CN202748007U

CN202748007U - 透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置

Info

Publication number: CN202748007U
Application number: CN 201220387085
Authority: CN
Inventors: 田立勋; 刘婕宇; 潘津; 赵栋涛; 孙荣; 杨菲; 王亚鹏; 杜戊
Original assignee: BEIJING DAHENG IMAGE VISION Co Ltd
Current assignee: BEIJING DAHENG IMAGE VISION Co Ltd
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2022-08-06

Abstract

本实用新型公开了一种透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置。该装置包括激光发射器、图像摄取装置，激光发射器与图像摄取装置相对于待检测玻璃瓶上的检测点处的法线相对应设置，激光发射器的发射端朝向检测点，激光发射器的发射端的中轴线与水平面呈锐角且与检测点处的法线之间的夹角为锐角，图像摄取装置接收激光发射器发射出的激光光线经由待检测玻璃瓶的内外壁发生反折射后射出的光线。本实用新型适用于对无色透明玻璃瓶和棕色、绿色等深色半透明玻璃瓶的瓶壁厚度进行快速、准确、非接触式的实时检测。

Description

透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种玻璃瓶壁厚检测装置，尤指一种适用于对无色透明玻璃瓶和棕色、绿色等深色半透明玻璃瓶的瓶壁厚度进行检测的装置。

背景技术

在玻璃瓶生产加工过程中，需要准确测量玻璃瓶瓶壁厚度，以保证玻璃瓶体的加工质量。

目前，国内大多数玻璃瓶生产厂家仍采用接触式的测量仪器对玻璃瓶进行壁厚测量，这种接触式的测量方法存在精度不高、耗费人力物力、不利于在线检测等缺点。

已有非接触式的光学测量方法主要采用光电管或其他光敏元件来接收激光在瓶壁表面的反射光线，通过计算将接收的反射光线转换成的相应信号的峰值间距来得到瓶壁厚度。但是，由于玻璃瓶瓶体表面大多为圆弧形曲面，因此，激光入射到瓶体表面的光点易发生偏移，并且，当瓶体内外壁不平整时，激光在内外壁的反射角度的偏移就更大，很容易造成测量不准确。另外，对于棕色、绿色等深色半透明玻璃瓶进行检测时，由于玻璃瓶透光率较低，因此，这种非接触式的光学测量方法检测壁厚的难度很大。

针对上述问题，目前已出现使用CCD相机接收激光在玻璃瓶瓶体内外壁上形成的光斑，通过测量激光发射点在瓶体内外壁上分别形成的光斑间的像素距离，来计算出瓶体壁厚的光学检测方法，该光学检测方法为：激光发射器1水平放置，向玻璃瓶5一侧发射激光光束，该激光光束是一种发散光，射到瓶壁上会形成一条线状光线，如图1，E点为激光发射点，激光发射点E点发射出的激光经由玻璃瓶5外壁反射后射出的反射光线P1由CCD相机2接收，EF为入射光线，发射的激光在反射点F点上形成一条线状光斑41，CCD相机2实际拍摄到的是光斑41以及激光发射点E点相对于玻璃瓶5外壁的镜像E’点，而激光发射点E点折射入瓶体内并经由玻璃瓶5内壁反射后，再经由外壁折射而射出，如图1，G点为入射瓶体内的激光光线在内壁上进行反射的反射点，在反射点G点上也形成一条线状光斑42，P3为经由G点反射出的光线对应的实际出射光线，CCD相机2实际接收的光线为出射光线P2（用肉眼看的话，以为G点在G’点上），如图1所示，CCD相机2实际拍摄到的是光斑42以及激光发射点E点相对于玻璃瓶5内壁的镜像E”点。也就是说，CCD相机2拍摄到的图像中有两条平行的光斑41、42和两个镜像E’点和E”点，如图2所示，通过测量两个光斑41、42间的像素距离，并根据事先设定好的像素距离与实际距离间的转换关系，来计算出瓶体壁厚FH。但是，从图2中可以看出，E’点与光斑41重叠，E”点与光斑42距离很近，因此，发生眩光的E’和E”点会分别影响对光斑41、42的辨识，因而无法准确测量光斑41、42间的像素距离，得到的瓶壁壁厚也便不准确。由此可见，此种光学检测方法也具有测距不准确的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置，该装置可准确测量出透明和半透明玻璃瓶的壁厚，为玻璃瓶质量检测提供依据。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置，其特征在于：它包括激光发射器、图像摄取装置，该激光发射器与该图像摄取装置相对于待检测玻璃瓶上的检测点处的法线相对应设置，其中：该激光发射器的发射端朝向该待检测玻璃瓶上的该检测点且该激光发射器的发射端的中轴线与水平面呈一个锐角，该激光发射器的发射端的中轴线与该待检测玻璃瓶上的该检测点处的法线之间的夹角为锐角，该图像摄取装置接收该激光发射器发射出的激光光线经由该待检测玻璃瓶的内、外壁发生反折射后射出的光线，该激光发射器、图像摄取装置的控制端分别与计算机控制系统的相应控制端连接。

所述图像摄取装置为图像摄取器，该图像摄取器位于所述激光发射器发射出的激光光线经由所述检测点处进行反射后射出的反射光线所处的方向上，该图像摄取器的摄取端朝向所述检测点且该图像摄取器的摄取端的中轴线与所述检测点处的法线之间的夹角等于所述激光发射器的发射端的中轴线与所述检测点处的法线之间的夹角。或者，所述图像摄取装置包括图像摄取器和反射镜，该反射镜位于所述激光发射器发射出的激光光线经由所述检测点处进行反射后射出的反射光线所处的方向上，该图像摄取器与该反射镜相对应设置，该图像摄取器通过该反射镜接收所述激光发射器发射出的激光光线经由所述待检测玻璃瓶的内、外壁发生反折射后射出的光线。

所述激光发射器的发射端的中轴线与水平面所呈锐角的范围为5度至30度。所述激光发射器的发射端的中轴线与所述待检测玻璃瓶上的所述检测点处的法线之间的夹角的范围为30度至60度。

所述激光发射器为具有激光整形透镜的线性激光发射器；并且，当对半透明玻璃瓶壁厚进行检测时，所述激光发射器为中心波长大于580nm且小于650nm的大功率线性红色激光发射器，发散角在1度至5度之间。

所述待检测玻璃瓶在传送装置上传送，该传送装置将所述待检测玻璃瓶传送到检测位置，使在该检测位置上，所述待检测玻璃瓶上的所述检测点接受所述激光发射器和所述图像摄取装置进行的壁厚检测。所述传送装置上安装有自转装置，所述待检测玻璃瓶放置在该自转装置上。

本实用新型的优点是：

本实用新型通过在垂直方向上，激光倾斜入射壁面的方式，解决了现有技术中激光在壁面产生的镜像与光斑融合所带来的光斑干扰问题，在本实用新型中，壁面产生的光斑与发生眩光的镜像不重合，两者间互不干扰，光斑可准确辨识出，从而使得本实用新型通过测量两个光斑间的像素距离便可实现对壁厚的精确计算。本实用新型适用于对无色透明玻璃瓶和棕色、绿色等深色半透明玻璃瓶的瓶壁厚度进行快速、准确、非接触式的实时检测。

附图说明

图1是基于CCD相机实现的光学检测方法的测量原理示意图；

图2是在基于CCD相机实现的光学检测方法中，CCD相机拍摄到的图像示意图；

图3是本实用新型透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置的组成示意图；

图4是本实用新型透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置的检测原理示意图；

图5是从图4中A方向看去，本实用新型透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置的检测原理示意图；

图6是本实用新型透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置中的CCD相机拍摄到的图像示意图。

具体实施方式

如图3至图5所示，本实用新型提出了一种透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置，它包括激光发射器10、图像摄取装置，该激光发射器10与该图像摄取装置相对于待检测玻璃瓶50上的检测点（此检测点位置的壁厚即为将要测量的壁厚）60处的法线MO（O点为待检测玻璃瓶的横截面中心，法线MO为光线在该检测点60所处外壁上进行反射时的法线）相对应设置，其中：该激光发射器10的发射端朝向该待检测玻璃瓶50上的该检测点60且该激光发射器10的发射端的中轴线11与水平面呈一个锐角β，该激光发射器10的发射端的中轴线11与该待检测玻璃瓶50上的该检测点60处的法线MO之间的夹角α为锐角，该图像摄取装置接收该激光发射器10发射出的激光光线经由该待检测玻璃瓶50的内、外壁发生反折射后射出的光线，该激光发射器10、图像摄取装置的控制端分别与计算机控制系统（图中未示出）的相应控制端连接。

如图4，该图像摄取装置可仅由图像摄取器20构成，该图像摄取器20位于激光发射器10发射出的激光光线经由检测点60处进行反射后射出的反射光线所处的方向上，该图像摄取器20的摄取端朝向检测点60且该图像摄取器20的摄取端的中轴线与检测点60处的法线MO之间的夹角α’等于激光发射器10的发射端的中轴线11与检测点60处的法线MO之间的夹角α。

如图3，该图像摄取装置可包括图像摄取器20和反射镜30，该反射镜30位于激光发射器10发射出的激光光线经由检测点60处进行反射后射出的反射光线所处的方向上，在检测点60处反射的光线的反射角α’等于入射角α，该图像摄取器20与该反射镜30相对应设置，该图像摄取器20通过该反射镜30接收激光发射器10发射出的激光光线经由待检测玻璃瓶50的内、外壁发生反折射后射出的光线。如图3，该反光镜30的设置可以使图像摄取器20的位置可调，从而使整个壁厚检测装置的结构变得紧凑，更适合工业现场的要求。

在实际设计中，激光发射器10的发射端的中轴线11与水平面所呈锐角β的范围为5度至30度，例如，β取5、20、30度，激光发射器10与图像摄取装置不处于同一水平面内。这样的倾斜设计可实现激光光束在内壁形成的线状光斑402与激光光束相对于内壁的镜像A”点间的分离，镜像A”点与线状光斑402不会重叠，使得镜像A”点的眩光不会对线状光斑402产生干扰，光斑402便于辨识，从而可准确的计算两个光斑401、402间的像素距离。

在实际设计中，该激光发射器10的发射端的中轴线11与待检测玻璃瓶50上的检测点60处的法线MO之间的夹角α的范围为30度至60度，以保证激光光束的反射光强为最大，内壁反射更接近全反射，例如，α取30、45、60度。

在本实用新型中，该激光发射器10为具有激光整形透镜的线性激光发射器。并且，当对半透明玻璃瓶壁厚进行检测时，激光发射器进一步选为中心波长大于580nm且小于650nm的大功率线性红色激光发射器，发散角在1度至5度之间。大于580nm且小于650nm的中心波长保证了半透明玻璃瓶，尤其是棕色玻璃瓶的透光率可达到最高，小发散角保证了激光线长合适，照射到瓶壁上的光线线宽足够细。在本实用新型中，激光发射器10是一种发射发散光的点光源，照射到瓶壁上的激光光束为线状，如图5所示。

在实际设计中，图像摄取装置和激光发射器10均可安装在相应的调节部件上，通过该调节部件的移动，可调节图像摄取装置和激光发射器10与待检测玻璃瓶50上的检测点60之间的距离以及所成角度等。图像摄取装置和激光发射器10分别距检测点60的距离应视实际检测要求而定，一般地，应使激光发射器10照射到瓶壁上的光线线宽满足检测要求，以及应使图像摄取装置摄取到的图像清晰度满足检测要求。

如图3，待检测玻璃瓶50可在传送装置40上传送，该传送装置40将待检测玻璃瓶50传送到检测位置，使在该检测位置上的待检测玻璃瓶50上的检测点60接受激光发射器10和图像摄取装置进行的壁厚检测，该传送装置40的控制端与计算机控制系统的相应控制端连接。传送装置40的设计可以实现对多个玻璃瓶壁厚的连续检测，并且，还保证了检测壁厚时的待检测玻璃瓶与激光发射器和图像摄取装置间的相对位置关系不变，避免了因待检测玻璃瓶与激光发射器和图像摄取装置间的相对位置移动所导致的测量误差。

进一步地，该传送装置40上可安装有自转装置（图中未示出），待检测玻璃瓶50放置在该自转装置上，该自转装置的控制端与计算机控制系统的相应控制端连接。该自转装置的设计使得到达检测位置的待检测玻璃瓶50可以进行自身壁厚360度的检测，实现对瓶体壁厚的全方位检测。

本实用新型透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置所采取的检测方法包括步骤：激光发射器10向待检测玻璃瓶50上的检测点60发射激光，该激光经由待检测玻璃瓶50上的检测点60对应的内外壁进行反折射后射出，图像摄取装置拍摄该激光在该外壁、内壁上分别形成的线状光斑401、402，从而根据事先计算好的图像摄取装置拍摄图像的像素距离与实际距离间的转换关系，计算机控制系统通过测量平行的该两个光斑401、402间相距的像素距离来计算得到待检测玻璃瓶50上的该检测点60处的壁厚。随后，便可通过比较实际检测出的壁厚值与标准壁厚值的差异，来判定该待检测玻璃瓶是否合格。

在实际检测中，在发射激光前，首先应根据待检测玻璃瓶50的光学吸收和反射特点，分别调节激光发射器10和图像摄取装置与待检测玻璃瓶50之间的方位角度、距离。

另外，在实际检测过程中，由于瓶壁本身材质的不均匀性及杂质点的存在，玻璃瓶内、外壁的线性光斑的成像可能受到影响，会产生散光，因此，可利用滤波来去除散光产生的杂散信号。还有，在折射率较高的透明玻璃瓶瓶壁上，由于激光的多重反射可能在玻璃瓶内外壁上产生多重线性光斑，因此，可通过计算机控制系统智能判断多重线性光斑的强度，来对光斑进行筛选，从而得到准确的壁厚值。

如图4至图6所示，下面详细描述本实用新型的检测原理。

如图4，与水平面呈倾斜状设置的激光发射器10向待检测玻璃瓶50上的检测点60发射激光光束，A点为激光发射点，AB为入射光线，激光发射点A点发射出的激光分为两部分。一部分光线经由外壁反射后射出，B点为发射的激光光束在待检测玻璃瓶50的外壁上的反射点，当激光照射到外壁上时，在反射点B点处形成一条线状光斑401，经由外壁反射后射出的反射光线为L1，反射光线L1被图像摄取器20接收，入射角α等于出射角α’。另一部分光线射入待检测玻璃瓶50的瓶壁内，并经由内壁进行反射、外壁折射后射出，BC为入射瓶壁内的光线，C点为在内壁上的反射点，当激光入射到内壁上时，在反射点C点处形成一条线状光斑402，L3为经由C点反射出的光线对应的实际出射光线，图像摄取器20实际接收到的光线为出射光线L2，如图4所示。如图6，图像摄取器20实际拍摄到的是光斑401和402，以及激光发射点A点分别相对于外壁、内壁的镜像A’点和A”点。在图像摄取器20拍摄到的图像中可以看出，呈线状的光斑401与光斑402平行并各自表现为亮带，镜像A’点和A”点分别远离光斑401、402。在这里需要提及的是，与已有的基于CCD相机实现的光学检测方法相比，在本实用新型中，正是因为激光发射器10不是水平设置，而是激光发射器10的发射端的中轴线11与水平面倾斜设置（倾斜角度β）的原因，才使得线状光斑402与镜像A”点两者之间远离，发生眩光的镜像A”点不会与线状光斑402重叠，因而不会干扰对光斑402的辨识，同样地，镜像A’点也不会干扰对线状光斑401的辨识。根据激光三角测量法原理可知，光束在玻璃瓶内外壁表面反射所产生的光斑位移与玻璃瓶壁厚尺寸存在一定关系。因而，计算机控制系统测量光斑401与光斑402之间相距的像素距离d，并根据事先计算好的图像摄取器20拍摄图像的像素距离与实际距离间的转换关系（转换关系的确定以及几何结构的计算为本领域的公知技术），便可最终计算出待检测玻璃瓶50上检测点60处的壁厚，即线段BD的长度。

本实用新型通过在垂直方向上，激光倾斜入射壁面的方式，解决了现有技术中激光在壁面产生的镜像与光斑融合所带来的光斑干扰问题，在本实用新型中，壁面产生的光斑与发生眩光的镜像不重合，两者间互不干扰，光斑可准确辨识出，从而使得本实用新型通过测量两个光斑间的像素距离便可实现对壁厚的精确计算。本实用新型适用于对无色透明玻璃瓶和棕色、绿色等深色半透明玻璃瓶的瓶壁厚度进行快速、非接触式的实时检测。

上述是本实用新型的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。

Claims

1.一种透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置，其特征在于：它包括激光发射器、图像摄取装置，该激光发射器与该图像摄取装置相对于待检测玻璃瓶上的检测点处的法线相对应设置，其中：

该激光发射器的发射端朝向该待检测玻璃瓶上的该检测点且该激光发射器的发射端的中轴线与水平面呈一个锐角，该激光发射器的发射端的中轴线与该待检测玻璃瓶上的该检测点处的法线之间的夹角为锐角，该图像摄取装置接收该激光发射器发射出的激光光线经由该待检测玻璃瓶的内、外壁发生反折射后射出的光线，该激光发射器、图像摄取装置的控制端分别与计算机控制系统的相应控制端连接。

2.如权利要求1所述的透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置，其特征在于：

所述图像摄取装置为图像摄取器，该图像摄取器位于所述激光发射器发射出的激光光线经由所述检测点处进行反射后射出的反射光线所处的方向上，该图像摄取器的摄取端朝向所述检测点且该图像摄取器的摄取端的中轴线与所述检测点处的法线之间的夹角等于所述激光发射器的发射端的中轴线与所述检测点处的法线之间的夹角。

3.如权利要求1所述的透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置，其特征在于：

所述图像摄取装置包括图像摄取器和反射镜，该反射镜位于所述激光发射器发射出的激光光线经由所述检测点处进行反射后射出的反射光线所处的方向上，该图像摄取器与该反射镜相对应设置，该图像摄取器通过该反射镜接收所述激光发射器发射出的激光光线经由所述待检测玻璃瓶的内、外壁发生反折射后射出的光线。

4.如权利要求1所述的透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置，其特征在于：

所述激光发射器的发射端的中轴线与水平面所呈锐角的范围为5度至30度。

5.如权利要求1所述的透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置，其特征在于：

所述激光发射器的发射端的中轴线与所述待检测玻璃瓶上的所述检测点处的法线之间的夹角的范围为30度至60度。

6.如权利要求1所述的透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置，其特征在于：

7.如权利要求1所述的透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置，其特征在于：

所述待检测玻璃瓶在传送装置上传送，该传送装置将所述待检测玻璃瓶传送到检测位置，使在该检测位置上，所述待检测玻璃瓶上的所述检测点接受所述激光发射器和所述图像摄取装置进行的壁厚检测。

8.如权利要求7所述的透明和半透明玻璃瓶壁厚检测装置，其特征在于：

所述传送装置上安装有自转装置，所述待检测玻璃瓶放置在该自转装置上。