CN1052066C - 容器口部尺寸参数的光学检测设备和方法 - Google Patents

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用于检测容器口部(12)的外部尺寸参数的设备(10)，包括一将光能导向容器(14)的口部(12)的光源(14)和一用于接受由该光源照射的容器口部图像的矩阵列传感器(24)。定位一个远心镜头(32)，将由平行于远心镜头轴线运行的光能形成的容器口部轮廓的图像(42)聚焦在矩阵列传感器(24)上，口部轮廓在传感器上呈现出白背景下的黑图案。矩阵列传感器在容器旋转的增量上扫描，测定容器口部的一个或多个尺寸参数。

Description

容器口部尺寸参数的光学检测设备和方法
本发明涉及容器尺寸参数的非接触式测量，特别涉及一种光学测量一个容器口部轮廓的外部尺寸的设备和方法。
在容器制造领域内，″容器口部″一词一般指的是容器上限定其嘴部的部分。例如一个瓶子，口部包括带有螺纹的容器颈部和/或用于接受容器盖的肩部，以及围绕着容器嘴补盖安置于其上的颈部的上表面。容器开口制造得合适，具有理想的外部几何特征，这是非常重要的，这样才能使盖固定其上密封容器，避免泄漏、处理和贮存时饱和碳酸的溢出。
转让给本受让人的美国专利US4701602公开了一种用于检测透明容器，特别是玻璃容器的口部的方法和设备，它包括一个装置，用来在容器绕其中心轴转动时将散射光能引导横向穿过容器口部；一个相机包括多个排成一个与容器轴线成角度的并与其共平面的直线列的光敏元件或象素，以观察外部和内部壁面，后者穿过开着的容器嘴。在容器转动的各增量上，用一个信息处理器对照相机直线列的各元件取样，并将各元件处指示光照度的相应数据作为元件号和扫描增量的复合函数存入一个阵列存贮器中。容器停止转动后将这些数据与表征一个可接受的容器口部的标准数据比较，如果比较的结果超出一个可由操作者调节的界限，则产生一个废弃信号。
转让给受让人的另一个美国专利US4958223公开了一种容器被夹持绕其中心轴转动时检测其口部的方法和设备。定位一个光源来将扩散的光能引导到容器的口部上，从该光源穿过容器轴线处定位一个照相机。该相机包括一个以相机的聚焦元件定位的矩阵传感器，接收被光源照射的容器口部的图象。信息处理电子器件与相机列耦合，来指示作为入射到检测容器口部的结构商业变量或几何参数的矩阵元件上的光照度的差函数的光学特性。
虽然上面引用的专利所公开的系统与以往的开口检测技术相比有显著的优点，仍需进一步加以改进。例如专用于测量容器开口的外部尺寸参数，例如与容器开口区域的内部结构变化相对的外部尺寸时，非常需要得到容器轮廓的清晰图象，即，轮廓边缘的过渡段具有高度反差和黑白鲜明的特征。本发明的一个总的目的是提供一个特征在于轮廓图象边缘处具有这种鲜明过渡的系统的和方法，从而适合改进并加强口部轮廓尺寸参数测量的精度。
按照本发明的检测一容器口部的外部尺寸参数的设备包括一个用于将光能引导到容器的口部之上的光源，并设置一个矩阵列传感器来接收被该光源照射的容器口部的图象。将一个远心镜头与一个相机镜头组合定位，从而在矩阵列传感器上聚焦一个由平行于远心镜头轴线运行的光能所形成的容器口部轮廓的图像。这样口部轮廓就在传感器上呈现出白背景上的黑图像。对矩阵传感器扫描，最好在容器转动的各增量上，形成多个口部轮廓的电子二维图像，各图像来自口部的不同方位，从这些图像测得一个或多个尺寸参数。采用远心镜头装置有效地避开了不平行于镜头和相机光轴的光线，使容器开口的图像具有白背景和黑图像反差大的特点，轮廓边缘的过渡段鲜明而非模棱两可。
通过下面的描述、权利要求书及附图，本发明及其目的、特征和优点将得到最好的理解。
图1是按照本发明的一最佳实施例的容器口部外部尺寸参数测量用的光电非接触系统的简图；
图2是一容器口部轮廓的简图，示出了可按照本发明测出的典型的尺寸参数。
图1示出了一个用于按照本发明目前最佳的一实施例测量容器14的口部12的尺寸参数的设备10。设置一光源16将光能从一基本上垂直于容器轴线的方向引导到容器开口上。光源16可包括一个或多个灯和一个有限宽度的散射体，更优选包括一单独的灯18，置于透镜20的焦点处，将基本平行的光线传送到容器口部12。光源16可以是恒定的也可以是频闪的。从光源16穿过容器14定位一相机22。相机22包括一矩阵列CCD传感器24，一入射光孔26和与入射光孔26相关的镜头28，30。
在相机22与容器口部12之间定位一远心镜头32。远心镜头32在容器14方向上无限远处有一第一焦点，在入射光孔26处有一第二焦点。这就是说，相机22相对于镜头32的位置应使入射光孔26与镜头被镜头的焦距所隔开。这样，光孔26与镜头28，30起到光圈的作用，与镜头32结合基本上仅将平行于镜头32和相机22的光轴穿过口部12的来自光源的光线聚焦在传感器24上。也就是说，射到容器14上的光线被反射，吸收或折射，不会从容器上出射到平行于镜头相机轴线的方向上。相机应这样定位，使传感器24处于通过镜头32可见到的容器开口的图像处。这样，传感器24就接受一个在白背景上形成黑图像的容器口部轮廓的鲜明图像。
设置一个输送机34，典型地包括一个星轮(未示出)和一个滑板27，使其联结一个模塑容器源，连续地将容器14送入设备10的位置。输送机34可选用任何形式的，例如美国专利US4,230,219和4,378,493中示出的。容器被连续地固定到位，由一装置36，例如驱动辊筒带动绕容器的中心轴旋转。容器旋转机构上联接一编码器38以提供指示容器旋转增量的信号。一个信息处理器40与编码器38和矩阵列传感器24相联，在容器旋转的各增量上扫描传感器并形成多个来自口部不同方位的容器口部的二维电子图像。作为采用编码器38的替代，可以控制信息处理器40在基本相等的时间增量上扫描，而使容器以基本恒定的速度转动。
这样，在信息处理器40处形成多个容器开口部的二维电子图像，如图2中42处简略示出的。这种图像可以在44(图1)上演示和/或由适当的技术分析，当一个或多个容器口部尺寸参数不满足时产生一个废弃信号。扫描矩阵列传感器24并产生容器口部轮廓的二维电子图像42的典型技术，在上面引用的美国专利US4,958,223中予以公开。
图2示出了可以按本发明测量和分析的容器口部图像42的典型的尺寸参数。尺寸参数由格拉斯包装协会标准码字母(GlassPackaging Institute Standard Code Letters)A(凸边带直径)，D(波纹凸出段高)，E(螺纹底部直径)，F(顶部及侧壁密封直径)，H(顶部至凸边带封口间隙)指明。其它标准或非标准参数也可测出。由于容器口部折射、反射和/或吸收来自光源又射到容器上的光，所以任何容器上出现的光线不会平行于镜头32和相机22的光轴，因而不会指向传感器24，图像42上容器口部黑的轮廓与白背景之间的反差是清楚鲜明的。因而，与前面建议的现有技术相比，显著地提高了容器口部尺寸参数测量的精度和准确性。

Claims (4)

1.一种检测空玻璃容器口外部尺寸参数的设备，包括：
输送装置(34)，用于将容器(14)依次放置在检测台上；
照射装置(18，20)，用于将平行校正后的光能引导到所述检测台上容器口(12)的外部，使该光能的第一部分穿过容器口外部，其第二部分射在容器口外部而被容器口部反射或折射，从而使该第二部分光线不再与所述第一部分的平行校正的光线平行；
聚焦装置(32，28，30)，用于将所述穿过检测台上容器口外部的平行校正的光能的第一部分通过一入射光孔(26)沿一矩阵列传感器(24)的光轴平行方向聚焦到该传感器上，而所述平行校正的光能的第二部分被容器口部反射或折射从而不聚焦到该传感器上，使得容器口外部轮廓在所述传感器上呈现为一个在白背景下的黑图象；
扫描装置(40)，用于扫描所述矩阵列传感器以获得容器口外部轮廓的二维图象(42)；以及
测定装置(40)，用于根据所述二维图象测定容器口部的至少一个外部尺寸参数(A，D，E，F，H，T)。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括旋转装置(36)，用于使所述检测台上的容器绕其轴线旋转，并且所述扫描装置(40)包括用于在容器旋转的增量上扫描所述矩阵列传感器(24)的装置，以形成多个来自容器口部不同方位的容器旋转增量上的容器口外部轮廓的二维图象(42)。
3.一种检测透明容器口外部尺寸参数的方法，包括以下步骤：
(a)将平行校正后的光能引导到透明容器(14)口部(12)的外部，使该光能的第一部分穿过容器口外部，其第二部分射到容器口外部而被容器口部反射或折射，从而使该第二部分光线不再与所述第一部分的平行校正的光线平行；
(b)将所述穿过容器口外部的平行校正的光能的第一部分通过一入射光孔(26)沿一矩阵列传感器(24)的光轴平行方向聚焦到该传感器上，而所述平行校正的光能的第二部分被容器口部反射或折射从而不聚焦到该传感器上，使得容器口外部轮廓在所述传感器上呈现为一个在白背景下的黑图象；
(c)扫描所述矩阵列传感器(24)以获得容器口外部轮廓的二维图象(42)；以及
(d)根据所述二维图象(42)测定容器口部的至少一个外部尺寸参数(A，D，E，F，H，T)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于还包括另一步骤(e)：使所述容器(14)绕其轴线旋转，而所述步骤(c)还包括在容器旋转的增量上扫描所述矩阵列传感器(24)的步骤，以形成多个来自容器口部不同方位的容器旋转增量上的容器口外部轮廓的二维图象(42)。
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