用于觀察和分析玻璃容器中的光學(xué)奇點(diǎn)的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及觀察和分析諸如瓶子、罐子和燒瓶的玻璃容器所帶有的光學(xué)奇點(diǎn)(optical singularity)的令頁(yè)域。
【背景技術(shù)】
[0002]以下對(duì)一些光學(xué)物理或數(shù)學(xué)的一些概念進(jìn)行概述。在光學(xué)上，發(fā)光表面的一個(gè)點(diǎn)的光出射度是通過(guò)集中于該點(diǎn)的發(fā)射表面的每單位面積發(fā)射到半個(gè)空間內(nèi)的光通量。這個(gè)概念有時(shí)也被稱為發(fā)射率或輻射率。梯度(gradient，變化率)是沿著一數(shù)量級(jí)(magnitude，數(shù)值)的一個(gè)或多個(gè)方向的導(dǎo)數(shù)，換言之，梯度意味著數(shù)值變化。光出射度梯度意味著沿光出射度發(fā)射表面變化。類似地，顏色梯度(色彩漸變)意味著所發(fā)出的光的顏色沿著發(fā)射表面變化。漫射器是由透明或半透明材料制成的元件，用以在該材料的體積內(nèi)部和/或在其表面上漫射光。
[0003]術(shù)語(yǔ)“奇點(diǎn)”用于表示容器或其表面的某些小的部分，這些部分具有與該容器上或該容器中的鄰近部分的特性不同的特性。因此，光學(xué)奇點(diǎn)表示容器的某些部分，這些部分具有與該容器上或該容器中的這些部分的鄰近部分的光學(xué)特性不同的光學(xué)特性。具體而言，這些光學(xué)奇點(diǎn)主要具有與它們的鄰近部分相比不正常的折射和/或反射效果。因此，容器表面上的折射和/或反射缺陷、編碼或諸如識(shí)別標(biāo)記之類的實(shí)際裝飾構(gòu)成光學(xué)奇點(diǎn)，這些光學(xué)奇點(diǎn)無(wú)論從透射(界面)方面還是從鏡面反射方面來(lái)說(shuō)，均以不同于光學(xué)奇點(diǎn)的鄰近部分的方式使光(光線)偏轉(zhuǎn)。
[0004]術(shù)語(yǔ)“視圖”用于表示光學(xué)意義上的圖像，亦即，通過(guò)借助成像光學(xué)裝置發(fā)射到容器而獲得的灰階度的二維信號(hào)或彩色的二維信號(hào)，該成像光學(xué)裝置在光學(xué)意義上能夠“共軛”。帶有鏡頭的攝像機(jī)可形成至少一個(gè)視圖。攝像機(jī)可以同時(shí)形成多個(gè)視圖，例如通過(guò)使用將其視場(chǎng)拆分成N個(gè)視圖的鏡子的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果這些視圖的視點(diǎn)和觀察方向不同，則這些視圖是不同的。有可能將視圖與放大器關(guān)聯(lián)。在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“圖像”用來(lái)表示由攝像機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)，其中這種圖像可含有多個(gè)視圖。
[0005]玻璃是一種對(duì)于可見光而言透明的材料。然而，對(duì)每種波長(zhǎng)的透射(transmiss1n)取決于玻璃的色彩和所討論的光所穿過(guò)的厚度。玻璃的透射率被測(cè)定為，對(duì)于給定厚度，入射光與透射光之間的比率(單位:％ )。甚至可能使用光譜儀來(lái)根據(jù)波長(zhǎng)測(cè)量透射率，以便獲得描述玻璃的色彩特征的透射光譜。對(duì)于某些低透射率色彩(例如，非常黑暗或呈現(xiàn)黑色外觀的色彩)，和/或?qū)τ诤苌儆泄獯┻^(guò)容器的壁的某些厚度的玻璃(壁厚達(dá)5毫米(mm))，可能具有對(duì)于幾乎全部可見光譜少于I %的透射率。
[0006]玻璃的透明度是一種廣泛用于通過(guò)在容器的透射中產(chǎn)生圖像并通過(guò)分析這些圖像的光學(xué)檢查的特性。使用得最廣泛的方法包括使用均勻擴(kuò)展光源從背后照亮容器，使容器成像。利用幾何光學(xué)領(lǐng)域中兩個(gè)已知的現(xiàn)象:通過(guò)所謂的不透明缺陷或通過(guò)區(qū)分玻璃的光學(xué)透射(有色玻璃的夾雜物或額外厚度)的吸收，以及光通過(guò)表面奇點(diǎn)(例如裂紋、裂孔、破碎晶種、或諸如壁中的氣泡的缺失材料、或者不同光學(xué)指數(shù)的內(nèi)含物)的折射。
[0007]為了通過(guò)增強(qiáng)所謂“折射”缺陷的圖像對(duì)比度來(lái)提高“折射”缺陷的檢測(cè)，專利US4487322提出使用具有光出射度梯度的光源。由于這些缺陷使光偏轉(zhuǎn)，所以這些缺陷不會(huì)與它們的鄰近部分一樣被光源的同一部分照亮，且因?yàn)楣庠粗泄獬錾涠鹊奶荻?，此缺陷并不具有與它們的鄰近部分相同的感知光線水平。
[0008]專利US 6424414描述了一種用于檢測(cè)可能存在于透明容器中的光折射缺陷的方法和設(shè)備。該專利所描述的設(shè)備具有在沿著容器軸線的方向具有光梯度的光源。該光源與接收穿過(guò)容器的光的攝像機(jī)成一直線。盡管這種設(shè)備適于在透射中檢測(cè)光折射缺陷，但其不適于在反射中獲得容器的圖像，特別是不適于為了分析在具有低的透射率或高的透射率的容器的表面上所制成的標(biāo)記或編碼。
[0009]對(duì)于玻璃容器，已知在模具中以微珠的形式蝕刻模制數(shù)字編碼。當(dāng)標(biāo)記或編碼(諸如模制數(shù)字)通過(guò)模制成型制作時(shí)，容器中所獲得的浮雕樣的部分很高(額外厚度大于
0.5mm)，且這些浮雕樣的部分(稱為“微珠”)具有毫米級(jí)尺寸(直徑大于0.8mm)。
[0010]已知的是，通過(guò)使用將每個(gè)容器設(shè)定旋轉(zhuǎn)狀態(tài)并借助定向且聚焦的光波(光束窄、小、很少或沒(méi)有發(fā)散)照亮微珠的裝置，以回讀模制在容器上的模制數(shù)字。所述光線全部具有鄰近的入射角，所述光線被微珠沿由入射角和由微珠的角度限定的精確方向反射。傳感器獲得這些反射并將其解碼。這些系統(tǒng)僅在具有相對(duì)大的尺寸的浮雕樣的部分上通過(guò)使容器進(jìn)入旋轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)操作，使容器進(jìn)入旋轉(zhuǎn)狀態(tài)成本較高，且妨礙通常涉及線性行進(jìn)的生產(chǎn)線。
[0011]專利FR 2780533教導(dǎo)了一種在聚焦了已經(jīng)被光源發(fā)射的光的容器上使用反射的光學(xué)方法的裝置，但是該裝置僅適于在平移運(yùn)送容器的裝置中讀取，這在使用中比包括旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)更快且更便宜。光學(xué)工具適于能夠獲得整個(gè)攜帶編碼的下半部瓶身縮小部(insweep)的圖像，且此下半部瓶身縮小部呈現(xiàn)黑色而編碼呈現(xiàn)白色。聚焦的入射光束被轉(zhuǎn)化為光錐形式的周部，被微珠反射(且僅被微珠反射)的光線在分析裝置中被錐形反射鏡轉(zhuǎn)換成平面圖像的形式。這種類型的裝置對(duì)具有相對(duì)大的浮雕樣的部分(例如高于0.5mm)的編碼有效。微珠必須要具有這樣的表面區(qū)域:其足以能夠在單一觀察方向返回大量的光，同時(shí)其余的入射光沿任何其它方向被攜帶所述浮雕樣的部分的背景表面反射。
[0012]換言之，那些具有定向的燈光和觀察的預(yù)定角度的技術(shù)僅為高的浮雕樣的部分工作，使得光線被微珠反射所沿循的方向充分地偏離被背景表面反射的光線的方向。應(yīng)注意的是，這種類型的系統(tǒng)使得被浮雕樣的部分反射的光相比于其余的黑色的(背景)表面而言能夠被看作是白色標(biāo)記。此外，高對(duì)比度給出了微珠可見或不可見的近似二進(jìn)制的信息，且僅有微珠部分被區(qū)別，但始終在與它們的鄰近部分反差非常強(qiáng)的強(qiáng)度下被區(qū)別。當(dāng)浮雕樣的部分很小(例如，因?yàn)槟＞咂茡p)，對(duì)應(yīng)于微珠的白色區(qū)域在圖像中變得很小或甚至不可見。
[0013]專利US 4644151重新使用傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)，但是提出了使用具有沿平行于容器的旋轉(zhuǎn)軸的方向設(shè)置有光出射度梯度的光源的攝像機(jī)。因此，該系統(tǒng)需要將容器旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致上述許多缺點(diǎn)。其不適用于在行進(jìn)的容器上讀取編碼。
[0014]當(dāng)如專利FR 2907370所述的那樣，通過(guò)激光在熱玻璃上制成例如呈數(shù)據(jù)矩陣編碼的形式的標(biāo)記時(shí)，呈浮雕樣的部分在玻璃容器的表面上比具有模制數(shù)字的部分小得多，而且編碼點(diǎn)(具有小于0.3_的直徑)也小得多。其解決方案包括:通過(guò)均勻的優(yōu)先基礎(chǔ)照明，并且當(dāng)容器旋轉(zhuǎn)時(shí)取得一系列的容器的壁的矩陣圖像。光源被擴(kuò)展且均勻化(沒(méi)有間隙)，從而為圖像提供均勻的背景，但為了可以獲得特定量的對(duì)比度，該光源仍然受到尺寸的限制。因此該系統(tǒng)適用于當(dāng)容器仍然是熱的情況下，通過(guò)激光束在容器上獲得的數(shù)據(jù)矩陣類型的標(biāo)記，亦即具有小的浮雕樣的部分。然而，該系統(tǒng)需要使容器旋轉(zhuǎn)，且該系統(tǒng)不適于在行進(jìn)的容器上讀取編碼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]因此，本發(fā)明旨在通過(guò)提出一種用于觀察和分析光學(xué)奇點(diǎn)(其可能僅具有弱的折射能力且被容器所攜帶)的新穎的光學(xué)技術(shù)，來(lái)彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
[0016]本發(fā)明旨在提供一種新穎的技術(shù)，使得無(wú)論構(gòu)成容器的材料的透射率如何，都能使容器的表面處或壁中所攜帶(存在)的光學(xué)奇點(diǎn)能夠被觀察和分析。
[0017]為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明涉及一種用于觀察和分析光學(xué)奇點(diǎn)的觀察和分析方法，該光學(xué)奇點(diǎn)使光偏轉(zhuǎn)且被攜帶于容器的表面或壁中，該容器由玻璃制成且具有一條對(duì)稱軸，該方法包括:
[0018]借助漫射光源來(lái)照亮容器，該漫射光源沿著一變化方向具有變化的光特性；
[0019]設(shè)置至少一個(gè)圖像采集裝置，其對(duì)所述光特性以及所述光的特性的變化敏感，以便當(dāng)從至少一個(gè)視點(diǎn)沿著觀察軸線觀察時(shí)取得可能包含光學(xué)奇點(diǎn)的容器部分的至少一個(gè)視圖；以及
[0020]處理至少一個(gè)視圖，以便分析光學(xué)奇點(diǎn)；
[0021 ] 根據(jù)本發(fā)明，該方法包括:
[0022]通過(guò)使用關(guān)于平行于該容器的對(duì)稱軸的豎直軸線軸對(duì)稱的發(fā)光表面，照亮該容器的外部，且在發(fā)光表面的所有點(diǎn)處，光特性(light property,光學(xué)特性)的變化方向沿著發(fā)光表面的母線(generator line,生成線)進(jìn)行；
[0023]對(duì)于低透射率的容器，通過(guò)圖像采集裝置接收來(lái)自位于與視點(diǎn)相同的容器的一側(cè)的軸對(duì)稱的發(fā)光表面的一部分的光束，取得容器部分的視圖，這些光束應(yīng)用鏡面反射定律而被容器的表面反射；或者
[0024]對(duì)于高透射率的容器，通過(guò)圖像采集裝置接收來(lái)自相對(duì)于容器與該視點(diǎn)沿直徑相對(duì)的軸對(duì)稱的發(fā)光表面的一部分的光束，取得容器部分的視圖，這些光束應(yīng)用折射定律而被透射