本實用新型涉及光學(xué)檢測領(lǐng)域，具體涉及一種進行非接觸式機器視覺在線玻璃瓶壁厚的檢測設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前，空瓶、醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展迅速，但國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)工藝相對的落后，在生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)不合格產(chǎn)品。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要在瓶體出廠之前進行各種檢測，而玻璃容器產(chǎn)品壁厚的一致性是保證玻璃瓶質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。國內(nèi)玻璃瓶生產(chǎn)加工商目前主要采用接觸式玻璃瓶測厚的方式進行檢測，不過這種檢測方式存在低精度、低速度及高檢測成本的缺點，一種更穩(wěn)定、高速的非接觸式的在線檢測方式迫在眉睫。

已有的非接觸式測厚檢測設(shè)備主要是激光成像法，即基于激光在玻璃瓶前后壁反射光點距離來計算壁厚。該設(shè)備的光源為半導(dǎo)體激光，使其向玻璃瓶表面發(fā)射一束光，一部分光在外壁發(fā)生鏡面反射，另外一部分光則穿過外壁進入瓶體，在內(nèi)壁反射后從外壁折射而出，在符合入反射規(guī)律的方向上可以通過CCD相機接收到該兩點光斑A、B，由于瓶體厚度的存在，則兩光斑存在一定的間距，通過一定的數(shù)學(xué)算法可以得到瓶體厚度與兩光斑間距、激光入射角度及瓶折射率之間的關(guān)系，如此在設(shè)備搭建完畢后，瓶體厚度可以通過變量光斑間距來得到。原理上來看很簡單，但是實際中，CCD采集到的光點數(shù)不止兩個，另外還有激光發(fā)射點點相對內(nèi)、外壁的兩個鏡面成像光點，這些光點對光斑的分辨形成一定的干擾，直接造成壁厚不準(zhǔn)確。此外，瓶體旋轉(zhuǎn)中輕微的不同心會使得入射光點在瓶體上位置不穩(wěn)定，存在CCD靶面無法采集到的情況。由此可見，此種光學(xué)檢測方法具有測厚不準(zhǔn)確，及較低的檢測精度的缺點。

因此，目前所采用的基于激光成像法進行容器壁厚檢測的方法存在比較嚴重的問題，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)上準(zhǔn)確、高效、易用的優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在提供一種能夠高效、準(zhǔn)確地通過非接觸的方式對透光容器，尤其是玻璃瓶體的壁厚進行檢測的設(shè)備。

具體而言，一方面，本實用新型提供一種基于機器視覺的透光容器壁厚檢測設(shè)備，其特征在于，所述透光容器壁厚檢測設(shè)備包括：光源、分光系統(tǒng)、檢測鏡頭、光譜檢測儀、數(shù)據(jù)處理單元，所述光源、所述分光系統(tǒng)、所述檢測鏡頭以及待測透光容器順序排布，所述檢測鏡頭位于所述分光系統(tǒng)的一個出口處，所述光譜檢測儀位于所述分光系統(tǒng)的另一個出口處，

所述光源用于產(chǎn)生具有連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)光譜的可見光波段的照射光；

所述分光系統(tǒng)用于接收所述照射光、傳送至所述檢測鏡頭，并且將來自所述檢測鏡頭的反射光送至所述光譜檢測儀；

所述檢測鏡頭用于將所述照射光聚焦至所述待測透光容器并將來自所述待測透光容器的反射光傳送至所述分光系統(tǒng)，所述檢測鏡頭為軸向色散鏡頭，所述軸向色散鏡頭將所述照射光中的不同波長光聚焦在光軸上的不同位置處；

所述光譜檢測儀實時采集所述反射光的光譜，并將所獲得的光譜信息發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理單元；

所述數(shù)據(jù)處理單元基于所述光譜信息確定所述透光容器的壁厚。

進一步地，所述分光系統(tǒng)包括3組透鏡和1組分光器件，第一組透鏡將來自所述光源的光束轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€準(zhǔn)直光束，照射到所述分光器件，光束透過所述分光器件到達第二組透鏡匯聚后，輸出給所述檢測鏡頭；當(dāng)光束從所述檢測鏡頭返回后，到達第二組透鏡并成為準(zhǔn)直光束，經(jīng)過分光器件的反射界面，部分反射到第三組透鏡，經(jīng)過所述第三組透鏡匯聚后，輸出給所述光譜檢測儀。

進一步地，所述數(shù)據(jù)處理單元與所述光譜檢測儀相連。

進一步地，所述檢測鏡頭與所述分光系統(tǒng)之間通過第一傳輸光波導(dǎo)彼此光通信，所述第一傳輸光波導(dǎo)的兩端分別通過光波導(dǎo)接口耦合在所述檢測鏡頭的輸入端和所述分光系統(tǒng)的輸出端。

進一步地，所述分光系統(tǒng)與所述光源之間通過第二傳輸光波導(dǎo)彼此光通信，所述第二傳輸光波導(dǎo)的兩端分別通過光波導(dǎo)接口耦合在所述分光系統(tǒng)的輸入端和所述光源的輸出端。

進一步地，所述透光容器壁厚檢測設(shè)備還包括自轉(zhuǎn)裝置，所述待測透光容器設(shè)置于所述自轉(zhuǎn)裝置上。

進一步地，所述透光容器壁厚檢測設(shè)備還包括傳送裝置，所述自轉(zhuǎn)裝置安裝在所述傳送裝置上。

本實用新型的檢測設(shè)備作為機器視覺在線檢測系統(tǒng)，具備高速、穩(wěn)定、高精度的優(yōu)點。

本實用新型采用共焦測厚技術(shù)，以便取得更穩(wěn)定、高精度的測量效果，精度可以達到微米級。本實用新型通過具有連續(xù)光譜的白光經(jīng)過軸向色散光學(xué)系統(tǒng)，在瓶壁垂線方向出現(xiàn)色散光斑，通過前后壁反射回的兩波長計算出壁厚。

通過具有較大軸向色散的鏡頭使得入射光線在軸向上不同波長匯聚點分開，且分布在垂直于玻璃瓶待測點切線方向。采用大數(shù)值孔徑的鏡頭確保玻璃瓶一定程度的離心旋轉(zhuǎn)下也能檢測到準(zhǔn)確的厚度信息；并且使得玻璃瓶待測點相對鏡頭光軸±15度內(nèi)均可被檢測到，具有較高的測量穩(wěn)定性，針對國內(nèi)玻璃瓶流水線的略低精度的機械系統(tǒng)下具有很好的適應(yīng)性，可以穩(wěn)定測量玻璃瓶周期旋轉(zhuǎn)的厚度值。

采用本實用新型的分光系統(tǒng)，實現(xiàn)了良好地的方向隔離性，大大減小光源的回光干擾，保證光譜儀獲得較高信噪比信息。該分光系統(tǒng)具有光路共軛對稱性。

白色光源可適用于各色透明玻璃瓶。優(yōu)選LED白光光源。本實用新型設(shè)備適用于機器視覺在線快速、準(zhǔn)確的實時檢測。本實用新型的設(shè)備可以準(zhǔn)確穩(wěn)定地測量出在線旋轉(zhuǎn)運動瓶體的厚度信息，為玻璃瓶質(zhì)量檢測提供依據(jù)。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例中的檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為待檢測玻璃瓶在傳送設(shè)備上被檢測鏡頭照射時的示意圖；

圖3為本實用新型實施例中的檢測設(shè)備的詳細構(gòu)造示意圖；

圖4為待測玻璃瓶在被照射過程中的光路示意圖；

圖5為檢測獲得的光譜示意圖。

圖中各標(biāo)記分別為：

1：待測玻璃瓶

2：檢測鏡頭

3：分光系統(tǒng)

4：光源模塊

5：光纖光譜儀

6：計算機

7：傳輸光波導(dǎo)

8：數(shù)據(jù)線

21：光波導(dǎo)接口

30：自轉(zhuǎn)裝置

31：透鏡

32：分光器件

33：光波導(dǎo)接口

40：在線傳送裝置

41：LED白光燈珠

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，在本實施例中，檢測設(shè)備包括：檢測鏡頭2、分光系統(tǒng)3、高亮LED白光光源4、光纖光譜儀5及光譜數(shù)據(jù)處理模塊6(在本實施例中由計算機實現(xiàn))。圖1中還示出了待測玻璃瓶1、傳輸光波導(dǎo)7和數(shù)據(jù)線8。

高亮LED白光光源4能夠作為連續(xù)光譜光源發(fā)出白光，可以適用各色瓶，且具有較強的出光功率。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，光源可以是不同色溫的白光，也可以采用鹵素光源或其他光源。

高亮LED白光光源4產(chǎn)生的照射光經(jīng)傳輸光波導(dǎo)7傳送，傳輸光波導(dǎo)7的一端與高亮LED白光光源4耦合，另一端與分光系統(tǒng)3耦合。分光系統(tǒng)3接收照射光，并將所接收到的照射光經(jīng)另一個傳輸光波導(dǎo)7傳送至檢測鏡頭2。分光系統(tǒng)3具有很好的隔離度。本實用新型所采用的傳輸光波導(dǎo)優(yōu)選為傳輸可見光波段的多模光波導(dǎo)。

檢測鏡頭2將照射光聚焦至待測玻璃瓶1的外表面上。檢測鏡頭2優(yōu)選采用軸向色散鏡頭，這樣，由于高亮LED白光光源4發(fā)出的是連續(xù)光譜的光，經(jīng)軸向色散鏡頭聚焦后，使得可見光不同波長光斑的最小聚焦點縱向分布在一條線上，該線垂直于瓶體待測面。入射到玻璃瓶表面的光一部分在外壁發(fā)生反射，一部分折射進玻璃并在內(nèi)壁發(fā)生反射從外壁折射出去，兩次返回的光斑顏色不同，或者說返回的光斑波長不同。聚焦在待測玻璃瓶1的外表面和內(nèi)表面上的兩種波長的光會發(fā)生較強的反射，兩個表面的反射光反射回來之后，會入射至檢測鏡頭2，檢測鏡頭2對反射光準(zhǔn)直之后，準(zhǔn)直光經(jīng)傳輸光波導(dǎo)7，返回到分光系統(tǒng)3中。

軸向色散鏡頭的工作距離范圍為從長波長匯聚點到短波長匯聚點的軸向距離，也稱為測量范圍，待測玻璃瓶的內(nèi)外壁處于該范圍內(nèi)才能有效檢測，所以在搭建系統(tǒng)時，對于不同粗細的瓶體，檢測時需要確保待測壁處于測量范圍內(nèi)。

分光系統(tǒng)3將來自高亮LED白光光源4的入射光與來自檢測鏡頭2的反射光進行分光，使得反射光從分光系統(tǒng)的另一個光出口出射，經(jīng)傳輸光波導(dǎo)7進入到光纖光譜儀5。

光纖光譜儀5實時測量反射光的光譜，并且將所測得的光譜傳輸至光譜數(shù)據(jù)處理模塊6。光譜數(shù)據(jù)處理模塊6基于所述反射光的光譜確定所述透光容器的壁厚。光譜數(shù)據(jù)處理模塊6將光纖光譜儀記錄下的強度信息中極大值處波長與玻璃瓶厚度建立聯(lián)系，并得到厚度信息。

軸向色散鏡頭對于所采用的LED白光光源4的軸向色散效果是可以通過預(yù)先測量獲得的，即可以明確了解到不同波長的光經(jīng)過軸向色散鏡頭聚焦后，焦點所處的位置以及任意兩個波長的光在軸向上的距離差。本實用新型就是利用這個原理，一旦確定了聚焦在待測玻璃瓶1的內(nèi)表面和外表面的光的波長，即被待測玻璃瓶1所反射的光的波峰，就可以基于兩個波峰確定玻璃瓶內(nèi)壁和外壁之間的距離。

如圖2所示為在對玻璃瓶進行檢測時的狀態(tài)示意圖。在進行檢測時，玻璃瓶為連續(xù)傳送，在檢測設(shè)備處，設(shè)置自傳裝置30，將待測玻璃瓶1置于自轉(zhuǎn)裝置30上，而自轉(zhuǎn)裝置30則隨著傳送帶40而運動。檢測鏡頭2的光軸方向過玻璃瓶中心，這樣測量厚度值更為準(zhǔn)確，如圖4所示。

實施例2

在本實施例中，給出了一種更具體的實現(xiàn)方式。

圖3中畫出了各個部件的詳細的構(gòu)造。如圖所示，光源4包括LED白光燈珠41、第一透鏡組31-1、第一光波導(dǎo)接口33-1(SMA905)。分光系統(tǒng)3包括：第二光波導(dǎo)接口33-2、第三光波導(dǎo)接口33-3和第四光波導(dǎo)接口33-4，第二透鏡組31-2、第三透鏡組31-3和第四透鏡組31-4以及分光器件32，光學(xué)鏡頭2包括第五光波導(dǎo)接口21。分光系統(tǒng)2與光源4、光纖光譜儀5以及檢測鏡頭2之間通過傳輸光波導(dǎo)7-1、7-2以及7-3連通。

LED白光燈珠41發(fā)出的光經(jīng)第一透鏡組31-1準(zhǔn)直后成為平行光，該平行光經(jīng)50μm芯徑的傳輸光波導(dǎo)7-1和第二透鏡組31-2，第二透鏡組將來自高亮LED白光光源4的光束轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€準(zhǔn)直光束，進入到分光器件32，照射光透過分光器件32并經(jīng)過與上述同類型的第三透鏡組31-4出射，光束匯聚為一個光斑，該匯聚位置放置第二光波導(dǎo)7-2；第二光波導(dǎo)7-2將照射光輸送至檢測鏡頭2，檢測鏡頭為軸向色散鏡頭，通過軸向色散鏡頭的作用產(chǎn)生軸向色散，接收到經(jīng)檢測鏡頭透射回來的反射光后經(jīng)過透鏡組成為一束平行光，通過分光器件反射到相同類型的透鏡組，并匯聚成一個光斑耦合進入連接光纖光譜儀的光波導(dǎo)7-3中。分光器件32為反射面具有偏振選擇性的棱鏡或者分光片。

待檢測玻璃瓶1被傳送帶送至檢測位置，此時瓶內(nèi)、外壁均落在檢測鏡頭的測量范圍內(nèi)，且傳送裝置上安裝有自轉(zhuǎn)裝置，瓶體放置在該自轉(zhuǎn)裝置上。LED白光光源發(fā)出的光經(jīng)過分光系統(tǒng)3從檢測鏡頭2端口出射，經(jīng)過瓶內(nèi)、外壁反射后返回檢測鏡頭2，再次經(jīng)過分光系統(tǒng)3到達光纖光譜儀5，計算機控制系統(tǒng)通過從光纖光譜儀5獲得的兩個極大強度的波長計算得到待檢測玻璃瓶上待測點處的壁厚。

如圖5所示，其中兩個極大值處的波長與玻璃瓶壁厚存在數(shù)值關(guān)系。

$H=\frac{\[f\left({\mathrm{\λ}}_2\right)-f\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\]tan\mathrm{\θ}}{tan\[\arcsin \frac{sin\mathrm{\θ}}{n}\]}$

H為玻璃瓶待測點的厚度值；

f(λ₁)、f(λ₂)為兩個極大值處波長的工作距離，即測量透鏡出光端面到匯聚最小光斑點距離；

θ為產(chǎn)生第二個極大值的入射光在玻璃瓶外壁的入射角大??；

n為玻璃瓶折射率值。

需要說明的是，雖然上面結(jié)合玻璃瓶來對本實用新型進行的描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，不排除可以將本實用新型應(yīng)用于表面光滑物體的距離測量，被測物體的材質(zhì)可以為塑料、紙質(zhì)、玻璃、陶瓷、金屬。

雖然上面結(jié)合本實用新型的優(yōu)選實施例對本實用新型的原理進行了詳細的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述實施例僅僅是對本實用新型的示意性實現(xiàn)方式的解釋，并非對本實用新型包含范圍的限定。實施例中的細節(jié)并不構(gòu)成對本實用新型范圍的限制，在不背離本實用新型的精神和范圍的情況下，任何基于本實用新型技術(shù)方案的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均落在本實用新型保護范圍之內(nèi)。