CN103477212A - 用于检测透明容器中材料分布缺陷的方法及装置 - Google Patents

用于检测透明容器中材料分布缺陷的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检测透明容器(2)上薄型缺陷的探测方法，该透明容器具有中心轴(A)，针对分布在探测区域上的一连串探测点，其中这些探测点一方面取决于所述容器沿中心轴(A)所取的高度而另一方面取决于所述容器的周边而覆置，该方法包括如下步骤：发出光束(9)以便在光传感器(16)上提取来自容器壁的内表面(6)和外表面(5)的反射光束(12,11)，在每个探测点处根据外表面与内表面的反射光束之间在与光传感器(16)齐平处的间隔来测量壁(3)的厚度，通过分析厚度测量值在探测区域上的分布来处理所述厚度测量值以从中提取几何特征，并将这些几何特征与参考值进行比较以确定所述容器是否具有材料分布缺陷。

Description

用于检测透明容器中材料分布缺陷的方法及装置
技术领域
本发明涉及诸如瓶(bottle)、罐(pot)或烧瓶(flask)等具有透明或半透明特性的容器的光电探测技术领域，用于检测材料分布缺陷尤其是通常被称为薄型(thin type)缺陷的局部厚度缺陷。
本发明的目的还在于提出一种用于确定容器所出现的材料分布缺陷的性质或类型的探测技术，以纠正造成这些缺陷的原因。
背景技术
在玻璃容器制造技术领域，已知存在这样的风险，即容器有一个或多个材料分布不良的局部区域会影响美观，更糟糕的是会影响容器的机械抗力。已知最小厚度或“薄区”的缺陷主要形成于容器的特定区域并且表现出不同的曲率半径，例如容器的肩部或根部(heel)。为了检测这些缺陷，例如由专利EP0320139得知，通过沿这样的角度向容器壁发出光束使得部分光束被壁的外表面反射并且部分光束折射入壁中再被壁的内表面反射来测量容器的厚度。壁的内表面和外表面所反射的光束由菲涅尔透镜提取（recovered）以被发送至线性光传感器。容器壁的厚度是根据壁内表面和外表面的反射光束之间在与光传感器齐平处的间隔而测量的。
驱动所述容器旋转一周来测量其一个横截面相应的厚度。优选地，该横截面位于容器诸如根部或肩部等有很大风险形成薄区的区块zone)中。
文献EP0871007描述了用于测量容器的壁厚和/或椭圆成形(ovalisation)的类似技术。在同样意义上，文献GB2195278描述了一种用于确定玻璃容器的各种特定物理特征（诸如玻璃厚度、容器中易于出现的畸变（irregularity）和缺陷）的处理。
由之前已知方案的分析可注意到，这些方案都没有确定容器所出现的材料分布缺陷的性质或类型。实际上，所采取的测量被理解为对应于一种类型的缺陷（例如薄区），然而事实上却对应于另一种类型的缺陷（例如模缝线（parting line））。
发明内容
因此，本发明目标在于通过提出一种用于可靠检测透明或半透明容器上易于出现的材料分布缺陷的新型探测技术来弥补现有技术的缺点。
为达到这一目标，根据本发明的探测处理意图检测透明容器中材料分布缺陷，该透明容器具有中心轴以及在外表面和内表面之间限定的壁，针对分布在探测区域上的一连串探测点，其中这些探测点一方面取决于所述容器沿中心轴所取的预定高度而另一方面取决于所述容器的周边而覆置，所述处理包括：
-循这样的角度向所述容器的所述壁发出至少一条光束，使得部分光束被所述壁的外表面反射而另一部分光束折射入所述壁中再被所述壁的内表面反射，
-在光传感器上提取来自所述内表面和外表面的反射光束，
-在每个探测点处根据所述外表面与所述内表面的反射光束之间在与所述光传感器齐平处的间隔来测量所述壁的厚度。
根据本发明，所述处理包括：
-通过分析厚度测量值在所述探测区域上的分布来处理所述厚度测量值以从中提取几何特征，并将这些几何特征与参考值进行比较以确定所述容器是否具有材料分布缺陷。
本发明的另一目的是提出一种用于确定所述容器出现的材料分布缺陷的类型的处理。
为了实现这一目标，所述处理包括：将从所述厚度测量值中提取的所述几何特征与对应于不同类型材料分布缺陷的参考值进行比较，以确定所述容器出现的材料分布缺陷的类型。
并且，根据本发明的所述处理还可具有在以下附加特征中的至少之一和/或另外的特征的组合：
-将表面、长度、宽度、取向、准确度、幅度、和/或斜度作为所述厚度测量值的几何分布特征纳入考虑，
-将小于临界厚度值的厚度测量值的几何特征纳入考虑以表征薄型缺陷的存在，
-将所述厚度测量值的分布的所述取向和/或所述准确度纳入考虑以表征偏移模缝线类型的缺陷的存在，
-将所述厚度测量值的分布的所述取向纳入考虑，以通过所述厚度测量值的分布的局部和快速变化来表征气泡类型的缺陷，
-通过以下步骤针对所述一连串探测点进行探测：
·以光线的形式发出光束，该光线的长度根据所述容器沿所述垂直轴所取的高度来确定，
·根据所述容器沿所述垂直轴所取的高度来选取一连串探测点，以便针对所述一连串探测点的每一个来提取所述内表面和外表面的反射光束并测量所述壁的厚度，
·相对于所述光传感器使所述容器相对移动一周，以及
·为所述容器选取这样的位移增量节距，使得针对每个位移增量节距重复进行如下操作，该操作用于确定所述壁在基于所述容器高度的不同探测点处的厚度，
-根据所述容器的高度选取介于3到50个之间的探测点且优选为大约20个探测点，所依据的探测节距根据所述容器的高度为0.02到5mm之间且优选为大约1mm，所具有的增量节距根据所述容器的周边为介于0.5到5mm之间且优选为1mm左右，
-根据对应于探测区块的容器高度来选取特测点，以覆盖诸如所述容器的肩部或根部等所述壁上具有不同曲率半径的至少一个连接部区块，
-借助适用于获取二维图像的光传感器来提取所述外表面和内表面的反射光束，通过该二维图像进行不同点处的厚度测量，
-发出具有色彩编码的光束，在用于分析所述反射光束的波长的传感器上提取所述内表面和外表面的反射光束，以及根据所述反射光束的波长确定所述厚度，
-沿所述光传感器的垂直和/或水平方向和/或随着时间对所述光传感器传递的信号进行过滤、插补或校正。
本发明的另一目的是提出用于可靠地检测材料分布缺陷的设施。
为了达到这一目标，用于检测透明容器中材料分布缺陷的探测设施，该透明容器具有中心轴以及在外表面和内表面之间限定的壁，该设施用于执行以下处理：
-光源，用于以光线的形式向所述容器的壁发出光束，该光线的长度根据所述容器沿所述垂直轴所取的高度来确定，所述光束沿这样的角度发出，使得部分光束被所述壁的外表面反射而另一部分光束折射入所述壁中再被所述壁的内表面反射，
-光传感器，能够提取来自所述内表面和外表面的反射光束，
-相对位移系统，使所述容器根据所述中心轴相对于所述光传感器而移动，
-获取和处理单元，连接至所述光传感器，并包括：
·用于选取一连串探测点的单元，这些探测点的分布一方面取决于所述容器沿所述中心轴所取的高度而另一方面取决于所述容器的周边而覆置，
·用于在每个探测点处测量所述壁的厚度的单元，其根据所述外表面与所述内表面的反射光束之间在与所述光传感器齐平处的间隔来测量所述壁的厚度，
·用于提取几何特征的单元，其通过分析厚度测量值在所述探测区域上的分布来处理所述厚度测量值以从中提取几何特征，
·用于确定所述容器是否具有材料分布缺陷的单元，其将这些几何特征与参考值进行比较以确定所述容器是否具有材料分布缺陷。
并且，根据本发明的设施还可以在如下附加特征中以至少之一和/或另外的特征的组合形式出现：
-所述光传感器为矩阵相机，其连接至用于获取二维图像的所述获取和处理单元，
-所述光传感器为光谱仪，其用于分析所述内表面和外表面上的所述反射光束的波长，且该反射光束源自具有色彩编码的光束。
附图说明
通过以下结合说明书附图的描述将显现各种其他特征，这些附图以非限制性示例的方式示出本发明目的的实施例。
图1为根据本发明的探测设施的第一变型实施例的示意图。
图2为以截面示出通过图1所示设施来探测容器的示意图。
图3为通过图1和图2所示探测设施得到的图像示例。
图4为示出根据本发明的探测设施的另一示例性实施例的示意图。
图5至图8为示出与分别为薄区型、偏移模缝线、气泡和边翼（wing）的缺陷对应的不同厚度分布的图示。
图9为容器在确定高度上360°范围的厚度分布的呈现。
具体实施方式
图1至图3示出用于检测具有中心轴A的透明或半透明容器2上材料分布缺陷的设施1的第一示例性实施例。从图2更清晰明显地看出，每个容器2具有在外表面5与内表面6之间限定的旋转壁3。
与本发明相协调，设施1适用于检测容器2的壁3中的材料分布缺陷。在玻璃容器的情况下，设施1的目标是检测玻璃分布不良的缺陷。设施1主要检测薄型缺陷作为材料分布缺陷。作为材料分布缺陷，设施1还检测偏移模缝线、形成边翼(wing)、形成气泡以及细微气泡（或碎片）、毛刺(pin)、褶皱(fold)、撕裂(tear)、花岗岩式玻璃外表、孔粘连(stuck to forcep)等。
优选地，设施1适用于观察在容器的整个周边上延伸的区块或探测区域7，其沿中心轴A所取的高度涵盖了易于出现薄区（作为材料分布缺陷）的整个区块。所述探测区域7沿二维表面延伸。例如，探测区域7对应于容器的根部或肩部。所述探测区域7沿着0.5到50mm之间且优选为20mm左右的高度在容器的整个周边上延伸。
设施1包括光源8，其适用于以光线L的形式向容器的壁3发出光束9，光线L的长度根据容器沿中心轴A所取的高度来确定。例如，光源8为激光。根据本发明的有益特征，沿中心轴A所取的光线L的长度至少对应于探测区域7的高度。
光束9沿这样的角度发出，使得光束9的部分11被外表面5反射且光束9的部分12折射入壁3中再被壁的内表面6反射。从图2更清晰明显地看出，发出光束9导致得到外表面5的反射光束11和内表面6的反射光束12。
所述设施还包括光传感器16，其能够提取分别来自外表面5和内表面6的反射光束11、12。光传感器16优选为用于获取探测区域7的二维图像的矩阵相机(matrix camera)。相机16连接至用于获取和处理相机所拍摄图像的获取和处理单元17。相机16以及获取和处理单元17并没有更详细的描述，这是因为它们对于专业人员是公知的。
探测设施1还包括用于容器2相对于光传感器16的相对位移系统18，以便通过在容器的相对位移期间拍摄连续图像来实现沿容器的整个周边对其进行探测。根据优选的变型实施例，位移系统18确保容器绕其中心轴A旋转一周(one turn)。在框架式容器(form container)的情况下，也即，在容器不具有一般圆柱形状的情况下，是在容器的整个周边或周边(perimeter)进行所述探测。
图3示出由相机16在容器相对于相机的确定角度位置所拍摄的图像I1的示例。图像I1一方面显示来自壁3外表面5的反射光束11的图像，另一方面显示来自壁3内表面6的反射光束12的图像。所述反射光束11、12的图像基于两条光线而出现在图像I1上，这两条光线沿中心轴A的长度对应于探测区域7的高度，并且沿垂直于中心轴A的方向以对应于壁3厚度的距离相互远离。所述获取和处理单元17适用于在容器2旋转一周期间拍摄容器2的壁3的连续图像。换言之，所述获取和处理单元17每隔容器的确定旋转节距就拍摄两幅连续图像，该确定旋转节距例如沿容器的周边而处在0.5到5mm之间且优选为1mm左右。
对于每幅拍摄的图像，获取和处理单元17都选取基于容器沿中心轴A所取的确定高度而覆置分布的一连串水平位或探测点h1、h2…hi。
例如，按照0.02到5mm且优选约1mm的探测节距针对探测区域7选取沿容器高度3到50个探测点hi（优选为20个探测点左右）。在图3所示的示例中，沿着探测区域7中的容器高度（等于20mm）取有11个探测点hi。对于每个探测点hi，获取和处理单元17根据内表面6和外表面5的反射光束11、12之间的在图像I1水平位处的间隔来确定壁3的厚度。换言之，针对每个水平位hi来确定壁3的厚度。在图3所示的示例中，在图像I1中对应于每个高度或水平位hi来确定11个厚度。
在沿着容器2整个周边拍摄的不同图像上重复这一用于在图像中确定壁3厚度的操作。为此，将容器2设置为绕其中心轴A旋转一圈。具体对于所示示例中的旋转，在容器2的每个位移增量节距处，获取和处理单元17拍摄图像并沿着不同的选取点或探测水平位hi来确定壁3的厚度。优选地，探测点的数目和位置在图像彼此之间保持相同。在所示示例中，对于例如1mm的每个角度偏移，获取和处理单元17持续沿着11个确定的水平位hi来测量探测区域7的厚度。
图4示出另一变型实施例，其中发出至容器2的光束9具有由至少一个彩色探头(chromatic probe)81生成的彩色编码(chromatic coding)，也即，光束9具有已知的且具有选取数值的不同波长以实现壁3的厚度检测。
如结合图1至图3所述，由发源于一个或多个彩色探头的一条或多条基本光束形成的光束9也具有确定高度用以覆盖探测区块7中的容器表面。光束9聚焦于壁3上，使得光束在内表面6和外表面5上反射。由内表面6和外表面5反射的光束被彩色探头81提取并被引向诸如光谱仪等光传感器16用以分析外表面5和内表面6的反射光束的波长。根据所述反射光束的波长，获取和处理单元如上文所述来确定壁3在不同探测点hi处的厚度。
获取和处理单元17通过搜查在不同探测点hi处确定的厚度测量值中是否有至少一个小于临界最小厚度值来处理所述厚度测量值。该临界最小厚度值对应于薄区的存在。在至少有一个厚度测量值小于所述临界最小厚度值的情况下，获取和处理单元17提供指出容器有缺陷的缺陷信号。
根据优选特征，获取和处理单元17通过分析小于临界厚度值的厚度测量值分布来处理厚度测量值，确定容器是否存在作为材料分布缺陷的薄区。将沿壁3表面两个方向的厚度测量值纳入考虑，给出关于所关注缺陷的形状的额外指示。
根据本发明的特征，通过分析整个探测区域7上的厚度测量值分布来处理厚度测量值，以从中提取诸如表面、长度、宽度、取向(orientation)、准确度(correctness)、幅度(amplitude)、和/或斜度(slope)等几何特征。实际上，除薄区之外，诸如形成气泡、偏移模缝线、毛刺（…）等每种材料分布缺陷都具有“几何标记”。
图5至图7示出探测区域7中厚度测量值分布E的三个示例，其每一个都具有一种材料分布缺陷的几何标记特征。
图5示出厚度分布不良的缺陷，其关联到容器的形状问题。将厚度测量值E（尤其是那些小于临界厚度值的）的几何特征纳入考虑，表征出薄型缺陷的存在。
图6示出偏移模缝线类型的缺陷，其几何标记表现在厚度测量值分布E的取向和/或准确度上。
图7示出气泡类型的缺陷，其几何标记的特征在于厚度测量值分布E的局部和快速变化。
图8示出边翼类型的缺陷，其几何标记的特征在于厚度测量值分布E的局部快速和连续变化。
图9示出容器沿着整个外围A(°)且在确定高度H(mm)上的厚度测量值分布E(mm)的示例。
将从厚度测量值分布中提取的几何特征与对应于已知或已查明的不同类型材料分布缺陷的参考值进行比较。这种比较确定了容器是否确实具有材料分布缺陷。根据变型实施例，这种比较识别出容器所出现的材料分布缺陷的类型。这种对材料分布缺陷类型的识别从纠正缺陷的角度给出造成这一缺陷的原因。
为了改善对缺陷类型的检测，获取和处理单元17还可从相机16所拍摄图像上出现的反射光束11、12的图像中将外表面5和内表面6的相对轮廓(relative profile)纳入考虑。
本发明的目的在于通过将薄区与其他材料分布缺陷区分开来而可靠地检测薄区的存在。优选地，这一检测是在沿容器的表面延伸并且涵盖易于形成薄区的整个区块的局部区域中进行。当然，同时探测同一容器的数个区块也是可行的。
本发明的另一优点是在对光传感器16传递的信号进行分析时沿两个方向过滤信号并应用算法和二维图像处理过滤器(filter)来检测反射光束11、12的图像（图3）。这一过滤操作例如纠正了由于容器表面瑕疵而产生的信号的风险。
因此，根据优选的变型实施例，可沿着厚度的测量方向来进行所述过滤操作。
在这方面，应注意到在基于三角测量法进行测量处理的情况下，图3中所示图像的横坐标对应于线性或矩阵光传感器的横坐标。该横坐标取决于内表面和外表面上所反射光束的偏离。由在所述两个表面上反射光束之间的距离以及因此而得的它们的横坐标跨度确定所述厚度。即使在光传感器是一组覆置线性图像传感器时也可将图3看作是矩阵图像。
在基于色彩编码进行测量处理的情况下（图4），图3中所示图像的横坐标对应于波长。该测量原理实际上是通过借助于强色差透镜(chromatic lens)聚焦大量的多色精准光源（或狭槽）来获得色彩编码。在内表面和外表面上反射的光束并非相同的主导（dominant）色彩。在经过针孔或狭槽型的过滤之后，单色仪（monochromator）将光束水平地分布在一连串覆置的线性传感器或者是矩阵传感器上。图3因此示出与三角测量系统非常类似的方案，但认为横坐标为波长。
当然，在测量的所有阶段，都能够根据光传感器的垂直和/或水平方向、和/或随着时间对光传感器16所传递的信号进行过滤、插补(interpolate)或校正。由于对光传感器所传递信号的获取是针对容器的每个旋转增量来完成的，所以根据时间进行过滤被归于根据旋转角度（也即根据容器的周边）进行过滤。
由于能够不脱离本发明的范围作出各种修改，所以本发明并不限于所描述和展现的示例。

Claims (15)

1.一种用于检测透明容器(2)中材料分布缺陷的探测处理，该透明容器具有中心轴(A)以及在外表面(5)和内表面(6)之间限定的壁(3)，针对分布在探测区域(7)上的一连串探测点(hi)，其中这些探测点(hi)一方面取决于所述容器沿所述中心轴(A)而确定的高度而另一方面取决于所述容器的周边而覆置，所述处理包括：
-循这样的角度向所述容器的所述壁发出至少一条光束(9)，使得部分光束(11)被所述壁的外表面(5)反射而另一部分光束(12)折射入所述壁中再被所述壁的内表面(6)反射，
-在光传感器(16)上提取来自所述内表面(6)和外表面(5)的反射光束(12,11)，
-在每个探测点(hi)处根据所述外表面与所述内表面的反射光束之间在与所述光传感器(16)齐平处的间隔来测量所述壁(3)的厚度，
其特征在于该处理包括：
-通过分析厚度测量值在所述探测区域(7)上的分布来处理所述厚度测量值以从中提取几何特征，并将这些几何特征与参考值进行比较以确定所述容器是否具有材料分布缺陷。
2.如权利要求1所述的探测处理，其特征在于其包括：
将从所述厚度测量值中提取的所述几何特征与对应于不同类型的材料分布缺陷的参考值进行比较，以确定所述容器出现的材料分布缺陷的类型。
3.如权利要求1或2所述的探测处理，其特征在于其包括：
将表面、长度、宽度、取向、准确度、幅度、和/或斜度作为所述厚度测量值的几何分布特征纳入考虑。
4.如权利要求2和3所述的探测处理，其特征在于其包括：
将小于临界厚度值的厚度测量值的几何特征纳入考虑以表征薄型缺陷的存在。
5.如权利要求2和3所述的探测处理，其特征在于其包括：
将所述厚度测量值的分布的所述取向和/或所述准确度纳入考虑以表征偏移模缝线类型的缺陷的存在。
6.如权利要求2和3所述的探测处理，其特征在于其包括
将所述厚度测量值的分布的所述取向纳入考虑，以通过所述厚度测量值的分布的局部和快速变化来表征气泡类型的缺陷。
7.如权利要求1所述的探测处理，其特征在于其包括通过以下步骤针对所述一连串探测点(hi)进行所述探测：
-以光线的形式发出光束(9)，该光线的长度根据所述容器沿所述垂直轴(A)所取的高度来确定，
-根据所述容器沿所述垂直轴(A)所取的高度来选取一连串探测点(hi)，以便针对所述一连串探测点(hi)的每一个来提取所述内表面(6)和外表面(5)的反射光束并测量所述壁的厚度，
-相对于所述光传感器(16)使所述容器(2)相对移动一周，以及
-为所述容器(2)选取这样的相对位移增量节距，使得针对每个位移增量节距重复进行这样的操作，该操作旨在确定所述壁(3)在基于所述容器高度的不同探测点(hi)处的厚度。
8.如权利要求1至7任一项所述的探测处理，其特征在于其包括：
根据所述容器的高度选取介于3到50个之间的探测点(hi)且优选为大约20个探测点，所依据的探测节距根据所述容器的高度为0.02到5mm之间且优选为大约1mm，所具有的增量节距根据所述容器的周边为介于0.5到5mm之间且优选为1mm左右。
9.如权利要求1至8任一项所述的探测处理，其特征在于其包括：
根据对应于探测区块(7)的容器高度来选取探测点(hi)，以覆盖诸如所述容器的肩部或根部等所述壁(3)上具有不同曲率半径的至少一个连接部区块。
10.如权利要求1至9任一项所述的探测处理，其特征在于其包括：
借助适用于获取二维图像的光传感器(16)来提取所述外表面(5)和内表面(6)的反射光束(12,11)，通过该二维图像进行不同点(hi)处的厚度测量。
11.如权利要求1至9任一项所述的探测处理，其特征在于其包括：
发出具有色彩编码的光束，在用于分析所述反射光束的波长的传感器上提取所述内表面(5)和外表面(6)的反射光束，以及根据所述反射光束的波长确定所述厚度。
12.如权利要求1至11任一项所述的探测处理，其特征在于其包括：沿所述光传感器的垂直和/或水平方向和/或随着时间对所述光传感器(16)传递的信号进行过滤、插补或校正。
13.一种用于检测透明容器(2)中材料分布缺陷的探测设施，该透明容器具有中心轴(A)以及在外表面(5)和内表面(6)之间限定的壁(3)，该设施用于执行如权利要求1至12任一项所述的处理，其特征在于该设施包括：
-光源(8)，用于以光线(L)的形式向所述容器的壁(3)发出光束(9)，该光线的长度根据所述容器沿所述垂直轴(A)所取的高度来确定，所述光束沿这样的角度发出，使得部分光束被所述壁的外表面反射而另一部分光束折射入所述壁中再被所述壁的内表面反射，
-光传感器(16)，能够提取来自所述内表面(6)和外表面(5)的反射光束，
-相对位移系统(18)，使所述容器相对于所述光传感器(16)而移动，
-获取和处理单元(17)，连接至所述光传感器(16)，并包括：
·用于选取一连串探测点(hi)的单元，这些探测点(hi)的分布一方面取决于所述容器沿所述中心轴(A)所取的高度而另一方面取决于所述容器的周边而覆置，
·用于在每个探测点(hi)处测量所述壁(3)的厚度的单元，其根据所述外表面(6)与所述内表面(5)的反射光束之间在与所述光传感器(16)齐平处的间隔来测量所述壁(3)的厚度，
·用于确定所述容器是否具有材料分布缺陷的单元，其通过分析厚度测量值在所述探测区域(7)上的分布来处理所述厚度测量值以从中提取几何特征，并将这些几何特征与参考值进行比较以确定所述容器是否具有材料分布缺陷。
14.如权利要求13所述的设施，其特征在于所述光传感器(16)为矩阵相机，其连接至用于获取二维图像的所述获取和处理单元。
15.如权利要求13所述的设施，其特征在于所述光传感器(16)为光谱仪，其用于分析所述内表面(6)和外表面(5)上的所述反射光束的波长，且该反射光束源自具有色彩编码的光束。
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