СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ И АНАЛИЗА ОПТИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ СТЕКЛЯННЫХ СОСУДОВ
METHOD AND DEVICE FOR OBSERVING AND ANALYSING OPTICAL SINGULARITIES IN GLASS VESSELS

Настоящее изобретение относится к области наблюдения и анализа оптических особенностей, присутствующих в стеклянных сосудах, таких как бутылки, банки и флаконы.
Следует напомнить некоторые физические или математические понятия из оптики. В оптике светимость точки светящейся поверхности характеризует поток, излучаемый в полупространстве, на единицу площади излучающей поверхности с центром в этой точке. Иногда это понятие называют также лучеиспускаемой способностью или энергетической светимостью. Градиент является производной величины в одном или нескольких направлениях, иначе говоря, градиент означает изменение величины. Градиент светимости означает изменение светимости вдоль излучающей поверхности. Точно так же, градиент цвета означает изменение цвета излучаемого света вдоль излучающей поверхности. Рассеиватель является элементом из прозрачного или светопроницаемого материала, рассеивающим свет в своей массе и/или на поверхности.
Под особенностями следует понимать ограниченные участки сосуда или его поверхности, имеющие свойства, отличные от свойств окружающего их материала на или в сосуде. Таким образом, оптические особенности представляют собой участки сосуда, имеющие свойства, отличные от свойств окружающего их материала на или в сосуде. В данном случае эти оптические особенности в основном создают анормальный эффект преломления и/или отражения по сравнению со своим окружением. Преломляющие и/или отражающие дефекты, коды или декоративные элементы типа значка логотипа, нанесенные на поверхности сосудов, являются таким образом оптическими особенностями, которые отклоняют свет иначе, чем их окружение, либо при пропускании (через границу раздела), либо при зеркальном отражении.
С точки наблюдения оптики снимок является изображением, то есть двухмерным сигналом уровня серого или цветным сигналом, полученным путем проецирования сосуда при помощи оптического устройства получения изображений, которое может быть спаренным. Камера, оснащенная объективом, выдает по меньшей мере один снимок. Камера может производить одновременно несколько снимков, например, при помощи системы зеркал, делящей ее поле на N разных снимков. Эти снимки различаются, если точки наблюдения и направления наблюдения являются разными. Со снимком можно совместить увеличение. В настоящей заявке понятие «изображение» используется, чтобы обозначать сигнал, производимый камерой, при этом одно изображение может содержать несколько снимков.
Стекло является материалом, прозрачным в видимом свете. Вместе с тем, пропускание света для каждой длины волны зависит от цвета стекла и от толщины, через которую проходит рассматриваемый свет. Коэффициент пропускания стекла рассматривают как соотношение (в %) между падающим светом и пропускаемом светом при заданной толщине. При помощи спектрометра можно даже измерять пропускание в зависимости от длины волны для получения спектра пропускания, который характеризует цвет стекла. Для некоторых цветов с низким коэффициентом пропускания, то есть очень темных и даже черных на вид, и/или для некоторых толщин стекла (иногда до 5 мм), при которых через стенку сосуда проходит очень мало света, коэффициенты пропускания могут составлять менее 1% почти для всего видимого спектра.
Прозрачность стекла является свойством, широко используемым для обеспечения оптического контроля посредством получения изображений сосудов при пропускании и анализа этих изображений. Наиболее распространенные способы состоят в просвечивании сосудов сзади при помощи протяженного источника однородного света и в съемке изображений сосудов. При этом используют два явления, известных в области геометрической оптики: поглощение так называемыми непрозрачными дефектами или дефектами, пропускание которых отличается от стекла (постороннее тело или утолщение цветного стекла), и преломление света на поверхности особенностями, такими как морщины, свили, открытые пузыри, или полостями в материале, такими как пузырьки в стенке, или включениями, имеющими другой показатель преломления.
Для улучшения выявления так называемых преломляющих дефектов за счет усиления их контрастности в изображениях в патенте US 4487322 предложено использовать источник света с градиентом светимости. Поскольку дефекты отклоняют свет, они не освещаются той же частью источника, что и их окружение, и с учетом градиента светимости источника они не имеют в изображении такой же воспринимаемый световой уровень, как их окружение.
В патенте US 6424414 описаны способ и прибор для обнаружения светопреломляющих дефектов, которые могут содержаться в прозрачных сосудах. Описанный в этом патенте прибор содержит световой источник, имеющий градиент света в направлении вдоль оси сосуда. Световой источник находится на одной линии с камерой, в которую попадает свет, прошедший через сосуд. Такой прибор выполнен с возможностью обнаружения светопреломляющих дефектов при пропускании, но он не может снимать изображения при отражении от сосуда, в частности, для обеспечения анализа знаков или кодов, нанесенных на поверхности сосудов и имеющих слабую или сильную пропускную способность.
Как известно, в случае стеклянных сосудов в выдувных формах вытравливают номерной код формы при помощи шрифта «перл» в виде бусинок. Если знаки или коды, такие как номера форм, выполняют посредством формования, получаемые на сосудах рельефные элементы являются высокими (утолщение >0.5 мм), и эти рельефные элементы (называемые «бусинками») имеют размер порядка миллиметра (диаметр >0.8 мм).
Как известно, номера форм сосудов, выполненные при формовании, считывают в устройствах, в которых каждый сосуд приводят во вращение и освещают бусинки при помощи сфокусированных и направленных световых лучей (узкие, ограниченные и почти или совсем не расходящиеся световые пучки). Все указанные световые лучи имеют близкие друг к другу углы падения и отражаются от бусинок в точном направлении, определяемом углом падения и углом бусинок. Датчики улавливают отражения и их декодируют. Такие системы работают только на рельефных элементах достаточно большого размера и с вращением сосудов, что приводит к удорожанию и к усложнению производственных линий, в которых, как правило, применяют линейное перемещение.
В патенте FR 2780533 раскрыто устройство, в котором применяют этот оптический способ отражения от сосуда сфокусированного света, излучаемого источником, но этот способ предназначен для считывания в устройствах, перемещающих сосуды простым поступательным движением, то есть являющихся намного более быстрыми и экономичными в применении, чем системы вращения. Оптические средства выполнены с возможностью получения изображения всей придонной части вместе с кодом, при этом фоновая придонная часть на изображении имеет черный цвет, а код - белый. Сфокусированные падающие световые пучки попадают на периферию в виде светового конуса, а лучи, отраженные бусинками, отражаются от конусного зеркала в виде плоского изображения и попадают в устройство анализа. Устройства этого типа являются эффективными в случае кодов с относительно высоким рельефом, например, более 0.5 мм. Действительно, бусинки должны иметь достаточную поверхность, чтобы отражать основной световой поток в одном направлении наблюдения, а остальная часть падающего света отражается в любом другом направлении фоновой поверхностью, на которой выполнены указанные рельефные элементы.
Иначе говоря, эти технологии с направленным освещением и с заданным углом наблюдения работают только в случае высоких рельефных элементов, чтобы направление световых лучей, отражаемых бусинками, в достаточно степени отклонялось от направления световых лучей, отражаемых фоновой поверхностью. Следует отметить, что система этого типа позволяет визуально наблюдать свет, отраженный рельефными элементами, которые отображаются в белом цвете в отличие от поверхности (фона), которая остается черной. Кроме того, повышенный контраст дает почти бинарную информацию, бусинки наблюдаются или не наблюдаются, и различаются только части бусинок, причем с очень сильной интенсивностью по сравнению с их окружением. В случае незначительного рельефа, например, по причине износа выдувных форм, белые поверхности, соответствующие бусинкам в изображении, уменьшаются и могут даже не наблюдаться.
В патенте US 4644151 воспроизводится классическое решение, но предложено использовать камеры с источником, имеющим градиент светимости в направлении, параллельном оси вращения сосуда. Таким образом, эта система предполагает приведение сосуда во вращение с уже упомянутыми выше недостатками. Она не предназначена для считывания кодов на поступательно движущихся сосудах.
Если знаки, например, код Datamatrix, выполнены при помощи лазера на горячем стекле, как указано в патенте FR 2906370, рельефные элементы на поверхности сосудов являются гораздо более низкими, чем в случае номеров выдувных форм, и, кроме того, точки кода являются намного меньше и имеют диаметр менее 0.3 мм. Решение состоит в обеспечении преимущественно однородного освещения и в получении серии матричных изображений стенки вращающегося сосуда. Источник является протяженным и однородным (без отверстия), что позволяет получить однородный фон на изображении, но его размер все же ограничен для обеспечения определенного контраста. Эта система подходит для маркировок типа Datamatrix, полученных при помощи лазерного луча на не остывших сосудах, то есть имеющих невысокие рельефные элементы. Однако эта система предполагает приведение сосуда во вращение и не приспособлена для считывания кодов на поступательно перемещающихся сосудах.
Настоящее изобретение призвано устранить недостатки известных решений и предложить новую оптическую технологию наблюдения и анализа оптических особенностей, которые могут иметь слабую преломляющую способность и которые находятся в сосудах.
Изобретение призвано предложить новый метод, позволяющий наблюдать и анализировать оптические особенности на поверхности или в стенке сосуда, причем при любой пропускающей способности материала сосуда.
В связи с этим объектом настоящего изобретения является способ наблюдения и анализа оптических особенностей, отклоняющих свет, находящихся на поверхности или в стенке стеклянного сосуда, имеющего ось симметрии, при этом, согласно способу:
- сосуд освещают при помощи источника рассеянного света, характеризующегося изменением свойства света в направлении изменения,
- используют по меньшей мере одно устройство получения изображений, чувствительное к указанному свойству света и к его изменению, для получения по меньшей мере одного снимка участка сосуда, который может содержать оптические особенности, наблюдаемые по меньшей мере из одной точки наблюдения вдоль оси наблюдения,
- и указанный по меньшей мере один снимок обрабатывают с целью анализа оптических особенностей.
Согласно изобретению:
- сосуд освещают снаружи при помощи светящейся поверхности с осевой симметрией вокруг вертикальной оси, параллельной оси симметрии сосудов, с направлением изменения свойства света вдоль образующей светящейся поверхности в любой точке светящейся поверхности,
- в случае сосудов с низким коэффициентом пропускания получают снимок участка сосуда при помощи устройства получения изображений, принимающего световые пучки, поступающие от участка осесимметричной светящейся поверхности, находящегося с той же стороны сосуда, что и точка наблюдения, и отражаемые поверхностью сосуда в соответствии с законами зеркального отражения,
- или в случае сосудов с высоким коэффициентом пропускания получают снимок участка сосуда при помощи устройства получения изображений, принимающего световые пучки, поступающие от участка осесимметричной светящейся поверхности, диаметрально противоположного точке наблюдения по отношению к сосуду, и проходящие через стенки сосуда в соответствии с законами преломления.
Кроме того, способ в соответствии с изобретением может иметь комбинацию по меньшей мере из одного и/или другого из следующих дополнительных признаков:
- считается, что сосуды имеют высокий коэффициент пропускания, если в изображении появляются мешающие наблюдению оптических особенностей паразитные пятна, создаваемые паразитными световыми лучами, распространяющимися без ослабления в стенке, и считается, что сосуды имеют низкий коэффициент пропускания, если в них указанные паразитные лучи поглощаются цветом материала и не могут помешать анализу оптических особенностей,
- обеспечивают движение сосудов без вращения вокруг их оси в направлении перемещения, перпендикулярном и по существу пересекающем вертикальную ось симметрии осесимметричной светящейся поверхности,
- в двух противоположных сторонах светового источника выполняют проходы по меньшей мере для части движущегося сосуда,
- получают несколько снимков участка сосуда, которые могут содержать оптические особенности, вдоль разных осей наблюдения, распределенных в угловом направлении вокруг вертикальной оси сосуда, для обеспечения полного и даже избыточного анализа периферии сосуда,
- получают несколько снимков при помощи комбинации из камер и оптических систем таким образом, чтобы число камер было меньшим или равным числу точек наблюдения и направлений наблюдения,
- оси наблюдения ориентируют снизу вверх для анализа оптических особенностей, находящихся на горлышке сосудов,
- в качестве оптических особенностей анализируют маркировки и их интерпретируют для получения информации о сосуде или о его изготовлении по меньшей мере при одной из операций, таких как сортировка, отслеживание, идентификация, датировка, аутентификация сосуда,
- оптические особенности выявляют и/или идентифицируют как дефекты сосудов,
- во время наблюдения сосуда включают раздельно и последовательно разные угловые участки осесимметричной светящейся поверхности и в это же время синхронно с их включением получают снимки указанных угловых участков из точек наблюдения, противоположных или находящихся с одной стороны по отношению к сосуду,
- освещение производят при помощи источника рассеянного света, свойством света которого, меняющимся вдоль образующей осесимметричной светящейся поверхности, является светимость светящейся поверхности,
- свойством света, меняющимся вдоль образующей осесимметричной светящейся поверхности, является цвет излучаемого света,
- спектр излучения источника света адаптируют таким образом, чтобы увеличить или уменьшить и даже исключить энергию световых лучей, проходящих через стенки сосуда.
Настоящее изобретение призвано также предложить технологию, которая может работать с вращением или без вращения сосудов. В частности, она обеспечивает анализ оптических особенностей сосудов, перемещающихся по криволинейной траектории или просто поступательно в направлении движения.
Другим объектом изобретения является устройство наблюдения и анализа оптических особенностей, отклоняющих свет, находящихся на поверхности или в стенке стеклянного сосуда, имеющего ось симметрии, содержащее:
- источник рассеянного света, характеризующийся изменением свойства света в направлении изменения,
- по меньшей мере одно устройство получения изображений для получения по меньшей мере одного снимка участка сосуда, который может иметь оптические особенности, наблюдаемые по меньшей мере из одной точки наблюдения вдоль оси наблюдения,
- средства обработки по меньшей мере одного снимка с целью анализа особенностей.
Согласно изобретению:
- светящуюся поверхность располагают таким образом, чтобы освещать сосуд снаружи, причем эта поверхность является поверхностью с осевой симметрией вокруг вертикальной оси, параллельной оси симметрии сосудов, и чтобы в любой точке осесимметричной светящейся поверхности иметь направление изменения свойства света вдоль образующей светящейся поверхности,
- в случае сосудов с низким коэффициентом пропускания устройство получения изображений может производить снимок участка сосуда из точки наблюдения, принимая световые лучи, поступающие от участка осесимметричной светящейся поверхности, находящегося с той же стороны сосуда, что и точка наблюдения, и отражаемые поверхностью сосуда,
- или в случае сосудов с высоким коэффициентом пропускания устройство получения изображений может производить снимок участка сосуда, принимая световые лучи, поступающие от участка осесимметричной светящейся поверхности, диаметрально противоположного точке наблюдения по отношению к сосуду, и проходящие через стенки сосуда.
Кроме того, устройство в соответствии с изобретением может иметь комбинацию по меньшей мере из одного и/или другого из следующих дополнительных признаков:
- осесимметричная светящаяся поверхность является поверхностью вращения например, цилиндром, участком конуса, полусферой или диском,
- светимость осесимметричной светящейся поверхности меняется в любой точке осесимметричной светящейся поверхности вдоль образующей указанной поверхности,
- цвет света, излучаемого осесимметричной светящейся поверхностью, меняется в любой точке осесимметричной светящейся поверхности вдоль образующей указанной поверхности,
- источник света содержит по меньшей мере одно осветительное кольцо, освещающее нижний или верхний конец цилиндрического или усеченного конусного рассеивателя,
- источник света содержит осветительное кольцо, освещающее светорассеивающую полусферу противоположно своей экваториальной плоскости по-разному в зависимости от точки рассматриваемого рассеивателя, но имеющее симметрию с осью, равной оси полусферы,
- источник света содержит плоский рассеивающий диск, освещаемый в центре источником или на периферии осветительным кольцом по-разному в зависимости от точки рассматриваемого рассеивателя, но имеющее симметрию с осью, равной оси диска,
- спектр излучения источника света адаптируют таким образом, чтобы увеличить или уменьшить и даже исключить энергию световых лучей, проходящих через стенки сосуда,
- источник света содержит полностью освещаемый рассеиватель, на который с одной или с другой стороны нанесена пленка, коэффициент пропускания которой меняется по меньшей мере для одной длины волны вдоль образующей светящейся поверхности,
- осесимметричная светящаяся поверхность содержит различные угловые сектора, селективно управляемые на включение и/или на выключение,
- осесимметричная светящаяся поверхность содержит входной проход и выходной проход для части сосуда, расположенные симметрично относительно вертикальной оси,
- устройство содержит ряд устройств получения изображений, расположенных вокруг вертикальной оси для наблюдения сосуда из нескольких точек наблюдения, позволяющих наблюдать всю или часть его периферии,
- устройства получения изображений располагают с осью наблюдения снизу вверх, образующей с горизонталью угол от 3° до 10°.
Другие отличительные признаки будут более очевидны из нижеследующего описания не ограничительных вариантов выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют в качестве не ограничительных примеров варианты выполнения изобретения и на которых:
Фиг. 1 - вид в перспективе первого варианта выполнения устройства наблюдения и анализа в соответствии с изобретением, содержащего осесимметричную светящуюся поверхность, например, типа цилиндра.
Фиг. 2 - фронтальный вид устройства наблюдения и анализа, показанного на фиг. 1.
Фиг. 3 - принципиальная схема, показывающая прохождение световых лучей, поступающих от светового источника с постоянным и не равным нулю градиентом светимости в систему получения изображений.
Фиг. 3А, 3В - примеры выполнения светового источника, имеющего градиент светимости, соответственно постоянный и не равный нулю или монотонно меняющийся по полиномиальной кривой.
Фиг. 4 - схема, иллюстрирующая принцип работы изобретения в режиме пропускания.
Фиг. 5 - схема, иллюстрирующая принцип работы изобретения в режиме отражения.
Фиг. 6 и 7 - схемы иллюстрирующие принцип прохождения световых лучей для сосудов соответственно с низким коэффициентом пропускания и с высоким коэффициентом пропускания.
Фиг. 8 - другой пример выполнения источника света, в котором применяют осесимметричную светящуюся поверхность типа усеченного конуса.
Фиг. 9 - другой вариант выполнения источника света, содержащего осесимметричную светящуюся поверхность типа полусферы.
Фиг. 10 - еще один вариант выполнения источника света, содержащего плоский рассеивающий диск.
На фиг. 1-3 показано заявленное устройство 1 наблюдения и анализа оптических особенностей 2, отклоняющих свет и находящихся на поверхности или в стенке стеклянного сосуда 3, имеющего ось симметрии S. Согласно предпочтительному примеру выполнения, сосуд 3 перемещают по криволинейной траектории или просто поступательным движением в направлении движения, показанном стрелкой f, таким образом, чтобы его могло наблюдать устройство 1. Так, сосуды 3 перемещаются, например, при помощи конвейера 4, последовательно проходя перед устройством 1.
1
В примере, представленном на чертежах, устройство 1 выполнено с возможностью наблюдения оптических особенностей, находящихся на горлышке 3 сосудов. В качестве оптических особенностей наблюдают и анализируют код, вытравленный, например, при помощи лазера на горлышке, или значок логотипа или декоративный элемент, выполненный посредством формования. Разумеется, устройство 1 может быть выполнено с возможностью наблюдения оптических особенностей, находящихся на других частях сосудов, например, таких как придонная часть или плечевая часть. Согласно другому варианту выполнения, оптическими особенностями являются отслеживаемые и выявляемые дефекты.
Устройство 1 содержит протяженный и рассеивающий источник 5 света, имеющий светящуюся поверхность 6 с осевой симметрией вокруг вертикальной оси Z, параллельной и даже совпадающей с осью симметрии S сосудов 3. Согласно изобретению, осесимметричная светящаяся поверхность имеет в направлении изменения этой светящейся поверхности градиент или изменение по меньшей мере одного свойства света, то есть величины, которая характеризует излучаемый свет и которую измеряют при помощи устройства получения изображений, такой как цвет или общая излучаемая интенсивность, то есть, более конкретно, светимость или продолжительность включения при импульсной работе. Это изменение по меньшей мере одного свойства света происходит в любой точке светящейся поверхности вдоль кривой, которая образована пересечением светящейся поверхности с плоскостью, содержащей ось Ζ и которая в дальнейшем тексте описания будет называться образующей. Иначе говоря, свойство излучаемого света следует закономерности распределения на светящейся поверхности 6, которая, с одной стороны, имеет симметрию вокруг вертикальной оси симметрии Ζ поверхности 6 и, с другой стороны, имеет градиент вдоль образующей, то есть кривой, образованной пересечением светящейся поверхности с плоскостью, содержащей вертикальную ось симметрии Ζ.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения осесимметричная поверхность является, кроме того, поверхностью полного вращения, такой как цилиндр, или частичного вращения, такой как два участка цилиндра, разрезанные по образующим. Таким образом, в случае, когда осесимметричная светящаяся поверхность не является поверхностью вращения, все равно тоже считается, что изменение свойства света происходит вдоль образующей этой поверхности.
Если поверхность является поверхностью вращения, свойство излучаемого света меняется в любой точке вдоль образующей светящейся поверхности вращения. Из этого градиента вытекает, что в любой точке поверхности вдоль образующей, проходящей через эту точку, свет, исходящий из соседних точек источника, находящихся на этой образующей, имеет не одинаковое значение указанного свойства.
Согласно другому варианту выполнения, осесимметричная светящаяся поверхность имеет многоугольное горизонтальное сечение, например, шестиугольное, восьмиугольное и т.д. В этом варианте выполнения изобретения изменение свойства света происходит вдоль образующей, которая образована пересечением симметричной светящейся поверхности с плоскостью, содержащей вертикальную ось Ζ симметрии.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения меняющимся свойством света является светимость. Иначе говоря, поверхность имеет градиент светимости I в направлении изменения вдоль образующей этой осесимметричной светящейся поверхности.
Согласно примеру, показанному на фиг. 1 и 2, осесимметричная светящаяся поверхность является поверхностью 6 вращения в виде цилиндра, имеющего вертикальную ось Ζ симметрии. Светимость I меняется между точкой С и точкой D в направлении, которое соответствует образующей цилиндра 6, параллельной вертикальной оси Ζ. С учетом осевой симметрии светящейся поверхности 6 образующая C'D' светящейся поверхности диаметрально противоположна образующей CD светящейся поверхности. Согласно варианту выполнения, показанному на фиг. 1 и 2, источник 5 света содержит осветительное кольцо 8, освещающее верхний конец цилиндрического рассеивателя, образующего осесимметричную светящуюся поверхность 6. Осветительное кольцо 8 содержит один или несколько источников света любого типа, выполненных с возможностью обеспечения освещения, изменяющегося от верхнего конца до нижнего конца. Частично освещая рассеиватель, например, вблизи одного из его концов при помощи осветительного кольца, при этом указанное кольцо имеет конус излучения, изменение светимости I получают в результате переменного освещения рассеивателя и/или в результате рассеивания рассеивателем.
Разумеется, осесимметричная светящаяся поверхность 6 может отличаться от цилиндра. Согласно примерам, показанным на фиг. 8, 9 и 10, осесимметричная светящаяся поверхность 6 представляет собой соответственно усеченный конус, полусферу и диск. На чертежах схематично показаны образующие CD и C'D', симметрично противоположные относительно вертикальной оси Ζ симметрии.
В примере, показанном на фиг. 8, осесимметричная светящаяся поверхность 6 содержит два участка усеченного конуса, разрезанного вдоль образующих усеченного конуса, из которого получены указанные участки. Изменение свойства света происходит вдоль образующих участков усеченного конуса, то есть вдоль кривой, образованной пересечением участков усеченного конуса с плоскостью, содержащей вертикальную ось Ζ. Светимость I меняется в направлении, которое соответствует образующей усеченного конуса 6 между точками С и D. В примере выполнения, представленном на фиг. 8, оба участка усеченного конуса вписываются, таким образом, с усеченный конус, который можно рассматривать как прерывистый. Разумеется, осесимметричная светящаяся поверхность 6 может быть также полной или сплошной поверхностью вращения предпочтительно с круглым основанием и с вертикальной осью Ζ симметрии. Согласно варианту, показанному на фиг. 8, источник 5 света содержит осветительное кольцо 8, освещающее верхний конец усеченного конусного рассеивателя, образующего осесимметричную светящуюся поверхность 6.
В примере выполнения, показанном на фиг. 9, осесимметричная светящаяся поверхность 6 тоже является поверхностью вращения и имеет форму полусферы с вертикальной осью Ζ симметрии. Светимость I меняется в направлении, которое соответствует образующей полусферы 6 между точками С и D. Согласно представленному варианту выполнения, источник 5 света содержит осветительное кольцо 8, освещающее светорассеивающую полусферу, образующую осесимметричную светящуюся поверхность 6 противоположно своей экваториальной плоскости.
Согласно варианту выполнения, показанному на фиг. 10, источник 5 света содержит плоский рассеиватель, такой как диск, образующий осесимметричную светящуюся поверхность 6 с вертикальной осью Ζ симметрии. Рассеивающий диск освещается светом 8 либо на своей периферии, либо в своем центре, как показано на чертеже. Светимость I меняется вдоль образующих между точками С и D, то есть вдоль радиусов диска 6.
В описанных выше примерах градиент светимости I получают при переменном освещении в заданном направлении тела, обеспечивающего рассеяние света. Разумеется, градиент светимости I можно получить и другим способом.
В целом, изменение свойства света, например, градиент цвета или светимости I может быть вызван окраской на поверхности или в массе рассеивающей светящейся поверхности 6 источника или при установке фильтра с переменным спектральным пропусканием перед рассеивающей светящейся поверхностью.
Необходимо отметить, что, если рассматривать любую образующую поверхности, функция, описывающая изменение свойства используемого света, может принимать разные формы между точками С и D.
Предпочтительно для того, чтобы изменение вдоль образующей гарантированно сохранялось в любой точке поверхности, изменение является непрерывным и монотонным между точками С и D. Например, как показано на фиг. 3, 3А или 3В, изменение светимости может происходить с положительным постоянным градиентом (фиг. 3), с отрицательным постоянным градиентом (фиг. 3А), с участком непрерывной полиномиальной функции (фиг. 3В).
Согласно отличительному признаку изобретения, осесимметричную светящуюся поверхность 6 располагают таким образом, чтобы освещать снаружи сосуд 3 и, в частности, наружную поверхность сосуда, которую, необходимо наблюдать и которая может содержать оптические особенности 2. Осесимметричную светящуюся поверхность 6 располагают таким образом, чтобы вертикальная ось Ζ была перпендикулярной и по существу пересекала направление движения f сосудов, но чтобы не мешать движению сосудов.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Согласно отличительному признаку изобретения, источник 5 света содержит входной проход 6 и выходной проход 6 для части сосуда, выполненные симметрично относительно вертикальной оси Z. Как вытекает, в частности, из вариантов выполнения, показанных на фиг. 1, 8 и 9, в качестве входного и выходного проходов 6, 6 в осесимметричной светящейся поверхности 6 выполнены два выреза, имеющие форму, соответствующую форме проходящей через них части сосуда. Для наблюдения горлышка или плеча сосудов входной и выходной проходы 6, 6 выполнены таким образом, чтобы пропускать все или часть горлышка сосудов. В примере, представленном на фиг. 8, входной и выходной проходы 6, 6 делят на две части осесимметричную светящуюся поверхность 6. Разумеется, в вариантах, представленных на фиг. 1 и 9, можно выполнить такие входные и выходные проходы 6, 6, которые выходят на оба конца светящейся поверхности. В случае осесимметричной светящейся поверхности 6, выполненной в виде диска, этот диск располагают над горлышком сосудов. В случае наблюдения придонной части сосудов 3 источник 5 света располагают симметрично наоборот относительно верха и низа сосуда.
Устройство 1 в соответствии с изобретением содержит также по меньшей мере одно, а в примерах на фиг. 1, 8, 9 и 10 несколько устройств 11 получения изображений для получения по меньшей мере одного снимка участка 3 сосуда, который может содержать оптические особенности 2, наблюдаемые по меньшей мере из одной точки наблюдения Ρ вдоль оси наблюдения X. Классически, каждое устройство 11 получения изображений содержит матричную камеру с объективом. Устройства 11 получения изображений связаны со средством обработки по меньшей мере одного и, как правило, нескольких полученных снимков с целью анализа присутствующих оптических особенностей.
Так, средства обработки снимков могут анализировать в качестве оптических особенностей маркировки и интерпретировать их для получения информации о сосуде или о его изготовлении по меньшей мере при одной из операций, таких как сортировка, отслеживание, идентификация, датировка, аутентификация сосуда. Например, такие оптические особенности могут представлять собой коды, вытравленные при помощи лазера на сосудах и, в частности, на уровне горлышка. Согласно другому варианту применения, такие оптические особенности могут представлять собой значки логотипа или декоративные элементы, выполненные на сосудах. Согласно еще одному варианту применения, оптическими особенностями являются преломляющие дефекты на сосудах 3.
Согласно изобретению, из симметрии светящейся поверхности вокруг вертикальной оси Ζ симметрии, как правило, по существу совпадающей с осью S симметрии сосудов, вытекает, что для любого участка, освещающего одну сторону сосуда, диаметрально противоположно относительно оси Ζ и, в целом, относительно оси симметрии S находится другой участок светящейся поверхности, имеющий по существу идентичную яркость.
Это позволяет из заданной точки наблюдения Ρ и в данном направлении наблюдения X принимать одновременно свет, проходящий через сосуд от противоположного участка источника, или свет, исходящий от участка источника, находящегося с той же стороны, что и сосуд, и отраженный стенкой сосуда.
На фиг. 3 в плоскости сечения, содержащей ось Ζ симметрии источника 5 и направление наблюдения X, представлен принцип сбора световых лучей, обеспечивающий обнаружение оптических особенностей 2. Свойство света меняется между точками С и D участка источника, противоположного точке наблюдения Ρ относительно сосуда. В предпочтительном варианте, в котором источник имеет градиент светимости, светимость I между точками С и D меняется между предельными значениями Imin и Imax. Световой луч, исходящий от светящейся поверхности 6 в точке А, отклоняется оптической особенностью 2, обладающей способностью преломления. Этот световой луч, исходящий от точки А светящейся поверхности со светимостью, равной I1, попадает в объектив камеры 11. Световой луч, излучаемый осесимметричной светящейся поверхностью 6 в точке В, проходит в непосредственной близости от оптической особенности 2, не отклоняясь, попадает в объектив камер и достигает датчика камеры вблизи точки попадания луча, исходящего от точки А. Этот световой луч излучается осесимметричной светящейся поверхностью 6 со значением светимости, равной I2. Поскольку осесимметричная светящаяся поверхность 6 имеет градиент светимость вдоль образующей, проходящей через точку А и через точку В, значения светимости I1 и I2 отличаются друг от друга настолько же, насколько удалены друг от друга точки А и В, то есть значения светимости I1 и I2 отличаются друг от друга пропорционально отклонению, вызываемому оптической особенностью 2, поэтому на снимке в месте оптической особенности отмечается значительный контраст, который увеличивается соответственно преломляющей способности оптических особенностей. Связанные с камерой средства обработки выполнены с возможностью выявления этих контрастов и их анализа с целью распознавания или идентификации соответствующих им оптических особенностей. Следует отметить, что, если бы источник света не имел градиента светимости, то значения светимости I1 и I2 были бы равны, и в месте нахождения оптической особенности не было бы контраста, что не позволило бы ее обнаружить.
В случае, когда свойством света, меняющимся между С и D, является цвет источника, камера является цветной камерой. Согласно этому варианту выполнения, цвет света, излучаемого точками А и В, различается, и связанные с цветной камерой средства обработки выполнены с возможностью выявления контрастов или отклонений цвета. Под изменением цвета следует понимать воспринимаемое камерой 11 изменение спектрального состава обнаруживаемого света.
Согласно этому варианту выполнения, цвет меняется постепенно между точками С и D, например, от красного к синему. Этот результат можно получить, например, при использовании многоцветного фильтра или при использовании разноцветных светодиодов, располагаемых, направляемых и управляемых по напряжению, току и/или по продолжительности импульсов таким образом, чтобы воспринимаемый цвет менялся между точками С и D.
Согласно отличительному признаку изобретения, способ осуществляют посредством адаптации к коэффициенту пропускания сосудов 3. Так, считается, что сосуды 3 имеют высокий коэффициент пропускания, если при наблюдении в режиме отражения оптических особенностей 2 и наружной поверхности сосудов 3, освещаемых падающим светом, в изображении появляются паразитные пятна, создаваемые паразитными световыми лучами, которые распространяются без ослабления в стенке сосудов и мешают наблюдению оптических особенностей. Эти паразитные пятна могут, например, появляться в результате отражения источника света в сосуде, отражения источника света на внутренней поверхности сосуда, отражения на внутренней поверхности сосуда изображения наблюдаемых оптических особенностей и т.д.
На фиг. 6 показан участок стенки 3а сосуда 3, ограниченной внутренней поверхностью 3i и наружной поверхностью 3е. Для упрощения чертежа другая стенка сосуда, через которую проходят лучи F, не показана. Световые лучи, исходящие от участка CD светящейся поверхности и прошедшие через первую стенку, обозначены F, тогда как световые лучи, исходящие от симметрично противоположного участка C'D' светящейся поверхности, обозначены Е. В случае сосуда с высоким коэффициентом пропускания, световые лучи Ε (исходящие от участка C'D' светящейся поверхности), освещающие наружную поверхность 3е, приводят к появлению световых лучей Ее, отраженных наружной поверхностью 3е, и световых лучей Ei, отраженных внутренней поверхностью 3i. Учитывая высокий коэффициент пропускания сосуда, лучи Ei, отраженные внутренней поверхностью 3i, лишь в незначительной степени ослабляются материалом сосуда и могут, таким образом, образовать паразитные отражения с соответствующей световой энергией, которой нельзя пренебречь, по сравнению с световой энергией лучей Ее, отраженных наружной поверхностью 3е и содержащих информацию об оптических особенностях. Следовательно, в полученном изображении энергия, переносимая паразитными световыми лучами Ei, может помешать анализу световых лучей Ее и, следовательно, анализу возможной оптической особенности 2. В частности, учитывая высокий коэффициент пропускания сосуда, оптические особенности 2 наружной поверхности 3е отражаются на внутренней поверхности 3i, что может привести к раздвоению изображения, которое препятствует анализу оптических особенностей особенно в случае, когда световые лучи Ei, отраженные внутренней поверхностью 3i, смешиваются с лучами Ее, отраженными наружной поверхностью 3е и соответствующими оптической особенности 2. Вместе с тем, световые лучи Ft, прошедшие через сосуд 3 и представляющие собой лучи F, исходящие от участка CD светящейся поверхности 6, достигают точки наблюдения Р, будучи мало поглощенными или не поглощенными по причине высокого коэффициента пропускания сосуда. Поэтому отраженными световыми лучами Ее, Ei можно пренебречь с учетом яркости прошедших через сосуд световых лучей Ft, и изображение, полученное при помощи пропускаемого света, не имеет или имеет мало паразитных пятен.
Сосуды 3 с низким коэффициентом пропускания являются сосудами, в которых паразитные световые лучи поглощаются цветом материала и не могут помешать анализу оптических особенностей. Это происходит, когда паразитные отражения источника света поглощаются цветом материала и не могут помешать анализу оптических особенностей 2. Как показано на фиг. 7, учитывая низкий коэффициент пропускания сосуда, световые лучи Ε освещения, исходящие от участка C'D', ослабляются при прохождении через стенку 3а сосуда в достаточной степени, чтобы их световая энергия, остающаяся на уровне устройства 11 получения изображений, была слишком слабой и не могла привести к раздвоению оптической особенности 2 на снимке. (Лучи Ei, отраженные внутренней поверхностью 3i, имеют ничтожную яркость). Таким образом, устройство 11 получения изображений принимает только световые лучи Ее, отраженные наружной поверхностью 3е. Точно так же, лучи F, исходящие от участка CD светящейся поверхности, поглощаются стенками сосуда, учитывая низкий коэффициент пропускания сосуда. Поэтому, учитывая низкий коэффициент пропускания сосуда, лучи освещения, проникающие в материал, ослабляются во время прохождения через стенки сосуда в достаточной степени, чтобы их яркость была слишком слабой и не могла привести к раздвоению оптической особенности на снимке.
Разумеется, свойство сильного и слабого пропускания находится во взаимосвязи со спектральным составом рассматриваемого света и, следовательно, света, излучаемого источником 5 света.
В случае сосудов 3 с высоким коэффициентом пропускания устройство 11 получения изображений располагают и/или регулируют таким образом, чтобы получить снимок участка сосуда из точки наблюдения Р, в которую попадают световые пучки, исходящие от участка осесимметричной светящейся поверхности 6, диаметрально противоположного относительно сосуда 3, и проходящие через стенки сосуда в соответствии с законами преломления. Как наглядно показано на фиг. 4, где представлен вариант работы при пропускании, устройство 11 получения изображений позиционируют и/или регулируют таким образом, чтобы принимать световые пучки F, исходящие от осесимметричной светящейся поверхности 6 и прошедшие через сосуд 3, например, световые пучки, исходящие от точек А и В, расположенных между крайними точками С и D. Точка наблюдения Ρ находится диаметрально противоположно относительно сосуда 3 к части осесимметричной светящейся поверхности 6, излучающей свет, который наблюдают в направлении наблюдения X.
Согласно изобретению, учитывая осевую симметрию источника, противоположно участку С, D источника находится диаметрально противоположный светящийся участок C'D'. Как показано на фиг. 4, в точке наблюдения Ρ и в направлении наблюдения X можно также принимать световые лучи, исходящие из участка светящейся поверхности 6, находящегося с той же стороны, что и точка наблюдения Р, относительно оси симметрии, то есть участка C'D' источника, после их отражения от стенки изделия. Вместе с тем, лучи, исходящие из точек F', В' и отраженные от стенки сосуда, имеют ничтожный уровень энергии по сравнению с лучами, исходящими из точек А и В, которые проходят через сосуд.
В случае сосудов с низким коэффициентом пропускания устройство 11 получения изображений производит снимок участка сосуда 3 из точки наблюдения Ρ и в направлении наблюдения X, принимая световые пучки, исходящие от участка C'D' осесимметричной светящейся поверхности 6, находящегося с этой же стороны сосуда, и отраженные поверхностью сосуда в соответствии с законами зеркального отражения. Таким образом, как показано, в частности, на фиг. 5, где представлен вариант работы при отражении, устройство 11 получения изображений располагают и/или регулируют таким образом, чтобы принимать световые пучки, исходящие от осесимметричной светящейся поверхности 6 и отраженные сосудом 3. На фиг. 5 видно также, что свет, исходящий от участка CD, противоположного точке наблюдения Р, поглощается стеклом с низким коэффициентом пропускания.
Разумеется, точки наблюдения Ρ можно регулировать по высоте, и/или направления наблюдения X можно регулировать по углу относительно вертикальной оси Ζ симметрии в зависимости от размеров и, например, от диаметра наблюдаемой части сосуда 3 и в зависимости от варианта работы при пропускании или при отражении.
Устройство 1 в соответствии с изобретением позволяет наблюдать и анализировать оптические особенности при любой способности пропускания сосудов 3.
Согласно варианту выполнения, спектр излучения источника 5 света адаптируют таким образом, чтобы увеличивать или уменьшать и даже устранять энергию световых пучков, пропускаемых через стенки 3а сосуда. Действительно, поскольку свойство низкого и высокого коэффициентов пропускания находится во взаимосвязи со спектральным составом рассматриваемого света и, следовательно, света, излучаемого источником 5 света, можно повысить качество изображений в режиме работы при пропускании или при отражении, адаптируя спектр пропускания сосуда, чтобы увеличить или уменьшить и даже устранить энергию световых пучков, пропускаемых через стенки 3а сосуда. Разумеется, при этой адаптации необходимо также учитывать спектр чувствительности устройства 11 получения изображений. Согласно этому варианту, спектр излучения источника 5 света адаптируют, например, при помощи управляемых комбинаций разноцветных светодиодов. В режиме работы при пропускании спектр излучения источника 5 света адаптируют или регулируют таким образом, чтобы увеличить энергию пропускаемых световых пучков Ft, и эти пучки приобретают энергию, намного превышающую энергию отражаемых пучков Ее и Ei. В режиме работы при отражении спектр излучения источника 5 света адаптируют или регулируют таким образом, чтобы уменьшить и даже исключить энергию пропускаемых световых пучков Ft и Ei, и эти пучки имеют, таким образом, ничтожную энергию по сравнению с отражаемыми пучками Ее.
Согласно варианту выполнения, устройство 1 обеспечивает получение нескольких снимков участка сосуда 3, который может содержать оптические особенности 2, вдоль разных осей наблюдения X, распределенных вокруг вертикальной оси Ζ сосуда 3, но предпочтительно сходящихся в Ζ, с целью обеспечения полного и даже избыточного анализа периферии сосуда. Эти снимки получают при помощи комбинации камер 11 и/или оптических систем. В примере, представленном на фиг. 1 и 2, устройство 1 содержит десять камер, распределенных вокруг осесимметричной светящейся поверхности 6, не мешая перемещению сосудов 3. Например, число камер 11 меньше или равно числу точек наблюдения Ρ и направлений наблюдения X.
Необходимо отметить, что положение камер 11 может соответствовать или не соответствовать положению точки наблюдения Р. Согласно некоторым вариантам конфигурации, оптические отклоняющие системы позволяют располагать камеры в месте, отличном от точки наблюдения Р. Предпочтительно оптические отклоняющие системы можно регулировать таким образом, чтобы корректировать ориентацию осей наблюдения X или положение точек наблюдения Р. Оптические отклоняющие системы могут быть системами любого типа, например, комбинациями зеркал и/или призм. Эти устройства позволяют также, в случае необходимости, использовать меньшее число камер 11, чем точек наблюдения Ρ и направлений наблюдения X.
Для анализа оптических особенностей 2, находящихся на горлышке сосудов 3 предпочтительно оси наблюдения X ориентируют снизу вверх либо посредством регулирования камер 11, либо используя оптические отклоняющие системы, получая угол, например, составляющий от 3° до 10° относительно горизонтали. Согласно предпочтительному признаку, источник света 5 располагают над плоскостью, которая пересекает оптическую особенность 2, тогда как точки наблюдения Ρ находятся под этой плоскостью.
В представленных выше примерах выполнения одновременно освещают всю осесимметричную светящуюся поверхность 6. Следует отметить, что осесимметричную светящуюся поверхность 6 можно разложить на угловые сектора, которые можно выборочно включать или отключать. Таким образом, можно включать раздельно и последовательно различные угловые участки осесимметричной светящейся поверхности 6 и одновременно синхронно производить съемки из точек наблюдения, расположенных противоположно или с одной и той же стороны указанных угловых участков. Источником 5 света можно управлять при помощи любых соответствующих средств по уровню света и/или по продолжительности включения.
Устройство 1 в соответствии с изобретением позволяет осуществлять способ наблюдения и анализа оптических особенностей 2, находящихся на поверхности или в стенке сосуда 3.
Согласно варианту осуществления, сосуд 3 можно приводить во вращение, чтобы располагать его перед одной или несколькими камерами.
1
2
Согласно предпочтительному варианту осуществления способа, перемещение сосудов обеспечивают без вращения этих сосудов вокруг их оси симметрии S в моментальном направлении поступательного движения, перпендикулярного и по существу пересекающего вертикальную ось Ζ осесимметричной светящейся поверхности 6. Согласно этому предпочтительному варианту, в осесимметричной светящейся поверхности выполнены проходы 6, 6 для части сосудов, что обеспечивает движение сосудов по определенной траектории.
В частности, устройство 1 в соответствии с изобретением, содержащее несколько точек наблюдения Ρ, распределенных вокруг сосуда с направлениями наблюдения X снизу вверх, сходящимися с вертикальной осью Ζ и направленными в сторону горлышка сосудов, осесимметричную светящуюся поверхность 6 с вертикальной осью Ζ, характеризующуюся монотонным изменением свойства света вдоль образующей, измеряемым при помощи систем 11 получения изображений, выполнено с возможностью работы без изменения в режимах при отражении и/или пропускании в зависимости от сосудов, считывания малоконтрастных кодов Datamatrix, полученных посредством лазерной маркировки горлышка сосудов, причем на единственном посту контроля сосудов с линейным перемещением.
Изобретение не ограничивается описанными примерами, и в него можно вносить различные изменения, не выходя за рамки его объема.