專利名稱：基片表面的構(gòu)形分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于包裝制造的基片表面的構(gòu)形分析裝置。本發(fā)明還涉及一種執(zhí)行本發(fā)明的構(gòu)形分析裝置的方法。本發(fā)明最后涉及一種包括本發(fā)明的構(gòu)形分析裝置的折疊-粘合機(jī)。
背景技術(shù)：
在例如藥用包裝箱的制造中，通過將其傳送經(jīng)過各種機(jī)器來轉(zhuǎn)換低密度的板件是已知的。卡板紙是一種低密度板件的例子。第一種已知的轉(zhuǎn)換是卡板紙的印刷。這種操作在于使墨滴附著或投到紙板的表面。第二種已知的轉(zhuǎn)換是卡板紙的切割。這種操作在于將所述紙板切割成形。切割成形后稱作切塊或坯料。將坯料進(jìn)行折痕以便限定面板和便于它們隨后的折疊。這些操作一般由沖切機(jī)中進(jìn)行。第三種已知的轉(zhuǎn)換是坯料的壓紋。這種操作在于對(duì)坯料壓紋以在所述坯料的表面產(chǎn)生隆起(或突起)，例如形成盲文字符。本申請人在歐洲專利申請EP-A-193^557中揭示了一種壓紋的例子，其內(nèi)容已加入到本說明書中以供參考。第四種已知的轉(zhuǎn)換是坯料的粘合。這種操作在于使膠水滴劑附著或投到坯料的表面。本申請人在歐洲專利申請EP-A-1070548中揭示了一種粘合的例子，其內(nèi)容已加入到本說明書中以供參考。在批量生產(chǎn)的構(gòu)架中，必需能夠在線檢查這些不同的轉(zhuǎn)換，以確保應(yīng)遵守的有效質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。具體地說，當(dāng)處理產(chǎn)生凸紋的轉(zhuǎn)換時(shí)，諸如是否存在盲文字符或膠水滴劑，存在的解決方法是有可能在高速運(yùn)行的坯料上檢測這些凸紋是否存在以及它們的位置。另一方面，這些解決方法不會(huì)檢測凸紋是否正確形成。為了檢測到凸紋的正確形成，也就必需能夠測量凸紋的三維特征。雖然存在使用矩陣陣列攝像機(jī)的解決方法，但這些解決方法不適合在線使用，因?yàn)樗鼈儾荒茉谧銐蚋咚俚臈l件下測量凸紋的三維特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于通過提出一種在高速運(yùn)行的基片表面上以可靠的方式檢測凸紋的正確形成的裝置來彌補(bǔ)上述缺陷，所述裝置與在工業(yè)條件下凸紋的檢測、記錄和尺度特征的要求相一致。因此，本發(fā)明的主題是根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于基片表面的構(gòu)形分析裝置。本發(fā)明的第二目的在于提出一種用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)形分析裝置的方法。因此，本發(fā)明的主題是根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法。本發(fā)明的第三目的在于提出一種配備根據(jù)本發(fā)明構(gòu)形分析裝置的折疊-粘合機(jī)。因此，本發(fā)明的主題是根據(jù)權(quán)利要求8所述的折疊-粘合機(jī)。
依據(jù)權(quán)利要求1限定的構(gòu)形分析裝置，有可能測定基片表面的構(gòu)形，從而有可能檢測、記錄以及檢定基片表面上凸紋的表征。此外，依據(jù)權(quán)利要求7限定的方法，有可能以可靠、快捷的方法測量所有呈現(xiàn)在基片表面上凸紋的尺度特征。最后，依據(jù)權(quán)利要求8限定的折疊-粘合機(jī)，有可能在線檢查凸紋形成的質(zhì)量，也就是說，在包裝箱的生產(chǎn)過程中，無論坯料的運(yùn)行速度快慢，對(duì)每一坯料都做檢測。參照附圖，本發(fā)明其他目的和優(yōu)點(diǎn)在說明書所描述的具體實(shí)施過程中更加清楚地顯不。


圖1所示為本發(fā)明的構(gòu)形分析裝置的立體圖；圖2a-2c 為角 ‘b，、‘C，、‘e，和 ‘f，的示意圖；圖3所示為包括凸紋的板狀件的放大截面圖；圖4所示為從裝置的線性攝像機(jī)看到的圖像的示意圖；以及圖5所示為電子信號(hào)的示意圖，該電子信號(hào)相應(yīng)于圖3的圖像，由線陣攝像機(jī)的光敏元件傳送。
具體實(shí)施例方式圖1示意地表示構(gòu)形分析裝置，所述構(gòu)形分析裝置執(zhí)行測量呈現(xiàn)在紙板基片1的表面2上的凸紋的三維特征，所示紙板基片沿X軸的大致上平面軌跡運(yùn)行。上述平面包含基片1的表面2的平面部分，也就是說，沒有任何凸紋的部分，稱為參照平面。軸Y和Z與 X軸限定一標(biāo)準(zhǔn)正交的參照空間，在該空間中，所述參照平面與XY平面平行。本發(fā)明的裝置包括光源10，該光源能夠通過射光瞳11非垂直地將光束F投射到基片1的表面2上，光束F適于依據(jù)確定的照明分布形成結(jié)構(gòu)光照。較佳地，光源10包括相干光源，一般為激光。有利地，通過產(chǎn)生兩個(gè)空間相干和時(shí)間相干的平面波，它們由光源10 發(fā)出、在基片1的表面2上產(chǎn)生干涉，結(jié)構(gòu)光照由激光干涉測量法獲得。在這種情況下，照射在基片上的入射角‘a(chǎn)’是由兩個(gè)平面波與所述基片的法線之間所形成的平均角度。通過這樣的配置，上述結(jié)構(gòu)光照由干涉條紋陣列組成，也就是說在基片1的表面2上形成周期性的光強(qiáng)度調(diào)制。更有利地，干涉條紋在參照平面中是直線平行和等距的，光線明暗交替。作為一種選擇，所述結(jié)構(gòu)光照可通過投射掩模的圖像獲得，所述掩模通過LED或本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何其它裝置從背后照明。在所示的實(shí)施例中，‘η’條多個(gè)平行和等距的直線發(fā)光條紋Si、S2…Sn形成結(jié)構(gòu)的照明分布。由激光干涉測量獲得的結(jié)構(gòu)光照的使用使得有可能以大景深投射所述光束F， 并且盡管是非垂直的照射，也可能貫貫基片照明區(qū)獲得具有穩(wěn)定銳度和恒定間距的發(fā)光條紋。形成在參照平面中的兩條連續(xù)的條紋之間的最短距離稱為‘pl’。較佳地，距離‘ρΓ在 0.01毫米和0.3毫米之間，在所示的實(shí)施例中，距離‘pl’等于0.2毫米。每一條紋S在基片1的表面2上的寬度L上延伸。寬度L最好在0. 1毫米和3毫米之間，在所示的實(shí)施例中，寬度L等于3毫米。光束F以入射角“a”沿平均方向12相對(duì)于基片2非直角地射出。在參照平面中，每一發(fā)光條紋S是與X軸形成角“b”的線性段。有利地，角“b”在-45°和+45°之間，角 “b”最好等于0°。此外，可以得知，形成在基片1表面2上的發(fā)光條紋S1、S2…Sn陣列大致上由長度Ll和寬度L的長方形定界，其中Ll等于pi χ η。該長方形限定發(fā)光區(qū)3作為觀測區(qū)23。較佳地，長度Ll在10毫米和100毫米之間，在所示的實(shí)施例中，長度Ll等于 42毫米?；仡櫼幌?，通過公知的、對(duì)由光源10發(fā)出的光束F在表面2上照射的散射現(xiàn)象的影響，也稱作反向散射或漫反射，可以看到發(fā)光條紋Si、S2…Sn。本發(fā)明的裝置還包括通過所述條紋S測量表面2的光照的裝置、由包括線性傳感器和鏡頭(兩者均未示出)的線性攝像機(jī)20構(gòu)成的裝置。線性傳感器為CCD或CMOS型。 有利地，線性攝像機(jī)20是高動(dòng)態(tài)范圍的攝像機(jī)，以致能夠測量任何表面的光照，無論其在觀測區(qū)的反射率是怎樣。由于攝像機(jī)20是線性的，可將攝像機(jī)的觀測區(qū)23減小至長度L2和寬度L3 (未示出)的狹窄觀測帶，也可稱為測量線。該測量線借助于攝像機(jī)的鏡頭在攝像機(jī)20的線性傳感器上成像。寬度L3在0.01毫米和0.1毫米之間。攝像機(jī)20觀測的平均方向以與Z軸形成角‘f’的虛線21表示(見圖2c)，線21屬于)(Z平面並接且通過位于測量線中間的點(diǎn) A。在較佳的實(shí)施例中，角‘f’為零。通過這樣的配置，攝像機(jī)20成像的測量線在長度L2 的整個(gè)長度上是清晰的，而且放大率在該整個(gè)長度上是穩(wěn)定的。在表面2基本上是反射性的具體情況下，例如，當(dāng)基片涂有鋁層時(shí)，使用等于角 ‘_a’的角‘f’較為有利，這樣做是為了收集鏡面反射的反射光。在這種情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可使用已知的技術(shù)在整個(gè)測量線上得到清晰的圖象。選擇攝像機(jī)20的鏡頭類型和從攝像機(jī)20到表面2的距離(稱作觀測距離)，使得以‘d’表示的最大視角相對(duì)于觀測帶的長度L2是小的，這樣做是為了使觀測方向在整個(gè)長度L2上幾乎可以與Y軸垂直。有利地，焦闌型的鏡頭可用于觀測在觀測方向中的測量線是否在整個(gè)長度L2上與Y軸垂直，同時(shí)保持?jǐn)z像機(jī)20到表面2的最小距離，在這種情況下， 角‘d’幾乎為零。對(duì)于130毫米的照明距離，觀測距離例如等于100毫米。在非焦闌型鏡頭的情況下，觀測方向不是在整個(gè)長度L2上與Y軸垂直。在這種情況下，為了測量精確，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可將考慮到角‘d’沿L2的變化，并且將施加適當(dāng)?shù)男拚椒?，例如通過利用在參照平面上校準(zhǔn)。攝像機(jī)20及其光敏元件的線性陣列位于與XY平面和YL平面正割的平面P中。 平面P與XY平面的交叉點(diǎn)與Y軸形成角‘C’(見圖加)。同樣，平面P與)(Z平面的交叉點(diǎn)與Z軸形成角‘e，(見圖2b)。有利地，角‘C’在-30°和+30°之間，最好角‘C’等于0°。 同樣有利地，角‘e’在-45°和+45°之間，最好角‘e’等于0°。因此，在一具體實(shí)施例中， 即當(dāng)角‘ b’等于0°、角‘C’等于0°以及角‘e’等于0°時(shí)，直線的發(fā)光條紋S1、S2…Sn 與平面P互相正交。在較佳的實(shí)施例中，光源10和線性攝像機(jī)20以長度Ll至少與長度L2 相等的方式設(shè)置。光源10最好以位于400納米和1100納米之間的波長發(fā)光，這樣的光源強(qiáng)度可達(dá)到1至100毫瓦(mW)。例如，攝像機(jī)20是帶有2048像素單線的線性攝像機(jī)。由攝像機(jī)20獲得的一維成像可儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器沈中。存儲(chǔ)器沈的數(shù)據(jù)通過稍后再描述的三角剖分算法使用。因此，
5為了達(dá)到每秒四萬條線的獲取速度和每秒8米的基片移動(dòng)速度，相應(yīng)于兩條連續(xù)測量線之間的基片位移距離，沿X軸可獲得0. 2毫米的分辨率，這樣足以以可靠的方式推導(dǎo)出通過觀測區(qū)的基片表面的構(gòu)形，諸如在基片表面上、特別是用于包裝制造的基片表面上的顯示盲文字符或膠斑或任何其它凸紋的表面構(gòu)形。入射角‘a(chǎn)，最好在30°和70°之間，更佳地在45°和60°之間。參照圖3可以更好地理解，該角作為想要執(zhí)行構(gòu)形分析的凸紋的尺度特征的函數(shù)而被選擇。在圖3中，以放大的比例表示平面P的截面，該平面P穿過坯料1的表面2上的凸紋。在該實(shí)施例中，凸紋是一個(gè)隆起4 (典型的盲文字符點(diǎn))，特征在于所述隆起的高度‘h’ 為約0. 2毫米和其底部直徑‘D’約1. 6毫米。隨著入射角‘a(chǎn)’等于45°以及分辨率達(dá)到 0. 2毫米，當(dāng)坯料1以8米/秒的速度跨越平面P時(shí)，可連續(xù)地執(zhí)行對(duì)隆起4的七或八個(gè)構(gòu)形記錄，這樣足以從中推導(dǎo)出所述隆起的三維特征。圖3示出隆起4在其頂部跨過平面P的那一刻。沿平均方向12投射在表面2上的條紋S1、S2…Sn以幾個(gè)方向并且特別是朝向線性攝像機(jī)20的方向反向散射。在線性攝像機(jī)20的鏡頭為焦闌型以及角‘e’等于0°的具體情況下，由攝像機(jī)20觀測到的反向散射射線與坯料的表面2正交。在光束F碰到表面2后、在平面P中由‘η’條紋Si、S2…Sn反向散射的正交光線分別稱為Rl、R2…to。同樣，在平面P中反向散射的兩條連續(xù)的正交光線之間的最短距離稱為‘P2’。每一正交光線以箭頭R表示。線性攝像機(jī)20的觀測區(qū)21的平均方向與表面2垂直，攝像機(jī)20看到在平面P中反向散射的正交光射線R1、R2…to。由于隆起4，這些正交光線在整個(gè)長度Ll上不是等距的，換句話說，距離‘P2’是變化的。的確，只要沒有凸紋位于觀測區(qū)中，攝像機(jī)20可由反向散射以符合結(jié)構(gòu)照明分布的光激發(fā)。另一方面，一旦凸紋位于觀測區(qū)內(nèi)，就會(huì)引起發(fā)光條紋 S1、S2…Sn的空間位移，并且因此引起相應(yīng)的攝像機(jī)20光敏元件的激發(fā)的空間位移。這是由于本發(fā)明的構(gòu)形分析裝置是以公知的三角測量原理操作的事實(shí)，根據(jù)所述原理，入射角 ‘a(chǎn)’是非零的，因此在攝像機(jī)20和表面2之間的距離變化導(dǎo)致由攝像機(jī)20接收的光線的橫向位移。這種位移的測量有可能測定表面2的三維特征，并且因此識(shí)別隆起4的正確形成。因此，處理器25對(duì)每一個(gè)由攝像機(jī)20獲得的圖像施加三角剖分算法。通過以下的方程式給出三角剖分算法的一個(gè)已知范例“橫向位移”=切線(‘a(chǎn)’ )x “垂直位移”;其中切線(‘a(chǎn)’)為入射角‘a(chǎn)’的切線；“垂直位移”為由攝像機(jī)20接收的光線在Z軸上的位移， 而“橫向位移”為由攝像機(jī)20接收的光線在Y軸上的位移。在所示的實(shí)施例中，逐行相互獨(dú)立地施加三角剖分算法。在一變型的實(shí)施例中，三角剖分算法使用幾條相鄰線的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。在實(shí)踐中，如果入射角‘a(chǎn)’超出70°，凸紋的檢測會(huì)變得非常敏感，但構(gòu)形記錄因?yàn)橥辜y可能出現(xiàn)陰影的事實(shí)而變得不很可靠。另一方面，如果入射角‘a(chǎn)’低于30°，敏感度將因?yàn)榘l(fā)光條紋Si、S2…Sn的位移變得較不可見的事實(shí)而迅速減低。當(dāng)隆起4位于圖3的位置中，圖4示出從攝像機(jī)20看到的發(fā)光條紋S1、S2…Sn的圖像30。攝像機(jī)20是線性的，只可看到每一條紋的單一發(fā)光點(diǎn)。深色區(qū)域W表示接收光的攝像機(jī)20的光敏元件。相應(yīng)的電子信號(hào)40在圖5中表示。圖5示出由光敏元件陣列傳送的周期性電子信號(hào)。在觀測區(qū)中的坯料表面上存在的凸紋產(chǎn)生如前所述的空間位移。這種位移通過在信號(hào)40的周期T的減小或增大而指出。
6在所示的實(shí)施例中，當(dāng)周期τ減小時(shí)，這意味著光源10照射在表面2水平中的正差區(qū)域，相反地，當(dāng)周期T增大時(shí)，這意味著光源10照射在表面2水平中的負(fù)差區(qū)域?？梢岳斫獾?，當(dāng)在觀測區(qū)中的坯料表面上不存在凸紋時(shí)，周期T大致上在光敏元件陣列的整個(gè)長度上是穩(wěn)定的。本發(fā)明的裝置可以根據(jù)以下的方式執(zhí)行光束F非直角地射到表面2上，以致在表面上形成“η”條發(fā)光條紋Si、S2…Sn，然后為每一個(gè)獲得的圖像測量發(fā)光條紋Si、S2…Sn 的空間位移，并且最后對(duì)每一個(gè)測量的位移施加三角剖分算法。本發(fā)明的裝置可有利地安裝在折疊-粘合機(jī)中，所述折疊-粘合機(jī)包括用于沿X 軸的大致上平面軌跡運(yùn)送板狀件1的運(yùn)送帶。雖然構(gòu)形分析的表面是指板狀件的的表面，但不言而知，本發(fā)明還可施用于卷筒型材料形式的基片。
權(quán)利要求
1.用于基片(1)表面O)的構(gòu)形分析裝置，所述基片沿X軸的大致上平面軌跡運(yùn)行， 其中X軸與Y軸和Z軸限定了標(biāo)準(zhǔn)正交參照空間，在所述空間中，所述表面(2)大致上與 XY平面平行，所述構(gòu)形分析裝置包括所述表面O)的結(jié)構(gòu)光照裝置(10)，所述結(jié)構(gòu)光照裝置(10)能夠與用于測量由所述表面O)反向散射光的裝置00) —起操作，以便在所述基片(1)運(yùn)行的過程中分析所述表面O)的構(gòu)形，所述結(jié)構(gòu)光照裝置(10)能夠以入射角‘a(chǎn)’ 將光束(F)投射到表面(2)上，以致在所述表面上形成“η”條發(fā)光條紋(S1、S2…Sn)，每一發(fā)光條紋與X軸形成角‘b’，其中測量裝置00)由位于與XY平面和SZ平面正割的平面P 中的線性攝像機(jī)構(gòu)成，所述平面P與XY平面的交叉點(diǎn)與Y軸形成角‘C’，所述平面P與)(Z 平面的交叉點(diǎn)與Z軸形成角‘e’，其中入射角‘a(chǎn)’在30°和70°之間，角‘b’在-45°和 +45°之間，角‘C’在-30°和+30°之間，角‘e’在-45°和+45°之間。
2.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)形分析裝置，其特征在于，所述入射角‘a(chǎn)’在45°和60°之間。
3.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)形分析裝置，其特征在于，所述角‘b’等于0°。
4.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)形分析裝置，其特征在于，所述角‘C’等于0°。
5.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)形分析裝置，其特征在于，所述角‘e’等于0°。
6.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)形分析裝置，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)光照裝置(10)由激光干涉儀構(gòu)成，并且干涉條紋陣列構(gòu)成所述結(jié)構(gòu)光照。
7.用于基片(1)表面( 的構(gòu)形分析的方法，所述基片沿X軸的大致上平面軌跡運(yùn)行， 其中X軸與Y軸和Z軸限定了標(biāo)準(zhǔn)正交參照空間，在所述空間中，所述表面O)與XY平面大致平行，所述的方法包括以下步驟-將光束(F)投射到在表面(2)上，以致在表面上形成“η”條發(fā)光條紋(S1、S2…Sn)；-用位于與XY平面和SZ平面正割的平面P中的線性攝像機(jī)00)在所述表面(2)上獲取連續(xù)的圖像；-為每一獲取的圖像測量發(fā)光條紋(Sl、S2-Sn)的空間位移；-對(duì)每一測量的位移施加三角剖分算法。
8.折疊-粘合機(jī)，包括用于沿X軸的大致平面軌跡運(yùn)送板狀件(1)的運(yùn)送帶，其特征在于包括如權(quán)利要求1限定的構(gòu)形分析裝置。
9.用于在折疊-粘合機(jī)中運(yùn)行的板狀件(1)的表面(2)的構(gòu)形分析裝置。
10.用于板狀件(1)的表面( 的構(gòu)形分析裝置，所述板狀件在折疊-粘合機(jī)中沿X軸的大致上平面軌跡運(yùn)行，其中X軸與Y軸和Z軸限定了標(biāo)準(zhǔn)正交參照空間，在所述空間中， 所述表面( 大致上與XY平面平行，所述構(gòu)形分析裝置包括所述表面O)的結(jié)構(gòu)光照裝置(10)，所述結(jié)構(gòu)光照裝置(10)能夠與用于測量由所述表面(2)反向散射光的裝置00) 一起操作，以便在所述折疊-粘合機(jī)中的所述板狀件(1)運(yùn)行的過程中分析所述表面O) 的構(gòu)形，所述結(jié)構(gòu)光照裝置(10)能夠以入射角‘a(chǎn)’將光束(F)投射到表面(2)上，以致在表面上形成“η”條發(fā)光條紋(Si、S2…Sn)，每一發(fā)光條紋與X軸形成角‘b’，其中測量裝置 (20)由位于與XY平面和SZ平面正割的平面P中的線性攝像機(jī)構(gòu)成，所述平面P與XY平面的交叉點(diǎn)與Y軸形成角‘c’，所述平面P與)(Z平面的交叉點(diǎn)與Z軸形成角‘e’，其中角‘a(chǎn)’ 在30°和70°之間，角‘b’在-45°和+45°之間，角‘C’在-30°和+30°之間，角‘e， 在-45°和+45°之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及基片(1)表面(2)的構(gòu)形分析裝置，所述基片以X軸的大致上平面軌跡運(yùn)行，其中X軸限定與Y軸和Z軸的標(biāo)準(zhǔn)正交參照空間，在所述空間中，表面(2)大致上與XY平面平行，所述裝置包括所述表面(2)的結(jié)構(gòu)光照裝置(10)，所述結(jié)構(gòu)光照裝置(10)適于與測量由所述表面(2)反向散射光的裝置(20)結(jié)合，以便在所述基片(1)運(yùn)行的過程中分析所述表面(2)的構(gòu)形，所述結(jié)構(gòu)光照裝置(10)能夠以入射角‘a(chǎn)’將光束(F)射到表面(2)上，以致在表面上形成“n”條發(fā)光條紋(S1、S2…Sn)，每一發(fā)光條紋與X軸形成角‘b’，其中測量裝置(20)包括位于與XY平面和SZ平面正割的平面P中的線性攝像機(jī)，所述平面P與XY平面的交叉點(diǎn)與Y軸形成角‘c’，所述平面P與XZ平面的交叉點(diǎn)與Z軸形成角‘e’，其中角‘a(chǎn)’在30°和70°之間，角‘b’在-45°和+45°之間，角‘c’在-30°和+30°之間，角‘e’在-45°和+45°之間。
文檔編號(hào)B31B1/74GK102470623SQ201080030230
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者B·羅塞, F·皮勞德, M·理查德 申請人:鮑勃斯脫股份有限公司