SU1433426A3 - Устройство дл проверки прозрачных стекл нных изделий - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено дл  контрол  прозрачных изделий из стекла , например экранов телевизионных трубок, в цел х вы влени  имеющихс  в издели х оптических дефектов. Цель изобретени  - повьшение чувствительности контрол . Конструкци  источника освещени  обеспечивает его пространственную инвариантность и формирование множества коллимированных пучков света , ориентированных в различных направлени х . Равномерна освещенна  рассеивающа  свет пластина с наложенной на неЙ1 маской обеспечивает вы вление преломл ющих дефектов определенной степени и при этом делает систему нечувствительной в отношении дефек1 ов с более низкими преломл ющими .эффектами. Вы вление дефектов объекта осуществл етс  камерой, в которой используетс  линейна  решетка светочувствительных диодов и котора  имеет определенный угол зрени . 1 з.п. ф-лы, 16 ил.

Description

фь

СО Од 4

Ю

OS

Изобретение относитс  к контролю изделий из стекла, например бутылок или банок, на наличие оптических дефектов .

Цель изобретени  - повышение чувствительности определени  преломл ющих дефектов.

На фиг. 1 приведено схематически предлагаемое устройство; на фиг. 2 - схема работы устройства; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 -- система контрол  стекл нных сосудов, общий вид; на фиг, 5 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6 - часть оптической след щей системы предлагаемого устройства так, как эта часть видна по разрезу Б-Б; на фиг. 7 - график измерений интенсивности проход щего через изделие света, полученный с использованием части след щей оптической системы, показанной на фиг, 6; на фиг. 8 - разрез В-В на фиг, 3 на фиг. 9 - часть оптической след щей системы предпагаемого устройства так как эта часть видна по разрезу B-Bj на фиг, 10 - график изме зений интенсивности света, проход щего через часть издели , показанную на фиг„ 6,, и регистрируемого частью след щей оп-. тической системы, показанной на фиг. 9; на фиг, 11 - разрез Г-Г на фиг, 4(стенка сосуда, на котором ви- ден скрытый в стенке пузырек); на фиг. 12 - поле зрени  камеры, направленной на часть стенки провер емой стекл нной бытылки, изображенной на фиг. 11; на фиг, 13 - график выходного сигнала камеры, в поле зрени  которой находитс  часть стенки про- вер емой бутылки, показанной на фиг. 12; на фиг, 14 - разрез Д-Д на фиг. 3, (часть издели  на котором видно вкрапление в стенке постороннего материала); на фиг, 15 - поле зрени  камеры, направленной на часть издели , показанную на фиг. 14| на фиг. 16 - график выходного сигнала камеры, в поле зрени  которой нахо-

дитс  часть издели , показанна  фиг, 15,

Осветительна  система (фиг. 1) предназначена дл  подсветки зкрана телевизионной трубки в цел х селективного обнаружени  преломл ющих дефектов, а также вкраплений посто ронних материалов, скрытых пузырько раковин и других функциональных дефектов в стекле.

д „

5

0

5

Поскольку телевизионные экраны имеют значительные размеры и искривлены в двух взаимно перпендикул рных направлени х, дл  контрол  их качества более подходит трехканальна  система . Под экраном 1 смежно один другому в одну линию, поперечную ширине экрана, располагаютс  три источника света (фиг, 3). Каждый источник света располагаетс  так, что его центральна  ось ориентируетс  перпендикул рно части поверхности экрана 1, напротив которой данный источник уста новлен. Каждый из источников 2 света действует в паре с соответствующей камерой 3, ось зрени  которой совпадает с центральной осью соответствующего источника так, что в камеру,попадает свет, проход щий через практически плоский участок экрана, освещаемый снизу соответствующим источником света. Поле зрени  линейной решетки светочувствительных элементов каждой из камер представл ет собой часть узкой полоски поверхности экрана 1, перпендикул рной ширине экрана, включа  и загнутые вверх кра  экрана. На практике экрана 1 во врем  его проверки фиксируетс  на подвижной рамке (не показана) и движетс  по дугообразной траектории. Геометрический центр дуги, на которой движетс  опорна  рамка с установленным на ней экраном 1, совпадает с осью кривизны экрана 1 в направлении его длины. При движении экрана 1 по дугообразной траектории его поверхность полностью проходит между источниками 2 света и камерами 3, благодар  чему обеспечиваетс  контроль всей видимой части экрана. Использование в осветительной системе (фиг, 1) трех отдельных источников света позвол ет примен ть в системе линзы Френел  меньших размеров и ориентировать центральные оси источников так, что результирующа  поверхность осветительной системы более полно соответствует искривленной поверхности экрана 1. Однако в конструкции источника рассе нного света, рассчитанном на освещение экрана по всей его ширине, может быть использована одна линза Френел , но в этом случае линза должна иметь достаточные размеры.

При изготовлении стекл нной посуды на обычных формовочных машинах всегда существует веро тность по влеки  в издели х различных дефектов, которые не поглощают падающий на них свет. Такие, образующиес  в процессе формировани  изделий, поверхностные дефекты подраздел ютс  на три категории .

Примером таких дефектов  вл етс  нитевидна  складка на поверхности из- ;дели , кроме того, пустоты, которые IB зависимости от размеров иногда называютс  пузырьками или зернами. К другим дефектам относ тс  такие, которые св заны с неоднородностью материала . В общем случае все указан- ные дефекты вызьшают преломление или отражение попадающего на них света.

Обнаружение преломл ющих дефектов в объектах, имеющих простую геометрию , например в листовом стекле, .осуществл етс  сравнительно простыми средствами. При обратной подсветке плоского стекла сфокусированным пучком света установленна  с противоположной стороны стекла оптическа  система с ограниченным полем зрени  воспринимает участки стекл нного листа , где проход щий свет преломл етс , в виде з атемненных участков поверхности . Чувствительность такой системы в отношении дефектов провер емого объекта зависит от величины угла зрени  объектива и угловых размеров пучка света обратной подсветки. Кроме того5.обнаружение преломл ющих дефектов в объектах бсшее сло шых форм, например, дефектов в стекл нных сосудах ,  вл етс  достаточно сложной проб лемой. Преломление света при его прохождении через стекл нный сосуд обусловлено не только наличием отражающих дефектов, но главным образом самой формой сосуда. Кроме того, внутренн   поверхность стекл нных сосудов формируетс  свободно, т. е. без воздействи  формовочной поверхности, поэтому внутренние поверхности годных дл  использовани  сосудов могут иметь значительные искривлени . Искривлени  внутренней поверхности стекл нных сосудов можно обнаружить обычными способами, например, как плоского стекла.

.Контроль экранов телевизионных трУ бок в цел х вы влени  оптических дефектов , которые делают экраны непригодными дл  их использовани  по назначению , начинаетс  до операции окончательной полировки, когда необходи

0

0

5

0

5

0

МО определить имеютс  ли на наружной стороне экрана мелкие поверхностные трещины. Такие мелкие поверхностные трещины, когда они освещаютс  пучком света с ограниченным угловым спект- ром, вызывают преломление проход щего через экран света.

Дл  эффективности подсветки, обеспечивающей возможность оптического обнаружени  дефектов, необходимо применение источника света с более широким угловым распределением, например источника рассе нного света, В сие-- темах вы влени  дефектов, которые поглощают падающий на них свет, нежелательные эффекты, вызываемые пре (Ломлением света, в значительной степени могут быть определены путем использовани  изотропного освещени  объекта и наблюдением проход щего через объект света. Если производитс  проверка прозрачного сосуда, имеющего приблизительно цилиндрическую боковзто стенку, когда источник света располагаетс  по одну сторону конвейера , на котором движутс  провер емые сосуды, а камера располагаетс  с - противоположной стороны конвейера, .- камера регистрирует свет от источника после прохождени  его через две стенки сосуда. При использовании в системе источника рассе нного света изображение ближайшей к камере стенки сосуда существенно не отличаетс  от ее изображени  в случае отсутстви  второй, более удаленной стенки сосуда. Такйй образом, дл  простоты можно исключить удаленную от камеры и ближайшую к источнику света стенку провер емого сосуда и рассматривать принцип вы влени  дефектов на системе, в которой провер емый сосуд имеет только одну стенку, изображение которой воспринимаетс  камерой. В большинстве случаев изготавливаемые на стеклоформовочных машинах сосуды имеют осадочную волну, котора  обычно образуетс  ниже средней плоскости сосуда, но несколько выше дна сосуда. Дефект в виде осадочной волны образуетс  во врем  выдувани  бутылки из грушевидной заготовки в форме вследствие того, что стекло в кольцевой части заготовки, смежной дьу форме, обычно холоднее, чем в других част х заготовки, и поэтому распредел етс  не так равномерно, как в других част х. Таким образом.

осадочна  волна представл ет собой несколько утолп енную нижнюю кольцевую часть Поковой стенки стекл нного сосуда и лишь несколько измен ет внешний вид стекл нного сосуда. Если внешний вид сосуда не  вл етс  определ ющим фактором пригодности сосуда дл  его использовани  по назначению, то осадочную волну можно как дефект не рассматривать, а как плавный, преломл ющий оптический дефект боковой стенки сосуда.

На фиг. 2 показана двухмерна  схема прохождени  света через изделие из стекла и приема проход щего через изделие света камерой 3, имеющей угол зрени  S7. и формирующей изображение окрестности точки С на поверхности издели . Если с обращенной к источнику 2 света стороны изделие имеет плоскую поверхность, обозначенную пунктирной линией 4, то свет, воспринимаемый камерой 3 от точки С, излучаетс  участком А источника 2 света, Если обращенна  к источнику 2 света сторона издели  имеет искривленную поверхность, обозначенную сплошной линией 5 (фиг, 2), ось зрени  камеры 3 в результате преломлени  света отклон етс  на угол Q и камера 3 воспринимает от точки С свет, излучав-- мый в данном случае участком А источника 2 света. Если последний  вл етс  изотропным и имеет одинаковую  ркость по всей площади, то  ркость изображени  точки С в отсутствии поглощени  света в случае преломлени  проход щего через изделие света остаетс  неизменной. Факт преломлени  света можно установить путем маскировани  участка А источника 2 света. Такое маскирование последнего обеспечивает затенение участка А и вследствие этого изображение точки С, формируемое камерой 3, представл етс  темным п тном на  рко освещенном фоне. Таким образом в системе преломл ющие дефекты издели  вызывают уменьшение кажущегос  пропускани  света подобно тому, как это показано дл  точки С, т. е, действуют подобно светопоглощающим дефектам. Применение масок в дефектЪскопии ограничиваетс  тем, что они лишают системы .: пространственной инвариантности. При использовании маски четкость и  ркость изображени  данного дефекта зависит от относительного расположени 

точки С и кра  маски 6 так, что четкость и  ркость изображени  дефекта оказываютс  в зависимости от поперечного положени  дефекта в поле зрени  камеры и от рассто ни  объекта от маски. Таким образом, даже умеренный преломл ющий дефект, наход щийс  в данной части пол  зрени , может вызвать ослабление проход щего через него света, одинаковое с ослаблением света, проход щего через бол ее круп- ньш преломл ющий дефект, но расположенный в другой части пол  зрени , а

это означает, что система представл ет собой пространственно-вариантную систе:му.

Указанные ограничени  можно обойти , если кажущеес  пропускание света

в точке С зависит только от углами, на который в результате преломлени  света отклон етс  ось зрени .

Использование дл  подсветки объекта источника света, имеющего равног

мерную  ркость по всей площади и неизотропное распределение интенсивности интенсивность проход щего через объект света независима от местоположени  точки А на источнике и, следовательно , от относительного расположени  точек С и А , что дает требуемую пространственную инвариантность, с ,

Можно добить , чтобы источник рассе нного света имел пространственное распределение

интенсивности, трансформируемое на стороне линзы, обращенной к объекту, в угловое распределение. В этом случае задача селективного подавлени  В1-ЗДИМОСТИ плавных поверхностных дефектов может быть решена оптическими средствами. Поскольку плавные поверхностные дефекты характеризуютс  малыми углами преломлени  света, они станов тс  невидимыми, если при таких

мальпс углах источника света имеетс  равномерное распределение интенсивности или равномерный угловой спектр.

Специальный источник света (фиг. 3) имеет требуемый угловой спектр и оборудован оптической насадкой. В данном случае источник 2 рассе нного света включает матовое стекло 7, за которым располагаетс -.множество ламп 8 накаливани . Матовое стекло 7 располагаетс  на рассто нии от линзы 9, фокусное рассто ние которой равно F. Кажда  точка источника 2, например точки X и Y, за линзой 9 формирует

коллимированнын пучок света. Точка X дает коллими1 ованный пучок 10 света, а точка Y - коллимированный пучок 11 света. Коллнмированный пучок 10 света , ориентирован параллельно линии, проход щей от точки X через оптический центр линзы 9. Также коллимированный пучок 11 света ориентирован параллельно линии, проход щей от точ- ки Y через оптический центр линзы 9. Если источник 2 света  вл етс  изотропным и liMeeT равномерное распре- де гение  ркости по всей площади, то плотность потока света в двух колли- мированных пучках одинакова . Если на источник рассе нного света установить маску 6 шириной а 2F tgQj, то угловой спектр света между линзой и объектом ограничиваетс  углами рав- ными или меньшими, чем ±0. Таким образом, изменением ширины маски 6 можно изменить величину угла Q, однако нет необходимости в том, чтобы двухмерньй угловой спектр в плоское- ти перед линзой был изотропным, т.е. этот спектр может иметь произвольную конфигурацию, которую можно вь1бирать изменением формы маски 6.

Система подсветки с неизотропным угловым спектром наиболее подходит в случае контрол  прозрачных бутылок, поскольку в профиль они не имеют круговой симметрии. Таким образом, использование подсветки (фиг. 3) обеспечивает возможность контрол  пространственно-инвариантной системы подсветки с использованием маскированного источника,  вл ющейс  вариантом указанной пространственно-вариантной системы подсветки, в которой также используетс  маскированный источник света. Основной эффект этой системы подсветки состоит в том, что она обладает повышенной чувствительностью в отношении преломл ющих дефектов, характеризующихс  большими углами преломлени  света, и обеспечивает . более точное вы вление преломл ющих дефектов. Камера 3, поскольку в ней используетс  вертикальна  линейно сканирующа , решетка светочувствительных элементов, фокусируетс  на линии, наход щейс  в пространстве, через которое движутс  подлежащие проверки объекты. Источник 2 света имеет наибольший размер в направлении d, т.е. в направлении движени  провер емого объекта или перпендикул рно оси стекo 5 0 5

О

5

о с Q е

л нного сосуда (фнг. ft}. В другом направлении источник 2 света может. иметь значительно меньший размер. В рассматриваемой системе свет , попадающий на o6paTH To сторону объекта, представл ет собой ориентированный пучок света со сравнит ельно небольшим спектром углов рассе ни , тогда как при использовании рассеивающего элемента лучи света оказываютс  ориентированными во всех направлени х. Углова  направленность подсветки определ етс  в соответствии с физическими и оптическими характеристиками исследуемого объекта и достигаетс  выбором соответствующего угла зрени  камеры и фокусного рассто ни  линзы в функции размеров маски. Используема  в конструкции источника света линзы обеспечивает направленность излучени  источника.

Кажда  точка источника 2 рассе нного света  вл етс  источником множества элементарных лучей, которые испускаютс  всей поверхностью линзы в виде параллельного пучка, ориентированного в направлении линии, проход щей от данной точки источника через оптический центр линзы. Кажда  точка источника света генерирует семейство элементарных лучей, направлени  которых определ ютс  различием положени  точки относительно оптического центра линзы, благодар  чему дл  всех точек перед линзой угловой спектр . света получаетс  одинаковым, т.е. подсветка получаетс  пространственно- инвариантной. Система подсветки позвол ет производить выбор требуемого углового спектра света. Угловой . спектр света должен выбиратьс  таким образом, чтобы это обеспечивало максимальную чувствительность системы в отношении преломл ющих дефектов, которые требуетс  обнаруживать, однако дл  допустимых плавных преломл ющих дефектов свет с таким угловым спектром должен оставатьс  достаточно рассе нным . Если свет источника подсветки слииком рассе н, все преломл ющие дефекты размываютс , и обнаружить их не удаетс . В поле зрени  камеры, используемой в рассматриваемой системе, в каждый данный момент находитс  только узка  вертикальна  полоска поверхности движущегос  относительно камеры исследуемого объекта.

9U33426

Получаемый в осветительной системе угловой спектр света обеспечивает высокую чувствительность системы в отношении резко выраженных преломл ющих дефектов и подавление чувствительности системы в отношении плавных поверхностных дефектов,, например дефектов стекл нных сосудов и других

И)

щий через верхнюю стенку канавки све на соответствующие светочувствительные элементы не попадает (фиг. 5). Кроме того, угол наклона нижней стен ки канавки Q меньше угла Q , поэтому преломление проход щего через эту стенку света получаетс  сравнительно

небольшим, т.е. на соответствующие изделий из прозрачного стекла, движу- д светочувствительные элементы камеры

6

И)

щий через верхнюю стенку канавки свет на соответствующие светочувствительные элементы не попадает (фиг. 5). Кроме того, угол наклона нижней стенки канавки Q меньше угла Q , поэто- му преломление проход щего через эту стенку света получаетс  сравнительно

щихс  через поле зрени  камеры 3. I Линза 9 может иметь достаточно . 1 большой диаметр, обеспечиваюшдй возможность освещени  провер емого сосуда по всей его высоте (фиг, 4), Дл  проверки сосуда по всей окружности его боковой стенки (фиг. 4) его после первого прохода в поле зрени  камеры 3 следует повернуть вокруг вертикальной оси на 90 и затем повторить про- |верку. В системе должны быть предусмотрены электронные средства, обеспечивающие исключение выходных сигналов , смонтированных в камере светочувствительных элементовр которые генерируютс  при попадании в камеру света, проход щего через.закраины провер емого сосудао.Маска 6 устанавливаема  на рассеивателе источника света , может быть приведена в соответст- зо проход  через пузырьковый дефект,

вие с конфигурацией провер емого со- суда так, чтобы, кроме боковой стенки сосуда, обеспечивалс  контроль суживающейс  части и горловины сосуда . В данном случае маска б может ;быть выполнена в вйде бабочки с рас- ;крытыми крыль ми так, чтобы широка  1часть маски соответствовала скошен- |Ной суживающейс  части провер емого сосуда.

I На фиго 5 и 8 показаны разрезы р1астей экрана телевизионной трубки с двум  различными поверхностными дефектами , которые могут возникнуть в поцессе изготовлени  экранов. На поверхности стекла имеетс  тонка  канавка , кра  которой имеют различный угол наклона относительно плоскости экрана (фиг, 5). Верхн  .стенка канавки имеет большой угол наклона , f а нижн   стенка - сравнительно не- большой угол наклона Q,, Верхн   стенка канавкиj имеюща  угол наклона Q,, вызывает преломление проход щего через нее света, в результате чего вертикальшлй р д светочувствительных элементов 12 (фиг 6) вырабатьгаает выходной сигнал (фиг. 7) Угол Q, намного больше угла б  и поэтому проход свет попадает почти без ослаблени .

На фиг. 8 показан разрез части экрана телевизионной трубки с поверхностным дефектом в виде небольшого

выступа, скаты которого имеют угол наклона Pj , величина которого меньше углабд, В данном случае, как и в случае нижней с тенки канавки на поверхности экрана (фиг. 5), попадаюnp Oi на соответствующие светочувствительные элементы 12 свет не ослабл г етс , что представлено диаграммой выходных сигналов, на которой все сигналы имеют одинаковый уровень

(фиг. 10),

На фиг. 11 показан разрез части экрана телевизионной трубки с дефектом в виде скрытого в стекле пузырька В. Свет от источника подсветки.

5

0

преломл етс , в результате отклон етс  от нормального направлени  осей зрени  нескольких светочувствительных элементов в линейной решетке камеры, что и позвол ет обнаруживать дефект. Однако свет, проход щий через центр пузырькового дефекта, не преломл етс  (фиг, 13).

На фиг. 12 показано, что пузырько- вьй дефект В ослабл ет попадающий в камеру свет источника подсветки, а на фиг. 13 - формй выходного сигнала камеры, показывающа  уровни выходных сигналов светочувствительных элементов . Уровень интенсивности проход щего через исследуемый обьект света в отсутствии преломл ющих или поглощающих свет дефектов составл ет 100%, однако в случае полного преломлени  (фиг« 5 и 11)э уровень интенсивности проход щего через объект света падает почти до нул . Нижн   стенка канавки на поверхности экрана (фиг. 5) имеет малый угол наклона, при выбранном g освещении преломление света на нижней стенке канавки получаетс  недостаточным дл  его обнаружени .

На фиг, 14 показан дефект экрана телевизионной трубки в виде вкрапле5

0

Фиг.1

(Pus.Z

А -А

В Б

А в в f

Фиг.З

5-6

Фаг. 8

ФигЛ

il

too so О

Фиг. 6

12

Фиг. 9

Фиг. 10

Г Г

Фиг. //

А-А .

Фиг. /4

12

о 50 т

I I

Фиг. 12

I I I Фиг. 13

/2

Q iSOIOQ

I I I

I Фиг. 15

Фиг. 16

Claims (1)

1. Формула изобретения

   1θ 1. Устройство для проверки прозрачных стеклянных изделий на наличие преломляющих дефектов, содержащее источник рассеянного света равномерной яркости, средство для перемеще15 ния изделия по горизонтали и вертикальную линейную решетку светочувствительных элементов, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности определения 2Q преломляющих дефектов, оно снабжено двояковыпуклой линзой, установленной перед источником рассеянного света на расстоянии, равном ее фокусному расстоянию.

   25 2. Устройство по п. ^отличающее ся тем, что непосредственно перед источником рассеянного света установлена маска, закрывающая периферийные части источника рас30 сеянного света и ограничивающая угол коллимации.

   Фиг. 1

   Фиг.З

   Фиг. 6

   Фиг. Ю r-r

   Фиг. 13 д-д

   Фиг. /4

   Фиг. 15

   О 50 /оо I I I с с с с € <

   I I I

   Фиг. 15