专利名称：容器检验设备及检验容器的方法
技术领域：
本发明涉及特别用来检验容器的光学成像设备，更具体地说，涉及检验容器的商用偏差和其他特性的设备的方法。
玻璃或塑料容器大批量生产的传统方法是多模成型技术。在已有的技术中，会出现各式各样的缺陷或裂纹，称为“偏差”。可能会影响容器的商用可接受性的偏差称为“商用偏差”。在此之前，人们已经提出了用光学扫描技术来检验这类影响容器光学特性的偏差。美国专利4，378，493;4，378，494和4，378，495(均已转让给了受让人)公开了几种方法和设备，其中玻璃容器被传送到多个检验台，在这里接受物理上和光学上的检验。在一个检验台处玻璃等容器被固定成竖直位置并绕其竖直轴线转动。一个照射光源发射通过容器壁的散射光能量。一台包括多个光敏元素或像素排成与旋转竖直轴线平行的直线阵列的摄像机用来检查通过容器侧壁一竖条所传输的光。每个像素的输出每隔一定的容器转动增量被采样一次，当相邻像素信号的差值超过预选的阈值时，就发出事故信号。然后产生恰当的报废信号，把报废的容器从传输线上清除。
美国专利4，701，612(已转让给受让人)，公开了一种用于检验透明容器的口部，尤其是玻璃容器的口部的方法和设备，它包括当容器绕其中央轴线转动时横向发出通过容器口部的散射光的机构。一带多个光敏元素或像素排成直线阵列的摄像机用来检查容器口部的内外表面，其中直线阵列与容器轴成一定的角度且与该轴共平面，而且检测内表面要通过敞开的容器口。摄像机直线阵列的每个元素每隔一定的容器转动增量被信息处理器采样一次，表示每个元素光强的相应数据作为元素号及上述增量的组合函数被储存到存储器中。当容器转动完成后，把这些数据与许用容器口部的标准数据作比较，当比较结果超过操作员调节的阀值时，就产生报废信号。
美国专利4，945，228(已转让给受让人)，公开了一种用于检验容器口部的系统，当容器转动时，把光能向下引到容器口部，然后接收来自容器口部的作为容器口部结构特性和偏差的函数的反射光。有一个光源设置成当容器保持在固定的位置并绕其轴转动时把光能射到容器的密封面上。相对于容器的旋转轴放有一台包括多个光敏元素的摄像机，用于接收密封表面反射的光能。摄像机阵列每隔一定的容器转动增量被扫描一次，以产生表示在每个元素处作为上述增量的函数的光强信息，容器密封面的商用偏差作为以上信息的函数而得到检验。
美国专利4，958，223(也已经转让给受让人)，公开了一种当容器绕其中心轴线旋转时检验容器口部的设备。它有一个光源设置成能把散射光射到容器的口部，在横跨容器轴线与光源相对的一侧放有一台摄像机。该摄像机有多个光敏元素，它们与摄像机的聚焦元素都在与光源相对的同一个光学平面上，以接收在容器轴线横向彼此分开的容器口的不重叠影像。信息处理电路被耦合到摄像机阵列，用来表示容器口部的光学特性，它是入射到阵列每个元素的光强的不同函数。
上述专利所公开了的系统形式，用于检验柱状对称容器时，在商业上取得了很大成功，但是还不能很好地适用于象色拉敷料瓶这样的非圆形容器。
本发明的主要目的就是提供适于检验任何形状的容器，包括圆的和非圆的、以及任何大小和几何形状的容器的设备和方法。
本发明的另一个目的是要提供一种具备上述特点的装置和方法，它可以用于检测容器的任何一部分-即容器体部，口部或两者兼有。
根据本发明的容器检验设备包括一个测头，用于绕容器附近的固定轴，最好与容器共轴转动。测头上携带着一个光发送器和一个光接收器并被定向，用来把光能照射到测头附近的容器上，同时至少接收该照射能与容器相互作用后的一部分。信息处理电子电路被耦合到光接收器上，用来检测作为容器光学特性的函数的商用偏差。测头及其所携带的光学发送器和接收器的旋转，不需要转动容器，这样容器就可以保持在与测头的旋转轴同轴的固定的位置上。
根据本发明的最佳实施例，在靠近测头的固定位置上放有一个光源，测头上的第一光学发送器与光源对中，以接收来自光源的照射光能，并把该能量投射到容器上。测头上的第一传感器或探测器接收与容器相互作用后的一部分光能，并产生作为其函数的第一电信号。测头上的第二发送器对此信号作出响应以产生光能，第二光传感器被放在测头附近与第二传输器对中的固定位置上，用来接收第二光发送器产生的光能，并产生作为其函数的相应的第二电信号。信息处理电路对该第二电信号作出响应以检验容器的商用偏差。这样，根据本发明的这个具体方面，测头绕其轴连续旋转，而且与测头上的一切元件的联系都是通过光能转换的方式完成的，因而无需使用电刷或其他类似物来传递给或来自旋转头上的光学器件的信号。
根据本发明的另一方面，在第一个实施例中，接口电路由旋转头携带，用来接收和处理来自第一探测器的信号。由信息处理器产生的接口控制信号，通过第三光转换器耦合到由旋转头所携带的接口电路，同样消除了对电刷或其它类似物的需要。在作为本发明这方面例子的最佳实施例中，接口电路包括一个由在相对于测头的旋转轴线的固定的半径处的光发送器和接收器组成的环形阵列。一个环形的光导纤维阵列同与旋转轴线共轴的发送器和接收器的阵列对中，并被连接到信息处理器上。这样，环形的光导纤维阵列起着信息处理器与控制其运行的接口电路及接口电路和信号处理器之间的双向联系的作用，以传递表示容器光学特性的信号。
根据后面的描述、所附的权利要求书以及附图就能清楚地看出本发明的其它目的、特征和优点。其中
图1是竖直剖开的根据本发明的一个实施例的检验容器的光电设备剖视图;
图2是图1中的圆圈2内的部分的局部放大图;
图3是图2中大体上沿线3-3取的平面图;
图4是图1中设备在线框4以内的局部放大图;
图5是大体上沿图4中的线5-5剖取的视图;
图6是图1-5所示的设备的原理图;
图7是本公开的另一系统的原理图;
图1-6示出了用于检验玻璃容器14的口部12的设备或检验台10。术语“容器口部”一般指的是组成容器口的那一部分。例如在玻璃瓶中，口部包括用于安装瓶盖的带螺纹和(或)肩的瓶颈，以及瓶口四周的瓶颈上表面，瓶盖靠此面贴合及密封。容器14由适当的传送装置16(图6)按顺序传送过来，在检验过程中在检验台10处固定不动。检验台10处有无容器传送过来由一个开关或其它类似物17(图7)来探测。
检验设备包括一个由隔开的滚子轴承22在支架或套环20内所携带的测头18，它由皮带24耦合到电机26上以绕测头18的轴线40连续等速旋转。测头18包括一个由轴承22所载带的中空的大体上为柱状的套筒28，一个放置在支架20下面的径向延伸的法兰或台板30。一个由多达四根光导纤维32，34，36，38组成的圆周阵列通过测头套筒28的空心而延伸，在上端(图2中看得最清楚)四根光导纤维32-38在垂直于转轴40的平面处终止。纤维34从套筒28的下端沿台板30的背面延伸，可操作地耦合到台板30下面所携带的投射透镜系统42中去。提供纤维32和36-38是为了以后需要附加透镜时用。纤维32-38可以是单股纤维或是纤维束。
在台板30的下面还携带有一台摄像机44。透镜系统42和摄像机44分别由支架46、48固定在台板30的下面。两个支架46、48都用螺钉50固定在台板30的背面，以便绕轴线40进行角度调节。透镜系统42和摄像机44通过可调装置分别固定到其支架46，48上，它们可以在与测头18的转轴平行的平面内做角度调节。因而，透镜系统42及摄像机44都可以相对另一者、相对于其下面的容器14充分调节。在图1所示的具体方案中，透镜系统42的取向能够将光束照射到容器口部12的外表面上，摄像机44放置成与透镜系统42径向相对，用来接收来自容器口部的反射和折射光。这些透镜和摄像机的取向仅作为例子而已。摄像机44可以包括一个光电元件，一个直线阵列式或线扫描式摄像机或一个行或列扫描式传感器矩阵。这些类型的摄像机在上面提到的专利中都有例示，所用的摄像机44本身并不是本发明的部分。
接口电路总成54由支架56支承在位于支架20以上的测头套筒28的上端，以与套筒和测头一起转动。
电缆58把接口电路54同摄像机44连接起来以将控制信号传输给摄像机(如果需要)并从摄像机获得数据信号。电路板60由主接口电路板以上的支座62固定。电路板60包括一个由多个发光二极管(LED)64(图5)和光检测器66组成的环形式圆形阵列。发光二极管64和光检测器66放置在以转轴40为圆心有固定半径的圆形阵列上。发光二极管连接到接口电路54上以产生处于该电路控制之下的光信号;光检测器66也连接到接口电路上用来接收和发送去往接口电路的控制信号。
在与旋转头18隔开的一个合适的固定位置处放置着一个光源68。柱状纤维光缆或光纤束70从光源68沿着一个固定的支承套筒74伸到测头套筒28的内部，在平行于光导纤维32-38的平端且与之隔开的平面处终止。纤维光缆70的直径有如下的大小它能覆盖纤维32-38的所有端部，这一点在图2中看得最清楚。一根光导纤维束72(图1和图5)由支架固定到固定的支承套筒74上，并相对于以转轴为圆心的发光二极管64和光检验器66的圆形阵列张开。在图1所示的最佳实施例中，发光二极管和光检验器64，66的阵列与环形的光导纤维束72半径相同并且沿轴向互相对置。光导纤维束72连接到信息处理电路75上。环形束72是常规的型式。图5所示的十二个发光二极管64以及四个光检测器66(数目仅作为例子而已)绕转轴40均匀分布。
在设备10(图6中的原理图表示得最清楚)的运行过程中，容器14由传送装置16逐个按顺序传送过来，并被保持在与转轴40共轴的测头18以下的固定的位置处。来自光源68的光沿纤维光缆70传输并从其端部向四根光导纤维32-38(图3)辐射。在本发明的这个实施例没有用到光导纤维32和36-38。
进入到纤维束34上端的光被导入透镜系统42，它接收来自光源68的照射能量，并把此能量投射到容器14的口部12上。因为纤维34距转轴的半径处于纤维70的总半径之内，因此照射能量的传输是恒定和连续的，与测头28的转动无关。摄像机44接收与容器14相互作用后的照射能量，并沿电缆58向接口电路54提供相应的数据信号。
接口电路恰当地处理摄像机数据信号。发光二极管64和光检测器66的环形阵列与环形的光导纤维束72一起通过光通讯耦合器73提供与信息处理器75的双向数据通讯。也就是说，信息处理器75既可以通过耦合器73中的发光二极管64、光导纤维72以及线路板60上的光检测器66向接口电路54发出控制和命令信号，又可以通过线路板60上的发光二极管64、光导纤维72以及耦合器73中的光检测器66接收来自接口电路54的数据和其他信息。在这方面，最好把环形的光导纤维束放置在与圆形的发光二极管及光检测器阵列轴向对置的位置以提供与测头18和接口电路的转动无关的双向通讯(每次一个方向)。这就带来了系列优点，即不需在接口电路54上设置可变电阻器、电容器或其它调节装置;所有的阈值、参数以及其它控制信息都可从信息处理器75向外传送，这样就允许在运行中进行调整工作，即在不使旋转头18停下来的情况下进行调整。控制信号的电子传输和存储还避免了由于振动或类似的干扰引起的不稳定。接口电路54、信息处理器75、摄像机控制和信息处理算法的详细例子在上面提到的专利中都有说明，它们本身不是本发明的内容。
图7表示的是另一系统80，其中照射光源42a包括由适当的导体直接连接口电路54a上的电控光源。摄像机44也直接连到接口电路54a上，而不安装在测头18a上。从测头18a的上端伸出的指状物82，同至少一个、最好是一对成一定角度的限位开关84、86相接合。限位开关84，86被连接到电机26a的控制电路上。
在工作过程中，容器14同样按顺序逐个传送过来并被固定在测头18a的下面且与轴40共轴。测头18a和台板30绕轴40在由限位开关84、86位置所确定的角度之间相对于旋转轴来回转动。这样，当测头18a转动时，光源42a和摄像机44扫过容器14的口部12。因为测头18a相对于容器14来回扫描，不同于图1-6的实施例在给定方向上连续等速旋转的情况，所以光源42a和摄像机44可以直接连到电路54a而不是像前面的实施例那样通过光转换方案实现。限位开关84，86最好是可调节的，以设置测头转角范围。台板30可以携带一个以上的光源42a和(或)摄像机44。测头18a的旋转最好与传送装置16的间歇运动相协调，使得测头18a在一个方向上扫描一个容器后，在移去该容器定位新的容器期间停下来，然后反方向扫描第二个容器。
虽然以上的图示以及所描述的最佳实施例是关于测量容器14的口部12的光学特性的，但是应该懂得本发明的基本原理同样可用于检验容器的其它部分，比如容器肩部和(或)侧壁，方法是把光源和摄像机重新定位或取向，以使得光源的照射光束及摄像机的视场对固定在检验台处的容器的上述一部分或几部分进行扫描。
权利要求
1.容器检验设备，包括一个测头，它包括使之在容器附近绕一固定轴转动的装置；放置在上述测头附近固定位置上的一个光源；在上述测头上并与上述光源对中的第一光学传输装置，用来接收来自上述光源的照射能量并把该照射能量投射到容器上去；在上述测头上的第一光检测装置，用来至少接收上述光能与容器作用后的一部分并产生作为其函数的第一电信号；在上述测头上的响应上述第一电信号并产生作为其函数的光能的第二光学传输装置；放置在上述测头附近固定位置与上述第二光学传输装置对中的第二光检测装置，用来接收上述第二光学传输装置产生的光能并产生作为其函数的第二电信号；响应上述第二电信号、用来检测容器上的商用偏差的装置。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于上述第二光学传输装置包括至少一个由上述测头所携带的、位于从上述转轴起的第一固定半径处的光学发送器以及响应上述第一电信号的电子装置，用来为上述至少一个光学发送器提供能量。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于上述第二光检测装置包括环形的光敏装置，它与上述转轴同心，位于第二半径处与上述至少一个光学发送器相对，使得上述至少一个光学发送器与上述环形的光敏装置之间的光学传输同上述测头的转动无关。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于上述第二光学传输装置包括绕上述转轴的、在上述第一固定半径处排成环形陈列的多个上述光学发送器。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于上述第一半径和第二半径相等。
6.如权利要求3所述的设备，其特征在于上述第二光检测装置包括在上述第二半径处与上述光学发送器相对的环形光学传输装置，以及响应上述第二电信号的信息处理装置。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于上述信息处理装置包括产生用于控制上述电子装置的运行的控制信号的装置以及通过上述环形的光学传输装置来传递上述控制信号的装置，上述电子装置包括由上述测头所携带的、位于上述第一固定半径处与上述环形的光传输装置相对的第三光检测装置，用来接收上述控制信号。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于上述光源包括与上述固定转轴共轴的第一光导纤维传输装置，所述第一光学传输装置包括由测头所携带的与上述第一光导纤维传输装置轴向对中的第二光导纤维传输装置，使上述照射光能就能从上述光源通过上述第一和第二光导纤维传输装置得到传输，使得将光能投射到容器上的过程与上述测头的转动无关。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于进一步包括使容器按顺序出现以便检验及把容器保持在上述测头下面并与上述固定转轴共轴的静止位置上的装置。
10.容器检验设备，包括一个测头，包括使其在容器附近绕一固定轴转动的装置;位于上述测头上的光源，用来把照射光能投到上述测头附近的容器上;在上述测头上的第一光检测装置，用来接收至少上述光能与容器作用后的一部分上述光能;由上述测头所携带的、响应上述第一光检测装置而产生作为其函数的电信号的电子装置;由上述测头所携带的位于距上述转轴固定的半径处的响应上述电信号的至少一个光学发送器;位于围绕上述转轴的固定的半径处与上述至少一个光学发送器相对的环形光检测装置，以及耦合到上述环形光检测装置，用来检测作为上述电信号函数的容器上的商业偏差的装置。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于上述至少一个光学发送器包括在绕转轴的固定半径处的排成环形阵列的多个上述光学发送器。
12.如权利要求10所述的设备，其特征在于上述环形光检测装置包括环形的光学传输装置，上述用于检测商用偏差的装置包括产生用于控制上述电子装置运行的控制信号的装置以及通过上述环形的光学传输装置传输上述信号的装置，所述电子装置包括由上述测头所携带的在上述固定的半径处与上述环形的光传输装置相对的光检测装置，用于接收上述控制信号。
13.一种检验容器的方法，包括以下步骤(a)使一个测头绕容器附近的固定轴连续转动;(b)从测头的外部产生光能;(c)把上述光能转换到上述测头上以照射容器;(d)在上述测头上产生作为照射光能与容器相互作用的函数的光信号;(e)在上述测头以外提供信息处理电路;(f)把上述测头的上述光信号进行转换，送到上述信息处理电路中去。
全文摘要
容器检验设备，包括一个位于待检容器附近绕一固定轴线转动的测头。由测头所携带的一个光源和一台摄像机用来把照射光能引导到容器上并接收与容器相互作用后的光能。摄像机连接到用于控制摄像机的运行并接收来自摄像机的数据的接口电路上。光源、摄像机和接口电路固定在测头上并连续转动，光源和接口电路通过光转换装置联接到外部控制装置上。
文档编号G01N21/90GK1095817SQ9410449
公开日1994年11月30日 申请日期1994年4月18日 优先权日1993年4月19日
发明者J·A·柯克曼, J·A·林格里恩 申请人:欧文斯-布洛克威玻璃容器有限公司