CN100565194C - 用于容器倾斜的光学检测 - Google Patents

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Abstract

用于检测容器(34)的倾斜的设备，包括设置在容器(34)下方的光源(50)，用于当容器被保持在位置上并且围绕轴(A)旋转时将光能(60)引导到容器底部(62)。设置在容器(34)下方的光传感器(54)接收从容器底部(62)反射的来自该源(50)的光能。一个信息处理器(56)耦合到该光传感器(54)，用于将该容器底部(62)从垂直于该轴(A)的平面的偏离确定为该反射光能和容器旋转的组合函数。该容器(34)优选地被固定在位置上并且通过驱动辊(24)绕轴旋转，该驱动辊(24)相对于轴向布置的支持辊(26、28)推动该容器(34)以将平均旋转轴限定为该容器(34)形状和该支持辊(26、28)之间间隔的函数。

Description

用于容器倾斜的光学检测
技术领域
本发明一般涉及物品例如玻璃容器的检测，尤其是涉及一种用于检测容器倾斜(lean)和容器承载面的其他方面的光学检测设备和方法。
背景技术
在玻璃物品例如玻璃容器的制造中，会发生影响该容器的商业可接受性的各种异常和变异。这些异常称为“商业变异(commercialvariation)”，可以包括该容器的多种属性的一个。例如，商业变异可以包括该容器在容器底部或承载面、容器涂层(finish)、或容器密封面上的尺寸特性，它们还可以包括例如容器涂层、侧壁或底部内的石头或裂纹的变异。常规的处理是在每个容器上模制标记(indicia)以表示该容器的原始铸模用于检测和质量控制目的。从而，提供能够对容器检测商业变异、模制标记或授权检测的其他特征的检测设备通常是有用的。术语“检测”是使用其最广泛的含义，包括对于容器的任何光学、电光、机械或电观测或啮合以测量或确定可能的变异特性，包括但不必限于模制代码和商业变异。
在美国专利第3313409号中示出了一个检测设备的例子，其中公开了一种用于检测玻璃容器的设备，其中使用星形轮顺序传送容器通过一系列检测站。在一个检测站，通过用一对直径相对的辊接触容器底上的承载面而检测容器倾斜。如在美国专利第4433785号中所公开的，这些辊被耦合到线性可变差分变换器(LVDT)以在容器旋转时提供信号。这些信号被处理以指示承载面偏离平面和/或从垂直于旋转轴偏离。在美国专利第6581751号中公开了另一种用于通过一系列检测站传输容器的设备。
EP 1118854A(对应于US 6256095)公开了一种用于检测容器密封面的光学系统，包括将密封面上的偏差水平(off-level)测量为当该容器绕轴旋转时从该密封面反射的光能的函数。
虽然在上述专利中公开并且被转让给本受让人的检测设备已经取得了实质上的商业成功，但是还需要改进。该辊与容器底部接触，并且会受到机械磨损和不精确性的影响。辊的大小会限制可以被应用的容器的大小，并且它们会影响可以被检测的变异的大小(分辨率)。因此本发明的总的目的是提供一种用于检测容器的设备，其解决和克服了前述现有技术中的缺陷，并且可以用于检测容器的底部或承载面。
发明内容
本发明包括多个方面，其可以分别实施，或者更优选地，互相组合实施。
根据本发明一个方面的用于检测容器倾斜的设备包括设置在容器下方的光源，用于当容器被保持在位置上并且围绕轴旋转时将光能引导到容器承载面。设置在容器下方的光传感器接收从容器承载面反射的来自所述源的光能。一个信息处理器耦合到该光传感器，用于将该容器承载面从垂直于该轴的平面的偏离确定为该反射光能和容器旋转的组合函数。该容器优选地被保持在位置上并且通过驱动辊绕轴旋转，该驱动辊相对于轴向布置的支持辊(backup roller)推动该容器以将平均旋转轴限定为容器形状和该支持辊之间间隔的函数。在优选实施例中，光源/传感器对被布置在容器承载面的直径相对的两侧，并且作为该传感器输出的比较的函数而进行测量。该优选配置使得该测量与容器轴向运动无关。
根据本发明的用于检测容器承载面的光学检测设备包括光源、光传感器和信息处理器。该光源一般被布置在承载面下方并且能够发射光到达该承载面。光传感器一般被设置在承载面下方，并且适于接收从该承载面反射的光和提供表示该反射光的传感器输出信号。信息处理器接收该传感器输出信号并且利用该信号确定该承载面从垂直于该容器轴的平面的偏离。
根据本发明的一种方法方面，根据以下步骤检测容器承载面：(a)提供通常面对该承载面的光源，(b)提供通常面对该承载面的光传感器，(c)使得该容器绕其轴旋转同时保持其直立位置，(d)促使该光源发射光以便从该承载面反射，(e)促使该光传感器记录反射光到达光传感器的位置，和(f)根据容器旋转时获得的该位置数据分析承载面。
根据本发明的另一个方法方面，可以减少在容器承载面的光学检测期间所处理的数据量。该方法包括以下步骤：(a)提供具有光源、光传感器、预处理器和主处理器的光学检测设备，(b)使得光源反射来自承载面的光，(c)使得光传感器记录该反射光在第一间隔的位置，(d)使得预处理器在第二间隔扫描步骤(c)记录的位置数据，其中该第二间隔大于第一间隔，和(e)使得主处理器根据步骤(d)的扫描数据分析该承载面。
根据本发明的另一个方法方面，可以通过光学检测分析容器的承载面。该方法包括步骤：(a)提供用于检测承载面上第一点的第一光学探头，(b)提供用于检测承载面上第二点的第二光学探头，(c)使得该第一和第二光学探头反射承载面的光并且记录有关该反射的数据，(d)使用表示该第一和第二点的相对位置的正弦表达式，其中该表达式具有至少一个变量，(e)使用最小二乘拟合技术来求解该变量，和(f)利用该变量分析该承载面。
附图说明
根据以下说明、所附权利要求和附图，本发明以及其他目的的的特征和优点将变得更容易理解，其中：
图1是使用本发明的一个光学检测设备实施例的检测站的示意图；
图2A和2B是图1的光学检测设备的更详细示意图，图2B是从图2A中的方向2B获得的；
图3是图1的检测设备的透视图；
图4A-4D涉及滚花承载面的光学检测；
图5是图4D中数据的图形表示；
图6是表示一种压缩来自光学检测设备所采集信息的数据的方法的表；
图7是图6的压缩数据的图形表示；
图8示出了对应于一种使用最小二乘拟合技术分析承载面的方法的容器的视图；和
图9A和9B是示出了容器形状对平均旋转轴的影响的示意图。
具体实施方式
本发明的光学检测设备和方法可以检测用于不同标准的任意多类型的容器，但是特别适于检测玻璃容器底部或承载面的容器倾斜。术语“承载面”是使用其最广泛含义以包括所有容器底部或下部轴向表面。这包括但不限于，平坦、平滑、点刻(stipled)和/或滚花的承载面，以及那些具有圆周延伸座环的表面，其中该环是平滑、点刻和/或滚花的。
在美国专利第6581751号中示出了可以使用本发明的光学检测设备和方法的标引(indexing)和检测机器的一个示例。该机器从横进给传送带接收连续玻璃物品流，并通过一系列角度布置的检测站传输该物品，每个检测站根据不同的标准检查该容器。该标引和检测机器包括安装在下部载体上的第一抓取指阵列，和安装在上部载体上的第二抓取指阵列。该载体相对于彼此的旋转使得该指阵列夹紧和释放各个指之间的玻璃器皿物品，而该载体的旋转还使得它们标引检测站之间的玻璃器皿。至少一些检测站包括使容器围绕其轴旋转以用于检测或其他目的的驱动辊。
在美国专利第3313409号中公开了可以使用本发明的光学检测设备和方法的标引和检测机器的另一个例子，其先前在背景技术部分曾经被提到。在这一专利中所示的设备使用皮带传送机沿着导轨传送容器。在一般操作中，该容器遇到圆形并且具有多个圆周布置以接收该容器的凹穴的标引头。该标引头被依次标引以使得每个容器进入相邻检测站中的位置，该检测站可以检测该容器的各种商业变异和/或其他特性。在该容器已经被每个检测站检测之后，该容器会遇到将其排出到用于将容器从该机器中运走的传送带上的排放站。当然，这些只是可以应用本发明的光学检测设备和方法的机器的两个示例，还存在许多其他的机器。
现在转到图1，示出了检测站20的示意图，检测站20一般包括驱动辊24，上部和下部自由滚动支持辊对26、28，容器旋转控制器30，和本发明的光学检测设备32的一个实施例。被检测容器34被驱动辊24相对于支持辊26、28推动，并且被驱动辊24驱动而围绕平均旋转轴A旋转。轴A依赖于容器34的几何形状和辊26、28之间的间隔。理想地，轴A与容器中心轴共线。例如与图9A相比，其中平均轴A与容器轴一致但是容器底部被严重倾斜，以及图9B中，其中该容器底部垂直于容器体，但是该容器上竖起的颈部相对于容器体轴而歪斜平均旋转轴A。驱动辊24优选为对容器34施加径向力和旋转力的伺服电动机驱动部件。该径向力将该容器挤压在驱动辊24和自由滚动支持辊对26、28之间，而旋转力使得容器34围绕轴A自转。当然，可以使用其他瓶旋转设备来代替该驱动辊。该上部和下部自由滚动辊对26、28优选为每对包括两个支持辊，其一起形成V形凹穴以旋转接收该容器并且防止它被驱动辊24推出滑板。
优选地但不是必要地，本发明的设备还包括滑板22，容器底部在旋转期间依靠在其上。滑板22不仅提供了用于容器倾斜测量的参照面(图8)，而且还支撑容器底部在测量光学装置的焦点或附近的位置上。还可以预见，可以去除该滑板，或者容器可以不和滑板接触，并且仍然在本发明范围内。
容器旋转控制器30可操作地耦合到驱动辊24，并且为信息处理器56提供指示容器34角旋转的电子信号。该角旋转信息可以基于固定的旋转间隔角，或者基于固定的时间间隔，其间容器的旋转速度是恒定的。检测站20还可能包括其他部件，例如用于检测容器存在的传感器，其他检测仪器部件等。
光学检测设备32是非接触光学检测设备，主要检测容器的承载面以发现容器“倾斜”，但是还可以分析其他参数例如滚花深度、弯曲容器颈部和鞍形或翘曲承载面，仅举出其中的一些。容器“倾斜”一般通过确定承载面从垂直于容器轴的平面的偏离而测量；如果该偏离超过预定量，那么该容器可以被视为“倾斜物(leaner)”。检测设备32优选地包括两个光学探头46和48(图3)，每个具有光源50、透镜系统52和光传感器54，以及信息处理器56和操作者显示器58。光传感器54包括传感器阵列102，其可以是CCD区域阵列，或者更优选地为CCD线性阵列。还可以使用横向效应二级管传感器。虽然优选地，该检测设备具有两个分离的探头，每个检测承载面上的一个分离点，但是在本发明最广泛方面的范围内，也可能应用单个光学探头发射足够宽以检测两个不同点的光束。该承载面上的两个点优选地位于承载面直径的相对端，布置为互相成180°，最好如图3所示。为了简洁起见，图1和2仅仅示出了一个探头，然而，对于一个探头的讨论同样适用于另一个。还可以预见，在本发明的最广泛方面内，可以使用单个探头46或48，并且以180°的旋转增量比较其输出。
现在参照图2A、2B和3，更详细地示出了光学检测设备32的部分。光源50以向上的锐角发射光能60的入射线——即线形光束——从而使其照射到容器的承载面62上并从其反射。光源50优选为结构光源，包括用于生成光束的激光二极管64，用于聚焦光束的透镜装置66，和用于将光束变换为线的直线发生器68。在一个典型实施例中，入射光线60是具有大约为1.9cm(0.75英寸)的宽度W的窄光线，其中该光束与容器交叉，见图3。该入射光相对于轴A成45°角，并从而相对于反射光束80成90°角。
透镜系统52(图2A和2B)被设置在承载面62和光传感器54之间，从而使其接收反射光束80，聚焦该光束并将聚焦光束82引导到光传感器。透镜系统52优选为失真透镜系统，并且优选地包括布置在菲涅耳或球面透镜组件92附近的圆柱形透镜组件90。菲涅耳或球面透镜组件92的选择至少部分是通过其焦距而作出的，其焦距影响光传感器相对于透镜系统的位置。该透镜系统被设计成将从承载面反射的光的某些部分引导到该光传感器，同时将该反射光的其他部分引导到该光传感器之外。也就是说，从入射光线60反射的平行于反射光束80(图3)的主光轴82(图2A和2B)的光被引导到光传感器54，即使该反射光轻微远离该光轴(图2B)。在图2A中，轴82上的反射光束80被引导到传感器54上，如反射光束112平行于从轴82的偏移。然而，由于倾斜表面120，相对于轴80成角度的光束122在与光束112照射到该传感器相同的位置上被折射到传感器54上。然而，在图2B中，平行于轴82的折射射线81被引导到传感器阵列102，而在不平行于轴82的路径83、85上的射线被引导到传感器阵列102之外。该特征改进了在扫描期间对于横向容器运动的不灵敏性。这些和其他光学属性改进了光学检测设备32的实际特性，因为它们允许少量的横向位置误差等，而不会拒绝本可以接收的容器。当然，透镜系统52可以具有其他特征和/或部件，例如非折射涂层、消色差性等。
光传感器54被设置在承载面62下方和透镜92的焦点附近，从而使其从透镜系统接收光束并将表示该承载面位置的电子信号传输到信息处理器56。光传感器54优选为包括线性阵列传感器102的照相机。该线性阵列传感器包括设置在直线上的CCD感知元件或像素阵列，每个通过赋予强度一个数值而记录照射该像素的光强度。根据一个优选实施例，传感器102包括512个线性排列的像素。可选地，光传感器54可以包括具有一个或多个行和列的区域阵列传感器，相对于反射光的一维直线，其为信息处理设备提供二维图像。如果该设备检测容器的其他参数，这可以是特别有用的一个布置。光传感器54可以是各种照相机中的一个，但是优选为行扫描照相机，例如Dalsa Orion系列高灵敏度行扫描照相机。信息处理器56以恒定的预定间隔扫描该线性阵列传感器，可以是空间或时间间隔，以获得从承载面62反射的光的图形。
信息处理器56与检测站20的各个部件和整个检测机器连通，能够基于从每个探头46、48的光传感器54接收的信息而分析该承载面。优选地，该信息处理器包括一个或多个输入和/或输出用于与容器旋转控制器30、两个探头46、48的光源50和光传感器54、以及操作者显示器58通信。该信息处理器优选地还包括第一和第二电子处理器96、98，和照相机控制器，可以仅仅指定一些可以被包括在该信息处理器内的可能部件。第一处理器96，也称为预处理器，压缩由光传感器54通过以大于该处理器扫描反射光的间隔的容器旋转间隔扫描该信息而提供的信息的数据。该拍摄或数据压缩技术将在随后进行更详细的说明。第二或主处理器98从预处理器96接收该压缩信息，并且执行被该光学检测设备使用的算法和其他命令。本领域普通技术人员将会理解，可以使用可比较电子设备和电子设备的组合来代替上述详细说明的信息处理器56。
在一般操作中，两个探头46、48中的每个发射照射到承载面62上不同点的入射光线60，并且每个探头记录入射在其各自光传感器54上的折射光束82的位置。这两个读数的比较允许该检测设备确定容器是否“倾斜物”，以及确定容器的其他参数。为了简洁起见，仅描述两个探头其中之一的操作，因为它们是以相同的一般方式工作。附图中所示的入射光线60和反射光束80沿着被称为“额定光轴”的轴排列，也就是说，在该承载面被包含在垂直于旋转轴A的平面内的理想条件下该入射和反射光的轴。该入射和反射光的额定轴与平行于轴A的轴成45°角。该额定光轴位于平行于轴A的平面内。因而，光传感器54生成表示来自旋转承载面的各种反射的数据流。该数据流被以传感器输出信号的形式提供到信息处理器56，其可以被直接发送到主处理器98用于分析，或者可以首先被发送到预处理器96以压缩。主处理器使用该传感器输出信号的信息来分析承载面的各种参数，包括容器倾斜和滚花深度。如果发现容器具有不可接受的商业变异，那么将该容器标记为不合格品并且在下游站被移出生产过程。
现在参照图4A-4D，使用光学检测设备32检测一种特定类型的承载面130，即具有一系列有峰134和谷136的滚花的滚花面。典型地，在围绕容器底部圆周延伸的承载面上使用滚花面。因为容器被旋转，所以每个滚花仅有三个部分产生实际照射光传感器54的反射波束，因为其他所有反射波束都不能到达该传感器。这三种情况在图4A-4D中表示。在图4A中，通过光源发射入射光140，从峰134反射从而将反射波束142引导到光传感器。因为入射光140从峰134的极尖端反射，所以该光表现为已经从垂直于轴A的平面反射。如图4B所示，容器的旋转使得入射光140现在在滚花谷136照射滚花面130。如在前图中所示，反射光束144表现为已经从垂直于轴A的平面反射。然而，反射光束144以距离B与反射光束142(显示为虚线)间隔，从而使得反射光束144在与反射光束142不同的点照射该光传感器。图4C示出了该容器的进一步旋转导致入射光140照射滚花面130和导致从连接滚花斜面双反射的情况。在这种情况下，入射光140被首先从第一滚花的向下斜面以钝角反射以使得它照射到第二相邻滚花的向上斜面，从而导致以钝角第二反射。在从这两个斜面反射之后，称为双反射，反射光束146被引导到光传感器并以距离C与光束142分离。再次，该反射光束所采用的不同路径导致反射光束146在与光束142不同的位置照射该光传感器。如果该入射光束在不同于这三点的任何点照射滚花，它都会以不能到达光传感器的方向从滚花表面130反射。因而，光传感器54在容器旋转期间接收的反射光是不连续的，其中它对于每个滚花记录三个离散(discfeet)的反射。图4D是示出了传感器54之一的输出的曲线图。点160是从滚花峰(图4A)的反射，点162是从滚花谷(图4B)的反射，点164是从滚花侧面(图4C)的双反射。典型的玻璃容器对于每个承载面具有不到两百个滚花，虽然这里仅显示了15个滚花。距离170(图4D)表示特定承载面的最高滚花蜂与最低滚花谷之间在高度上的差别。这两点高度之间的差是对于该容器相对于平均旋转轴的倾角(tilt)的一个测量，其如果除以承载面的直径并且乘以容器高度，则可以用于根据称为最小/最大方法的技术来确定容器的倾斜。距离172(图4D)表示特定滚花的峰和谷之间的距离，或滚花深度。该滚花深度可以作为单个读数获得，或者可以在多个读数中平均等。在本发明的当前实施例中不是用双反射图像164。
图5是对应于图4A-4D的光学检测的显示器58(图1)的示意性表示。更特别地，图上的每个标记对应于入射光被承载面反射并且被光传感器54接收的一个例子。参照图6和图7，描述了一种压缩由光传感器54所采集并且在图5中示出的数据的方法，从而最小化该系统上的存储和处理应变(strain)。图6的表分为行和列，每个交叉处是一个单独的像素。与每个单独像素相关的值表示该像素在一个特定时间点的光强度。例如，在扫描1，线性阵列传感器102的像素1记录“7”，像素2为“11”，像素3为“23”，等等。对于该线性阵列传感器的27个单独像素的光强度测量被扫描并且构成该表的第一列数据。该容器同时被驱动辊24旋转，从而在随后的扫描中，该线性阵列传感器对像素1记录“6”，，像素2为“9”，像素3为“0”，等等。该光传感器的第二次扫描构成第二列的内容。间隔176分离光传感器54的连续扫描，并且可以基于预定时间量或容器旋转的预定角度量。每一行表示在一系列七次扫描期间线性阵列传感器102的单个像素的光强度。在更大时间间隔178期间，其作为本示例中的七次扫描发生，预处理器106对于每个像素在这些扫描中选择最高的光强度；这个过程称为“子扫描”。包含在最后一列的题目为“传输数据”的数据是唯一被发送到主处理器108的数据。从而，光传感器54以第一间隔176对反射光进行连续扫描，而预处理器以大于第一间隔的第二间隔178对该光传感器输出进行连续扫描。本发明的光学检测设备能够利用本来所需要数据的一部分来确定容器倾斜，并且因为最高强度值被发送，所以该检测精确度没有显著降低。作为对于每个像素在扫描间隔178中选择最大值的替代，预处理器可以计算平均像素强度等。选择用于数据压缩的七次扫描同样不是关键的。
在图7中示出了表示根据本方法被预处理器106发送的子扫描信息的曲线图。图7的曲线图是图5中曲线图的压缩版本。更特别地，分解图5的子带的标记已经被去除，从而留下图7的浓缩、不间断子带180-184。因为被去除的大部分数据对应于斑点(spot)，所以不会丢失重要数据，因此精确度没有显著损失。在504行图像的示例中，在容器的单次旋转期间，每个容器被扫描504次，或者每0.71°一次。如果在每个第7次扫描后传输数据，那么实际上仅向主处理器108发送72行数据，而不是504行。因此，本发明的目的是压缩用于分析的数据而保持足够的信息以精确地执行检测。如前所述，在光传感器或预处理器的扫描之间的间隔可以基于容器的预定旋转位移例如0.71°，或者预定的时间量。本方法为光学检测设备32提供了许多好处，包括但不限于，低错误倾斜率，高捕获缺陷率，更快的边缘检测时间，和更低的存储需求。
参照图8，描述了可以被光学检测设备32使用以分析承载面的另一种方法。本方法利用了被称为最小二乘拟合技术的技术。本方法的目的是获得与相对于平面22a(即是滑板22的表面)得到的测量数据一致的承载面62的数学表达式，和确定该容器是否从该表达式倾斜。这里所使用的数学表达式将承载面上两点之间的高度差表示为角位置的函数。这两个位置对应于探头46和48通过入射光照射承载面的位置。容器200具有承载面62，和在承载面上180°分离布置的两个点204、206。点204和206相对于参照面22a的高度或轴向深度，分别被称为h1和h2。容器200围绕其轴A旋转，距离h1和h2根据容器的角位置而变化。在数学形式中，高度h1和h2之间的差可以通过下面的正弦表达式表示：
y(I)＝h2(I)-h1(I)＝a0+a*sin(2πI/N+θ0)     (公式1)；
其中a0是承载面从该平面的平均轴向偏移，a是该正弦波的振幅并且是被求解的基本变量，N是该正弦波的周期，θ0是该正弦波的初始相位。因此本发明的一个目的是使用该最小二乘拟合技术计算“a”的值，从而上述表达式对由光传感器54提供的测量数据进行最优建模。等式(1)的线性化使其很容易对该测量数据应用最小二乘拟合技术，并且得到a的值：
y(I)＝a0+a*sin(2πI/N+θ0)
＝a0+a*cos θ0*sin(2πI/N)+a*sinθ0*cos(2πI/N)
＝a0+a1*sin(2πI/N)+a2*cos(2πI/N)                  (公式2)
a＝√(a1 2+a2 2)                                      (公式3)；
一旦知道正弦波振幅a，就可以通过以下等式计算容器的倾斜：
倾斜＝a*容器高度/直径                               (公式4).
如果该计算的倾斜超过了预定量，那么该容器被视为“倾斜物”并且被认为不合格。
上面对最小二乘拟合技术的使用需要正弦波的一些初始知识，例如正弦周期N。上面所述的对所得到正弦波的最小二乘拟合计算和分析通常是很耗时的，特别是当完成对于正弦周期N的穷举搜索时。为了最小化所需的计算时间量，可以应用另一被称为黄金分割搜索技术的技术。黄金分割搜索是一种用于实现快速和准确搜索正弦周期N的线搜索方法，并且仅在建立特定瓶设计的检测期间需要。一旦找到正弦周期N，那么它就变成等式1中的一个已知参数。对于任何容器，可以基于每次测量的旋转和该图像中的扫描行数(例如在上述例子中为72扫描行)进行正弦周期的初始估计。一旦完成该初始估计，就在一个闭区间内执行黄金搜索比为0.168的线搜索。这一搜索的目的是使用多次迭代来确定给出最小拟合误差的正弦周期N。
例如，第一线搜索迭代包括搜索包括黄金分割点N1和N2的第一范围的可能N值。该第一范围从“开始”值开始，沿着按顺序通过黄金分割点N2和N1的直线延伸，并且在“结束”值终止。在N1处的被称为Q(N1)的拟合误差，被与在N2处的被称为Q(N2)的拟合误差相比较。如果Q(N1)≥Q(N2)，那么最优的N值位于该起始点和黄金分割点N1之间的线沿线；如果Q(N1)＜Q(N2)，那么最优的N值位于黄金分割点N2和该结束点之间的线沿线。因而，该第二线搜索区间是在开始-N1或N2-结束的范围内，两个范围都是比第一范围更小的范围。该第二线搜索迭代需要选择新的黄金分割点，因为该N1和N2值不再是在该搜索范围的中间。在第二搜索迭代的范围是开始-N1的情况下，选择新的黄金分割点N3和N4以使得它们在该范围内并且N4等于N2。再次，对于每一个新的黄金分割点计算拟合误差Q(N3)和Q(N4)；但是因为点N4等于点N2，所以只需要计算Q(N3)。如果Q(N3)≥Q(N2)，那么最优的N值位于黄金分割点N3和N1之间的线沿线；如果Q(N3)＜Q(N2)，那么最优的N值位于该开始点和黄金分割点N2之间的线沿线。以这种方式，在越来越小的范围上进行每次搜索迭代直到该过程收敛到最小化该拟合误差的最优N值。
本发明的光学检测设备可以使用以改进最小二乘拟合方法的另一技术包括使用最小/最大值。求解等式1并不是需要所有由光学检测设备测量的点，因为可以通过仅选择在最小和最大值的特定距离内的那些点来准确求解该等式。事实上，使用更少的数据点可以加快该最小二乘拟合算法的计算。例如，如果点A代表等式1中所表示高度差曲线的最大点，而点B代表最小点，那么该技术仅选择落在预定范围内的那些点，例如在点A和B之间差的15％内。然后可以仅对这些点执行最小二乘拟合方法。如果这样不能为精确测试提供足够的点，只需要将该百分比增加到能够供给足够点的水平。
从而已经公开了一种用于检测容器承载面的光学检测设备和方法，其完全符合在前提出的所有目的和目标。已经描述了多种可选和修改形式。本领域普通技术人员将会很容易得到其他可选和修改形式的启示。例如，预处理器106被显示为包括在信息处理器56内，然而，该预处理器也可以很容易地被集成到光传感器54或其他适当部件中。而且，入射光线60被描述为具有预定宽度W的光线，但是光源50发射入射光束来代替它也是可能的。上述讨论的大部分都是涉及滚花面的检测，然而，也可以很容易地检测非滚花或平滑承载面。在具有或不具有座环的平滑承载面的情况下，由光传感器接收的反射光束将是连续光束。本发明试图涵盖所有这些落在所附权利要求的精神和宽泛范围内的可选和修改形式。

Claims (20)

1.一种用于检测具有容器承载面(62)的容器的倾斜的设备，包括：
用于将容器(34)保持在位置上并且使容器绕轴(A)旋转的装置(24，26，28)，
设置在该容器下方的光源(50)，用于将光能引导到所述设备中的该容器的承载面上，
设置在容器下方的光传感器(54)，用于接收从容器承载面反射的来自所述光源的光能，和
耦合到所述光传感器的信息处理器(56)，用于将该容器承载面从垂直于所述轴的平面的偏离确定为所述反射光能和容器旋转的组合函数。
2.如权利要求1所述的设备，其中该容器(34)包括围绕该容器承载面的滚花(134，136)，并且所述信息处理器(56)响应于所述反射光能以确定所述滚花的深度。
3.如权利要求1或2所述的设备，其中所述信息处理器(56)包括用于以第一容器旋转增量扫描所述光传感器的预处理器(96)，和用于以大于所述第一增量的第二容器旋转增量从所述预处理器接收扫描数据的主处理器(98)。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述用于将容器保持在位置上并且使容器绕轴旋转的装置包括：隔开的支持辊(26，28)，用于外部啮合该容器；和驱动辊(24)，用于啮合和旋转该容器同时相对于所述支持辊固定该容器，以便所述驱动辊和所述支持辊与所述容器合作来将所述轴(A)限定为该容器几何形状和所述支持辊之间间隔的函数。
5.如权利要求1所述的设备，包括成对布置在所述轴的直径相对两侧的两个所述光源(50)和两个所述光传感器(54)，所述信息处理器响应于所述光传感器的输出的压缩而指示容器的倾斜。
6.如权利要求1所述的设备，用于检测具有多个滚花的承载面，其中所述光源和光传感器使得该滚花导致所述光传感器接收来自滚花峰(134)和滚花谷(136)的不连续反射。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述光传感器输出信号(54)至少包括表示来自该滚花峰(134)的反射的第一输出和表示来自该滚花谷(136)的反射的第二输出。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述信息处理器(56)被配置用于利用所述第一输出来确定容器倾斜。
9.如权利要求7或8所述的设备，其中所述信息处理器(56)被配置用于利用所述第一和第二输出来确定滚花深度。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述信息处理器(56)被配置用于生成表示该承载面上两个分隔位置之间高度差的正弦表达式。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述信息处理器(56)使用最小二乘拟合技术来获取所述正弦表达式的一个或多个变量的值。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述获取的值被用于确定容器倾斜。
13.如权利要求11或12所述的设备，其中所述信息处理器(56)使用迭代搜索方法来确定所述正弦表达式的正弦周期。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述迭代搜索方法是黄金分割搜索。
15.如权利要求11所述的设备，其中所述信息处理器(56)还使用包括最小/最大数据点的选择过程以提高该最小二乘拟合技术的效率。
16.一种检测容器承载面(62)的方法，包括步骤：
(a)提供面对该承载面的光源(50)，
(b)提供面对该承载面的光传感器(54)，
(c)使得该容器绕轴(A)旋转，
(d)促使所述光源发射光，该光从该承载面上的一个位置反射，
(e)促使所述光传感器记录该反射光到达所述光传感器的位置，和
(f)根据所述位置数据分析所述承载面从垂直于所述轴的平面的偏离。
17.如权利要求16所述的方法，其中该被检测的承载面是滚花表面。
18.如权利要求16所述的方法，其中步骤(e)包括压缩来自所述记录的位置数据的数据。
19.如权利要求16所述的方法，其中步骤(f)包括利用正弦表达式来建模该容器的承载面。
20.如权利要求19所述的方法，其中使用最小二乘拟合技术来求解所述正弦表达式的一个或多个变量。
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