СПОСОБ, УСТРОЙСТВО И ЛИНИЯ КОНТРОЛЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАУСЕНЦА НА ВНУТРЕННЕЙ КРОМКЕ ПОВЕРХНОСТИ ВЕНЧИКА

Изобретение относится к области контроля сосудов, в частности стеклянных сосудов, и, в частности, касается контроля поверхности венчика горловины таких сосудов с целью обнаружения присутствия возможного заусенца в месте внутренней кромки поверхности венчика.
На фиг. 1А-1С в сечении по радиальной плоскости показана только верхняя часть горлышка сосуда 14, которое имеет венчик 12. Показана только половина сечения. Сосуд 14 определяют как полую емкость, образующую внутренний объем, закрытый по всей периферии объема, кроме места на уровне открытого на одном конце верхнего венчика 12.
Для удобства и только в качестве произвольного определения будет считаться, что сосуд 14 содержит теоретическую центральную ось А1, определяемую как теоретическую центральную ось его венчика 12. Произвольно будет также считаться, что венчик расположен на верхнем конце сосуда. Таким образом, в настоящем тексте понятия «верх», «низ», «верхний» и «нижний» имеют относительное значение, соответствующее ориентации заявленного устройства и сосуда 14, как они показаны на фигурах. Вместе с тем, понятно, что изобретение можно применять с любой абсолютной ориентацией в пространстве, поскольку различные компоненты остаются в одном и том же относительном положении.
Венчик 12 сосуда является цилиндрическим и имеет форму тела вращения с осью А1. Не показанный корпус сосуда может быть тоже объемом тела вращения или нет. Венчик 12 соединено своим нижним концом (не показан) с горлышком сосуда, тогда как его свободный другой конец, называемый произвольно верхним в рамках настоящего описания, заканчивается поверхностью 16 венчика.
Поверхность 16 венчика является верхней поверхностью или верхней кромкой венчика 12 сосуда, при этом в случае бутылки венчик является утолщенной верхней частью горлышка сосуда. Имея форму тела вращения вокруг теоретической центральной оси венчика 12, в частности, круглую, кольцевую или частично тороидальную форму, поверхность 16 венчика является более или менее обширной в радиальном направлении относительно теоретической центральной оси А1. Теоретически эта поверхность является плоской в плоскости, перпендикулярной к теоретической центральной оси, в том смысле, что она имеет по меньшей мере одну сплошную линию контакта на 360° вокруг оси с этой плоскостью и является идеально круглой. Хотя она и является плоской в вышеупомянутом смысле, ее радиальный профиль, то есть профиль в сечении по радиальной плоскости, содержащей теоретическую центральную ось, может иметь разные формы: профиль может быть плоским, закругленным, в виде перевернутого V и т.д.
В примере, представленном на фиг. 1А, поверхность 16 венчика имеет изогнутый выпуклый радиальный профиль между внутренней кромкой 15 и наружной кромкой 17. Внутренняя кромка 15 будет считаться краем, находящимся на пересечении поверхности 16 венчика и внутренней поверхности 13 венчика сосуда, общая ориентация которой близка к ориентации оси А1 сосуда 14.
Среди дефектов, которые можно найти на поверхности венчика, изобретение предназначено для обнаружения дефектов типа «заусенца», которые при их наличии расположены в месте внутренней кромки 15 поверхности 16 венчика. Эти дефекты типа заусенца называются также «облоями венчика» или «перепрессовка». Заусенец выглядит как дефект радиального профиля поверхности венчика в сечении по радиальной плоскости, причем этот дефект находится в месте внутренней кромки 15 поверхности 16 венчика. Как правило, такой дефект типа заусенца не является точечным, то есть не находится в единственной радиальной плоскости, а простирается по дуге окружности вокруг теоретической оси А1 поверхности 16 венчика, как правило, по меньшей мере на 1° вокруг этой оси.
Дефект типа заусенца характеризуется ненормальной высотой вдоль направления теоретической оси поверхности венчика. Эту высоту можно оценить относительно высоты, - вдоль направления теоретической оси поверхности венчика, - круговой линии, которая является пересечением поверхности 16 венчика с опорной плоскостью, перпендикулярной к теоретической оси А1 поверхности венчика. В качестве такой опорной плоскости можно определить плоскость Pref на фиг. 1А, которая расположена перпендикулярно к теоретической оси А1 и которая содержит особую точку Sref поверхности 16 венчика. Эта особая точка может быть, например, самой высокой точкой поверхности 16 венчика вдоль направления теоретической оси А1. В альтернативном варианте эта особая точка может быть точкой, в которой поверхность венчика имеет нормаль, образующую заранее определенный угол относительно направления теоретической центральной оси.
На фиг. 1В и 1С представлены два примера поверхности 16 венчика, которые на внутренней кромке 15 поверхности венчика имеют дефект типа заусенца. В обоих случаях видно, что этот дефект является результатом образования в месте внутренней кромки 15 локального пика материала, который окаймлен радиально наружу впадиной в профиле поверхности венчика и радиально внутрь внутренней поверхностью 13 венчика 12. Обычно принято считать, что дефект типа заусенца расположен по дуге окружности вокруг теоретической оси А1. В представленных примерах дефект может характеризоваться самой верхней точкой или самой верхней линией S, которая представляет собой верхний конец заусенца вдоль направления теоретической оси А1. Так, в радиальной плоскости можно определить характеристическую высоту дефекта типа заусенца, измерив в этой радиальной плоскости расстояние dZ между самой верхней точкой S и опорной плоскостью, например, вышеупомянутой плоскостью Pref, что соответствует разности высоты вдоль направления теоретической оси А1 между особой точкой Sref поверхности венчика и самой верхней точкой S заусенца.
В примере на фиг. 1В самая верхняя точка S заусенца находится ниже опорной плоскости Pref. В примере, представленном на фиг. 1С, самая верхняя точка S заусенца находится выше опорной плоскости Pref.
Уже были предложены различные способы и устройства для контроля сосудов с целью определения присутствия на них или отсутствия вышеупомянутого дефекта типа заусенца.
В документе US-4.811.251 и в документе WO-2008/129650 описан способ обнаружения заусенца. В этих устройствах и в этих способах поверхность венчика анализируют по радиальной плоскости, и необходимо поворачивать сосуд на 360°, чтобы произвести полный анализ поверхности. Система освещения содержит центральный световой источник, который позволяет локально освещать поверхность венчика в направлении, которое отходит от оси на уровне падения лучей на поверхность венчика. Использование такого устройства требует относительно большого времени контроля, поскольку оно предусматривает последовательные съемки по мере поворота сосуда вокруг его оси, при этом ось сосуда остается неподвижной относительно устройства контроля.
Кроме того, такое устройство, которое задает вращение сосуда вокруг его оси, реально не используют для контроля сосудов на поточной линии, когда они движутся, например, на линии контроля, изготовления, транспортировки, обработки или упаковки. Действительно, это условие требует подачи сосуда на пост контроля, его приведения во вращение, при этом контроль длится более одного оборота, остановки вращения, его снятия с поста и возвращения на линию. Кроме того, погрузочно-разгрузочные машины, необходимые для подачи и снятия сосуда с поста контроля, отличаются высокой стоимостью и большими эксплуатационными затратами. В документе US-0.878.705 описано еще одно из этих устройств контроля, которое требует вращения сосуда.
В документе FR-2.884.611 предложено использовать несколько камер, при этом каждая камера наблюдает отдельный угловой сектор венчика. Освещение производят при помощи круглого источника света с центром на оси. Недостатком этого решения является использование нескольких дорогих датчиков изображения, и оно не связано с обнаружением заусенцев. Кроме того, каждая из различных камер выдает только частичное изображение поверхности венчика.
По этой причине большинство систем предпочтительно содержат только одну камеру с оптической осью, центрованной по теоретической центральной оси колец, которая выдает прямое двухмерное изображение поверхности венчика. Все эти системы с поступательным движением обеспечивают контроль на высокой скорости, благодаря съемке только одного изображения на изделиях, поступательно перемещающихся с высокой скоростью, при этом скорости перемещения могут достигать 1 м/с.
В документе US-2001-048524 представлено решение, согласно которому освещение предназначено для выявления дефектов типа стеклянной нити на кольце при помощи тангенциального освещения. Оно не подходит для наблюдения заусенцев. В документе US-2004-150815 предложено решение освещения, согласно которому к рассеянному куполообразному освещению добавляют направленное касательное освещение, предназначенное для выявления заусенцев.
В документе FR-2.846.422 предложено комбинировать несколько видов освещения, предназначенных для наблюдения разных дефектов на поверхности венчика. Камера для получения цветных изображений центрована по оптической оси. Один из источников, излучающий центростремительный и касательный свет, освещает венчик с целью выявления внутренних заусенцев.
Несмотря на все эти усилия, эти скоростные системы контроля не могут различать заусенцы в зависимости от их характеристической высоты или отличать их от внутренней кромки, имеющей острую кромку, которая блестит при предложенном освещении.
Кроме того, существует потребность различать небольшие заусенцы для обеспечения более высокого качества, но не путая их с отражениями от других элементов сосуда, например, от ярко выраженных кромок или от ниток резьбы, присутствующих на кольце. Ни одна из вышеперечисленных систем не способна обеспечивать такую избирательность.
В более широкой области машин и способов контроля сосудов, предназначенных для идентификации других типов дефектов, в частности, дефектов, находящихся на наружной цилиндрической поверхности венчика, уже были предложены оптические системы, в частности, кольцевые конические зеркала, которые позволяют наблюдать венчик в периферийном поле наблюдения, в котором венчик наблюдают вдоль радиальных лучей наблюдения, содержащихся в радиальных плоскостях, в которых находится теоретическая центральная ось А1 и которые распределены на 360° вокруг теоретической центральной оси, при этом поле наблюдения имеет определенный угол возвышения наблюдения относительно плоскости, перпендикулярной к оси венчика. Такие устройства описаны, например, в документах ЕР-0.047.936, US-4.758.084, US-4.959.538, US-5.661.294, EP-0.873.510, EP-1.606.579, WO20166059343, US-5.699.152, US-4.914.286 или US-2009/066944.
В документе WO-2008/050067 описано устройство, позволяющее наблюдать контролируемую зону сосуда под несколькими углами наблюдения, чтобы обнаруживать дефекты, отражающие свет в предпочтительном направлении, то есть дефекты, которые часто можно наблюдать только в одном направлении наблюдения.
Изобретение призвано предложить устройство и способ контроля, совместимые с контролем сосудов на поточной линии, то есть движущихся с высокой скоростью, и которые позволяют надежно определять присутствие или отсутствие дефекта типа заусенца в месте внутренней кромки поверхности венчика.
В связи с этим изобретением предложен способ определения присутствия заусенца стекла в месте внутренней кромки поверхности венчика сосуда, при этом теоретической геометрической формой поверхности венчика является поверхность вращения вокруг теоретической центральной оси, включающий в себя:
- освещение поверхности венчика сосуда сверху при помощи падающего светового пучка, содержащего падающие радиальные световые лучи, заключенные по меньшей мере в одной радиальной плоскости, содержащей теоретическую центральную ось, при этом указанные падающие радиальные лучи отходят от теоретической центральной оси на уровне их падения на поверхность венчика, и некоторые радиальные лучи падающего светового пучка отражаются посредством зеркального отражения от поверхности венчика в виде отраженных лучей;
- формирование при помощи отраженных лучей по меньшей мере одного изображения поверхности венчика сосуда на фотоэлектрическом датчике.
Этот способ отличается тем, что:
- падающий световой пучок содержит радиальные падающие световые лучи, заключенные в радиальных плоскостях, распределенных на 360° вокруг теоретической центральной оси;
- способ включает в себя наблюдение поверхности венчика, в том числе внутренней кромки поверхности венчика, сверху при помощи оптической системы, согласно первому периферийному полю наблюдения, которое «наблюдает» поверхность венчика согласно первым радиальным лучам наблюдения, заключенным в радиальных плоскостях, содержащих теоретическую центральную ось А1 и распределенных на 360° вокруг теоретической центральной оси, при этом первое периферийное поле наблюдения имеет первый угол возвышения наблюдения относительно плоскости, перпендикулярной теоретической центральной оси, таким образом, чтобы для формирования первой зоны двухмерного цифрового изображения на двухмерном фотоэлектрическом датчике в первой кольцевой зоне датчика принимать:
- некоторые из падающих световых лучей, отраженных поверхностью венчика согласно первому периферийному полю наблюдения, образующих в указанной первой зоне изображения основную окружность;
- и, возможно, лучи, отраженные внутренней кромкой поверхности венчика или заусенцем в месте внутренней кромки, согласно первому периферийному полю наблюдения, образующие в указанной первой зоне изображения по меньшей мере одну вторичную дугу окружности, концентричную с указанной основной окружностью и смещенную относительно нее в радиальном направлении;
и тем, что способ включает в себя:
- поиск в указанной первой зоне изображения указанной основной окружности;
- поиск в указанной первой зоне изображения возможной вторичной дуги окружности, концентричной с указанной основной окружностью и смещенной относительно нее в радиальном направлении.
Согласно другим, дополнительным признакам изобретения, рассматриваемым отдельно или в комбинации:
- когда согласно первому периферийному полю наблюдения, имеющему первый угол возвышения наблюдения, появляются паразитные лучи, отраженные участком стенки венчика, отличным от поверхности венчика и от ее внутренней кромки, которые образуют в первой зоне изображения паразитные изображения, угол возвышения наблюдения можно изменить на другое значение;
- угол возвышения наблюдения можно изменить путем замены по меньшей мере одного компонента оптической системы;
- способ может включать в себя наблюдение поверхности венчика, а также внутренней кромки поверхности венчика сверху при помощи оптической системы, согласно второму периферийному полю наблюдения, которое «наблюдает» венчик согласно вторым радиальным лучам наблюдения, заключенным в радиальных плоскостях, содержащих теоретическую центральную ось А1 и распределенных на 360° вокруг теоретической центральной оси, при этом второе периферийное поле наблюдения имеет второй угол возвышения наблюдения относительно плоскости, перпендикулярной к теоретической центральной оси, отличающийся от первого угла возвышения наблюдения, таким образом, чтобы для формирования второй зоны двухмерного цифрового изображения на том же двухмерном фотоэлектрическом датчике во второй кольцевой зоне датчика принимать:
- некоторые из падающих световых лучей, отраженных поверхностью венчика согласно второму периферийному полю наблюдения, образующие в указанной второй зоне изображения основную окружность;
- и, возможно, лучи, отраженные внутренней кромкой поверхности венчика или заусенцем в месте внутренней кромки согласно второму периферийному полю наблюдения, образующие в указанной второй зоне изображения по меньшей мере одну вторичную дугу окружности, концентричную с указанной основной окружностью и смещенную относительно нее в радиальном направлении;
и способ может включать в себя:
- поиск в указанной второй зоне изображения основной окружности;
- поиск в указанной второй зоне изображения возможной вторичной дуги окружности, концентричной с указанной основной окружностью и смещенной относительно нее в радиальном направлении.
Способ может включать в себя:
- одновременное наблюдение при помощи оптической системы, согласно первому периферийному полю наблюдения, имеющему первый угол возвышения наблюдения, и согласно второму периферийному полю наблюдения, имеющему второй угол возвышения наблюдения;
- регулировку путем относительного поступательного перемещения вдоль теоретической центральной оси положения оптической системы относительно поверхности венчика сосуда таким образом, чтобы обеспечить формирование двухмерного изображения поверхности венчика сосуда и ее внутренней кромки либо в первой зоне изображения, соответствующей наблюдению согласно первому периферийному полю наблюдения, либо во второй зоне изображения, соответствующей наблюдению согласно второму периферийному полю наблюдения;
- и поиск основной окружности, затем по меньшей мере одной вторичной дуги окружности либо в первой зоне изображения, либо во второй зоне изображения.
Способ может включать в себя:
- одновременное наблюдение поверхности венчика, в том числе внутренней кромки поверхности венчика, при помощи оптической системы, согласно первому периферийному полю наблюдения и согласно второму периферийному полю наблюдения;
- одновременное формирование, на основании принимаемых отраженных лучей согласно первому и второму периферийным полям наблюдения, через оптическую систему, двухмерного изображения поверхности венчика и ее внутренней кромки одновременно в первой зоне изображения, соответствующей наблюдению согласно первому периферийному полю наблюдения, и во второй зоне изображения, соответствующей наблюдению согласно второму периферийному полю наблюдения, на том же двухмерном датчике, при этом первая зона изображения и вторая зона изображения отделены друг от друга.
Способ может включать в себя:
- выбор по меньшей мере для одного ряда сосудов одного типа предпочтительной зоны изображения среди первой и второй зон изображения;
- поиск для указанного ряда сосудов в предпочтительной зоне изображения соответственно сплошной основной окружности и вторичной дуги окружности.
- Способ может включать в себя поиск по меньшей мере для одного сосуда в первой зоне изображения - первой сплошной основной окружности и первой вторичной дуги окружности, соответствующих указанному сосуду, и во второй зоне изображения - второй сплошной основной окружности и второй вторичной дуги окружности, соответствующих указанному сосуду.
Способ может включать в себя поиск, для каждого сосуда по меньшей мере одного ряда сосудов одного типа, в первой зоне изображения - первой сплошной основной окружности и первой вторичной дуги окружности, соответствующих указанному сосуду, и во второй зоне изображения - второй сплошной основной окружности и второй вторичной дуги окружности, соответствующих указанному сосуду.
Оптическая система может содержать первую первичную поверхность отражения, при этом первая первичная поверхность отражения является поверхностью вращения с центром на теоретической центральной оси и выполнена с возможностью прямого или опосредованного отражения световых лучей, проходящих от поверхности венчика, согласно первому периферийному полю наблюдения, в направлении датчика.
Оптическая система может содержать вторую первичную поверхность отражения, при этом вторая первичная поверхность отражения является поверхностью вращения с центром на теоретической центральной оси и выполнена с возможностью прямого или опосредованного отражения световых лучей, проходящих от поверхности венчика, согласно второму периферийному полю наблюдения, в направлении датчика.
Формирование зоны двухмерного изображения может включать в себя оптическое формирование двухмерного изображения, полного и сплошного на 360° вокруг теоретической центральной оси поверхности венчика, на одном и том же датчике.
Способ может включать в себя определение наличие заусенца, когда радиальное расстояние промежутка между вторичной дугой окружности и ближайшей основной окружностью превышает пороговое значение по меньшей мере для одного луча.
Способ может включать в себя:
- определение радиального расстояния промежутка между вторичной дугой окружности и ближайшей основной окружностью; и
- определение наличия заусенца, когда указанное радиальное расстояние промежутка превышает пороговое значение по меньшей мере для одного луча.
Способ может включать в себя:
- поиск в первой зоне изображения первой основной окружности и первой вторичной дуги окружности и определение радиального расстояния промежутка между ними;
- поиск во второй зоне изображения второй основной окружности и второй вторичной дуги окружности и определение радиального расстояния промежутка между ними;
- приведение в соответствие первой и второй вторичных дуг окружности, найденных соответственно в первой и второй зонах изображения, как двух изображений согласно первому и второму периферийным полях наблюдения одного и того же заусенца;
- определение при помощи комбинации радиальных расстояний промежутка, измеренных для указанных первой и второй вторичных дуг окружности в двух зонах изображения, чтобы определить значение, зависящее от относительной высоты заусенца относительно поверхности венчика;
- определение наличие заусенца, когда значение превышает пороговое значение по меньшей мере для участка дуги.
Изобретением предложено также устройство контроля присутствия заусенца стекла в месте внутренней кромки поверхности венчика сосуда, при этом поверхность венчика имеет геометрическую форму поверхности вращения вокруг теоретической центральной оси, при этом устройство имеет зону установки поверхности венчика контролируемого сосуда, причем эта зона установки имеет ось установки, содержащее:
- систему освещения, расположенную над зоной установки и выполненную с возможностью выдавать падающий световой пучок, содержащий радиальные лучи, заключенные по меньшей мере в одной радиальной плоскости, содержащей ось установки, при этом указанные падающие радиальные лучи отходят от оси установки на уровне их падения на поверхность венчика;
- датчик изображения, связанный с блоком анализа изображений;
- оптическую систему, расположенную над зоной установки и находящуюся между зоной установки и датчиком, выполненную с возможностью формирования на датчике изображения контролируемой поверхности венчика, находящейся в зоне установки.
Такое устройство может отличаться тем, что:
- датчик является двухмерным датчиком изображения;
- падающий световой пучок является пучком, содержащим радиальные падающие световые лучи, заключенные в радиальных плоскостях, содержащих ось установки и распределенных на 360° вокруг оси установки;
- оптическая система содержит по меньшей мере одну первую первичную поверхность отражения во входном поле обзора датчика, при этом первая первичная поверхность отражения является поверхностью вращения с центром на оси установки, обращена к оси установки и выполнена с возможностью прямого или опосредованного отражения, в направлении датчика, световых лучей, исходящих из зоны установки согласно радиальным плоскостям, содержащим ось установки, и согласно первому периферийному полю наблюдения, имеющему первый угол возвышения наблюдения относительно плоскости, перпендикулярной центральной оси установки.
Кроме того, устройство содержит по меньшей мере одну вторую первичную поверхность отражения во входном поле обзора датчика, при этом вторая первичная поверхность отражения является поверхностью вращения с центром на оси установки, обращена к оси установки и выполнена с возможностью прямого или опосредованного отражения, в направлении датчика, световых лучей, исходящих из зоны установки согласно радиальным плоскостям, содержащим ось установки, и согласно второму периферийному полю наблюдения, имеющему второй угол возвышения наблюдения относительно плоскости, перпендикулярной центральной оси установки, при этом указанный второй угол наблюдения отличается от первого угла возвышения наблюдения, при этом первая первичная поверхность и вторая первичная поверхность отражения находятся, обе, в разных участках входного поля обзора датчика.
Кроме того, первая первичная поверхность отражения и вторая первичная поверхность отражения определяют для датчика соответственно первый выходной участок поля обзора и второй выходной участок поля обзора, которые перекрывают друг друга в зоне контроля.
Согласно другим, дополнительным признакам изобретения, рассматриваемым отдельно или в комбинации:
- Первая первичная поверхность отражения и вторая первичная поверхность отражения имеют форму усеченного конуса с разными углами в вершине.
- Первая первичная поверхность отражения и вторая первичная поверхность отражения расположены друг над другом и имеют общую круговую кромку, соответствующую нижней кромке верхней поверхности и верхней кромке нижней поверхности.
- Первая первичная поверхность отражения и вторая первичная поверхность отражения смещены относительно друг друга в осевом направлении.
- Первая первичная поверхность отражения и вторая первичная поверхность отражения смещены относительно друг друга в осевом направлении и разделены в осевом направлении не равным нулю осевым промежутком между нижним краем верхней поверхности и верхним краем нижней поверхности.
- Первая первичная поверхность отражения и вторая первичная поверхность отражения могут быть расположены таким образом, чтобы:
- учитывая точку поверхности венчика;
- учитывая первый путь между рассматриваемой точкой и датчиком, по которому следует падающий луч, отраженный в этой рассматриваемой точке поверхности венчика под первым углом возвышения наблюдения, затем отраженный в направлении датчика от первой первичной поверхности отражения; и
- учитывая второй путь между рассматриваемой точкой и датчиком, по которому следует падающий луч, отраженный в этой рассматриваемой точке поверхности венчика под вторым углом возвышения наблюдения, затем отраженный в направлении датчика от второй первичной поверхности отражения;
разность длины между первым оптическим путем и вторым оптическим путем меньше значения глубины поля сформированного изображения, когда оптическая система наведена на поверхность венчика.
В радиальной плоскости разреза, содержащей центральную ось установки, первая первичная поверхность отражения и вторая первичная поверхность отражения могут быть касательными к эллипсоиду, один фокус которого находится в центре входного зрачка системы объектива камеры, содержащей датчик изображения, и второй фокус которого расположен на центральной оси установки на уровне венчика контролируемого сосуда.
Первичная поверхность отражения расширяется вдоль направления оси установки и имеет большой диаметр и малый диаметр, которые превышают, оба, максимальный диаметр контролируемой поверхности венчика.
Первичная поверхность отражения может быть усеченной конусной поверхностью, обращенной к оси установки.
Первичная поверхность отражения может отражать опосредованно световые лучи в направлении датчика, и в этом случае устройство может содержать между первичной поверхностью отражения и датчиком по меньшей мере одну отклоняющую поверхность отражения.
Отклоняющая поверхность отражения может содержать поверхность вращения, ориентированную противоположно оси установки таким образом, чтобы направлять лучи в направлении датчика.
Между датчиком и первичной поверхностью отражения оптическая система может быть телецентрической.
Падающий периферийный пучок может содержать непараллельные радиальные лучи в одной радиальной плоскости.
Система освещения может содержать центральный источник света, по меньшей мере частично расположенный в цилиндрической огибающей в виде тела вращения, осью которого является ось установки и диаметром которого является диаметр внутренней кромки контролируемой поверхности венчика.
Устройство может содержать кольцевой источник света в виде тела вращения с центром на оси установки, который генерирует радиальные падающие световые лучи, попадающие на поверхность венчика после пересечения оси установки между источником и поверхностью венчика.
Устройство может содержать держатель, в котором находятся датчик, система объектива, первичная поверхность отражения, источник света и, возможно, отклоняющая поверхность отражения.
Объектом изобретения является также линия контроля сосудов, содержащих поверхность венчика, в которой сосуды перемещаются на конвейерной линии при помощи конвейера, который переносит сосуды в горизонтальном направлении перемещения, перпендикулярном к теоретической центральной оси сосудов 14, поверхность венчика которых расположена, таким образом, в обращенной вверх горизонтальной плоскости, отличающаяся тем, что установка содержит устройство, имеющее по меньшей мере один из вышеперечисленных отличительных признаков и расположено на установке со своей осью установки в вертикальном положении таким образом, что поле наблюдения и падающий световой пучок ориентированы вниз в сторону зоны установки, которая находится между устройством и транспортировочным узлом конвейера.
В такой линии контроля конвейер может перемещать сосуды таким образом, чтобы их теоретическая центральная ось совпадала с осью установки и чтобы в момент этого совпадения можно было при помощи устройства снимать изображение без контакта устройства с сосудом.
Различные другие отличительные признаки будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых в качестве не ограничительных примеров представлены варианты выполнения изобретения.
Фиг. 1А, 1В и 1С - виды в сечении по радиальной плоскости только верхней части горлышка сосуда, которое имеет венчик. Показана только половина сечения.
Фиг. 2 - схематичный вид в осевом разрезе устройства контроля в соответствии с изобретением, где показан оптический путь двух лучей наблюдения между сосудом и камерой наблюдения.
Фиг. 3 - схематичный вид в осевом разрезе устройства контроля в соответствии с изобретением, где показаны различные участки поля обзора датчика на примере выполнения системы.
Фиг. 4 - увеличенный вид части фиг. 3.
Фиг. 5 - схематичный вид в осевом разрезе устройства контроля в соответствии с изобретением, где показаны различные участки поля обзора датчика на другом примере выполнения системы.
Фиг. 6 и 7 - увеличенные виды части фиг. 5 с показом двух относительных положений контролируемого сосуда относительно устройства контроля для получения двух разных углов возвышения наблюдения.
Фиг. 8 - вид изображения, которое можно получить при помощи датчика устройства, показанного на фиг. 3, в присутствии контролируемого сосуда в зоне установки.
Фиг. 9 - версия выполнения источника света, который можно использовать с различными упомянутыми вариантами выполнения.
Фиг. 10 - линия контроля сосудов с применением устройства и/или способа в соответствии с изобретением.
Контроль поверхности венчика при помощи заявленного способа в основном состоит в визуальном наблюдении и может, по меньшей мере в некоторых вариантах позволять количественно определять отклонение положения вдоль направления теоретической центральной оси А1 и вдоль радиального направления относительно этой оси А1 между основной окружностью, отображающей поверхность венчика, и вторичной дугой окружности, отображающей самую верхнюю линию возможного дефекта, который может присутствовать в месте внутренней кромки поверхности венчика.
Чтобы правильно контролировать сосуд 14, необходимо следить, чтобы сосуд располагался надлежащим образом перед устройством 10 контроля, различные варианты выполнения которого представлены на фиг. 2-10.
Для этого, как показано, например, на фиг. 2 и 10, заявленное устройство определяет зону Z установки, в которой должен быть установлен сосуд. Эта зона установки может быть определена осью А’1 установки и плоскостью PI установки, которую можно определить как плоскость, перпендикулярную к оси А’1 установки и находящуюся на уровне самой нижней точки устройства. Таким образом, для правильного контроля сосуда его необходимо расположить таким образом, чтобы его теоретическая центральная ось А1 максимально соответствовала оси А’1 установки и чтобы его венчик было расположено со своим открытым верхним концом, обращенным в направлении устройства 10, но ниже плоскости установки. В идеальном случае обе оси А1 и А’1 совпадают. Понятно, что все заявленное устройство 10 контроля можно полностью расположить над плоскостью установки, тогда как сосуд будет помещен ниже плоскости установки без риска контакта с устройством. Следовательно, сосуд 14 можно доставить посредством любого поступательного движения в направлении, перпендикулярном к оси А’1 установки, без риска соприкосновения с устройством 10.
Заявленные устройство и способ используют двухмерный датчик 18, предназначенный для съемки двухмерного изображения поверхности 16 венчика сосуда. Этот датчик, называемый также матричным, может быть включен в камеру 19 и может быть фотоэлектрическим, например, типа CCD или CMOS. Например, датчик 18 образован двухмерной матрицей фотоэлектрических элементов. Как правило, датчик связан с электронной схемой обработки сигналов, поступающих от фотоэлектрических элементов, чтобы выдавать аналоговый или цифровой сигнал, характеризующий получаемое датчиком изображение. Этот сигнал, характеризующий получаемое датчиком изображение, предпочтительно представляет собой двухмерное электронное изображение, которое может быть затем направлено в блок анализа изображений, содержащий устройство оцифровки изображений. С появлением и широким распространением цифровых камер, имеющих функцию оцифровки изображений, предпочтительно этот сигнал, характеризующий изображение, получаемое датчиком, представляет собой двухмерное цифровое изображение, которое может быть затем направлено в устройство обработки изображений и/или в устройство контроля и/или в устройство хранения изображений (не показаны), образующие блок анализа изображений.
Как правило, датчик 18 связан с оптической системой 20 объектива, которая может содержать один или несколько соответствующих оптических элементов, в частности, одну или несколько линз и, возможно, диафрагму для обеспечения формирования оптического изображения на датчике. Обычно оптическая система 20 объектива и датчик 18 входят в состав камеры 19.
В некоторых вариантах выполнения изобретения связанная с датчиком 18 оптическая система 20 объектива может быть телецентрической системой объектива. Телецентрическая система объектива хорошо известна специалисту в области устройств промышленного визуального наблюдения, так как ее используют для формирования на датчике изображения, которое не имеет или почти не имеет эффекта параллакса. В теории оптики телецентрическая система объектива является системой объектива, входной зрачок которого находится в «бесконечности». Из этого следует, что такой объектив наблюдает в своем поле обзора вдоль параллельных или почти параллельных основных лучей наблюдения, что предопределяет отсутствие параллакса. Основные лучи наблюдения являются лучами, которые проходят через центр входного зрачка системы 20 объектива. Вместе с тем, система объектива не обязательно должна быть телецентрической, что и показано на фигурах.
Как правило, датчик 18 имеет прямоугольную или квадратную, то есть двухмерную форму, поэтому он выдает двухмерное цифровое изображение, отображающее двухмерное оптическое изображение, формируемое на датчике оптической системой 20. Все цифровое изображение, выдаваемое датчиком 18, будет называться общим изображением IG. Ниже будет показано, что в этом общем цифровом изображении используют только одну или несколько зон изображения. Предпочтительно общее изображение IG снимают в течение единого времени съемки датчика.
Предпочтительно оптическая ось системы 20 объектива совпадает с осью А’1 установки. Вместе с тем, эта оптическая ось может не быть прямолинейной, а сегментированной, например, при установке отклоняющего зеркала в системе объектива. Так, можно предусмотреть отклоняющее зеркало под углом 45° относительно оси установки с первым сегментом оптической оси со стороны датчика, который будет расположен под углом 90° относительно оси установки, и с вторым сегментом с другой стороны отклоняющего зеркала, который будет расположен в согласовании с осью А’1 установки.
В установках, показанных на фиг. 2-10, оптическая система расположена вертикально вдоль оси А’1 и обращена вниз для наблюдения зоны установки ниже устройства и, следовательно, для наблюдения возможного сосуда 14, находящегося в зоне установки. Фотоэлектрический датчик 18 находится в вершине устройства контроля и обращен вниз в направлении зоны установки. Понятно, что при таком расположении поверхность 16 венчика сосуда 14, расположенного в зоне установки, заключена в плоскости, параллельной относительно плоскости датчика.
Согласно изобретению, оптическая система 24 расположена между зоной Z установки сосуда и датчиком 18, чтобы формировать на датчике изображение поверхности венчика такого сосуда, помещенного в зону установки. Кроме оптической системы 20 объектива эта оптическая система 24 содержит по меньшей мере один периферийный оптический элемент 22 обзора, который в данном случае расположен между системой 20 объектива и зоной установки. Таким образом, вся оптическая система 24 между датчиком 18 и зоной Z установки содержит систему 20 объектива и периферийный оптический элемент 22 обзора.
На практике ось А’1 установки определяют как продолжение оптической оси оптической системы 24 в зоне установки.
В представленном примере датчик 18, его система 20 объектива, периферийный оптический элемент 22 обзора и зона установки расположены в линию в этом порядке вдоль одной оси А’1 установки.
Через оптическую систему 24 на датчике формируют по меньшей мере одно плоское изображение поверхности венчика посредством оптической геометрической трансформации, которая преобразует поверхность венчика в изображение поверхности венчика. Предпочтительно оптическая геометрическая трансформация не затрагивает относительного углового положения двух точек поверхности венчика вокруг оси в том смысле, что в изображении, полученном посредством оптической геометрической трансформации, двум точкам реальной поверхности венчика, разделенным угловым промежутком вокруг теоретической центральной оси, соответствуют их изображения, разделенные таким же угловым промежутком вокруг теоретической центральной оси.
Предпочтительно оптическая система 24 обеспечивает оптическое формирование полного двухмерного изображения, сплошного на 360° вокруг теоретической центральной оси А1 поверхности 16 венчика на одном и том же датчике 18.
В представленных примерах периферийный оптический элемент 22 обзора, который в основном обеспечивает эту оптическую трансформацию, содержит по меньшей мере одну первичную поверхность 261 отражения и, возможно, как в частных примерах выполнения, которые будет описаны ниже, вторую первичную поверхность 262 отражения. Первая первичная поверхность 261 отражения и, возможно, вторая первичная поверхность 262 отражения расположены во входном поле обзора датчика 18, то есть в поле обзора датчика, которое заключено между, с одной стороны, датчиком 18 и, с другой стороны, первой первичной поверхностью 261 отражения и второй первичной поверхностью 262 отражения. В представленном примере входное поле обзора датчика 18 образовано системой 20 объектива.
Первая первичная поверхность 261 отражения является поверхностью вращения с центром на оси А’1 установки и выполнена с возможностью отражать световые лучи, исходящие от поверхности венчика, в направлении датчика. Таким образом, первичная поверхность 261 отражения имеет зеркальные свойства. Предпочтительно она может быть образована зеркалом, но может быть также выполнена в виде призмы, то есть оптического диоптра. Предпочтительно вторая первичная поверхность 262 отражения имеет такие же характеристики. Предпочтительно первая первичная поверхность отражения и вторая первичная поверхность отражения смещены в осевом направлении относительно друг друга вдоль направления оси А’1 установки, то есть они не расположены на одном уровне в осевом направлении.
В этом случае ось симметрии вращения первичной поверхности 261 отражения можно считать расположенной над осью А’1 установки.
В представленных примерах выполнения отражение световых лучей, исходящих от поверхности венчика, в сторону датчика является прямым отражением без участия другой поверхности отражения.
В представленных примерах первая первичная поверхность 261 отражения является поверхностью вращения, которая обращена к оси А’1 установки. В представленном примере она расширяется в направлении датчика. В частности, первая первичная поверхность 261 отражения содержит вогнутую усеченную конусную поверхность, имеющую малый диаметр и большой диаметр, которые превышают, оба, диаметр поверхности венчика контролируемого сосуда. Ее большой диаметр расположен со стороны датчика вдоль оси установки, тогда как ее малый диаметр расположен со стороны зоны установки. Предпочтительно вторая первичная поверхность 262 отражения имеет такие же характеристики. В этом случае первая первичная поверхность 261 отражения и вторая первичная поверхность 262 отражения представляют собой усеченные конусы с разными углами в вершине.
В примерах с двумя первичными поверхностями отражения первая первичная поверхность 261 отражения и вторая первичная поверхность 262 отражения предпочтительно смещены в осевом направлении, будучи расположенными друг над другом в осевом направлении, то есть непосредственно прилегают друг к другу вдоль направления оси установки. Произвольно считают, что первичная поверхность отражения, которая расположена под другой в направлении оси А’1 установки, является первой первичной поверхностью 261 отражения, а вторая первичная поверхность 262 отражения расположена над первой. Как в представленных примерах, содержащих две первичные поверхности отражения, обе первичные поверхности отражения могут иметь общую круговую кромку, соответствующую нижнему краю верхней поверхности, в данном случае второй первичной поверхности 262 отражения, и верхнему краю нижней поверхности, в данном случае первой первичной поверхности 261 отражения. Вместе с тем, первая первичная поверхность 261 отражения и вторая первичная поверхность 262 отражения могут быть смещены в осевом направлении, будучи разделенными в осевом направлении не равным нулю осевым промежутком между нижним краем верхней поверхности и верхним краем нижней поверхности.
В заявленном устройстве оптическая система 24 определяет по меньшей мере одно первое периферийное поле наблюдения, которое наблюдает поверхность венчика сверху вдоль радиальных лучей наблюдения, заключенных в радиальной плоскости, содержащей ось установки. По отношению к оси А1 поверхности венчика это наблюдение происходит радиально снаружи относительно поверхности венчика. Радиальные лучи наблюдения распределены на 360° вокруг оси А’1 установки. Относительно плоскости PRef, перпендикулярной к оси А’1 установки, первое периферийное поле наблюдения имеет первый угол γ1 возвышения наблюдения, который составляет, например, от 20° до 70°. В представленном примере первое периферийное поле наблюдения содержит лучи наблюдения, которые отражаются первой первичной поверхностью 261 отражения в сторону датчика 18. Иначе говоря, это первое периферийное поле наблюдения образует первый выходной участок CAV1 поля обзора датчика 18 через оптическую систему 24, определяемый первой первичной поверхностью 261 отражения, между этой первой поверхностью 261 и зоной Z установки. В части лучей наблюдения, которая находится между этой первой первичной поверхностью 261 отражения и зоной Z установки, лучи наблюдения являются центростремительными в направлении оси А1, если следовать им от первой поверхности 261 к зоне Z установки.
В вариантах выполнения с второй первичной поверхностью 262 отражения оптическая система 24 образует через эту вторую первичную поверхность отражения второе периферийное поле наблюдения, которое наблюдает поверхность венчика сверху вдоль радиальных лучей наблюдения, заключенных в радиальной плоскости, содержащей ось установки. По отношению к оси А1 поверхности венчика это наблюдение происходит радиально снаружи относительно поверхности венчика. Радиальные лучи наблюдения распределены на 360° вокруг оси А’1 установки. Относительно плоскости PRef, перпендикулярной к оси А’1 установки, второе периферийное поле наблюдения имеет второй угол γ2 возвышения наблюдения, который составляет, например, от 20° до 70°, причем этот второй угол отличается от первого угла γ1 возвышения наблюдения. Предпочтительно первый и второй углы возвышения наблюдения различаются не менее чем на 5 градусов угла. В представленном примере первое периферийное поле наблюдения содержит лучи наблюдения, которые отражаются второй первичной поверхностью 262 отражения в сторону датчика 18. Это второе периферийное поле наблюдения образует второй выходной участок CAV2 поля обзора датчика 18 через оптическую систему, определяемый второй первичной поверхностью 262 отражения, между этой второй поверхностью 262 и зоной Z установки. В части лучей наблюдения, которая находится между этой второй первичной поверхностью 262 отражения и зоной Z установки, лучи наблюдения являются центростремительными в направлении оси А1, если следовать им от первой поверхности 261 к зоне Z установки. Следует отметить, что первая первичная поверхность 261 отражения и вторая первичная поверхность 262 отражения находятся, каждая, в отдельных участках входного поля обзора датчика, в том смысле, что датчик может видеть их одновременно через систему 20 объектива, и они не закрывают друг друга. В случае, когда один участок частично скрывает другой, то для частично скрытого участка в качестве полезной рассматривают только не скрытую часть.
Предпочтительно первое и/или второе периферийное поле наблюдения является полем без азимутального разрыва вокруг оси А’1 установки. В частности, не существует азимутального углового разрыва между двумя радиальными лучами наблюдения, бесконечно близкими в угловом направлении вокруг оси установки. Таким образом, нет точечного разрыва, наблюдаемого в изображении, генерируемом в рассматриваемом поле, который мог бы затруднить анализ изображения. Для этого первая и/или вторая поверхность 261, 262 отражения предпочтительно не имеет разрыва кривизны вокруг оси А’1 установки, при этом кривизну анализируют в плоскости, перпендикулярной к оси А’1 установки, чтобы обеспечивать поле наблюдения без азимутального разрыва.
Предпочтительно первое и/или второе периферийное поле наблюдения тоже является сплошным по азимуту в том смысле, что никакой азимутальный угол наблюдения вокруг оси установки не является скрытым. Вместе с тем, в некоторых случаях, в частности, с учетом условий реальной установки и присутствии провода питания, один или несколько угловых секторов вокруг оси установки могут быть скрытыми. Предпочтительно такой скрытый азимутальный угловой сектор будет иметь небольшую и даже незначительную протяженность, предпочтительно менее 5 градусов вокруг оси установки. Для этого первая и/или вторая поверхность 26 отражения предпочтительно тоже является сплошной по азимуту в том смысле, что она является непрерывно отражающей вокруг оси А’1 установки и не имеет скрытого углового сектора, чтобы обеспечивать азимутальную непрерывность поля наблюдения.
Первое и/или второе периферийное поле наблюдения расположено на 360° вокруг оси А’1 установки. Первое и/или второе периферийное поле наблюдения наблюдает «сверху» в том смысле, что поверхность венчика наблюдают из точки над плоскостью Pref, перпендикулярной к теоретической центральной оси А1 поверхности венчика и содержащей по меньшей мере одну точку поверхности венчика, например, самую верхнюю точку Sref вдоль направления теоретической центральной оси А1. Для данного периферийного поля наблюдения лучи наблюдения являются лучами, которые исходят из зоны установки и которые после отражения от соответствующей первичной поверхности 261, 262 отражения могут быть приняты датчиком через оптическую систему 24. Среди этих лучей основными лучами наблюдения являются лучи, которые после отражения от соответствующей первичной поверхности 261, 262 отражения проходят через центр зрачка СО системы 20 объектива. Угол возвышения наблюдения основного луча наблюдения соответствует углу относительно плоскости, перпендикулярной к оси А’1 установки, основного луча наблюдения в зоне установки, где он может попасть на поверхность венчика контролируемого сосуда.
В рамках устройства, оснащенного телецентрической оптической системой, все основные лучи наблюдения, принимаемые датчиком, заходят в систему объектива параллельно. Если к тому же, как в представленных системах, первичная поверхность 261, 262 отражения является усеченной конусной поверхностью, образованной прямой, то угол γ1, γ2 возвышения наблюдения соответствующего периферийного поля наблюдения является единым углом для любого основного луча наблюдения, принадлежащего к этому данному периферийному полю наблюдения, и его можно вывести напрямую из наклона соответствующей первичной поверхности 261, 262 отражения относительно оси А’1 установки.
Однако, в случае устройства, не имеющего телецентрической системы объектива, или в случае, когда оптический элемент 22 не является строго конусом, образованным прямой, лучи наблюдения, принимаемые датчиком, в том числе основные лучи, могут иметь разные углы возвышения наблюдения внутри периферийного поля наблюдения, определенного данной первичной поверхностью отражения. В этом случае, как показано на фиг. 2, можно условно считать, что угол возвышения наблюдения периферийного поля наблюдения является углом радиального луча наблюдения, измеренным в зоне установки, где он может попадать на поверхность венчика контролируемого сосуда, относительно плоскости, перпендикулярной к оси А’1 установки, который после отражения от соответствующей первичной поверхности 261, 262 отражения на половине ее высоты направляется к центру входного зрачка СО системы 20 объектива.
Первая и/или вторая первичная поверхность отражения может быть не усеченной конусной, а расширяющейся поверхностью вращения двойной кривизны, образованной вращением вокруг оси А’1 установки непрямого отрезка кривой, например, отрезка параболы, гиперболы или эллипса. В радиальной плоскости эта поверхность будет иметь, например, вогнутый или выпуклый профиль, сохраняя при этом свой вогнутый профиль в плоскости, перпендикулярной к оси А’1 установки. Такую поверхность двойной кривизны можно использовать, в частности, чтобы сделать систему 24 полностью телецентрической напротив датчика, если система 20 объектива сама по себе такой уже не является, чтобы периферийное поле наблюдения, определенное соответствующей первичной поверхностью отражения, содержало основные лучи наблюдения, имеющие одинаковый угол возвышения наблюдения.
В данном случае в рамках заявленного способа через оптическую систему 24 формируют двухмерное оптическое изображение поверхности венчика на датчике посредством оптической геометрической трансформации, которая преобразует поверхность венчика в изображение поверхности венчика. Эта же трансформация преобразует заусенец в оптическое изображение заусенца на датчике. Эти два двухмерных оптических изображения преобразуются в цифровые изображения соответственно поверхности венчика и заусенца при помощи датчика, возможно также с участием электронной схемы оцифровки, если она не встроена в датчик. В случае, когда присутствуют обе вышеупомянутые первичные поверхности 261, 262 отражения, на датчике формируют два оптических двумерных изображения поверхности венчика в двух кольцевых зонах датчика и два оптических двухмерных изображения заусенца на датчике. Эти оптические изображения преобразуют в два цифровых изображения СР1, СР2 поверхности венчика и в два цифровых изображения CS1, CS2 заусенца при помощи датчика. На практике можно совместить оптическое изображение, сформированное на датчике, с цифровым изображением, выдаваемым датчиком, возможно дополнительно при помощи электронной схемы оцифровки, если она не встроена в датчик.
Если посмотреть, например, на фиг. 1В, то можно увидеть рассматриваемую точку Sref поверхности венчика и соответствующую точку S заусенца, являющуюся точкой этого заусенца, которая имела бы такую же угловую координату, что и рассматриваемая точка Sref, в цилиндрической системе координат с центром на теоретической центральной оси. На фиг. 8 точка изображения ISref1 или ISref2 изображения поверхности венчика является изображением точки Sref поверхности венчика через оптическую систему (возможно, оба изображения ISref1 и ISref2 в случае наличия двух описанных выше первичных поверхностей отражения) в результате оптической геометрической трансформации. Точка изображения IS1 или IS2 изображения заусенца является изображением соответствующей точки S заусенца через оптическую систему (возможно, оба изображения IS1 и IS2 в случае наличия двух описанных выше первичных поверхностей отражения) в результате оптической геометрической трансформации.
Предпочтительно, оптическая геометрическая трансформация, производимая оптической системой, преобразует реальную разность высоты dZ вдоль направления теоретической центральной оси между рассматриваемой точкой Sref поверхности венчика и соответствующей точкой S заусенца в дополнительное радиальное смещение на изображении точки изображения ISref1, ISref2 изображения поверхности венчика сосуда относительно соответствующей точки изображения IS1, IS2 заусенца поверхности венчика. Это дополнительное радиальное смещение изображения добавляется к радиальному смещению, получаемому в результате реального радиального смещения между точкой Sref и соответствующей точкой S.
Таким образом, оптическая геометрическая трансформация, производимая оптической системой, создает в двухмерном изображении, получаемом датчиком, дополнительное радиальное смещение изображения по причине реальной разности высоты между рассматриваемой точкой Sref поверхности венчика и соответствующей точкой S заусенца.
В примерах выполнения заявленного устройства, представленных на фиг. 2-10, содержащих по меньшей мере одну усеченную конусную первичную поверхность 261, 262 отражения, вогнутую в плоскости, перпендикулярной к оси установки, характеристический полуугол α1, α2 в вершине вогнутой первичной поверхности 261, 262 отражения определяет отношение влияния на радиальное смещение в изображении между разностью высоты и разностью радиального положения между точкой поверхности венчика и точкой заусенца, находящейся в этой же радиальной полуплоскости, ограниченной осью установки. В примере выполнения, предусмотренном для сосудов, поверхность венчика которых имеет наружный диаметр менее 30 мм, характеристический полуугол α1 в вершине первой вогнутой первичной поверхности 261 отражения равен 20 градусов и создает первое периферийное поле наблюдения с углом γ1 возвышения наблюдения 40°, тогда как характеристический полуугол α2 в вершине второй вогнутой первичной поверхности 262 отражения равен 13,15 градусов и создает второе периферийное поле наблюдения с углом γ2 возвышения наблюдения 52°.
Согласно другому признаку изобретения, в рамках способа предусмотрено освещение поверхности 16 венчика сосуда при помощи падающего светового пучка, содержащего радиальные падающие световые лучи, заключенные по меньшей мере в одной радиальной плоскости, содержащей теоретическую центральную ось А1 венчика, при этом указанные падающие радиальные лучи отходят от теоретической центральной оси А1 на уровне их падения на поверхность венчика, и некоторые из радиальных лучей падающего светового пучка отражаются зеркально от поверхности 16 венчика в виде отраженных лучей. Падающий световой пучок содержит радиальные падающие световые лучи, заключенные в радиальных плоскостях, распределенных на 360° вокруг теоретической центральной оси А1.
Поверхность венчика освещают сверху, то есть падающие световые лучи попадают на поверхность 16 венчика из точек, находящихся над плоскостью PRef, перпендикулярной к теоретической центральной оси А1 и содержащей точку поверхности венчика, например, самую верхнюю точку вдоль направления теоретической центральной оси А1.
Падающие радиальные лучи могут быть параллельными лучами, но это не является обязательным условием, и в рамках способа, представленного на фиг. 4 и 5, в данной радиальной полуплоскости, содержащей теоретическую центральную ось А1 и ограниченную теоретической центральной осью А1, периферийный падающий световой пучок содержит непараллельные радиальные лучи.
Таким образом, заявленное устройство содержит систему освещения, выполненную с возможностью излучать такой падающий световой пучок.
Предпочтительно эта система освещения содержит источник 28 света с осью на оси А’1 установки, расположенный над зоной установки, то есть над поверхностью венчика.
В первом варианте выполнения, представленном, в частности, на фиг. 4 и 5, система освещения содержит центральный источник 28 света, по меньшей мере частично содержащийся в цилиндрической огибающей в виде тела вращения, осью которого является ось А’1 установки и диаметром которого является диаметр внутренней кромки 15 контролируемой поверхности венчика. Такой световой источник может быть точечным источником с центром на оси установки, или наоборот, как показано, в частности, на фиг.4 и 5, источником, покрывающим определенную протяженность в радиальном направлении относительно оси установки. В некоторых вариантах выполнения источник 28 света охватывает протяженность с диаметром, меньшим или равным диаметру венчика сосуда. Источник 28 света может быть диффузным источником, рассеивающим падающие лучи во множестве направлений. Например, источник 28 света может содержать рассеиватель, который охватывает, например, поверхность, диаметр которой может быть меньшим или равным диаметру венчика сосуда. Если источник 28 света содержит рассеиватель, то в каждой точке рассеивателя он рассеивает падающие лучи во множестве направлений. Предпочтительно радиальную протяженность центрального источника 28 света и ориентацию падающих лучей выбирают таким образом, чтобы падающие лучи не могли попадать напрямую на наружную цилиндрическую поверхность венчика 12, находящуюся ниже наружного края 17, или на нитки резьбы, выполненные на такой наружной цилиндрической поверхности венчика 12.
В варианте, как показано на фиг. 9, устройство может содержать кольцевой источник 28’ света в виде тела вращения с центром на оси А’1 установки, который генерирует радиальные падающие световые лучи, попадающие в зону установки после пересечения с осью А’1 установки. В этом случае кольцевой источник света может иметь внутренний диаметр, превышающий диаметр поверхности венчика сосудов, которые необходимо контролировать при помощи устройства. В радиальной полуплоскости, содержащей ось А’1 установки и ограниченной этой осью установки, такой кольцевой световой источник будет соответствовать источнику, который может быть точечным или который, наоборот, может иметь определенную радиальную протяженность в этой полуплоскости, как показано на фигурах. Этот световой источник излучает свет в направлении зоны установки, то есть в направлении оси установки, но образует с ней угол таким образом, чтобы светить вниз. Если этот источник не является источником, излучающим параллельные лучи, он предпочтительно излучает в этой радиальной полуплоскости световой конус, содержащий световые лучи в виде сплошного или по существу сплошного веера. Этот веер может, например, образовать угловой сектор, простирающийся от 0 до 40 градусов относительно плоскости, перпендикулярной к теоретической центральной оси. Предпочтительно угловая протяженность веера ограничена одной или несколькими заслонками, которые могут, например, содержать диафрагму, чтобы падающие лучи не могли напрямую попадать на наружную цилиндрическую поверхность венчика 12, находящуюся под наружным краем 17, или на нитки резьбы, выполненные на такой наружной цилиндрической поверхности.
В примере на фиг. 9, световой источник 28’ является кольцевым и расположен непосредственно под периферийным оптическим элементом 22 обзора, в данном случае под первой первичной поверхностью отражения. Он может быть расположен также вокруг периферийного оптического элемента 22 обзора.
Поскольку световой источник 28’ является кольцевым, его можно сопоставить с множеством возможно точечных или почти точечных источников, расположенных вокруг оси А’1 установки и излучающих, каждый, вышеупомянутый веер света. Предпочтительно световой источник является сплошным по всей периферии на 360° вокруг оси установки в том смысле, что в каждой полуплоскости он излучает одинаковый световой веер. Однако в реальности световой источник, как правило, не является идеально сплошным. Он может прерываться на предпочтительно ограниченном угловом секторе вокруг оси A’1. Кроме того, световой источник может не быть сплошным в том смысле, что он может быть образован набором отдельных расположенных рядом друг с другом источников, например, набором светодиодов.
Обычно световой источник 28, 28’ содержит набор расположенных рядом друг с другом отдельных дискретных источников, например, образован набором светодиодов, причем эти расположенные рядом друг с другом отдельные источники связаны с рассеивателем, поэтому световой источник производит освещение, которое можно считать сплошным и рассеянным.
Спектр света, излучаемого световым источником 28, может быть монохромным или полихромным, например, в диапазоне длин волн. Предпочтительно спектр света, излучаемого световым источником 28 включает в себя длины волн в видимой области.
В предпочтительном варианте световой источник 28 содержит белые светодиоды, спектр излучения которых покрывает протяженность видимой области.
В рамках изобретения при помощи отраженных лучей формируют по меньшей мере одно изображение поверхности венчика сосуда на датчике 18, как показано на фиг. 8.
Благодаря наблюдению поверхности 16 венчика, в том числе внутренней кромки поверхности венчика, при помощи оптической системы в первом периферийном поле наблюдения, двухмерный фотоэлектрический датчик принимает в первой кольцевой зоне датчика для формирования первой зоны ZI1 изображения, в цифровом примере двухмерного изображения:
- некоторые из падающих световых лучей в первом периферийном поле наблюдения с углом γ1 возвышения наблюдения, отраженных поверхностью венчика, для формирования в указанной первой зоне ZI1 первой основной окружности СР1;
- и, возможно, если на уровне внутренней кромки присутствует заусенец, - лучей в первом периферийном поле наблюдения с первым углом γ1 возвышения наблюдения, отраженных внутренней кромкой поверхности венчика или заусенцем в месте внутренней кромки, образующих в указанной первой зоне изображения по меньшей мере первую вторичную дугу окружности CS1, концентричную с первой основной окружностью СР1 и смещенную относительно нее в радиальном направлении.
Первая зона ZI1 изображения, в которой можно предположительно найти первую основную окружность СР1 и возможную первую вторичную дугу окружности CS1, в данном случае является кольцевой зоной. В зависимости от оптической трансформации, производимой оптической системой 24, вспомогательная окружность CS1 может находиться радиально снаружи от первой основной окружности СР1, как в примере на фиг. 8, или, наоборот, внутри этой основной окружности.
Первая основная окружность СР1 соответствует участку поверхности венчика, образованному точками, имеющими нормаль таким образом, чтобы существовал по меньшей мере один падающий луч, который при зеркальном отражении в этой точке отражается от первой первичной поверхности 261 отражения вдоль луча наблюдения первого периферийного поля наблюдения. В соответствии с конфигурацией падающего светового пучка, в частности, в зависимости от протяженности светового источника 28, от рассеянного или не рассеянного характера светового источника и от профиля поверхности венчика в разрезе в радиальной полуплоскости толщина первой окружности СР1 будет большей или меньшей. Действительно, в зависимости от этих параметров в данной радиальной полуплоскости будет одна или несколько точек поверхности венчика, которые обеспечат отражение падающего луча в направлении датчика через оптическую систему 24. С другой стороны, в частности, если поверхность венчика имеет изогнутый профиль, некоторые части поверхности венчика не будут видны на изображении поверхности венчика, если не направить отраженные лучи вдоль первого периферийного поля наблюдения.
При описанном выше устройстве, как правило, первая основная окружность СР1 является сплошной на 360°, если поверхность венчика не имеет другого дефекта, кроме возможного заусенца, в месте его внутренней кромки.
Условно можно принять, что центр первой основной окружности СР1 определяет центральную ось A”1 изображения, причем эта ось является изображением теоретической центральной оси А1 поверхности венчика.
Чтобы определить присутствие заусенца в месте внутренней кромки поверхности венчика, способ включает в себя, например:
- поиск первой основной окружности СР1 в указанной первой зоне ZI1 изображения;
- поиск, в указанной первой зоне ZI1 изображения, возможной вторичной дуги окружности CS1, концентричной с первой основной окружностью и смещенной относительно нее в радиальном направлении.
Вместе с тем, в примере, показанном на фиг. 8, видно, что первая зона ZI1 изображения имеет две полных концентричных окружности на 360°, тогда как наблюдаемый сосуд имеет заусенец, который расположен приблизительно только на половине окружности. Этот феномен можно объяснить следующим образом.
На фиг. 2 показан падающий луч RI, излучаемый световым источником и отражаемый самой верхней точкой S заусенца, находящегося в месте внутренней кромки поверхности венчика, в виде отраженного луча RR1, который попадает на первую первичную поверхность 261 отражения в точке RS1 и отражается таким образом оптической системой в сторону датчика. Как было указано выше, считается, что точка S является локально самой верхней точкой профиля заусенца в соответствующей радиальной полуплоскости. На практике заусенец почти всегда содержит острую кромку, поэтому существует точка, настолько близкая к самой верхней точке, что их можно считать совпадающими, которая может направлять падающий луч под углом возвышения наблюдения.
Между точкой S заусенца и первой поверхностью 261 отражения луч RR1 распространяется вдоль луча наблюдения первого периферийного поля наблюдения. Однако, если направление луча RR1 в его части, заключенной между его точкой отражения RS1 от первой поверхности 261 отражения и венчиком, продолжить за пределы самой верхней точки S заусенца, то видно, что это направление, которое соответствует лучу наблюдения, достигает точки S’ венчика бутылки, которая может отражать падающий световой луч вдоль этого луча наблюдения. Иначе говоря, точка S’ венчика, в данном случае, например, точка нижнего наружного периферийного края венчика, иногда называемого «поверхностью контрвенчика» или «низом венчика», может отразиться в этой же точке RS1 отражения от первой поверхности 261 отражения таким образом, что точка S и точка S’ будут совпадать на изображении, формируемом на датчике и, следовательно, на цифровом изображении. В целом это рассуждение применимо на 360° вокруг оси установки. В данном случае точка S’ принадлежит к круговому периферийному краю, который проходит на 360° вокруг оси А1, поэтому на изображении появляется паразитное отражение RP, в данном случае в виде окружности, которая частично совпадает с первой вторичной дугой окружности CS1. Таким образом, понятно, что для этого конкретного случая сосуда 14, учитывая данную геометрию венчика и данный угол возвышения наблюдения, определенный первой окружностью 261 отражения, изображение, полученное при помощи устройства, может оказаться не удовлетворительным для эффективного определения присутствия или отсутствия заусенца.
На этой стадии можно отметить, что этот конкретный случай, в котором паразитное отражение мешает нормальному определению присутствия заусенца, является лишь частным случаем. Во многих случаях устройство, содержащее единственную описанную выше первичную поверхность отражения, обеспечивает для многих сосудов вполне эффективное обнаружение присутствия заусенца в месте внутренней кромки поверхности венчика. Действительно, в отсутствие паразитных отражений это определение можно осуществлять посредством сравнительного анализа первой основной окружности и первой вторичной дуги окружности, как это будет описано ниже в связи с второй основной окружностью и с второй вторичной дугой окружности, сформированными во второй зоне изображения.
Однако, когда в первом периферийном поле наблюдения с первым углом возвышения наблюдения γ1 появляются паразитные лучи, отраженные участком стенки венчика, отличным от поверхности 16 венчика и отличным от ее внутренней кромки, которые образуют паразитные изображения в первой зоне ZI1 изображения, в частности, дуги окружностей, сходные с дугами, производимыми внутренней кромкой или заусенцем, предпочтительно можно изменить угол возвышения наблюдения γ1, чтобы получить угол с другим значением угла возвышения наблюдения γ2.
Угол возвышения наблюдения можно изменить, заменив по меньшей мере один компонент оптической системы 24, в частности, заменив первую первичную поверхность отражения. Так, можно предусмотреть устройство, в котором периферийный оптический элемент 22 обзора, содержащий первую первичную поверхность 261 отражения, является взаимозаменяемым с другими периферийными оптическими элементами обзора, которые имеют первичную поверхность отражения, образующую другой угол возвышения наблюдения. Однако замена одного оптического элемента на другой является операцией, которая может оказаться сложной и может потребовать регулировок линейного выравнивания.
По этой причине в усовершенствованном варианте изобретения предусмотрено наблюдение поверхности 16 венчика, а также внутренней кромки поверхности венчика сверху при помощи оптической системы 24 во втором периферийном поле наблюдения, определяемом второй первичной поверхностью 262 отражения.
Благодаря этой второй первичной поверхности 262 отражения, этот же двухмерный фотоэлектрический датчик 18 принимает во второй кольцевой зоне датчика для формирования второй зоны ZI2 двухмерного цифрового изображения:
- некоторые из падающих световых лучей, отраженных во втором периферийном поле наблюдения со вторым углом γ2 возвышения наблюдения поверхностью венчика и образующих в указанной второй зоне ZI2 изображения вторую основную окружность СР2;
- и, возможно, лучи, отраженные во втором периферийном поле наблюдения с вторым углом γ2 возвышения наблюдения внутренней кромки 15 поверхности 16 венчика или заусенцем в месте внутренней кромки и образующие в указанной второй зоне изображения по меньшей мере одну вторую вторичную дугу CS2 окружности, концентричную с второй основной окружностью СР2 и смещенную относительно нее в радиальном направлении.
На фиг. 2 видно, что падающий луч RI отражается самой верхней точкой S в виде второго отраженного луча RR2, который попадает на вторую первичную поверхность 262 отражения в точке RS2 и отражается таким образом оптической системой 18 в сторону датчика 18. В этом примере, если продолжить направление второго отраженного луча RR2 дальше самой верхней точки S заусенца, то это направление, которые соответствует лучу наблюдения, достигает венчика бутылки в точках, которые не могут отражать падающий световой луч вдоль этого луча наблюдения. Таким образом, это луч наблюдения не подвержен влиянию паразитного изображения. Предпочтительно это происходит на 360° вокруг оси установки.
Следовательно, как показано на фиг. 8, благодаря этому изменению угла возвышения наблюдения, во второй зоне ZI2 изображения можно четко различить вторую первичную основную окружность СР2 и вторую вторичную дугу окружности CS2. Определение «вторая», используемое здесь для второй основной окружности и для второй вторичной дуги окружности, связано с тем, что они находятся во второй зоне изображения, соответствующей второму углу возвышения наблюдения.
Вторая зона ZI2 изображения, в которой можно ожидаемо найти вторую основную окружность СР2 и возможную вторую вторичную дугу CS2 окружности, в данном случае является кольцевой зоной. В зависимости от оптической трансформации, произведенной оптической системой 24, вторая вторичная дуга CS2 окружности может оказаться радиально снаружи от второй основной окружности СР2, как в примере на фиг. 8, или, наоборот, внутри нее.
Вторая основная окружность СР2 соответствует второму изображению участка поверхности венчика, образованного точками, имеющими такую нормаль, при которой существует по меньшей мере один падающий луч, который при зеркальном отражении в этой точке отражается второй первичной поверхностью 262 отражения вдоль луча наблюдения второго периферийного поля наблюдения. Как и в случае первой основной окружности СР1, толщина второй окружности СР2 будет большей или меньшей, и она, как правило, является сплошной на 360°, если поверхность венчика не имеет другого дефекта, кроме возможного заусенца в месте ее внутренней кромки.
Для определения присутствия заусенца в месте внутренней кромки поверхности венчика способ включает в себя, например:
- поиск второй основной окружности СР2 в указанной второй зоне ZI2 изображения;
- поиск, в указанной второй зоне ZI2 изображения, возможной второй вторичной дуги CS2 окружности, концентричной с второй основной окружностью СР2 и смещенной относительно нее в радиальном направлении.
В общем цифровом изображении первая и вторая основные окружности и первая и вторая вторичные дуги окружности могут быть отмечены значением яркости, превышающим значение яркости фона изображения.
Как для первой зоны изображения, так и для второй зоны изображения считается, что в отсутствие заусенца в месте внутренней кромки внутренняя кромка имеет свою номинальную геометрию. В этом случае можно найти или не найти вторичную дугу окружности, которая может соответствовать этой внутренней кромке. Это будет зависеть, в частности, от номинальной геометрии этой внутренней кромки, в зависимости от которой будет происходить или не будет происходить отражение падающих лучей в направлении первичной поверхности отражения. Если внутренняя кромка с номинальной геометрией отражает падающие лучи в направлении датчика с отражением от соответствующей первичной поверхности, то вторичная дуга окружности, соответствующая внутренней кромке, может иметь протяженность на 360°. Если же, наоборот, внутренняя кромка с номинальной геометрией не отражает падающие лучи в направлении датчика, то в соответствующей зоне изображения не будет наблюдаться вторичная дуга окружности.
Таким образом, понятно, что для ограничения случаев, в которых паразитные отражения могут повлиять на точность определения присутствия дефекта типа заусенца, желательно предусмотреть наблюдение поверхности венчика и ее внутренней кромки под двумя разными углами возвышения наблюдения.
Предпочтительно эти два угла возвышения наблюдения получают, благодаря двум отдельным первичным поверхностям отражения, выполненным одновременно на устройстве и образующим эти два угла.
В варианте эти две первичные поверхности отражения выполнены одновременно на устройстве, и посредством операции относительного перемещения между сосудом и оптической системой можно сформировать изображение поверхности венчика и возможного заусенца либо через первую первичную поверхность 261 отражения, либо через вторую первичную поверхность 262 отражения, но не через обе одновременно. Этот вариант представлен, в частности, на фиг. 5, 6 и 7.
Действительно, на фиг. 5 показаны датчик 18, объектив 20, в данном случае схематично представленный в виде линзы, оптический элемент 22, содержащий первую первичную поверхность 261 отражения и вторую первичную поверхность 262 отражения, центральный источник 28 света и сосуд 14, которые имеют описанные выше признаки.
Первая первичная поверхность 261 отражения и вторая первичная поверхность отражения определяют для датчика соответственно выходной первый участок CAV1 поля обзора и второй выходной участок CAV2 поля обзора. Первый и второй выходные участки поля обзора содержат совокупность точек пространства зоны установки, для которых на датчике 18 оптическая система формирует изображение соответственно после отражения от первой или второй первичной поверхности отражения. В сечении по плоскости, перпендикулярной к оси установки, эти выходные участки CAV1, CAV2 поля обзора являются кольцевыми. От соответствующей первичной поверхности отражения эти выходные участки поля обзора направлены вниз центростремительно в направлении оси установки, образуя кольцевой усеченный конус с половинным углом при вершине, соответствующим углу возвышения наблюдения.
Понятно, что для формирования изображения поверхности 16 венчика при отражении от одной или другой из двух первичных поверхностей отражения необходимо, чтобы поверхность венчика находилась в соответствующем выходном участке CAV1, CAV2 поля обзора.
Как показано на фиг. 6 и 7, в этом варианте выполнения не существует общей зоны контроля, в которой оба выходных участка CAV1, CAV2 поля обзора могли бы перекрывать друг друга и в которой могла бы поместиться поверхность венчика.
На фиг. 6, наоборот, видно, что сосуд 14 необходимо расположить в первое осевое положение относительно устройства 10, чтобы поверхность 16 венчика была заключена в первый выходной участок CAV1 поля обзора, определенный первой первичной поверхностью 261 отражения. В этом положении в общем изображении формируются только первая основная окружность и возможная первая вспомогательная окружность. В представленном примере видно, что по меньшей мере один из лучей наблюдения первого периферийного поля наблюдения может пересечься с падающим лучом, отраженным от наружной поверхности S’ венчика, которая не является целью обнаружения. Следовательно, речь идет о паразитном отражении, которое приведет к появлению паразитного изображения в изображении, получаемом после отражения от первой первичной поверхности 261 отражения.
На фиг. 7 видно, что сосуд 14 занимает относительно устройства 10 второе осевое положение, смещенной вдоль направления оси установки относительно первого, чтобы поверхность 16 венчика была заключена во второй выходной участок CAV2 поля обзора, определенный второй первичной поверхностью 262 отражения. В этом втором положении этот сосуд не создает паразитного отражения, которое могло бы быть видимым во втором периферийном поле наблюдения и которое могло быть создать паразитное изображение. В этом положении в общем изображении формируются только вторая основная окружность и возможная вторая вспомогательная окружность.
Относительное перемещение сосуда относительно устройства можно обеспечить, например, установив устройство или его часть на держателе 230, который может перемещаться, например, при помощи кулисы 21, на опоре 11, занимающей неподвижное положение относительно устройства транспортировки сосуда. Перемещая устройство 10 контроля или его часть вдоль кулисы, можно регулировать путем поступательного движения относительное положение устройства и, следовательно, оптической системы относительно поверхности венчика в зоне установки. Можно также предусмотреть перемещение сосудов при помощи устройства транспортировки, регулируемого по высоте на уровне поста контроля, содержащего устройство контроля.
Такое устройство обеспечивает одновременное наблюдение поверхности венчика при помощи оптической системы 24 вдоль первого периферийного поля наблюдения с первым углом γ1 возвышения наблюдения и вдоль второго периферийного поля наблюдения с вторым углом γ2 возвышения наблюдения, так как две поверхности отражения содержатся в отдельных выходных участках поля обзора датчика. Однако, при таком устройстве посредством относительного поступательного перемещения вдоль теоретической центральной оси можно регулировать относительное положение оптической системы относительно поверхности венчика сосуда, что обеспечивает формирование двухмерного изображения поверхности венчика сосуда и ее внутренней кромки либо в первой зоне ZI1 изображения, соответствующей наблюдению вдоль первого периферийного поля наблюдения с первым углом γ1 возвышения наблюдения, либо во второй зоне ZI1 изображения, соответствующей наблюдению вдоль второго периферийного поля наблюдения с вторым углом γ2 возвышения наблюдения.
В этом случае в данном общем цифровом изображении IG, выдаваемым датчиком 18, находят только одно изображение поверхности венчика и только одно изображение возможного заусенца в одной или другой из двух зон изображения.
Следует отметить, что относительное перемещение между оптической системой и поверхностью венчика предпочтительно осуществляют, сохраняя относительные положения оптической системы и входящих в ее состав элементов относительно системы 20 объектива, датчика 18 и светового источника 28. В этом случае сосуд 14 перемещают относительно устройства 10 вдоль оси A’1 установки. Однако по меньшей мере в некоторых вариантах выполнения относительное перемещение между камерой 19 и оптической системой и поверхностью венчика предполагает также относительное перемещение между камерой 19 и периферийным оптическим элементом 22 обзора, на котором выполнены первичные поверхности отражения.
Во всех случаях, отталкиваясь от общего изображения, полученного при помощи такого устройства, можно определить присутствие или отсутствие заусенца посредством поиска в общем изображении, полученном при помощи датчика18, основной окружности и по меньшей мере одной вторичной дуги окружности либо в первой зоне ZI1 изображения, либо во второй зоне ZI2 изображения.
В такой системе, разумеется, для каждого сосуда можно предусмотреть получение двух общих изображений, каждое из которых соответствует одному из относительных положений сосуда 14 и устройства 10. Однако следует признать, что это может не быть оптимальным. Понятно, что в реальности проблемы паразитных отражений, которые могут встречаться с одним или другим из периферийных полей наблюдения, тесно связаны с геометрией сосуда. На линии контроля, изготовления, транспортировки или упаковки сосуда, как правило, все сосуды являются однотипными и имеют одинаковую геометрическую форму по меньшей мере в течение значительного периода времени. Поэтому при таком устройстве, которое не обеспечивает одновременного формирования, в одном общем изображении, изображения поверхности венчика и возможного заусенца в соответствии с первым периферийным полем наблюдения и изображения поверхности венчика и возможного заусенца в соответствии с вторым периферийным полем наблюдения, предпочтительно в начале контроля ряда сосудов необходимо осуществить этап предварительного определения угла возвышения наблюдения, используемого для данного типа сосуда. Этот этап предварительного определения может осуществить вручную оператор, оценивающий возможное присутствие паразитных отражений, которые могут помешать контролю. Например, сравнивая изображение, снятое в первом периферийном поле наблюдения, и изображение, снятое во втором периферийном поле наблюдения, можно определить, какое из двух изображений дает наиболее надежные результаты контроля. Это сравнение может быть также автоматическим посредством компьютерного анализа этих двух изображений. На основе этого анализа можно выбрать один или другой из углов возвышения наблюдения и регулировать относительное положение устройства относительно сосуда в начале контроля, чтобы сохранять это положение во время всего контроля ряда сосудов с идентичной геометрической формой.
Вместе с тем, в предпочтительном варианте выполнения изобретения, представленном на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4, обе первичные поверхности отражения выбирают и располагают относительно устройства таким образом, чтобы оптическая система формировала на датчике 19 одновременно два отдельных изображения в двух отдельных зонах датчика, чтобы он выдавал общее изображение, содержащее две отдельные зоны изображения, при этом каждая отдельная зона изображения содержит изображение поверхности венчика и изображение возможного заусенца, полученные при помощи лучей, проходящих в периферийном поле наблюдения с углом возвышения наблюдения, определенным соответствующей первичной поверхностью отражения.
Такое общее изображение показано на фиг. 8.
Таким образом, устройство, показанное на фиг. 2, 3 и 4, обеспечивает одновременное наблюдение поверхности 16 венчика, в том числе внутренней кромки поверхности венчика, при помощи оптической системы 24, 124 в первом периферийном поле наблюдения и во втором периферийном поле наблюдения. Это обеспечивает одновременное формирование оптической системой 24, на основании отраженных лучей, проходящих в первом и втором периферийных полях наблюдения, двухмерного изображения СР1, СР2 поверхности венчика сосуда и CS1, CS2 ее внутренней кромки одновременно в первой зоне ZI1 изображения, соответствующей наблюдению в первом периферийном поле наблюдения с первым углом γ1 возвышения наблюдения, и во второй зоне ZI1 изображения, соответствующей наблюдению во втором периферийном поле наблюдения с вторым углом γ2 возвышения наблюдения, на одном и том же двухмерном датчике 18, при этом первая зона изображения и вторая зона изображения отделены друг от друга.
В этом случае для каждого сосуда получают общее изображение, включающее в себя две зоны изображения, каждая из которых содержит изображение поверхности венчика и возможного заусенца под двумя разными углами возвышения наблюдения. Предпочтительно это общее изображение IG получают во время единого времени съемки датчика 18 изображения.
Для этого периферийный оптический элемент 22 обзора, который содержит первую первичную поверхность отражения и вторую первичную поверхность отражения, выполнен таким образом, чтобы эти две поверхности определяли для датчика соответственно первый кольцевой выходной участок CAV1 поля обзора и второй кольцевой выходной участок CAV2 поля обзора, которые перекрывают друг друга в общей зоне контроля в зоне установки. Эта общая зона контроля является зоной пространства, содержащей совокупность точек, которые может принимать датчик 18 через оптическую систему 24 одновременно после отражения от первой первичной поверхности 261 отражения и после отражения от второй первичной поверхности 262 отражения. Геометрия общей зоны контроля должна быть предусмотрена для обеспечения размещения поверхности венчика контролируемого сосуда.
Предпочтительно первую первичную поверхность отражения и вторую первичную поверхность отражения оптимизируют таким образом, чтобы оба изображения поверхности венчика и возможного заусенца, полученные, с одной стороны, при отражении от первой первичной поверхности 261 отражения и, с другой стороны, при отражении от второй первичной поверхности 262 отражения, были четкими при одной и той же доводочной регулировке устройства.
В частности, первую первичную поверхность отражения и вторую первичную поверхность отражения располагают:
- с учетом точки S поверхности 16 венчика, расположенной в общей зоне контроля;
- с учетом первого оптического пути RR1, которому следует падающий луч RI, отраженный в этой рассматриваемой точке S поверхности венчика вдоль первого периферийного поля наблюдения с первым углом возвышения наблюдения, затем отраженный в направлении датчика первой первичной поверхностью 261 отражения; и
- с учетом второго оптического пути RR2, которому следует падающий луч RI, отраженный в этой рассматриваемой точке S поверхности венчика вдоль второго периферийного поля наблюдения со вторым углом возвышения наблюдения, затем отраженный в направлении датчика второй первичной поверхностью 262 отражения.
В этом случае разность длины между первым оптическим путем и вторым оптическим путем меньше значения глубины поля камеры 19, когда оптическая система наведена на поверхность венчика.
Как известно, глубина поля характеризуется совокупностью точек, содержащихся между двумя плоскостями, перпендикулярными к оптической оси оптической системы, для которых точки просматриваются четко при данной регулировке оптической системы. Значение глубины поля соответствует расстоянию между этими двумя плоскостями.
Это свойство позволяет получить оптимальную четкость в двух зонах ZI1, ZI2 изображения при одной и той же доводочной регулировке оптической системы 24.
Один из способов получения этого свойства состоит в том, чтобы первая первичная поверхность отражения и вторая первичная поверхность отражения были, в радиальной плоскости сечения, содержащей центральную ось установки, касательными к эллипсоиду, фокусы которого расположены на оси A’1 установки. Первый фокус эллипсоида расположен на уровне центра СО входного зрачка системы 20 объектива. Второй фокус эллипсоида расположен на центральной оси A’1 установки на уровне венчика 12 контролируемого сосуда. Учитывая значение глубины поля для оптических систем, используемых в рамках изобретения, существует допуск для точного положения фокусов, в частности, вдоль направления оси установки.
В случае контроля ряда сосудов с одинаковой геометрией можно использовать только одно из двух изображений после этапа предварительного определения, включающего в себя, например, выбор по меньшей мере для одного ряда однотипных сосудов, предпочтительной зоны изображения среди первой и второй зон изображения, как это было описано выше для предыдущего варианта выполнения. В этом случае анализ изображения с целью определения присутствия заусенца в месте внутренней кромки соответствующего сосуда может включать в себя поиск в предпочтительной зоне изображения, для указанного ряда сосудов, соответствующей сплошной основной окружности и вторичной дуги окружности.
Однако, поскольку для каждого контролируемого сосуда получают общее изображение, включающее в себя две зоны изображения, каждая из которых содержит изображение поверхности венчика и возможного заусенца в двух разных периферийных полях наблюдения с двумя разными углами возвышения наблюдения, анализ изображения с целью определения присутствия заусенца в месте внутренней кромки соответствующего сосуда может включать в себя поиск в первой зоне и во второй зоне изображения, для указанного сосуда, первой и второй сплошной основной окружности и первой и второй вторичных дуг окружности, соответствующих этому сосуду. Таким образом, для одного и того же сосуда получают данные, являющиеся результатом наблюдения под двумя разными углами возвышения наблюдения. Эта избыточность позволяет подтвердить присутствие дефектов. Эти данные позволяют также, например, при операции триангуляции, определить с более высокой точностью и надежностью данные, касающиеся геометрии заусенца, например, его высоты и/или его радиального положения относительно предполагаемого места внутренней кромки.
Такое сочетание данных, полученных в двух периферийных полях наблюдения с разными углами возвышения наблюдения, можно использовать для определенных сосудов, например, для сосудов с особыми характеристиками дефекта. Вместе с тем, это можно применять не только для данного сосуда, но, возможно, для всего ряда сосудов одного типа, имеющих, например, одинаковую геометрическую форму.
Чтобы определить присутствие или отсутствие дефекта типа заусенца для данного сосуда, способ может включать в себя определение в изображении радиального расстояния промежутка между вторичной дугой окружности и ближайшей основной окружностью в зоне изображения, полученного при помощи изобретения. Определить присутствие дефекта типа заусенца можно, когда указанное радиальное расстояние промежутка по меньшей мере для одного луча превышает пороговое значение.
В частности, в вариантах выполнения, в которых формируют первую зону изображения и вторую зону изображения, каждая из которых содержит изображение поверхности венчика и возможного заусенца в месте ее внутренней кромки, анализ этих зон изображения может включать в себя:
- поиск в первой зоне изображения первой основной окружности и первой вторичной дуги окружности и определение радиального расстояния D1 промежутка между ними; радиальное расстояние промежутка является, например, для дуги, максимальным значением радиального промежутка между ними на угловой протяженности дуги;
- поиск во второй зоне изображения второй основной окружности и второй вторичной дуги окружности и определение радиального расстояния D2 промежутка между ними;
- приведение в соответствие первой и второй вторичных дуг окружности, найденных соответственно в первой и второй зонах изображения, как двух изображений в первом и втором периферийных полях наблюдения одного и того же заусенца; такое приведение в соответствие или связывание может состоять в том, чтобы при помощи алгоритма установить, что обе дуги, каждая из которых найдена в отдельной зоне, являются изображением одного и того же объекта;
- определение при помощи комбинации радиальных расстояний D1 и D2 промежутка, измеренных для указанных первой и второй вторичных дуг окружности в двух зонах ZI1, ZI2 изображения, чтобы определить значение, зависящее от относительной высоты dZ заусенца относительно поверхности венчика;
- определение присутствия заусенца, когда значение, зависящее от относительной высоты dZ, превышает пороговое значение по меньшей мере для участка дуги.
В описанных выше примерах выполнения, каждая первичная поверхность отражения отражает напрямую световые лучи в направлении датчика 18. Однако в варианте между первичной(ыми) поверхностью(ями) 261, 262 отражения и датчиком 18 можно предусмотреть по меньшей мере одну отклоняющую поверхность отражения. В этом случае считается, что первая первичная поверхность 261 отражения отражает световые лучи в направлении датчика 18 опосредованно. Такая отклоняющая поверхность отражения может содержать выпуклую конусную или усеченную конусную отражающую поверхность с центром на оси установки, обращенную противоположно оси установки, расширяющуюся вниз и имеющую меньший диаметр, чем первичная поверхность или первичные поверхности отражения.
На фиг. 10 показана линия 200 контроля сосудов 14 с применением заявленного устройства 10. В представленном примере сосуды 14 перемещаются конвейером 210, который переносит сосуды 14 в направлении перемещения, например, горизонтальным поступательным движением, перпендикулярным к теоретической центральной оси А1 сосудов 14. В представленном примере конвейер 210 содержит конвейерную ленту 212, на которую сосуды 14 опираются своей поверхностью дна, называемой также плоскостью опоры, с их расположенной вертикально теоретической центральной осью А1. Конвейер может содержать конвейерное колесо, перемещающее сосуды 14 по круговой траектории перемещения, в частности, в горизонтальной плоскости. Конвейер 210 может также содержать направляющие средства (не показаны), взаимодействующие с боковыми сторонами сосудов 14. Таким образом, поверхность 16 венчика сосудов 14 находится в обращенной вверх горизонтальной плоскости. Конвейер 210 доставляет сосуды по горизонтальной траектории под заявленное устройство 10 без риска столкновения с устройством 10. Устройство 10 может содержать держатель, например, в виде корпуса 230, в котором находятся, в частности, датчик 18, система 20 объектива, световой источник 28, первая первичная поверхность 261 отражения и, возможно, вторая первичная отклоняющая поверхность 262 отражения. Корпус 230 расположен над конвейером. Внутри корпуса 230 заявленное устройство 10 расположено со своей осью A’1 установки в вертикальном положении, поэтому поле наблюдения и падающий световой пучок ориентированы вниз в сторону зоны Z установки, которая находится между нижней стороной корпуса 230 и конвейерной лентой 212. Таким образом, понятно, что на уровне этого поста контроля конвейер 210 доставляет сосуды таким образом, чтобы их теоретическая центральная ось А1 максимально совпадала с осью A’1 установки. В момент такого совмещения при помощи устройства 10 снимают изображение, и это не требует ни манипулирования сосудом, ни остановки конвейера. Изображение, снимаемое устройством 10, поступает затем в систему 240 обработки, например, в устройство обработки изображений и/или в устройство визуализации и/или в устройство хранения изображений, например, в информативную систему, содержащую компьютер. Это позволяет анализировать полученное изображение и определить присутствие или отсутствие заусенца в месте внутренней кромки поверхности 16 венчика сосуда 14.
Камера может работать для получения изображения синхронно с перемещением изделий, в частности, чтобы зафиксировать изображения в момент совмещения теоретической оси А1 венчика с осью A’1 установки. Предусмотренное время съемки является коротким, например, менее 1 мс и даже 400 мкс, чтобы снизить риск появления размытости в изображениях.
Световой источник может быть импульсным, то есть может осуществлять освещение в течение короткого времени типа вспышки, например, менее 1 мс, даже 400мкс, чтобы уменьшить размытость в изображениях.
Можно предусмотреть, чтобы система 240 обработки взаимодействовала или включала в себя блок управления, который управляет источником света и камерой с целью их синхронизации с перемещением изделий.
Таким образом, устройство и способ не требуют физического контакта с контролируемым сосудом. Заявленное устройство оказалось менее дорогим и менее габаритным, чем известные устройства, что обеспечивает его легкую установку на посту или на линии контроля изделий, при этом пост или линия контроля может содержать другие устройства, предназначенные для других видов контроля, и заявленное устройство можно установить, в частности, на производственной линии, где сосуды движутся друг за другом. Такое устройство обеспечивает поточный контроль сосудов на высокой скорости как на линии изготовления сосудов, так и на линии обработки сосудов или на линии разлива.
Заявленные устройство и способ можно применять только с одним двухмерным фотоэлектрическим датчиком, например, только с одной камерой, что все равно позволяет получать надежную информацию о присутствии или отсутствии заусенца в месте внутренней кромки поверхности венчика, причем на основании только одного оптического двухмерного изображения, напрямую снимаемого датчиком, а не при помощи нескольких снимаемых отдельно оптических изображений.
В данном случае заявленная система наблюдения представлена в предпочтительных вариантах выполнения, в которых отражающими поверхностями являются зеркала. Такие же результаты можно получить, используя оптические элементы типа призм, тоже имеющих, например, конические поверхности, обеспечивающие полные отражения. Оптический элемент в рамках изобретения может содержать линзу Френеля. Такие средства обеспечивают также наблюдение с одинаковыми значениям угла γ, и при помощи этих средств можно предусмотреть телецентрические или не телецентрические наблюдения.
Изобретение не ограничивается описанными и показанными примерами, и в них можно вносить различные изменения, не выходя за рамки его объема.