される。このようにして、検出器の出力を、リフレクタの動きの増分で走査して、容器の表面に沿った連続する点での肉厚を決定するための比較信号データを得てもよい。最も好ましくは、本発明のこの態様では、容器の動きの増分で、リフレクタを動かし、検出器の出力を走査して、容器の全表面に沿った厚さのデータを得るようにする。成形プロセスから得られた高温の容器を監視する場合、成形が行なわれる機械とガラス焼きなまし炉との間のリニアコンベアに沿って容器が移動する間に、コンベアの両側に監視システムを配置して、容器の両側からの厚さデータを得るにより、監視を行なってもよい。
【０００６】
第１の波長は、強度が容器表面での温度と該表面間の厚さの両方の関数として測定される波長であるが、物品あるいは容器の壁が実質的に透明な波長である。第２の波長は、強度が表面での温度の関数として、かつ該表面間の厚さによらないものとして測定される波長であるが、物品あるいは容器の壁が実質的に不透明な波長である。透明度及び不透明度は、言うまでもなく、相対的な用語である。本発明では、容器壁のガラス組成物は、壁の透過度が５％以上である場合には、エネルギーに対し実質的に透明である。本発明では、容器壁は、赤外エネルギーに対する壁の透過度が１％未満である場合には、エネルギーに対し実質的に不透明である。本発明の好ましい実施態様においては、ガラス温度及び肉厚を示すエネルギーは、０．４〜１．１ミクロンの可視及び赤外領域に存在する。壁が実質的に不透明であり、したがって強度が表面温度の関数として、かつ実質的に肉厚によらず変化するエネルギーは、好ましくは４．８〜５．０ミクロンの赤外領域、最も好ましくは約５．０ミクロンに存在する。これらの領域内に感応特性を有する標準的な市販のセンサを得ることができる。
本発明は、その上記以外の目的、構成及び効果とともに、本願明細書及び図面の記載から十分に理解されるものと考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１に、本発明の基本的な態様による、中空のガラス容器１２の肉厚を測定する装置１０を示す。容器１２の外表面上の１点１４から放射される輻射エネルギーは、レンズ１６により第１のセンサ１８に向けられ、かつビームスプリッタ２０及びレンズ２２により第２のセンサ２４に向けられる。ビームスプリッタ２０は、センサ１８へのエネルギーを放射するのと同じ容器１２上の点１４から放射されるエネルギーの焦点がセンサ２４に合うようにレンズ２２が配置されている場合には、除去してもよい。すなわち、センサ１８、２４は、ともに容器１２の外表面上の実質的に同じ点１４から放射されるエネルギーを受け取る。センサ１８、２４は、各々の電気的出力信号を情報処理装置２６に提供し、該装置は、ディスプレイ２８を駆動して、システムオペレータまたはユーザに肉厚の情報を提供し、また場合により、容器１２を製造プロセスから選り分けるための適切な手段に、不合格の信号を提供する。表示情報を、成形プロセスの制御に使用してもよい。
【０００８】
センサ１８は、適切なフィルタを含んでいてもよく、その電気的出力信号を、容器１２が実質的に透明である第１の波長での輻射線の強度の関数として提供する。したがって、センサ１８に入射するこの波長での輻射線は、容器１２の表面１２ａと表面１２ｂとの間のガラス部分、ならびに表面１２ｃと表面１２ｄとの間のガラス部分から放射される。センサ１８に入射するエネルギーの量、及びセンサ出力信号は、様々な壁表面での容器ガラスの温度と、２つ（近い側と遠い側）の容器の肉厚、すなわち、表面１２ａ、１２ｂ間の厚さと表面１２ｃ、１２ｄ間の厚さの合計との、両方の関数である。容器製造に従来使用されているガラスは、０．４〜１．１ミクロンの波長領域におけるエネルギーに対して透明であり、センサ１８についてはこの領域内にある波長が好ましい。
センサ２４は、同様に適切なフィルタを含んでいてもよく、容器１２の壁が実質的に不透明である第２の波長でのエネルギーに対して感応し、かくして該エネルギーの関数として出力を提供する。すなわち、センサ２４に入射するエネルギーの強度は、容器１２の外表面における点１４での温度の関数として、かつ実質的に外壁表面と内壁表面との間の肉厚によらず、変化する。容器製造に従来使用されているガラスは、４．８〜５ミクロンの波長領域におけるエネルギーに対して不透明であり、実質的に５ミクロンの波長がこの表面温度測定値を得るのに好ましい。センサ１８の出力が容器壁表面での温度と該表面間の肉厚の両方の関数として変化するのに対し、センサ２４の出力は容器外表面での温度の関数として、かつ実質的に該表面間の肉厚によらず変化するため、情報処理装置２６は、表面１２ａと表面１２ｂの間及び表面１２ｃと１２ｄの間の絶対的な肉厚を、上記のような強度測定信号の結合関数として決定することができる。
【０００９】
図２に、図１に示した装置を変形した態様３０を示す。この態様では、センサ１８、２４並びに関連するレンズ１６、２２を、容器１２の正反対の側に配置する。装置３２は、台座などであって、監視ステーション３０において容器１２と機能的に接続されており、容器をその中心軸の周りに回転させ、容器の回転の増分を表す信号を、エンコーダ３４を介して情報処理装置２６に提供する。あるいは、容器１２を、一定の各速度で回転させて、容器の回転の増分を等量の時間の増分で得てもよい。図１及び図２のいずれの態様においても、センサ１８、２４が、容器外表面上の実質的に同じ点１４を監視することが重要である。図２の態様では、点１４は、容器を通ってセンサ１８により監視されている。肉厚にいくらかでも不均一性があると、センサ１８の視野は点１４から屈折してはずれる。同様に、センサ１８における強度信号は２つの肉厚の関数として変化するため、各態様において、これらの肉厚は同一であると仮定する。図２の態様では、容器１２をその軸の周りに回転させて、所望の容器回転の増分で肉厚の測定値を得てもよい。
【００１０】
図７Ａ、７Ｂ及び７Ｃに、この原理を示す。センサ２４ｅ（４．８〜５ミクロン）を容器１２の各側に配置し、センサ１８ｅ（０．４〜１．１ミクロン）を左側のみに配置する。センサ２４ｅから受け取った信号が異なる場合には、それらを平均化する。センサ１８ｅからの信号及びセンサ２４ｅからの平均信号を使用して、平均二重肉厚を決定する。ガラスの側壁は、壁の厚さに比例して冷却する。したがって、平均二重肉厚を、左側の壁及び右側の壁でのセンサ２４ｅからの信号を使用して、左側の壁及び右側の壁の厚さに変換することができる。一旦一の点を計算すると、ガラスが厚さに比例して冷却する関係を利用し、センサ２４ｅからの信号（温度のみに比例する）を用いて、容器上の他の全ての点についてのガラスの厚さを決定することができる。単一の点での較正は、センサ１８ｅが、容器の左側を通して容器の右側を、センサ２４ｅが監視しているのと同一の点で監視していることが判っている点で行なうべきである。図７Ａ及び７Ｂが正しい較正点を示しているのに対し、図７Ｃは正しくない較正点を示している。図７Ａ及び７Ｂは、センサ２４ｅを使用して、信号の垂直方向及び水平方向の変化が、左側の厚さが変化していないことを示す点を見つけ出すことにより、図７Ｃと区別することができる。
【００１１】
図３に、容器１２の外表面の周囲全体の肉厚を測定する、本発明による第３の態様４０を示す。４個のエリアアレイセンサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄを、９０°の増分で容器１２の外周の周りに直交アレイとして配置する。各エリアアレイセンサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄは、容器１２の周囲の１つの四分円から放射されるエネルギーの焦点をアレイ上に合わせるための関連するレンズ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄを有し、これによりアレイ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄは、容器の周囲を集合的に監視する。各エリアアレイセンサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄは、Ｎ×Ｍの方形エリアアレイとして配置された多重の独立したＣＣＤ検出素子を含み、各アレイ中の各検出素子は、容器の外表面上の対応する点または小領域から放射されるエネルギーを受け取る。ビームスプリッタ２０は、容器の外表面上の１個の特定の点１４から放射されるエネルギーの一部を抽出するように、また該エネルギーをセンサ１８に向けるように、配置する。エリアアレイ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄの様々な素子が、エネルギーが外表面温度の関数として、かつ肉厚によらず変化する波長（例えば、好ましい波長は５ミクロンである）でのエネルギーに対して感応する。一方、センサ１８は、エネルギーが容器１２の様々な表面での温度と該表面間の肉厚の両方の関数として変化する波長（例えば、好ましい範囲は０．４〜１．１ミクロンである）でのエネルギーに対して感応する。センサ１８の出力、及び容器の外表面の点１４からのエネルギーを受け取るアレイ２４ａ中の特定のセンサ素子の出力を、情報処理装置２６により使用して、点１４での肉厚の絶対的な測定値を得、かくして肉厚と外表面温度の間の関係を創出する。次いで、この容器の点１４での温度／厚さの関係を、容器外周の周りの全ての他の点において、センサアレイ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄ上の様々な他の素子により創出された容器の外表面温度と組み合わせて使用して、センサアレイにより監視した他の点の各々での容器の肉厚を決定してもよい。
【００１２】
図４に、容器１２の底部５２の厚さを測定する、本発明の他の変形の態様５０を示す。単一の側壁のみが含まれているため、容器底部の厚さの測定値は、側壁の厚さよりも高い信頼性で得られる。エリアアレイセンサ２４ａは、レンズ２２ａと関連付けられ、容器の底部５２の全領域を監視する。ビームスプリッタ２０は、容器底部上の小領域もしくは点１４ａから放射されるエネルギーのみをセンサ１８に向ける。かくして、センサ１８の出力は、点１４ａでの表面温度と内表面と外表面の間の肉厚の両方の関数として変化する。一方、エリアアレイセンサ２４の各素子は、底部５２の内表面上の各々対応する点もしくは領域での温度の関数として、かつ底部の厚さによらず変化する強度で、エネルギーを受け取る。センサ１８の出力、及び容器の底部５２上の点１４ａを監視するセンサアレイ２４ａ中の素子の出力を使用して、点１４ａでの絶対的な肉厚を決定し、かくして肉厚と表面温度の間の関係を創出する。この関係を、情報処理装置２６（図１）により、アレイセンサ２４ａ上の他の素子の出力と組み合わせて利用して、容器底部の周囲の他の点での肉厚を決定する。
【００１３】
図５に、本発明の他の変形の態様によるシステム５３を示す。システム５３において、レンズ１６、２２を通した検出器１８、２４の視野が容器１２の近接表面で一致するように、反射表面５６、５８を有するプリズム５４を配置する。情報処理装置２６による制御の下に鏡面プリズム５６を回転させるためにモータあるいは他の好適なアクチュエータに接続されたピボット６０上に、鏡面プリズム５４をマウントする。鏡面プリズム５６がピボット６０の周りに回転するにしたがって、該鏡面プリズムは、同時に、容器１２の表面に渡って両方の検出器を走査する一方、一致する視野を維持するように作用する。容器の搬送について従来行なわれていたように、成形プロセスから得られた容器が高温である間に、容器成形機械からガラス焼きなまし炉へ、容器１２をリニアコンベア６４で搬送する。コンベア６４の線形運動を３２ａで監視し、３４でエンコードして、情報処理装置２６に供給する。かくして、情報処理装置２６により、鏡面プリズムモータ６２の操作を制御し、コンベア６４に沿った容器の動きの増分で検出器１８、２４の出力を走査して、容器の反対側の面の領域全体を動きにしたがって有効に走査するようにしてもよい。同一のシステム５３をコンベア６４の反対側に用意して、容器の表面領域を走査するようにしてもよい。このようにして、容器が成形機からガラス焼きなまし炉へ移動するにしたがって、容器の表面領域全体を走査し、情報処理装置２６により、容器の厚さ対容器の軸方向及び周方向の位置の完全な二次元マップをコンパイルし、表示させてもよい。２つ以上のシステム５３を使用してもよく、例えば図３では４つのシステムを使用している。
【００１４】
図６に、モータ６２により制御されるピボット６０上にマウントされた平面リフレクタもしくはミラー６８で、図５中の鏡面プリズム５４を置換したことを除き、図５のものと同様の態様６６を示す。ここでもまた、ミラー６８は、平面、凹面または他の適切な幾何学的形状であってよく、検出器１８、２４の視野が容器１２の近接表面上に反射するように作用して、視野を容器表面で一致させる。情報処理装置２６の制御の下でミラー６８をピボットして、既述のように、本発明にしたがって厚さのデータを得る。
ガラスが極めて不透明である場合には、４．８〜５ミクロンの信号を較正するのに０．４〜１．１ミクロンの範囲内の信号を使用することはできない。しかしながら、別の技術を採用して、表面温度に比例する信号（４．８〜５．０ミクロン）を較正することができる。容器中のガラスの分布は様々であるとしても、ガラスの総量はほぼ一定である。したがって、容器全体についての平均肉厚は一定であってかつ既知であるはずである。このことを利用して、センサ２４についての平均信号（４．８〜５．０ミクロン）を較正できるはずである。この平均厚さが既知であることにより、センサ１８（０．４〜１．１ミクロン）からの単一点較正が不要となる。好ましくは、表面温度対位置のマップを容器全体について得、次いでこのマップを既知の平均肉厚との関係で使用して、容器の周りの実際の肉厚を決定する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の基本的な態様の概略図である。
【図２】図１の態様の変形の概略図である。
【図３】中空のガラス容器の全外表面の周囲の肉厚を測定する、本発明の態様の概略図である。
【図４】本発明による容器底部の肉厚を測定する装置の概略図である。
【図５】本発明の他の態様による容器側壁の肉厚を測定する装置の概略図である。
【図６】図５のものと同様であるが、本発明のさらに他の態様を説明する概略図である。
【図７】図７Ａ、７Ｂ及び７Ｃは、図２の態様の較正を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００１６】
１２  ガラス容器
１８、２４  センサ
２６  情報処理装置
５４、６８  鏡面プリズム
６２  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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