CN107003252B - 使容器环的表面的平坦度可视化的方法、设备和检查线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使容器(14)环(16)表面的平坦度可视化的方法，包括：用含有径向射线的周边入射光束从上方照射环表面，在环表面发生镜面反射；使用光学系统(24、124)在传感器(18)上形成环表面的平面图像，使用将实际高度差(dZ)转换为图像上的径向图像偏移(dR)的几何光学变换，对应于单位实际高度差(dZ)的图像径向图像偏移(dR)大于对应于相同尺寸的实际径向偏移的图像径向偏移。本发明还涉及实施该方法的一种设备和一种装置。

Description

使容器环的表面的平坦度可视化的方法、设备和检查线
技术领域
本发明涉及检查容器的领域，特别是检查玻璃容器的领域，且更具体地涉及检查这些容器的环表面的平坦度。
背景技术
环表面是容器的环的顶表面或顶边缘。环表面围绕环的理论中心轴线呈环形，且其厚度在沿着相对于理论轴线的径向或多或少的范围内。在理论上，该表面在与理论中心轴线垂直的平面中呈平面，其意义在于，该表面具有在连续360°与该平面接触的至少一条线，且最好呈圆形。在作为上述意义的平面时，其在包含理论中心轴线的径向平面上的截面轮廓可以呈多种形状：该轮廓可以呈平坦、圆形、倒置V形等。
在众多应用中，环表面是与盖或帽的垫圈接触的表面。当环表面不是平面时，可能在闭合之后存在泄漏。因此，重要的是意识到环表面中的平坦度缺陷。这些平坦度缺陷可以在环的表面上的给定点处被分析为高度差，这在本文中应被理解为沿着平行于容器环的理论中心轴线的方向、在容器的实际环表面的给定点与理论环表面的对应点之间的位置差。这两个点的对应在于，在以理论中心轴线为中心的柱坐标系中，这两个对应的点具有相同的角坐标，且其中一个对应点位于实际环表面上而另一个对应点位于理论环表面上。由此，理论环表面是与垂直于理论中心轴线的参考平面相关的平面。该参考平面可以与所讨论的容器有关，例如，它可以对应于实际环表面的最高点的高度、对应于实际环表面的最低点的高度、对应于环表面在其角范围的平均高度等。参考平面还可被独立于容器地限定，例如参考显示设备、检查设备或测量设备。
环表面的平坦度缺陷通常被细分为至少两种类型，“玻璃缺失”类型的缺陷与在制造期间用熔融玻璃填充环的模具的问题相关。其特征在于在围绕理论轴线的小角度幅度上延伸的高度差。“翘曲环(歪曲环，warped ring)”类型的缺陷是在围绕理论轴线的大角度幅度上延伸的通常较小的高度误差，然而是麻烦的缺陷，其通常是由于下沉、由于从模具中提取物体时的问题、或由于温度问题所致。
目前，平坦度缺陷主要由探测气体泄漏的“钟状物(bell)”系统来探测。当平面金属表面被压在环上时，测量残余泄漏。这些检查的缺点在于其不提供评估缺陷的幅度的信息，而是仅仅给出表示表面是否为平面的二进制指示(泄漏/不泄漏)。这种系统需要用于容器与设备之间的相对运动的机械装置，这意味着不仅昂贵而且减慢了检查线的通过量：钟状物的上升和下降、物品暂时停在钟状物的下方等。而且，消除与物品的环接触具有避免破损或污染风险的实际优点。
观察系统也是已知的，其中使用至少两个高角度或低角度视图来观察这些环。漫射光被用于照射进行传输检查的物体，该漫射光的位置相对于与物体相关的相机。该系统的缺点在于其需要至少两个相机和两个光源，以及可能需要两个具有其支承部和调节部的远心光学系统。其安装昂贵且需要长的光路，这意味着它占用了大量空间。
为了修正那些缺点，且如上所述，已提出使用已经存在的相机来执行容器的另一次检查，例如如果容器是玻璃制成的瓶，则检查肩部的外观。然而，这需要选择检查装置的位置，这只能在设定为检查肩部区域中的缺陷和设定为检查环表面的几何缺陷之间折衷。对于原始意图的测量和尝试用这些相机测量平面度，这种折衷都不能令人满意。
通过增加视角的数量，特别是通过组合具有不同低角度和高角度的相似视图，也能够采取环的部分的三维(3D)测量，然后联合这些测量，以通过计算来重构环表面的整体形状。这需要获取多个光学图像。然后，通过将点成对匹配的算法来成对地结合光学图像，在此基础上通过三角测量来计算3D坐标的实际点。该技术是具有复杂算法的立体视觉的技术。例如需要多个立体视觉视图，因而需要四个或六个相机。这些系统可能是精确的，但它们非常昂贵且占用大量空间。许多参数导致不能在长时间操作过程中保证精确度。
文献US6172748描述了一种具有多个不同光源的设备，这些光源从下方照射环，即，从位于与环的轴线垂直且与环的表面相切的平面下方的点照射环。该设备具有多个不同的平面镜，每个平面镜提供仅仅环的一角度区域(angular sector)的图像。而且，即使图像重叠，图像之间仍然存在方位角度的不连续性，因为在两个图像中的潜在重叠点处，在每个图像中的重叠点存在视点的间断。这需要通过计算机重构图像，其需要复杂的算法。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种观察环表面的平坦度缺陷的显示设备，其比现有系统简单。
为此目的，本发明提供了使容器的实际环表面的平坦度可视化的可视化方法，该环表面具有呈平面且围绕理论中心轴线呈环形或圆形的理论形状，该方法是这样的类型，其包括以下步骤：
用周边(外围)入射光束照射容器的实际环表面；以及
使用光学系统在二维光电传感器上形成容器的环表面的平面图像；
该方法的特征在于：
该周边入射光束包括径向光线，径向光线被包含在含有理论中心轴线的径向平面中，径向光线被导向理论中心轴线；
周边入射光束从上方照射环表面，且入射光束的径向射线被环表面上的镜面反射(高光反射，specular reflection)所反射；
其特征在于，由形成平面图像组成的步骤包括将实际环表面转换为环表面图像的光学几何变换，该变换将理论环表面理论地转换为理论环表面图像；
其特征在于，光学几何变换将实际环表面的测试点与理论环表面的对应点之间沿理论中心轴线方向的实际高度差，转换为在容器的环表面图像的图像点相对于理论环表面图像的对应图像点的在图像中的图像径向偏移；以及
其特征在于，在平面图像中，在实际环表面的测试点与理论环表面的对应点之间，对应于单位实际高度差的图像径向偏移大于对应于相同尺寸的实际径向偏移的图像径向偏移，且
其特征在于，在平面图像中，对应单位实际高度差的图像径向偏移大于对应实际环表面的所述测试点与理论环表面的对应点之间的相同尺寸的实际径向偏移的图像径向偏移。
根据该方法的其它可选特征：
在实际环表面的测试点与理论环表面的对应点之间，对应于单位实际高度差的图像径向偏移至少是对应于相同尺寸的实际径向偏移的图像径向偏移的三倍；
该方法包括通过光学系统以相对于与理论中心轴线垂直的平面小于25°的观察仰角来观察实际环表面的步骤；
该方法包括通过光学系统以相对于与理论中心轴线垂直的平面小于18.43°的观察仰角来观察实际环表面的步骤；
该光学系统限定通过径向观察射线观察环表面的周边观察场，径向观察射线被包含在含有理论中心轴线的径向平面中，且相对于与理论中心轴线垂直的平面形成小于25°的理论中心角；
观察仰角相对于与理论中心轴线垂直的平面小于18.43°；
光学系统包括主反射表面，该主反射表面是以理论中心轴线作为其轴线的回转表面，且设置为将来自实际环表面的呈观察仰角的光线直接或间接反射向传感器；
由形成平面图像组成的步骤包括光学地形成实际环表面的完整且连续的二维图像；
周边入射光束包括在共同径向平面中的非平行径向射线；以及
入射束以一入射角照射环表面，使得在引起由实际环表面反射的射线被传感器看到的入射射线的反射点处，环表面的法线相对于理论中心轴线的方向形成小于30°的角度。
本发明还提供一种确定容器的实际环表面的平坦度的方法，该环表面具有呈平面且围绕理论中心轴线呈环形的理论形状，该方法的特征在于，其包括根据前述特征的可视化方法，且其特征在于，该方法包括确定步骤，该确定步骤包括确定表示环表面的图像的线与表示环表面的理论图像的理论线之间的图像径向偏移。
在该方法中，表示环表面图像的线是由光学系统形成在传感器上的入射光束在环表面上的反射的图像。
本发明还提供了一种用于观察容器的实际环表面的平坦度的显示设备，该环表面具有呈平面且围绕理论中心轴线呈环形或圆形的理论形状，该设备是这样的类型：其中具有用于安装容器的具有安装轴线(设施轴线，installation axis)的安装区，且是这样的类型：其包括：
照射系统，其适于供应具有径向射线的周边入射光束，该径向射线被包含在含有安装轴线的径向平面中，该径向射线被导向安装轴线；
二维光电传感器；以及
光学系统，其插置在容器安装区与传感器之间，且适于在传感器上形成被置于安装区中的容器的环表面的图像；
且是这样的类型：其中，照射系统、传感器和光学系统设置在安装区上方；
该设备的特征在于，光学系统限定以径向观察射线观察环表面的周边观察场，该径向观察射线被包含在含有安装轴线的径向平面中且相对于与安装轴线垂直的平面形成小于25度的观察仰角；以及
其特征在于，照射系统包括以安装轴线作为其轴线且直径大于环表面的直径的光源。
根据该设备的其它可选特征：
该设备包括单个二维光电传感器，实际环表面的完整且连续的图像被形成在二维光电传感器上；
该设备包括主反射表面，主反射表面是以安装轴线作为其轴线的回转表面且设置为将来自实际环表面的呈观察仰角的光线直接或间接反射向传感器；
主反射表面将光线间接反射向传感器，且该设备包括在主反射表面与传感器之间的至少一个第二反射表面；
主反射表面包括背向安装轴线且具有小直径和大直径的回转表面，该小直径和该大直径均小于理论环表面的最小直径；
主反射表面是凸形截头锥表面，该凸形截头锥表面在顶点的半角等于45°减去观察仰角的一半；
主反射表面包括面向安装轴线且具有小直径和大直径的回转表面，该小直径和该大直径均大于理论环表面的最大直径，从而将来自实际环表面的呈观察仰角的光线反射向安装轴线，该射线被一偏转反射表面拦截，该偏转反射表面包括背向安装轴线的回转表面以便将射线反射向传感器；
在主反射表面与偏转反射表面之间的射线行经的路径垂直于安装轴线；
偏转反射表面包括凸形截头锥形回转表面，该凸形截头锥形回转表面以安装轴线作为其轴线且在顶点处的半角为45°；
该设备包括在传感器与主反射表面之间的远心光学系统；
该周边入射束包括在共同径向平面中的非平行径向射线；
该光源是环形光源，该环形光源形成以安装轴线作为其轴线的回转体；
该设备具有壳体，壳体包含传感器、目标系统、主反射表面，以及可选地包含偏转反射表面。
本发明还提供了一种用于检查容器的检查线，其中每个容器均具有环表面，该检查线是这样的类型：其通过沿着与每个容器的理论中心轴线垂直的水平行进方向运输容器的传送器来使容器在输送线上移动，使得容器的环表面因而处于面向上方的水平面中，该检查线的特征在于，该设施包括具有前述任一特征的设备，该设备以其安装轴线处于竖直位置的状态被设置在该设施中，使得观察场和入射光束向下定向而朝向位于设备与传送器的运输构件之间的安装区。
在这样的检查线中，传送器以容器的理论中心轴线与安装轴线重合的方式来运载容器，且当它们重合时，在设备不接触容器的情况下使用设备来获得图像。
附图说明
以下描述结合附图显现多个其它特征，附图作为非限制性示例示出本发明的多个实施例。
图1A和图1B是展示用于执行本发明的方法的本发明的设备的轴向剖视图，其中图1A展示了示出光电传感器的视图的观察射线，图1B展示了来自光源且由容器的环表面反射且通过光学系统通向传感器的入射射线的路径。
图1C是图1A和图1B的实施例的立体图。
图2A是类似于图1A的视图，展示了用于执行本发明的第二方法的本发明的第二设备。
图2B是类似于图1B的视图，展示了本发明的第二设备的改型。
图3是关于图2A的设备和方法的示意图，展示了光学几何变换如何将实际环表面的点与理论环表面上的对应点之间沿理论中心轴线的方向的实际高度差，转换为容器的环表面的图像的相关点相对于环表面的理论图像的相关点的图像中的径向偏移。
图4是展示图2A设备和方法的改型的视图，其中光学系统是远心的。
图5A和图5B是展示由本发明的方法和设备得到的两个示例的视图。
图6是用于检查容器且包括本发明的设备的设施的示意图。
具体实施方式
图1A至图1C展示用于观察容器的实际环表面的平坦度的显示设备，该设备执行本发明的方法。图1A至图1C仅示出容器14的环12的顶部。容器14被限定为限定内侧容积的中空容器，除了在一端处开放的顶环12以外，该容器在其整个周边上闭合。
为了便捷起见，且仅仅作为任意限定，假定容器具有限定为其环12的理论中心轴线的理论中心轴线A1。而且任意假定环被设置在容器的顶端。因此，在本文中，高、低、顶和底的概念是对应于设备10和容器14的定向的相对值(如图所示)。然而，应该理解，本发明可以以三维空间中的任何绝对定向来实施，只要各个部件被持续设置为相同的相关设置。
容器的环12是围绕轴线A1的圆柱体。容器的本体(未示出)也可以选择性地是回转体。环12经由其底端(未示出)被连接到容器的本体的其余部分，而其另一自由端(被称为“顶”端，作为本说明书上下文中的任意假定)被环表面16终止。理论上，环表面16是平面且平行于与轴线A1垂直的平面，其意义在于，其具有至少一条线与在连续360°上围绕理论中心轴线的平面接触，且其理论上为平面上的圈或环形。在本文中，在容器的实际环表面与理论环表面之间存在区别。因而，理论环表面是在与理论中心轴线A1垂直的参考平面中的平面。该参考平面可以被限定为与所讨论的容器有关，例如图1A中的参考平面PRef，其与实际环表面16的一点(例如其沿理论中心轴线A1的方向的最高点)相切。替代性地，该参考平面可以例如位于实际环表面的最低高度、或者位于环表面在其角度范围上的平均高度等。参考平面还可以独立于容器来限定，例如参考显示设备10的其中一个元件来限定，例如参考设备10的壳体的底表面来限定。
因此，观察平坦度主要包括，观察且尽可能量化实际环表面的给定点与理论环表面的对应点之间沿理论中心轴线A1的方向的位置偏移。这两个点对应于以理论中心轴线为中心的柱坐标系，对应点具有相同的角坐标，其中一个点属于实际环表面且另一点属于理论环表面。换言之，忽略径向位置的差，它们沿着理论中心轴线A1的轴向方向一个在另一个上方地竖直设置。
为了能够正确检查容器，需适当注意，容器被适当地呈现在显示设备10的前面。为此，本发明的设备10具有安装容器的安装区。该安装区可以由安装轴线A'1限定且由安装平面(未示出)限定，安装平面被限定为垂直于安装轴线A'1的平面且位于设备的最下点的水平高度。因此，为了被正确地检查，容器需要以这样的方式设置(present)：其理论中心轴线A1与安装轴线A'1尽可能紧密重合，且其环设置为其开放的顶端面向设备10并且在安装平面下方。理想情况下，两个轴线A1和A'1重合。可以理解，本发明的整个显示设备10可以被安置在安装平面上方，容器被引进安装平面下方而没有与设备发生接触的任何风险。容器14可以沿着垂直于安装轴线A'1的方向的任何平移运动而被引入，而没有与设备10发生干涉的风险。
本发明的设备和方法利用二维光电传感器18来获得容器的实际环表面的二维图像。该传感器(也称为矩阵传感器)可以合并在相机19中，且可以是电荷耦合设备(CCD)或者互补金属氧化物半导体(CMOS)型。作为示例，传感器18由光电元件的二维矩阵构成。传感器通常与处理由光电元件供应的信号的电子线路相关，以便传递代表传感器所接收图像的模拟信号、数字信号或计算机信号。接着，代表传感器所接收图像的该信号被传递到图像处理设备和/或显示设备和/或图像储存设备(未示出)。传感器18通常与光学目标系统20相关，光学目标系统20可以包括一个或多个光学元件(特别是一个或多个薄透镜)和可能的光圈，其互相关联以便能够在传感器上形成图像。
在图1A至图1C的示例中，与传感器18相关的光学目标系统20是远心目标系统。这种远心目标系统对于工业显示设备领域的技术人员来说是公知的，因为其在传感器上用于形成没有或几乎没有视差效应的图像。在光学理论中，远心目标系统是入射光瞳(inletpupil)位于无限远处的目标系统。因此，这样的目标系统使用观察射线(平行或几乎平行)观察其图像区域，由此没有任何视差效应。优选地，目标系统20的光轴与安装轴线A'1重合。然而可以想象，光轴不是直线的而是分段的，但例如通过将偏转镜合并入目标系统来分段。因此，可以提供相对于安装轴线呈45°的偏转镜，以便具有：第一光轴段，其在传感器旁边，设置为相对于安装轴线呈90°；以及第二段，其在偏转镜的另一侧，设置为与安装轴线A'1匹配。
在图1A至图1C中，光学系统沿着轴线A'1竖直设置，且面向下方以观察设备下方的安装区，从而观察设置在安装区中的任何容器14。因此，光电传感器18在显示设备的顶部处且面向下方朝向安装区。通过这种构造，可以理解，放置在安装区中的容器14的理论环表面因此被包含在与传感器的平面平行的平面中。因此，通过单个远心目标系统，而没有任何其它光学系统，在传感器上形成的环表面的图像不能“看到”平坦度的缺陷。相反，没有环表面的高度的变化会被看到。
因此，在本发明中，在容器的安装区与传感器之间插置光学系统24，以此在传感器上形成被置于安装区中的这样的容器的环表面的图像。除了光学目标系统20之外，光学系统包括至少一个光学元件22，在该示例中，光学元件22设置在目标系统20与安装区之间。因此，传感器18与安装区之间的整个光学系统24包括目标系统20和光学元件22。
为了实际目的，安装轴线A'1被限定为在安装区内延伸光学系统24的光轴。
在所示示例中，传感器18、其目标系统20、光学元件22和安装区沿着相同的安装轴线A'1以该顺序对齐。
在本发明的一个方案中，该方法包括以下步骤：通过将实际环表面转换为环表面图像的光学几何变换(在该示例中，通过光学系统24)，在传感器上形成环表面的平面图像。理论上，相同的变换将理论环表面转换为理论环表面图像，其意义在于，理论环表面图像是通过将变换应用到与理论环表面重合的实际环表面而形成的图像。该光学几何变换(图3中示出其一个示例)将实际环表面的测试点(point under consideration)T'与理论环表面的对应点T之间沿理论中心轴线方向的实际高度差dZ，转换为容器的环表面图像的图像点IT'相对于理论环表面图像的对应图像点IT的图像中的图像径向偏移dR。理论环表面的对应点T是在以理论中心轴线为中心的柱面坐标系中与参考点T'具有相同角坐标的理论表面的点。容器的环表面的图像的图像点IT'是通过光学系统看到的实际环表面的测试点T'的图像，并且是光学几何变换的结果。理论环表面图像的对应图像点IT是通过光学系统观察的理论环表面的对应点T的图像，并且是光学几何变换的结果。
优选地，光学几何变换不影响围绕轴线的环的表面的两个点的相对角度定位，其意义在于，实际环表面的由围绕理论中心轴线的角度差分开的两个点，在由光学几何变换得到的图像中的各自的图像同样由围绕理论中心轴线的图像的相同角度差分开。
在图1A至图1C所示示例中，光学元件22(执行该光学变换的主要部件)包括主反射表面26，该主反射表面26是围绕安装轴线A'1的回转表面且设置为将来自实际环表面的光线反射向传感器。因此，主反射表面26具有镜面反射性能。有利地，其可以由平面镜形成，但也可被制作为棱镜的形式，即光学界面的形式。
安装轴线A'1可以被限定为主反射表面26的回转对称的轴线。
在第一示例中，来自实际环的表面的光射线通过直接的反射(即，没有任何其它反射表面)被反射向传感器。
在图1A至图1C所示的示例中，主反射表面26是背向安装轴线A'1且朝向安装区扩张(flare)的回转表面。更具体地，主反射表面26包括具有小直径和大直径的凸形截头锥形表面，小直径和大直径均小于理论环表面的直径。小直径设置为沿安装轴线较靠近传感器，而大直径设置为较靠近安装区。
在本发明的一个方案中，因为该光学几何变换，所以在图像平面中由传感器采集且由单位实际高度差引起的图像径向偏移，大于由于实际环表面的测试点与理论环表面的对应点之间的相同尺寸的实际径向偏移引起的图像径向偏移。换言之，实际高度差的影响大于在光学几何变换之后得到的图像的径向偏移中的实际径向差的影响。因此，实际环表面相对于理论环表面的1毫米(mm)的高度偏移产生第一图像径向偏移，而实际环表面相对于理论环表面的1mm的径向偏移产生第二图像径向偏移，且在本发明中，第一图像径向偏移大于第二图像径向偏移。
在本发明的设备中，该优点由以下实施提供：光学系统限定了一个周边观察场，该周边观察场使用被径向观察射线从上方观察环表面，该径向观察射线被包含在含有安装轴线的径向平面中且相对于与安装轴线A'1垂直的平面PRef形成一观察仰角，该观察仰角在任何情况下均小于45°并优选地小于25°。
优选地，周边观察场围绕安装轴线A'1而没有任何方位的中断。特别地，在围绕安装轴线成角度地无限接近的两个观察径向射线之间没有方位角不连续。其结果是，图像中没有使图像难以解析的视点中断。
优选地，周边观察场还是方位角连续的，其意义在于，围绕安装轴线没有方位观察角度被遮蔽。然而，在某些情况下，特别是由于硬件安装局限性，可能发生一个或多个围绕安装轴线的角度区域被遮蔽，同时避免任何方位中断。优选地，这样被遮蔽的方位角度区域具有围绕安装轴线的小范围或很小范围，优选地小于10度，更优选地小于5度。
图1A中示出该周边观察场的实施例。该观察场围绕安装轴线A'1延伸360℃。该场“从上方”观察，其意义在于，从平面Pref上方观察环表面，该平面Pref垂直于环表面的理论中心轴线A1、且在至少一个点与环表面相切，优选在环表面的沿理论中心轴线A1的方向的最高点相切。观察仰角对应相对于与观察射线的安装轴线A'1垂直的平面的角度γ，该观察射线来自环表面且适于通过光学系统24被传感器看到。在具有远心光学系统的设备的内容中，传感器看到的观察射线都平行地进入目标系统。而且，如果主反射表面26是由直线产生的截头圆锥表面，如图1所示的系统，则观察仰角γ对于所有观察射线是相同的角度，且可以由主反射表面26相对于安装轴线A'1的倾斜角直接推导出。
然而，如以下说明的，对于没有远心目标系统的设备，或者其中光学元件22不是严格地由直线生成的锥体，传感器看到的观察射线可能具有彼此不同的观察仰角。在所有情况下，可以使用这样的惯例：观察仰角是相对于垂直于观察射线的安装轴线A'1垂直的平面的最大角度，其中该观察射线来自环表面16且适于通过光学系统24被传感器18看到。
在图1A所示的本发明的设备的实施例中，其具有在与安装轴线垂直的平面中呈凸形的截头锥形的主反射表面26，由于该性质，特别地通过主反射表面26相对于安装轴线A1的角度保证：在通过光学几何变换得到的图像径向偏移中，实际高度差的影响大于实际径向差的影响。更准确地说，凸形主反射表面26的顶点α特性处的半角确定了实际表面相对于理论环表面的高度差与径向差之间的对于图像径向偏移的影响的比例。顶点α处的半角越接近45°，高度差对图像径向偏移的影响越大。自然地，尽管如此应该注意保证顶点处的该半角保持小于45°，从而使承载主反射表面26的光学元件22可以设置在环表面16上方，使得传感器18因而通过光学系统24从上方看到环表面16。在所有情况下，在顶点α处的该半角大于22.5°，以此保证在图像径向偏移中实际高度差的影响大于实际径向偏移的影响。
主反射表面不必呈截头锥形，而可以是具有双曲率的扩张回转表面，通过将一段非直线曲线(例如，一段抛物线、双曲线或椭圆)围绕安装轴线A'1扫过而生成该扩张回转表面。作为示例，在径向平面中，该表面可以呈现凹形或凸形的轮廓，而在与安装轴线A'1垂直的平面中保持其凸形轮廓。这种具有双曲率的表面可以特别地用于使系统24相对于传感器呈整体远心，即使目标系统20自身是非远心的。
优选地，在本发明的方法中，在实际环表面的所述点与理论环表面的对应点之间，对应于单位实际高度差的图像径向偏移至少是对应于相同尺寸的实际径向偏移的图像径向偏移的2.14倍，优选为至少3倍。其结果是，确保在得到图像中，很大一部分径向偏移是由于实际环表面相对于理论环表面的高度的偏移，而非这两个表面之间的径向偏移。
在图1A的设备中，光学几何变换中的该比例3对应于主反射表面的顶点处的半角大于35.785°。该值使得可能得到小于18.43°的观察仰角。在图1A所示的实施例中，观察仰角是15°，且主反射表面26的顶点α处的半角是37.5°。更一般地，凸形主反射表面26可以是围绕安装轴线A'1在360°上连续的截头锥形回转表面，且其在顶点α处的半角等于45°减去观察仰角的一半。
优选地，反射表面26围绕安装轴线A'1没有曲率不连续，其中在与安装轴线A'1垂直的平面中分析该曲率，以便确保观察场没有方位中断。
优选地，反射表面26在方位上也是连续的，其意义在于，其可以围绕安装轴线A'1连续反射而没有任何遮蔽区域，以此保证观察场的方位连续性。
在本发明的另一方案中，观察方法提供了使得容器的实际环表面16被周边的(即围绕安装轴线A'1延伸360°)入射光束照射。环表面被从上方照射，其意义在于，入射光线到达环表面16且来自位于平面PRef上方的点，其中平面PRef与理论中心轴线A1垂直且与环表面的点相切，优选在其沿着理论中心轴线A1方向的最高点处相切。该周边入射光束包括入射径向光线，该入射径向光线被包含在含有安装轴线的径向平面中，所述入射径向射线被导向该轴线，如图1B所示。入射径向射线可以是平行射线，但这并非必要的，且在图1B所示的方法中，周边入射光束包括处于给定径向半平面Pr(如图1C所示)中的非平行径向射线，该给定径向半平面Pr包含安装轴线且由安装轴线限定。一些径向射线被导向安装轴线而非必须垂直于安装轴线。相比之下，图1B示出周边入射光束可以包含径向射线，该径向射线相对于与安装轴线垂直的平面形成优选处于0至45度的范围内的仰角。优选地，光束包含在连续或大致连续的角度散布(angular spread)上的径向射线。该散布可以具有至少30度或甚至更多的角度范围。该散布中包含的射线可以相对于与理论中心轴线垂直的平面形成处于5至40度范围内的仰角。
在本发明的设备中，该设备因而包括照射系统，该照射系统适于供应这样的包括径向射线的周边入射光束，其中径向射线被包含在含有安装轴线A'1的径向平面中。优选地，该照射系统包括以安装轴线A'1作为其轴线的环形光源28。优选地，该光源的直径大于将要使用该设备检查的容器的实际环表面的直径。该环形光源28设置在安装区上方，因而在实际环表面上方。在包含安装轴线A'1且由安装轴线限定的径向半平面Pr中，环形光源28对应于可以为点光源的光源，或者相反地，如图所示，其可以在该半平面Pr中具有一定范围。该光源照射向安装区，因而照射向安装轴线，但相对于安装区形成一角度，以便向下照射。如果该光源不是发出平行射线的光源，则其优选在该径向半平面中发出光锥，该光锥包含连续或大致连续散布的径向射线，如图1B所示。作为示例，该散布可以相对于与理论中心轴线垂直的平面形成呈5至40度的角度区域。该散布的角度范围可以被一个或多个遮蔽部限制。然而，光源可以在大得多的散布上发光。
只要光源28是周边的，其可以被认为是多个光源，该多个光源可以是点光源或准点光源(quasi-point source)，设置为围绕安装轴线A'1且各自发出如上限定的光的散布。光源优选在围绕安装轴线的整个360°周边上连续，其意义在于，在每个径向半平面中，光源发出相同的光散布。然而，实际上，光源不是完全连续的。因此，可能发生的是，其在围绕轴线A'1的优选有限的角度区域上被中断。还可能发生的是，光源是不连续的，其意义在于，光源由一系列并列且离散的单独光源组成，例如由一系列发光二极管形成。
优选地，入射束以一入射角从上方照射环表面16，该入射角使得在入射射线的反射点T'处(对于该反射点，被实际环表面反射的射线被传感器看到)，环表面的法线“n”相对于轴线A'1形成小于30°、优选小于10°的角度。在最佳形状的构型中，在实际环表面对应于理论环表面的情况下，这将保证由环表面反射且由传感器18看到的光是被环表面的局部最高点或靠近局部最高点的点反射的光。这里仅考虑待检查的环表面和设备的径向半平面Pr中发生的情况。因此，环表面的局部最高点是环表面在该径向半平面Pr中的轮廓中沿安装轴线的方向的最高的点。而且，局部最高点被限定为这样的点：对于该点，环表面的法线平行于安装轴线。图1B示出由光源发出且由环表面的点T'反射的入射射线作为由主反射表面26拦截且被光学系统送向传感器的反射射线。作为示意，点T'处的环表面16的法线“n”大致平行于安装轴线的方向，且点T'是环表面在对应的径向半平面中的轮廓的局部最高点。
在本设备的情况中，通过为光源28选定适当的位置来满足这样的条件。作为示例，该位置可以由光源28的直径来限定并由其沿安装轴线A'1的方向的高度位置来限定，从而限定可照射环表面的射线的入射角度。自然，实际环表面16的直径和高度位置，结合环表面上反射点处的法线的定向，确定了由光源28发出的哪些射线将会被反射向传感器。因此可以理解，对于每个环表面直径，有必要或者适应光源的直径，或者适应其相对于环表面16的高度位置。然而，并非必须检查环表面的局部最高点。特别地，在环表面为平面且为环形的情况中，环表面的内径向边缘和外径向边缘必然略呈圆形，这意味着即使入射光的反射点位于这样的圆形部上，反射点与局部最高点之间的高度差通常被认为是可忽略的。在环表面的轮廓在径向半平面中呈圆形的情况下，还认为在非局部最高点的点上发生反射的事实可以被这样的事实极大地补偿：这样的情况在整个360°的周边上重复，使得从分析平面的观点看，此种方式产生的误差通常可以认为是可忽略的。因此，虽然能够设置这样的设备，其中可通过调节光源的径向位置或调节其沿安装轴线方向的位置来调节光源，以便调节环表面上光束的入射角度，但是不必这样设置。因此可以设置一种设备，其中存在具有限定的直径和沿安装轴线方向固定的位置的单一环形光源。在这样的情况下，有利地选择环形光源28的直径及其沿轴线的方向的位置，以便满足上述条件，或者对应于被检查的容器的平均环表面直径，或者对应于优选的环表面直径，该优选的环表面直径对应于最频繁地被设备检查的容器。在一个改型中，为了覆盖环表面直径的尽可能大的范围，设备可能设有多个环形光源，例如沿着安装轴线的方向和/或不同直径的偏移的多个环形，这些不同光源能够被同时使用或者作为被检查的容器的环表面直径的函数而交替使用。
图2A和图2B示出具有主反射表面126和偏转反射表面132的本发明的设备的第二实施例，其适于执行本发明的第二方法。
一图像采集系统包括传感器18、其目标系统20和可选图像处理器、显示器和/或储存设备，该图像采集系统与参考图1的实施例描述的图像采集系统相同，因此在第二实施例的说明中不再描述。同样地，这两个实施例中可以使用相同的照射系统，因此不具体描述照射系统(除了图2B所示的改型之外)。
在第二实施例中，设置在传感器18与安装区之间的光学系统124具有呈面向安装轴线的回转表面形式的主反射表面126。该回转表面沿安装轴线的方向扩张且具有小直径和大直径，小直径和大直径均大于理论环表面的直径。以此方式，主反射表面126可以将来自实际环表面的呈观察仰角γ的光线反射向安装轴线A'1。
在该第二实施例中，该设备包括在主反射表面126与传感器18之间的至少一个第二反射表面。如图2A所示，被主反射表面126反射的射线被偏转反射表面132拦截。偏转反射表面132设置在传感器的观察场中，该观察场由光学目标系统20限定。在该示例中，该偏转反射表面132包括背向安装轴线A'1的回转表面，以便将射线朝偏转向传感器。
在该实施例中，与第一实施例不同，即使主反射表面126是以安装轴线A'1作为其轴线的回转表面，其仍然设置为将来自实际环表面的呈观察仰角γ的光线间接反射向传感器18。特别地，主反射表面126上的反射是间接的，因为在到达传感器18之前还有后续的至少一次反射，在本示例中是偏转反射表面132上的反射。
在所示实施例中，主反射表面126是在垂直于安装轴线A'1的平面中凹陷的截头锥形表面的一部分。作为示例，其形成在环形件122的内表面上。
对于第一实施例，主反射表面126无需呈截头锥形，而是可以是具有双曲率的扩张回转表面，同时在与安装轴线A'1垂直的平面中仍然保留凹陷。
在所示实施例中，偏转反射表面132是以安装轴线A'1作为其轴线的凸形截头锥形表面。偏转反射表面132形成在截头锥134的外表面上。在所示实施例中，其具有小直径和大直径，小直径和大直径均小于被检查的容器的环表面的直径，但该特性并非必要。大直径位于小直径下方。偏转反射表面132位于目标系统20所限定的传感器18的观察场内。
在有利实施例中，主反射表面126与偏转反射表面132之间的射线行经(跟随，follow)的路径垂直于或大致垂直于安装轴线。这样的设置用于显著降低设备对于任何主反射表面126或偏转反射表面132的定心缺陷的敏感度。为此目的，截头锥形偏转反射表面132在顶点处的半角为45°，且设置在沿安装轴线A'1的方向与主反射表面126相同的高度处。主反射表面126在顶点处的半角α'则等于期望观察仰角的一半的。因此，对于15°的期望观察仰角γ，主反射表面126呈在其顶点处的半角α'等于7.5°的锥形，该截头锥形的主反射表面126向下扩张，从而使其大直径沿安装轴线方向处于其小直径下方。
然而，还可以提供该第二实施例的改型，其中偏转反射表面132是在顶点处具有小于45°(例如等于45°减去角度δ(Δ))的半角β的截头锥形表面。在这样的情况下，偏转反射表面132设置在主反射表面126的水平面下方，且主反射表面126在顶点处的半角β'等于期望观察仰角的一半减去角度δ(Δ)的值。如果通过这种方式得到的值是负的，则这意味着与优选实施例不同，主反射表面126向上扩张，其大直径设置在其小直径上方。
在上述两个示例设备中，确保传感器18通过光学系统24或124以低掠观察仰角(grazing observation elevation angle)γ观察环表面，即，形成相对于与安装轴线垂直的平面较小、且优选小于25°或更小的角度。而且，在两个实施例可以看到，环表面16被“从内侧”观察，即，观察射线在环表面与传感器之间的路径，在离开环表面16且通向主反射表面26、126时被导向安装轴线。与之相反，两个实施例不同，其意义在于，在第一实施例中，主反射表面26相对于环表面的直径被径向设置在内侧，而在第二实施例中，主反射表面126相对于环表面16的直径被径向设置在外侧。在第一实施例中，来自环表面16的观察射线被在相同的径向半平面PRef中的主反射表面26拦截，行经短路径。在第二实施例中，来自环表面16的观察射线在与其环表面上的原点呈直径相对的点处被主反射表面126拦截，行经与安装轴线A'1相交的长路径。对于给定观察仰角γ，可以理解，在第二实施例中，在主反射表面26或126与环表面16之间沿安装轴线方向所需的距离比在第一实施例中大。
在第二实施例中，光源28也是环形光源28，其直径比环表面的直径更大。在所示示例中，环形光源28的直径大于承载主反射表面126的环形件122的直径。在该实施例中，光源28设置在沿安装轴线的方向与主反射表面126具有大致相同高度处。然而，该位置仅仅是示例的，且可以作为被检查的容器的环表面的直径和轴向位置的函数来调节。
该第二实施例具有可以使光学系统124沿安装轴线的方向与环表面距离更大的优点。
可以观察到，图2B示出仅在以下事实不同于图2A的实施例的改型：除环形光源28之外，照射系统还包括设置在环形光源28的紧下方的反射器140。在该示例中，反射器140包括面向安装轴线的截头锥形表面。反射器140的表面向上扩张，因而具有与光源28的直径大致相同的直径。其将光源28发出的大致竖直的射线以低掠入射角反射向安装区。这样的反射器用于将光源28发出的光以有利于本发明的低掠入射角集中在环表面上。
图3是示出由光学系统执行的光学几何变换的示意图，这是在第二实施例的情况中的该示例中示出。因此，可以看到实际环表面16的点T'与理论环表面的对应点T之间的差。在该示例中，该差仅仅是竖直距离dZ，因而是仅沿安装轴线方向延伸的差。来自理论环表面的点T且通向光电传感器的观察射线的“理论”路径由连续线表示，而来自实际环表面的点T'的观察射线的路径由虚线表示。在图3的底部中，可以看到传感器通过光学系统看到的图像I的投影，该图像具有表示理论环表面图像的线I16。在该示例中以线I16'的形式示出实际环表面图像，其为光学系统24或124形成在传感器18上的在环表面16上反射的入射光束的图像。沿图像中径向方向，该线的厚度特别地由环表面在径向平面中的截面的轮廓形状(例如，平面、圆形、倒置V形或多边形)、光源在相同径向平面中的的范围、以及光源传输的光的散布角度来确定。线L1和L2示出由光学系统、特别是由主反射表面126沿安装轴线方向的尺寸施加的观察场的界限。由非连续线画出的实际环表面图像I16'与使用连续线画出的理论环图像I16在整个周边上大致重合。但是可以看到，在对应于具有局部缺陷的环表面的点T'的角度区域中，实际环表面图像I16'偏离理论环图像I16，且在图像中具有图像径向偏移dR。可以看到，通过由于光线系统124的光学几何变换，沿安装轴线方向的高度差dZ被转换为传感器看到的图像中的图像径向偏移dR。
在所示实施例中，该转换可以由以下关系写出：
dR＝dZ*G*cos(γ)
其中G是目标系统20的放大率。
如果绘制等效视图来示出实际环表面与理论环表面之间的径向差的影响，则可以看到，该差对图像偏移dR的影响非常小，其与观察仰角γ的正弦成比例。因此，通过使用小于25°、或者实际上小于18.43°的观察仰角，任何这种径向差的影响均被显著最小化。
可以看出，在本发明的方法中提出并由本发明的光学系统实现的光学几何变换，在传感器上形成实际环表面的完整且连续的光学图像。该完整且连续的光学图像仅通过作用于光的光学方法形成在传感器上而无需任何数字化变换。在所示示例中，该完整且连续的光学图像通过光学系统24形成在传感器上而无需任何数字化变换。
应该观察到，光学系统24、特别是目标系统20聚焦在环表面16上(忽略强散光像差)，以便使环表面16与传感器表面共轭(conjugate)。来自光源18且在环表面16上反射的光射线用于形成环表面的图像。其供应必要的光。
换言之，环表面的图像I16'优选由入射光线的径向射线构成，该入射光射线已经在环表面16上通过镜面反射被反射，并被特别包括主反射表面26、126的光学系统24引导至传感器18。在某些实施例中，认为实际环表面的图像I16'仅由入射光束的径向射线构成，其被环表面16上的镜面反射所反射，且被特别包括主反射表面26、126的光学系统24引导至传感器18。
通过本发明的设备或方法得到的图像可以以被观察的图像的形式来使用。因此，操作者可以视觉检查这些图像，以便检查任何环表面缺陷和确定缺陷的类型。特别地，依据实际环表面的图像I16'的形状，相比更广泛散布的缺陷，操作者能够区分高度局部化的缺陷。
在大多数情况下，环表面的图像I16'可以被看作一条线，其中可以限定表示环表面的图像的线I16'，例如通过选择环表面的图像的内边缘线或外边缘线或者中间线作为表示线。
表示理论环表面图像的理论线I16可以是预限定的线，例如是以安装轴线的图像IA'1为中心的圈。可以从环表面图像I16'推导出表示理论环表面图像的理论线I16，例如通过在图像处理设备内计算，通过对该图像应用数字化变换来寻求估计作为环表面图像I16'的函数的对应理论线。
从以此方式得到的图像中，本发明的方法可以包括确定步骤，该确定步骤包括确定表示环表面的图像的线I16'与表示理论环表面图像的理论线I16之间的图像径向差。为此，作为表示环表面的图像的线，可以使用由传感器上的光学系统24或124形成的入射光束在环形表面上的反射的图像。在本发明的设备中，该确定可以通过与传感器18相关的图像处理设备(特别是例如包括计算机)来执行。
图4示出本发明的第三实施例，其与第一实施例的不同仅在于与传感器18相关的光学目标系统20不是远心目标系统而是常规目标系统，例如，是可以在相机中找到、且该目标系统的入射光瞳位于目标系统之中的目标系统。在这样的情况下，可以看到，安装区中的观察射线在径向半平面Pr中不再彼此平行，而是相反地呈现了一定量的发散。因此，对于给定的实际高度变化dZ，观察到的偏移dR随着环与轴线A'1的距离而变化。其结果是，环的轴线A1相对于安装轴线A'1的径向偏移引起实际环图像的形状(非圆形曲线)的复杂变化。
无论光学系统24、124是否是远心，实际环表面相对于安装轴线的径向偏移会引起实际环的图像的几何形变。远心系统减少且简化了这些形变。
与理论环表面图像相比，实际环表面的图像可以因而结合多个形变，特别是：
a)与实际环表面相对于理论环表面的偏心相关的形变；
b)与实际环表面的椭圆化(ovalized)相关的形变；
c)与实际环表面的入射角相关的缺陷；以及
d)与平坦度的缺陷相关的形变。应该理解，由于观察的低掠入射角(小的γ)，与平坦度缺陷有关的缺陷被最大化，而其它缺陷可以被忽略。然而，为了提高精度，处理系统可以对各种形变进行鉴定和/或定性和/或量化。
图5A和图5B示出可使用本发明的设备或方法得到的图像。这些图像可以在传感器18上直接得到，仅由光学系统24通过光学几何变换直接得到，且这些图像包括实际环表面图像I16，该实际环表面图像在其围绕理论中心轴线IA1的图像的整个周边上连续。
在图5A中，虚线示出实际环表面图像I16'，图像I16'的理论中心轴线A1与安装轴线A'1重合。在这样的情况下，由连续线绘制的理论环图像I16优选地为圆形图像，因而容易通过观察曲线I16'与I16之间的图像径向偏移来鉴定平坦度的缺陷。
图5B示出实际环表面图像I16'，其理论中心轴线A1的例如相对于安装轴线A'1呈径向偏移和/或倾斜。在这样的情况下，理论环图像I16不是完全的圆形图像，而是相对于安装轴线的图像IA'1呈偏心的闭合曲线。作为示例，闭合曲线I16的形状大致呈椭圆形。对于该闭合曲线I16，能够确定重心IA1且从重心IA1确定实际环表面的图像点I16'与在理论环图像I16中具有相同角坐标的对应点之间的距离差。该距离可以被用于确定平坦度的缺陷。替代性地，可被用于确定将理论环图像I16返回到定心圈(centered circle)的几何变换，且可以将该变换应用到实际环图像I16'，从而通过消除由于偏心和/或倾斜角的误差而返回到图5A的情况。
图6示出采用本发明的设备10的用于检查容器14的检查线200。在所示示例中，容器14被传送器210移动，传送器210沿着行进方向、例如沿着与每个容器14的理论中心轴线A1垂直的水平平移来输送容器14。在所示示例中，传送器210包括传送带212，容器14通过其底表面(也被称为支承平面)被放置在传送带212上，其理论中心轴线A1竖直设置。传送器可替代性地包括输送轮，输送轮使容器14沿环形行进路径移动，特别是在水平平面中移动。传送器210还可以具有与容器14的侧面相配合的引导装置(未示出)。因此，容器14将其环表面16呈现在面向上的水平面中。传送器210沿着本发明的装置10下方的水平路径运载容器，而没有与设备10干涉的任何风险。设备10可以包括壳体230，该壳体特别地包含传感器18、目标系统20、主反射表面126和可能的偏转反射表面132(如图6所示)。壳体230设置在传送器上方。在壳体230内部，本发明的设备10设有其位于竖直位置的安装轴线A'1，由此使观察场和入射光束向下定向，朝向位于壳体130的底表面与传送带212之间的安装区Z。因此可以理解，在该检查站中，传送器210带动容器而使其理论中心轴线A1尽可能与安装轴线A'1重合。当它们重合时，使用设备10获得图像，无需容器的任何处理或传送器的任何停止。然后，设备10得到的图像可以被送至处理系统240，例如，图像处理设备和/或显示设备和/或图像储存设备，例如，包括计算机的计算机系统。然后，可以分析以此方式所获得的图像，且能够识别甚至量化该图像中的容器14的环表面16的平坦度缺陷。
因此，该设备和方法不涉及与被检查的容器的物理接触。本发明的设备比现有技术的设备更便宜且更紧凑，因而特别可以被容易地安装到用于检查物品的检查站或检查线中，该检查站或检查线可以包括用于执行其它检查的其它设备，且检查站或检查线可以特别地被安装在容器一个接一个地行进的生产线上。因此，这样的设备可以在线上检查容器，无论是容器生产线还是容器处理线或容器填充线。
本发明的设备和方法可以由单个二维光电传感器来执行，例如由单个相机执行，仍然给出关于整个环表面的平坦度的信息，并且这可以从由传感器直接获取的单个光学二维图像完成，而不需要分别获取多个光学图像。
本文以优选实施例描述了本发明的观察系统，其中反射表面是反射镜。可以想到通过具有类似的锥形表面(例如引起全内反射)的棱镜型光学元件来获得相同的结果。本发明意义上的光学元件可以包括菲涅尔透镜。这样的手段也可以用相同值的角度γ进行观察，并且通过这种手段可以为观察而设置为远心等。
本发明并不局限于所述和所示的示例，因为可以在不背离其范围的情况下作出多种修改。

Claims (25)

1.一种使容器(14)的实际环表面(16)的平坦度可视化的可视化方法，所述环表面具有呈平面且围绕理论中心轴线(A1)呈环形的理论形状，所述方法包括以下步骤：
用周边入射光束照射所述容器的实际环表面(16)；以及
使用光学系统(24、124)在二维光电传感器(18)上形成所述容器的环表面的平面图像；
所述方法的特征在于：
所述周边入射光束包括径向光线，所述径向光线被包含在含有所述理论中心轴线(A1)的径向平面中，所述径向光线被导向所述理论中心轴线(A1)；
所述周边入射光束从上方照射所述环表面(16)，以及所述入射光束的径向射线被所述环表面(16)镜面反射；
所述光学系统(24、124)包括主反射表面(26、126)，所述主反射表面(26、126)是以所述理论中心轴线(A1)作为其轴线的回转表面，且设置为将来自所述实际环表面的呈观察仰角的光线直接或间接地反射向所述传感器；
所述方法包括通过所述光学系统(24、124)以相对于与所述理论中心轴线(A1)垂直的平面小于25°的所述观察仰角(γ)来观察所述实际环表面(16)的步骤；
形成所述平面图像的步骤包括将所述实际环表面(16)转换为环表面图像(I16')的光学几何变换，所述变换将理论环表面理论上转换为理论环表面图像(I16)；
所述光学几何变换将所述实际环表面(16)的测试点(T')与所述理论环表面的对应点(T)之间沿所述理论中心轴线(A1)方向的实际高度差(dZ)，转换为在图像中的所述容器的环表面图像的图像点(IT')相对于所述理论环表面图像的对应图像点(IT)的图像径向偏移(dR)；以及
在所述平面图像中，在所述实际环表面的所述测试点(T')与所述理论环表面的对应点(T)之间，对应于单位实际高度差(dZ)的所述图像径向偏移(dR)大于对应于相同尺寸的实际径向偏移的所述图像径向偏移。
2.根据权利要求1所述的可视化方法，其特征在于，在所述实际环表面的测试点与所述理论环表面的对应点之间，对应于单位实际高度差(dZ)的图像径向偏移(dR)至少是对应于相同尺寸的实际径向偏移的图像径向偏移的三倍。
3.根据权利要求1所述的可视化方法，其特征在于，所述方法包括通过所述光学系统(24、124)以相对于与所述理论中心轴线(A1)垂直的平面小于18.43°的观察仰角(γ)来观察所述实际环表面(16)的步骤。
4.根据前述权利要求中任一项所述的可视化方法，其特征在于，所述光学系统(24、124)限定通过径向观察射线观察所述环表面(16)的周边观察场，所述径向观察射线被包含在含有所述理论中心轴线(A1)的径向平面中且相对于与所述理论中心轴线(A1)垂直的平面形成小于25°的理论中心角。
5.根据权利要求4所述的可视化方法，其特征在于，所述观察仰角相对于与所述理论中心轴线垂直的平面小于18.43°。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的可视化方法，其特征在于，形成所述平面图像(I)的步骤包括光学地形成所述实际环表面(16)的完整且连续的二维图像(I16')。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的可视化方法，其特征在于，所述周边入射光束包括在共同径向平面中的非平行的径向射线。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的可视化方法，其特征在于，所述入射光束以一入射角照射所述环表面，使得在引起由所述实际环表面(16)反射的射线被所述传感器看到的入射射线的反射点处，所述环表面(16)的法线(“n”)相对于所述理论中心轴线(A1)的方向形成小于30°的角度。
9.一种确定容器(14)的实际环表面(16)的平坦度的方法，所述环表面(16)具有呈平面且围绕理论中心轴线(A1)呈环形的理论形状，所述方法的特征在于，其包括根据权利要求1至3中任一项所述的可视化方法，且所述确定容器(14)的实际环表面(16)的平坦度的方法包括确定步骤，所述确定步骤包括确定表示所述环表面(16)的图像的线与表示所述环表面的理论图像的理论线之间的图像径向偏移(dR)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，表示所述环表面图像的线是所述入射光束在所述环表面(16)上的反射的由所述光学系统(24、124)形成在所述传感器(18)上的图像。
11.一种用于观察容器(14)的实际环表面(16)的平坦度的观察设备，所述环表面具有呈平面且围绕理论中心轴线(A1)呈环形的理论形状，所述设备(10)具有用于安装容器的具有安装轴线(A'1)的安装区，所述设备包括：
照射系统，其适于供应具有径向射线的周边入射光束，所述径向射线被包含在含有所述安装轴线(A'1)的径向平面中，所述径向射线被导向所述安装轴线(A'1)；
二维光电传感器(18)；以及
光学系统(24、124)，其插置在所述容器安装区与所述传感器(18)之间，且适于在所述传感器(18)上形成被置于所述安装区中的容器(14)的环表面(16)的图像(I16')；
其中，所述照射系统、所述传感器(18)和所述光学系统(24、124)设置在所述安装区上方；
所述设备的特征在于：
所述设备(10)包括主反射表面(26、126)，所述主反射表面(26、126)是以所述安装轴线(A'1)作为其轴线的回转表面，且设置为将来自所述实际环表面(16)的呈观察仰角的光线直接或间接反射向所述传感器(18)；
所述光学系统(24、124)限定以径向观察射线观察所述环表面(16)的周边观察场，所述径向观察射线被包含在含有所述安装轴线(A'1)的径向平面中且相对于与所述安装轴线(A'1)垂直的平面形成小于25度的观察仰角；以及
所述照射系统包括以所述安装轴线(A'1)作为其轴线且直径大于所述环表面(16)的直径的光源(28)。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述设备包括单个二维光电传感器(18)，所述实际环表面(16)的完整且连续的图像(I16')被形成在所述二维光电传感器上。
13.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述主反射表面(126)将光线间接反射向所述传感器(18)，且所述设备包括在所述主反射表面(126)与所述传感器(18)之间的至少一个第二反射表面。
14.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述主反射表面(26)包括背向所述安装轴线且具有小直径和大直径的回转表面，所述小直径和所述大直径均小于理论环表面的最小直径。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述主反射表面(26)是凸形截头锥表面，所述凸形截头锥表面在顶点(α)处的半角等于45°减去所述观察仰角(γ)的一半。
16.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于，所述主反射表面(126)包括面向所述安装轴线(A'1)且具有小直径和大直径的回转表面，所述小直径和所述大直径均大于理论环表面的最大直径，从而将来自所述实际环表面(16)的呈观察仰角(γ)的光线反射向所述安装轴线(A'1)，所述射线被偏转反射表面(132)拦截，所述偏转反射表面包括背向所述安装轴线(A'1)的回转表面以便将射线反射向所述传感器(18)。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，在所述主反射表面(126)与所述偏转反射表面(132)之间的射线行经的路径垂直于所述安装轴线(A'1)。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述偏转反射表面(132)包括凸形截头锥形回转表面，所述凸形截头锥形回转表面以所述安装轴线(A'1)作为其轴线且在顶点处的半角(β)为45°。
19.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述设备包括在所述传感器(18)与所述主反射表面(126)之间的远心光学系统。
20.根据权利要求11至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述周边入射光束包括在共同径向平面中的非平行的径向射线。
21.根据权利要求11至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述光源(28)是环形光源，所述环形光源形成以所述安装轴线(A'1)作为其轴线的回转体。
22.根据权利要求11至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备(10)具有壳体(230)，所述壳体包含所述传感器(18)、目标系统(20)、主反射表面(126)，所述目标系统(20)包括一个或多个光学元件和光圈，所述光学元件和光圈互相关联以便在所述传感器上形成图像。
23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，所述设备(10)还包含偏转反射表面(132)。
24.一种用于检查容器(14)的检查线(200)，其中每个所述容器均具有环表面(16)，所述检查线通过沿与每个所述容器(14)的理论中心轴线(A1)垂直的水平行进方向运输所述容器(14)的传送器(210)来使所述容器(14)在输送线上移动，使得所述容器的环表面(16)因而处于面向上方的水平面中，所述检查线的特征在于，其设施包括根据权利要求11至15中任一项所述的设备(10)，所述设备以其安装轴线(A'1)处于竖直位置的状态被设置在该设施中，使得所述观察场和所述入射光束向下定向而朝向位于所述设备与所述传送器的运输构件之间的安装区(Z)。
25.根据权利要求24所述的检查线(200)，其特征在于，所述传送器(210)以所述容器的理论中心轴线(A1)与所述安装轴线(A'1)重合的方式来运载所述容器，且当轴线重合时，在所述设备不接触所述容器(14)的情况下使用所述设备(10)来获得图像。
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