專利名稱：透明容器壁厚度的測量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的目的在于對透明容器的影響到容器壁光學(xué)性能的商品變異或缺陷進(jìn)行檢查，更確切地說，在于電光測量容器壁(包括側(cè)壁、肩、頸、頭以及/或者底)厚度的裝置和方法。
例如在透明的玻璃成分容器的制造中，迄今都要建議對容器的側(cè)壁厚度進(jìn)行測量，以便檢測出能夠影響到容器耐受增壓及裝卸能力的薄弱地區(qū)。在申請人的受讓人大量使用的一種容器側(cè)壁厚度測量儀中，靠近容器壁的外表面放置有射頻電極，且在共軸的拾取電極上接收的信號的幅度與容器壁的厚度有關(guān)。這項技術(shù)對于拾取電極和容器壁的表面之間的距離是高度敏感的，而且該電極被安裝在行駛在容器表面之上的輪子上，以便控制該電極和表面之間的間隙。當(dāng)容器移動到位時，與該容器的機(jī)械接觸以及探頭上的振動，都會引起電極組件中的高故障率。
歐洲專利公布的No.320139A2申請，公開了一種非接觸電光測量透明容器側(cè)壁厚度的系統(tǒng)。激光束以與容器半徑成37.5°角射出與容器外壁表面相交。光束的一部分由容器的外表面反射，而且一部分經(jīng)折射進(jìn)入容器壁并入射在容器壁的內(nèi)表面上。入射在內(nèi)壁表面上的光的一部分，再一次被反射到外壁表面上經(jīng)折射離開容器側(cè)壁。配備有菲涅耳透鏡，以將由內(nèi)、外側(cè)壁表面反射的光射到線性排列的光學(xué)傳感器上面，且在該傳感器上由內(nèi)、外側(cè)壁表面上反射出來光線之間的距離，與側(cè)壁的厚度成正比。此透鏡和傳感器的定位，是使外表面上的反射點(diǎn)和內(nèi)表面上反射點(diǎn)的虛象位于該透鏡的物平面內(nèi)，而此傳感器列陣位于該透鏡的象平面內(nèi)。這就是說，線性列陣的傳感器是和外表面反射點(diǎn)與內(nèi)表面反射點(diǎn)虛線間的連線成光學(xué)平行。
盡管上述歐洲申請中公開的技術(shù)能夠降低對于內(nèi)壁表面和外壁表面平行度偏差的測量靈敏度，但其對容器位置是高度敏感的。即所公開的技術(shù)對于測量光學(xué)元件和容器壁表面間的距離高度敏感，從而在大批量生產(chǎn)透明容器時難以高速度控制傳送器和檢查系統(tǒng)。因此，本發(fā)明總的目的在于提供一種非接觸電光測量透明容器側(cè)壁厚度的裝置和方法，基本上與容器相對于測量光學(xué)元件的位置無關(guān)。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種非接觸測量側(cè)壁厚度的裝置及方法，它能夠達(dá)到上述目的，同時又能保持降低對于內(nèi)、外側(cè)壁表面間不平行度的敏感性。本發(fā)明的進(jìn)一步目的在于提供一種具有所述特性的透明容器側(cè)壁厚度測量裝置及方法，它能提供一種類似于上述通行的射頻測量量儀輸出的輸出，從而使該測量裝置可以應(yīng)用在現(xiàn)行的容器檢查系統(tǒng)中，而無須對該系統(tǒng)的剩余部分作實質(zhì)性改變。
根據(jù)本發(fā)明的測量透明容器側(cè)壁厚度用的裝置，包括光源如激光器，按一定角度將光束射在容器側(cè)壁的外表面上，以使該光束的一部分由該側(cè)壁的外表面反射，而且一部分被折射進(jìn)入該容器側(cè)壁，并由該側(cè)壁的內(nèi)表面反射，隨后再從該側(cè)壁的外表面重新射出。光傳感器最好包括配置在平面內(nèi)的多個光敏元件。透鏡被配置在傳感器和容器的側(cè)壁之間，以便將由側(cè)壁的外表面及內(nèi)表面反射的光能聚焦在該傳感器上。該透鏡具有的象平面就是傳感器所配置的平面，且其物平面與入射光束共線。電子學(xué)部分對入射在此傳感器上的光能響應(yīng)，以確定容器的內(nèi)、外壁表面之間的壁厚。
在本發(fā)明的最佳實施例中，透鏡具有的有限孔徑實質(zhì)上最好約等于40°的接收角，僅當(dāng)容器壁的內(nèi)表面基本上平行于外表面時，以將從容器側(cè)壁內(nèi)表面反射的光能聚焦在傳感器上。因此，透鏡、傳感器和檢測用的電子線路，對于容器側(cè)壁的最薄及最厚截面具有增強(qiáng)的響應(yīng)性。在本發(fā)明最佳實施例中的光傳感器，包括按線性排列平行于入射在容器側(cè)壁上的光束配置的多個光敏元件。側(cè)壁的厚度，與傳感器列陣上面由外表面及內(nèi)表面反射的兩部分光束之間的距離成正比。光束和線性列陣的傳感器，是配置在垂直于過光束入射點(diǎn)的容器表面的平面內(nèi)的，而且容器可繞其中心軸旋轉(zhuǎn)。最好使線性列陣的傳感器能以容器旋轉(zhuǎn)增量被掃描，而且掃描數(shù)據(jù)可在由軟件控制的多個掃描增量范圍內(nèi)進(jìn)行平均，從而模擬出來自傳統(tǒng)射頻量儀的輸出，以在較大面積范圍內(nèi)測出側(cè)壁的厚度。
本發(fā)明與其附加的目的、特性和優(yōu)點(diǎn)一起，將從以下的描述、所附的權(quán)利要求書和附圖中更好地加以理解，其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明目前的最佳實施例的容器側(cè)壁厚度測量裝置示意圖;
圖2為說明圖1所示本發(fā)明實施例如何工作的光線軌跡示意圖;
圖3為類似圖2的光線軌跡示意圖，但用來說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)如何工作;
圖4及5為類似圖2的局部光線軌跡示意圖，但以放大比例說明本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，以及圖6為說明根據(jù)本發(fā)明的檢測器輸出的示意圖。
圖1為測量透明容器12側(cè)壁厚度所處檢驗位置10的示意圖，該容器12具有基本上為圓柱形的側(cè)壁14和中心軸16。在位置10的情況下，容器12與驅(qū)動輪18或其它適合的裝置嚙合，以使該容器繞其中心軸16旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動機(jī)構(gòu)18還與位置編碼器20相連，以將表示容器旋轉(zhuǎn)增量的信號提供給信息處理器22。激光器或其它適合的光源24受信息處理器22的控制，以將相干光能量的準(zhǔn)直光束26以與容器半徑成45°的額定角度射在容器12的側(cè)壁14上。如圖2所示，光束26入射在容器側(cè)壁14外表面28上的A點(diǎn);而在A點(diǎn)，該光束的一部分30從外表面28反射，且該光束的一部分32被折射進(jìn)入容器側(cè)壁。這部分光束32入射在側(cè)壁14內(nèi)表面34上的B點(diǎn)，其中的一部分光束36由B點(diǎn)反射返回到容器側(cè)壁中與其外表面28相交。最后，從側(cè)壁內(nèi)表面34反射回來的光能的一部分38，由其外表面28射出。
返回到圖1，透鏡40被定位在與容器側(cè)壁14的外及內(nèi)表面上的反射點(diǎn)A及B反射的光束部分30及38貫穿，并將這部分光束30及38聚焦在光傳感器42上。透鏡40可以是菲涅爾透鏡、全息透鏡、塑料或者玻璃透鏡，而以多元件的玻璃透鏡為目前最可取。傳感器42最好包括多個按線性列陣的光敏元件或光電元件。線性列陣的檢測器42被配置在透鏡40的象平面上，而透鏡40的物平面OP(圖2)則與入射光束26的光軸共線。最好以實際上為1∶1的比例將透鏡40的物平面OP成象在檢測器42上面。激光器24、透鏡40和傳感器42的配置，是使光束26，30，38和線性列陣的傳感器42全都位于垂直于入射光束26入射點(diǎn)處的容器12表面的平面內(nèi)。光束26的最佳入射角度為45°。透鏡40的光軸等分被反射光束30及38的法向光軸。象這樣的取向?qū)τ谌萜鞯幕蝿雍推戚^少敏感。
為進(jìn)行比較，圖3表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的上述歐洲申請，線性檢測器的物平面PA相對于不同的入射及反射光束的位置。進(jìn)來的光束26a以37.5°的角度入射在A點(diǎn)，該角度在此現(xiàn)有技術(shù)中是指定的，以便提供最好的結(jié)果。聚焦透鏡的物平面PA，與外表面上的反射點(diǎn)A和內(nèi)表面上反射點(diǎn)B的虛象Q間的連線共線。從數(shù)學(xué)上可以表示出，圖3中的內(nèi)表面反射點(diǎn)B的虛象Q是和圖2中物平面OP和容器的半徑44的相交點(diǎn)W不同的。
本發(fā)明(圖1及2)對測量容器側(cè)壁厚度比起現(xiàn)有技術(shù)(圖3)提供增強(qiáng)的能力在于，其假想的或法向的幾何結(jié)構(gòu)或位置不同。圖4表示容器的側(cè)壁14朝向檢測光學(xué)元件移動到14a位置情況下本發(fā)明與已有技術(shù)相比的工作狀態(tài)。在容器的側(cè)壁14處在法向位置時，外表面上的反射點(diǎn)A和內(nèi)表面上反射點(diǎn)B的虛象Q位于現(xiàn)有技術(shù)中的成象透鏡的物平面PA上。然而當(dāng)此容器移動到側(cè)壁所在位置14a時，進(jìn)來的光束現(xiàn)在入射在點(diǎn)A′，而且內(nèi)表面上反射點(diǎn)B′的虛象移動到了位置Q′。由于測量裝置本身是不動的，故透鏡的物平面PA保持在同一位置，以致于點(diǎn)A′和Q′都不在物平面內(nèi)。因此，由于點(diǎn)A′或Q′都不在物平面內(nèi)，故在兩個反射點(diǎn)上存在有誤差。然而對于根據(jù)本發(fā)明定位的物平面OP來說，外表面上反射點(diǎn)A及A′兩者都配置在檢測器的物平面內(nèi)，而且唯一的誤差來源在于內(nèi)表面上反射點(diǎn)位置的改變。在圖4示意表示的情況下，本發(fā)明能夠獲得約65%的測量誤差減少。
圖5表示的容器，其側(cè)壁14的外側(cè)壁表面上帶有平坦的部位14b。在這種情況下，將會注意到，外表面上的反射點(diǎn)A和內(nèi)表面上反射點(diǎn)B的虛象Q都不位于檢測器的物平面PA內(nèi)，這再一次產(chǎn)生出兩個測量誤差來源。然而外表面上的反射點(diǎn)A，保留在根據(jù)本發(fā)明的物平面OP內(nèi)。
總之，在上述歐洲申請中公開的現(xiàn)有技術(shù)包括兩種誤差來源，涉及外表面上反射點(diǎn)和內(nèi)表面上反射點(diǎn)的虛象以不同狀況從物平面上位移。然而在同樣情況下，本發(fā)明技術(shù)僅包括單個誤差來源，表明其在產(chǎn)生出準(zhǔn)確讀數(shù)方面實際上足夠小，不僅對于理想的容器，而且對在標(biāo)稱的公差范圍內(nèi)生產(chǎn)容器也一樣。因此，不管正常生產(chǎn)偏離理想的容器位置以及側(cè)壁的外形如何，本發(fā)明技術(shù)能對容器側(cè)壁厚度提供更準(zhǔn)確的測量。
返回到圖1及2，透鏡40被定位在讓檢測器列陣42位于該透鏡的象平面內(nèi)，且使其物平面OP與光束26共線，如上所述。最好使透鏡40(它可能包括有透鏡系統(tǒng))具有有限的孔徑，以便當(dāng)側(cè)壁的內(nèi)表面34與側(cè)壁的外表面28平行或者基本平行時，使該透鏡只能接收來自該側(cè)壁內(nèi)表面反射的那部分光束38。這發(fā)生在所有局部性為最小及最大厚度的點(diǎn)的位置，從而與傳感器的電子線路22結(jié)合建立對薄/厚點(diǎn)的檢測。在本發(fā)明的最佳實施例中，透鏡40的有效孔徑為f1.4，或者約為40°的接收角。以這樣大的接收角度，透鏡將能收集到來自大約可由法向位置傾斜10°的表面的光。這就是說內(nèi)、外兩個表面都在豎直和/或水平方向上獨(dú)立傾斜10°。假如在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)該角度大于10°，則此系統(tǒng)對于最小及最大厚度就是無響應(yīng)的。
檢測器列陣42以容器的旋轉(zhuǎn)增量由信息處理器22進(jìn)行掃描。圖6表示該檢測器列陣42的輸出，所提供的第一個峰42a與側(cè)壁外表面反射的光束30相關(guān)，第二個峰42b則與側(cè)壁內(nèi)表面反射的光束38相關(guān)。通過信息處理識別出每一個峰42a及42b的加權(quán)中心線，并由其計算出厚度42C。最好讓信息處理器中的可變寬度電子濾波器，沿水平方向在可選定的增量數(shù)范圍內(nèi)對厚度測量進(jìn)行平均，可被用來模擬更大的測量面積，如在已有技術(shù)的上述射頻量儀中那樣。
本發(fā)明所述的系統(tǒng)可被應(yīng)用在與任何透明的材料相結(jié)合，并可測量側(cè)壁、肩、頸、頭或者底的厚度。光源24、透鏡40以及檢測器列陣42，可以安裝在能夠相對該容器運(yùn)動的頭上。按照這種聯(lián)結(jié)不難認(rèn)識到，現(xiàn)有技術(shù)遇到的困難是在圓弧形部位測量壁厚，例如肩部和跟部。
權(quán)利要求
1.一種測量透明容器(12)壁厚用的裝置(10)，包括用來按一定角度將光束(26)射在容器壁(14)外表面(28)上的裝置(24)，以使該光的一部分(30)由此外表面上反射，而且一部分(32)被折射進(jìn)入該容器壁，并由容器壁的內(nèi)表面(34)反射；光敏器件(42)，它至少包括配置在平面內(nèi)的一個光敏傳感器；用來將由上述容器壁的外及內(nèi)表面(28，34)反射的光能聚焦在上述光敏器件(42)上的裝置(40)，以及對入射在上述光敏器件(42)上的光能進(jìn)行響應(yīng)以確定該容器(12)壁的內(nèi)、外表面(28，34)之間壁厚的裝置(42)，其特征在于所述聚焦裝置(40)具有一象平面，其上配置有上述光傳感器陣列(42)，其物平面與上述光束(26)共線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(10)，其特征在于，所述的光敏器件(42)包括多個在線性列陣中配置的光敏傳感器，容器壁的厚度，正比于由上述容器壁的外及內(nèi)表面(28，34)反射的光能之間在上述線性列陣上的分配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(10)，其特征在于，所述的光束(26)以及所述的線性列陣(42)，被配置在與容器外表面(28)垂直的平面內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置(10)，其特征在于，所述的用于確定容器(12)壁厚度的裝置(22)，包括以容器的旋轉(zhuǎn)增量對上述傳感器列陣進(jìn)行掃描的裝置，以及在上述多個增量范圍內(nèi)對掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行平均的裝置。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(10)，其特征在于，所述將光束射在容器壁表面上的裝置(24)，包括激光器。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(10)，其特征在于，所述的角度基本等于45°。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的裝置(10)，其特征在于所述聚焦裝置(40)包括一個具有約40°入射角的透鏡。
8.一種測量具有基本上為圓柱形側(cè)壁(14)及中心軸線(16)的透明容器(12)側(cè)壁厚度的方法，其特征在于，所包括的步驟為(a)按一定角度將光束(26)射在容器的側(cè)壁上，以使該光束的一部分(30)由該容器側(cè)壁的外表面(28)上反射，而且一部分(32)被折射進(jìn)入該容器側(cè)壁，并由其側(cè)壁的內(nèi)表面(34)反射;(b)讓由側(cè)壁的外及內(nèi)表面(28，34)反射的光使用透鏡(40)將其射在光敏傳感器(42)上，該透鏡(40)所具有的象平面內(nèi)配置該光敏傳感器(42)，且其物平面(OP)與上述步驟(a)中射在容器側(cè)壁上的光束(26)共線，以及(c)作為在上述傳感器(42)上由上述側(cè)壁的外及內(nèi)表面(28，34)反射的光之間分配的函數(shù)，測出容器壁的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于包括有附加步驟(d)，讓該容器(12)繞其中心軸線(16)旋轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述的步驟(c)包括(c1)以容器旋轉(zhuǎn)的增量對上述傳感器(42)進(jìn)行掃描;(c2)在每一上述增量下確定壁的厚度測量;以及(c3)在多個旋轉(zhuǎn)增量的范圍內(nèi)對在上述步驟(c2)中確定的厚度測量進(jìn)行平均。
全文摘要
且于測量透明容器側(cè)壁厚度的裝置，含按一定角度將光束射在容器側(cè)壁外表面上的光源，以使光束的一部分由此側(cè)壁的外表面反射，且一部分光束被折射進(jìn)入容器側(cè)壁，并由側(cè)壁的內(nèi)表面反射，然后再由側(cè)壁的外表面重新射出。在線性列陣的光敏傳感器和容器的側(cè)壁間配置有透鏡，以將由容器側(cè)壁的外及內(nèi)表面上反射的光能聚焦在傳感器上。透鏡所具有的象平面中配置傳感器，且其物平面與該光束共線。電子線路對入射在傳感器上的光能響應(yīng)，以確定容器側(cè)壁內(nèi)、外表面間的壁厚。
文檔編號G01B11/06GK1100804SQ9311740
公開日1995年3月29日 申請日期1993年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月20日
發(fā)明者J·W·朱文納爾, S·D·基斯勒, J·A·靈里恩 申請人:歐文斯-布洛克威玻璃容器有限公司