CN1240935A - 采用红外和极化可见光对透明容器进行光学检查的方法和装置 - Google Patents

Abstract

引导红外和可见光穿过容器照到响应可见和红外光的CCD照相机上。交叉的起偏器设在容器两侧。起偏器对可见光的作用为,容器中没有应力缺陷时阻挡可见光照到照相机上,并改变可见光穿过容器的极化状态。另方面,起偏器对在照相机上产生灰色背景的红外光影响很小或没有影响。用这种方式,因容器中应力缺陷而照在照相机上的可见光表现为灰色背景上的亮信号,同时红外光因容器中不透明缺陷而被阻挡则表现为灰色背景上的暗信号。

Description

采用红外和极化可见光对透明容 器进行光学检查的方法和装置

本发明涉及对透明容器中影响容器的光学性能的商品缺陷进行检查的方法和装置，特别是涉及一种对容器的侧壁和底部的应力和非应力缺陷进行检查的方法和装置。

在诸如玻璃瓶和水壶一类的透明容器的制造过程中，在容器的侧壁、跟部、底部、侧翼、和/或颈部会出现各种类型的不规则物。这些不规则物在本领域中被称为商品缺陷，它们会影响容器商品的可接受性。迄今为止已有人提出用电光检查技术来检测会影响容器光学性能的商品缺陷。该方法的基本原理是：设置一个光源，将光能投射到容器上，用一个照相机来接收容器受光源照射部分的图象。光源的光场可以是均匀的场强，也可以设置成相对于光源的一个方向具有变化的场强。将受光源照射的容器部分中的不透明的和折射的商品缺陷检测出来，作为由照相机接收并存储在照相机中受照射的容器图象场中光强的函数。

在用回收过的玻璃制造玻璃容器的过程中遇到一个问题，热胀系数不同的材料会混在一个容器中。例如，现已发现，热胀系数很低的光亮的玻璃餐具会同回收玻璃混在一起。容器中出现的任何未熔化的餐具颗粒都会在冷却过程中形成应力点，这些应力点会导致容器破裂或成为以后容器中所存在的缺陷。玻璃容器中还会出现其他会造成应力缺陷的不均匀性缺陷，包括来自玻璃瓶前边和瓶口的石子或折射物质颗粒。因此需要有一种方法和一种系统来检测容器中的应力和不透明的非应力缺陷。

迄今为止已有人提出采用交叉的偏光器来检测容器侧壁的应力缺陷。使光能穿过交叉的起偏器，并且穿过位于交叉的起偏器之间的容器，当容器侧壁中没有应力缺陷时，通常在成像的照相机的视场中会形成一个暗场。不过，当存在应力缺陷时，这种应力缺陷会改变穿过容器的光能的偏振状态，足以相对于照相机的暗场出现一个亮点，这个亮点就表明了应力缺陷的存在。US4026656(已转让给本申请人)探讨了这类有关背景的技术，并且提出用红外光能和红外极化滤光器来降低环境光的背景效应。

本发明的目的在于提供一种用于检查透明玻璃物品，特别是玻璃容器中能够影响容器的光学特性的商品缺陷的方法和装置。本发明的一个更为具体的目的在于提供一种具有如下所述的、特别适用于检测容器中的应力缺陷以及不透明的缺陷(应力和非应力)的特性的方法和装置。本发明的另一个目的在于提供一种具有如下所述的、仅在一个检查位置、利用单一光源和单一光检测器来检测容器中应力和不透明的非应力缺陷特性的方法和装置。本发明的一个进一步的目的在于提供一种具有以下所述的易于实施并且在一个相当长的工作寿命中具有高可靠性的特点的方法和装置。

本发明提出同时将红外光能和可见光能穿过一个容器后投射到一个响应于红外光能和可见光能的照相机。两交叉的起偏镜设置在容器相对的两侧，其对可见光能的作用形式是，当容器中没有可改变穿过容器的可见光能的极化状态的应力缺陷时，它会阻挡可见光传向照相机。另一方面，起偏器对可以在照相机的背景光场上形成一个通常为灰色的强度分布的红外光能影响很小或者说没有影响。在这种情况下，容器中应力缺陷对可见光投射在照相机上的影响表现为在一个通常为灰色的背景上出现白色的信号，同时容器中不透明的缺陷对红外光的阻断表现为在通常为灰色背景上所出现的黑色信号。

因此，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种检查容器中影响容器的光学特性的商品缺陷的方法，其中将光能投射到容器上的方式为：使第一波长的光能(例如极化的可见光能)响应于容器中的第一类商品缺陷(例如应力缺陷)，并且与第一波长不同的第二波长的光能(例如红外光能)响应于有别于第一类商品缺陷的第二类商品缺陷(例如不透明缺陷)。从容器中出射的光能投射到光传感元件上，并且将商品缺陷作为投射到光传感元件的第一和第二波长光能的函数来进行检测。光传感元件最好为一个同时响应于同时照射到容器上并且继而照射到传感器上的第一和第二波长光能的单一的光传感器。将传感器所接收到的第一波长处的光能与第二波长处的光能进行比较，所述的比较方式最好是在相对于传感器在第二波长处的光能背景分布图上形成一个传感器在第一波长处的光能分布图象。本发明优选的实施例中的光传感器包括一个随容器旋转而步进扫描的CCD阵列传感器以提供容器所述检查部分的一个二维图象，所述的二维图象由传感器所接收的、第一波长处的光能在第二波长处的光能背景上所形成的光能图象所组成。

在本发明优选的实施例中，第一波长处的光能由响应于容器中应力缺陷的极化的可见光能组成，而第二波长处的光能由响应于容器中不透明缺陷的红外光能组成。这里所用的“可见”和“红外”一词指的是它们通常被公认的意思。可见光能是指波长在约0.4至0.7或0.8微米范围内的光能。红外光能包括了根据本发明的近红外光能，其波长在约0.7至300微米范围内。不过，玻璃在约5微米处变得不透明，这对这类应用来说设置了一个实际的上限。本发明优选的硅照相机可以在高于约1.1微米时工作。本发明优选的实施例中所用的两个波长范围的光能是通过一个广谱漫散射光源发出，并且投射到一个同时响应于可见和红外光能的CCD面阵列传感器上的。

根据本发明另一个方面的检测玻璃物品(如容器)中应力缺陷和不透明缺陷的装置包括一个光源，用来产生响应于照射到其上的的、处于可见和红外范围内的光能的电信号。使红外光能穿过容器而到达光传感器，在光传感器上产生一个通常为灰色的背景，因而容器中不透明的缺陷就表现为灰色背景之上的黑色信号。使可见光穿过位于容器相对两侧的两个交叉的起偏器，照射到光传感器在上，并使容器中的应力缺陷表现为在传感器的灰色背景上的亮信号。这样，所检测出的应力和不透明缺陷就为传感器上灰色背景上的亮信号和暗信号。

本发明以及其他的目的、特色和优点将通过下述的说明书、所附的权利要求及附图而得到最好的阐述，其中：

图1为根据本发明的一个优选的实施例所提供的一个电子—光学示意图，示出了本发明用于检测容器侧壁中应力和不透明缺陷的一个装置；

图2为根据本发明的另一个实施例所提供的一个电子—光学示意图，示出了本发明用于检测容器底部中应力和不透明缺陷的一个装置；并且

图3为图2所示的检查装置的一幅局部侧视图。

图1示出了一个根据本发明的一个优选的实施例的、用于检查一容器14的侧壁的装置10。光源16包括一个或多个灯泡18，这些灯泡18与一个漫射片20相配合，形成一个大面积的漫射光源。光能从漫射片20出来，穿过一个第一起偏棱镜22，穿过容器14的侧壁，然后穿过一第二起偏棱镜24，照射到一照相机28的传感器26上。传感器26最好包括一个线性阵列CCD传感器，用于向一信息处理器30提供作为聚焦到阵列26上的、容器14的一维图象的函数的电信号。设置一个阻断滤光器32以部分衰减照射到传感器28上的光能。

传送带34通常包括一个星轮(图中未示出)和一个滑动板36，把传送带设置得与容器浇铸源连接起来，以便连续不断地把容器14送到装置10的有关位置上。传送带34可以为各种适合类型的传送带，例如US4230219和US4378493中所示出的那些传送带。连续传送的容器被握持在固定位置并被装置38(例如一个驱动轮)带动绕着容器的中心轴旋转。将一个译码器40连接到容器旋转机构上以提供容器步进旋转的指示信号。所述的步进可以指固定的旋转步进角，或者指以一个恒定的速度旋转时的固定的旋转时间间隔。信息处理器30与译码器40及照相机28的传感器26相连，所述的信息处理器30可根据容器旋转的步进值对传感器进行扫描，并且形成容器侧壁相对于容器轴不同的角位置的一个二维电子图象。译码器40的另一种用法是，在容器14以基本上恒定的角速度旋转的同时，控制信息处理器30，使其以基本上相等的时间步进值对传感器26进行扫描。传感器26可以包括一个面阵列传感器，它是按照容器旋转的步进间隔被扫描的，这样就可形成容器侧壁的多个二维图象。每一个这样的图象都由灰色背景上的亮的和/或暗的图象所组成。

根据本发明，由灯泡18发出并穿过漫射片20的光能同时包括可见光能和红外光能。(所述的可见光能和红外光能不必覆盖上面提到的整个波长范围。)起偏器22和24的偏光方向彼此相差90°(即二者为交叉的起偏器)，并且其结构应使其能对可见光波长范围内的光能做出响应，同时对红外光能基本透明。这样，入射到传感器26上的可见范围内的光能通常被交叉取向的起偏器22和24所阻断。不过，容器14侧壁中应力缺陷(如应力石子或疤节)导致的双折射改变了穿过应力区域的光的极化角，在传感器26上相对于通常为暗色的可见光能的背景产生一个亮点信号。同时，除非受到不透明的缺陷(如应力或非应力石子)的作用，红外光能将直接穿过容器14的侧壁。滤光器28响应于红外范围的光能，并对这些光有部分衰减的作用，由此在传感器26上形成一个通常为灰色的背景；在此背景上，容器侧壁中应力缺陷所致的可见光能表现为多个亮信号，而由容器侧壁中不透明缺陷阻断的红外光表现为暗信号。

这样，同时响应于可见光能和红外光能的传感器26，有效地将来自光源16的光能结合在，一起形成一个通常为灰色的背景。相对于该背景，不透明的缺陷表现得较暗而应力缺陷则表现得较亮。在信号处理器30上采用其他常规的图象分析技术，可以很方便地对这些这些缺陷的大小和类型进行分析。这方面的技术请参见US4601395。可以用这些信息来形成一个剔除信号42，用来从生产线上排除那些不合格的容器，并且/或者在一个操作者面前显示这些图象数据。US4958223中公开了有关对一个面阵列传感器进行扫描并形成容器的二维电子图象的示范性的技术。由此，本发明的技术对有关不透明的小应力石子的检测提供了有益的改进，采用本发明的方法，由于由照相机28可以见到石子周围的应力图象及其石子本身，这些不透明的小石子显现得更大，更容易检测到。事实上，在本发明中，不透明的应力石子表现为在通常为灰色的背景上的、被玻璃中有应力区域的一个明亮的图象所包裹的暗色调的石子图象。

图2和图3示出了本发明中特别适用于检查容器14底部和跟部区域缺陷的第二个实施例。图中与图1中作用相同或相似的部件用与图1相同的数字标记。可见光能和红外光能直接穿过漫射片20和起偏棱镜22，并通过滑动板36的孔隙部分46，然后总体上沿着轴向通过容器的底部和跟部。包括面阵列传感器26的照相机28与红外衰减滤光器32和极化透镜24相配合，接收由容器14嘴部散出的光能。这样，传感器26与图1中所述的信息处理器30结合在一起，产生多幅容器底部的图象，每幅图象都由通常为灰色的背景及该背景之上的代表应力缺陷的亮的信号和代表不透明缺陷的暗的信号所组成。包括漫射片20和偏光棱镜22的所述光源可以为现在已转让给本申请受让人的US5466927中所公开的那种结构，而照相机28可以随容器的旋转而步进式地工作，以检测容器底部和跟部的折射缺陷。此外，虽然图2和图3中示出了照相机接收容器底部和跟部整个直径范围的图象，也可以对该照相机进行定向和聚集操作，使其只观察容器底部某一范围内的图象。整个容器底部将通过使瓶子旋转一周的方式来得到检查。

最好将本发明检测不透明的和应力缺陷的技术与其他检测折射缺陷的技术结合起来，例如和上面提到的用于检测容器底部和跟部折射特性的US5466927及用于检测容器侧壁折射缺陷的US4601395结合起来。

这样，本发明已经提供了一种用于检查诸如容器的玻璃制品中能够影响容器的光学特性的商品缺陷、特别是应力缺陷和不透明缺陷的方法和装置。实施本发明的方法和装置时可以采用可响应于可见光波段光能的、相对较便宜的材料，这就和已有技术中使用响应于红外波段光能的较贵的起偏器材料形成鲜明的对照。本发明的技术可以很方便地同时用于无色玻璃(燧石)和有色(例如琥珀色)玻璃。本发明的方法和系统可以用作一个单一的容器检查站，采用上述的一个单一的光源及一个单一的传感器。

Claims (25)

1、一种检查容器中可以影响容器的光学特性的商品缺陷的方法，包括下列步骤：

(a)将光能投射到一个容器上，其中第一波长的光能响应于容器中第一类商品缺陷，并且与所述的第一波长有别的第二波长的光能响应于与所述的第一类商品缺陷不同的第二类商品缺陷，

(b)将来自容器的光能引导到光传感装置，并且

(c)检测容器中所述的第一类和第二类商品缺陷，将其作为照射到所述的光传感器件上的所述的第一和第二波长光能的函数。

2、如权利要求1所述的方法，还包括另外的步骤：(d)所述的光传感器件为一个同时响应于所述的第一和第二波长的单一的传感器。

3、如权利要求2所述的方法，其中所述的第一和第二波长的所述光能同时照射到所述的单一传感器上。

4、如权利要求1所述的方法，其中所述的步骤(c)包括将所述的传感器接收的所述的第一波长的光能与所述的传感器所接收的所述的第二波长的光能进行比较的步骤。

5、如权利要求4所述的方法，其中所述的步骤(c)包括在所述的传感器上形成一第一波长的光能相对于所述的第二波长能量背景的图象。

6、如权利要求5所述的方法，其中所述的传感器装置包括一个用于提供一个二维图象的面阵列传感器，所述的二维图象由相对于所接收的所述的第二波长的光能背景的、所述第一波长的光能组成。

7、如权利要求6所述的方法，其中所述的第一波长的光能包括包括可见光能，并且所述的第二波长的光能包括红外光能。

8、如权利要求7所述的方法，其中所述的可见光能包括极化的光能。

9、如权利要求7所述的方法，其中所述的可见光能位于约0.4至0.7微米的波长范围内，并且所述的红外光能位于约0.7至300微米范围内。

10、如权利要求9所述的方法，其中所述的容器为玻璃容器，并且其中所述的红外能位于约0.7至5微米范围内。

11、如权利要求10所述的方法，其中所述的红外光能位于约0.7至1.1微米范围内。

12、如权利要求1所述的方法，还包括下列另外的步骤：

(d)对所述的第一和第二波长光能中的一种进行极化，其方式为：仅有穿过容器中应力缺陷的、所述的一种波长的光能照射到所述的传感装置上，并且

(e)部分衰减所述的第一和第二波长光能中的另外一束光能。

13、如权利要求1所述的方法，还包括下列其余的步骤：

(d)使容器绕其中心轴旋转，并且

(e)以容器旋转的步进间隔施行所述的步骤(c)。

14、如权利要求1所述的方法，用于检查容器侧壁，其中所述的步骤(a)和(b)包括同时将所述的光能引导到容器侧壁的步骤。

15、如权利要求1所述的方法，用于检查容器底部，其中所述的步骤(a)和(b)包括同时将所述的光能引导到容器底部的步骤。

16、如权利要求1所述的方法，还包括下列其余的步骤：

(d)检测不同于所述的第一和第二类商品缺陷的第三类商品缺陷，将其作为在所述传感装置接收的至少一种所述光能的函数。

17、用于检测容器中应力缺陷和不透明缺陷的装置，包括：

用于响应于照射在其上的位于可见和红外范围之中的光能而产生电信号的光传感装置，

用于引导红外光能穿过容器照射到所述的光传感装置的第一装置，其引导方式为，在所述的光传感装置上产生一个通常为灰色的背景，并且容器中的那些不透明缺陷表现为所述灰色背景上的暗信号；

第二装置，包括设置在容器的相对两侧的交叉的起偏器，用于引导可见光能穿过容器并且照射到所述的光传感装置上，其引导方式为：容器中的应力缺陷表现为相对于所述光传感装置上灰色背景上的亮信号；以及

与所述的光传感装置相连、用于将这些应力和不透明缺陷作为所述灰色背景上所述亮和暗信号的函数来进行检测的装置。

18、如权利要求17所述的装置，其中所述的第一和第二装置包括一个用于同时引导所述的可见和红外光能穿过容器并且照射到所述光传感装置的所述单一的光源。

19、如权利要求18所述的装置，其中所述的光传感装置包括一个单一的光传感器。

20、如权利要求19所述的装置，其中所述单一的光传感器包括一个接收容器图象的阵列传感器，所述的图象包括所述灰色背景上的所述的亮的和暗的信号。

21、如权利要求20所述的装置，还包括使容器绕其轴旋转的装置，以及以容器旋转的步进值扫描所述的光传感器的装置。

22、一种检查透明玻璃制品中应力缺陷和不透明缺陷的方法，包括下列步骤：

(a)引导第一和第二波长范围中的光能同时穿过制品并照射到一个单一的光传感器上，

(b)部分衰减所述光能波长范围中一部分，以便在所述的传感器上产生一个灰色的背景，相对于所述的灰色背景，制品中的一个不透明缺陷表现为一个暗图象，

(c)极化所述波长范围的另一部分光，使制品中的一个应力缺陷表现为所述灰色背景上的一个亮图象，以及

(d)将制品中的应力和不透明缺陷作为所述亮的和暗的图象的函数来进行检测。

23、如权利要求20所述的方法，其中所述的传感器包括一个接收由所述灰色背景上的所述亮的和暗的图象所组成的图象的一个CCD传感器。

24、如权利要求23所述的方法，其中所述的步骤(a)包括用一个单一的光源产生两个所述波长范围的光能的步骤。

25、如权利要求24所述的方法，其中所述的单一光源包括一个大面积漫射光源。

Images