СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ БОКОВОЙ СТЕНКИ НЕКРУГЛЫХ ПРОЗРАЧНЫХ КОНТЕЙНЕРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO MEASURE THICKNESS OF SIDE WALL OF NON-ROUND TRANSPARENT CONTAINERS AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к проверке прозрачных контейнеров с целью выявления технических изменений, которые влияют на оптические свойства контейнеров, а более конкретно - к способу и устройству для электрооптического измерения толщины боковой стенки некруглых прозрачных контейнеров.
Уровень техники и краткое изложение сущности изобретения
Для измерений толщины боковой стенки прозрачных контейнеров использовались электрооптические методы. Например, патент США №6806459 раскрывает устройство и способ для измерения толщины боковой стенки контейнера, которое включает в себя конвейер для перемещения контейнера перпендикулярно его оси через станцию контроля во время одновременного вращения контейнера вокруг своей оси «качением» контейнера вдоль рельса на станции контроля. Источник света и освещающая линзовая система направляют на боковую стенку контейнера световой пучок линейной формы, имеющий длинный размер, перпендикулярный оси контейнера, параллельный направлению движения через контрольную станцию и достаточную протяженность, чтобы освещать боковую стенку контейнера, пока он катится вдоль рельса на станции контроля. Анаморфическая линзовая система формирования изображения направляет на фотодетектор световую энергию, отраженную от участков внешней и внутренней поверхности боковой стенки, которые перпендикулярны падающей световой энергии. Информационный процессор реагирует на световую энергию, направляемую на фотодетектор линзовой системой формирования изображения для определения толщины контейнера между внешней и внутренней поверхностями боковой стенки, когда контейнер катится вдоль рельса. Хотя способ и устройство, раскрытые в указанном патенте, хорошо подходят для измерения толщины боковой стенки круглых контейнеров, они не пригодны для измерения толщины боковых стенок некруглых контейнеров, которые не могут катиться вдоль рельса на контрольной станции.
Патент США №5291271 раскрывает устройство и способ электрооптического измерения толщины стенки контейнера. Источник света направляет световой пучок на внешнюю поверхность контейнера под таким углом, что часть светового пучка отражается от внешней поверхности, а часть преломляется в стенке контейнера, отражается от внутренней поверхности стенки и затем повторно выходит с внешней поверхности стенки. Линзовая система для фокусирования на детектор световой энергии, отраженной от внешней и внутренней поверхности стенки, расположена между фотодетектором и стенкой контейнера. Линзовая система имеет плоскость изображения, в которой расположен детектор, и плоскость объекта, коллинеарную с падающим световым пучком. Контейнер удерживается в устойчивом положении и вращается вокруг своей оси. Информационный процессор сканирует детектор при увеличении угла поворота контейнера и определяет толщину стенки контейнера между внутренней и внешней поверхностью в виде функции от интервала между точками падения на детектор отраженных световых энергий. Хотя способ и устройство, раскрытые в этом патенте, опять хорошо подходят для измерения толщины боковой стенки круглых контейнеров, они не пригодны для измерения толщины боковой стенки некруглых контейнеров, так как падающий пучок не может отследить неровности боковой стенки некруглого контейнера, когда контейнер вращается. Главная задача настоящего изобретения заключается в создании способа и устройства для измерения толщины стенки некруглых прозрачных контейнеров.
В настоящем описании раскрыто несколько аспектов, которые могут быть реализованы отдельно или в комбинации друг с другом.
Устройство для контроля толщины боковой стенки некруглых прозрачных контейнеров в соответствии с одним объектом настоящего изобретения включает в себя конвейер для удержания контейнера в устойчивом положении и вращения контейнера вокруг оси. Источник света направляет световую энергию на боковую стенку контейнера на конвейере. Анаморфическая линзовая система, имеющая ось линзовой системы, направляет на фотодетектор энергию, отраженную от участков внутренней и внешней поверхностей боковой стенки контейнера, которые по существу параллельны оси линзовой системы. Термин «по существу параллельны» означает, что поверхности боковой стенки контейнера параллельны оси линзовой системы в пределах малого угла расхождения линзовой системы такого, как угол расхождения в 1° в примере осуществления настоящего изобретения. Информационный процессор реагирует на детектор для определения толщины боковой стенки контейнера при увеличении поворота контейнера в виде функции от интервала на детекторе между энергиями, отраженными от внутренней и внешней поверхности боковой стенки контейнера.
Устройство для контроля толщины боковой стенки некруглых прозрачных контейнеров в соответствии с другим объектом настоящего изобретения включает в себя конвейер для последовательной подачи контейнеров и удерживания каждого контейнера по очереди в устойчивом положении во время вращения контейнера вокруг оси. Источник света направляет световую энергию на боковую стенку контейнера, когда он удерживается и вращается на конвейере. Анаморфическая линзовая система, имеющая ось линзовой системы, направляет на фотодетектор части световой энергии, отраженные от внутренней и внешней поверхностей боковой стенки контейнера, в плоскостях, по существу перпендикулярных оси линзовой системы. Термином «по существу перпендикулярный» называется световая энергия, отраженная в плоскостях, перпендикулярных оси линзовой системы в пределах малого угла расхождения линзовой системы такого, как 1° в примере осуществления настоящего изобретения. Части световой энергии, отраженные от внутренней и внешней поверхностей боковой стенки контейнера в плоскостях по существу перпендикулярных оси линзовой системы, перемещаются назад и вперед вдоль анаморфической линзовой системы, когда контейнер вращается, вследствие неокруглости контейнера. Информационный процессор реагирует на фотодетектор для определения толщины боковой стенки при увеличении поворота контейнера в виде функции от интервала на детекторе между частями световой энергии, отраженной от внутренней и внешней поверхностей боковой стенки контейнера.
Способ контроля толщины боковой стенки некруглого контейнера в соответствии со следующим объектом настоящего изобретения включает удержание контейнера в устойчивом положении во время вращения контейнера вокруг оси. Световой пучок в форме линии направляется на боковую стенку контейнера, причем световой пучок в форме линии имеет длинный размер, перпендикулярный оси вращения. Части светового пучка, отраженные от внутренней и внешней поверхностей боковой стенки контейнера, которые по существу перпендикулярны световому излучению, направленному на боковую стенку контейнера, если смотреть из направления параллельного оси контейнера, направлены на детектор. Толщина боковой стенки контейнера определяется при увеличении угла поворота контейнера в виде функции от интервала на детекторе между частями светового излучения отраженными от внутренней и внешней поверхностей боковой стенки контейнера.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение вместе с дополнительными задачами, отличительными особенностями, преимуществами и объектами будет лучше понято из следующего описания, прилагаемой формулы изобретения и чертежей, на которых:
Фиг.1 - схематическое изображение устройства для измерения толщины боковой стенки контейнера в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 - схематическое изображение части устройства, приведенного на Фиг.1, показывающее линзовую систему освещения и формирования изображения для примера осуществления настоящего изобретения более подробно;
Фиг.3 - вид сверху освещающей линзовой системы по Фиг.1, по направлению 3 на Фиг.2;
Фиг.4 - вид сверху линзовой системы формирования изображения в примере осуществления настоящего изобретения по Фиг.2, по направлению 4 на Фиг.2;
Фиг.5 - схематическое изображение отражения и преломления светового излучения на боковой стенке контейнера, увеличенная часть Фиг.2 в области 5;
Фиг.6А-6К - схематические изображения, которые показывают отражение от стенки контейнера при последовательных стадиях поворота контейнера.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения
На Фиг.1 схематически показано устройство 10 для контроля толщины боковой стенки некруглого прозрачного контейнера 12, такого как стеклянный контейнер, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. Устройство 10 включает в себя конвейер 14 для последовательной подачи контейнеров 12, удерживания каждого контейнера 12 по очереди в устойчивом положении и поворота контейнера вокруг оси 16. Ось вращения контейнера предпочтительно совпадает с центральной осью контейнера, хотя ось вращения может отклоняться от центральной оси контейнера из-за качания или по схожим причинам, вызванным дефектом контейнера. Пример конвейера 14 для последовательной подачи некруглых контейнеров по очереди для контроля, удерживания контейнеров в устойчивом положении и вращения контейнеров вокруг оси для контроля показано в патенте США №6557695. См. также патент США №4124112. Могут быть использованы другие конвейеры.
Источник света 18 расположен для направления светового излучения через освещающую линзовую систему 20 на боковую стенку контейнера 12, удерживаемого и вращаемого на конвейере 14. Световое излучение, отраженное от внутренней и внешней поверхностей боковой стенки контейнера, направляется анаморфической линзовой системой 22 формирования изображения на фотодетектор 24. Информационный процессор 26 реагирует на детектор 24 для определения толщины боковой стенки в виде функции от интервала на детекторе между световыми излучениями, отраженными от внутренней и внешней поверхностей боковой стенки контейнера, при увеличении угла поворота контейнера. Информация о толщине боковой стенки контейнера может быть представлена оператору на дисплее 28 и/или может быть использована информационным процессором для активации механизма отбраковки, связанного с конвейером, для отделения контейнеров, имеющих боковую толщину за пределами требуемого диапазона. Данные о толщине боковой стенки могут, конечно, быть сохранены или иным способом использованы для анализа и контроля производственной системы.
На Фиг.2 и Фиг.3 показан пример осуществления освещающей линзовой системы 20 подробнее. Источник света 18, предпочтительно лазер, который обеспечивает коллимированный выходной пучок малого диаметра, направляет выходной пучок через освещающую линзовую систему 20. Пучок разворачивается веером линзой 30 и коллимируется линзой 32. Этот пучок собирается линзой 34 в очень узкий световой пучок или световой пучок в форме линии в среднем местоположении боковой стороны контейнера, предпочтительно в положении около середины пути между позицией боковой стенки на Фиг.6А и позицией боковой стенки на Фиг.6F. Этот световой пучок 36 (Фиг.3) в форме линии предпочтительно имеет «длинный» размер в направлении, перпендикулярном оси 16. Длина этого светового пучка 36 в форме линии согласуется с размерами контейнера для получения отражения в положениях, показанных на Фиг.6А-6К. В показанном примере осуществления настоящего изобретения освещающая линзовая система 20 включает в себя последовательные цилиндрические линзы 30, 32, 34. Для преобразования выходного излучения источника 18 света в световой пучок в форме линии на боковой стенке контейнера могут быть использованы и другие оптические системы.
На Фиг.2 и 4 линзовая система 22 формирования изображения является анаморфической линзовой системой. В показанном примере осуществления настоящего изобретения линзовая система 22 предпочтительно включает в себя цилиндрическую линзу 38 и линзу 40 Френеля. Комбинация цилиндрической линзы 38 и линзы 40 Френеля имеет плоскость изображения, в которой расположен детектор, и объектную плоскость, коллинеарную с длинным размером освещающего светового пучка 36 в формы линии на внешней поверхности боковой стенки контейнера 12. Как показано на Фиг.5, падающий пучок 36 пересекает внешнюю поверхность боковой стенки контейнера 12, при этом часть 42 отражается от внешней поверхности боковой стенки, а часть 44 преломляется в боковую стенку контейнера, отражается от внутренней поверхности боковой стенки контейнера и вновь выходит с внешней поверхности боковой стенки контейнера. Анаморфическая линзовая система 22 функционирует так, чтобы направлять на детектор 24 излучение 42, 44, отраженное от участков внутренней и внешней поверхности боковой стенки контейнера, которое по существу параллельно оси 46 (ФИГ.4) анаморфической линзовой системы 22. Установленная по-другому анаморфическая линзовая система 22 функционирует так, чтобы направлять на детектор 24 части отраженного светового излучения 42, 44, которые отражены в плоскостях, по существу перпендикулярных оси 46 линзовой системы. Термины «по существу параллельный» и «по существу перпендикулярный» относятся к частям отражающей поверхности или отраженному световому излучению, которые находятся в пределах малого угла расхождения анаморфической линзовой системы такого, как угол в 1° в примере осуществления настоящего изобретения. Отраженное световое изучение 48 (Фиг.4), которое не попадает в этот малый угол расхождения линзовой системы 22, т.е. отражается не от участка поверхности, который по существу параллелен оси 46 линзовой системы, и отражается в плоскости, которая по существу перпендикулярна оси 46, направляется мимо фотодетектора 24. Другими словами, отраженное световое излучение должно быть отраженным от участков поверхности, которые по существу перпендикулярны лучам освещающего пучка 36, если смотреть с направления, параллельного оси 16, т.е. из направления на Фиг.3 и 4. Фотодетектор 24 предпочтительно представляет собой фотодетектор с линейной матрицей, в которой фотоэлементы расположены вдоль линии в плоскости, которая включает в себя ось 16 вращения. Фотодетектор 24 в альтернативном варианте может представлять собой фотодетектор с двумерной матрицей, в котором только часть используется для измерения толщины стенки. Ось 46 (Фиг.4) анаморфической линзовой системы предпочтительно перпендикулярна оси 16 вращения (Фиг.1).
Фиг.6А-6К иллюстрируют работу устройства 10. На Фиг.6А первое ребро 50 боковой стенки контейнера находится напротив фотодетектора 24, так что внутренняя и внешняя поверхности на ребре 50 по существу параллельны оси анаморфической линзовой системы 22 формирования изображения, и части 42, 44 светового излучения, отраженного от ребра 50, по существу перпендикулярны оси линзовой системы 22 и направлены на детектор 24. На Фиг.6В контейнер 12 повернулся в направлении 52, так что световое излучение 42, 44, отраженное от участков боковой стенки контейнера вблизи ребра 50, которые по существу параллельны оси линзовой системы 22, «подняли» линзовую систему 22. На Фиг.6С-6F отражения 42, 44 от участков боковой стенки контейнера, которые по существу параллельны оси линзовой системы 22, сначала «поднимают» линзовую систему (Фиг.6С), а затем «опускают» линзовую систему (Фиг.6D-6F) до тех пор, пока отражения от участков боковой стенки контейнера, которые по существу параллельны оси линзовой системы 22, не окажутся около средней точки боковой стенки контейнера, между ребром 50 (Фиг.6F) и следующим ребром 54 (Фиг.6G), в направлении 52 вращения контейнера. Между положением на Фиг.6F и положением на Фиг.6I отражения 42, 44 от участков боковой стенки контейнера, которые по существу параллельны оси линзовой системы формирования изображения, «опускают» длину пути линзовой системы, что означает, что части 42, 44 отраженного света, которые по существу перпендикулярны оси линзовой системы, «опускают» линзовую систему. Из положения на Фиг.6J до положения на Фиг.6К ребро 54 движется к положению, в котором оно находится напротив линзовой системы 22, так что Фиг.6К идентична Фиг.6А за исключением того, что ребро 50 боковой стенки на Фиг.6А сейчас заменено следующим ребром 54 боковой стенки на Фиг.6К. Этот процесс продолжается от Фиг.6К предпочтительно, по меньшей мере, для одного полного поворота контейнера. Таким образом, световое излучение 42, 44, отраженное от внутренней и внешней поверхностей боковой стенки контейнера в плоскостях по существу перпендикулярных оси линзовой системы, перемещается назад и вперед вдоль анаморфической линзовой системы 22 из-за неокруглости контейнера, который поворачивается. Информационный процессор 26 сканирует детектор 24 при увеличении поворота контейнера, что может представлять собой фиксированные по величине угла приращения угла поворота контейнера, фиксированные по времени приращения, когда контейнер вращается с постоянной скоростью и/или различные приращения по времени, когда контейнер ускоряется или замедляется, и формирует график толщины боковой стенки контейнера в виде зависимости от угла поворота контейнера.
Таким образом, были раскрыты способ и устройство для определения толщины боковой стенки прозрачного некруглого контейнера, которые полностью отвечают всем задачам и целям, предварительно изложенным. Настоящее изобретение представлено в соединении с примером осуществления и обсуждалось некоторое количества модификаций и вариаций. Другие вариации и модификации легко придут в голову среднему специалисту в данной области техники с учетом вышеизложенного рассмотрения. Например, хотя контейнер 12 в примере осуществления настоящего изобретения имеет закругленную «квадратную» геометрию боковой стенки, очевидно, что другие контейнеры с некруглой геометрией боковой стенки могут быть приспособлены, включая, например, трехгранные геометрические элементы, овальные геометрические элементы, конфигурации в форме фляги и т.п. Настоящее изобретение нацелено охватить все такие модификации и вариации, которые попадают в пределы сущности объема притязаний прилагаемой формулы изобретения.