基体の表面に対するトポグラフィ装置
軸Ｙ及びＺと共に空間の正規直交座標を定める軸Ｘの実質的に平面の軌道に沿って移動する基体（１）のＸＹ平面に対して実質的に平行な表面（２）に対するトポグラフィ装置であって、装置は、基体（１）の移動中に表面（２）のトポグラフィを測定するために表面（２）によって後方散乱される照明を測定するための手段（２０）と協動することができる表面（２）の構造化照明のための手段（１０）を含み、構造化照明のための手段（１０）は、表面（２）上に入射角「ａ」で光ビーム（Ｆ）を投影し、そこに各光筋（Ｓ）がＸ軸と角度「ｂ」を構成する複数の「ｎ」本の光筋（Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎ）を形成することができ、この装置において、測定手段（２０）は、平面ＸＹ及び平面ＸＺと交差する平面Ｐに位置する線形カメラで構成され、平面Ｐと平面ＸＹとの交差は、Ｙ軸との角度「ｃ」を形成し、平面ＰとＸＺ平面との交差は、Ｚ軸との角度「ｅ」を形成し、この装置において、入射角「ａ」は、３０°と７０°の間にあり、角度「ｂ」は、−４５°と＋４５°の間にあり、角度「ｃ」は、−３０°と＋３０°の間にあり、角度「ｅ」は、−４５°と＋４５°の間にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージ化製品に使用される基体の表面に対するトポグラフィ装置に関する。
【０００２】
本発明はまた、本発明によるトポグラフィ装置の実施の方法に関する。
【０００３】
最後に、本発明は、本発明によるトポグラフィ装置を含む折り畳み糊付け機械に関する。
【背景技術】
【０００４】
例えば、薬品箱を製造するのに、低密度の板要素を様々な機械に通すことによって変形させることは公知である。ボール紙シートは、低密度の板要素の例である。
【０００５】
第１の公知の変換は、ボール紙シートの印刷である。この作業は、インク液滴をシート面の上に堆積させるか又は射出することにある。
【０００６】
第２の公知の変換は、ボール紙シートの切断である。この作業は、上述のシートから形状を切断することにある。切断形状は、切り抜き又はブランクと呼ばれる。パネルの境界を形成し、それらのその後の折り畳み段階を容易にするために、更にブランク内に折り目を付ける段階が実施される。一般的に、これらの作業は、打ち抜きプレスにおいて実施される。
【０００７】
第３の公知の変換は、ブランクのエンボス加工である。この作業は、上述のブランクの表面上に凸部（又は突出部）を生成して、例えば、点字を形成するためにブランクをエンボス加工することにある。エンボス加工の例は、欧州特許出願公開第１９３２６５７号において本出願人によって開示されており、その内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。
【０００８】
第４の公知の変換は、ブランクの糊付けである。この作業は、ブランクの表面上に糊の液滴を堆積させるか又は射出することにある。糊付けの例は、欧州特許出願公開第１０７０５４８号において開示されており、その内容も同様に引用によって本明細書に組み込まれている。
【０００９】
量産のフレームの中で、施行されている品質基準が厳守されることを保証するために、これらの様々な変換をオンラインで検査することができることが必要である。特に、例えば、点字又は糊の液滴のような隆起部を生成する変換を扱う時に、これらの隆起部の存在又は不在を検出し、並びに高速で移動するブランク上でのこれらの位置を検出することを可能にする解決法が存在する。その反面、これらの解決法は、隆起部の適正な構造を検査することができない。
【００１０】
隆起部の適正な構造を検査するためには、隆起部の３次元特徴を測定することができることも必要である。マトリックスアレイカメラを使用する解決法が存在するが、これらの解決法は、十分に高速の条件下で隆起部の３次元特徴を測定することができないので、オンラインの使用には適さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１９３２６５７号
【特許文献２】欧州特許出願公開第１０７０５４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の第１の目的は、高速で移動する基体の表面上の隆起部の適正な構造を工業条件の下での隆起部の検出、位置合わせ、及び寸法特徴付けの要件に適合する信頼性の高い方式で検査するための装置を提案することによって上述の欠点を是正することである。
【００１３】
従って、本発明の主題は、請求項１に記載の基体表面に対するトポグラフィ装置である。
【００１４】
本発明の第２の目的は、本発明によるトポグラフィ装置の実施の方法を提案することである。
【００１５】
従って、本発明の主題は、請求項７に記載の方法である。
【００１６】
本発明の第３の目的は、本発明によるトポグラフィ装置を装備した折り畳み糊付け機械を提案することである。
【００１７】
従って、本発明の主題は、請求項８に記載の折り畳み糊付け機械である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１に記載のトポグラフィ装置により、基体の表面のトポグラフィを判断することができ、それによって基体の表面上の隆起部を検出し、位置合わせし、かつ特徴付けることが可能になる。
【００１９】
更に、請求項７に記載の方法により、基体の表面上に存在する隆起部の全ての寸法特徴を信頼性が高くかつ高速な方式で測定することができる。
【００２０】
最後に、請求項８に記載の折り畳み糊付け機械により、隆起部の構造の品質をオンラインで、すなわち、箱の生産中に検査することができ、この検査は、移動速度がどのようなものであれ、各ブランクに対して行われる。
【００２１】
本発明の他の目的及び利点は、添付図面を参照して以下に提供する実施形態の説明の中でより明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるトポグラフィ装置の斜視図である。
【図２ａ】角度「ｂ」及び「ｃ」の図である。
【図２ｂ】角度「ｅ」の図である。
【図２ｃ】角度「ａ」及び「ｆ」の図である。
【図３】隆起部を含む板状要素の拡大した概略図である。
【図４】装置の線形カメラによって観察される像の図である。
【図５】線形アレイカメラの感光要素によって送出された図３の像に対応する電気信号の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１の図面には、軸Ｘの実質的に平面の軌道に沿って移動するボール紙基体１の表面２上に存在する隆起部の３次元特徴の測定のために実施されたトポグラフィ装置を略示している。基体１の表面２の平面部分、すなわち、いかなる隆起部も存在しない部分を収容する平面を基準平面と呼ぶ。軸Ｙ及びＺは、Ｘ軸と共に、基準平面がＸＹ平面と平行な空間の正規直交座標を定める。
【００２４】
装置は、判断される照明プロフィールに従って構造化照明を形成するようになっている光ビームＦを射出瞳１１を通して基体１の表面２上に傾斜して投影する光源１０を含む。好ましくは、光源１０は、コヒーレント光源、一般的にはレーザを含む。有利な態様では、構造化照明は、レーザ干渉測定法によって光源１０から射出する２つの空間的及び時間的にコヒーレントな平面波を基体１の表面２上で干渉させることで得られる。この場合、基体が照明される入射角「ａ」は、２つの平面波と基体に対する法線とで形成される平均角度である。この配置により、構造化された照明は、干渉縞のアレイ、すなわち、基体１の表面２上の光度の周期的な変調のアレイから構成される。更に有利な態様では、干渉縞は、基準平面内では直線的に平行で等距離にあり、交互に明るくかつ暗い。
【００２５】
代替として、構造化照明は、ＬＥＤ又は当業者に公知のいずれかの他の手段によって背面から照明されたマスクの像を投影することによって得ることができる。
【００２６】
図示の例では、複数の「ｎ」本の平行で等距離の直線的光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎが、構造化照明プロフィールを形成する。レーザ干渉測定法によって得られる構造化照明の使用は、大きい被写界深度で光ビームＦを投影することを可能にし、傾斜した照明にも関わらず、基体の照明区域にわたって一定の鮮明度及び一定の間隔を有する光筋を得ることを可能にする。基準平面に形成される２つの連続する筋の間の最短距離を「ｐ１」と呼ぶ。好ましくは、距離「ｐ１」は０．０１ｍｍと０．３ｍｍの間にあり、図示の例では距離「ｐ１」は、０．２ｍｍに等しい。各筋Ｓは、基体１の表面２上で幅Ｌにわたって延びている。好ましくは、幅Ｌは０．１ｍｍと３ｍｍの間にあり、図示の例では、幅Ｌは３ｍｍに等しい。
【００２７】
光ビームＦは、入射角「ａ」で基体２に対して傾斜する平均方向１２に沿って投影される。基準平面内では、各光筋Ｓは、Ｘ軸と角度「ｂ」を構成する線形セグメントである。有利な態様では、角度「ｂ」は、−４５°と＋４５°の間にあり、好ましくは、「ｂ」は０°に等しい。更に、基体１の表面２上に形成される光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎのアレイは、ｐ１×ｎに等しい長さＬ１と幅Ｌとを有する矩形によって実質的に境界が定められることに注意されたい。この矩形は、観察区域２３における照明区域３を定める。好ましくは、長さＬ１は、１０ｍｍと１００ｍｍの間にあり、図示の例では、長さＬ１は、４２ｍｍに等しい。
【００２８】
光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎは、光源１０から射出される光ビームＦの表面２上の入射に対する後方散乱又は拡散反射とも呼ばれる公知の散乱現象によって可視にされることが想起される。
【００２９】
更に、本発明による装置は、上述の筋Ｓによって表面２の照明を測定するための手段と、線形センサ及びレンズ（いずれも示していない）を含む線形カメラ２０から構成される手段とを含む。線形センサは、ＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型のものである。有利な態様では、線形カメラ２０は、観察区域内の反射率がどのようなものであれ、いずれの表面の照明も測定することができるように高いダイナミックレンジのカメラである。
【００３０】
カメラ２０は線形であるから、カメラの観察区域２３は、測定線とも呼ぶ長さＬ２と幅Ｌ３とを有する（図示せず）幅狭の観察ストリップに絞られる。この測定線は、カメラ２０のレンズによってカメラ２０の線形センサ上に結像される。幅Ｌ３は、０．０１ｍｍと０．１ｍｍの間にある。カメラ２０の観察の平均方向は、Ｚ軸と角度「ｆ」を構成する破線２１によって表され（図２ｃを参照されたい）、線２１は、ＸＺ平面に属し、測定線の中央に位置する点Ａを通過する。好ましい実施形態では、角度「ｆ」はゼロである。この配置により、カメラ２０によって結像される測定線は、長さＬ２にわたって鮮明であり、倍率は、この長さにわたって一定である。
【００３１】
表面２が本質的に反射性のものである特定の場合、例えば、基体がアルミニウム層で被覆される時に、角度「−ａ」に等しい角度「ｆ」を用い、そうすることによって鏡面反射光を集光することが有利である。この場合、当業者は、測定線にわたって鮮明な像を取得する公知の技術を使用することになる。
【００３２】
カメラ２０のレンズの種類、及び観察距離と呼ぶカメラ２０から表面２までの距離は、「ｄ」で表す最大視野角が、観察ストリップの長さＬ２との兼ね合いで小さく、そうすることによって長さＬ２にわたって観察方向を軸Ｙに対してほぼ垂直にすることができるように選択される。有利な態様では、長さＬ２にわたってＹ軸に対して垂直な観察方向に測定線を観察し、一方、カメラ２０と表面２の間の最小距離を保持するのにテレセントリック型のレンズが使用されることになり、この場合、角度「ｄ」は、ほぼゼロである。１３０ｍｍの照明距離では、観察距離は、例えば、１００ｍｍに等しい。
【００３３】
レンズがテレセントリックではない場合には、観察方向は、長さＬ２にわたってはＹ軸に対して垂直ではない。この場合、正確な測定を行うために、当業者は、Ｌ２に沿った角度「ｄ」の変動を考慮し、例えば、基準平面上での較正を使用することによって適切な補正処理を適用することになる。
【００３４】
感光要素の線形アレイを有するカメラ２０は、ＸＹ平面及びＸＺ平面と交差する平面Ｐ内に位置する。平面ＰとＸＹ平面との交差は、Ｙ軸と角度「ｃ」を構成する（図２ａを参照されたい）。同様に、平面ＰとＸＺ平面との交差は、Ｚ軸と角度「ｅ」を構成する（図２ｂを参照されたい）。有利な態様では、角度「ｃ」は、−３０°と３０°の間にあり、好ましくは、「ｃ」は、０度に等しい。更に有利な態様では、角度「ｅ」は、−４５°と＋４５°の間にあり、好ましくは、「ｅ」は、０度に等しい。従って、角度「ｂ」が０°に等しく、角度「ｃ」が０°に等しく、かつ角度「ｅ」が０°に等しい特定の実施形態では、直線的光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎは、平面Ｐに対して直交する。好ましい実施形態では、光源１０及び線形カメラ２０は、長さＬ１が長さＬ２と少なくとも等しいように配置される。
【００３５】
光源１０は、好ましくは、４００ｎｍと１１００ｎｍの間にある波長で発光し、そのような光源の電力は、１ｍＷから１００ｍＷ程度のものである。
【００３６】
カメラ２０は、例えば、２０４８ピクセルの単線を有する線形カメラである。カメラ２０によって得られる単次元像は、メモリ２６に記憶される。メモリ２６のデータは、更に詳しく説明を続ける三角測位アルゴリズムによって使用される。すなわち、毎秒４０，０００線の取得速度及び毎秒８メートルの基体移動速度に対して、２つの連続する測定線の間の基体変位距離に対応して軸Ｘに沿って０．２ｍｍの分解能が得られ、この分解能は、例えば、基体、特にパッケージ化製品の製造に使用される基体の表面上の点字又は糊の箇所又はいずれかの他の隆起部を示す表面のトポグラフィのような観察区域を通過する基体表面のトポグラフィを信頼性の高い方式で推測するには十分である。
【００３７】
有利な態様では、入射角「ａ」は、３０°と７０°の間にあり、好ましくは、４５°と６０°の間にある。図３を考察してより明快に理解されるように、この角度は、トポグラフィを実施することが望ましい隆起部の寸法特徴に応じて選択される。
【００３８】
図３には、ブランク１の表面２上の隆起部を通る平面Ｐ内の断面を拡大して示している。この例では、隆起部は、約０．２ｍｍの高さ「ｈ」とその基部における約１．６ｍｍの直径「Ｄ」とによって特徴付けられる凸部４（一般的に点字の点）である。４５°に等しい入射角「ａ」及び０．２ｍｍの分解能では、ブランク１が８ｍ／ｓの速度で平面Ｐを横切る時に、７回又は８回の凸部４のトポグラフィ記録を連続して実施することができ、この回数は、これらの記録からこの凸部の３次元特徴を推測するのに十分である。
【００３９】
図３は、凸部４の上部が平面Ｐを横切る瞬間の凸部４を示している。表面２上に平均方向１２に沿って投影される筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎは、いくつかの方向に、特に、線形カメラ２０に向けて後方散乱される。線形カメラ２０のレンズがテレセントリック型のものであり、角度「ｅ」がゼロである特定の場合には、カメラ２０によって観察される後方散乱光線は、ブランクの表面２に対して直交する。表面２上の光ビームＦの入射に続いて「ｎ」本の筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎによって平面Ｐ内で後方散乱される直交光線をそれぞれＲ１，Ｒ２．．．Ｒｎと呼ぶ。同様に、平面Ｐ内で後方散乱される２つの連続する直交光線の間の最短距離を「ｐ２」と呼ぶ。各直交光線を矢印Ｒによって示している。
【００４０】
線形カメラ２０の平均観察方向２１は、表面２に対して垂直であり、カメラ２０は、平面Ｐ内で後方散乱される直交光線Ｒ１，Ｒ２．．．Ｒｎを観察する。凸部４に起因して、これらの直交光線は、長さＬ１にわたっては等距離ではなく、言い換えれば、距離’ｐ２’は可変である。実際には、観察区域内にいかなる隆起部も位置しない限り、カメラ２０は、構造化照明プロフィールに従って後方散乱された光によって励起される。一方、観察区域内に隆起部が入るや否や、この隆起部は、光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎの空間シフト、及び従ってカメラ２０の対応する感光要素の励起の空間シフトをもたらす。この空間シフトは、入射角「ａ」が非ゼロであることによってカメラ２０と表面２との間の距離変動がカメラ２０によって受光される光線の横シフトをもたらす公知の三角測位原理に基づいて本発明によるトポグラフィ装置が作動することによる。表面２の３次元特徴を判断し、従って、凸部４の適正な構造を検証することを可能にするのは、このシフトの測定である。従って、プロセッサ２５は、カメラ２０によって得られた各像に対して三角測位アルゴリズムを適用する。三角測位アルゴリズムの公知の例は、「横シフト」＝ｔａｎ（ａ）×「垂直シフト」という式によって与えられ、ここで、ｔａｎ（ａ）は、入射角「ａ」の正接であり、「垂直シフト」は、カメラ２０によって受光される光線のＺ軸上のシフトであり、「横シフト」は、カメラ２０によって受光される光線のＹ軸上のシフトである。図示の例では、三角測位アルゴリズムは、線毎に互いに独立して適用される。変形の実施形態では、三角測位アルゴリズムは、いくつかの隣接線の記憶データを使用する。
【００４１】
実際には、入射角「ａ」が７０°を超えると、隆起部の検出は非常に高感度になるが、隆起部の影が出現する可能性があるから、トポグラフィ記録は信頼性が低くなる。一方、入射角「ａ」が３０°よりも小さいと、光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎのシフトは見え難くなるので、感度は急激に低下する。
【００４２】
図４には、凸部４が図３の位置にある時にカメラ２０によって観察される光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎの像３０を示している。カメラ２０は線形であり、各筋の単一の光点のみを観察する。黒塗りの区域Ｗは、カメラ２０の光を受光する感光要素を示している。図５には、対応する電気信号４０を示している。
【００４３】
図５には、感光要素アレイによって送出される周期的な電気信号を示している。観察区域内のブランクの表面上の隆起部の存在は、上述の空間シフトをもたらす。このシフトは、信号４０の周期Ｔの減少及び増加によって見分けられる。図示の例では、周期Ｔが減少する時には、この減少は、光源１０が表面２のレベルの正の差の領域を照明していることを意味し、それとは逆に周期Ｔが増加する時には、この増加は、表面２のレベルの負の差の領域を照明していることを意味する。
【００４４】
観察区域内のブランクの表面上の隆起部の不在時には、感光要素アレイの全長にわたって周期Ｔが実質的に一定であることに注意されたい。
【００４５】
本発明による装置は、以下の方式、すなわち、光ビームＦが、表面２に「ｎ」本の光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎを形成するように表面２上に傾斜して投影され、その後に、光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎの空間シフトが各取得像に対して測定され、最後に、三角測位アルゴリズムが各測定シフトに対して適用されるという方式で実施することができる。
【００４６】
有利な態様においては、本発明による装置は、板状要素１を軸Ｘの実質的に平面の軌道に沿って移送するためのコンベヤを含む折り畳み糊付け機械に装着することができる。
【００４７】
トポグラフィ表面は、板状要素のものであるが、本発明は、材料のウェブの形態を取る基体にも適用されることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４８】
２ 基体表面
４ 凸部
１０ 光源
２０ 線形カメラ
２３ 観察区域
Ｓ 光筋
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージ化製品に使用される基体の表面に対するトポグラフィ装置に関する。
【０００２】
本発明はまた、本発明によるトポグラフィ装置の実施の方法に関する。
【０００３】
最後に、本発明は、本発明によるトポグラフィ装置を含む折り畳み糊付け機械に関する。
【背景技術】
【０００４】
例えば、薬品箱を製造するのに、低密度の板要素を様々な機械に通すことによって変形させることは公知である。ボール紙シートは、低密度の板要素の例である。
【０００５】
第１の公知の変換は、ボール紙シートの印刷である。この作業は、インク液滴をシート面の上に堆積させるか又は射出することにある。
【０００６】
第２の公知の変換は、ボール紙シートの切断である。この作業は、上述のシートから形状を切断することにある。切断形状は、切り抜き又はブランクと呼ばれる。パネルの境界を形成し、それらのその後の折り畳み段階を容易にするために、更にブランク内に折り目を付ける段階が実施される。一般的に、これらの作業は、打ち抜きプレスにおいて実施される。
【０００７】
第３の公知の変換は、ブランクのエンボス加工である。この作業は、上述のブランクの表面上に凸部（又は突出部）を生成して、例えば、点字を形成するためにブランクをエンボス加工することにある。エンボス加工の例は、欧州特許出願公開第１９３２６５７号において本出願人によって開示されており、その内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。
【０００８】
第４の公知の変換は、ブランクの糊付けである。この作業は、ブランクの表面上に糊の液滴を堆積させるか又は射出することにある。糊付けの例は、欧州特許出願公開第１０７０５４８号において開示されており、その内容も同様に引用によって本明細書に組み込まれている。
【０００９】
量産のフレームの中で、施行されている品質基準が厳守されることを保証するために、これらの様々な変換をオンラインで検査することができることが必要である。特に、例えば、点字又は糊の液滴のような隆起部を生成する変換を扱う時に、これらの隆起部の存在又は不在を検出し、並びに高速で移動するブランク上でのこれらの位置を検出することを可能にする解決法が存在する。その反面、これらの解決法は、隆起部の適正な構造を検査することができない。
【００１０】
隆起部の適正な構造を検査するためには、隆起部の３次元特徴を測定することができることも必要である。マトリックスアレイカメラを使用する解決法が存在するが、これらの解決法は、十分に高速の条件下で隆起部の３次元特徴を測定することができないので、オンラインの使用には適さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１９３２６５７号
【特許文献２】欧州特許出願公開第１０７０５４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の第１の目的は、高速で移動する基体の表面上の隆起部の適正な構造を工業条件の下での隆起部の検出、位置合わせ、及び寸法特徴付けの要件に適合する信頼性の高い方式で検査するための装置を提案することによって上述の欠点を是正することである。
【００１３】
従って、本発明の主題は、請求項１に記載の基体表面に対するトポグラフィ装置である。
【００１４】
本発明の第２の目的は、本発明によるトポグラフィ装置の実施の方法を提案することである。
【００１５】
従って、本発明の主題は、請求項７に記載の方法である。
【００１６】
本発明の第３の目的は、本発明によるトポグラフィ装置を装備した折り畳み糊付け機械を提案することである。
【００１７】
従って、本発明の主題は、請求項８に記載の折り畳み糊付け機械である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１に記載のトポグラフィ装置により、基体の表面のトポグラフィを判断することができ、それによって基体の表面上の隆起部を検出し、位置合わせし、かつ特徴付けることが可能になる。
【００１９】
更に、請求項７に記載の方法により、基体の表面上に存在する隆起部の全ての寸法特徴を信頼性が高くかつ高速な方式で測定することができる。
【００２０】
最後に、請求項８に記載の折り畳み糊付け機械により、隆起部の構造の品質をオンラインで、すなわち、箱の生産中に検査することができ、この検査は、移動速度がどのようなものであれ、各ブランクに対して行われる。
【００２１】
本発明の他の目的及び利点は、添付図面を参照して以下に提供する実施形態の説明の中でより明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるトポグラフィ装置の斜視図である。
【図２ａ】角度「ｂ」及び「ｃ」の図である。
【図２ｂ】角度「ｅ」の図である。
【図２ｃ】角度「ａ」及び「ｆ」の図である。
【図３】隆起部を含む板状要素の拡大した概略図である。
【図４】装置の線形カメラによって観察される像の図である。
【図５】線形アレイカメラの感光要素によって送出された図３の像に対応する電気信号の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１の図面には、軸Ｘの実質的に平面の軌道に沿って移動するボール紙基体１の表面２上に存在する隆起部の３次元特徴の測定のために実施されたトポグラフィ装置を略示している。基体１の表面２の平面部分、すなわち、いかなる隆起部も存在しない部分を収容する平面を基準平面と呼ぶ。軸Ｙ及びＺは、Ｘ軸と共に、基準平面がＸＹ平面と平行な空間の正規直交座標を定める。
【００２４】
装置は、判断される照明プロフィールに従って構造化照明を形成するようになっている光ビームＦを射出瞳１１を通して基体１の表面２上に傾斜して投影する光源１０を含む。好ましくは、光源１０は、コヒーレント光源、一般的にはレーザを含む。有利な態様では、構造化照明は、レーザ干渉測定法によって光源１０から射出する２つの空間的及び時間的にコヒーレントな平面波を基体１の表面２上で干渉させることで得られる。この場合、基体が照明される入射角「ａ」は、２つの平面波と基体に対する法線とで形成される平均角度である。この配置により、構造化された照明は、干渉縞のアレイ、すなわち、基体１の表面２上の光度の周期的な変調のアレイから構成される。更に有利な態様では、干渉縞は、基準平面内では直線的に平行で等距離にあり、交互に明るくかつ暗い。
【００２５】
代替として、構造化照明は、ＬＥＤ又は当業者に公知のいずれかの他の手段によって背面から照明されたマスクの像を投影することによって得ることができる。
【００２６】
図示の例では、複数の「ｎ」本の平行で等距離の直線的光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎが、構造化照明プロフィールを形成する。レーザ干渉測定法によって得られる構造化照明の使用は、大きい被写界深度で光ビームＦを投影することを可能にし、傾斜した照明にも関わらず、基体の照明区域にわたって一定の鮮明度及び一定の間隔を有する光筋を得ることを可能にする。基準平面に形成される２つの連続する筋の間の最短距離を「ｐ１」と呼ぶ。好ましくは、距離「ｐ１」は０．０１ｍｍと０．３ｍｍの間にあり、図示の例では距離「ｐ１」は、０．２ｍｍに等しい。各筋Ｓは、基体１の表面２上で幅Ｌにわたって延びている。好ましくは、幅Ｌは０．１ｍｍと３ｍｍの間にあり、図示の例では、幅Ｌは３ｍｍに等しい。
【００２７】
光ビームＦは、入射角「ａ」で基体２に対して傾斜する平均方向１２に沿って投影される。基準平面内では、各光筋Ｓは、Ｘ軸と角度「ｂ」を構成する線形セグメントである。有利な態様では、角度「ｂ」は、−４５°と＋４５°の間にあり、好ましくは、「ｂ」は０°に等しい。更に、基体１の表面２上に形成される光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎのアレイは、ｐ１×ｎに等しい長さＬ１と幅Ｌとを有する矩形によって実質的に境界が定められることに注意されたい。この矩形は、観察区域２３における照明区域３を定める。好ましくは、長さＬ１は、１０ｍｍと１００ｍｍの間にあり、図示の例では、長さＬ１は、４２ｍｍに等しい。
【００２８】
光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎは、光源１０から射出される光ビームＦの表面２上の入射に対する後方散乱又は拡散反射とも呼ばれる公知の散乱現象によって可視にされることが想起される。
【００２９】
更に、本発明による装置は、上述の筋Ｓによって表面２の照明を測定するための手段と、線形センサ及びレンズ（いずれも示していない）を含む線形カメラ２０から構成される手段とを含む。線形センサは、ＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型のものである。有利な態様では、線形カメラ２０は、観察区域内の反射率がどのようなものであれ、いずれの表面の照明も測定することができるように高いダイナミックレンジのカメラである。
【００３０】
カメラ２０は線形であるから、カメラの観察区域２３は、測定線とも呼ぶ長さＬ２と幅Ｌ３とを有する（図示せず）幅狭の観察ストリップに絞られる。この測定線は、カメラ２０のレンズによってカメラ２０の線形センサ上に結像される。幅Ｌ３は、０．０１ｍｍと０．１ｍｍの間にある。カメラ２０の観察の平均方向は、Ｚ軸と角度「ｆ」を構成する破線２１によって表され（図２ｃを参照されたい）、線２１は、ＸＺ平面に属し、測定線の中央に位置する点Ａを通過する。好ましい実施形態では、角度「ｆ」はゼロである。この配置により、カメラ２０によって結像される測定線は、長さＬ２にわたって鮮明であり、倍率は、この長さにわたって一定である。
【００３１】
表面２が本質的に反射性のものである特定の場合、例えば、基体がアルミニウム層で被覆される時に、角度「−ａ」に等しい角度「ｆ」を用い、そうすることによって鏡面反射光を集光することが有利である。この場合、当業者は、測定線にわたって鮮明な像を取得する公知の技術を使用することになる。
【００３２】
カメラ２０のレンズの種類、及び観察距離と呼ぶカメラ２０から表面２までの距離は、「ｄ」で表す最大視野角が、観察ストリップの長さＬ２との兼ね合いで小さく、そうすることによって長さＬ２にわたって観察方向を軸Ｙに対してほぼ垂直にすることができるように選択される。有利な態様では、長さＬ２にわたってＹ軸に対して垂直な観察方向に測定線を観察し、一方、カメラ２０と表面２の間の最小距離を保持するのにテレセントリック型のレンズが使用されることになり、この場合、角度「ｄ」は、ほぼゼロである。１３０ｍｍの照明距離では、観察距離は、例えば、１００ｍｍに等しい。
【００３３】
レンズがテレセントリックではない場合には、観察方向は、長さＬ２にわたってはＹ軸に対して垂直ではない。この場合、正確な測定を行うために、当業者は、Ｌ２に沿った角度「ｄ」の変動を考慮し、例えば、基準平面上での較正を使用することによって適切な補正処理を適用することになる。
【００３４】
感光要素の線形アレイを有するカメラ２０は、ＸＹ平面及びＸＺ平面と交差する平面Ｐ内に位置する。平面ＰとＸＹ平面との交差は、Ｙ軸と角度「ｃ」を構成する（図２ａを参照されたい）。同様に、平面ＰとＸＺ平面との交差は、Ｚ軸と角度「ｅ」を構成する（図２ｂを参照されたい）。有利な態様では、角度「ｃ」は、−３０°と３０°の間にあり、好ましくは、「ｃ」は、０度に等しい。更に有利な態様では、角度「ｅ」は、−４５°と＋４５°の間にあり、好ましくは、「ｅ」は、０度に等しい。従って、角度「ｂ」が０°に等しく、角度「ｃ」が０°に等しく、かつ角度「ｅ」が０°に等しい特定の実施形態では、直線的光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎは、平面Ｐに対して直交する。好ましい実施形態では、光源１０及び線形カメラ２０は、長さＬ１が長さＬ２と少なくとも等しいように配置される。
【００３５】
光源１０は、好ましくは、４００ｎｍと１１００ｎｍの間にある波長で発光し、そのような光源の電力は、１ｍＷから１００ｍＷ程度のものである。
【００３６】
カメラ２０は、例えば、２０４８ピクセルの単線を有する線形カメラである。カメラ２０によって得られる単次元像は、メモリ２６に記憶される。メモリ２６のデータは、更に詳しく説明を続ける三角測位アルゴリズムによって使用される。すなわち、毎秒４０，０００線の取得速度及び毎秒８メートルの基体移動速度に対して、２つの連続する測定線の間の基体変位距離に対応して軸Ｘに沿って０．２ｍｍの分解能が得られ、この分解能は、例えば、基体、特にパッケージ化製品の製造に使用される基体の表面上の点字又は糊の箇所又はいずれかの他の隆起部を示す表面のトポグラフィのような観察区域を通過する基体表面のトポグラフィを信頼性の高い方式で推測するには十分である。
【００３７】
有利な態様では、入射角「ａ」は、３０°と７０°の間にあり、好ましくは、４５°と６０°の間にある。図３を考察してより明快に理解されるように、この角度は、トポグラフィを実施することが望ましい隆起部の寸法特徴に応じて選択される。
【００３８】
図３には、ブランク１の表面２上の隆起部を通る平面Ｐ内の断面を拡大して示している。この例では、隆起部は、約０．２ｍｍの高さ「ｈ」とその基部における約１．６ｍｍの直径「Ｄ」とによって特徴付けられる凸部４（一般的に点字の点）である。４５°に等しい入射角「ａ」及び０．２ｍｍの分解能では、ブランク１が８ｍ／ｓの速度で平面Ｐを横切る時に、７回又は８回の凸部４のトポグラフィ記録を連続して実施することができ、この回数は、これらの記録からこの凸部の３次元特徴を推測するのに十分である。
【００３９】
図３は、凸部４の上部が平面Ｐを横切る瞬間の凸部４を示している。表面２上に平均方向１２に沿って投影される筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎは、いくつかの方向に、特に、線形カメラ２０に向けて後方散乱される。線形カメラ２０のレンズがテレセントリック型のものであり、角度「ｅ」がゼロである特定の場合には、カメラ２０によって観察される後方散乱光線は、ブランクの表面２に対して直交する。表面２上の光ビームＦの入射に続いて「ｎ」本の筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎによって平面Ｐ内で後方散乱される直交光線をそれぞれＲ１，Ｒ２．．．Ｒｎと呼ぶ。同様に、平面Ｐ内で後方散乱される２つの連続する直交光線の間の最短距離を「ｐ２」と呼ぶ。各直交光線を矢印Ｒによって示している。
【００４０】
線形カメラ２０の平均観察方向２１は、表面２に対して垂直であり、カメラ２０は、平面Ｐ内で後方散乱される直交光線Ｒ１，Ｒ２．．．Ｒｎを観察する。凸部４に起因して、これらの直交光線は、長さＬ１にわたっては等距離ではなく、言い換えれば、距離’ｐ２’は可変である。実際には、観察区域内にいかなる隆起部も位置しない限り、カメラ２０は、構造化照明プロフィールに従って後方散乱された光によって励起される。一方、観察区域内に隆起部が入るや否や、この隆起部は、光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎの空間シフト、及び従ってカメラ２０の対応する感光要素の励起の空間シフトをもたらす。この空間シフトは、入射角「ａ」が非ゼロであることによってカメラ２０と表面２との間の距離変動がカメラ２０によって受光される光線の横シフトをもたらす公知の三角測位原理に基づいて本発明によるトポグラフィ装置が作動することによる。表面２の３次元特徴を判断し、従って、凸部４の適正な構造を検証することを可能にするのは、このシフトの測定である。従って、プロセッサ２５は、カメラ２０によって得られた各像に対して三角測位アルゴリズムを適用する。三角測位アルゴリズムの公知の例は、「横シフト」＝ｔａｎ（ａ）×「垂直シフト」という式によって与えられ、ここで、ｔａｎ（ａ）は、入射角「ａ」の正接であり、「垂直シフト」は、カメラ２０によって受光される光線のＺ軸上のシフトであり、「横シフト」は、カメラ２０によって受光される光線のＹ軸上のシフトである。図示の例では、三角測位アルゴリズムは、線毎に互いに独立して適用される。変形の実施形態では、三角測位アルゴリズムは、いくつかの隣接線の記憶データを使用する。
【００４１】
実際には、入射角「ａ」が７０°を超えると、隆起部の検出は非常に高感度になるが、隆起部の影が出現する可能性があるから、トポグラフィ記録は信頼性が低くなる。一方、入射角「ａ」が３０°よりも小さいと、光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎのシフトは見え難くなるので、感度は急激に低下する。
【００４２】
図４には、凸部４が図３の位置にある時にカメラ２０によって観察される光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎの像３０を示している。カメラ２０は線形であり、各筋の単一の光点のみを観察する。黒塗りの区域Ｗは、カメラ２０の光を受光する感光要素を示している。図５には、対応する電気信号４０を示している。
【００４３】
図５には、感光要素アレイによって送出される周期的な電気信号を示している。観察区域内のブランクの表面上の隆起部の存在は、上述の空間シフトをもたらす。このシフトは、信号４０の周期Ｔの減少及び増加によって見分けられる。図示の例では、周期Ｔが減少する時には、この減少は、光源１０が表面２のレベルの正の差の領域を照明していることを意味し、それとは逆に周期Ｔが増加する時には、この増加は、表面２のレベルの負の差の領域を照明していることを意味する。
【００４４】
観察区域内のブランクの表面上の隆起部の不在時には、感光要素アレイの全長にわたって周期Ｔが実質的に一定であることに注意されたい。
【００４５】
本発明による装置は、以下の方式、すなわち、光ビームＦが、表面２に「ｎ」本の光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎを形成するように表面２上に傾斜して投影され、その後に、光筋Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎの空間シフトが各取得像に対して測定され、最後に、三角測位アルゴリズムが各測定シフトに対して適用されるという方式で実施することができる。
【００４６】
有利な態様においては、本発明による装置は、板状要素１を軸Ｘの実質的に平面の軌道に沿って移送するためのコンベヤを含む折り畳み糊付け機械に装着することができる。
【００４７】
トポグラフィ表面は、板状要素のものであるが、本発明は、材料のウェブの形態を取る基体にも適用されることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４８】
２ 基体表面
４ 凸部
１０ 光源
２０ 線形カメラ
２３ 観察区域
Ｓ 光筋
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸Ｙ及びＺと共に空間の正規直交座標を定める軸Ｘの実質的に平面の軌道に沿って移動する基体（１）の、ＸＹ平面に対して実質的に平行な表面（２）に対するトポグラフィ装置であって、
基体（１）の移動中に表面（２）のトポグラフィを測定するために表面（２）によって後方散乱される照明を測定するための手段（２０）と協動することができる表面（２）の構造化照明のための手段（１０）を含み、
前記構造化照明のための手段（１０）は、表面（２）上に入射角「ａ」で光ビーム（Ｆ）を投影して、そこに各光筋（Ｓ）がＸ軸と角度「ｂ」を構成する複数の「ｎ」本の光筋（Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎ）を形成することができ、この装置において、前記測定手段（２０）は、ＸＹ平面及びＸＺ平面と交差する平面Ｐに位置する線形カメラで構成され、平面ＰのＸＹ平面との交差が、Ｙ軸との角度「ｃ」を形成し、平面ＰのＸＺ平面との交差が、Ｚ軸との角度「ｅ」を形成し、この装置において、入射角「ａ」は、３０°と７０°の間にあり、角度「ｂ」は、−４５°と＋４５°の間にあり、角度「ｃ」は、−３０°と＋３０°の間にあり、角度「ｅ」は、−４５°と＋４５°の間にある、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記入射角「ａ」は、４５°と６０°の間にあることを特徴とする請求項１に記載のトポグラフィ装置。
【請求項３】
前記角度「ｂ」は、０°に等しいことを特徴とする請求項１に記載のトポグラフィ装置。
【請求項４】
前記角度「ｃ」は、０°に等しいことを特徴とする請求項１に記載のトポグラフィ装置。
【請求項５】
前記角度「ｅ」は、０°に等しいことを特徴とする請求項１に記載のトポグラフィ装置。
【請求項６】
前記構造化照明の手段（１０）は、レーザ干渉計で構成され、
干渉縞のアレイが、前記構造化照明を構成する、
ことを特徴とする請求項１に記載のトポグラフィ装置。
【請求項７】
軸Ｙ及びＺと共に空間の正規直交座標を定める軸Ｘの実質的に平面の軌道に沿って移動する基体（１）の、ＸＹ平面に対して実質的に平行な表面（２）に対するトポグラフィ方法であって、
表面（２）の上に傾斜して光ビーム（Ｆ）を投影し、そこに複数の「ｎ」本の光筋（Ｓ；Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎ）を形成する段階と、
ＸＹ平面及びＸＺ平面と交差する平面Ｐに位置する線形カメラ（２０）を用いて表面（２）の連続する像を撮影する段階と、
各取得した像に対して光筋（Ｓ；Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎ）の空間シフトを測定する段階と、
各測定したシフトに対して三角測位アルゴリズムを適用する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
軸Ｘの実質的に平面の軌道に沿って板状要素（１）を移送するためのコンベヤを含む折り畳み糊付け機械であって、
請求項１に記載のトポグラフィ装置、
を含むことを特徴とする機械。
【請求項９】
折り畳み器−糊付け器内を移動する板状要素（１）の表面（２）に対するトポグラフィ装置。
【請求項１０】
軸Ｙ及びＺと共に空間の正規直交座標を定める軸Ｘの実質的に平面の軌道に沿って折り畳み器−糊付け器内を移動する板要素（１）のＸＹ平面に対して実質的に平行な表面（２）に対するトポグラフィ装置であって、
折り畳み器−糊付け器内の板要素（１）の移動中に表面（２）のトポグラフィを測定するために表面（２）によって後方散乱される照明を測定するための手段（２０）と協動することができる表面（２）の構造化照明のための手段（１０）を含み、
前記構造化照明のための手段（１０）は、表面（２）上に入射角「ａ」で光ビーム（Ｆ）を投影して、そこに各光筋（Ｓ）がＸ軸と角度「ｂ」を構成する複数の「ｎ」本の光筋（Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎ）を形成することができ、この装置において、前記測定手段（２０）は、ＸＹ平面及びＸＺ平面と交差する平面Ｐに位置する線形カメラで構成され、平面Ｐの平面ＸＹとの交差が、Ｙ軸との角度「ｃ」を形成し、平面Ｐの平面ＸＺとの交差が、Ｚ軸との角度「ｅ」を形成し、この装置において、入射角「ａ」は、３０°と７０°の間にあり、角度「ｂ」は、−４５°と＋４５°の間にあり、角度「ｃ」は、−３０°と＋３０°の間にあり、角度「ｅ」は、−４５°と＋４５°の間にある、
ことを特徴とする装置。
【請求項１】
軸Ｙ及びＺと共に空間の正規直交座標を定める軸Ｘの実質的に平面の軌道に沿って移動する基体（１）の、ＸＹ平面に対して実質的に平行な表面（２）に対するトポグラフィ装置であって、
基体（１）の移動中に表面（２）のトポグラフィを測定するために表面（２）によって後方散乱される照明を測定するための手段（２０）と協動することができる表面（２）の構造化照明のための手段（１０）を含み、
前記構造化照明のための手段（１０）は、表面（２）上に入射角「ａ」で光ビーム（Ｆ）を投影して、そこに各光筋（Ｓ）がＸ軸と角度「ｂ」を構成する複数の「ｎ」本の光筋（Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎ）を形成することができ、この装置において、前記測定手段（２０）は、ＸＹ平面及びＸＺ平面と交差する平面Ｐに位置する線形カメラで構成され、平面ＰのＸＹ平面との交差が、Ｙ軸との角度「ｃ」を形成し、平面ＰのＸＺ平面との交差が、Ｚ軸との角度「ｅ」を形成し、この装置において、入射角「ａ」は、３０°と７０°の間にあり、角度「ｂ」は、−４５°と＋４５°の間にあり、角度「ｃ」は、−３０°と＋３０°の間にあり、角度「ｅ」は、−４５°と＋４５°の間にある、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記入射角「ａ」は、４５°と６０°の間にあることを特徴とする請求項１に記載のトポグラフィ装置。
【請求項３】
前記角度「ｂ」は、０°に等しいことを特徴とする請求項１に記載のトポグラフィ装置。
【請求項４】
前記角度「ｃ」は、０°に等しいことを特徴とする請求項１に記載のトポグラフィ装置。
【請求項５】
前記角度「ｅ」は、０°に等しいことを特徴とする請求項１に記載のトポグラフィ装置。
【請求項６】
前記構造化照明の手段（１０）は、レーザ干渉計で構成され、
干渉縞のアレイが、前記構造化照明を構成する、
ことを特徴とする請求項１に記載のトポグラフィ装置。
【請求項７】
軸Ｙ及びＺと共に空間の正規直交座標を定める軸Ｘの実質的に平面の軌道に沿って移動する基体（１）の、ＸＹ平面に対して実質的に平行な表面（２）に対するトポグラフィ方法であって、
表面（２）の上に傾斜して光ビーム（Ｆ）を投影し、そこに複数の「ｎ」本の光筋（Ｓ；Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎ）を形成する段階と、
ＸＹ平面及びＸＺ平面と交差する平面Ｐに位置する線形カメラ（２０）を用いて表面（２）の連続する像を撮影する段階と、
各取得した像に対して光筋（Ｓ；Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎ）の空間シフトを測定する段階と、
各測定したシフトに対して三角測位アルゴリズムを適用する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
軸Ｘの実質的に平面の軌道に沿って板状要素（１）を移送するためのコンベヤを含む折り畳み糊付け機械であって、
請求項１に記載のトポグラフィ装置、
を含むことを特徴とする機械。
【請求項９】
折り畳み器−糊付け器内を移動する板状要素（１）の表面（２）に対するトポグラフィ装置。
【請求項１０】
軸Ｙ及びＺと共に空間の正規直交座標を定める軸Ｘの実質的に平面の軌道に沿って折り畳み器−糊付け器内を移動する板要素（１）のＸＹ平面に対して実質的に平行な表面（２）に対するトポグラフィ装置であって、
折り畳み器−糊付け器内の板要素（１）の移動中に表面（２）のトポグラフィを測定するために表面（２）によって後方散乱される照明を測定するための手段（２０）と協動することができる表面（２）の構造化照明のための手段（１０）を含み、
前記構造化照明のための手段（１０）は、表面（２）上に入射角「ａ」で光ビーム（Ｆ）を投影して、そこに各光筋（Ｓ）がＸ軸と角度「ｂ」を構成する複数の「ｎ」本の光筋（Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｎ）を形成することができ、この装置において、前記測定手段（２０）は、ＸＹ平面及びＸＺ平面と交差する平面Ｐに位置する線形カメラで構成され、平面Ｐの平面ＸＹとの交差が、Ｙ軸との角度「ｃ」を形成し、平面Ｐの平面ＸＺとの交差が、Ｚ軸との角度「ｅ」を形成し、この装置において、入射角「ａ」は、３０°と７０°の間にあり、角度「ｂ」は、−４５°と＋４５°の間にあり、角度「ｃ」は、−３０°と＋３０°の間にあり、角度「ｅ」は、−４５°と＋４５°の間にある、
ことを特徴とする装置。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図３−５】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図３−５】
【公表番号】特表２０１３−５００４６２（Ｐ２０１３−５００４６２Ａ）
【公表日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２０９３８（Ｐ２０１２−５２０９３８）
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００４３３１
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００９５６６
【国際公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（５９２２３３４２８）ボブスト ソシエテ アノニム (31)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００４３３１
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００９５６６
【国際公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（５９２２３３４２８）ボブスト ソシエテ アノニム (31)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]