CN1015930B - 玻璃容器壁厚检验设备 - Google Patents

Abstract

通过一测量振荡器检测玻璃瓶壁电容值并将之转换成周期性电压值。该周期性电压由锁相环产生，该环包括电压控制的基准振荡器，该振荡器被迫在与测量振荡器相同频率下工作。输入到基准振荡器的电压代表容器壁厚。检验设备的计算机利用下面的模型，将电容值转换成厚度值：

C(T)＝A×T/(1+B×T)

其中C是测定电容值，I是壁厚，A是小厚度的系数具线性关系，而B是较大厚度的系数具非线性关系。

Description

瓶子或容器是由熔融玻璃的料坯在一行列式玻璃容器制造机中通过首先将该料坯压成或吹成一个玻璃型坯，然后将型坯吹成容器制成的。当玻璃在此吹制过程中均匀分布时，壁厚就会均匀，但当玻璃分布不均匀时，就会出现薄的部位，这种薄部位会在装填或搬运过程中导致瓶子破碎。

玻璃所具有的高介电常数使得当瓶子沿着传感器滚动时，对位于紧靠传感器的与玻璃容器相接触的两个长型电极之间的玻璃容器的器壁有可能进行电容值的测定。此电容值随玻璃容器厚度的增加单调地增加而且可以采用一个将电容转换成电压的电子线路进行测量。当该瓶子沿着传感器滚动时可以不断地产生代表壁厚的电压值，而且当电压降低到低于一个选定值（该值代表最小壁厚）时，则被检验的瓶子就可以报废。

绝大多数现有的装置都存在着精度问题，这是由于所测量的电容的微小变化是由壁厚的变化（通常是以每0.001英寸壁厚的变化所测得的电容变化在0.001微微法数量级）产生的，且电容值的非线性变化则作为玻璃容器提供的在整个范围内的厚度的一个函数。

本发明的一个目的是提供一个模型，该模型用以将一个能准确地代表瓶子壁厚的测量电压转换成厚度尺寸。

本发明的其它目的和优点通过本发明说明书的下面部分和以下附图按照专利法规授权的一个根据本发明的工作原理所结合的最佳实施例的说明将会一目了然，其中：

图1是玻璃容器检验设备的检验站的一部分的一个斜视图。

图2是图1所示检验站的一个电子线路框图。

该玻璃容器检验设备具有一个用于检验圆瓶10的检验站，瓶10是通过支撑板12支持着并通过一个瓶子载运器14沿着支撑板12向前推进。在瓶子移动经过检验站时，载运器14将瓶通向多个（三个）在水平方向平行伸展的并在垂直方向具有一定间隔的电容传感片带16，而这些电容传感片带则固定在安装于相应的托架20上的弹性泡沫塑料片带18上。该托架通过柱体22连接到振荡器组件的相应的壳体24上，该振荡器通过经校准的电缆26接受一电容信号并产生一个提供给计算机30的电压信号。

使用在未检测玻璃前电容量约为50微微法拉的探头电缆组合件来进行玻璃厚度测量。探头对玻璃的灵敏度是玻璃厚度的每0.001英寸的变化相当于电容0.002微微法的变化，且电容量随玻璃厚度的增加而降低。

一个电容调谐测量振荡器（一个变压器耦合的LC振荡器）是将该探头与于一个带有用于反馈的附加绕组的铁氧体壶形磁芯电感器相并联而构成的。此测量振荡器是通过探头的电容进行调谐由此将电容的微小变化（瓶子厚度的变化）转换成频率的微小变化。此输出频率传送到一个调谐中间放大器，该放大器将所考虑的频率范围以外的频率信号舍弃。一个与该测量振荡器相同的电容调谐基准振荡器是采用一个相同的电感器和一个其电容值等于探头电缆组合件在无玻璃时的电容值的稳定电容组成的。

对每个振荡器要加上一些以变容二极管形式的附加电容（一个与反向偏压调谐二极管相串联的电容器）。该网络值的选择是要使该二极管能够在整个电压范围内（由-3V至-10V）利用一个偏压电阻加偏压。由于网络和变容二极管引起的电容值的变化选定成约等于要求检验的最大玻璃厚度的电容变化。

在该最佳实施例中，测量振荡器的变容二极管偏压作为一个起始点 而设定在其变化范围的中点附近而对基准振荡器内变容二极管的偏压值则设定在其最低点（在上述实例中为-10V）。

形成一个锁相环以便通过将两个振荡器的输出与一个鉴相倍增器相耦合来调整电压值使得探头和玻璃的电容值与基准振荡器的基准电容值（变容二极管）准确地匹配。经检测的相位馈送至一个环路补偿网络（一频带宽度整形滤波器）和放大器。由于放大器的增益，在相位上微小误差就会异致相当大的电压输出。该环路是通过一个增益和偏压放大器而形成闭合回路的，该放大器的设定如下：当放大器是在所要求的最低值（在所述情况下为0V）输出时，则变容二极管设定在最低电容值（对变容二极管为-10V）。设定增益使得所要求的放大器的最大输出（5V）将变容二极管设定到最大电容值（对变容二极管为-3V）。

为使测量振荡器和基准振荡器在完全相同的频率下进行工作将锁相环闭合。当探头没有检测到玻璃时，在基准振荡器变容二极管设定在最低值时，两者的频率是相等的，因此环路放大器的输出为零。当将玻璃加到探头处时，环路放大器的输出就使基准振荡器内的变容二极管电容值改变，其变化量正好等于由玻璃壁厚引起的测量振荡器电容值的变化。变容二极管的电容与电压的特性关系是已知的，并由此可将这数据转化成电压与电容的曲线图。变容二极管的电容量作为所施加电压的函数而缓慢变化。可以通过增益和偏压放大器的作用将此曲线进一步转换成更便利的电压换算关系。

变容二极管电压与电容关系曲线是非线性的。在变容二极管的偏压点上的一个偏移就会引起此曲线图上不希望出现的比例因数的偏移。因此，当出现使无玻璃值由所要求的设定点偏移的变化时，则测量振荡器内的变容二极管的电压发生变化。由于所发生的主要变化是由温度变化造成的，控制输入就可以看作温度补偿输入。这样就保持了锁相输出的比例。

玻璃厚度信号是通过将锁相环的输出经过一个限制低通滤波器和一个单位增益缓冲放大器得到的。由该处，该信号可随意地送至一个与控制装置相耦合的A/D转换器。

相当于无玻璃时的样值经过一个对D/A转换器进行整调的反馈算法进行处理。这样就保持了两个振荡器的基频是在同一频率，也就是当不存在玻璃时，其频率将保持固定在一个选定的数值上，甚至存在温度变化和杂散电容时也是如此。

该测量振荡器可以用作锁相环的输入而基准振荡器可以用作电压控制振荡器（VCO）;因为锁相环调谐了VCO，从而在它与输入频率之间不存在稳定状态频率误差，基准电容的电容值必须与探头/瓶子组合的电容值进行精确地匹配。基准电容的端电压值提供了代表瓶子壁厚度的良好表示，实际上它仅仅受到测量与基准振荡器之间的匹配和变容二极管的温度漂移系数和灵敏度的限制。

由于电容值的一个非线性变化是作为在整个玻璃容器上所形成的厚度变化范围的一个函数，因此必须提供以一个线性化电路。

该线性化电路是采用与一个具有“优良感受性”的电容-壁厚关系模型相结合的基本非线性回归技术。回归技术是众所周知的，而且其成败决定于模型的正确选择也是众所周知的。如果该模型不是代表具足够的准确性的数据则回归的结果就是不准确的。而且，假定一个“优良的”模型也是非常困难的。探头电容与容器壁厚之间的关系是完全非线性的。探头的优良设计不能改进这种情况，因为所要求的周边测量值的分辨率与壁厚值是同一个数量级。这样，容器内的电场必须落在容器壁厚的整个范围内以产生一个按比例地非线性电容函数。壁厚与电容之间的关系不能通过分析方法得到，因为它是一个高度地非理想几何形式的麦克斯韦方程（Maxwell′s    equations）的三维解。计算机数字题解法是可以解决的，而且这些求解提供对探头设计的了解，以这些方法应用于壁厚的 测量装置以确定测得电容值所对应的厚度值既太麻烦又费时间。尽管如此，综合上述事实如下：

厚度与电容之间的关系对于较小厚度必须是线性的。当厚度增加时，电容值将接近“无限大厚度”值。假定在这两种解法之间出现在一个厚度值为探头间隙的一半左右的“交叉”点（“cross-over”point），则可以提出一个模型，该模型可以用一经验公式非常好地表示壁厚数据。此模型如下：

C（T）＝A×T/（1+B×T）

其中：

C是测定电容值，T是壁厚，A是描述较小厚度的系数，是线性关系，而B是描述较大厚度的系数，是非线性关系。该“无限大厚度”电容是A/B而交叉壁厚是1/B。此模型也是容易在一个壁厚测量装置中应用的，因为“假的”（pseudo）线性回归技术可以由两个或多个已知的C和T的成对值（例如通过试验确定的）来计算A和B值。

Claims (1)

1、一种玻璃容器壁厚检验设备，其特征在于该设备包括：

电容传感装置，用于提供一个代表所检测的电容的输出信号；

一种用以将玻璃容器壁的一部分输送到所述电容传感装置的装置；

其特征在于，所述检验设备还包括：

一种用以根据上述输出信号将所检测的电容值利用经验公式转换成代表壁厚的数据的装置，所用模型如下：

C(T)=A×T/(1+B×T)

其中C是测定电容值，T是壁厚，A是描述较小厚度的系数，是线性关系，而B是描述较大厚度的系数，是非线性关系。

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