(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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する肉厚測定装置。
【請求項２】
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を特徴とする請求項１に記載の肉厚測定装置。
【請求項３】
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＝｛ｋ２２＋ｋ３２−２ｋ２ｋ３cos（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＝[Ｒ１２（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。
【請求項４】
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＋｛Ｒ１２−（Ｒ１−ｔ２）２sin２β１｝１／２    （Ｃ−５）
β２＝sin-1（sinβ１ｔ３／Ｒ１）                                         （Ｃ−６）
ｔ４＝Ｒ１｛２（１−cosβ２）｝１／２                                     （Ｃ−７）
ｔ５＝（Ｒ１２＋ΔＲ０２−２Ｒ１ΔＲ０cosθＲ０）１／２                       （Ｃ−８）
β４＝sin-1[｛ｔ１sin（φ１'＋２θ１＋ｒ２−ｒ１−θ１'）
−ａsin（２θ１＋ｒ２−ｒ１−θ１'）｝／ｔ５]                     （Ｃ−９）
ｔ７＝｛Ｒ１２＋ｔ５２−２Ｒ１ｔ５cos（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＋ｔ７２＋２（OBD）｛ｔ５cosθ１−Ｒ１cos（β２−β４−θ１）｝]１／２
（Ｃ−１３）
ｔ１０＝[ｌB２'２＋ｔ９２−２ｌB２'｛ｔ５sinθ１＋Ｒ１sin（β２−β４−θ１）｝]１／２
（Ｃ−１４）
ｔ１１＝[ｌB２'２＋｛（OBD）−ａ｝２]１／２                               （Ｃ−１５）
β７＝cos-1[（ｔ８２＋ｔ１０２−ｔ１１２）／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＝（ｔ１２２＋ｔ１３２−２ｔ１２ｔ１３cosｒ１'）１／２                    （Ｃ−２２）
を計算し、
Ｒ２'＝｛（Ｒ１−ｔ１２）２＋ｔ１４２
＋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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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する肉厚測定装置。
【請求項７】
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する肉厚測定方法。
【請求項８】
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する肉厚測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【特許文献１】特開平１−１９５３０５号公報（平成１年  ８月  ７日公開）
【特許文献２】特開平６−２０１３３６号公報（平成６年  ７月１９日公開）
【特許文献３】特開平１１−１９０６１４号公報（平成１１年  ７月１３日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の構成では、以下の問題が生じる。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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＝｛ｋ２２＋ｋ３２−２ｋ２ｋ３cos（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＝[Ｒ１２（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。
【００１８】
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。
【００１９】
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＋｛Ｒ１２−（Ｒ１−ｔ２）２sin２β１｝１／２    （Ｃ−５）
β２＝sin-1（sinβ１ｔ３／Ｒ１）                                         （Ｃ−６）
ｔ４＝Ｒ１｛２（１−cosβ２）｝１／２                                     （Ｃ−７）
ｔ５＝（Ｒ１２＋ΔＲ０２−２Ｒ１ΔＲ０cosθＲ０）１／２                       （Ｃ−８）
β４＝sin-1[｛ｔ１sin（φ１'＋２θ１＋ｒ２−ｒ１−θ１'）
−ａsin（２θ１＋ｒ２−ｒ１−θ１'）｝／ｔ５]                     （Ｃ−９）
ｔ７＝｛Ｒ１２＋ｔ５２−２Ｒ１ｔ５cos（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＋ｔ７２＋２（OBD）｛ｔ５cosθ１−Ｒ１cos（β２−β４−θ１）｝]１／２
（Ｃ−１３）
ｔ１０＝[ｌB２'２＋ｔ９２−２ｌB２'｛ｔ５sinθ１＋Ｒ１sin（β２−β４−θ１）｝]１／２
（Ｃ−１４）
ｔ１１＝[ｌB２'２＋｛（OBD）−ａ｝２]１／２                               （Ｃ−１５）
β７＝cos-1[（ｔ８２＋ｔ１０２−ｔ１１２）／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＝（ｔ１２２＋ｔ１３２−２ｔ１２ｔ１３cosｒ１'）１／２                    （Ｃ−２２）
を計算し、
Ｒ２'＝｛（Ｒ１−ｔ１２）２＋ｔ１４２
＋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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【発明の効果】
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
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）。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
〔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。
【００６１】
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。
【００６２】
〔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。
【００６３】
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。
【００６４】
〔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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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）。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
〔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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
〔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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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＋Ｒ１２＋２δＲ１cosθ１｝１／２                      （４−２）
sinθ１’＝Ｒ１sinθ１／｛δ２＋Ｒ１２＋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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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+Ｒ１２−２δＲ１cos（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＋Ｒ１２＋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＋Ｒ１２＋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。
δ１２＝Ｒ１２＋ａ２２−２Ｒ１ａ２cos（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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
〔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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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＝[Ｒ１２（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＝｛ｋ２２＋ｋ３２−２ｋ２ｋ３cos（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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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＝｛ｋ２２＋ｋ３２−２ｋ２ｋ３cos（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＝[Ｒ１２（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＋ｔ１４２
＋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＋｛Ｒ１２−（Ｒ１−ｔ２）２sin２β１｝１／２    （Ｃ−５）
β２＝sin-1（sinβ１ｔ３／Ｒ１）                                         （Ｃ−６）
ｔ４＝Ｒ１｛２（１−cosβ２）｝１／２                                     （Ｃ−７）
ｔ５＝（Ｒ１２＋ΔＲ０２−２Ｒ１ΔＲ０cosθＲ０）１／２                       （Ｃ−８）
β４＝sin-1[｛ｔ１sin（φ１'＋２θ１＋ｒ２−ｒ１−θ１'）
−ａsin（２θ１＋ｒ２−ｒ１−θ１'）｝／ｔ５]                     （Ｃ−９）
ｔ７＝｛Ｒ１２＋ｔ５２−２Ｒ１ｔ５cos（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＋ｔ７２＋２（OBD）｛ｔ５cosθ１−Ｒ１cos（β２−β４−θ１）｝]１／２
（Ｃ−１３）
ｔ１０＝[ｌB２'２＋ｔ９２−２ｌB２'｛ｔ５sinθ１＋Ｒ１sin（β２−β４−θ１）｝]１／２
（Ｃ−１４）
ｔ１１＝[ｌB２'２＋｛（OBD）−ａ｝２]１／２                               （Ｃ−１５）
β７＝cos-1[（ｔ８２＋ｔ１０２−ｔ１１２）／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＝（ｔ１２２＋ｔ１３２−２ｔ１２ｔ１３cosｒ１'）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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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＋｛Ｒ１２−（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＝（Ｒ１２＋ΔＲ０２−２Ｒ１ΔＲ０cosθＲ０）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＝｛Ｒ１２＋ｔ５２−２Ｒ１ｔ５cos（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＋ｔ７２＋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＋ｔ９２−２ｌB２'｛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[（ｔ８２＋ｔ１０２−ｔ１１２）／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。
【０１２３】
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＝（ｔ１２２＋ｔ１３２−２ｔ１２ｔ１３cosｒ１'）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＋ｔ１４２
＋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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
【表１】
0004690183.tif 000002
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
【表２】
0004690183.tif 000003
【０１３３】
【表３】
0004690183.tif 000004
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
【表４】
0004690183.tif 000005
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
〔  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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
【表５】
0004690183.tif 000006
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
【数１】
0004690183.tif 000007
【０１５３】
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。
【０１５４】
【数２】
0004690183.tif 000008
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
〔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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
【数３】
0004690183.tif 000009
【０１６２】
したがって、相対誤差ΔＸ／Ｘは下記式（１４）で与えられる。
【０１６３】
【数４】
0004690183.tif 000010
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
【表６】
0004690183.tif 000011
【０１６９】
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。
【０１７０】
〔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。
【０１７１】
（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。
【０１７２】
【数５】
0004690183.tif 000012
【０１７３】
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。
【０１７４】
【数６】
0004690183.tif 000013
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
【表７】
0004690183.tif 000014
【０１８０】
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。
【０１８１】
〔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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１８８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１８９】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、肉厚測定装置のシステム例を示す説明図である。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】振れ回りにより中心位置が変位している容器の肉厚測定方法の原理を説明するための説明図である。
【図９】容器の中心位置の変位の導出方法を説明するための説明図である。
【図１０】変位した中心位置に対する容器における、内径の導出方法を説明するための説明図である。
【図１１】変位した中心位置に対する容器における、内径の導出方法を説明するための説明図である。
【図１２】肉厚測定の解像度を概算するシミュレーションのための光学配置を示す図である。
【図１３】容器の中心位置ずれによる正反射光受光位置ずれ量をシミュレーションのための光学配置を示す図である。
【図１４】容器の中心が変位することにより変化したレーザー光の入射角度の導出方法を説明するための説明図である。
【図１５】１枚レンズ法を適用した場合におけるレンズの球面収差により生じる測定誤差をシミュレーションするための光学配置を示す図である。
【図１６】２枚レンズ法を適用した場合におけるレンズの球面収差により生じる測定誤差をシミュレーションするための光学配置を示す図である。
【符号の説明】
【０１９０】
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
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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