CZ214999A3 - Způsob a zařízení pro kontrolu ústí nádoby pomocí infračervené světelné energie emitované dnem nádoby - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká bezkontaktního měření rozměrových veličin nádoby a zejména způsobu a zařízení pro měření vnitřního průměru nádoby na výstupu z horkého výstupního konce výrobního procesu pro výrobu skleněných nádob.

Dosavadní stav techniky

Při výrobě průsvitných nádob, například čirých nebo barevných skleněných lahví, je důležité udržovat rozměrové veličiny každé nádoby v rozsahu vymezeném projektem jak z funkčních, tak také estetických důvodů. Například je důležité, aby ústí láhve nebo jiné nádoby mělo požadované geometrické hodnoty a aby tak byla nádoba přijatelná pro automatické plnění a uzavírání pomocí příslušných zařízení bez poškození plnicího a uzavíracího zařízení, odlomení částí nádoby nebo narušení plynulé průchodnosti výrobní linky.

US-PS 3 313 409 popisuje kontrolní systém k provádění kontroly nádob, ve kterém se nádoby posouvají v řadě za sebou řadou kontrolních stanic, ve kterých se měří různé geometrické hodnoty nebo jiné vlastnosti nádob. V jedné z těchto kontrolních stanic se zkouší zasouvání zátek různých velikostí do ústí nádoby. Průměr zátky se koordinuje s nejmenším průměrem ústí nádoby například pro jeho přizpůsobení plnicímu zařízení nádob. Jestliže není možno zátku vsunout do ústí nádoby, musí se nádoba vyřadit. V další stanici kontrolního zařízení jsou rozměrové hodnoty nádoby měřeny snímáním poloh válečků přiváděných do kontaktu s nádobou v průběhu otáčení nádoby. Kontrolní techniky, vyžadující fyzický kontakt s nádobou, jsou však pomalé a jsou vystaveny postupnému mechanickému opotřebení například válečků a zátek. U těchto zařízení jsou nezbytné vratné pohyby pro přiváděni zátek

44

4 4 4 • 4 4 4

444 444

4

4· 44 «»«» ·* · · ·

444 4 *·’·

4 4 4 4 4 • «444

444 ·« ♦* a válečků do kontaktu s nádobou a následné oddalování těchto mechanických prvků od nádoby, což vyžaduje odběr poměrně značného množství elektrické energie. Kromě toho fyzický kontakt měřicího zařízení s nádobami není žádoucí na tak zvaném horkém konci výrobního procesu, kde jsou nádoby stále ještě měkké.

Pro odstranění některých uvedených nevýhod mechanické kontroly nádob navrhuje US-PS 5 416 228 způsob a zařízení pro elektro-optické měření rozměrových veličin nádoby, například vnitřního průměru ústí nádoby. Světelný zdroj usměrňuje světelnou energii do nádoby a zařízení je opatřeno snímačem světla, umístěným v přesně určeném místě vzhledem ke světelnému zdroji a nádobě, aby mohl přijímat světelnou energii vycházející z nádoby jejím ústím. Telecentrická čočka usměrňuje na snímač světla pouze světelnou energii procházející ústím nádoby v podstatě v osovém směru ústí nádoby. Světelná energie se soustřeďuje irisem na maticový plošný snímač, který vytváří dvourozměrný obraz ústí nádoby. Maticový plošný snímač světla je spojen s elektronickým ústrojím pro zpracování obrazu a pro určení nebo vypočtení kružnice s největším průměrem, kterou je možno vepsat do dvourozměrného obrazu ústí nádoby, a vyhodnocení této kružnice k indikování skutečného vnitřního průměru ústí nádoby.

Při běžných výrobních postupech pro výrobu skleněného zboží se skleněné nádoby tvaruji ve formách v sklářském tvarovacim stroji s individuálními stanicemi a potom se překládají ve stále ještě horkém stavu na lineární dopravník pro přemísťování nádob do tunelové chladicí pece. Po uvolnění vnitřního pnutí uvnitř tunelové chladicí pece se skleněné zboží dopravuje do dalších různých stanic pro kontrolu kvality, plněni nádob, jejich uzavírání a/nebo balení. Tunelová chladicí pec odděluje horký konec výrobního procesu, ve které se nádoby tvarují z roztavené skloviny, od chladného konce ·· * • · ·· • · · « « •»t«» • ··· · ·· « · · • ··· • · · · * • · · · • · · « · · · • · · · ··« ··· • · ·· ·· procesu, na kterém se nádoby kontrolují a balí. Měřicí techniky pro měření průměru ústí nádoby, popsané v tomto spisu, jsou zvláště vhodné pro použití na chladném konci výrobního procesu. V praxi je však vhodné provádět kontrolu na horkém konci výrobního procesu, takže informace o nádobách majících nežádoucí odchylky se mohou získávat rychle a tím je možno ihned upravovat výrobní proces. Proto je základním úkolem vynálezu vyřešit způsob a zařízení pro kontrolu nádob, zejména pro měření vnitřního průměru ústí nádoby, které by bylo možno aplikovat na horkém konci výrobního procesu. Jestliže jsou nádoby převáděny na dopravník navazující na tvarovací proces, jsou ještě horké a emitují záření jak ve viditelném, tak také infračerveném pásmu. Nádoby při svém přemísťování směrem k tunelové chladicí peci postupně chladnou, přičemž rychlost chladnutí je závislá na tloušťce stěn nádoby v jednotlivých oblastech. Například hrdlo a ústí nádoby, zejména láhve, které je poměrně tenké, chladne rychleji než dno nádoby a její spodní část navazující na dno, které jsou poměrně tlusté. Proto bylo navrženo měřit infračervené záření emitované nádobou na horkém konci výrobního procesu pro určování nebo zjišťování tloušťky stěn nádoby v různých jejích částech, jak je to popsáno v US-PS 2 915 638 a US-PS 3 356 212.

Podstata vynálezu

Tento úkol je vyřešen způsobem kontroly nádob, vyráběných postupem, ze kterého nádoby vystupují se zvýšenou vlastní teplotou a po výstupu části nádoby chladnou rozdílnými rychlostmi v závislosti na tloušťce stěn jednotlivých částí nádoby, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že při tomto způsobu se opticky pozoruje první část nádoby proti pozadí, tvořenému druhou částí nádoby mající vyšší teplotu než první část, přičemž první část nádoby se účinně osvětluje infračervenou světelnou energií vycházející z druhé části nádoby. Komerční odchylky v druhé části nádoby, spočívající

4444

4· • »44 • ♦ * • » •44 BBB

4· >»

4 4 • 4 444

4« 4 4 · 4 4

4« • 4 44

4 4 4

Β Β Β

444

4

44 ve vadách ovlivňujících nepříznivě prodejnost nádoby, se zjišťují na druhé části nádoby jako funkce změn infračervené energie, emitované druhou částí nádoby. První část nádoby se pozoruje snímačem světla, který zajišťuje generování výstupních signálů jako funkce optických veličin první části, nádoby a komerční odchylky se zjišťují jako funkce těchto signálů.

Ve výhodném provedení způsobu kontroly otevřeného ústí nádoby podle vynálezu se světelný zdroj nasměruje pro pozorování dna nádoby skrze otevřené ústí nádoby, aby se získal obraz ústí nádoby, osvětlené infračervenou světelnou energií, vyzařovanou dnem nádoby. Infračervená energie, vystupující z ústí nádoby, se podle dalšího výhodného provedení vynálezu usměrňuje na snímač telecentrickou čočkou, takže pouze ta světelná energie, která vystupuje axiálně z ústí nádoby, se usměrňuje na snímač. Snímač je spojen s elektronickým obrazovým procesorem pro určení nebo vypočtení kružnice s největším průměrem, kterou je možno vepsat do dvourozměrného obrazu ústí nádoby, a tato kružnice se zpracovává jako určující prvek pro určení skutečného vnitřního průměru ústí nádoby.

Podstata vynálezu u zařízení pro kontrolu nádoby mající otevřené ústí a uzavřené dno, vzdálené od ústí, přičemž nádoba je ještě horká po výstupu z výrobního procesu, spočívá v tom, že zařízení obsahuje světelný snímač umístěný s ohledem na polohu nádoby pro pozorování dna nádoby skrze její otevřené ústí. Infračervená světelná energie, emitované ze dna nádoby a procházející ústím nádoby, je usměrňována na snímač světla a vnitřní průměr ústí nádoby je měřen jako funkce světelné energie, usměrněné na snímač. Snímač světla zejména obsahuje plošný snímač tvořený skupinou snímacích prvků pro vytváření dvourozměrného obrazu ústi nádoby a infračervená světelná energie je usměrňována na snímač jednotkou s telecentrickou čočkou. Plošný snímač světla je umístěn uvnitř kamery, opatřené vstupní pupilou a jednotka s telecen···· • · · · · · ·· ·» ♦· ·· ke dnu nádoby pupile kamery.

· * • ···

- R _ · · ♦····« trickou čočkou má jedno ohnisko ve směru v nekonečnu a druhé ložisko je ve vstupní

Maticový plošný snímač je spojen s elektronickým procesorovým ústrojím pro zpracování obrazu pro určení nebo vypočtení kružnice s největším průměrem, který bude možno vepsat do dvourozměrného obrazu ústí nádoby a tato kružnice je zpracovávána jako indikující údaj o skutečném vnitřním průměru ústi nádoby.

Podle ještě jiného výhodného provedení vynálezu jsou vytvořeny způsob a zařízení pro kontrolu komerčních odchylek nádoby včetně takových rozměrových veličin nádoby jako je vnitřní průměr ústí nádoby. Způsob a zařízení podle tohoto výhodného provedení vynálezu předpokládá usměrňování světelné energie na první část kontrolované nádoby, pozorováni první části nádoby snímačem světla, zajišťujícím produkci výstupních signálů jako funkci optických veličin pozorované částí nádoby a zjišťující komerční odchylky v první části nádoby jako funkce těchto výstupních signálů. Podle vynálezu se osvětlování první části nádoby realizuje druhou částí nádoby mající vyšší teplotu a tím vysílající tepelnou a infračervenou energii na první část nádoby a účinně osvětlující kontrolovanou první část nádoby.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 schematické zobrazení elektro-optického bezkontaktního zařízení pro měření vnitřního průměru ústí nádoby, obr. 2 schematicky zobrazený průměr ústí nádoby s částí zařízení ve zvětšeném měřítku a obr. 3 schematické zobrazení výpočtu skutečného vnitřního průměru u dvourozměrného zobrazení ústí nádoby.

·· * • 444

4*44 • 4 ·4

4 4

4 444

4 4 4

44«

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 zobrazuje schematicky výrobní systém 10 pro výrobu skleněného zboží, obsahující zařízení 12 pro kontrolu nebo měření vnitřního průměru ústí 14 nádoby 16 na horkém konci výrobního procesu podle výhodného příkladného provedení vynálezu. Nádoby 16 jsou vyráběny na tak zvaných sklářských tvarovacích strojích 18 s individuálními stanicemi, jejichž provoz je řízen elektronickým řídicím ústrojím 20. Sklářský tvarovací stroj 18 s individuálními stanicemi muže mít konstrukci popsanou v US-PS 4 362 544, US-PS 4 152 134 a US-PS 4 369 052, přičemž tyto stroje obsahují také příkladná vytvoření elektronického řídicího ústrojí 20 pro řízení činnosti stroje. Nádoby 16 vyráběné sklářským tvarovacím strojem 18 jsou umístěny na dopravníku 22. na kterém jsou nádoby 16 dopravovány v lineární řadě do tunelové chladicí pece. Bezprostředně po vyrobení jsou nádoby 16 horké a emitují záření jak ve viditelném, tak také v infračerveném pásmu. V průběhu dopravy nádob 16 k tunelové chladicí peci tyto nádoby 16 chladnou, přičemž chladnutí probíhá v různých částech nádoby s rozdílnou rychlostí v závislosti na tloušťce stěn v různých oblastech nádoby 16. Například koncová část nádoby 16 kolem jejího ústí 14 je poměrně tenká a chladne poměrně rychle, zatímco dno 24 nádoby 16 je poměrně tlusté a chladne proto pomaleji. Těsně za sklářským tvarovacím strojem 18., kde jsou boční stěny a hrdlo nádoby již poměrně chladné, je dno 24 stále ještě světle červené a emituje záření v infračerveném pásmu s vlnovou délkou od 0,4 do 100 mikronů. U řešení podle vynálezu se využívá horké části nádoby 16, například dna 24 emitujícího infračervené paprsky, jako světelného zdroje pro osvětlování kontrolované části nádoby 16, například jejího ústí 14.

Nad dopravníkem 22 je umístěna kamera 26, orientovaná směrem dolů pro snímání ústí 14 nádoby 16 v průběhu jejího plynulého transportu pod kamerou 26. Kamera 26 obsahuje CCD • ···· «* · • · · • · ·· · « *··· .

• · · · · • · · · • · «* · ·· • · · · • · · · •*· ·»* • · ·· ·· snímače 28 s vazbou nábojem, uspořádané v jednotlivých řadách do plošné skupiny, vstupní pupilu 30 a čočky 32, 34 spřažené se vstupní pupilou 30. Snímač 28 je citlivý na infračervené záření v rozsahu vlnových délek od 0,4 do 1,1 mikronů. Mezi kamerou 26 a nádobou 16 je umístěna při postupném plynulém průchodu nádob 16 také telecentrická čočka 36. Telecentrická čočka 36 má první ohnisko umístěno ve směru k nádobě 16 v nekonečnu a druhé ohnisko je umístěno ve vstupní pupile 30. Kamera 26 je umístěna vzhledem k telecentrické čočce 36 tak, že vstupní pupila 30 je umístěna v odstupu od telecentrické čočky 36 o ohniskovou délku čoček. Vstupní pupila 30 s čočkami 32, 34 funguje v kombinaci s telecentrickou čočkou 36 jako iris pro zaostřování v podstatě pouze těch světelných paprsků, které vycházejí z ústí 14 nádoby 16 rovnoběžně s osou nádoby 16., čoček 32, 34 a kamery 26, na snímač 28. To znamená, že světelné paprsky vystupující z ústí 14 nádoby 16 ve směru nerovnoběžném s osou nádoby 16 a s optickou osou a světelné paprsky vyzařované jinými částmi nádoby 16, které mohou být ještě horké a mohou emitovat infračervené paprsky, budou usměrňovány telecentrickými čočkami 36 jinak než vstupní pupilou 30 a tím je účinně zamezeno dopadu takových paprsků na snímač 28. Při tomto uspořádání je jasný obraz ústí 14 nádoby 16 zaostřen na plošný snímač 28 s řadami snímacích prvků. Snímač 28 je spojen s procesorem 38 pro zpracování informací, který sleduje snímač 28 a vytváří dvourozměrný obraz ústí 14 nádoby 16. Jak je zobrazeno na obr. 3, sklo tvořící ústí 14 nádoby 16 se bude jevit na tomto obraze jako tmavá oblast proti světlému pozadí, tvořenému infračervenou světelnou energií přiváděnou ze dna 24 nádoby 16 jejím ústím

14. To je způsobeno tím, že sklo nádoby 16 odráží nebo láme světlo přenášené na dno 24 nádoby 16 a tyto odražené nebo lomené paprsky nebudou rovnoběžné s optickou osou a nejsou tak směrovány na snímač 38. Příkladná technika pro snímání plošného snímače obsahujícího množství snímacích prvků a pro vytváření dvourozměrného obrazu ústí nádoby je popsána • ··· ·· ·· ,,, · · · · · · · • ··· · * ··· * * · * : ♦ · · ·· · · ·· ··· • ····· * * ··· ·· »· ·· ·· ·· v US-PS 4 958 223.

patrno z obr. 2, světelných paprsků

Obr. 2a 3 zobrazují činnost zařízení podle vynálezu u nádoby 16a mající ústí 14a se zúženou oblastí 14b. Jak je zúžená oblast 14b blokuje dráhu části vystupujících z nádoby 16a rovnoběžné s optickou osou a tím vytváří na snímači 28 a v procesoru 3_8 pro zpracování informací dvourozměrný obraz, zobrazený na obr. 3. Procesor 38 pro zpracování informací analyzuje obraz na obr, 3 výpočtem kružnice 14c s největším průměrem, kterou je možno vepsat do obrazu ústí 14a včetně zúžené oblasti 14b. Vypočtená kružnice 14c se potom považuje za skutečný vnitřní průměr ústí 14a nádoby 16a. V případě, že skutečný průměr je větší než minimální požadovaný vnitřní průměr, vyšle procesor 38 pro zpracování informací příslušný signál vyřazovacimu ústrojí, aby se nevyhovující nádoba 16a odstranila z dopravníku 22. Procesor 38 pro zpracování informací je také spojen se zobrazovací jednotkou 40 pro zobrazení dvourozměrného obrazu kontrolované nádoby 16a a tím informování operátora nebo pro zobrazení vhodných kontrolních informací. Procesor 38 pro zpracování informací je rovněž spojen s elektronickým řídicím ústrojím 20 pro řízení polohy a činnosti provozního mechanismu ve sklářském tvarovacím stroji s individuálními stanicemi, aby se mohly korigovat odchylky provozních podmínek, pokud je to možné, nebo pro ukončení provozu jednotlivých forem nebo stanic, ve kterých byla nádoba 16a vyrobena. V této souvislosti je třeba připomenout, že nádoby 16 jsou umístěny na dopravníku 22 tvarovacího stroje 18. v předem určeném a plynulém sledu za sebou, takže stanice a formy, ze kterých vadná nádoba 16a pochází, se může snadno určit. Toto vyřazování je popsáno například v US-PS 4 762 544.

Řešení podle vynálezu může být také využito pro měření jiných parametrů nádob a jejich geometrických znaků. Napři9 ···· ·» ·· « · · · ··· · · ···

9 9 · · · • · · · · ··· ·· ·· ·· »· • · ♦ · • « « · ·«« ·»· • · ·« ·· klad tak zvaná užší nádoba, to znamená nádoba, jejíž ústí 14 je zaškrceno vzhledem k optické ose kontrolních zařízení, bude produkovat obraz dvou překrývajících se kruhů z protilehlých okrajů ústí 14 nádoby 16 na horní a spodní straně hrdla nádoby. Jestliže je skutečný průměr napříč těmto překrývajícím se kruhům příliš malý, nádobu je třeba vyřadit, protože průměr ústí 14 nádoby 16 by byl menší než požadovaná minimální hodnota. Zařízení podle vynálezu může být také využito pro zjišťování a vyřazování nádoby mající deformaci ve formě tak zvané niti na vnitřní straně láhve, pokud je tato vada tak výrazná, že by byla vidět přes ústí láhve.

• ···· ·· ·· ·· · · · * • ·«· · · ··· .

• ··· · · · · • · · · · · ······ ·· ·· ·· ·· « · · · • · · · ··· ··· ’ϊά části první

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob kontroly komerčních odchylek v první nádoby, při kterém se usměrňuje světelná energie na část kontrolované nádoby, prohlíží se první část nádoby, na kterou se světelná energie usměrňuje, pomocí snímacího ústrojí světla zajišťujícího výstup jako funkci optických charakteristických veličin pozorované části nádoby a zjišťují se komerční odchylky první části nádoby jako funkce tohoto výstupu, vyznačující se tím, že usměrňování světelné energie se provádí druhou částí nádoby při zvýšené teplotě, která usměrňuje infračervenou světelnou energii na první část nádoby.
2. 2. Způsob podle nároku 1 pro kontrolu nádob vyrobených procesem, ze kterého nádoby vystupují se zvýšenou teplotou a po výstupu se části nádoby chladí rozdílnými rychlostmi, které jsou funkcemi tloušťky částí nádoby, vyznačuj ící se tím, že se opticky pozoruje první část nádoby proti pozadí, obsahujícímu druhou část nádoby mající vyšší teplotu než první část nádoby a první část nádoby se účinně osvětluje infračervenou energií emitovanou druhou částí nádoby a zjišťují se komerční odchylky v druhé části nádoby jako funkce změn v infračervené energii, vyvolaných druhou částí nádoby.
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že optické pozorování první části nádoby se provádí pozorováním první části nádoby snímacím ústrojím světla, které zajišťuje výstupní signály jako funkce optických charakteristických veličin první části nádoby při jejím osvětlení druhou částí a zjišťování komerčních odchylek se provádí vyhodnocováním funkce výstupních signálů.

   4444 o · • 444 • 4
4. 4 «44 444 «4 44 ·· »·

   4 4 4 4 4 4 • 4 444 4 ·4 · « 4 4 4 4 444 444

   4· 4 4 4 4 «4 ·· 44

   4. Způsob podle nároku 3, při kterém se provádí kontrola nádoby mající otevřené ústí a dno nádoby je vzdáleno od ústi, vyznačující se tím, že při optickém pozorování se pozoruje dno nádoby skrze otevřené ústí a získává se obraz ústí nádoby, osvětleného infračervenou energií ze dna nádoby.
5. 5. Zařízení k provádění způsobu kontroly nádoby (16) mající otevřené ústí (14) podle nároků 1 až 4, obsahující světelný zdroj pro usměrňování světelné energie na nádobu (16) a snímací ústrojí (26) světla, umístěné s ohledem na světelný zdroj a nádobu (16) pro příjem světelné energie procházející ústím (14) nádoby (16), vyznačující se tím, že světelný zdroj obsahuje stěnovou část (24) nádoby (16) s takovou teplotou, že tato stěnová část (24) vysílá infračervenou světelnou energii do nádoby (16) a na snímací ústrojí (26) reagující na tuto světelnou energii.
6. 6. Zařízení podle nároku 5 pro kontrolu nádoby (16) mající otevřené ústí (14) a uzavřené dno (24), vzdálené od otevřeného ústí (14) nádoby (16), přičemž nádoba (16) je po výstupu z výrobního procesu horká, vyznačuj ící se t í m , že snímací ústrojí (26) světla je umístěno s ohledem na polohu nádoby (16) pro pozorování dna (24) nádoby (16) skrze její ústí (14) a před snímacím ústrojím (26) je umístěn prvek (36) pro usměrňování infračervené světelné energie, emitované dnem (24) nádoby (16) a procházející ústím (14) nádoby (16), na snímací ústrojí (26) světla a zařízení obsahuje ústrojí (38) pro měření vnitřního průměru ústí (14) nádoby (16) jako funkce infračervené světelné energie, usměrňované do snímacího ústrojí (26) světla.
7. 7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že snímací ústrojí (26) světla obsahuje snímač (28) se skupinou snímacích prvků a prvek (36) pro usměrňování • ···· · • ··· • · • · ·**··· *» ·· • · · • · ··· a · · » * a · · · aa ♦· • · · > · · • ··· *

   aa •

   aaa a

   • a světla obsahuje jednotku s telecentrickou čočku pro usměrňování pouze infračervené světelné energie, vycházející ze dna (24) nádoby (16) a procházející v podstatě axiálně ústím (14) nádoby (16), na plošný snímač (28) světla.
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se t í m , že snímací ústrojí (26) světla obsahuje kameru mající vstupní pupilu (30) a telecentrická čočka (36) má jedno ohnisko v nekonečnu ve směru ke dnu (24) nádoby (16) a druhé ohnisko ve vstupní pupile (30).
9. 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se t í m , že snímač (28) světla je tvořen plošným snímačem se skupinou snímacích prvků a s tímto snímačem (28) světla je spojeno ústrojí pro vytváření dvourozměrného obrazu ústí (14) nádoby (16).
10. 10. Zařízení podle nároku 9,vyznačující se tím, že měřicí ústrojí (38) obsahuje prostředky pro analýzu tohoto obrazu a určení vnitřního průměru ústí (14) nádoby (16).
11. 11. Zařízení podle nároku 10,vyznačující se tím, že prostředky pro analýzu obrazu obsahují ústrojí pro určení kružnice (14c) s největším průměrem, kterou je možno vepsat do obrazu.
12. 12. Zařízení podle nároku 11, vyznačující se t í m , že dále obsahuje ústrojí pro indikaci přijatelnosti nádoby (16) jako funkce největšího průměru kružnice.

    ING. ED’ patcný ipce * · · · ··· · · ··· »· 99

    9 9 9 9 · · ► ·· ♦· ··

    1/1

    16a.