專利名稱：采用單一區(qū)域陣列式探測(cè)器和交替選通光源的容器檢查的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)商品變異的容器的檢查，該變異影響容器的光學(xué)特性，更具體地說涉及一種用于根據(jù)被檢查的容器各部分的二維圖像的比較檢查容器的方法和裝置。
在制造諸如玻璃瓶和罐那樣的容器時(shí)，在容器的側(cè)壁、跟部、底部、肩部、頸部和/或瓶口可能發(fā)生各種形式的異常。這些異常在本技術(shù)領(lǐng)域稱之為“商品變異”，可能影響容器的商用合格性。已經(jīng)提出采用光電檢查技術(shù)來檢查影響容器的光學(xué)特性的商品變異。其基本原理在于將光源定位以便向容器照射光線，并將一攝像機(jī)定位以便接收由光源所照射的容器的那(些)個(gè)部分的圖像。光源可具有均勻光強(qiáng)，或者其構(gòu)成使光強(qiáng)沿光源的一維變化分布。由光源照射的容器的商品變異部分作為所接收的和存儲(chǔ)在攝像機(jī)中的被照射容器的圖像的光強(qiáng)的函數(shù)予以檢測(cè)。
轉(zhuǎn)讓給本受讓人的4945228號(hào)美國專利公開了一種用于檢查容器瓶口的密封表面的裝置，其包含一光源，當(dāng)將容器保持在穩(wěn)定位置并圍繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，該定位的光源向容器密封表面照射光線。將一包含各光敏元件構(gòu)成的線性排列或陣列(區(qū)域)的攝像機(jī)定位并相對(duì)于容器旋轉(zhuǎn)軸線取向，以便接收由密封表面反射的光線，攝像機(jī)的有效視域限制于一小于容器密封表面整個(gè)周邊的角度部分。攝像機(jī)中的陣列按照容器旋轉(zhuǎn)的增量掃描，以便形成作為這些增量的函數(shù)的、指示在每個(gè)陣列元件處的光強(qiáng)的信息，以及檢測(cè)作為這些信息的函數(shù)的在容器密封表面上的商品變異。這種公開的裝置很好地適用于檢測(cè)影響容器密封表面的反射性的商品變異，例如沿面層的裂紋、氣泡、碎石和弄臟的容器瓶口。
同樣轉(zhuǎn)讓給本受讓人的5489987號(hào)美國專利公開了一種用于檢查容器的密封表面區(qū)的裝置，其包含一定位的光源，當(dāng)容器圍繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)按銳角向容器的密封表面區(qū)域照射狹窄光束。配置一光探測(cè)器，以便接收由密封表面區(qū)域反射的狹窄光束，并輸出按照反射的光束入射在探測(cè)器上位置的函數(shù)變化的信號(hào)。即反射的光束入射在探測(cè)器上的位置隨密封表面相對(duì)于光源和探測(cè)器的高度和高程變化，該探測(cè)器其特征在于，提供的電輸出信號(hào)作為反射的光束在探測(cè)器上入射位置的函數(shù)變化。檢測(cè)作為探測(cè)器輸出信號(hào)函數(shù)的密封表面區(qū)處高度的變化。在一個(gè)實(shí)施例中，成對(duì)的光源/探測(cè)器配置在容器軸線的沿直徑方向相對(duì)的兩側(cè)，以及作為當(dāng)容器旋轉(zhuǎn)時(shí)反射的光線入射在探測(cè)器上的位置變化的綜合函數(shù)，檢測(cè)在容器的密封表面上的扭曲、凹坑和/或翹起。
同樣尚未授權(quán)的轉(zhuǎn)讓給本受讓人的申請(qǐng)08/856829號(hào)美國申請(qǐng)公開了用于檢查容器的密封表面的方法和裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二光源相對(duì)于容器軸線和密封表面的法平面由不同的角度向容器的密封表面照射光線。來自第一和第二光源的且由容器的密封表面反射的光線按這樣一種方式照射到一區(qū)域陣列式探測(cè)器，即探測(cè)器能有效地由與光源照射角度相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)不同角度觀測(cè)該容器密封表面區(qū)域。不同的光源具有不同的結(jié)構(gòu)或不同的特性，用于按照具有不同特征以及不同照射角度的光線照射密封表面，用以檢測(cè)容器密封表面不同的體形和/或尺寸特征。各光源交替地通電，對(duì)區(qū)域陣列式探測(cè)器掃描，以便形成代表不同密封表面特征的序列的二維圖像?？赡墚a(chǎn)生的不準(zhǔn)確與在各順序的幀掃描之間的容器移動(dòng)和在每一圖像幀形成的過程中入射到區(qū)域陣列式探測(cè)器的環(huán)境光兩者有關(guān)。當(dāng)這一待審查的申請(qǐng)的構(gòu)思在所謂的容器制造過程的冷態(tài)終端實(shí)施時(shí)，(這時(shí)該狀態(tài)容器保持穩(wěn)定位置和圍繞其中心軸線旋轉(zhuǎn))容器將不僅經(jīng)受有限的在兩兩順序幀掃描之間的旋轉(zhuǎn)，而且還在兩兩順序的幀掃描之間橫向地?cái)[動(dòng)。同樣地，當(dāng)按照所謂的制造過程的熱態(tài)終止實(shí)施時(shí)(在該狀態(tài)容器在檢查裝置下方沿與其軸線橫交的方向移動(dòng))，容器密封表面(或其它被檢查的區(qū)域)將在兩兩順序的幀掃描之間移動(dòng)有限的距離。在得到可靠的檢查信息時(shí)重要的是在檢查過程中將容器移動(dòng)和環(huán)境光兩者的影響降到最低。本發(fā)明總的目的是提供一種用于容器檢查的方法和裝置，其中這些目的中的一或二個(gè)均可實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的檢查容器的裝置包含第一光源，用于產(chǎn)生具有第一特征的光線和將該光線照射到被檢查容器的預(yù)定部分；以及第二光源，用于產(chǎn)生具有與第一特征不同的第二特征的光線并將這一光線照射到被檢查容器的相同預(yù)定位置。配置區(qū)域陣列式光探測(cè)器，以便接收由第一和第二光源照射的容器部分的二維圖像。第一和第二光源順序地和交替地通電，以及由探測(cè)器將被檢查的容器部分的第一和第二二維圖像下載。通過將由各對(duì)應(yīng)光源照射的、經(jīng)探測(cè)器掃描的第一和第二二維圖像相比較，識(shí)別影響容器光特性的商品變異。探測(cè)器最好包含用于按順序的幀掃描二維圖像的裝置，以及在第一和第二光源交替通電過程中，通過掃描按順序各幀由探測(cè)器得到第一和第二圖像。
在區(qū)域陣列式探測(cè)器得到相關(guān)聯(lián)的掃描幀的過程中，第一和第二光源是選通的。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，第一光源在第一掃描幀終止處選通，第二光源在第二掃描幀起始處選通，使在各幀之間的容器的移動(dòng)的影響降到最小。在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，在掃描各幀的過程中，對(duì)在探測(cè)器的各單個(gè)像素元處光能的匯集進(jìn)行控制，以便降低環(huán)境光線的影響。在第一幀終止處第一光源選通，在第二幀的終止處可使第二光源選通，以便使環(huán)境光的影響降至最小。另外，可以在第二幀的起始處使第二光源選通，以便容器移動(dòng)的影響降至最小，以及在第二幀的過程中，像素?cái)?shù)據(jù)可以脫開探測(cè)器的時(shí)鐘控制，以便遍及第二幀圖像將環(huán)境光的影響“抹掉”。通過采用所謂的邊緣一幅值檢測(cè)技術(shù)可以使這種經(jīng)抹掉的環(huán)境光的影響降至最小，以便得到作為在相鄰的掃描行中相同的像素元信號(hào)之間比較(結(jié)果)的函數(shù)的、第二掃描幀的二維圖像。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的檢查影響容器的商品合格性的容器變異的方法，包含的步驟有交替地使具有不同特征的第一和第二光源照射容器的一部分，在利用第一和第二光源光線分別照射的過程中得到容器該部分的第一和第二二維圖像，以及通過比較第一和第二圖像檢測(cè)在容器上影響容器光特性的商品變異。第一和第二光線最好交替地照到一單一區(qū)域陣列式探測(cè)器，以便形成容器受照射部分的二維圖像和對(duì)來自探測(cè)器的二維圖像掃描。對(duì)各二維圖像進(jìn)行比較，通過重疊圖像，檢測(cè)容器上的商品變異，最好通過采用其中一個(gè)圖像來預(yù)計(jì)在其它圖像中可能發(fā)生變異的區(qū)域。
在根據(jù)本發(fā)明的這一方面的優(yōu)選實(shí)施例中，通過控制在相同持續(xù)時(shí)間的順序的各掃描幀時(shí)的探測(cè)器，在探測(cè)器處檢測(cè)在順序的第一和第二相關(guān)聯(lián)的掃描幀的過程中照射到容器上的第一和第二光線以及在第一和第二掃描幀的過程中掃描探測(cè)器，以便得到容器被照射部分的所需二維圖像，從而得到容器受照射部分的第一和第二二維圖像。更為優(yōu)選的是，在第一掃描幀中的一小部分期間使第一光源選通，將光線照射到容器和探測(cè)器上，以及在第二掃描幀中的一小部分期間使第二光源選通，將光線照射在容器和探測(cè)器上。第一光源最好在每第一掃描幀終止處選通，第二光源可以或者在每一第二掃描幀的起始處或終止處選通，這取決于幀控制和所采用的掃描技術(shù)。第一幀的匯集時(shí)間可以限制到第一光源的短的選通時(shí)間，因此限制環(huán)境光在第一幀中的匯集。更為優(yōu)選的是，在每一第二掃描幀的起始處選通第二光源，以及控制探測(cè)器，以便在整個(gè)第二掃描幀期間對(duì)來自第二光源的光能匯集。在第二掃描幀期間在探測(cè)器處按像素行對(duì)探測(cè)器掃描，以便在第二幀掃描期間的環(huán)境光的影響由探測(cè)器遍及順序被掃描的像素行均被抹掉。通過采用邊緣一幅值檢測(cè)技術(shù)，其中將來自探測(cè)器的被掃描的每一行中的每一像素信號(hào)與來自探測(cè)器的被掃描的下一行中的相同像素信號(hào)相比較，使經(jīng)抹掉的環(huán)境光影響降至最小。
根據(jù)如下的說明，所附的權(quán)利要求和附圖可以更好地理解本發(fā)明連同它的另外目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于檢查容器的密封表面的裝置的示意圖；圖2是表示對(duì)圖1中的實(shí)施例的改進(jìn)的局部示意圖；圖3是在圖1中的攝像機(jī)中可采用的幀轉(zhuǎn)移式CCD探測(cè)器的功能性方塊圖；圖4A、4B和4C表示被檢查容器的各對(duì)應(yīng)二維圖像，在說明本發(fā)明的操作時(shí)是有用的；圖5A、5B、5C和5D表示圖1中的容器中的被檢查部分各對(duì)應(yīng)的二維圖像，在說明本發(fā)明的操作時(shí)是有用的；圖6、7和8是時(shí)間關(guān)系示意圖，說明根據(jù)本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施例的如在圖1中的攝像機(jī)的掃描情況。
上面指出同時(shí)待審查的08/856829號(hào)美國申請(qǐng)的公開內(nèi)容，這里引用可供參考。上述4958223號(hào)美國專利的公開內(nèi)容，這里引用可供參考。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于檢查容器12的裝置10。第一光源14，例如LED發(fā)送器16配置在容器口的上方，其取向?yàn)槭构饩€通過漫射器17和一組菲涅耳透鏡18向下照射到容器12的密封表面20上。第二光源22例如激光器也配置在容器口的上方，其取向?yàn)槭辜?xì)線狀的光線向下在與來自LED 16的光束一致的位置處照在密封表面20上。來自LED光源14的散射光照射密封表面的整個(gè)徑向和周邊尺寸的一部分，而來自激光光源22的線狀光束朝向密封表面的橫向或徑向。攝像機(jī)24具有一區(qū)域陣列式探測(cè)器26，利用透鏡27、28將由密封表面反射的光線聚焦到其上。攝像機(jī)24定位在密封表面20的上方，且其朝向能接收來自LED光源14且由密封表面反射的光線。即攝像機(jī)24和探測(cè)器26相對(duì)LED光源14的取向使得來自LED 16的光線通常在密封表面的法平面處由密封表面20反射通過透鏡27、28到探測(cè)器26上。另一方面，激光光源22相對(duì)于密封表面20按更大的銳角取向，使得由其入射到密封表面20上的光線被反射通過透鏡28、29、平面鏡31和配置在透鏡27、28之間的分光鏡33到探測(cè)器26上。
一通常包含星輪和滑板的傳輸器配置和連接到容器12的來源處，以便通過一弧形的通道移動(dòng)順序的各容器以及將順序的各容器帶到在光源14、22和攝像機(jī)24之間的裝置10的位置處。裝置10最好配置在如4230319號(hào)和4378493號(hào)美國專利中所述類型的星輪傳輸器容器檢查系統(tǒng)中的一個(gè)操作臺(tái)，這里引用它們的公開內(nèi)容可作為背景技術(shù)參考。因此順序的容器口穩(wěn)定地保持在光源14、22和攝像機(jī)24的下方，并利用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)30或類似物使之圍繞每個(gè)容器的中心軸線旋轉(zhuǎn)。一編碼器32耦合到容器旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上以便提供代表容器旋轉(zhuǎn)增量的信號(hào)。這些增量可以或者包含旋轉(zhuǎn)的固定角度增量或者包含按恒定速度旋轉(zhuǎn)的固定時(shí)間增量。一信息處理器34連接到編碼器32，攝像機(jī)24和光源14、22，用于控制光源14、22的操作和攝像機(jī)24的掃描，下面將予介紹。信息處理器34還連接到顯示器36，用于向操作人員提供容器檢查信息的數(shù)字字符和/或圖形顯示；還連接到一剔除機(jī)構(gòu)38，用于由傳輸器系統(tǒng)排除通不過檢查的容器。
圖1中所示的本發(fā)明的該實(shí)施例特別適用于在容器已通過一退火爐后的玻璃容器制造系統(tǒng)的所謂冷態(tài)終端實(shí)施，并且在該處容器對(duì)于利用星輪傳輸器或驅(qū)動(dòng)輥?zhàn)硬倏v是足夠冷卻的。本發(fā)明的原理還可以在玻璃容器制造機(jī)械和一退火爐之間的制造系統(tǒng)的所謂熱態(tài)終端實(shí)施。在單個(gè)單元機(jī)械中制造的玻璃容器例如轉(zhuǎn)換到一直線傳輸器40(圖2)，在其上容器按行由制造機(jī)械傳輸?shù)酵嘶馉t。傳輸器40連接到一傳輸器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)42，其向信息處理器34(圖1)提供代表在傳輸器上容器移動(dòng)增量的信號(hào)。圖1中所示裝置10可以配置在傳輸器40的上方使得在傳輸器40上的容器12在用于檢查容器密封表面的光源和攝像機(jī)的下方通過，下面將予以介紹。按這種實(shí)施方式，攝像機(jī)可以按直線傳輸器移動(dòng)(橫切于容器軸線)進(jìn)行掃描。有很多種攝像機(jī)/掃描選擇方式，它們可以在容器在光源下方轉(zhuǎn)移而不是旋轉(zhuǎn)的應(yīng)用場(chǎng)合中采用。例如，可以采用高清晰度攝像機(jī)，以便得到完整的成品的成對(duì)圖像?？梢圆捎镁匦螀^(qū)域陣列式探測(cè)器以便得到當(dāng)一成品在檢查頭下方轉(zhuǎn)移時(shí)它的多個(gè)“切片”圖像。一低清晰度的攝像機(jī)可以結(jié)合伺服驅(qū)動(dòng)的反射鏡來采用，以便當(dāng)容器在檢查頭下移轉(zhuǎn)移時(shí)觀察完整的成品周邊。利用制造機(jī)械將容器根據(jù)機(jī)械的模具和單元按預(yù)定的和連續(xù)的序列置于在傳輸器40上。信息處理器34可以提供指示在容器密封表面處的商品變異的信息和/或在制造機(jī)械處自動(dòng)實(shí)施調(diào)節(jié)或校正，以便校正任何所述的商品變異。
攝像機(jī)24中的區(qū)域陣列式探測(cè)器26包含配置在矩形行列式陣列中的多個(gè)CCD像元或像素。各像素元的特征在于，它們響應(yīng)于入射的光線能提供代表入射到像素元上的光能的全部量子。換句話說，當(dāng)起動(dòng)操作時(shí)，每個(gè)像素元有效地將入射到其上的光能量子匯集。根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器最好包含按幀轉(zhuǎn)移的CCD探測(cè)器。通常，這種類型的CCD區(qū)域陣列式探測(cè)器包含一含有多個(gè)像素元的圖像單元，可轉(zhuǎn)移像素元信號(hào)到其中的存儲(chǔ)器單元，以及一讀出寄存器，通過其在存儲(chǔ)器單元中的像素元信號(hào)被轉(zhuǎn)移，以便由該探測(cè)器轉(zhuǎn)走。圖3表示一幀轉(zhuǎn)移式探測(cè)器26，其包一含有像素元陣列的圖像單元44。圖像單元44連接到幀存儲(chǔ)器單元46，其又連接到讀出寄存器48，用以將圖像數(shù)據(jù)輸送到信息處理器34(圖1)。來自用于控制探測(cè)器26工作的信息處理器34的控制信號(hào)包含一種匯集起動(dòng)輸入(信號(hào))到圖像單元44，并轉(zhuǎn)移控制輸入(信號(hào))到圖像單元44、幀存儲(chǔ)單元46和讀出寄存器48。通常，幀轉(zhuǎn)移式探測(cè)器26按每次一行的方式轉(zhuǎn)移一幀。因此，一行或一排像素的信號(hào)由圖像單元44轉(zhuǎn)移到幀存儲(chǔ)器單元46。同時(shí)在幀存儲(chǔ)器單元46中的一行或一排像素的信號(hào)轉(zhuǎn)移到讀出寄存器。這種過程持續(xù)進(jìn)行直到整個(gè)幀被轉(zhuǎn)移為止。幀轉(zhuǎn)移式探測(cè)器26本身在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的。
通常，信息處理器(32)交替地使LED光源14和激光光源20通電，并對(duì)來自攝像機(jī)24中的區(qū)域陣列式探測(cè)器26的各相關(guān)的容器密封表面的二維圖像進(jìn)行掃描。通過將在攝像機(jī)上由LED光源14形成的圖像與在攝像機(jī)上由激光光源22形成的圖像相比較，可以得到有用的信息。例如，參閱圖4A-4C，信息處理器34可以由攝像機(jī)24得到在密封表面20中的該部分上由LED光源14照射的二維圖像52。利用這一圖像52，信息處理器34確定密封表面20的位置，并預(yù)測(cè)可分布在密封表面內(nèi)側(cè)的逐步縮小的區(qū)域中的線狀邊緣或過壓力。然后，信息處理器34對(duì)在利用激光光源22照射過程中由于探測(cè)器26被掃描得到的圖像進(jìn)行分析，由此標(biāo)出兩個(gè)反射區(qū)58、60。反射區(qū)58來自密封表面20的頂部，而反射區(qū)60來自在密封表面沿徑向的緊接內(nèi)側(cè)的逐步縮小區(qū)。通過分析重疊圖像52、56，因此形成復(fù)合圖像62，信息處理器34可以確定與密封表面20相關(guān)聯(lián)的反射區(qū)58，而反射區(qū)60是在該在其內(nèi)部可預(yù)期有線狀邊緣或過壓力的逐漸縮小區(qū)54內(nèi)。因此，處于線狀邊緣或過壓力區(qū)54內(nèi)的反射區(qū)60可相對(duì)于反射區(qū)58進(jìn)行位置比較，以便確定該線狀邊緣是否足夠高構(gòu)成過壓力狀態(tài)，需要將該容器剔除和在原容器的制造機(jī)械模具處可以校正處理。這種比較可以按照?qǐng)D像52、56的逐個(gè)像素地比較的方式在信息處理器34內(nèi)部自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)，或者由在顯示復(fù)合圖像62的顯示器36處的操作人員以手動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)。
圖5A-5D表示關(guān)于容器密封表面20的三個(gè)順序的復(fù)合圖像62a、62b、62c。即信息處理器34(圖1)使每個(gè)光源14、22通電，以及當(dāng)每個(gè)光源通電時(shí)掃描該探測(cè)器26，以便按照容器旋轉(zhuǎn)的每一增量得到復(fù)合圖像62。圖5A-5D表示按照容器旋轉(zhuǎn)的三個(gè)增量的三個(gè)這樣的復(fù)合圖像62a、62b、62c。在每一圖像中，清楚地顯示由LED光源14照射的密封表面20。在圖像62a內(nèi)，在64指示有在瓶口上有裂紋的變異，而在66a指示有在瓶口上有第二裂紋的變異。然而，由于圖像62a僅獲取在瓶口上有裂紋的變異66a的一部分，這一變異在圖像處理器可能被遺漏或忽略。在圖像62b的66b處顯示完整的在瓶口上的裂紋變異。因此，通過控制光源14和22的操作和攝像機(jī)24的掃描，以便得到重疊圖像62a、62b、62c，可以檢測(cè)在瓶口上的裂紋變異66b，其因?yàn)樘幵陧樞蚋鲙g的邊界附近而按別的方法可能被遺漏。例如為表面微裂紋檢測(cè)用LED的其它光源可以結(jié)合光源14、22采用，正如在上述作為參考的待審查的申請(qǐng)中所公開的。
因此，為了由兩個(gè)光源得到兩種不同的圖像，一個(gè)光源在一個(gè)攝像幀期間照射容器，另一個(gè)光源在下一個(gè)攝像幀期間照射容器。各攝像機(jī)圖像幀具有相等的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)容器旋轉(zhuǎn)(圖1)或轉(zhuǎn)移(圖2)時(shí)重復(fù)這種順序操作。在攝像機(jī)探測(cè)器處累積的像素?cái)?shù)據(jù)可由像素陣列下載，因此各個(gè)像素可以匯集新的圖像數(shù)據(jù)。利用單一的攝像機(jī)取得兩個(gè)接連的圖像的通常方法是按兩個(gè)相鄰的攝像幀使兩個(gè)光源選通，以及因此得到的兩個(gè)圖像是按一幀時(shí)間分開的。在高速128×128區(qū)域陣列式探測(cè)器中，可按16兆赫時(shí)鐘控制該攝像機(jī)，使得分配給每一幀的時(shí)間為1毫秒。對(duì)于按照每分360個(gè)瓶運(yùn)行的檢查機(jī)械(50％的時(shí)間用于檢查，每一檢查周期每一瓶旋轉(zhuǎn)1.5次)，以及瓶具有一英寸直徑的瓶口，該瓶口將在1毫秒內(nèi)大約旋轉(zhuǎn)0.060英寸。如果瓶的操作次于最佳狀況和在短的距離內(nèi)瓶徑向移動(dòng)作圓周運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)部分中的一個(gè)部分，則該瓶口將在每1毫秒的幀時(shí)間內(nèi)徑向移動(dòng)0.030英寸。這就可能將密封表面反射區(qū)58(圖4B和4C)易于移動(dòng)到線狀邊緣區(qū)54，例如引起線狀邊緣或過壓力的虛假檢測(cè)。此外，在1毫秒幀時(shí)間范圍內(nèi)的環(huán)境光的接收度和匯集可能在攝像機(jī)處產(chǎn)生不希望的信噪比。最好使光源14和22選通持續(xù)非常短的時(shí)間，例如在15微秒的數(shù)量級(jí)。在這段時(shí)間內(nèi)容器僅旋轉(zhuǎn)約0.001英寸，這樣就降低了移動(dòng)造成的模糊。此外，匯集時(shí)間可以限制到15毫秒的每個(gè)光源的選通持續(xù)時(shí)間。
圖6表示可以采用的一種光源和幀掃描控制技術(shù)。LED光源14在幀上的終止處被選通，激光光源22在幀2的起始點(diǎn)處被選通。在幀間的時(shí)間段期間，像素?cái)?shù)據(jù)由圖像單元轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)器單元，并且在后續(xù)的幀期間由探測(cè)器讀出寄存器下載到圖像處理器。(應(yīng)認(rèn)識(shí)到，當(dāng)然，“幀1”和“幀2”(在圖6和圖7、8中)在操作過程中是連續(xù)交變的。因此，在圖6中的幀1和幀2例如可以和圖5A中的復(fù)合圖像62a相關(guān)聯(lián)。下一個(gè)幀1幀2序列將與復(fù)合圖像62b相關(guān)聯(lián)等。)通過在幀1的終止處在LED光源14選通和在幀2起始處使激光光源22選通，在二光源照射之間的時(shí)間延遲降到最小，使得在得到與幀1和幀2相關(guān)聯(lián)的二維圖像之間的容器沒有明顯的移動(dòng)。這種技術(shù)將在各幀掃描之間容器移動(dòng)帶來的問題降到最小，但是并沒有提出環(huán)境光照到攝像機(jī)探測(cè)器上的問題。在圖6中所示的整體二個(gè)幀1和幀2的過程中，在探測(cè)器26中的像素將接收和匯集環(huán)境光，與這一環(huán)境光相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)移到圖像處理器中。
圖7和8表示光源控制和幀掃描技術(shù)，其利用了在很多區(qū)域陣列式探測(cè)器可達(dá)到的能力，借助來自信息處理器34的匯集起動(dòng)控制信號(hào)起動(dòng)在各單個(gè)像素元處的匯集。因此，在探測(cè)器陣列中的像素元能夠在起動(dòng)信號(hào)持續(xù)時(shí)間內(nèi)將入射到其上的光匯集，但是在起動(dòng)信號(hào)期間必須轉(zhuǎn)移該數(shù)據(jù)否則該像素?cái)?shù)據(jù)將失去。當(dāng)未起動(dòng)時(shí)，各像素被有效地接地。圖7表示利用這一特征的一種技術(shù)。在幀1終止處和幀2終止處像素匯集被起動(dòng)。在幀1終止處LED光源14被選通，在幀2終止處光源22被選通。在幀間時(shí)間段期間像素?cái)?shù)據(jù)直接跟隨幀1和幀2轉(zhuǎn)移，并在接連的幀時(shí)間段期間通過讀出寄存器下載。在圖7所示的技術(shù)有效地解決環(huán)境光入射到像素帶來的問題是通過僅在相關(guān)的光源被選通之時(shí)才在各像素元起動(dòng)匯集。然而，被檢查的容器區(qū)域的明顯移動(dòng)發(fā)生在幀1和幀2終止處的圖像掃描時(shí)間段之間。
圖8表示優(yōu)選的光源和幀掃描控制技術(shù)。在幀1的終止處起動(dòng)像素?cái)?shù)據(jù)的匯集，在這段時(shí)間內(nèi)，LED光源14如前所述被選通。然后在幀1和幀2之間的幀間時(shí)間段內(nèi)將像素?cái)?shù)據(jù)下載。因此將在幀1期間環(huán)境光的累積被降至最低。在幀2的起始處再次起動(dòng)像素?cái)?shù)據(jù)的匯集，以及在幀2的起始處將激光光源22選通。這樣就將在光源被選通的各段時(shí)間之間容器移動(dòng)的影響降至最小。這時(shí)，光源14和22完全在探測(cè)器26上同時(shí)地形成兩個(gè)圖像。在激光光源被選通之后，立即開始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。然而，必須保持已起動(dòng)的匯集，持續(xù)由圖像單元44向存儲(chǔ)單元46或50轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)的時(shí)間段(圖3A和3B)，使得數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。這樣就使得在像素元數(shù)據(jù)脫開區(qū)域陣列式探測(cè)器時(shí)鐘控制期間某些環(huán)境光能輸入幀2。(來自幀1)的數(shù)據(jù)在與(來自幀2)的數(shù)據(jù)脫開該讀出寄存器時(shí)鐘控制的相同時(shí)間脫開探測(cè)器的圖像單元的時(shí)鐘控制。探測(cè)器中的圖像單元將持續(xù)將光匯集，直到其被時(shí)鐘控制送到存儲(chǔ)單元。受時(shí)鐘控制的到存儲(chǔ)單元的第一行將具有很短的匯集時(shí)間。然而，受時(shí)鐘控制的到存儲(chǔ)單元中的最后一行將具有整幀的環(huán)境光匯集時(shí)間。這就在整個(gè)幀的范圍內(nèi)具有散布或“抹掉”環(huán)境光的作用。最后一行圖像數(shù)據(jù)將首先在圖像的頂部匯集，并當(dāng)數(shù)據(jù)按一次一行轉(zhuǎn)移在陣列中的圖像單元時(shí)繼續(xù)對(duì)環(huán)境光匯集，數(shù)據(jù)行移動(dòng)通過遍及匯集時(shí)間的陣列中的圖像單元。在圖像的每一點(diǎn)，該行數(shù)據(jù)匯集不同的環(huán)境光，并因此，有效地“抹掉”環(huán)境光的圖像。來自選通的光源的圖像沒有被抹平。理論上，這樣就利用為2的平均因數(shù)改進(jìn)了環(huán)境光的匯集。然而，實(shí)際上，當(dāng)攝像機(jī)觀察在容器時(shí)環(huán)境光在整個(gè)圖像上分布并不是均勻的。如果環(huán)境光中心在幀上的十分之一高度上，則最多一像素行將在陣列上這一環(huán)境光圖像的正面僅持續(xù)總幀時(shí)間的十分之一，使最大幅值按10倍降低。因此環(huán)境光在停止圖像單元掃描的第一行處環(huán)境光被有效地降為零，以及在停止圖像單元掃描的最后一行處為全值十分之一的幅值。為了形成每一掃描圖像最好采用邊緣幅值檢測(cè)技術(shù)。這一技術(shù)包含將每行中的每一像素元數(shù)據(jù)與來自前一行的對(duì)應(yīng)像素的數(shù)據(jù)相比較，并輸入作為其間之差的函數(shù)的圖像數(shù)據(jù)?？梢栽O(shè)定比較閾值以適應(yīng)要抹掉的環(huán)境光，使得僅真實(shí)的圖像邊緣被檢測(cè)。這種光控制和幀掃描技術(shù)利用了按常規(guī)方式可得到的和較便宜的CCD探測(cè)器和攝像機(jī)的結(jié)果優(yōu)點(diǎn)，雖然在攝像機(jī)中的時(shí)鐘計(jì)時(shí)邏輯必須按照所述的予以改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于檢查容器(12)的裝置，包含第一光源(14)，用于產(chǎn)生具有第一特征的光線，包含用于將所述光線由所述第一光源照射到被檢測(cè)容器的預(yù)定部分(20)上的裝置(16、17、18)，第二光源(22)，用于產(chǎn)生具有與所述第一特征不同的第二特征的光線，包含用于將所述光線由所述第二光源照射到被檢查容器中相同的所述預(yù)定部分(20)上的裝置，區(qū)域陣列式光探測(cè)器(26)，其配置使之能接收由所述第一和第二光源照射的容器所述部分的二維圖像，通電裝置(34)，用于順序和交替地使所述第一和第二光源通電，以及分別地由所述探測(cè)器交替地將由所述第一和第二光源照射的容器部分的第一和第二二維圖像下載；以及比較裝置(34)，用于將所述第一和第二二維圖像相比較，以便識(shí)別影響容器光特性的商品變異。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述探測(cè)器(26)包含掃描裝置(44、46、48)，用于按各順序幀方式對(duì)其上的二維圖像進(jìn)行掃描，以及其中在探測(cè)器分別交替地由第一和第二光源對(duì)其照射的過程中，通過掃描來自所述探測(cè)器的各順序幀得到所述第一和第二圖像。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，還包含一選通裝置(34)，用于在所述探測(cè)器處形成相關(guān)聯(lián)的第一幀期間選通所述第一光源；以及另一選通裝置(34)，用于在所述探測(cè)器處形成相關(guān)聯(lián)的第二幀期間選通所述第二光源。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述第一光源(14)在所述第一幀終止處選通，所述第二光源(22)在所述第二幀起始處選通。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述區(qū)域陣列式探測(cè)器(26)具有多個(gè)適于將入射到其上的光能匯集的單個(gè)探測(cè)器像素，并提供作為所述經(jīng)匯集的光能的函數(shù)的像素信號(hào)，以及其中所述裝置還包含控制裝置(34)，用于在所述第一和第二幀至少之一期間控制像素的匯集，以便降低在像素匯集的過程中環(huán)境光的影響。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中在所述第一幀的終止處選通所述第一光源(14)，以及控制所述探測(cè)器(26)，以便在所述第一幀終止處匯集來自所述第一光源的光能。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中在所述第二幀終止處選通所述第二光源(22)，以及控制所述探測(cè)器(26)，以便在所述第二幀終止處對(duì)來自所述第二光源的光能匯集。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中在所述第二幀的起始處選通所述第二光源(22)，以及控制所述探測(cè)器(26)，以便在整個(gè)所述第二幀期間匯集來自所述第二光源的光能。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述各像素在所述陣列中按多行配置，以及其中所述探測(cè)器(46)按像素行被掃描，以便在整個(gè)來自所述探測(cè)器經(jīng)掃描的順序的各像素行中將在所述第二幀掃描過程中的環(huán)境光的影響抹掉。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中用于比較圖像的所述比較裝置(34)包含用于對(duì)來自所述探測(cè)器的經(jīng)掃描的每一行中的每一像素的每一信號(hào)和來自所述探測(cè)器的經(jīng)掃描的下一行的相同像素信號(hào)進(jìn)行比較的裝置，以便將在所述第二幀期間的環(huán)境光的影響降至最小。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述第一光源(14)包含LED光源，以及所述第二光源(22)包含激光線光源。
12.如前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述光探測(cè)器(26)包含幀轉(zhuǎn)移式CCD探測(cè)器。
13.一種檢查容器(12)變異的方法，該變異影響容器的商品合格性，包含的步驟有(a)將具有不同特點(diǎn)的第一和第二光線交替地照射在容器的一部分(20)上，(b)在所述第一和第二光線分別照射期間得到在所述步驟(a)中被照射的容器部分的第一和第二二維圖像，以及(c)通過比較所述第一和第二圖像檢測(cè)在容器上影響容器光學(xué)特性的商品變異。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述步驟(b)包含的步驟有(b1)將所述第一和第二光線交替地引向單一區(qū)域陣列式探測(cè)器(26)，以便在所述探測(cè)器上形成受照射的容器部分的二維圖像，以及(b2)，對(duì)來自所述探測(cè)器的所述二維圖像進(jìn)行掃描。
15.如權(quán)利要求13或14所述的方法，其中所述步驟(c)包含有步驟對(duì)與所述第一和第二光線相關(guān)的所述二維圖像進(jìn)行比較。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中比較所述圖像的步驟是通過重疊所述圖像實(shí)現(xiàn)的。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述重疊圖像的步驟是通過采用其中一個(gè)所述圖像實(shí)現(xiàn)的，以便預(yù)測(cè)在其它所述圖像中出現(xiàn)變異的區(qū)域。
18.如權(quán)利要求13-17中任何一個(gè)所述的方法，其中所述步驟(b2)是通過(b2a)、(b2b)和(b2c)實(shí)現(xiàn)的，其中，(b2a)為在相同持續(xù)時(shí)間的順序掃描幀內(nèi)控制所述探測(cè)器(26)，(b2b)為，在所述探測(cè)器處順序的第一和第二掃描幀期間將所述第一和第二光線照射到容器上，以及(2c)為，在所述第一和第二掃描幀期間掃描所述探測(cè)器，以得到二維圖像。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述步驟(a)包含的步驟有(a1)選通第一光源(14)，以便在所述第一幀期間將所述第一光線照到容器上，以及(a2)選通第二光源22，以便在所述第二幀期間將所述第二光線照到容器上。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中在所述第一幀終止處選通所述第一光源(14)，以及在第二幀起始處選通所述第二光源(22)。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述區(qū)域陣列式探測(cè)器(26)具有多個(gè)適于將入射到其上的光能匯集的單個(gè)探測(cè)器像素，并提供作為這種匯集的光能的函數(shù)的像素信號(hào)，以及其中所述步驟(b)包含附加的步驟(b3)在所述第一和第二幀的至少其中之一期間控制像素匯集，以便降低在像素匯集過程中的環(huán)境光的影響。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中在所述第一幀終止處在所述步驟(a1)中選通所述第一光源(14)，以及在所述步驟(b3)中控制所述探測(cè)器(26)，以便在所述第一幀終止處匯集來自所述第一光源的光能。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中在所述第二幀終止處在所述步驟(a2)中選通所述第二光源(22)，以及在所述步驟(b3)中控制所述探測(cè)器(26)，以便在所述第二幀終止處匯集來自所述第二光源的光能。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中在所述第二幀的起始處在所述步驟(a2)中選通所述第二光源(22)，以及在所述步驟(b3)中控制所述探測(cè)器(26)，以便在整個(gè)所述第二幀期間匯集來自所述第二光源的光能。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述像素在所述陣列中按多行配置，以及其中按像素行在所述步驟(b2c)中對(duì)所述探測(cè)器(26)掃描，以便在整個(gè)由所述探測(cè)器掃描的順序像素行中在對(duì)所述第二幀掃描期間將環(huán)境光的影響抹掉。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述步驟(c)包含的步驟有對(duì)來自所述探測(cè)器經(jīng)掃描的每行中每個(gè)像素的每一信號(hào)與來自所述探測(cè)器經(jīng)掃描的下一行的相同像素信號(hào)進(jìn)行比較，以便降低在所述第二幀期間環(huán)境光的影響。
27.如權(quán)利要求13-26之一所述的方法，用于檢查容器(12)的密封表面(20)，其中所述第一光源(14)配置為得到在所述探測(cè)器處的相對(duì)于暗背景下的由密封表面反射的光線的二維圖像，以及所述第二光源(22)配置為得到在所述探測(cè)器處的相對(duì)于暗背景下的由所述密封表面的高點(diǎn)反射的光線的二維圖像。
28.如前述權(quán)利要求13-27之一所述的方法，包含附加的步驟(d)為相對(duì)所述光源和所述探測(cè)器移動(dòng)容器，以及其中按容器移動(dòng)增量來實(shí)施所述步驟(b)。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述步驟(d)包含圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)該容器。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述步驟(d)包含的步驟有沿與其軸線橫交的方向移動(dòng)容器。
全文摘要
檢查容器(12)的裝置,包含具有不同特征的光線的第一和第二光源(14,22),以照射被檢查容器的預(yù)定部分(20)。區(qū)域陣列式探測(cè)器(26)接收該部分的二維圖像。使兩光源順序交換地選通,并由探測(cè)器下載被檢查部分的兩個(gè)二維圖像。通過對(duì)兩光源產(chǎn)生的由探測(cè)器掃描的兩個(gè)二維圖像進(jìn)行比較來識(shí)別影響容器光學(xué)特性的商品變異。探測(cè)器最好包含按順序幀掃描二維圖像的裝置(44,46,48),并在兩光源交替選通期間通過掃描來自探測(cè)器的順序幀得到兩個(gè)圖像。
文檔編號(hào)G01N22/02GK1243246SQ9910947
公開日2000年2月2日 申請(qǐng)日期1999年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月27日
發(fā)明者J·W·朱維納爾 申請(qǐng)人:歐文斯-布洛克威玻璃容器有限公司