CN1708683A

CN1708683A - 检测容器颈环的表面缺陷或材料短缺的照射方法和装置

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Publication number: CN1708683A
Application number: CN200380101952.2A
Authority: CN
Inventors: O·科勒; M·勒孔特
Original assignee: Tiama SA
Current assignee: Tiama SA
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: US20060126060A1; EP1558920A1; DE60331846D1; WO2004040280A1; FR2846424B1; EP1558920B1; US7417725B2; FR2846424A1; AU2003285458A1; ATE462128T1; CN1708683B

Abstract

本发明涉及一种检测具有对称轴(X)的容器的瓶颈(3)上表面缺陷和/或未填满的瓶口的光学方法。本发明的方法包括以下步骤：采用入射光束照射容器瓶颈(3)的表面(s)并且采用线性扫描摄像机接受由容器瓶颈反射的光束，从而确定表面缺陷和/或未填满的瓶颈的存在。更具体的是，该方法包括：采用向位于容器对称轴(X)上会聚点会聚并具有可变直径(D)和/或可变宽度(E)的均匀光环(C)，并且选择与照射容器瓶颈(3)所要求的预定平均入射角度(α)相关的会聚光环直径(D)给定值和/或与照射容器瓶颈(3)表面(s)宽度(L)相关的均匀光环宽度(E)给定值。

Description

检测容器颈环的表面缺陷或材料短缺的照射方法和装置

本发明总体上涉及中空物体或容器光电子检查的技术领域，这些物品优选的是透明或半透明的，例如瓶子、玻璃广口瓶或长颈瓶，其目的是检测这种容器上的任何表面缺陷。

本发明的目的更精确地说是检测在物体颈环的任何表面缺陷或与表面上材料短缺相关的被称为“未填满的瓶口”的裂缝。

在本领域中，检测这样缺陷的已知装置包括提供入射光束照亮容器颈环表面的光源。所述检测光源也包括放置成以接收容器颈环反射的光束的线扫描摄像机。缺陷的存在扰乱光反射，该反射取决于缺陷的类型而引起能被线扫描摄像机检测到的消光或光闪烁，而为了确定表面缺陷或材料短缺的存在与否，摄像机与用于分析从摄像机传来的影像信号的分析和处理单元相连接。采用所述装置能够检测未填满的瓶口，尤其是涉及表面的材料短缺。未填满的瓶口与一般为平面或圆形的颈环表面内的中空部分相关。所述缺陷可被看成在白色背景下的暗或黑色图像。

为了确保容器颈环表面的检查正确，必须控制针对颈环表面的光束的入射角度。对于小尺寸的颈环，例如瓶子的颈环，该入射角可以通过改变光源的高度来控制，例如在美国专利US4606635中所公开的用于检测容器颈环缺陷的装置。所述装置包括由一个内侧圆筒和一个外侧圆筒限定的环状光源，在它们之间限定了一个圆筒形出口，其高度可以通过圆筒的相对移动来调节。相对移动可以传递给针对要检查的容器的该光源从而调节扩散光束的入射角度。

该装置不适合用于检测具有大尺寸表面面积的颈环上缺陷，主要由于入射角度太小并且无法得到均匀的表面光环。而且，对于具有表面略微向内或向外倾斜颈环的容器，已证明仅仅通过调节光源的高度来修正入射角是不够的。最后，要注意的是采用所述的检查装置不可能适应要检查的容器上的不同直径的颈环。

还有一种已知用于检查瓶盖的设备，见于专利FR2596523，该设备包括位于要检查的瓶盖之上的发散环状光源。该设备包括限定光源照射范围的第一光掩板和限定光电传感器视野的第二光掩板。

采用该设备，能够检测瓶颈上瓶盖较低部分的缺陷。然而。该设备不适于检测具有不同倾斜度、宽度和直径的容器瓶颈表面上的缺陷。而且，采用该设备，不可能在具有大表面面积的容器上实现均匀照射。

对本领域现状的分析表明需要一种能够控制针对容器颈环表面均匀光束的入射角度和/或宽度的技术从而适合于容器颈环不同的倾斜度、宽度和直径。

因此，本发明提出了一种检测具有不同倾斜度、宽度和直径的各种容器颈环上表面缺陷和/或材料短缺的方法以满足该需要。

为了实现该目的，本发明检测表面缺陷和/或材料短缺的方法包括以下步骤：

■采用入射光束对容器颈环表面照射，

■通过线扫描摄像机收集由容器颈环反射的光束以确定表面缺陷和/或材料短缺的存在。

根据本发明，该方法包括：

■获得向位于容器对称轴上的会聚点会聚的并具有可变直径和/或可变宽度的均匀光环，

■并且选择：

-与照射容器颈环表面的所需平均入射角度相关的均匀会聚光环直径给定值，

-和/或与照射容器颈环表面宽度相关的均匀光环宽度给定值。

根据本发明的一个特征，该方法包括：

■获得可变直径和/或可变宽度的均匀光环，

■确保光环在会聚点1会聚从而以均匀会聚光束照射容器颈环表面。

根据本发明的第一变化实施例，该方法包括；

■通过一系列同心基本光环获得光环，

■可选择地命令基本光环的开/关以获得确定直径和/或确定宽度的光环。

根据本发明的第二变化实施例，该方法包括：

■通过锥形镜和平面环状光源之间的相对移动而获得可变直径的光环，该光源垂直于所述镜的轴照射到锥形镜上。

■确保环状光源和锥形镜之间沿着锥形镜的轴相对移动过给定高度以获得确定直径的光环。

根据本发明的优点，该方法包括使入射光束偏振并且在反射光被摄像机接收之前使之偏振。

本发明的又一目的是提出一种用于检测在具有对称轴的容器上颈环表面缺陷和/或材料短缺的检测工作台的照射装置。

根据本发明，照射装置包括：

■能够提供向位于容器对称轴上的会聚点会聚并具有可变直径和/或可变宽度的均匀光环的照射装置，

■用于产生均匀会聚光环的装置，该光环具有与照射容器颈环表面的所需入射平均角度相关的给定直径值和/或与容器颈环表面宽度相关的给定宽度值。

根据实施例的优选特征，该照射装置包括：

■能提供可变直径和/或可变宽度的均匀光环的照射系统，

■以及用于将光环会聚到会聚点上以便用均匀会聚光束照射容器颈环表面的光学系统。

根据第一变化实施例，提供光环的照射系统由一系列相对于彼此同心地安装的基本环状光源组成，而用于产生光环的装置由用于基本环状光源的可选择性开/关命令单元形成。

根据第二变化实施例，提供可变直径光环的照射系统包括相对于平面环状光源可移动地安装的锥形镜，该光源发出的光垂直于所述镜的轴照射到锥形镜上，而用于产生给定直径光环的装置由为了获得确定直径的光环而命令锥形镜和平面环状光源沿着镜轴相对移动过给定高度的装置形成。

根据第二变化实施例的另一实施例，平面环状光源包括在光束反射光锥方向沿着垂直于镜轴的方向发射光的环状光源，该反射光锥沿着锥形镜的轴以可移动或不可移动的方式安装。

根据实施例的一个特征，光环的光学会聚系统是菲涅尔型透镜。

根据实施例的另一特征，照射装置包括放置在光学聚焦系统和环状光源之间的光扩散器。

根据本发明的另一特征，照射装置包括为了使入射光束偏振而放置在照射系统和容器之间的偏振器，以及一个被定位以便能过滤反射光束的偏振器。

根据实施例的又一特征，该照射系统，在其可变直径光环的中心包括摄像机的观测区。

根据实施例的又一特征，该照射系统，在摄像机观测区中，包括半反射光学元件，它能朝着被检查容器的方向传送一个附加光束并确保容器反射光束传送到摄像机。

本发明的又一目的是提出了一种用于检测具有对称轴的容器颈环表面缺陷和/或材料短缺的检测工作台。所述检测工作台包括；

■本发明的照射装置，

■线扫描摄像机，其被定位以接受由容器颈环反射的光束，

■以及连接到摄像机并适合于分析由摄像机分送的影像信号从而确定表面缺陷和/或材料短缺存在的处理及分析单元。

通过以下结合相关附图的说明，本发明的各种其他特征将变得更加清楚，这些说明作为非限制性的例子并且作为展示本发明主题的实施例。

图1是示意图，显示采用照射装置第一变化实施例实施本发明的方法。

图2是解释本发明照射方法原理的示意图。

图3是用于本发明照射装置的一种照射源实施例的顶视图。

图4是采用本发明方法所获得图像的例子。

图5是本发明一种照射装置第二变化实施例的示意图。

图6显示的是图5中所示第二实施例的实施例变体。

图7显示的是本发明照射装置的又一特征。

图1显示了本发明的照射装置1，其用于表面缺陷和/或材料短缺检测装置2以检测容器4的颈环3表面s上可能的缺陷，容器4例如是透明或半透明的并且具有对称的或旋转轴X。

在传统方式中，所述检测装置2包括线扫描摄像机6，被固定以便收集由容器4的颈环3表面s反射的光束。为了确定颈环3上表面缺陷和/或材料短缺的存在，该摄像机6被连接到适合于分析由摄像机传送的影像信号的处理及分析单元7上。由于分析及处理单元不在本发明的主题下并且是本领域人员的公知部分，本发明将不对其进行更详细的说明。

所述检测装置2包括本发明的照射装置1，其可以用于实现检测颈环3表面的表面缺陷和/或材料短缺的光学检测方法。

根据本发明，照射装置1，可在图1和2中更精确地看到，其包括照射机构9，该机构能够提供向位于容器4的对称轴X上的会聚点F会聚并且具有可变直径D和可变宽度E的均匀会聚光环C。在图1和3所示实施例中，照射机构9包括照射系统11，该系统能够提供具可变直径D和/或可变范围或宽度E的光环12。在图1和3的变化实施例中，照射系统11由一系列基本环状光源14组成，在所示实施例中总共为10个，以彼此同心的模式安装，允许观测区处于摄像机6的中心。这些基本环状光源14可以是电子管、纤维光环、或单位电源，例如光电二极管，以同心环方式排列，如图3所示。因而每个基本环状光源14能够提供具有与其他基本环状光环宽度相同或不同的给定宽度的基本光环，并且光环向其邻近一个或两个其他基本光环延伸。

根据实施例的优选特征，照射系统11包括放置在基本环状光环14前面的光扩散器15，以便获得从一个或更多基本光环(优选邻近的环)形成的具有宽度或范围E的均匀光环12。要注意的是图1仅仅显示由光源14提供的平均光线。

根据图中所示的变体，照射机构9还包括用于将均匀光环12会聚或聚焦到会聚点F上的光学系统16，该会聚点位于容器的对称轴X上，以便用均匀会聚光束C照射容器颈环3的表面s。根据实施例的优选变体，光学聚焦系统16是菲涅尔型透镜。如图1所示，光扩散器15插入到菲涅尔透镜16和基本环状源14之间。

因此从均匀光环12派生的每个均匀、会聚光束C在两个具有相同顶点、会聚或聚焦点F的光锥19和20之间被限定。因而该会聚光束C具有考虑到会聚束C的平均光线的平均入射角α。每个光锥19，20分别向内和向外限定会聚光束C，因此其具有了不同的入射角度α。要注意的是会聚光束C的入射角α可以处于0至60°之间，例如，优选在0至45°之间。

本发明的照射装置1还包括装置22，其用于产生具有与照射颈环3表面的预定平均入射角度α相关的给定直径值D或与容器颈环表面s的宽度L相关的给定范围值E的会聚、均匀光环C。在图1和3所示的实施例中，用于产生汇聚光环C的装置22由用于基本光源14的可选择性开/关命令单元形成。该命令单元22用于选择性地导引基本光源14的开/关操作，以便于选择：

■光环12的直径D并随后选择会聚光束C的平均入射角度α，

■和/或与被开关的环状光源14的数目相关的所述束的宽度E。

与被打开的基本光源或源的位置相关，可以获得入射角度α的不同值。类似地，可以设置成同时命令一个或更多相互邻近的基本光源14开关的设备以便形成光环12的宽度的范围E并且因而形成聚焦光束C。在图1所示实施例中，最靠近外周的4个基本环状源被打开而同时其他源14被关闭。

因而，采用照射装置1有可能获得具有可调节平均入射角α的和/或可调节宽度E的会聚光环C。所述用于照射的可调节入射角度使其能够适合于颈环3的倾斜度。汇聚光环C的宽度E使得在容器颈环3整个表面获得均匀照射成为可能，而不考虑颈环直径和颈环表面S的宽度L。要注意的是在颈环3表面S的会聚光环C具有的宽度I等于或大于颈环表面S的宽度L。

要注意的是，为了调节颈环表面S相对于会聚光束C的位置，容器4可以沿着对称轴X被移动。

根据实施例的优点，照射装置1包括为了使入射光束C偏振而插入照射系统11和容器4之间的偏振器(未示出)。优选地，光束C通过安装在菲涅尔透镜16和容器4之间的圆形偏振器而进行圆形偏振。一个与入射束所采用的偏振器类型相同的偏振器被放置在摄像机6的透镜前面以过滤反射的光束。在颈环3表面上反射的光没有去偏振化并且没有被衰减就通过位于摄像机6透镜前面的偏振器。另一方面，在容器4内经过多次反射的杂散光是部分去偏振化的并且因而在通过位于摄像机前的偏振器时被衰减。所述偏振使得相对于入射照射光衰减杂散光成为可能。

在图1中可清楚看到，在光环12中心的照射机构9包括摄像机的观测区Z。该观测区Z排列在照射系统1的中心，在该区中不包含基本环状光源14。例如，该观测区Z可以被形成颈环3的第一图像36的发散透镜35占据，该第一图像36被可变聚焦系统61(例如与摄像机6相关的短变焦镜头)接收。

本发明的照射装置1尤其适合于进行容器颈环表面上的缺陷，特别是由于材料短缺，造成的未填满瓶口的检测。如图4中所见，由颈环表面s所反射的光束37在颈环3的表面上存在材料短缺缺陷时给出光环A1，其具有对应于缺陷的暗面积B。

据信任何发生在表面S的缺陷会引起能被处理及分析单元7检测到的光缺失或者转换成黑暗斑点闪烁的局部光集中。

图5显示了提供可变直径均匀光环12的照射系统11的第二变化实施例。根据该变体，照射系统11由在所显示实施例中具有磨光的内表面的锥形镜40组成。照射系统11还包括平面环状光源41，该光源垂直于与容器对称轴X共直线的锥形镜A发射光至锥形镜上且更精确说发射至磨光的内表面上。锥形镜40和环状光源41沿着锥形镜40的轴A相对彼此可移动地安装。

根据实施例的该变体，用于产生给定直径的光环12的装置22由命令锥形镜40和平面环状光源41相互移动的命令装置形成。这些命令装置22确保锥形镜40和平面环状光源41沿着锥形镜41的轴X相互移动过给定高度从而获得预定直径的光环12。显然，也可以设置成或者移动锥形镜40，或者移动光源41，或者两者都移动。

在图示实施例中，平面环状光源41可以采用不同方式制成，例如采用光纤维、灯泡、荧光管、光电二极管，等。而且，环状光束，如图1所示实施例中所解释的，朝着光扩散器15和菲涅尔透镜16被引导。

图6显示实施例的另一变体，在其中平面环状光源41由环状光源44组成，其发出的光线沿着基本上与锥形镜40轴A平行的方向，在反射光锥45方向上以垂直于锥形镜40的轴的方向反射光束。反射光锥45可以相对于锥形镜以可移动的模式安装，以得到可变直径的光环12。显然，也可以设置成以固定模式安装反射光锥45，而可移动地安装锥形镜40的设备，其解释如上。

要注意的是在图5和6所示实施例中，光源41，44发光至锥形镜40的内表面上。显然，要考虑到光源送出其光束至锥形镜41外侧磨光的表面上，与锥形镜40的方向相对。

要注意的是图6所示的组件使得调节光环12的宽度E成为可能。在环状光源44发散的一定范围内(例如对于光纤维来说以60°的角度)，当通过反射光锥45和锥形镜40的光线光学通路长度在源44和扩散器15之间被修正时，照射在光扩散器15上的光环12的宽度E会变化。所述光线的光学通路的修正通过沿着镜的轴A移动源44而获得。

图7显示的是照射装置1的优选实施例变体，其中设置成以产生平行于或差不多平行于被认为存在于摄像机观测区Z中的容器的轴的附加照射光线。观测区Z，位于照射机构9的中心，不可能获得对应入射角度的光线。根据该实施例变体，附加光束被设置在该观测区Z中从而获得入射角度以补足均匀光环12所获得的光。

根据实施例的这一例子，在其观测区Z中的照射系统11，包括半反射光学元件50，例如半反射条，它能沿着平行于轴X朝着容器4的方向传递从附加光源51中获得的附加光束。半反射光学元件50能使容器4反射的光束37传送至摄像机6。

由于在不脱离本发明范围的情况下可以做出各种修改，本发明不限于所示的实施例及说明。

Claims

1、测定具有对称轴(X)容器(4)的颈环(3)上的表面缺陷和/或材料短缺的光学方法，该方法包括以下步骤：

■采用入射光束照射容器(4)颈环(3)的表面(s)，

■通过线扫描摄像机(6)收集由容器颈环反射的光束从而确定表面缺陷和/或材料短缺的存在，

其特征在于，它包括：

■获得向位于容器对称轴(X)的会聚点(F)会聚并具有可变直径(D)和/或可变宽度(E)的均匀光环(C)，

■并且选择：

●与照射容器(4)颈环(3)的表面(s)的所需平均入射角度(α)相关的会聚光环(C)直径(D)给定值，

●和/或与照射容器(4)颈环(3)表面(s)的宽度(L)相关的均匀会聚光环(C)宽度(E)给定值。

2、如权利要求1的方法，其特征在于，它包括：

■获得可变直径(D)和/或可变宽度(E)的均匀光环(12)，

■确保光环(12)在会聚点(F)会聚从而以均匀会聚光束(C)照射容器颈环的表面(s)。

3、如权利要求2的方法，其特征在于，它包括：

■通过一系列同心基本光环(14)获得光环(12)，

■可选择地命令基本光环(14)的开/关以获得确定直径(D)和/或确定宽度(E)的光环。

4、如权利要求2的方法，其特征在于，它包括：

■通过锥形镜(40)相对于平面环状光源(41，44)的相对移动而获得可变直径的光环(12)，该环状光源(41，44)垂直于所述镜的轴(A)照射光到椎形镜上，

■确保在环状光源(41，44)和锥形镜(40)之间沿着锥形镜(40)的轴(A)相对移动过给定高度以获得确定直径的光环。

5、如权利要求1-4的任一方法，其特征在于，它包括使入射光束偏振，并包括在摄像机(6)接收反射光束之前使反射光束偏振。

6、用于检测具有对称轴(X)的容器(4)颈环(3)上的表面缺陷和/或材料短缺的检测工作台的照射装置，其特征在于，它包括：

■照射装置(9)，能够提供向位于容器对称轴(X)上的会聚点(F)会聚并具有可变直径(D)和/或可变宽度(E)的均匀光环(C)，

■用于产生均匀会聚光环(C)的装置(22)，该光环具有与照射容器颈环表面的所需入射平均角度(a)相关的给定直径值(D)和/或与容器(4)颈环(3)表面(s)宽度(L)相关的给定宽度值(E)。

7、如权利要求6的装置，其特征在于，该照射装置(9)包括：

■能提供可变直径和/或可变宽度(E)的均匀光环(12)的照射系统(11)，

■以及用于将光环(12)会聚到会聚点(F)上以便用均匀会聚光束(C)照射容器颈环(3)表面(s)的光学系统(16)。

8、如权利要求6或7的装置，其特征在于，提供光环(12)的照射系统(11)由一系列相对于彼此同心地安装的基本环状光源(14)组成，并且用于产生光环(12)的装置(22)由用于基本环状光源(14)的可选择性开/关命令单元形成。

9、如权利要求6的装置，其特征在于，提供可变直径光环(12)的照射系统(11)包括相对于平面环状光源(41)可移动地安装的锥形镜(40)，该光源垂直于所述镜的轴发射光到锥形镜上，而用于产生给定直径光环的装置(22)由为了获得确定直径的光环而命令锥形镜(40)相对于平面环状光源(41)沿着镜轴相对移动过给定高度的装置形成。

10、如权利要求9的装置，其特征在于，平面环状光源(44)包括在反射光锥(45)反射光束的方向沿着垂直于镜轴方向发光的环状光源，该反射光锥(45)以在锥形镜的轴上可移动或不可移动的方式安装。

11、如权利要求6的装置，其特征在于，光环的光学会聚系统(16)是菲涅尔型透镜。

12、如权利要求6至11任一的装置，其特征在于，它包括放置在光学聚焦系统(16)和环状光源(14，41，44)之间的光扩散器(15)。

13、如权利要求6至12任一的装置，其特征在于，它包括放置在照射系统和容器之间的偏振器以使入射光束偏振，以及一个被定位成过滤反射光束的偏振器。

14、如权利要求6至13任一的装置，其特征在于，照射系统(11)在其具可变直径光环(12)的中心包括摄像机(6)的观测区(Z)。

15、如权利要求14的装置，其特征在于，在摄像机观测区(Z)中，包括半反射光学元件(50)，它能沿被检查容器(4)的方向传送一个附加光束并确保容器反射光束传送到摄像机(6)。

16、用于检测具有对称轴(X)的容器(4)颈环表面缺陷和/或材料短缺的检测工作台，其特征在于它包括：

■权利要求6至15中任一的照射装置(1)，

■线扫描摄像机(6)，其被定位以接受由容器颈环反射的光束，

■以及连接到摄像机(6)并适合于分析由摄像机传输的影像信号从而确定表面缺陷和/或材料短缺存在的处理及分析单元(7)。