CN1100804A - 透明容器壁厚度的测量 - Google Patents

Abstract

且于测量透明容器侧壁厚度的装置，含按一定角 度将光束射在容器侧壁外表面上的光源，以使光束的 一部分由此侧壁的外表面反射，且一部分光束被折射 进入容器侧壁，并由侧壁的内表面反射，然后再由侧 壁的外表面重新射出。在线性列阵的光敏传感器和 容器的侧壁间配置有透镜，以将由容器侧壁的外及内 表面上反射的光能聚焦在传感器上。透镜所具有的 象平面中配置传感器，且其物平面与该光束共线。电 子线路对入射在传感器上的光能响应，以确定容器侧 壁内、外表面间的壁厚。

Description

本发明的目的在于对透明容器的影响到容器壁光学性能的商品变异或缺陷进行检查，更确切地说，在于电光测量容器壁（包括侧壁、肩、颈、头以及/或者底）厚度的装置和方法。

例如在透明的玻璃成分容器的制造中，迄今都要建议对容器的侧壁厚度进行测量，以便检测出能够影响到容器耐受增压及装卸能力的薄弱地区。在申请人的受让人大量使用的一种容器侧壁厚度测量仪中，靠近容器壁的外表面放置有射频电极，且在共轴的拾取电极上接收的信号的幅度与容器壁的厚度有关。这项技术对于拾取电极和容器壁的表面之间的距离是高度敏感的，而且该电极被安装在行驶在容器表面之上的轮子上，以便控制该电极和表面之间的间隙。当容器移动到位时，与该容器的机械接触以及探头上的振动，都会引起电极组件中的高故障率。

欧洲专利公布的No.320139A2申请，公开了一种非接触电光测量透明容器侧壁厚度的系统。激光束以与容器半径成37.5°角射出与容器外壁表面相交。光束的一部分由容器的外表面反射，而且一部分经折射进入容器壁并入射在容器壁的内表面上。入射在内壁表面上的光的一部分，再一次被反射到外壁表面上经折射离开容器侧壁。配备有菲涅耳透镜，以将由内、外侧壁表面反射的光射到线性排列的光学传感器上面，且在该传感器上由内、外侧壁表面上反射出来光线之间的距离，与侧壁的厚度成正比。此透镜和传感器的定位，是使外表面上的反射点和内表面上反射点的虚象位于该透镜的物平面内，而此传感器列阵位于该透镜的象平面内。这就是说，线性列阵的传感器是和外表面反射点与内表面反射点虚线间的连线成光学平行。

尽管上述欧洲申请中公开的技术能够降低对于内壁表面和外壁表面平行度偏差的测量灵敏度，但其对容器位置是高度敏感的。即所公开的技术对于测量光学元件和容器壁表面间的距离高度敏感，从而在大批量生产透明容器时难以高速度控制传送器和检查系统。因此，本发明总的目的在于提供一种非接触电光测量透明容器侧壁厚度的装置和方法，基本上与容器相对于测量光学元件的位置无关。本发明的另一个目的在于提供一种非接触测量侧壁厚度的装置及方法，它能够达到上述目的，同时又能保持降低对于内、外侧壁表面间不平行度的敏感性。本发明的进一步目的在于提供一种具有所述特性的透明容器侧壁厚度测量装置及方法，它能提供一种类似于上述通行的射频测量量仪输出的输出，从而使该测量装置可以应用在现行的容器检查系统中，而无须对该系统的剩余部分作实质性改变。

根据本发明的测量透明容器侧壁厚度用的装置，包括光源如激光器，按一定角度将光束射在容器侧壁的外表面上，以使该光束的一部分由该侧壁的外表面反射，而且一部分被折射进入该容器侧壁，并由该侧壁的内表面反射，随后再从该侧壁的外表面重新射出。光传感器最好包括配置在平面内的多个光敏元件。透镜被配置在传感器和容器的侧壁之间，以便将由侧壁的外表面及内表面反射的光能聚焦在该传感器上。该透镜具有的象平面就是传感器所配置的平面，且其物平面与入射光束共线。电子学部分对入射在此传感器上的光能响应，以确定容器的内、外壁表面之间的壁厚。

在本发明的最佳实施例中，透镜具有的有限孔径实质上最好约等于40°的接收角，仅当容器壁的内表面基本上平行于外表面时，以将从容器侧壁内表面反射的光能聚焦在传感器上。因此，透镜、传感器和检测用的电子线路，对于容器侧壁的最薄及最厚截面具有增强的响应性。在本发明最佳实施例中的光传感器，包括按线性排列平行于入射在容器侧壁上的光束配置的多个光敏元件。侧壁的厚度，与传感器列阵上面由外表面及内表面反射的两部分光束之间的距离成正比。光束和线性列阵的传感器，是配置在垂直于过光束入射点的容器表面的平面内的，而且容器可绕其中心轴旋转。最好使线性列阵的传感器能以容器旋转增量被扫描，而且扫描数据可在由软件控制的多个扫描增量范围内进行平均，从而模拟出来自传统射频量仪的输出，以在较大面积范围内测出侧壁的厚度。

本发明与其附加的目的、特性和优点一起，将从以下的描述、所附的权利要求书和附图中更好地加以理解，其中：

图1为根据本发明目前的最佳实施例的容器侧壁厚度测量装置示意图;

图2为说明图1所示本发明实施例如何工作的光线轨迹示意图;

图3为类似图2的光线轨迹示意图，但用来说明根据现有技术如何工作;

图4及5为类似图2的局部光线轨迹示意图，但以放大比例说明本发明对现有技术的优点，以及

图6为说明根据本发明的检测器输出的示意图。

图1为测量透明容器12侧壁厚度所处检验位置10的示意图，该容器12具有基本上为圆柱形的侧壁14和中心轴16。在位置10的情况下，容器12与驱动轮18或其它适合的装置啮合，以使该容器绕其中心轴16旋转。驱动机构18还与位置编码器20相连，以将表示容器旋转增量的信号提供给信息处理器22。激光器或其它适合的光源24受信息处理器22的控制，以将相干光能量的准直光束26以与容器半径成45°的额定角度射在容器12的侧壁14上。如图2所示，光束26入射在容器侧壁14外表面28上的A点;而在A点，该光束的一部分30从外表面28反射，且该光束的一部分32被折射进入容器侧壁。这部分光束32入射在侧壁14内表面34上的B点，其中的一部分光束36由B点反射返回到容器侧壁中与其外表面28相交。最后，从侧壁内表面34反射回来的光能的一部分38，由其外表面28射出。

返回到图1，透镜40被定位在与容器侧壁14的外及内表面上的反射点A及B反射的光束部分30及38贯穿，并将这部分光束30及38聚焦在光传感器42上。透镜40可以是菲涅尔透镜、全息透镜、塑料或者玻璃透镜，而以多元件的玻璃透镜为目前最可取。传感器42最好包括多个按线性列阵的光敏元件或光电元件。线性列阵的检测器42被配置在透镜40的象平面上，而透镜40的物平面OP（图2）则与入射光束26的光轴共线。最好以实际上为1∶1的比例将透镜40的物平面OP成象在检测器42上面。激光器24、透镜40和传感器42的配置，是使光束26，30，38和线性列阵的传感器42全都位于垂直于入射光束26入射点处的容器12表面的平面内。光束26的最佳入射角度为45°。透镜40的光轴等分被反射光束30及38的法向光轴。象这样的取向对于容器的晃动和偏移较少敏感。

为进行比较，图3表示根据现有技术的上述欧洲申请，线性检测器的物平面PA相对于不同的入射及反射光束的位置。进来的光束26a以37.5°的角度入射在A点，该角度在此现有技术中是指定的，以便提供最好的结果。聚焦透镜的物平面PA，与外表面上的反射点A和内表面上反射点B的虚象Q间的连线共线。从数学上可以表示出，图3中的内表面反射点B的虚象Q是和图2中物平面OP和容器的半径44的相交点W不同的。

本发明（图1及2）对测量容器侧壁厚度比起现有技术（图3）提供增强的能力在于，其假想的或法向的几何结构或位置不同。图4表示容器的侧壁14朝向检测光学元件移动到14a位置情况下本发明与已有技术相比的工作状态。在容器的侧壁14处在法向位置时，外表面上的反射点A和内表面上反射点B的虚象Q位于现有技术中的成象透镜的物平面PA上。然而当此容器移动到侧壁所在位置14a时，进来的光束现在入射在点A′，而且内表面上反射点B′的虚象移动到了位置Q′。由于测量装置本身是不动的，故透镜的物平面PA保持在同一位置，以致于点A′和Q′都不在物平面内。因此，由于点A′或Q′都不在物平面内，故在两个反射点上存在有误差。然而对于根据本发明定位的物平面OP来说，外表面上反射点A及A′两者都配置在检测器的物平面内，而且唯一的误差来源在于内表面上反射点位置的改变。在图4示意表示的情况下，本发明能够获得约65%的测量误差减少。

图5表示的容器，其侧壁14的外侧壁表面上带有平坦的部位14b。在这种情况下，将会注意到，外表面上的反射点A和内表面上反射点B的虚象Q都不位于检测器的物平面PA内，这再一次产生出两个测量误差来源。然而外表面上的反射点A，保留在根据本发明的物平面OP内。

总之，在上述欧洲申请中公开的现有技术包括两种误差来源，涉及外表面上反射点和内表面上反射点的虚象以不同状况从物平面上位移。然而在同样情况下，本发明技术仅包括单个误差来源，表明其在产生出准确读数方面实际上足够小，不仅对于理想的容器，而且对在标称的公差范围内生产容器也一样。因此，不管正常生产偏离理想的容器位置以及侧壁的外形如何，本发明技术能对容器侧壁厚度提供更准确的测量。

返回到图1及2，透镜40被定位在让检测器列阵42位于该透镜的象平面内，且使其物平面OP与光束26共线，如上所述。最好使透镜40（它可能包括有透镜系统）具有有限的孔径，以便当侧壁的内表面34与侧壁的外表面28平行或者基本平行时，使该透镜只能接收来自该侧壁内表面反射的那部分光束38。这发生在所有局部性为最小及最大厚度的点的位置，从而与传感器的电子线路22结合建立对薄/厚点的检测。在本发明的最佳实施例中，透镜40的有效孔径为f1.4，或者约为40°的接收角。以这样大的接收角度，透镜将能收集到来自大约可由法向位置倾斜10°的表面的光。这就是说内、外两个表面都在竖直和/或水平方向上独立倾斜10°。假如在旋转平面内该角度大于10°，则此系统对于最小及最大厚度就是无响应的。

检测器列阵42以容器的旋转增量由信息处理器22进行扫描。图6表示该检测器列阵42的输出，所提供的第一个峰42a与侧壁外表面反射的光束30相关，第二个峰42b则与侧壁内表面反射的光束38相关。通过信息处理识别出每一个峰42a及42b的加权中心线，并由其计算出厚度42C。最好让信息处理器中的可变宽度电子滤波器，沿水平方向在可选定的增量数范围内对厚度测量进行平均，可被用来模拟更大的测量面积，如在已有技术的上述射频量仪中那样。

本发明所述的系统可被应用在与任何透明的材料相结合，并可测量侧壁、肩、颈、头或者底的厚度。光源24、透镜40以及检测器列阵42，可以安装在能够相对该容器运动的头上。按照这种联结不难认识到，现有技术遇到的困难是在圆弧形部位测量壁厚，例如肩部和跟部。

Claims (10)

1、一种测量透明容器(12)壁厚用的装置(10)，包括：

用来按一定角度将光束(26)射在容器壁(14)外表面(28)上的装置(24)，以使该光的一部分(30)由此外表面上反射，而且一部分(32)被折射进入该容器壁，并由容器壁的内表面(34)反射；

光敏器件(42)，它至少包括配置在平面内的一个光敏传感器；

用来将由上述容器壁的外及内表面(28，34)反射的光能聚焦在上述光敏器件(42)上的装置(40)，以及

对入射在上述光敏器件(42)上的光能进行响应以确定该容器(12)壁的内、外表面(28，34)之间壁厚的装置(42)，其特征在于：所述聚焦装置(40)具有一象平面，其上配置有上述光传感器阵列(42)，其物平面与上述光束(26)共线。

2、根据权利要求1所述的装置（10），其特征在于，所述的光敏器件（42）包括多个在线性列阵中配置的光敏传感器，容器壁的厚度，正比于由上述容器壁的外及内表面（28，34）反射的光能之间在上述线性列阵上的分配。

3、根据权利要求2所述的装置（10），其特征在于，所述的光束（26）以及所述的线性列阵（42），被配置在与容器外表面（28）垂直的平面内。

4、根据权利要求3所述的装置（10），其特征在于，所述的用于确定容器（12）壁厚度的装置（22），包括以容器的旋转增量对上述传感器列阵进行扫描的装置，以及在上述多个增量范围内对扫描数据进行平均的装置。

5、根据前述任一权利要求所述的装置（10），其特征在于，所述将光束射在容器壁表面上的装置（24），包括激光器。

6、根据前述任一权利要求所述的装置（10），其特征在于，所述的角度基本等于45°。

7、根据前述任一权利要求的装置（10），其特征在于所述聚焦装置（40）包括一个具有约40°入射角的透镜。

8、一种测量具有基本上为圆柱形侧壁（14）及中心轴线（16）的透明容器（12）侧壁厚度的方法，其特征在于，所包括的步骤为：

（a）按一定角度将光束（26）射在容器的侧壁上，以使该光束的一部分（30）由该容器侧壁的外表面（28）上反射，而且一部分（32）被折射进入该容器侧壁，并由其侧壁的内表面（34）反射;

（b）让由侧壁的外及内表面（28，34）反射的光使用透镜（40）将其射在光敏传感器（42）上，该透镜（40）所具有的象平面内配置该光敏传感器（42），且其物平面（OP）与上述步骤（a）中射在容器侧壁上的光束（26）共线，以及

（c）作为在上述传感器（42）上由上述侧壁的外及内表面（28，34）反射的光之间分配的函数，测出容器壁的厚度。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于包括有附加步骤（d），让该容器（12）绕其中心轴线（16）旋转。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的步骤（c）包括：（c1）以容器旋转的增量对上述传感器（42）进行扫描;（c2）在每一上述增量下确定壁的厚度测量;以及（c3）在多个旋转增量的范围内对在上述步骤（c2）中确定的厚度测量进行平均。

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