CN100360912C - 聚对苯二甲酸乙二酯容器之红外线强度测量 - Google Patents

Abstract

一种用于对PET容器进行在线品质控制的方法及装置。一红外或紫外传感器(10)探测透射过一容器壁的电磁辐射强度。一处理器(30)使用该信号来计算该容器外壁的密度或体积。

Description

聚对苯二甲酸乙二酯容器之红外线强度测量

技术领域

本发明涉及一种对制成品进行空间选择性在线质量或体积测量的装置及方法。更具体而言，本发明涉及使用光发射器、探测器、及视场(FOV)限制用光学元件来提供一种系统，用于监测一分立制造物件的规定区域内所含材料的体积或质量。该系统通常在制造厂的制造及/或输送过程中对动态物件进行质量或体积测量。

尽管本发明尤其涉及高速自动化产品测量、过程控制、及检验技术领域，且由此将专门参照该等技术领域来阐述本发明，然而，应了解，本发明也可适用于其他领域及应用。例如，本发明还可在许多期望对物理参数进行无损和全面测量的环境中得到有效应用。

背景技术

使用基于传感器的测量仪器来推断一工业或商业过程正耗用或应用的材料量已在所属技术领域中众所周知。作为一最基本的实例，汽车油量计可为汽车驾驶员提供汽车油箱中剩余油量的实时度量。类似的过程监测器，不管是调谐用于测量体积、数量，还是用于测量质量，广泛应用于多种工业的大量制造作业中。

使用基于传感器的质量或体积测量仪器来量化一自动化作业制造或运送的单独制成品的质量或体积却并不广为人知。然而，的确存在这类实例。名称为“移动物体重量测定装置(Device for Determining Weight of Objects Being Moved)”的第4,486,136号美国专利案曾阐述一种系统，该种系统用于在一装载机正移动圆木、杆或梁时测定该些圆木、杆或梁的重量。

更典型的情况是使用统计性产品取样及离线量化技术，尤其是在那些高速制造或输送作业中。当使用此种制造原理时，从制造线上分流出一小部分所制造或运送的产品，以对其质量、体积或其他属性进行一高精确度量化。然后，使用此种信息来推断产品及/或制造过程的品质或状态。

在与容器(尤其是食品及饮料容器)制造相关的行业中，通常沿用此种模式。容器属于高速度制造的分立物件。构造一给定物件所用材料量是影响作业的生存性、品质及获利能力的一重要制造控制参数。一成品容器内所含材料的正确体积及分布对于制造商能否成功地制成及售卖该物件至关重要。因此，容器行业已采用了多种容器测量技术，以帮助确定制造作业是否处于正确控制下。作为一实例，第5,591,462号美国专利案曾阐述将一基于摄像机的目视检验系统整合于一制造聚对苯二甲酸乙二酯(PET)瓶的拉吹成型系统中。该检验系统用于检查是否存在诸如孔洞或密封面碎裂等容器结构性缺陷。该专利将该系统阐述为以在线运行方式检验容器。由于具备此种能力，该系统能够检验正在制造的所有物件。然而，该系统不具备任何用于确定或测量受测试物件质量或体积的构件。

名称为“容器壁厚探测(Container Wall Thickness Detection)”的第3,684,089号美国专利案曾阐述一种可用于测定成品容器壁厚的仪器。该系统基于电容感测，其要求该仪器直接接触拟量化的物体。在现有技术中可发现该基本技术的多种改进型式。所有这些相关改进均为一成品容器样本内所含材料的分布提供了有用的离线表征。

使用红外吸收技术也可对成品容器的壁厚进行类似的离线测量。名称为“塑料制品壁厚的测量方法及装置(Method and Apparatus for Measuring the Wall Thickness in aPlastic Article)”的第4,304,995号美国专利案曾阐述一种用于测量中空旋转对称塑料制品壁厚的系统。该系统通过以下方式实施此种测量：将一反射构件插入受检验物品内部并使用该反射镜将从物品外发射来的红外能量重定向至一同样位于物品外的探测器上。名称为“红外膜厚度测量计(Infrared Film Thickness Gage)”的第4,510,389号美国专利案曾阐述一种类似仪器，但该仪器中的红外辐射源位于受检验物品内部，而探测构件则位于物品外部。在任一情况下，为方便测量，均要求在物品或容器内插入一实体形式的物体，因而这些技术仅能实际应用于制成产品的离线取样中。

名称为“透明容器壁厚的测量(Measurement of Transparent Container WallThickness)”的第5,291,271号美国专利案曾阐述一种用于在一特定点处测量容器壁厚的装置。该种系统的基本操作原理是使用一激光器及一探测器阵列测量透明容器外表面与内表面的反射。通过此种方式，可推断出激光入射点处的容器壁厚。

另一种广泛应用于PET容器制造行业中的过程控制作业是离线容器剖切及称重试验。在该种过程控制作业中，对一制造过程制成的容器进行取样(根据工厂的品质控制方案，每小时或每班取数个容器)并将其引至一破坏性试验过程。在该破坏性试验过程中，通常将容器切割成3部分：基座区域，侧壁区域及开口或收口区域。然后，使用一天平测定容器的该3个总区域中所含PET材料的质量并记录质量值。对于工厂操作员而言，容器的该3个总区域中所含塑料量是容器制造作业的一重要实时品质指标。

多年来，基座质量或侧壁质量已成为一体现制造过程品质的广泛认可的属性。更具体而言，驻存于容器特定部分(例如基座区域或侧壁区域)中的PET材料量可指示拉吹成型工艺是否正在正确地模制容器。为使容器达到既定的品质标准，模制预成形坯件(该实体是制瓶工艺的开端)中所包含的PET材料需要在整个成品容器中正确地重新分布。同样，使用瓶取样及剖切技术来量化容器各总区域中PET材料质量的作法也是该些物件的制造商经常采用的技术。该技术可提供能够使制造商提高其制成品品质并提高其获利能力的有用但不及时的信息。

目前，尚不存在对正在制造厂制造或输送中的所有成品容器进行空间选择性质量或体积测量的已知方法。此前，技术性限制使人们实际上无法实现与使用离线剖切及称重技术所提供的测量类型基本相等的在线质量或体积测量。

发明内容

本发明涉及一种用于对以高动态速度制造及/或呈递的物品进行空间选择性在线质量或体积测量的装置及方法。根据本发明的一较佳形式，装设有一具有一FOV界定光程的电光传感器，以用于接收一特定波长的光辐射。同时，与该传感器相配合，装设有一电磁辐射源或灯，以使用一波长发射辐射，上述传感器经调谐可对该波长作出响应。除这些元件外，较佳还包括一用于对传感器数据采集循环进行控制的物品跟踪系统及一用于对传感器测量输出进行处理的处理/用户接口系统。

根据本发明的另一方面，本发明方法的步骤包括：将传感器及受控电磁辐射源定位于拟测量物品的对置侧上；将该光源及/或传感器调谐至一使入射辐照被显著但非完全吸收的波长；固定传感器/辐射源对的FOV，以保证在随后对所有未被该FOV中所含材料体积吸收的能量进行取样期间仅物品的一准确界定区域(例如一容器的基座)曝光；在一与物品相对于传感器/辐射源对的动态速度相一致的短时间周期内对所感测辐射进行取样；最后，将与所取样的吸收相关的测量值转换成一相对质量或体积测量值。

本发明的一目的在于：对一制成品中一所关心特定区域内所含材料的质量或体积进行100％在线非接触式无损测量。

本发明的另一目的在于：根据对一制成品中一所关心特定区域内所含材料的质量或体积的实时测量来提供实时过程控制信息。

本发明的又一目的在于：提供一种构件，该构件用于根据对一制成品中一所关心特定区域内所含材料的质量或体积的实时测量，对制成品进行100％自动化品质控制检验。

本发明的再一目的在于：根据对一制成品中一所关心特定区域内所含材料的质量或体积的实时测量，以手动、半自动或完全自动方式关闭过程环并直接校正实际制造过程，以使其保持处于控制极限范围内。

通过阅读下文所提供的详细说明，可清楚了解本发明适用性的其他范畴。然而，应了解，尽管这些详细说明及具体实例表示本发明的较佳实施例，然而其仅以阐释方式给出，因为所属技术领域的技术人员将易于构想出仍归属于本发明精神及范畴内的各种变化及修改。

附图说明

本发明存在于本装置各部件的构造、布置及组合及/或本方法的各步骤中，如同下文中更全面的阐述、权利要求书中具体的指出及附图中的图示说明，凭藉该些装置部件的构造、布置及组合及方法步骤，即可实现本发明所涵盖的各目的。附图中：

图1A为一根据本发明一较佳实施例的在线质量/体积测量系统的示意图；

图1B为一根据本发明另一实施例的在线质量/体积测量系统的示意图；

图1C为一根据本发明另一实施例的离线质量/体积测量系统的示意图；

图2为一根据本发明另一实施例的离线质量/体积测量系统的示意图；

图3a为一适于与本发明各实施例共同使用的光圈挡板的示意图；

图3b为一适于与本发明各实施例共同使用的若干光圈挡板的示意图；

图3c为一适于与本发明各实施例共同使用的机械可调式光圈挡板的示意图；

图3d为一另一机械可调式光圈挡板的示意图，该机械可调式光圈挡板具有一位置及尺寸均可调的光圈；

图4a为一包括一可编程式电光阻挡装置的可调式光圈挡板的示意图；

图4b为另一具有多个透射窗口的可编程式电光阻挡装置的示意图；及

图5为一阐释一本发明方法的流程图。

具体实施方式

出于举例说明目的，下文说明及各附图将根据一用于测量成型PET瓶基座质量或材料体积的具体应用来阐述本发明。然而，所属领域的技术人员应了解，本文所阐述方法及装置也可应用于容器行业内及容器行业外的众多其他应用。而且，附图所示内容仅是针对一具体应用阐述本发明的各较佳实施例，而非用于限定本发明。

应了解，通过选择性使用多个视场“查看”一受检查的物品或物体(例如一成型PET瓶)，可得到关于一区域的质量/体积相对于另一区域的质量/体积或者各同心区域之间关系的有价值的信息。根据本发明，该方法可在具有一查看一单一固定视场的单一传感器或者一通过光圈或透镜变换“查看”多个视场的单一传感器的系统中实施。该方法也可在一使用多个传感器的系统中实施一其中每一传感器均具有其自身的固定视场或多个选择性视场。此外，该多个传感器中每一传感器均可用于从物体的不同但可能重叠的部分中收集数据，或者从该物体或物品中所包含的不同材料类型中收集数据。该方法也可在一使用一个或多个摄像机作为传感器的系统中实施。一现代摄像机本质上就是一传感器阵列，其与适当的处理器、软件及用户接口一起使用，即可以最大的灵活性测量所选区域的质量或体积。目前，摄像机型实施例既可能是也可能不是适用于所有给定应用的较佳实施例，原因是其涉及-非人们所期望的较高成本的解决方案且某些技术目前可能尚不能用于此等应用中。

图1A阐述了一本发明的较佳系统。如图所示，该系统包括一传感器或传感装置10、一设置在传感器10上或配置为传感器10一部分的滤光片12、一电磁辐射源或信号源20、一处理器/用户接口子系统30、一物件跟踪子系统40、一物件探测子系统50及一物件剔除/标记子系统60。该图还展示：一物品或物体定位子系统，例如一运送子系统100；一供建立一视场80用装置，例如一光圈机构或光圈挡板120；及一斩波轮130。

一般而言，PET瓶70等类似物体或物品在运送子系统100上运送，以放置于一选定位置上(例如放置于视场(FOV)80内)以供检验及/或测量。应了解，较佳地，该检验及/或测量为高速性质。当然，本发明的原理也可同等地应用于离线系统。

更具体而言，将一传感器10定位于一拟检验物体上方并紧靠该物体，该传感器10可采取众多种电磁波长传感器中的任一传感器形式。在某些塑料制品应用中，该传感器较佳为一红外传感器。然而，在某些其他应用中，使用一紫外传感器可能较佳。此外，传感器10可包括一单一传感器、多个传感器或一摄像机。另外，在一多传感器应用中，可能需要将某些传感器设置于红外范围内，而将其他传感器设置于紫外范围内。较佳地，该物体采取一具有一开口或收口区域的PET瓶70形式，该开口或收口区域面向该传感器定位。在任一配置中，较佳地，传感器10的探测轴线对准瓶70的中心轴线。由此，传感器10可不受遮挡地看到瓶70的一基座区域90。瓶70的一侧壁区域位于收口区域与基座区域之间。

滤光片12较佳为一波长滤光片，其可采取在所属技术领域中众所周知的多种形式。在本发明较佳实施例中，使用一光波段通带滤光片12界定该系统的工作波长，该光波段通带滤光片12设置在位于传感器10中的探测元件上方。使用沉积于光学基材上的多层介电涂层来形成特定的波长滤光片已在所属技术领域中众所周知。借助此些技术，可将滤光片形成并整合于传感器的光程中以提供一穿透窗口，该穿透窗口将系统的响应仅限制至在拟测量材料中呈现出有利吸收的波长(或波长范围)。

应了解，可构建一无滤光片的系统。在此一情况下，选用一包含一探测元件的传感器，该探测元件对辐射的固有和有限响应会将系统响应限制至其中出现有利的信号吸收的特定波长范围。

在其中需选择工作波长的又一较佳实施例中，可装设一滤光轮。在此一配置中，该系统可视用户的目标而使用不同的工作波长。

在检验期间，一电磁辐射源20设置于瓶70下侧，在一较佳实施例中，该电磁辐射源20由若干紧密封装在一起并通过毛玻璃漫射器的作用充分漫射的红外灯组成。或者，也可使用一红外加热板。在再一些实施例中，可能需要使用紫外光源。当构建多个传感器时，可能需要使用一同时提供适当波长的紫外光和红外能量的多光谱源。当然，应了解，该辐射源可采取众多种形式，只要其与传感器10及被检测物品相容即可。就此而论，电磁辐射信号源的操作方式是：其所发射的波长谱的至少一部分被物品部分地吸收，以产生一穿过该系统的基于吸收的信号。该基于吸收的信号最终由传感器探测到，该传感器根据该基于吸收的信号产生一模拟信号或数字信号。在一其中系统中不需要滤光片的形式中，电磁辐射源具有一固有和有限的发射光谱，该发射光谱会将系统的响应限制至其中会出现有利的信号吸收的特定波长范围。举例而言，在此一配置中，可使用固态发光二极管(LED)作为辐射源。此外，为了以一有利于后续信号处理作业的已知电频率来调制所接收的信号，可对该些LED通以电脉冲。较佳地，将辐射源20/传感器10对的一FOV 80固定为与基座区域90的物理范围相匹配。

处理器/用户接口子系统30采取一较佳形式的处理器系统，该处理器系统通过一监视器、鼠标、键盘、触摸屏等与用户进行通信。此等系统在所属技术领域中已众所周知。同样，配置用于跟踪物品位置的物件跟踪子系统40、配置用于探测物品的物件探测子系统50、及配置用于根据所选判据来选择性移除或标记物品的物件剔除/标记子系统60在自动化控制及检验领域中也已众所周知并适用于本发明。在较佳实施例中，为在瓶70正通过一运送子系统100被运送穿过传感器10的视场内时能够通过瓶70的较小顶部开口或收口区域进行测量，需要使用该些采集定时信号，物件跟踪子系统40即用于提供该等精确的采集定时信号。物件跟踪子系统40与一协助提供适当采集定时信号的物件探测子系统50接口。物件跟踪子系统40还与一物件剔除/标记子系统60接口，该物件剔除/标记子系统60用于剔除或标记那些不符合预定的合格基座质量及/或体积限值的瓶子。

该较佳实施例中展示有一可调式光圈挡板120。通过此种方式，可使用传感器10本身的FOV限制用光学元件或光圈将FOV 80固定在其正确的设定值并与基座区域90相互对准。另一选择为，使用直接设置于辐射源20(与图1C中所示配置相同)上方的FOV限制用光圈挡板(在图1A中未图示，但与本文所述的FOV限制用光圈挡板相同)来界定FOV80。又一选择为，可使用一建立并保持一视场的透镜系统(与图2所示配置相同)来取代光圈挡板120。假如传感器10采取一摄像机形式，则透镜系统尤其较佳。在该些情况中的任一种情况下，假如可通过伺服驱动电动机或其他控制装置(未图示)远程调节FOV 80，则将尤其更佳。

现在重新参见图1A。在该较佳实施例中，一高速旋转或振荡的斩波轮130设置于辐射敏感探测器或传感器10前面。该斩波轮可整合于传感器装置内。在运行中，该斩波轮130用于交替地将该探测器暴露于辐射然后遮挡住已透射过PET瓶70基座部分90的辐射。此种动作会将基于吸收的辐射信号转换成一交流/AC信号，然后传感器10探测到该信号并对其进行信号处理。换言之，该斩波轮的作用是以一有利于后续信号处理作业的已知电频率调制接收到的信号。基于探测器的仪器的输入信号斩波技术在所属技术领域中已众所周知。长期以来，一直将使用一机械式斩波机构(诸如一斩波轮)确立为一种降低大DC信号分量的手段，该等大DC信号分量是因探测器无照电阻及在红外探测器情况下因广义本底辐射所致。如果不从输入信号中基本滤除大DC信号分量，则该些大DC信号分量会减小基于探测器的仪器的可用动态测量范围。在本发明中，使用一以大于1,000Hz的斩波频率高速旋转的斩波轮130会有效降低此种DC信号分量，且使系统仍能够与快速移动的物件保持同步并从快速移动的物件采集数据。还应了解，除将斩波轮设置至传感器本身上，还可将斩波轮设置在辐射源上。

在一般作业中，电磁辐射源20发射的辐射沿传感器10的入射光瞳方向行进。在沿途中，该能量或发射波长谱的一部分被PET瓶70基座区域90中所含的PET材料体积吸收。通过仔细选择传感器10/辐射源20对的工作波长范围(借助滤光片12)，基座区域90中出现的所有吸收均将归因于与基座PET材料或选择接受测量材料相关的分子吸收。如果正确选取波长范围，则其将不会明显地依据因存在着色剂、染料或其他与PET坯料相混合的材料而导致的吸收。

未被基座区域20中所含PET材料总量吸收的能量继续传播至传感器10，在传感器10中，可对入射信号进行测量。在传感器10内，对测得的表征PET瓶70基座区域20中所含材料量的模拟信号进行数字转换并将其发送至一处理器/用户接口子系统30。然后，处理器/用户接口子系统30将数字测量值转换成一有意义的质量或体积量度。应了解，较佳涵盖的体积是物体(或瓶)的一特定区域中的材料体积，而非该物体(或瓶)的体积。其也可用于收集及显示与基座区域90中所包PET材料的质量或体积相关的测量统计数据，及/或用于实施HI/LO阈值处理以便随后对所测量的超限瓶进行剔除。应了解，HI/LO阈值处理也可包含仅测定是否探测到任何材料量这一特例。

过程控制及/或仪器领域的技术人员应知，通过对瓶存在情况下探测到的信号进行规范化，即可将传感器10所探测信号转换成一有意义的量度。通过简单地将该信号除以瓶置于视场中之前所探测到的一参考信号即可实现此种转换。接下来，将该规范化信号乘以一增益并使用一补偿因数予以调节即会获得一质量或体积测量值。

当然，该增益及补偿因数的选取将取决于试图计算的数据(例如质量或体积)并将进一步取决于通过使用已知质量或体积来校准该系统所获得的试验结果。为此，为确定该增益及补偿因数，首先将若干(例如2-100个或更多)样本物体放置于视场中以获得吸收读数。然后，割开(若需要)该些样本物体或瓶并测量该些物体位于视场内的部分(例如瓶的基座区域)，以获得一质量或材料体积。然后，绘制该些测量值与对应吸收测量值的关系曲线以获得一直线。为此，将所绘制的点拟合至一直线，较佳地使用标准工具(例如最小二乘方技术)实施拟合。一旦确定出该直线的方程式，该系统的增益及补偿因数即一目了然。换言之，典型直线的方程式为y＝mx+b。因此，在该系统中，m为增益，b为偏移。因此，在该系统的后续运行期间，可使用规范化信号(即“x”)来计算质量或体积(即“y”)，其中该规范化信号等于探测信号除以物体进入视场之前获得的参考信号。

此外，诸如PET等材料的吸收特性已为人们所熟知，且当一电磁辐射光束穿射过一介电材料时出现的吸收量与材料厚度的关系如下式：

吸收＝A(λ，t)＝1-e^-α(λ)t

其中，项t代表介电材料的厚度，α(λ)则是所讨论的特定介电材料的吸收系数。吸收系数α(λ)为一参数，其主要随所传输光束的波长λ的变化而变化。本发明的运作至少部分地依赖于传感器10及/或电磁辐射源20工作波长的调谐，以使在受测物件特有的整个厚度范围内出现中间范围的吸收(介于0与1之间)。换言之，在对本源辐射吸收过少或者过多的区域中，本发明的运作均将不佳。相反，在其中标称吸收量为0.50左右时，可最佳地进行精确、有意义的测量。对于大于及小于标称厚度的材料厚度而言，此可实现一有用的动态测量范围。在本较佳实施例中，对于量化PET瓶70基座区域90内所含PET材料的质量及/或体积这一特定应用而言，一介于2.4与2.5μm之间的波长范围可提供良好的材料测量特性。其他工作波长区域也将同样支持基于吸收的PET物品测量。

在本发明中，辐射源20发射的单一光线或光子能量穿过一不同的PET材料量，其中实际距离取决于视线距离与传感器10光圈恰好在基座区域90相交的位置。一需要穿过基座区域90的较厚中心部分(该区域称作浇口)的光线必然要穿过更厚的PET材料，因而与一自然穿过基座区域90的较薄外围部分的光线相比，将经受更多的材料吸收。因此，在传感器10处接收到的总信号能量是一衡量由辐射源20发射的而未被整个基座区域90内所含PET材料吸收的能量总和的量度。

构建带有一单一传感器的本系统对基座区域90内所有点处发生的吸收量同时进行取样。试验性测试已表明，此种空间整体测量技术会得到一相依于吸收的总读数，该读数以极高的线性度随所含质量及/或体积变化。此外，此种测量技术在本质上可免除因基座区域90内存在较小的局部缺陷/扰动而可能出现的测量误差。通过拉吹成型工艺制成的PET物品因存在小气泡、隆起、划痕及其他局部表面偏差而名声不佳。同时，瓶或成品元件越来越多地制造成复杂的几何形状，这些形状致使通过物品得到非正交视像，从而使任一给定点测量均可能无效。这些缺陷及几何形状尽管在许多情况下可为市场所接受，然而却会限制任一类型的构想在线仪器对物品内任一特定点进行基于吸收的精确厚度测量的能力。此种现实情况与所有试图通过使用一系列孤立点厚度测量以在线方式量化一PET制成物品的局部PET分布特性的努力背道而驰。甚至多点复杂平均算法或信号调节算法也可能很难可靠区分像差或结构与超容差厚度。本发明通过使用一单一整合仪器读数对例如整个基座区域90的吸收特性进行取样，克服了局部表面偏差的影响。通过这种方式，材料中的单点扰动及其导入的测量误差即可从该读数中平均掉。

因此，在本发明较佳实施例中，使用下列实例性操作顺序。当PET瓶70在运送子系统100上朝传感器10/辐射源20轴线运送时，物件跟踪子系统40在瓶70进入预先规定的本发明FOV 80之前的一固定点处发出一采集信号。然后，对此时在传感器10内产生的信号进行取样，并将取样值发送至处理器/用户接口子系统30。该值代表用于下一瓶测量的无遮挡参考值。在实施该参考测量后，当PET瓶70已移动且其开口对准传感器10/辐射源20轴线时，物件跟踪子系统40发出一第二采集信号。然后，传感器10取样并发送一第二读数。该第二值代表PET瓶70基座区域90所致吸收量。应了解，该表示法基于上文所概述的吸收原理。然后，在处理器/用户接口子系统30内，使用参考值对原始瓶吸收读数进行规范化。通过此种方式，可充分跟踪及滤除辐射源20信号或传感器10响应中的任何漂移，从而使系统基本上可自校准。

现在参见图1B，该图展示图1A所示系统，其中与视场80相比，视场81减小。在欲测量及/或检验该物体或物品中更多特定区域的情况下，此种减小较佳。

当了解本发明无需破坏PET瓶70即能够对PET瓶70的基座区域90进行质量或体积测量后，即可有利地阐述一展示于图1C中的另一实施例。在该实施例中(仍继续参照图1A及图1B)，较佳实施例中的运送子系统100更换为另一物品定位子系统，例如一支承子系统110，此外，不再使用物件跟踪子系统40、物件探测子系统50及物件剔除/标记子系统60。在该实施例中，使用一适当的支承子系统110将PET瓶70静止地支承于传感器10与电磁辐射源20之间的位置上。通过此种方式，无需在该过程中破坏PET瓶70即可对PET瓶70的基座区域90进行离线质量及/或体积测量。

在图1C中还展示有一光圈挡板120，与设置至传感器10本身不同，该光圈挡板120设置于辐射源20上。应了解，此一配置也可有效地用于一在线系统(例如图1A及图1B所示系统)中。

现在参见图2，该图阐释一种使用一摄像机及透镜系统的系统。如图所示，一摄像机14用作传感器10。一滤光片12、光圈机构或光圈挡板120及一透镜组件121也整合于该系统中。所属技术领域的技术人员应了解，此种配置既可用于一诸如图1A及图1B所示的在线系统中，也可用于一诸如图1C所示的离线系统中。所属技术领域的技术人员在全面了解本发明后，将会清楚了解所示摄像机及透镜系统的运作及该系统与图1A及图1B所示其他元件的相互作用。

较佳实施例中所示的光圈机构或可调式光圈挡板120可较佳地采用多种配置。例如，图3a展示一固定式光圈挡板220，其包含一具有一光圈224的阻挡材料基材222。在继续参照图3a的同时，参照图3b，图3b阐释如何用不同尺寸的光圈挡板(例如分别具有较小光圈228及232的光圈插入板226及230)手动更换或视情况覆盖固定式光圈挡板220。

光圈机构既可采用机械方式也采用电子方式进行配置。图3c阐释另一种以机械方式改变光圈尺寸的方法。可调式光圈挡板234包含一可调整为其他尺寸(例如光圈238及240)的光圈236。使用例如多叶快门构造机械可调式光圈挡板的方法已在所属技术领域中众所周知。图3d展示一机械可调式光圈挡板242，其中既可采用与可调式光圈挡板234类似的方式调节光圈244的尺寸，也可通过移动阻挡材料246或移动一安装于阻挡材料246上的可调式光圈挡板部分调节光圈244的位置。例如，可设置调节机构，以手动或借助伺服电动机及类似装置在x及y方向上变换光圈挡板，从而实现远程自动调节。

图4a阐释一可编程式可调光圈挡板248，其可采取一电子可定址式空间光调制器的形式。可调光圈挡板248包括一具有一单一透射窗口252的可编程式电光装置或基材250，该透射窗口252形成一具有所需尺寸及位置的光圈。例如，可使用一液晶显示(LCD)装置。可编程式电光基材250包括用于对透射窗口252的尺寸及位置进行编程的一X输入端254及一Y输入端256。例如，基材250可配置为具有若干单独的像素，其中每一像素均对应于一X位置及一Y位置，且每一像素均可通过编程处于一透射状态或一不透明状态。通过此种方式，可将透射窗口252编程为处于基材250上的任一所需位置并具有任一所需尺寸。对液晶基材上的像素阵列进行编程的方法已在所属技术领域中众所周知。

在继续参见图4a的同时，参见图4b，图4b展示另一种可编程式电光阻挡装置或基材260。可编程式基材260类似于可编程式基材250，然而，其可编程为具有多个透射窗口262，以满足各种各样的需要及特殊情况。

为阐明本发明一物品制造系统应用中的总体概念，图5提供一阐释拟检验或测量的物体经运送进入一视场的总体流程图。当在步骤300中一新的运转开始时，在步骤302中用户或程序选取所需的光圈尺寸或在多光圈情况下选取若干光圈的尺寸。所选光圈可界定后续质量及/或体积测量所需的FOV。作为同一步骤的一部分，同时还选取一或多个工作波长范围。此外，还可选取质量或体积测量值的HI/LO阈值。

作为一重复循环中的第一步骤，在步骤304中，传感器10接收一预采集无遮挡参考信号并由处理器子系统30处理该参考信号。应了解，该流程图中所示的所有接收信号既可为单信号，也可为多个重复信号的一平均值。多个信号也可代表多个工作波长，其中每一波长均具有其自身的相关参数集，例如HI/LO限值。在此一情况下，传感装置10将通常具有多个传感器，其中每一传感器均对选定的波长较为灵敏。如上所述，传感器也可包括一摄像机。在步骤306中，从运送子系统100采集一物品或物体以进行质量及/或体积测量。在步骤308中，采用一种与上述参考信号类似的接收方式接收物品信号，然而，物品信号为基于吸收的信号，其取决于存在于所选FOV内的物品的质量及/或体积。

在步骤310中，根据参考信号对接收到的基于物品吸收的信号进行分析，以获得例如一质量或体积测量值。然后，在步骤312中，根据分析结果进行一HI/LO范围测试，以确定分析结果是否处于一特定范围内，如果当前物品未通过该测试，则该处理转至步骤314，而如果当前物品通过该HI/LO范围测试，则该处理转至步骤316。在步骤314中，将未通过测试的物品贴上标签以供标记/剔除。然后，由物件跟踪子系统40跟踪该些贴有标签的物品，并在该些贴有标签的物品到达物件剔除/标记子系统80时由物件剔除/标记子系统80对该些物品进行剔除(例如将其排出至一废料仓)或标记。

本发明概念也可实现一闭环配置，从而可在根据参考信号对基于吸收的信号进行分析的基础上，视需要对制造过程进行调整。必要时，在步骤316中进行校正性调整。应了解，该些调整的实施既可根据预定判据进行，也可根据单独物品测量值及/或多个物品质量及/或体积测量值的平均值(例如连续平均值)。

此外，该些调整还可由系统操作员在查看用户接口/处理器30上系统计算出的数据后手动执行或启动。同样，操作员还可解译用户接口30上所显示的数据，然后启动自动化过程控制功能进行干预，以半自动方式实施该些调整。此外，还可以一种完全自动化方式执行调整过程：系统对质量或体积量度进行计算，并将该些数据反馈至接口/处理器30，然后根据预定判据通过系统的适当元件执行必要的调整。

在步骤318中，通过用户干预或通过例如一来自制造过程的信号确定是否已到达一运转期的末尾，如果未到达一运转期的末尾，则返回至步骤304以处理后续物品。当已发出到达运转期末尾的信号时，在步骤320中停止该处理过程。

以上说明仅提供本发明某些特定实施例的揭示内容，并非意欲将本发明限定于此。因此，本发明并非仅限于上述实施例。相反，应知道，所属技术领域的技术人员还可构想出其他实施例，该等实施例仍归属于本发明范畴内。

Claims (48)

1、一种用于对由材料形成之制成品进行测量的系统，该系统包括：

一物品定位子系统，其适于将一物品放置于至少一个所选择位置上以进行质量或体积测量；

一提供红外能量和紫外能量中至少一种的电磁辐射信号源，其中一发射波长谱的至少一部分被所述物品部分地吸收，以产生一基于吸收的信号，该基于吸收的信号代表一在一所述物品的选定区域内所有多个点上的吸收量；

一传感装置，其配置用于探测所述基于吸收的信号，并根据所述信号产生一模拟输出与一数字输出中至少之一；

一视场，其建立于所述传感装置与所述物品的所述选定区域之间；及

一处理器，其配置用于接收所述传感装置的输出并计算所述由材料形成之物品的所述选定区域的一质量或体积。

2、根据权利要求1所述的系统，其中所述传感装置包括一单一传感器。

3、根据权利要求2所述的系统，其中所述传感装置配备有一整合于所述传感装置的一光程内的光波段通带滤光片，该光波段通带滤光片将辐射响应限制至其中会对所述发射波长谱产生有利吸收的特定波长范围。

4、根据权利要求2所述的系统，其中所述传感装置包括一探测元件，该探测元件对辐射的固有和有限的响应会将响应限制至其中会对所述发射波长谱产生有利吸收的特定波长范围。

5、根据权利要求2所述的系统，其中所述传感装置配备有一旋转或振荡斩波轮，该斩波轮使用一有利于后续信号处理作业的已知电频率对接收信号进行调制。

6、根据权利要求2所述的系统，其中所述系统的一用户通过一用户接口为一处理器配置一预期质量及/或体积参数，且其中该处理器实施一测量并对所测数据实施定限分析。

7、根据权利要求6所述的系统，其进一步包括一过程校正构件，在所述校正构件中，根据所述分析启动校正性调整。

8、根据权利要求7所述的系统，其中通过下列方式之一实施所述校正性调整：

一手动调整；

一半自动调整；及

一自动调整。

9、根据权利要求1所述的系统，其中所述传感装置包括多个传感器。

10、根据权利要求9所述的系统，其中构成所述多个传感器的各单独传感器分别用于从所述物品的一独一部分或一交叠部分获取数据。

11、根据权利要求9所述的系统，其中构成所述多个传感器的各单独传感器分别用于从所述物品内所包含的一不同材料类型获取数据。

12、根据权利要求9所述的系统，其中所述传感装置配备有至少一整合于所述传感装置的一光程内的光波段通带滤光片，该光波段通带滤光片将辐射响应限制至其中会对所述发射波长谱产生有利吸收的特定波长范围。

13、根据权利要求9所述的系统，其中所述传感装置包括至少一探测元件，该探测元件对辐射的固有和有限的响应会将响应限制至其中会对所述发射波长谱产生有利吸收的特定波长范围。

14、根据权利要求9所述的系统，其中所述传感装置配备有至少一斩波轮，该斩波轮使用一有利于后续信号处理作业的已知电频率对接收信号进行调制。

15、根据权利要求1所述的系统，其中所述传感装置包括一摄像机。

16、根据权利要求15所述的系统，其中所述传感装置配备有一整合于所述传感装置的一光程内的光波段通带滤光片，该光波段通带滤光片将辐射响应限制至其中会对所述发射波长谱产生有利吸收的特定波长范围。

17、根据权利要求15所述的系统，其中所述传感装置包括一探测器阵列元件，该探测器阵列元件对辐射的固有和有限的响应会将响应限制至其中会对所述发射波长谱产生有利吸收的特定波长范围。

18、根据权利要求15所述的系统，其中所述传感装置配备有一斩波轮，该斩波轮使用一有利于后续信号处理作业的已知电频率对接收信号进行调制。

19、根据权利要求15所述的系统，其中所述系统的一用户通过一用户接口为一处理器配置一预期质量及/或体积参数，且其中该处理器实施一测量并对所测数据实施定限分析。

20、根据权利要求19所述的系统，其进一步包括一过程校正构件，在所述校正构件中，根据所述分析启动校正性调整。

21、根据权利要求20所述的系统，其中通过下列方式之一实施所述校正性调整：

一手动调整；

一半自动调整；及

一自动调整。

22、根据权利要求1所述的系统，其中所述电磁辐射源配备有一整合于其一光程内的光波段通带滤光片，该光波段通带滤光片将辐射响应限制至其中会对所述发射波长谱产生有利吸收的特定波长范围。

23、根据权利要求22所述的系统，其进一步包括一斩波轮，该斩波轮使用一有利于后续信号处理作业的已知电频率对接收信号进行调制。

24、根据权利要求1所述的系统，其中所述电磁辐射源具有一固有和有限的发射光谱，该固有和有限的发射光谱将响应限制至其中会对所述发射波长谱产生有利吸收的特定波长范围。

25、根据权利要求24所述的系统，其中所述电磁辐射源由固态发光二极管构成。

26、根据权利要求25所述的系统，其中对所述发光二极管通以电脉冲，以便以一有利于后续信号处理作业的已知电频率对接收信号进行调制。

27、根据权利要求24所述的系统，其中所述电磁辐射源配备有一旋转或振荡斩波轮，该斩波轮使用一有利于后续信号处理作业的已知电频率对接收信号进行调制。

28、根据权利要求1所述的系统，其中所述视场由一成像透镜建构而成。

29、根据权利要求1所述的系统，其中所述视场使用一光圈机构建构而成。

30、根据权利要求29所述的系统，其中所述光圈机构构建为一设置在所述传感装置本身的光圈挡板。

31、根据权利要求29所述的系统，其中所述光圈机构构建为一设置在所述电磁辐射源本身的光圈挡板。

32、根据权利要求1所述的系统，其中所述视场使用多个光圈挡板建构而成。

33、根据权利要求32所述的系统，其中所述光圈挡板设置在传感装置本身。

34、根据权利要求32所述的系统，其中所述光圈挡板设置在所述电磁辐射源本身。

35、根据权利要求1所述的系统，其中所述视场使用一可配置式光圈机构建构而成。

36、根据权利要求35所述的系统，其中所述可配置式光圈机构为一电子可定址式空间光调制器。

37、根据权利要求35所述的系统，其中所述可配置式光圈机构为一机械可调式光圈。

38、根据权利要求35所述的系统，其中所述机械可调式光圈由伺服电动机驱动。

39、根据权利要求1所述的系统，其中所述物品定位系统为一用于离线质量及/或体积测量的物品支承子系统。

40、根据权利要求1所述的系统，其中所述系统的一用户通过一用户接口为一处理器配置一预期质量及/或体积参数，且其中该处理器实施一测量并对所测数据实施定限分析。

41、根据权利要求40所述的系统，其中所述物品定位系统为一用于在线质量及/或体积测量的物品运送子系统。

42、根据权利要求41所述的系统，该系统进一步包括：

一物件探测子系统，其配置用于探测由所述物品运送子系统放置的供质量或体积测量的物品；

一物件跟踪子系统，其配置用于跟踪所述物品运送子系统中的物品位置；及

一物件剔除/标记子系统，其配置用于根据体积测量验证来选择性地移除或标记被剔除物品。

43、根据权利要求40所述的系统，其进一步包括一过程校正构件，在所述校正构件中，根据所述分析启动校正性调整。

44、根据权利要求43所述的系统，其中通过下列方式之一实施所述校正性调整：

一手动调整；

一半自动调整；及

一自动调整。

45、根据权利要求1所述的系统，其中所述系统的一用户通过一用户接口为一处理器配置一预期质量及/或体积参数，且其中该处理器实施一测量并对所测数据实施定限分析。

46、一种用于在一使用一辐射源及一传感器的系统中对制成品进行测量的方法，该方法包括以下步骤：

根据由所述辐射源发射并由所述传感器探测到的提供红外和紫外中至少一种的辐射产生一第一信号；

将一物品定位于一建立于所述辐射源与所述传感器之间的视场中；

根据由所述辐射源发射并被所述物品部分吸收的辐射产生一第二信号，而所述辐射的未被吸收部分由所述传感器探测到并代表一在一所述物品的选定区域内所有多个点上的吸收量；及

分析所述第一信号及第二信号，以获得对在所述选定区域内所述物品部分的一质量与体积测量值。

47、根据权利要求46所述的方法，其进一步包括此过程：根据所测得的质量/或体积值及用户建立的限值，确定所述物品是否合格。

48、根据权利要求47所述的方法，其进一步包括：根据所述分析及确定，对所述物品的一制造过程进行调整。

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