用于測量容器壁厚度的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及透明或半透明特性的容器(諸如瓶子、罐、或細(xì)頸瓶(flask))的光電子檢查的技術(shù)領(lǐng)域，以檢測材料分布缺陷并且尤其檢測通常稱為薄型缺陷的厚度缺陷。
【背景技術(shù)】
[0002]在制作玻璃容器的技術(shù)領(lǐng)域中，眾所周知地，存在容器帶有影響美觀或者更嚴(yán)重地影響容器的機(jī)械強(qiáng)度的材料不良分布的一個(gè)或幾個(gè)局部區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)。已知小厚度或“薄”缺陷主要形成在具有不同曲率半徑的容器的特定區(qū)域中(諸如容器的肩臺或凹邊)。
[0003]為了測量瓶壁的厚度，已知一種所謂的三角形方法，包括以非零入射角將光束投射至物品的壁上，以及收集由壁的外表面和內(nèi)表面反射的光束。根據(jù)入射光束的鏡面反射定律(即，相對于入射光束的撞擊點(diǎn)處表面的法線與入射光束對稱)，在這兩種表面上都發(fā)生光反射。
[0004]例如從專利EP0320139中可知容器2的厚度的測量，并且如圖1所示，通過將光束B以一個(gè)角度發(fā)送至容器的壁上，使得由壁的外表面反射光束的C部分并且部分光束在壁中被折射，然后由壁的內(nèi)表面反射D部分。由透鏡E來收集由壁的內(nèi)和外表面反射的光線C、D，以便發(fā)送到線性光傳感器F上。包含光軸、線性傳感器和入射光束的中間半徑(medianradius)的平面當(dāng)前被稱為三角平面。取決于在光傳感器處由壁的內(nèi)和外表面反射的光束之間的間隔來測量容器的壁的厚度。驅(qū)使容器至旋轉(zhuǎn)狀態(tài)來執(zhí)行一次回轉(zhuǎn)，以便沿著橫剖面之一來測量其厚度。有利地，檢查橫截面位于具有形成薄區(qū)域的很大風(fēng)險(xiǎn)的容器的區(qū)域中，諸如凹邊或肩臺。
[0005]先前技術(shù)的可替代選擇包括使用陣列傳感器代替線性傳感器，以便測量玻璃厚度以及因此測量在由設(shè)置有物鏡(objective)的陣列傳感器所覆蓋的最終場的整個(gè)高度周圍的分布。在這個(gè)配置中，由光源產(chǎn)生的光束垂直于三角平面延伸，以便豎直地覆蓋陣列傳感器的場。
[0006]由于要監(jiān)視的容器的幾何形狀和/或由于要測量的壁的內(nèi)和外表面之間缺乏平行度，兩個(gè)鏡面反射的方向差異可能有幾度的變化。因此，如圖1所示，物品的幾何形狀可能引起入射光束撞擊點(diǎn)位置的明顯變化，使得反射光線c’、D’相對于光軸可能具有大的差異并且它們起始的點(diǎn)可能具有大的位置差異。另外，如圖1A所示，要測量的壁的內(nèi)和外表面之間平行度的缺失可能導(dǎo)致反射光線C”、D”相對于光軸具有大的差異。
[0007]從專利FR2069220中還可以知道測量物體厚度的方法，包括將窄的光束投射到物體上使得光束在物體的外面和內(nèi)面上連續(xù)地產(chǎn)生少量的光。相對于物體來定位透鏡以便形成由內(nèi)和外表面直接反射或擴(kuò)散地反射的光的真實(shí)圖像，如同在屏上間隔開的兩個(gè)集中的光點(diǎn)一樣。使用諸如例如攝像機(jī)或圖像分析儀的任何器件來測量這些點(diǎn)中兩點(diǎn)之間的距離。
[0008]根據(jù)優(yōu)選替代實(shí)施例，根據(jù)角度等于這些表面上的入射角來定位透鏡使得不接收由內(nèi)和外表面直接反射的光線。因?yàn)楣鉀]有以擴(kuò)散的方式反射在壁上，所以這個(gè)意圖形成擴(kuò)散地反射光的真實(shí)圖像的技術(shù)顯然不能被用于監(jiān)視瓶壁的厚度。
[0009]然而，這個(gè)專利提供了當(dāng)設(shè)置透鏡來收集直接地反射光線的情形。然而這個(gè)專利詳細(xì)說明了在這種情形下，物體表面角度小的變化改變反射線的角度，需要透鏡明顯的運(yùn)動來收集這個(gè)反射線。
[0010]因?yàn)橐苿油哥R以收集反射線是難以想象的，所以這個(gè)專利中描述的技術(shù)在工業(yè)上不適用。
[0011]因此，出現(xiàn)了對大范圍的容器操作和/或在由壁反射的光線明顯偏差的條件下和/或在兩個(gè)反射點(diǎn)的明顯位置偏差的條件下，能夠具有測量透明或半透明容器壁厚度的設(shè)備的需求。
[0012]然而，在設(shè)計(jì)諸如物鏡的聚焦光學(xué)器件的領(lǐng)域中，極端的條件(尤其收集與光軸形成大角度的光線和/或起源于遠(yuǎn)離光軸的物平面的點(diǎn)，或者其他在圖像傳感器上較大的入射)導(dǎo)致光學(xué)像差和光損失，其對操作傳感器或物鏡是有害的或者其校正是昂貴和復(fù)雜的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明旨在對大范圍的容器操作和/或在由壁反射的光線明顯偏差和/或在兩個(gè)反射點(diǎn)的明顯位置偏差的條件下，通過提出測量透明或半透明容器壁厚的可執(zhí)行的和經(jīng)濟(jì)的設(shè)備來找到對先前技術(shù)缺點(diǎn)的改進(jìn)。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，一種用于測量透明或半透明容器壁厚的設(shè)備，所述壁被限定在外表面與內(nèi)表面之間，包括:
[0015]-光源，產(chǎn)生被發(fā)送以根據(jù)入射角撞擊所述壁的所述外表面的光束，使得所述光束的一部分被所述壁的所述外表面反射并且所述光束的一部分在所述壁中被折射然后被所述壁的所述內(nèi)表面反射，
[0016]-具有一尺寸的光傳感器，放置在檢測平面上，并且收集光以將所述光轉(zhuǎn)換為電信號，
[0017]-光學(xué)系統(tǒng)，用于在所述光傳感器的所述檢測平面上收集并且聚焦由所述壁的所述外表面和內(nèi)表面反射的光束，
[0018]-處理單元，連接至所述光傳感器并且適合于根據(jù)由所述光傳感器傳送的電信號來確定所述壁的厚度。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，所述光學(xué)收集和聚焦系統(tǒng)依次包括被放置在由兩個(gè)表面反射的光線的傳播方向上的光軸上的以下部件:
[0020]-第一物鏡，具有位于入射光束與所述壁的撞擊點(diǎn)附近的物平面并且適合于收集由所述壁的所述外表面和內(nèi)表面鏡面反射的光束，
[0021]-至少半透明的擴(kuò)散屏，位于所述第一物鏡的像平面中，以便將由所述第一物鏡收集的所述光束物理地表示為熱點(diǎn)，
[0022]-第二物鏡，在其物平面中具有所述擴(kuò)散屏并且在其像平面中具有所述光傳感器，以便在所述光傳感器上產(chǎn)生所述擴(kuò)散屏的圖像，在所述擴(kuò)散屏上區(qū)分所述熱點(diǎn)。
[0023]另外，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備還可以包括以下額外特征的至少一個(gè)或/和兩個(gè)作為結(jié)合:
[0024]-所述光學(xué)收集和聚焦系統(tǒng)將具有一尺寸的物場與具有一尺寸的所述光傳感器結(jié)合起來使得Ci〈0.5Co，并且將具有相對于所述光軸小于40°角度的入射光線傳輸至光傳感器，
[0025]-所述第一物鏡將所述壁和所述擴(kuò)散屏與大于I并且優(yōu)選地1.5左右的放大率相結(jié)合，并且能夠在所述擴(kuò)散屏上收集和聚焦以相對于光軸可以達(dá)到至少20°并且范圍可達(dá)40°的角度進(jìn)入其瞳孔的光線，
[0026]-所述屏是在本體內(nèi)(inits bulk)擴(kuò)散的或在其表面處是擴(kuò)散的，所述散射被適配為使得由所述第二物鏡來收集散射光線，
[0027]-所述光源產(chǎn)生垂直于所述三角平面的細(xì)長光束并且在正交方向上較窄，
[0028]-所述光傳感器是優(yōu)選地垂直于所述光收集和聚焦系統(tǒng)并且位于所述三角平面中的線性圖像傳感器，或者優(yōu)選地垂直于所述光軸的圖像陣列傳感器。
[0029]-所述處理單元能夠確定在由所述光傳感器產(chǎn)生的所述圖像中，由照亮所述擴(kuò)散屏的兩個(gè)光束產(chǎn)生的點(diǎn)的位置，并且能夠從它們的間隔推斷出在所述容器的至少一個(gè)部分中所述壁的厚度。
【附圖說明】
[0030]通過以下參照被示為本發(fā)明目的的非限制示例、實(shí)施例的附圖所做的描述，各種其他特征將變得顯而易見。
[0031]圖1是示出根據(jù)先前技術(shù)的設(shè)備缺點(diǎn)的示意圖。
[0032]圖1A是示出根據(jù)先前技術(shù)用于測量壁不平行的物體厚度的設(shè)備的缺點(diǎn)的示意圖。
[0033]圖2是示意性示出根據(jù)本發(fā)明用于測量被示為一部分的容器壁的設(shè)備的視圖。
[0034]圖3示出適用于如圖2所示設(shè)備的用于收集和聚焦光束的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)原理。
[0035]圖4示出如圖3所示的用于收集和聚焦光束的光學(xué)系統(tǒng)中光束行進(jìn)的示例。
[0036]圖5是根據(jù)本發(fā)明由測量設(shè)備得到的圖像的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0037]圖2示意性地示出設(shè)備1，其可以檢測在具有中心軸A的透明或半透明容器2上材料分布的缺陷。尤其從圖2可以看出，每個(gè)容器2具有被限定的豎直壁3并且在外表面5與內(nèi)表面6之間。
[0038]根據(jù)本發(fā)明，設(shè)備I適合于測量諸如玻璃容器(例如瓶子、罐或細(xì)頸瓶)的容器2的壁3的厚度。
[0039]有利地，設(shè)備I被適配為以便觀察在容器的整個(gè)圓周上延伸并且具有沿著包圍可能出現(xiàn)材料分布缺陷的區(qū)域的中心軸A截取的高度的檢查區(qū)域。例如，檢查區(qū)域?qū)?yīng)于容器的凹邊或肩臺。
[0040]設(shè)備I包括適合于將光束9發(fā)送至容器的壁3上的光源8，光線L具有根據(jù)沿中心軸A截取的容器高度的一確定長度。例如，光源8是激光。在當(dāng)檢查區(qū)域是二維表面的情況下，沿著中心軸A截取的光線L的長度對應(yīng)于檢查區(qū)域的高度。
[0041]根據(jù)一角度來發(fā)送光束9使得光束9的一部分11由外表面5反射以及光束9的一部分12在壁3中被折射并且然后被壁的內(nèi)表面6反射。這尤其從圖2可以看出，發(fā)送光束9致使得到由外表面5反射的光束11和由內(nèi)表面6反射的光束12。
[0042]設(shè)備還包括光傳感器14，其借助于光學(xué)收集和聚集系統(tǒng)15能夠收集分別由外表面5和內(nèi)表面6鏡面反射的光束11、12。當(dāng)根據(jù)折射定律(Snell’ s laws)由表面反射的放射物11、12沿著單一相同方向反射時(shí)，稱該反射為鏡面反射，即反射光束相對于法線與入射光束對稱。換言之，在入射