СПОСОБ, УСТРОЙСТВО И ЛИНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ГЕОМЕТРИИ КОЛЬЦЕВОЙ ПОВЕРХНОСТИ КОНТЕЙНЕРА
METHOD, DEVICE AND TECHNICAL CONTROL LINE FOR DETERMINATION OF THREE-DIMENSIONAL GEOMETRY OF CONTAINER ANNULAR SURFACE

Настоящее изобретение относится к области технического контроля контейнеров, в частности, контейнеров, изготовленных из стекла, и еще более конкретно, к контролю ровности кольцевой поверхности таких контейнеров.
Эта кольцевая поверхность представляет собой верхнюю поверхность или верхнюю кромку контейнера. Будучи кольцевой формы относительно теоретической центральной оси кольца, эта кольцевая поверхность является более или менее толстой в радиальном направлении относительно теоретической центральной оси. В теории эта поверхность является планарной в плоскости, перпендикулярной теоретической центральной оси, в том смысле, что она имеет по меньшей мере одну непрерывную линию контакта с этой плоскостью, которая (линия) проходит на все 360 градусов вокруг указанной теоретической оси и которая является идеально круглой. Тогда как поверхность является планарной в описанном выше смысле, ее профиль в сечениях радиальной плоскостью, содержащей указанную теоретическую центральную ось, может иметь различные формы: профиль может быть плоским, скругленным, может иметь перевернутую V–образную форму и т.п.
Во многих приложениях кольцевая поверхность является той поверхностью, которая должна входить в контакт с уплотнением крышки или колпачка. Если эта кольцевая поверхность не является планарной, после закупорки контейнера возможны утечки. Поэтому важно знать величину неровности этой кольцевой поверхности. Эту неровность можно анализировать в данной конкретной точке кольцевой поверхности, как разность высот, понимаемую в настоящем тексте как разность между позициями, в направлении, параллельном теоретической центральной оси кольца контейнера, между данной конкретной точкой фактической кольцевой поверхности контейнера и соответствующей точкой теоретической кольцевой поверхности. Эти две точки согласованы в том, что в системе цилиндрических координат, центрированной на теоретической центральной оси, соответствующие точки имеют одинаковую угловую координату и принадлежат – одна фактической кольцевой поверхности, а другая теоретической кольцевой поверхности. Эта теоретическая поверхность является, поэтому, планарной относительно референсной плоскости, перпендикулярной теоретической центральной оси. Эта референсная плоскость может быть связана с рассматриваемым контейнером и может, например, соответствовать высоте самой высокой точки фактической кольцевой поверхности, высоте самой нижней точке этой фактической кольцевой поверхности, средней высоте кольцевой поверхности по всей ее угловой протяженности и т.п. Эта референсная плоскость может быть также определена независимо от контейнера со ссылкой, например, на прибор для визуального наблюдения, контрольный или измерительный прибор.
Неровности кольцевой поверхности часто подразделяют по меньшей мере на два типа. Дефекты типа «впадина» связаны с проблемами заполнения кольцевой литьевой формы расплавленным стеклом во время изготовления. Эти дефекты характеризуются отклонениями высоты, протяженными в пределах небольшого угла вокруг теоретической центральной оси. Дефекты «седлообразного» типа обычно характеризуются менее значительными отклонениями высоты, протяженными в пределах большего угла вокруг теоретической центральной оси, однако, тем не менее, это весьма неприятные дефекты, часто возникающие из-за усадки материала, из-за проблем при извлечении готовых изделий из литьевой формы или из-за термических проблем при изготовлении.
Рассматриваемая кольцевая поверхность может также иметь геометрические дефекты. Она может иметь, например, характеристическую плоскость, наклоненную относительно тела изделия или относительно дна изделия. Характеристическая плоскость кольцевой поверхности может представлять собой среднюю плоскость или геометрическую плоскость на основе кольца. Считается, что кольцо наклонено, если его характеристическая плоскость непараллельна плоскости для установки или не является ортогональной относительно оси симметрии изделия, когда угол отклонения от строгой ортогональности превышает заданную пороговую величину.
Рассматриваемая кольцевая поверхность, и, обычно, все кольцо, может иметь дефект правильной круглой формы, например, овализацию, иначе говоря, кольцевая поверхность на взгляде сверху, либо планарное сечение кольца горизонтальной плоскостью, не является ни круглой, ни кольцевой. Например, форма кольца может быть овальной, либо эта форма может иметь нарушения.
В настоящее время такую неровность определяют главным образом посредством системы, называемой «колокол», путем обнаружения утечек газа. Остаточную утечку измеряют, когда к кольцу прижата планарная металлическая поверхность. Недостаток этого способа состоит в том, что такой способ контроля не предлагает никакого элемента, который позволил бы оценить протяженность дефекта, поскольку такие элементы способны дать только двоичную индикацию (утечка/нет утечки), обозначающую ровность или неровность поверхности. Такая система требует механических средств для перемещения контейнера относительно устройства, которые (средства) не только являются дорогостоящими, но также значительно замедляют работу линии технического контроля: подъем и опускание колокола, временная фиксация изделия в неподвижном состоянии под колоколом, и т.п. В дополнение к этому, существует реальный интерес в том, чтобы исключить любой контакт с кольцом изделия с целью избежать рисков разрушения или загрязнения.
Согласно патенту США US–6.903.814 B1, планируется измерять высоту кольца в 4 точках, отстоящих одна от другой на 90 градусов, посредством 4 лазерных триангуляционных датчиков расстояния, адаптированных для зеркального отражения. Изделие поворачивают и положение одной из точек относительно плоскости, проходящей через 3 другие точки, сравнивают на каждом шаге поворота. Возможны несколько альтернативных способов вычислений, однако недостатки этой системы состоят, с одной стороны, в дороговизне использования манипуляционного оборудования для поворота, а с другой стороны в затруднениях полного отделения эффектов от дефектов вращения от эффектов от неровности, несмотря на сверточные вычисления.
Известны также видеосистемы, в которых осуществляют наблюдение по меньшей мере двух видов – под большим углом и под малым углом. Источники рассеянного света, расположенные напротив видеокамер относительно изделий, освещают изделие, которое нужно контролировать, в движении. Недостаток этой системы состоит в том, что в ней требуются по меньшей мере две видеокамеры и два источника света и, возможно, два телецентрических оптических прибора, а также их держатели и органы управления. Такая установка является дорогостоящей и требует длинных оптических трактов, что приводит к значительным габаритам.
Для преодоления этих недостатков было предложено использовать, как описано выше, видеокамеры, уже используемые для осуществления других способов контроля контейнеров, например, в случае прозрачных стеклянных бутылок, контроль аспектов плеча бутылки. Однако это требует выбора позиций для контрольного устройства, который может представлять собой только компромисс между настройками для обнаружения дефектов в области плеча бутылки и настройками для определения геометрических дефектов кольцевой поверхности. Эти компромиссы не являются удовлетворительными ни для измерений, на которые первоначально нацелены эти видеокамеры, ни для измерений ровности, которые хотелось бы проводить с помощью этих видеокамер.
Путем умножения числа углов взгляда, в частности, путем комбинирования подобных видов под разными большими или малыми углами, можно также измерить трехмерные (3D) участки кольца и затем собрать результаты этих измерений для реконструкции полной геометрии кольцевой поверхности расчетным путем. Этот подход использует сбор нескольких оптических изображений. Эти оптические изображения затем комбинируют по принципу два на два посредством алгоритмов для согласования точек в парах, на основе чего вычисляют фактические позиции точек в трехмерных (3D) координатах посредством триангуляции. Эта технология стереовидения использует сложные алгоритмы. Здесь необходимо иметь несколько пар стереоскопических видов, для чего требуется, например, иметь 4 или 6 видеокамер. Эти системы могут быть точными, однако они являются очень дорогостоящими и очень громоздкими. Из-за наличия многочисленных значимых параметров, точность не сохраняется во время работы в течение продолжительного времени.
Документ US–6.172.748 описывает устройство, содержащее несколько раздельных источников света, которые освещают кольцо снизу, иными словами из точки, расположенной под плоскостью, перпендикулярной оси кольца и касательной к кольцевой поверхности. Устройство содержит несколько раздельных зеркал, каждое из которых создает изображение только одного углового сектора кольца. Дополнительная видеокамера снимает вид кольцевой поверхности сверху. Даже если боковые изображения накладываются одно на другое, имеют место азимутальные угловые разрывы между этими изображениями, поскольку в возможном пункте наложения двух таких изображений имеет место видимый разрыв между накладывающимися точками в каждом изображении. Это делает необходимой компьютерную реконструкцию изображений, для чего требуются сложные алгоритмы, создающие риск потери точности измерений.
Документ WO–2016/059343 автора настоящей заявки описывает инновационный способ визуального наблюдения ровности кольцевой поверхности и соответствующее устройство. Способы и устройства, описываемые в этом документе, являются особенно релевантными, но могут быть чувствительными, в частности, к смещению относительно центра или к неконтролируемому наклону кольцевой поверхности.
Документ WO–2008/050067 автора настоящей заявки описывает устройство, позволяющее наблюдать область контейнера, которую нужно проверить, с нескольких разных углов зрения.
Целью настоящего изобретения, поэтому, является предложение способа и устройства для определения трехмерной геометрии кольцевой поверхности, в частности, для определения присутствия возможных неровностей, которые (способ и устройство) оставались бы простыми в реализации, но при этом их результаты были бы менее подвержены влияния смещения относительно центра или неконтролируемого наклона кольцевой поверхности относительно оси установки.
Кроме того, настоящее изобретение предлагает конкретный способ определения трехмерной геометрии фактической кольцевой поверхности контейнера, эта кольцевая поверхность имеет теоретическую планарную и кольцевую или круглую геометрию вокруг теоретической центральной оси, способ содержит:
- освещение фактической кольцевой поверхности контейнера, сверху, с использованием первого периферийного падающего светового пучка, содержащего первые падающие радиальные световые лучи, находящиеся в радиальных плоскостях, содержащих теоретическую центральную ось, и распределенных по всей окружности 360 градусов вокруг оси установки, эти первые падающие радиальные световые лучи направлены к теоретической центральной оси, и некоторые из первых падающих радиальных световых лучей из состава первого падающего светового пучка, зеркально отражаются кольцевой поверхностью в форме отраженных лучей;
- формирование, с использованием отраженных лучей и посредством первой оптической системы, первого планарного оптического изображения кольцевой поверхности контейнера на первом двумерном фотоэлектрическом формирователе сигналов изображения (в дальнейшем здесь для краткости именуется просто «датчик»), способном передавать первое полное цифровое изображение;
согласно этому способу, этап формирования первого планарного оптического изображения содержит наблюдение кольцевой поверхности, сверху, посредством первой оптической системы, в соответствии с первым периферийным наблюдательным полем, которое осуществляет наблюдение кольцевой поверхности в соответствии с первыми радиальными наблюдательными лучами, проходящими в составе радиальных плоскостей, содержащих теоретическую центральную ось и распределенных по всему углу 360 градусов вокруг этой теоретической центральной оси, первое периферийное наблюдательное поле имеет первый наблюдательный угол возвышения, какой в некоторых случаях будет не больше 45 градусов, иногда меньше 25 градусов, относительно плоскости, перпендикулярной теоретической центральной оси, чтобы собрать на первом двумерном фотоэлектрическом датчике, в первой кольцевой области датчика, лучи, отраженные для создания первого двумерного цифрового изображения в первой области первого полного цифрового изображения, поступающего от первого датчика.
Способ отличается тем, что он содержит:
- формирование, посредством второй оптической системы, второго планарного оптического изображения кольцевой поверхности контейнера, отдельного от первого планарного изображения, на втором двумерном фотоэлектрическом датчике, способном передавать второе полное цифровое изображение, в результате наблюдения кольцевой поверхности, сверху, посредством второй оптической системы, в соответствии со вторым периферийным наблюдательным полем, симметричным относительно вращения вокруг теоретической центральной оси, эта вторая система получает изображение кольца в соответствии со вторыми радиальными наблюдательными лучами, проходящими в составе радиальных плоскостей, содержащих теоретическую центральную ось и распределенных по всему углу 360 градусов вокруг этой теоретической центральной оси, второе периферийное наблюдательное поле имеет второй наблюдательный угол возвышения относительно плоскости, перпендикулярной теоретической центральной оси, отличный от первого наблюдательного угла возвышения, чтобы собрать на двумерном фотоэлектрическом датчике, во второй кольцевой области датчика, отраженные лучи для создания второго двумерного цифрового изображения кольцевой поверхности во второй области второго полного цифрового изображения, поступающего от второго датчика;
- и тем, что этот способ содержит определение, для N анализируемых направлений, исходящих из базовой точки («начала координат») рассматриваемого цифрового изображения и смещенных по углу одно от другого вокруг базовой точки:
• первой точки изображения на первом двумерном цифровом изображении кольцевой поверхности, в анализируемом направлении, и первой величины, представляющей расстояние от этой первой точки изображения до базовой точки на первом цифровом изображении;
• второй точки изображения на втором двумерном цифровом изображении кольцевой поверхности, в анализируемом направлении, и второй величины, представляющей расстояние от этой второй точки изображения до базовой точки на втором цифровом изображении;
- и тем, что этот способ формирует, для N анализируемых направлений, посредством геометрического соотношения, использующего N первых величин, N вторых величин, первый наблюдательный угол возвышения и второй наблюдательный угол возвышения, по меньшей мере одну величину, представляющую осевое положение, в направлении теоретической центральной оси, для каждой из N точек фактической кольцевой поверхности, изображениями которых, полученными посредством первой оптической системы и второй оптической системы, являются соответственно N первых точек изображения и N вторых точек изображения.
Согласно другим являющимся опциями характеристикам способа, применяемыми поодиночке или в сочетании:
- Способ может далее содержать:
• одновременное наблюдение кольцевой поверхности посредством первой оптической системы, в соответствии с первым периферийным наблюдательным полем, и посредством второй оптической системы, в соответствии со вторым периферийным наблюдательным полем;
• одновременное формирование, на основе отраженных лучей, собранных в соответствии с первым и вторым периферийными наблюдательными полями, посредством первой и второй оптических систем, первого и второго двумерных изображений кольцевой поверхности одновременно и в первой области изображения, соответствующей наблюдению в первом периферийном наблюдательном поле, и во второй области изображения, соответствующей наблюдению во втором периферийном наблюдательном поле.
- Первая оптическая система может содержать первую первичную отражательную поверхность, а вторая оптическая система может содержать вторую первичную отражательную поверхность, эти две первичные отражательные поверхности, представляющие собой поверхности вращения в форме усеченного конуса, каждую из которых генерируют посредством вращения отрезка образующей прямой линии вокруг теоретической центральной оси, где эти поверхности повернуты к теоретической центральной оси, так что эти отражательные поверхности прямо или непрямо отражают световые лучи, падающие от фактической кольцевой поверхности под соответствующим наблюдательным углом возвышения, в направлении ассоциированного датчика.
- Процедура формирования первого и второго планарных оптических изображений может содержать, для каждого из планарных изображений, оптическое формирование полного и непрерывного двумерного изображения фактической кольцевой поверхности.
- Первый периферийный падающий световой пучок может содержать, в той же самой радиальной плоскости, непараллельные падающие радиальные световые лучи.
- Первый падающий пучок может освещать кольцевую поверхность таким образом, что в точке отражения первого падающего луча, который после отражения от фактической кольцевой поверхности оказывается видим первым датчиком в соответствии с первым периферийным наблюдательным полем, нормаль к кольцевой поверхности образует угол меньше 30 градусов с направлением теоретической центральной оси.
- Второй падающий пучок может освещать кольцевую поверхность таким образом, что в точке отражения второго падающего луча, который после отражения от фактической кольцевой поверхности оказывается видимым вторым датчиком в соответствии со вторым периферийным наблюдательным полем, нормаль к кольцевой поверхности образует угол меньше 30 градусов с направлением теоретической центральной оси.
- Разница между указанными двумя наблюдательными углами возвышения может быть не больше 20 градусов.
- В качестве альтернативы, второй наблюдательный угол возвышения может быть больше 65 градусов или даже не меньше 75 градусов.
- Для N направлений Di, способ может сформировать, для каждого направления, посредством соотношения геометрической триангуляции с использованием расстояния от указанной первой точки изображения до базовой точки в составе первого двумерного цифрового изображения, расстояния от второй точки изображения до базовой точки в составе второго двумерного цифрового изображения, первого наблюдательного угла возвышения и второго наблюдательного угла возвышения, по меньшей мере одну величину, представляющую осевой сдвиг, в направлении теоретической центральной оси, между фактической кольцевой поверхностью и теоретической кольцевой поверхностью.
- Для N направлений Di:
• указанная первая величина, представляющая расстояние от указанной первой точки изображения до базовой точки в составе первого двумерного цифрового изображения, может быть величиной первого радиального сдвига изображения между прямой линией, представляющей первое изображение кольцевой поверхности, и теоретической прямой линией, представляющей изображение теоретической кольцевой поверхности в составе первого изображения;
• указанная вторая величина, представляющая расстояние от указанной второй точки изображения до базовой точки в составе второго двумерного цифрового изображения, может быть величиной второго радиального сдвига изображения между прямой линией, представляющей первое изображение кольцевой поверхности, и теоретической прямой линией, представляющей изображение теоретической кольцевой поверхности в составе второго изображения;
• и этот способ может далее сформировать, для каждого направления, посредством соотношения геометрической триангуляции с использованием первого радиального сдвига, второго радиального сдвига, первого наблюдательного угла возвышения и второго наблюдательного угла возвышения, по меньшей мере одну величину, представляющую осевой сдвиг в направлении теоретической центральной оси, между фактической кольцевой поверхностью и теоретической кольцевой поверхностью.
- Линия, представляющая изображение кольцевой поверхности может быть изображением отражения соответствующего падающего пучка от кольцевой поверхности, сформированным посредством соответствующей оптической системы на ассоциированном датчике.
- Первый и второй двумерные фотоэлектрические датчики могут быть объединены в одном и том же двумерном фотоэлектрическом датчике, передающем общее полное цифровое изображение, при этом указанные первая область изображения и вторая область изображения отделены одна от другой в общем полном цифровом изображении.
Настоящее изобретение относится также к устройству для определения трехмерной геометрии фактической кольцевой поверхности контейнера, эта кольцевая поверхность имеет теоретическую планарную и кольцевую или круговую геометрию относительно теоретической центральной оси, предлагаемое устройство имеет область установки, эта область установки имеет ось установки, устройство содержит:
- первую осветительную систему, имеющую первый источник света, осью которого является ось установки, диаметр которого больше диаметра кольцевой поверхности и который способен создать первый периферийный падающий световой пучок, содержащий первые падающие радиальные световые лучи, проходящие в радиальных плоскостях, содержащих ось установки и распределенных в пределах угла 360 градусов вокруг оси установки, эти первые падающие радиальные световые лучи направлены к оси установки;
- первый двумерный фотоэлектрический датчик, соединенный с модулем анализа изображения;
- первую оптическую систему, расположенную между областью для установки и первым датчиком и способную сформировать на поверхности датчика первое изображение кольцевой поверхности контейнера, помещенного в область для установки;
здесь первая оптическая система содержит по меньшей мере первую первичную отражательную поверхность, расположенную во «входной» части поля зрения первого датчика, эта первая первичная отражательная поверхность представляет собой поверхность вращения в форме усеченного конуса, генерируемую посредством вращения отрезка образующей прямой линии вокруг оси установки, так что эта поверхность повернута к оси установки, и расположенную так, чтобы отражать, прямо или непрямо, в направлении первого датчика первые световые лучи, приходящие из области для установки, в соответствии с радиальными плоскостями, содержащими ось установки, и в соответствии с первым периферийным наблюдательным полем, имеющим первый наблюдательный угол возвышения относительно плоскости, перпендикулярной оси установки, определяя, таким образом, первое периферийное наблюдательное поле, осуществляющее наблюдение кольцевой поверхности в соответствии с первыми радиальными наблюдательными лучами, проходящими в радиальных плоскостях, содержащих ось установки и распределенных в пределах угла 360 градусов вокруг теоретической центральной оси, и это поле образует с плоскостью, перпендикулярной оси установки, первый наблюдательный угол возвышения, какой в некоторых случаях не больше угла 45 градусов, а иногда – меньше 25 градусов;
и в этом устройстве первая осветительная система, первый датчик и первая оптическая система расположены над областью для установки;
устройство отличается тем, что
- это устройство содержит вторую оптическую систему, расположенную между областью для установки и вторым двумерным фотоэлектрическим датчиком и способную формировать на датчике второе изображение кольцевой поверхности контейнера, помещенного в область для установки;
- и тем, что второй датчик и вторая оптическая система расположены над областью для установки;
- и тем, что вторая оптическая система конфигурирована для передачи, прямо или непрямо, в направлении второго датчика, вторых световых лучей, приходящих из области для установки в соответствии с радиальными плоскостями, содержащими ось установки, и в соответствии со вторым периферийным наблюдательным полем, имеющим второй наблюдательный угол возвышения относительно плоскости, перпендикулярной оси установки, таким образом, определяя второе периферийное наблюдательное поле, осуществляющее наблюдение кольцевой поверхности в соответствии со вторыми радиальными наблюдательными лучами, проходящими в радиальных плоскостях, содержащих ось установки и распределенных в пределах угла 360 градусов вокруг теоретической центральной оси, и это поле образует с плоскостью, перпендикулярной оси установки, второй наблюдательный угол возвышения, так что этот второй наблюдательный угол возвышения отличается от первого наблюдательного угла возвышения;
- указанные первая оптическая система и вторая оптическая система определяют для первого датчика и для второго датчика соответственно первую «входную» часть поля зрения и вторую «входную» часть поля зрения, которые накладываются одна на другую в области установки, образуя используемый контролируемый объем в области установки, который является объемом вращения вокруг оси установки, таким что любая точка объекта, помещенного в используемый контролируемый объем и освещаемого по меньшей мере первым источником света, отображается первой точкой изображения в первом изображении, сформированном первой оптической системой на первом датчике, и также отображается второй точкой изображения во втором изображении, сформированном второй оптической системой на втором датчике.
Согласно другой характеристике устройства, взятой отдельно или в сочетании:
- в первой «входной» части поля зрения, определяемой первой оптической системой для первого датчика, первые радиальные наблюдательные лучи, определяемые первой оптической системой, могут быть, после выхода из используемого контролируемого объема, центростремительными, т.е. направленными к оси установки, после этого они могут пересечь ось установки, чтобы стать центробежными, т.е. уходящими прочь от оси установки по направлению к первой оптической системе.
- Это устройство может формировать два полных раздельных и непрерывных оптических изображения фактической кольцевой поверхности на ассоциированном двумерном фотоэлектрическом датчике.
- Первая первичная отражательная поверхность может непрямо отражать световые лучи в направлении датчика, а устройство может в этом случае содержать, расположенную между первой первичной отражательной поверхностью и первым датчиком, по меньшей мере одну вторичную отражательную поверхность.
- Вторая оптическая система может содержать по меньшей мере одну вторую первичную отражательную поверхность в «выходной» части поля зрения второго датчика, при этом вторая первичная отражательная поверхность представляет собой поверхность вращения в форме усеченного конуса, генерируемую посредством вращения отрезка прямой линии вокруг оси установки, так что эта поверхность обращена к оси установки, и расположена так, чтобы отражать прямо или непрямо в направлении датчика световые лучи, приходящие из области для установки в соответствии с радиальными плоскостями, содержащими ось установки, и в соответствии со вторым периферийным наблюдательным полем, имеющим второй наблюдательный угол возвышения относительно плоскости, перпендикулярной оси установки.
- Первая первичная отражательная поверхность и вторая первичная отражательная поверхность могут непрямо отражать световые лучи в направлении датчика, а также устройство может содержать расположенную между первой первичной отражательной поверхностью и второй первичной отражательной поверхностью с одной стороны и общим датчиком с другой стороны по меньшей мере вторичную отражательную поверхность вращения вокруг оси установки.
- Эти первая первичная отражательная поверхность и вторая первичная отражательная поверхность могут каждая представлять собой поверхность вращения в форме усеченного конуса, повернутую к оси установки и имеющую малый диаметр и большой диаметр – оба больше наибольшего диаметра теоретической кольцевой поверхности, чтобы возвращать в направлении оси установки световые лучи, приходящие от фактической кольцевой поверхности под соответствующим наблюдательным углом возвышения, эти лучи перехватывает возвращающая отражательная поверхность, представляющая собой поверхность вращения в форме усеченного конуса, повернутую прочь от оси установки, чтобы возвращать лучи в направлении ассоциированного датчика.
- Траектория лучей между двумя первичными отражательными поверхностями и возвращающей отражательной поверхностью может быть перпендикулярной оси установки.
- Первая первичная отражательная поверхность и вторая первичная отражательная поверхность могут каждая представлять собой вогнутую поверхность в форме усеченного конуса, имеющую половину угла при вершине, равную половине наблюдательного угла возвышения и имеющую малый диаметр и большой диаметр – оба больше наименьшего диаметра теоретической кольцевой поверхности.
- Разность между двумя наблюдательными углами возвышения может быть меньше 20 градусов.
- Во второй «входной» части поля зрения, определяемой второй оптической системой для второго датчика, вторые радиальные наблюдательные лучи, определяемые второй оптической системой, после выхода из используемого контролируемого объема, распространяются центростремительно в направлении к оси установки, затем пересекают ось установки и становятся центробежными, распространяясь в направлении второй оптической системы.
- Вторая первичная отражательная поверхность может прямо отражать световые лучи в направлении второго датчика без участия вторичной отражательной поверхности вращения.
- Во второй «входной» части поля зрения, определяемой второй оптической системой для второго датчика, вторые радиальные наблюдательные лучи, определяемые второй оптической системой, могут быть, после выхода из используемого контролируемого объема, центробежными, распространяясь в направлении второй первичной отражательной поверхности.
- Во второй «входной» части поля зрения, определяемой второй оптической системой для второго датчика, вторые радиальные наблюдательные лучи, определяемые второй оптической системой, могут быть, после выхода из используемого контролируемого объема, параллельными оси установки или центростремительными, распространяясь в направлении оси установки без пересечения этой оси установки, чтобы распространяться в направлении прочь от оси установки после выхода из используемого контролируемого объема в направлении второй оптической системы.
- Вторая оптическая система может не иметь никаких отражательных поверхностей вращения.
- Второй наблюдательный угол возвышения может быть больше 65 градусов, предпочтительно не меньше 75 градусов.
- Первая оптическая система может представлять собой телецентрическую оптическую систему.
- Вторая оптическая система может представлять собой телецентрическую оптическую систему.
- Первый и второй двумерные фотоэлектрические датчики могут быть объединены в одном и том же общем двумерном фотоэлектрическом датчике, указанные первая первичная отражательная поверхность и вторая первичная отражательная поверхность располагаются в раздельных участках «выходного» поля зрения датчика.
- Первый источник света может представлять собой кольцевой источник света в виде тела вращения вокруг оси установки.
Настоящее изобретение относится также к линии технического контроля контейнеров, имеющих кольцевую поверхность, в которой контейнеры движутся на конвейерной линии, транспортирующей контейнеры в горизонтальном направлении перпендикулярно теоретической центральной оси контейнеров, в результате чего кольцевая поверхность каждого такого контейнера обращена вверх и лежит в горизонтальной плоскости, эта линия контроля отличается тем, что это оборудование содержит устройство, имеющее какую-либо одну из приведенных выше характеристик, это устройство расположено в оборудовании так, что его ось установки находится в вертикальном положении, так что наблюдательные поля и падающие световые пучки обращены вниз, к области для установки, расположенной между устройством и транспортным элементом конвейера.
В такой линии технического контроля конвейер может приводить контейнеры в такое положение, чтобы теоретическая центральная ось контейнера совпала с осью установки, и во время такого совпадения может быть посредством этого устройства получено по меньшей мере одно изображение без контакта устройства с контейнером.
Разнообразные другие характеристики станут ясны из приведенного ниже описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показаны, на неисчерпывающих примерах, варианты объекта настоящего изобретения.
Фиг. 1A представляет осевое сечение первого варианта устройства согласно настоящему изобретению.
Фиг. 1B представляет схему вида в перспективе некоторых элементов первого варианта, показанного на фиг. 1A.
Фиг. 1C представляет увеличенный вид схемы осевого разреза, иллюстрирующей поле зрение для первого варианта, показанного на фиг. 1A.
Фиг. 1D представляет схему изображения, полученного посредством устройства, показанного на фиг. 1A.
Фиг. 2 представляет схему увеличенного осевого сечения, иллюстрирующую один из вариантов осветительной системы.
Фиг. 3, 4 и 5 представляют виды, аналогичные виду, показанному на фиг. 1, и иллюстрирующие другие варианты устройства согласно настоящему изобретению.
Фиг. 6 иллюстрирует линию технического контроля согласно настоящему изобретению.
Фиг. 7A и 7B представляют виды, иллюстрирующие варианты настоящего изобретения, в которых ни один из двух наблюдательных углов возвышения не меньше 25 градусов. В примере, показанном на фиг. 7A, первый наблюдательный угол возвышения не больше 45 градусов, а второй наблюдательный угол возвышения больше 45 градусов. В примере, показанном на фиг. 7B, и первый, и второй наблюдательные углы возвышения больше 45 градусов.
Фиг. 1A, 3, 4, 5, 7A и 7B иллюстрируют, в разрезах через радиальную плоскость Pri, как демонстрирует фиг. 1B, различные варианты устройства для определения трехмерной геометрии фактической кольцевой поверхности контейнера, каждое из этих устройств позволяет осуществлять способ согласно настоящему изобретению. Эти чертежи иллюстрируют только верхнюю часть кольца 12 контейнера 14. Контейнер 14 определен как полый сосуд, ограничивающий внутренний объем, закрытый по всей периферии объема за исключением верхнего кольца 12, открытого на одном конце.
Для удобства и только в качестве произвольного определения, здесь будет действительно считаться, что контейнер имеет теоретическую центральную ось A1, определяемую как теоретическая центральная ось кольца 12 этого контейнера. Далее будет также произвольно принято, что это кольцо находится на верхнем конце контейнера. Таким образом, в настоящем тексте обозначения высокий, низкий, верхний и нижний имеют относительные значения, соответствующие ориентации устройства 10 и контейнера 14, как они представлены на чертежах. Однако следует понимать, что настоящее изобретение может быть реализовано в любой абсолютной ориентации в пространстве, до тех пор, пока различные компоненты имеют одинаковое относительное расположение.
Кольцо 12 контейнера является цилиндрическим и представляет собой тело вращения вокруг оси A1. Корпус контейнера здесь не показан, однако он тоже может быть или не быть телом вращения. Кольцо 12 соединено с остальной частью корпуса контейнера через свой нижний конец (не показан), тогда как другой, свободный конец кольца, именуемый по произвольному выбору верхним концом в контексте настоящего описания, оканчивается кольцевой поверхностью 16.
Эта кольцевая поверхность 16 теоретически является планарной и параллельной плоскости, перпендикулярной оси A1, в том смысле, что эта поверхность имеет по меньшей мере одну непрерывную линию контакта, охватывающую все 360 градусов вокруг теоретической центральной оси с такой плоскостью? и является круглым или кольцевым в этой плоскости. В настоящем тексте, будут различаться фактическая кольцевая поверхность контейнера с одной стороны и теоретическая кольцевая поверхность с другой стороны. Эта теоретическая кольцевая поверхность, поэтому представляет собой планарную поверхность или планарный круг в референсной плоскости, перпендикулярной теоретической центральной оси A1. Эта референсная плоскость может быть определена как «привязанная» к рассматриваемому контейнеру, как референсная плоскость PRef на фиг. 1A, касательная к некой точке фактической кольцевой поверхности 16, например, к наивысшей точке в направлении вдоль теоретической центральной оси A1. В альтернативных вариантах, эта референсная плоскость может быть, например, расположена на высоте самой нижней точки фактической кольцевой поверхности, на средней высоте кольцевой поверхности по всей ее угловой протяженности и т.п. Референсная плоскость может быть также определена независимо от контейнера, с привязкой, например, к одному из элементов устройства 10, например, к нижней поверхности корпуса устройства 10. Эта референсная плоскость может, таким образом, быть референсной плоскостью P'ref для оборудования, перпендикулярной оси установки, как определено ниже.
Процедура определения трехмерной геометрии кольцевой поверхности может, например, содержать количественное определение величины расстояния, в направлении вдоль теоретической центральной оси A1, между выбранной точкой Ti фактической кольцевой поверхности и соответствующей точкой Tti теоретической кольцевой поверхности. Эти две точки согласованы в том, что в цилиндрической системе координат, центрированной на теоретической центральной оси, соответствующие точки Ti, Tti имеют одинаковую угловую координату, но одна из них принадлежит фактической кольцевой поверхности, а другая принадлежит теоретической кольцевой поверхности. Другими словами, они расположены в одной и той же радиальной плоскости Pri, содержащей теоретическую центральную ось A1.
В иллюстрируемых примерах, кольцевая поверхность 16 имеет, в сечениях через радиальную плоскость, содержащую теоретическую центральную ось, выпуклый радиальный профиль между внутренним краем и наружным краем. Внутренний край можно считать пересечением кольцевой поверхности 16 с внутренней поверхностью кольца контейнера, общая ориентация которой близка к ориентации оси A1 контейнера 14. Однако профиль кольцевой поверхности 16, в сечениях, проходящих через радиальные плоскости, содержащие теоретическую центральную ось, может иметь различную форму: профиль может быть плоским, скругленным, имеющим форму перевернутой буквы V и т.п.
Для обеспечения правильной проверки контейнера будет важно гарантировать, что этот контейнер будет должным образом помещен перед устройством 10. Для этого устройство 10 согласно настоящему изобретения содержит область E установки, в которой необходимо установить контейнер. Эта область установки может быть определена посредством оси установки A'1 и установочной плоскости (не показана), определяемой как плоскость, перпендикулярная оси A'1 установки и расположенная в самой нижней точке устройства. Таким образом, для правильной проверки контейнер должен быть предпочтительно представлен так, чтобы его теоретическая центральная ось A1 была наилучшим образом параллельна оси A'1 установки, в частности, если его опорная плоскость укладки параллельна установочной плоскости. Таким образом, для правильной проверки контейнер должен быть также предпочтительно представлен так, чтобы его теоретическая центральная ось A1 наилучшим образом соответствовала оси A'1 установки, и чтобы его кольцо было сориентировано так, что его открытый верхний конец повернут в направлении устройства 10, но ниже установочной плоскости. В идеальном случае, который будет составлять гипотезу для приведенных ниже пояснений, эти две оси A1 и A'1 совпадают. Однако, согласно настоящему изобретению, должно быть понятно, что возможный сдвиг между указанными двумя осями A1 и A'1 (в смысле поперечного отклонения в направлении, перпендикулярном этим осям A1 и A'1, и/или углового отклонения между двумя осями A1 и A'1) будет компенсирован посредством настоящего изобретения и не окажет значительного влияния на определение осевого положения точки кольцевой поверхности 16. Понятно, что все устройство 10 согласно настоящему изобретению может быть расположено выше установочной плоскости, тогда как контейнер будет помещен ниже установочной плоскости, без риска контакта с устройством. Контейнер 14 может, поэтому, быть помещен в область E для установки посредством какого-либо движения, предпочтительно путем перемещения по прямой или непрямой траектории, в направлении перпендикуляра к оси A'1 установки, без риска помех с устройством 10.
Способ и устройство согласно настоящему изобретению используют по меньшей мере один двумерный фотоэлектрический датчик 18, предназначенный для получения двумерного изображения фактической кольцевой поверхности контейнера или, в некоторых вариантах, два таких датчика 18, 18'. Такой датчик, также называемый матричным датчиком, может быть встроен в видеокамеру 19, 19' и может быть, например, быть на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС, CCD) или комплементарных МОП-структур (КМОП, CMOS). Такой датчик 18, 18' выполнен, например, в виде двумерной матрицы фотоэлектрических элементов. Такой датчик обычно ассоциирован с электронной схемой для обработки сигналов, генерируемых фотоэлектрическими элементами, для передачи аналогового или цифрового сигнала, представляющего изображение, принимаемое датчиком. Этот сигнал, представляющий оптическое изображение, принимаемое датчиком, предпочтительно составляет электронное цифровое двумерное изображение, которое может быть передано в устройство для обработки изображения и/или в просмотровое устройство и/или в устройство для сохранения изображения (не показано).
Такой датчик 18, 18' обычно ассоциирован с системой 20, 20' оптических линз, которая может содержать один или несколько оптических элементов, в частности, одну или нескольких тонких линз и возможно диафрагму, ассоциированные для формирования на датчике оптического изображения области для установки. Система 20, 20' оптических линз или по меньшей мере часть ее и датчик 18, 18' обычно являются частью видеокамеры 19, 19'.
Под «оптической системой» понимают согласно настоящему изобретению наблюдательную систему, куда входят световые лучи, приходящие от освещенного объекта, для формирования планарного изображения.
Согласно настоящему изобретению считается, что две оптические системы 24, 24' являются оптически вставленными, т.е. обе параллельно расположены между областью E установки контейнера и одним и тем же общим датчиком 18, в том смысле, что эти две оптические системы 24, 24' формируют изображение одного и того же объекта, находящегося в области установки, на одном и том же датчике 18, т.е. каждая находится между областью E установки контейнера и ассоциированным датчиком 18, 18', в этом случае каждая из этих двух оптических систем 24 , 24' формирует изображение объекта, находящегося в области установки, на ассоциированном датчике 18, 18'. Считается, что для каждой точки изображения существует путь «от входа к выходу» световых лучей, исходящих от источника света, отражающихся от объекта, затем входящих в оптическую наблюдательную систему, где они отклоняются диоптрическими и/или катоптрическими оптическими элементами, фильтруются (для изменения спектрального состава или поляризации), пересекаются диафрагмой и т.п., для формирования изображения объекта на чувствительной поверхности датчика. Слова, что элемент «оптически вставлен» между первым элементом и другим вторым элементом, означают, что на пути световых лучей, участвующих в формировании изображения, этот элемент расположен на указанном пути после первого элемента и перед вторым элементом.
В вариантах, представленных на фиг. 1A, 4, 5, 7A или 7B, две оптические системы ассоциированы с одним и тем же общим датчиком 18. В этом случае можно умозрительно разделить этот один общий датчик на два датчика, а именно первый датчик, ассоциированный с первой оптической системой 24, и второй датчик, ассоциированный со второй оптической системой 24'. В реальности, в этом случае будет можно иметь общий датчик, первая часть захватывающей изображение поверхности которого или первая область формирования изображения предназначена для взаимодействия с первой оптической системой 24, а вторая часть этой захватывающей изображение поверхности или вторая область формирования изображения предназначена для взаимодействия со второй оптической системой 24'. В этом случае первая часть общего датчика образует первый датчик 18, а вторая часть общего датчика образует второй датчик 18'.
В варианте, представленном на фиг. 3, каждая из этих двух оптических систем 24, 24' ассоциирована со своим собственным датчиком, где первая оптическая система 24 ассоциирована с первым датчиком 18, а вторая оптическая система 24' ассоциирована со вторым датчиком 18'.
Каждая оптическая система 24, 24' определяет для ассоциированного с ней датчика «входное» поле зрения в области установки, определяемое как все точки области установки, которые с большой вероятностью отображаются рассматриваемой оптической системой на рассматриваемом датчике. В этом «входном» поле зрения первая и вторая оптические системы 24, 24' определяют для ассоциированного датчика соответственно первое и второе периферийное наблюдательное поле. Здесь произвольно считается, что термины «вход» («входное») и «выход» («выходное») соответствуют пути светового луча «от входа к выходу» в отношении светового луча, приходящего из области установки и распространяющегося в направлении ассоциированного датчика.
Каждая оптическая система 24, 24' может, таким образом, формировать на ассоциированном с ней датчике изображение одной и той же кольцевой поверхности 16 контейнера 14, помещенного в область E установки, каждое из этих изображений сформировано лучами, распространяющимися от кольцевой поверхности, в соответствии с соответствующим периферийным наблюдательным полем.
В примерах вариантов по меньшей мере первая оптическая система 24 содержит, в дополнение к системе 20 оптических линз, по меньшей мере один оптический элемент 122, 261, расположенный между системой 20 линз и областью E установки. Полная первая оптическая система 24 между первым датчиком 18 и областью установки содержит, таким образом, систему 20 линз и оптический элемент (ы) 122.
В вариантах, представленных на фиг. 1A, 5, 7A и 7B, вторая оптическая система 24' содержит, в дополнение к системе 20' оптических линз, в этом общем случае для двух оптических систем 24, 24', по меньшей мере один оптический элемент 122, 262, который здесь расположен между системой 20' линзой и областью для установки.
В вариантах, представленных на фиг. 3, 4, 7A и 7B, вторая оптическая система 24' содержит только систему 20' оптических линз, без отражательной поверхности вращения между этой системой 20' линз и областью для установки. В варианте, представленном на фиг. 4, вторая оптическая система 24' содержит систему 20 оптических линз, целиком общую с первой оптической системой 24'. В варианте, представленном на фиг. 3, вторая оптическая система 24' содержит вторую систему 20' оптических линз, которая лишь частично является общей с первой системой 20' оптических линз для первой оптической системы 24. Таким образом, пример, представленный на фиг. 3, содержит первую систему 20 оптических линз и вторую систему 20' оптических линз, которые содержат общую разделительную пластину 21, которая может быть дихроичной и расположенной под углом 45 градусов на оси A'1 установки для разделения оптических лучей, приходящих из области для установки, на две части. Первую часть этих оптических лучей передают в направлении первого датчика 18, принадлежащего в этом примере первой видеокамере 19, а другую часть передают в направлении второй видеокамеры 19'. В этом примере, первая и вторая системы 20, 20' линз имеют общие элементы, содержащие, например, телецентрирующую линзу и разделительную пластину 21, и элементы, специфичные для каждой из этих систем, а именно оптические элементы, расположенные между разделительной пластиной 21 и соответствующими датчиками 18, 18'. Фокусные расстояния эти систем 20 и 20' линз могут быть различные.
В некоторых иллюстрируемых примерах система 20, 20' оптических линз, ассоциированная с каждым из датчиков 18, 18', представляет собой телецентрическую систему линз. Телецентрическая система линз хорошо известна специалистам в области устройств машинного зрения, поскольку такая система используется для формирования на датчике изображения совсем или почти совсем без эффекта параллакса. В оптической теории телецентрическая система линз представляет собой систему линз, расположение входного зрачка которой не ограничено. Отсюда следует, что такая линза осуществляет наблюдение в своем поле зрения в соответствии с главными наблюдательными лучами, которые через ассоциированные оптические системы 24, 24', проходят через центр входного зрачка CO системы 20, 20' линз и которые параллельны или почти параллельны оптической оси, отсюда и отсутствие эффекта параллакса. Однако система 20, 20' оптических линз не обязательно является телецентрической, как это иллюстрирует вариант, представленный на фиг. 4.
Датчик 18, 18' обычно имеет прямоугольную или квадратную, и потому двумерную форму, так что он передает двумерное цифровое изображение, представляющее двумерное оптическое изображение, сформированное на датчике посредством системы 20, 20' оптических линз. Полное цифровое изображение, передаваемое таким датчиком 18, 18', будет называться просто полным изображением IG, IG'. Позднее станет понятно, что в этом полном цифровом изображении, только одна или более областей изображения будут используемыми. Предпочтительно, полное изображение IG, IG' будет получено за один интервал интегрирования (также называется временем экспозиции) датчика. В качестве альтернативы осуществляют два считывания изображения очень близко во времени одно к другому, так что изделия лишь незначительно перемещается между этими двумя считываниями.
Оптическая ось системы 20, 20' линз предпочтительно совпадает с осью A'1 установки. В некоторых случаях эта оптическая ось является не прямолинейной, а сегментированной, например, путем встраивания возвращающего зеркала в систему линз или при использовании разделительной пластины 21. Таким образом, можно применить возвращающее зеркало, расположенное под углом 45 градусов к оси установки, в результате чего первый сегмент оптической оси, на стороне датчика, должен быть расположен под углом 90 градусов относительно оси установки, и второй сегмент, на другой стороне от возвращающего зеркала, должен быть расположен в одну линию с осью A'1 установки. Таким образом, в представленном на фиг. 3 примере, содержащем первый и второй физически раздельные датчики 18, 18', ассоциированные соответственно с первой и второй оптическими системами 20, 20', вторая система 20' представляет, из-за присутствия разделительной пластины 21, которая возвращает часть световых лучей под углом 90 градусов в направлении второго датчика 18', «выходной» сегмент оптической оси, на стороне второго датчика 18', проходящий под углом 90 градусов относительно оси A'1 установки, и «входной» сегмент, на другой стороне от разделительной пластины 21, проходящий в одну линию с осью A'1 установки. Напоминаем, здесь произвольно считается, что «входной» и «выходной» соответствуют пути «от входа к выходу» световых лучей, исходящих из области установки и распространяющихся в направлении ассоциированного датчика.
В иллюстрируемых примерах первая оптическая система 20 расположена вертикально вдоль оси A'1, и она обращена вниз для наблюдения области E установки ниже устройства с целью наблюдения сверху возможного контейнера 14, расположенного в области установки. Первый фотоэлектрический датчик 18, который в вариантах, представленных на фиг. 1A, 4, 5, 7A и 7B, является общим датчиком, ассоциированным с двумя оптическими системами 24, 24', располагается, поэтому, в вершине устройства 10 и обращен вниз, в направлении области E установки. При таком расположении понятно, что теоретическая кольцевая поверхность контейнера 14, помещенного в область установки, поэтому находится в плоскости, параллельной плоскости датчика. Это остается истинным для примера, представленного на фиг. 3, если учесть наклон оптической оси, вызванный присутствием разделительной пластины 21. Таким образом, при использовании простой телецентрической линзы без какой-либо другой оптической системы, изображение кольцевой поверхности, которое было бы сформировано на одном датчике, не позволило бы «увидеть» неровности. Напротив, на этой кольцевой поверхности не будут видны никакие вариации высоты. Это будет, однако, реализовано для второй оптической системы, представленной на фиг. 3.
На практике, ось A'1 установки будет определена как продолжение оптической оси первой оптической системы 24 в область E установки.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предполагается, что фактическая кольцевая поверхность 16 контейнера освещается посредством по меньшей мере первого периферийного падающего светового пучка, иначе говоря протяженного по всему углу 360 градусов вокруг оси A'1 установки. Эта кольцевая поверхность освещается сверху, в том смысле, что первые падающие световые лучи, падающие на кольцевую поверхность 16, приходят из точек, расположенных над плоскостью PRef, перпендикулярной к теоретической центральной оси A1 и касательной к одной из точек кольцевой поверхности, предпочтительно к наивысшей точке, в направлении теоретической центральной оси A1. Первый световой пучок содержит для полной последовательности радиальных плоскостей, распределенных в пределах полного угла 360 градусов вокруг оси A'1 установки, первые падающие радиальные световые лучи, проходящие в указанных радиальных плоскостях, содержащих ось установки. Радиальные лучи, по меньшей мере некоторые из них, направлены к оси A'1 установки, как иллюстрирует фиг. 2. Эти первые падающие радиальные световые лучи, по меньшей мере большинство из них, не перпендикулярны указанной оси. Указанные падающие радиальные световые лучи предпочтительно непараллельны одни другим и, согласно способу, иллюстрируемому на фиг. 1A, периферийный падающий световой пучок содержит, в некой конкретной радиальной полуплоскости Pri (иллюстрированной на фиг. 1B), содержащей ось установки и определяемой осью установки, непараллельные падающие радиальные световые лучи. Таким образом, фиг. 1A иллюстрирует, что первый периферийный падающий световой пучок может содержать падающие радиальные световые лучи, которые образуют угол возвышения с плоскостью, перпендикулярной оси установки, предпочтительно величиной между 0 и 45 градусов. Предпочтительно, первый световой пучок содержит падающие радиальные световые лучи в пределах непрерывного или по существу непрерывного диапазона углов. Этот угловой диапазон может иметь угловую протяженность по меньшей мере 30 градусов или более. Лучи, заключенные в этом диапазоне, могут образовать угол возвышения относительно плоскости, перпендикулярной теоретической центральной оси, имеющий величину между 5 и 40 градусов.
В дополнение к первым радиальным лучам первый периферийный падающий световой пучок может также содержать нерадиальные падающие световые лучи.
В иллюстрируемых вариантах, устройство 10 содержит по меньшей мере первую осветительную систему, предназначенную для освещения кольцевой поверхности в соответствии с первым периферийным падающим световым пучком. Таким образом, лучи от первой осветительной системы, отраженные от кольцевой поверхности и собранные по меньшей мере первой оптической системой в соответствии по меньшей мере с первым наблюдательным полем, направляют на первый датчик 18. В иллюстрируемых вариантах эта первая осветительная система содержит первый источник света 28, который имеет кольцевую форму, ось которого совпадает с осью установки, и который расположен над областью для установки. Первый источник света 28 имеет диаметр больше диаметра кольцевой поверхности 16.
В иллюстрируемом примере диаметр первого кольцевого источника света 28 больше диаметра кольцевой коронки 122, которая несет по меньшей мере первичную отражательную поверхность 261. В этом варианте источник света 28 расположен по существу на такой же высоте в направлении A'1 оси установки, как и нижняя первичная отражательная поверхность 261. Однако это положение является чисто иллюстративным и может быть адаптировано в функции диаметра и осевого положения кольцевой поверхности, которую нужно проверить.
Отметим, что фиг. 2 иллюстрирует одну из модификаций варианта, показанного на фиг. 1A, где эта модификация отличается только в том, что осветительная система содержит, в дополнение к кольцевому источнику света 28, отражатель 140, расположенный чуть-чуть ниже кольцевого источника света 28. Этот отражатель 140 имеет поверхность в форме усеченного конуса, повернутую в направлении оси установки. Поверхность отражателя 140 расширяется раструбом кверху и потому имеет диаметр, по существу идентичный диаметру источника света 28. Эта поверхность отражает по существу вертикальные лучи, испускаемые источником света 28, в направлении области для установки, в соответствии со скользящим падением, в направлении кольцевой поверхности. Такой отражатель позволяет концентрировать свет, излучаемый источником света 28 в направлении кольцевой поверхности и падающий на поверхность отражателя под скользящим углом, что благоприятно для вариантов изобретения, имеющих первый скользящий наблюдательный угол возвышения, иными словами, угол меньше 25 градусов.
В варианте, представленном на фиг. 1A, а также в варианте, представленном на фиг. 7B, где первый и второй наблюдательные углы возвышения отличаются один от другого меньше чем на 20 градусов, первый источник света 28 также излучает свет, предназначенный для формирования второго изображения кольцевой поверхности 16 через вторую оптическую систему 24'. Однако, в любом случае, можно применить второй источник света, специально предназначенный для формирования второго изображения кольцевой поверхности 16 через вторую оптическую систему 24'.
Действительно, для вариантов, представленных на фиг. 3, 4, 5 и 7A, планируется применение второй осветительной системы, отдельной от первой осветительной системы и предназначенной для обеспечения освещения кольцевой поверхности. Таким образом, по меньшей мере преобладающая часть лучей, испускаемых второй осветительной системой, отражаются от кольцевой поверхности 16, собираются в соответствии со вторым наблюдательным полем и направляются на второй датчик 18' или на общий датчик. Эта вторая осветительная система содержит источник света 28' и способна создать второй периферийный падающий световой пучок, здесь отличный от первого такого пучка и содержащий вторые падающие радиальные световые лучи, проходящие в радиальных плоскостях, содержащих ось A'1 установки и распределенных в пределах всего угла 360 градусов вокруг оси A'1 установки. Эти лучи освещают область для установки, и потому кольцевую поверхность 16, оказавшуюся в этой области, сверху.
В примерах, представленных на фиг. 3 и 5, указанные вторые падающие радиальные световые лучи направлены таким образом, чтобы распространяться прочь от оси A'1 установки после излучения их от второго источника света 28', где этот второй источник света 28' расположен, как и в других вариантах, над референсной плоскостью Pref кольцевой поверхности 16.
В варианте, представленном на фиг. 3, второй источник света 28' является кольцевым, его осью является ось установки, а его диаметр немного меньше диаметра кольцевой поверхности 16. Предпочтительно, эти два диаметра будут очень близки по величине, чтобы направление падения световых лучей, исходящих от второго источника света 28', было ориентировано под углом, близким к 90°, относительно референсной плоскости, перпендикулярной относительно оси установки. В варианте, представленном на фиг. 5, второй источник света 28' представляет собой центральный источник, который можно считать точечным источником света, и помещен на оси A'1 установки. Поэтому, диаметр этого источника также меньше диаметра кольцевой поверхности 16. При таком подходе кольцевая поверхность 16 освещается от оси A'1 установки, другими словами, изнутри.
Фиг. 4 иллюстрирует возможный вариант второго источника света 28'. В таком варианте источник света 28' может быть кольцевым, его осью может быть ось установки, а диаметр этого источника света больше диаметра кольцевой поверхности 16. Этот источник света расположен также над оптическими элементами 122 и 132. В этом случае отмечается, что вторые радиальные лучи направлены к оси A'1 установки после выхода из второго источника света 28', расположенного над референсной плоскостью Pref кольцевой поверхности 16. Это вариант также реализован в варианте, показанном на фиг. 7A, и тоже может быть реализован в качестве части варианта, показанного на фиг. 3.
Предпочтительно, для каждого наблюдательного поля предлагается, чтобы падающий пучок освещал кольцевую поверхность 16 сверху под таким углом падения, чтобы в некоторой точке T' отражения падающего луча, который после отражения от фактической кольцевой поверхности будет виден ассоциированным датчиком через ассоциированную оптическую систему, нормаль "n" к кольцевой поверхности образовала с осью A'1 угол меньше 30 градусов, и предпочтительно меньше 10 градусов. В контексте идеальной геометрии, когда фактическая кольцевая поверхность соответствует теоретической кольцевой поверхности, обеспечивается, что свет, отраженный от кольцевой поверхности, видимой датчиком 18, представляет собой свет, отраженный локально наивысшей точкой или близкой к локально наивысшей точкой этой кольцевой поверхности. Здесь рассматривается только то, что происходит в радиальной полуплоскости Pri устройства и контролируемой кольцевой поверхности. Таким образом, локально наивысшая точка кольцевой поверхности представляет собой точку, которая, в профиле кольцевой поверхности в указанной радиальной полуплоскости Pri является наивысшей точкой в направлении оси установки. Кроме того, локально наивысшая точка может быть, в общем случае, определена как точка, в которой нормаль к кольцевой поверхности параллельна оси установки. Фиг. 2 иллюстрирует падающий луч RI1, испускаемый рассматриваемым источником света и отраженный точкой Ti кольцевой поверхности, как первый отраженный луч RR1, перехватываемый первой первичной отражательной поверхностью 261 и, таким образом, передаваемый к ассоциированному датчику. Другой падающий луч RI2 отражается вдоль второго луча RR2, отраженного той же самой точкой Ti кольцевой поверхности в виде второго отраженного луча, перехватываемого второй первичной отражательной поверхностью 262 и, таким образом, передаваемого ассоциированному датчику. Для иллюстрации, нормаль "n" к кольцевой поверхности 16 в точке Ti по существу параллельна направлению оси установки, и эта точка Ti является локально наивысшей точкой профиля кольцевой поверхности в соответствующей радиальной полуплоскости. В контексте предлагаемого устройства это условие может быть выполнено путем выбора подходящего положения источника (ов) света 28, 28'. Это положение, которое может быть определено, например, диаметром кольцевого источника 28, 28' и высотой расположения этого источника в направлении оси A'1 установки, действительно определяет угол падения лучей, которые вероятно освещают кольцевую поверхность. Безусловно, диаметр и высота фактической кольцевой поверхности 16 определяют, в сочетании с ориентацией нормали к точке отражения на кольцевой поверхности, какие именно лучи, испускаемые источником 28, вероятно отражаются в направлении датчика. Поэтому понятно, что для каждого диаметра кольцевой поверхности может быть полезно адаптировать либо диаметр кольцевого источника света, либо высоту относительно кольцевой поверхности 16. Однако, обнаружение локально наивысшей точки кольцевой поверхности не обязательно является критичным. Действительно, в контексте планарной кольцевой поверхности внутренний и наружный радиальные края кольцевой поверхности имеют ребро, где, если точка отражения падающего света, расположена на этом ребре, то разность высот между точкой отражения и локально наивысшей точкой будет в этом случае считаться незначительной. В контексте кольцевой поверхности, профиль которой в радиально полуплоскости является скругленной, будет также считаться, что факт того, что отражение может происходить в точке, не являющейся локально наивысшей точкой, в значительной степени компенсируется тем фактом, что эта ситуация повторяется по всей периферии в пределах угла 360 градусов, так что с точки анализа ровности, например, образующаяся в результате такого подхода погрешность считается, в общем случае, незначительной. Таким образом, конечно можно создать устройство, в котором источник (и) света был бы регулируемым, путем подстройки радиальной позиции или позиции в направлении оси установки, с целью регулирования угла падения светового пучка на кольцевую поверхность. Однако такое расположение не является обязательным. Для наилучшего охвата широкого диапазона диаметров кольцевой поверхности можно планировать создание устройства с несколькими кольцевыми источниками света, расположенными, например, со сдвигом в направлении оси установки и/или имеющими разные диаметры, где эти разные источники света могут использоваться одновременно или поочередно в зависимости от диаметра и формы кольцевой поверхности контейнера, который нужно проверить. На практике, обычно используются источники света, имеющие, в радиальной плоскости, некоторую протяженность в радиальном направлении и испускающие световой пучок, содержащий радиальные лучи, находящиеся в пределах непрерывного или почти непрерывного углового диапазона, шириной по меньшей мере 30 градусов или более. Такие источники света, которые имеют некоторую радиальную протяженность и которые излучают рассеянный свет, позволяют адекватно освещать целый ряд контейнеров, обладающих кольцевыми поверхностями, имеющими диаметр, профиль и положение по высоте, какие могут различаться в пределах некоторых диапазонах, не требуя адаптации положения.
Отметим, что, в частности, в варианте, представленном на фиг. 1A, или в варианте, представленном на фиг. 7B, будет предпочтительно сделать разность между двумя наблюдательными углами 1, 2 возвышения не больше 20 градусов, что ограничит погрешности, какие могут быть вызваны отражения, которые могут возникать из-за отражений, какие, для двух изображений кольцевой поверхности, будут происходить в разных точках кольцевой поверхности, каковые, будучи в одной и той же радиальной плоскости, могут быть смещены в радиальном и в осевом направлениях одна от другой. Это будет особенно предпочтительно, поскольку это создает возможность использования общего источника света для наблюдения в соответствии с наблюдательными углами возвышения.
В вариантах, имеющих большую разницу между наблюдательными углами 1, 2 возвышения, предпочтительно будут созданы два раздельных источника света 28, 28', расположенных так, что в некой рассматриваемой радиальной плоскости Pri первый и второй падающие световые пучки освещают кольцевую поверхность под такими углами падения, что лучи, отраженной фактической кольцевой поверхностью 16 видны через две оптические системы после отражения от одной и той же точки этой кольцевой поверхности. Однако можно принять, что эти точки отражения являются разными, поскольку это может быть учтено при обработке изображений.
В иллюстрируемых примерах, для оптической системы 24, 24', датчик 18, 18', его система 20, 20' линз, являющийся опцией оптический элемент 122 и область для установки выровнены в этом порядке вдоль одной и той же оптической оси, соответствующей оси A'1 установки.
В иллюстрируемых примерах, оптический элемент 122 периферийного видения имеет по меньшей мере первую первичную отражательную поверхность 261, принадлежащую первой оптической системе 24. В примере, представленном на фиг. 1A, тот же самый оптический элемент 122 имеет вторую первичную отражательную поверхность 262, принадлежащую второй оптической системе 24', так что этот оптический элемент 122 является общим для этих двух оптических систем, однако он участвует в этих системах посредством двух различных первичных отражательных поверхностей. В примере, представленном на фиг. 5, второй отдельный оптический элемент 122' имеет вторую первичную отражательную поверхность 262, принадлежащую второй оптической системе 24'.
Первая первичная отражательная поверхность 261 и, для вариантов, где вторая поверхность присутствует, вторая первичная отражательная поверхность 262, расположены в «выходном» поле зрения ассоциированного датчика 18, 18', иными словами в той части поля зрения датчика, которая в иллюстрируемых примерах определена ассоциированной линзовой системой 20, 20'. Поэтому «входным» полем зрения является поле зрения, которое находится вне ассоциированной оптической системы 24, 24', перед этой оптической системой, в отношении направления распространения света от области установки в направлении ассоциированного датчика.
В иллюстрируемых примерах, первая первичная отражательная поверхность 261 и возможная вторая первичная отражательная поверхность 262 представляют собой поверхности вращения в форме усеченного конуса, генерируемые посредством вращения, каждая своего собственного отрезка образующей прямой линии вокруг одной и той же оси, здесь это ось A'1 установки, где эти поверхности располагаются для отражения световых лучей, приходящих от кольцевой поверхности, в направлении ассоциированных датчиков через ассоциированную систему 20, 20' линз. Поэтому они имеют свойства зеркального отражения. Они предпочтительно могут быть образованы зеркалом, но они также могут быть выполнены в форме призмы, т.е. оптического диоптра.
В иллюстрируемых вариантах, первая первичная отражательная поверхность 261 и возможная вторая первичная отражательная поверхность 262 являются поверхностями вращения в форме усеченного конуса, вогнутыми в плоскости, перпендикулярной оси A'1 установки, повернутыми к оси A'1 установки, и которые могут, например, быть сформированы на внутренней поверхности кольцевой коронки, например, оптического элемента 122, 122'. При таком подходе, каждая первичная отражательная поверхность 261, 262 может возвращать, прямо или непрямо, в направлении оси A'1 установки, световые лучи, приходящие от фактической кольцевой поверхности под соответствующими наблюдательными углами 1, 2 возвышения.
Для конкретного периферийного наблюдательного поля наблюдательные лучи представляют собой лучи, исходящие из области E установки и с большой вероятностью попадающие на ассоциированный датчик 18, 18' через ассоциированную оптическую систему 24, 24'. Среди этих лучей главными наблюдательными лучами являются лучи, которые, через ассоциированную оптическую систему 24, 24', проходят через центр входного зрачка CO системы 20, 20' линз. Наблюдательный угол возвышения главных наблюдательных лучей соответствует углу, относительно референсной плоскости оборудования Pref', перпендикулярной оси A'1 установки, ориентации главного наблюдательного луча в области установки, где он, вероятно, воздействует на кольцевую поверхность контейнера, которую нужно проверить. Здесь можно произвольно считать, что наблюдательные лучи распространяются «от входа к выходу», начиная от наблюдательной области, в направлении ассоциированного датчика 18, 18'.
В контексте предлагаемого устройства, имеющего телецентрическую оптическую систему, все главные наблюдательные лучи, принимаемые датчиком, входят в систему 20, 20' линз параллельно. Если в дополнение к этому, как в некоторых иллюстрируемых системах, оптическая система содержит в качестве первого оптического элемента, в соответствии с распространением света «от входа к выходу», из области установки к ассоциированному датчику, первичную отражательную поверхность 261, 262 в форме усеченного конуса, образованного отрезком прямой линии, наблюдательный угол 1, 2 возвышения соответствующего периферийного наблюдательного поля тогда является одним углом для каждого из главных наблюдательных лучей для этого периферийного наблюдательного поля и этот угол может быть напрямую получен на основе наклона соответствующей первичной отражательной поверхности 261, 262 относительно оси A'1 установки. Этот угол тогда считается наблюдательным углом возвышения 1, 2 рассматриваемого периферийного наблюдательного поля.
Однако в некоторых случаях, в частности, в случае устройства, не имеющего системы телецентрических линз, наблюдательные лучи, принимаемые датчиком, включая основные лучи, могут иметь наблюдательные углы возвышения, отличающиеся один от другого, в пределах периферийного наблюдательного поля, определяемого конкретной оптической системой 24, 24'. В этом случае, можно предполагать, что наблюдательный угол возвышения периферийного наблюдательного поля представляет собой угол, измеряемый в области для установки, где он, вероятно, влияет на кольцевую поверхность контейнера, который нужно проверить, относительно плоскости, перпендикулярной оси A'1 установки, этот угол соответствует среднему из основных наблюдательных лучей. Это средний основной луч в периферийном наблюдательном поле представляет наблюдательный угол возвышения, равный арифметическому среднему минимальной и максимальной величин наблюдательных углов возвышения для основных лучей в рассматриваемом поле.
Предпочтительно, во всех вариантах, первое и/или второе периферийное наблюдательное поле не имеет азимутальных разрывов вокруг оси A'1 установки. В частности, нет азимутального углового разрыва между двумя неограниченно близкими наблюдательными радиальными лучами по всей окружности вокруг оси установки. Таким образом, нет точечных разрывов, видимых на изображении, генерируемом в рассматриваемом поле, каковые разрывы могли бы сделать изображение более трудным для интерпретации. Для этого первая и/или вторая первичная отражательная поверхность 261, 262 предпочтительно не имеют разрывов кривизны вокруг оси A'1 установки, эту кривизну анализируют в плоскости, перпендикулярной оси A'1 установки, для обеспечения наблюдательного поля без азимутальных разрывов. Первичные отражательные поверхности 261, 262 также являются предпочтительно непрерывными по азимуту в том смысле, что они являются непрерывно отражающими вокруг оси A'1 установки, без какого-либо маскированного азимутального сектора, для обеспечения азимутальной непрерывности наблюдательного поля. Однако, в некоторых случаях, в частности, из-за ограничений оборудования, из-за присутствия кабеля питания, один или несколько угловых секторов вокруг оси установки, могут быть маскированы. Предпочтительно, такой маскированный азимутальный угловой сектор может иметь маленькую или очень маленькую протяженность, предпочтительно меньше 5 градусов вокруг оси установки.
Первое и/или второе наблюдательное поле (я) является периферийным в том смысле, что соответствующие наблюдательные радиальные лучи распределены в радиальных плоскостях в пределах угла 360 градусов вокруг оси A'1 установки. В различных примерах первое периферийное наблюдательное поле симметрично относительно вращения вокруг оси A'1 установки. Аналогично, второе периферийное наблюдательное поле симметрично относительно вращения вокруг оси A'1 установки.
Это первое и/или второе периферийное наблюдательное поле (я) наблюдается посредством наблюдения «сверху» в том смысле, что наблюдение кольцевой поверхности осуществляют сверху относительно плоскости Pref, перпендикулярной теоретической центральной оси A1 кольцевой поверхности и содержащей по меньшей мере одну точку указанной кольцевой поверхности, например, наивысшую точку в направлении теоретической центральной оси A1.
В вариантах, иллюстрируемых на фиг. 1A – 5, первая оптическая система 24, возможно вторая оптическая система 24', далее содержит, оптически расположенную между оптическим элементом 122 и системой 20 линз, возвращающую отражательную поверхность 132. Таким образом, как можно видеть на фиг. 1A, лучи, отраженные двумя первичными отражательными поверхностями 261, 262, перехватываются возвращающей отражательной поверхностью 132. Эта возвращающая отражательная поверхность 132 расположена в «выходном» поле зрения датчика 18, это «выходное» поле зрения определяется оптической системой 20, 20' линз. В этом примере, указанная возвращающая отражательная поверхность 132 содержит выпуклую поверхность вращения, обращенную от оси A'1 установки, так чтобы возвращать лучи в направлении датчика. Предпочтительно, возвращающая отражательная поверхность 132 представляет собой выпуклую поверхность в форме усеченного конуса, ось которого является осью A'1 установки. Эта возвращающая отражательная поверхность 132, поэтому, образована на наружной поверхности усеченного конуса. В некоторых вариантах, эта поверхность имеет малый диаметр и большой диаметр, так что оба эти диаметра меньше диаметра кольцевой поверхности контейнера, который нужно контролировать, однако эти характеристики являются обязательными только для вариантов, в которых вторая оптическая система 24' создает для второго ассоциированного датчика 18' прямое видение кольцевой поверхности 16, как в вариантах, представленных на фиг. 3 и 4. Сечение большого диаметра располагается ниже сечения малого диаметра.
Возвращающая отражательная поверхность 132 является частью «выходного» поля зрения, определяемого системой 20 линз для первого датчика 18. В варианте, представленном на фиг. 1A, возвращающая отражательная поверхность 132 также является частью «выходного» поля зрения, определяемого системой 20' линз для второго датчика 18', здесь – общего датчика.
В вариантах, представленных на фиг. 1A – 5, первая первичная отражательная поверхность 261 и, для варианта, представленного на фиг. 1A, также вторая первичная отражательная поверхность 262, будучи поверхностью вращения вокруг оси, которая является осью A'1 установки, поэтому расположена для непрямого отражения световых лучей, приходящих от фактической кольцевой поверхности под соответствующими наблюдательными углами 1, 2 возвышения, в направлении ассоциированного датчика 18, 18'. Действительно, отражение на каждой из первичных отражательных поверхностей 261, 262 является непрямым, поскольку после по меньшей мере одного отражения лучи падают на возвращающую отражательную поверхность 132, прежде попадания на ассоциированный датчик 18, 18'.
В примерах вариантов, представленных на фиг. 7A и 7B, отражение от первой первичной отражательной поверхности 261 световых лучей, приходящих от кольцевой поверхности, в направлении ассоциированного датчика является прямым отражением, поскольку между кольцевой поверхностью 16 и датчиком 18 нет другой отражательной поверхности для какого-либо конкретного светового луча, исходящего от кольцевой поверхности.
В примере варианта, иллюстрируемом на фиг. 5, отражение от второй первичной отражательной поверхности 262 световых лучей, приходящих от кольцевой поверхности, в направлении ассоциированного датчика, является прямым отражением, поскольку между кольцевой поверхностью 16 и датчиком 18 нет никаких отражательных поверхностей для какого-либо рассматриваемого светового луча, исходящего от кольцевой поверхности.
В случае непрямого отражения предпочтительно траектории основных лучей между каждой из первичных отражательных поверхностей 261, 262 и возвращающей отражательной поверхностью 132 перпендикулярны или по существу перпендикулярны оси установки. Такое расположение делает возможным значительное снижение чувствительности устройства к возможным дефектам центровки первичных отражательных поверхностей 261, 262 или возвращающей отражательной поверхности 132. Для этого имеющая форму усеченного конуса возвращающая отражательная поверхность 132 имеет половинный угол при вершине, равный 45 градусов, и расположена на такой же высоте в направлении оси A'1 установки, как и первичные отражательные поверхности 261, 262. Каждая из первичных отражательных поверхностей 261, 262 представляет в этом случае половинный угол a1, a2 при вершине, равный в этом случае половине соответствующего наблюдательного угла 1, 2 возвышения, желаемого для рассматриваемой первичной отражательной поверхности 261, 262. Таким образом, для желаемого наблюдательного угла 1 возвышения, равного 15 градусов, первая первичная отражательная поверхность 261 имеет конусность, соответствующий которой половинный угол a2 при вершине равен 7.5 градусов, имеющая форму усеченного конуса первая первичная отражательная поверхность 261 расширяется раструбом книзу, так что большой диаметр усеченного конуса расположен ниже его малого диаметра в направлении оси установки. В такой конфигурации, особенно предпочтительно, чтобы система 20, 20' линз была телецентрической, так что траектории всех основных лучей между каждой из первичных отражательных поверхностей 261, 262 и возвращающей отражательной поверхностью 132 перпендикулярны или по существу перпендикулярны оси A'1 установки.
Однако, в качестве одного из вариантов, по-прежнему в случае непрямого отражения, возвращающая отражательная поверхность 132 может представлять собой поверхность усеченного конуса, имеющую половинный угол при вершине меньше 45 градусов, например, равный 45 градусов минус угол δ (дельта). В этом случае, возвращающая отражательная поверхность 132 может быть расположена выше уровня первичной отражательной поверхности (ей) 261, 262, и эта первичная отражательная поверхность (и) 261, 262 должна тогда иметь половинный угол a1, a2 при вершине, равный половине желаемого наблюдательного угла 1, 2 возвышения минус величина угла δ (дельта).
В примере, представленном на фиг. 1A, первая первичная отражательная поверхность 261 и вторая первичная отражательная поверхность 262 расположены для осуществления непрямого отражения совместно с возвращающей отражательной поверхностью 132, и эти первичные поверхности смещены одна относительно другой в осевом направлении и при этом непосредственно прикреплены одна к другой вдоль направления оси установки, иными словами, они не располагаются на одном уровне в осевом направлении. Здесь произвольно принято, что первичная отражательная поверхность, расположенная ниже другой первичной поверхности в направлении оси A'1 установки, называется первой первичной отражательной поверхностью 261, а вторая первичная отражательная поверхность 262 тогда располагается над первой поверхностью. Эти две первичные отражательные поверхности могут также иметь общий круговой край, соответствующий нижнему краю верхней поверхности, здесь второй первичной отражательной поверхности 262, и верхнему краю нижней поверхности, здесь первой первичной отражательной поверхности 261.
Однако первая первичная отражательная поверхность 261 и вторая первичная отражательная поверхность 262 могут быть смещены в осевом направлении одна относительно другой, будучи разделены ненулевым осевым промежутком между нижним краем верхней поверхности и верхним краем нижней поверхности, как в примере, представленном на фиг. 5.
В иллюстрируемых вариантах, можно видеть, что относительно оси A1 кольцевой поверхности, наблюдение через первичную отражательную поверхность производится периферийно и радиально с внешней стороны относительно кольцевой поверхности, в том смысле, что эти первая первичная отражательная поверхность 261, и кроме того также вторая первичная отражательная поверхность 262 для вариантов, представленных на фиг. 1A и 5, расположены радиально с внешней стороны относительно диаметра кольцевой поверхности 16.
Отметим, однако, что для вариантов, представленных на фиг. 1A – 7A, наблюдательный луч из первого наблюдательного поля, приходящий от кольцевой поверхности 16, перехватывается первой первичной отражательной поверхностью 261 в точке, диаметрально противоположной точке кольцевой поверхности, из которой исходит падающий луч, вдоль длинного пути, пересекающего ось A'1 установки. Таким образом, можно видеть, что наблюдение кольцевой поверхности 16 осуществляется, в соответствии по меньшей мере с первым наблюдательным полем со стороны внутреннего края, иными словами наблюдательные лучи, на своей траектории от кольцевой поверхности к датчику, направлены к оси установки, когда они покидают кольцевую поверхность 16 в направлении первой первичной отражательной поверхности 261, и эти лучи пересекают ось A'1 установки, прежде чем достигнуть первой первичной отражательной поверхности 261.
В варианте, представленном на фиг. 7B, первая оптическая система 24 определяет периферийное наблюдательное поле радиально с внешней стороны и осуществляет наблюдение кольцевой поверхности со стороны внешнего края. Таким образом, первый наблюдательный луч, приходящий от кольцевой поверхности 16, не пересекает ось A'1 установки между кольцевой поверхностью и первой оптической системой 24.
В варианте, представленном на фиг. 1A, вторая оптическая система 24' определяет аналогично первой системе, периферийное наблюдательное поле радиально с внешней стороны и осуществляет, поэтому, наблюдение кольцевой поверхности со стороны ее внутреннего края в соответствии с наблюдательными лучами, пересекающими ось A'1 установки, когда эта ось установки совпадает с теоретической центральной осью A1.
В варианте, представленном на фиг. 3, вторая оптическая система 24', без отражательной поверхности вращения, поэтому в рамках телецентрического прямого видения определяет, относительно теоретической центральной оси A1 кольцевой поверхности, наблюдение перпендикулярно к референсным плоскостям оборудования и кольцевой поверхности.
В вариантах, представленных на фиг. 4, 7A и 7B, вторая оптическая система 24' не имеет отражательной поверхности вращения, поэтому в рамках нетелецентрического прямого видения определяет, относительно оси A1 кольцевой поверхности, наблюдение радиально изнутри относительно кольцевой поверхности. Однако, в этом варианте, представленном на фиг. 4, наблюдение кольцевой поверхности 16 осуществляют, в соответствии со вторым наблюдательным полем, со стороны внутреннего края, как и в первом варианте.
В варианте, представленном на фиг. 5, вторая оптическая система 24', определяет периферийное наблюдательное поле радиально извне и осуществляет наблюдение кольцевую поверхности со стороны ее наружного края.
В вариантах, представленных на фиг. 3, 4 и 5, второй наблюдательный луч, приходящий от кольцевой поверхности 16, не пересекает ось A'1 установки между кольцевой поверхностью и второй оптической системой 24'.
Во всех иллюстрируемых вариантах, в которых оптическая система содержит первичную отражательную поверхность, расположенную для прямого или непрямого отражения, эта первичная отражательная поверхность имеет малый диаметр и большой диаметр, так что оба этих диаметра больше диаметра теоретической кольцевой поверхности, так что она определяет периферийное наблюдательное поле радиально с внешней стороны. Если эта первичная отражательная поверхность расположена для непрямого отражения, она предпочтительно расширяется раструбом в направлении оси установки к области для установки. Напротив, в конфигурации вариантов, представленных на фиг. 5, 7A и 7B, с оптической системой 24, 24', содержащей первичную отражательную поверхность 261 и/или 262, расположенную для прямого отражения лучей в направлении датчика, эта первичная отражательная поверхность 261 и/или 262 может расширяться раструбом в направлении оси установки к ассоциированному датчику или быть цилиндрической поверхностью вращения вокруг оси A'1 установки.
В вариантах, представленных на фиг. 1A – 5, первое периферийное наблюдательное поле, определяемое для первого датчика или для общего датчика посредством первой оптической системы 24, содержащей первую первичную отражательную поверхность, имеет относительно плоскости PRef, перпендикулярной оси A'1 установки, первый наблюдательный угол 1 возвышения, величина которого составляет, например, от 5 до 25 градусов, например, 15 градусов. В иллюстрируемых примерах, первое периферийное наблюдательное поле содержит наблюдательные лучи, в соответствии с чем падающие световые лучи, отражаются первой первичной отражательной поверхностью 261 в направлении датчика 18. Другими словами, первое периферийное наблюдательное поле составляет первую «входную» часть CAM1 поля зрения первого датчика 18 через первую оптическую систему 24, как это определено посредством первой первичной отражательной поверхности 261, в области E установки вплоть до этой первой первичной поверхности 261.
Для вариантов, представленных на фиг. 7A и 7B, первое периферийное наблюдательное поле, определяемое для первого датчика или для общего датчика посредством первой оптической системы 24, содержащей первую первичную отражательную поверхность, имеет, относительно плоскости PRef, перпендикулярной оси A'1 установки, первый наблюдательный угол 1 возвышения, который, для фиг. 7A, находится в диапазоне от 25 до 45 градусов, и который для фиг. 7B, больше 45 градусов.
Для вариантов, представленных на фиг. 1A – 5, равно как на фиг. 7A, в обращенной к источнику света части наблюдательных лучей, находящейся в области E для установки до этой первой первичной отражательной поверхности 261, первые радиальные наблюдательные лучи, определяемые первой оптической системой, сначала являются центростремительными после выхода от кольцевой поверхности и потому ориентированными в направлении оси A'1 установки, затем пересекают ось A'1 установки, чтобы стать, после прохождения через ось установки, центробежными, распространяющимися в направлении первой первичной отражательной поверхности 261 первой оптической системы, пока эти лучи не упадут на первую первичную отражательную поверхность 261.
Для варианта, представленного на фиг. 7B, в прямом отражении от первой первичной отражательной поверхности 261 без других отражений от отражательной поверхности вращения, первые радиальные наблюдательные лучи, определяемые первой оптической системой, при прохождении «от входа к выходу» - от кольцевой поверхности в направлении датчика - являются центробежными относительно оси A'1 установки, пока эти лучи не упадут на первую первичную отражательную поверхность 261 первой оптической системы 24.
Второе периферийное наблюдательное поле имеет, относительно плоскости PRef, перпендикулярной оси A'1 установки, второй наблюдательный угол 2 возвышения, который, например, имеет величину между 20 градусов и 90 градусов, этот второй угол отличается от первого наблюдательного угла 1 возвышения.
Предпочтительно, первый и второй наблюдательные углы возвышения отличаются один от другого по меньшей мере на 5 градусов. Действительно, такая разность углов является необходимой для обеспечения хорошей точности триангуляции, что будет описано позднее. В иллюстрируемых примерах, но в достаточной степени произвольно, второй наблюдательный угол 2 возвышения строго больше первого наблюдательного угла 1 возвышения.
В примерах, иллюстрируемых на фиг. 1A и 5, второе периферийное наблюдательное поле содержит наблюдательные лучи, в соответствии с которыми падающие световые лучи отражаются от второй первичной отражательной поверхности 262, и потому распространяются через вторую оптическую систему 24' в направлении второго датчика 18', в этом случае образованного общим датчиком. Это второе периферийное наблюдательное поле составляет вторую «входную» часть CAM2 поля зрения общего датчика 18, 18' через вторую оптическую систему 24', как это определено второй первичной отражательной поверхностью 262, в области E установки вплоть до второй первичной отражательной поверхности 262.
Для варианта, представленного на фиг. 1A, во «входной» части вторых наблюдательных лучей, которая находится в области E установки, вплоть до этой второй поверхности 261, 262, вторые радиальные наблюдательные лучи, определяемые второй оптической системой, сначала являются центростремительными, когда распространяются «от входа к выходу» - от кольцевой поверхности в направлении датчика, - и потому сначала ориентированы в направлении оси A'1 установки, затем пересекают эту ось A'1 установки, чтобы стать центробежными, распространяясь, после пересечения оси A'1 установки, в направлении второй первичной отражательной поверхности 262 второй оптической системы 24', пока эти лучи не попадут на вторую первичную отражательную поверхность 262.
В варианте, представленном на фиг. 1A, второй наблюдательный угол Ɣ2 возвышения представляет собой, как и первый наблюдательный угол 1 возвышения, угол скольжения меньше 25 градусов.
В варианте, представленном на фиг. 5, в прямом отражении от второй первичной отражательной поверхности 262 без каких-либо других отражений от отражательной поверхности вращения, второй наблюдательный угол возвышения 2 представляет собой обращенный прочь от источника света угол больше 65 градусов, предпочтительно больше 75 градусов. Для этого варианта, представленного на фиг. 5, вторые радиальные наблюдательные лучи, определяемые второй оптической системой, при прохождении «от входа к выходу» - от кольцевой поверхности в направлении датчика, - являются центробежными относительно оси A'1 установки, до тех пор, пока не попадут на вторую первичную отражательную поверхность 262 второй оптической системы 24'.
Отметим, что в вариантах, представленных на фиг. 1A и 5, общим для которых является присутствие второй отражательной поверхности 262 и присутствие общего датчика 18, указанная первая первичная отражательная поверхность 261 и указанная вторая первичная отражательная поверхность 262 располагаются в раздельных участках «выходного» поля зрения общего датчика 18, в том смысле, что они могут быть видны для датчика одновременно через систему 20 линз, без маскирования одна другой. Если одна из них частично маскирует другую, для частично маскированной поверхности будет учитываться только используемая немаскированная часть.
В вариантах, представленных на фиг. 3 и 4, в ситуации прямого видения без отражения от отражательной поверхности вращения второй наблюдательный угол 2 возвышения также представляет собой «выходной» угол величиной больше 65 градусов, предпочтительно больше 75 градусов. В варианте, представленном на фиг. 3, присутствие телецентрической системы линз означает, что второй наблюдательный угол Ɣ2 возвышения равен 90 градусов. Также в этих двух вариантах второе периферийное наблюдательное поле составляет вторую «входную» часть CAM2 поля зрения второго датчика 18 для варианта, представленного на фиг. 4, или второго датчика 18' для варианта, представленного на фиг. 3, через вторую оптическую систему, как это определено системой 20' линз. В части наблюдательных лучей, находящейся в области E установки вплоть до системы 20' линз, наблюдательные лучи из второго наблюдательного поля являются, для варианта, представленного на фиг. 4, центростремительными, распространяясь в направлении оси A'1, или, для варианта, представленного на фиг. 3, параллельными этой оси, когда эти лучи распространяются из области E установки по направлению к системе 20' линз. Отметим, что в этих вариантах, не содержащих отражательную поверхность вращения для второй оптической системы 24', которая затем редуцирована до системы 20' линз, можно считать, что «входная» часть и «выходная» часть поля зрения для второго датчика, раздельные или общие, являются совпадающими.
Отметим поэтому, что «входная» часть второго поля зрения имеет кольцевое сечение плоскостью, перпендикулярной оси A'1 установки. В двух вариантах, представленных на фиг. 3 и 4, внутренняя граница этой кольцевой области определяется наружным контуром возвращающей поверхности 132, или даже наружным контуром второго кольцевого источника света 28' для примера, представленного на фиг. 3. Наружная граница этой области определена внутренним контуром оптического элемента 122, или возможно второго кольцевого источника света 28' в варианте, представленном на фиг. 4, или границей поля ассоциированного датчика 18, 18'.
В варианте, представленном на фиг. 3, где второй датчик 18' представляет собой специализированный датчик, можно осуществить специальное позиционирование второго датчика или специальную фокусировку второй системы 20' линз, что позволяет учесть относительно большую разность длин путей между, с одной стороны, лучами, проходящими через первую оптическую систему 24, и, с другой стороны, лучами, проходящими через вторую оптическую систему 24'. В варианте, представленном на фиг. 4, как и в варианте, представленном на фиг. 5, содержащем общий датчик 18, ассоциированный с двумя оптическими системами 24, 24', эта разность длин путей может быть компенсирована, например, путем увеличения глубины поля, например, посредством диафрагмы, и/или путем осуществления средней фокусировки системы 20 линз, и/или путем использования дополнительной диоптрической или катоптрической оптической системы, расположенной в одной из двух оптических систем 24, 24'.
В варианте, представленном на фиг. 7A, первый общий источник света 28 освещает точку T кольцевой поверхности 16 посредством радиальных падающих световых лучей RI1, отраженных и при этом преобразованных в отраженные лучи RR1 для первой наблюдательной системы, чье первое периферийное наблюдательное поле образует первый наблюдательный угол 1 возвышения меньше 45 градусов, но больнее или равный 25 градусов, отраженные лучи RR1 являются, в первой «входной» области поля зрения общего датчика 18, центростремительными по пути между кольцевой поверхностью 16 и осью A'1 установки, для отражения центробежным образом от имеющей форму усеченного конуса первой первичной отражательной поверхности 261 после пересечения оси A'1. В варианте, представленном на фиг. 7A, всегда второй отдельный источник света 28' освещает ту же самую точку T кольцевой поверхности 16 посредством вторых радиальных падающих световых лучей RI2, отраженных и преобразованных при этом в отраженные лучи RR2 для второй оптической системы 24', чье второе периферийное наблюдательное поле образует второй наблюдательный угол 2 возвышения, отдельный от первого угла, здесь больше 45 градусов, например, больше 65 градусов, даже больше 75 градусов, отраженные лучи RR2 являются, во второй «входной» части поля зрения центростремительными, распространяясь в направлении оси A'1 установки, на пути от кольцевой поверхности 16 в направлении второй оптической системы 24', которая здесь ограничена линзой 20'.
В варианте, представленном на фиг. 7B, один общий источник света 28, имеющий кольцевую форму вокруг оси A'1 установки, освещает кольцевую поверхность 16 посредством падающих лучей RI1, RI2, отраженных в одной и той же точке T кольцевой поверхности и преобразованных при этом, соответственно
- в отраженные лучи RR1 согласно первому периферийному наблюдательному полю, определяемому первой оптической системой 24, где это поле имеет первый наблюдательный угол 1 возвышения больше 45°, эти отраженные лучи в первой, «входной» части поля зрения являются центробежными на своем пути между кольцевой поверхностью 16 и имеющей форму усеченного конуса первичной отражательной поверхностью 261.
- в отраженные лучи RR2 согласно второму периферийному наблюдательному полю, определяемому второй оптической системой 24, и где это поле имеет второй наблюдательный угол 2 возвышения, отдельный от первого угла и имеющий здесь величину больше 45°, например, больше 65 градусов или даже больше 75 градусов, эти отраженные лучи RR2 во второй «входной» части поля зрения являются центростремительными, распространяясь в направлении оси A'1 установки, на своем пути от кольцевой поверхности в направлении второй оптической системы 24', которая здесь ограничивается линзой 20'.
Отметим, что в вариантах, представленных на фиг. 7A and 7B, две оптические системы 24, 24' являются нетелецентрическими. В качестве альтернативы, одна или обе оптические системы 24, 24' могут быть телецентрическими. Аналогично, хотя на чертеже представлен общий датчик, возможны варианты с раздельными специализированными датчиками.
Поэтому понятно, что возможны все сочетания углов для реализации вращения за счет первого угла возвышения и второго наблюдательного угла возвышения, при условии, что эти два угла различаются, предпочтительно по меньшей мере на 5 градусов.
Во всех случаях, первая и вторая оптические системы конфигурированы, относительно ассоциированного датчика 18, 18', для определения накладывающихся одна на другую первой «входной» части CAM1 поля зрения и второй «входной» части CAM2 поля зрения в области E установки, в соответствии с используемым контролируемым объемом (VUI), представляющим собой тело вращения вокруг оси A'1 установки. Таким образом, любая точка объекта, расположенного в используемом контролируемом объеме, которая освещена должным образом и которая считывается в виде первой точки изображения в составе первого изображения, сформированного первой оптической системой на первом датчике, эта точка также считывается в виде второй точки изображения в составе второго изображения, сформированного второй оптической системой на втором датчике. Этот используемый объем VUI, образующий общую область проверки, должен иметь геометрию, адаптированную так, чтобы иметь возможность принять кольцевую поверхность 16 контейнера, который нужно проверить. В иллюстрируемых примерах, этот используемый объем имеет форму, которая образуется вращением ромба вокруг оси A'1 установки, при этом ромб, возможно, является усеченным, например, в варианте, представленном на фиг. 1A, в зависимости от глубины поля, определяемого оптическими системами 24, 24' для ассоциированных датчиков.
Для варианта, представленного на фиг. 1A, это свойство подчеркнуто на упрощенном чертеже, представленном на фиг. 1C. На этом чертеже верхняя и нижняя границы первой «входной» части CAM1 поля зрения и верхняя и нижняя границы второй «входной» части CAM2 поля зрения представлены штриховыми линиями на разрезе в одной половине радиальной плоскости Pr. Эти две части накладываются одна на другую, в соответствии с используемым контролируемым объемом VUI.
Во всех вариантах эти две «входные» части CAM1, CAM2 поля зрения отображаются посредством ассоциированных оптических систем 24, 24', соответственно на первой и на второй областях формирования изображения на датчике изображения, эти области формирования изображения на датчике ассоциированы соответственно с первой и второй областями полного изображения IG, поступающего на датчик, где это полное изображение является общим для указанных двух оптических систем в примере, иллюстрируемом на фиг. 1D. Это обоснование сделано для вариантов, содержащих один общий датчик, ассоциированными с двумя оптическими системами 24, 24'.
В вариантах, содержащих два раздельных специализированных датчика, по одному для каждой оптической системы, как иллюстрирует фиг. 3, будет возможно обеспечить, чтобы первое полное изображение IG, получаемое посредством первого датчика, и второе полное изображение IG', получаемое вторым датчиком 18', содержали, таким образом, соответственно первое изображение кольцевой поверхности 16 в первой области первого полного изображения и второе изображение кольцевой поверхности 16 во второй области второго полного изображения. В этом случае, следует также отметить, что можно объединить указанные два полных изображения посредством компьютера для получения составного полного изображения, идентичного или аналогичного общему полному изображению, получаемому общим датчиком, в предположении, что эти первое и второе изображения представлены раздельными.
В вариантах, содержащих один общий датчик, ассоциированный с двумя оптическими системами 24, 24', должно быть отмечено, что первая область ZI1 изображения и вторая область ZI2 изображения являются разъединенными на общем полном цифровом изображении. Указанные две оптические системы одновременно формируют на одном и том же двумерном датчике 18 два изображения, разделенные на две разные области формирования изображения в указанном датчика, так что датчик передает полное изображение, содержащее две раздельные области изображения, где каждая из этих раздельных областей изображения содержит изображение кольцевой поверхности, образованное лучами, собранными в соответствии с периферийным наблюдательным полем, имеющим наблюдательный угол возвышения, определяемый соответствующей первичной отражательной поверхностью. Таким образом, это позволяет одновременно формировать, на основе отраженных лучей, собранных в соответствии с первым и вторым периферийными наблюдательными полями через оптические системы 24, 24', двумерные изображения I161, I162 кольцевой поверхности контейнера как в первой области ZI1 изображения, соответствующей наблюдению согласно первому периферийному наблюдательному полю, имеющему первый наблюдательный угол Ɣ1 возвышения, так и во второй области ZI2 изображения, соответствующей наблюдению согласно второму периферийному наблюдательному полю, имеющему второй наблюдательный угол 2 возвышения. В этом случае, для каждого контейнера будет получено, поэтому, полное изображение, содержащее две области изображения, каждая из которых имеет изображение кольцевой поверхности, с двух разных наблюдательных углов возвышения. Это общее полное изображение IG предпочтительно получают за один период получения изображения датчиком 18 изображения. В случае двух датчиков указанные два полных изображения могут предпочтительно быть получены одновременно. Однако и напротив, первое изображение кольцевой поверхности и второе изображение кольцевой поверхности могут быть получены в разное время.
Изображения I161, I162 кольцевой поверхности образованы радиальными лучами из состава соответствующего падающего светового пучка, зеркально отраженными от кольцевой поверхности 16 и направленными соответствующими оптическими системами 24, 24 на ассоциированные датчики 18, 18'. В некоторых вариантах можно считать, что изображение I161, I162 фактической кольцевой поверхности содержит только эти радиальные лучи из состава соответствующего падающего светового пучка, зеркально отраженные от кольцевой поверхности 16 и направленные соответствующими оптическими системами 24, 24 на ассоциированный датчик 18.
В некоторых вариантах, в частности, в вариантах, содержащих два раздельных специализированных датчика и два раздельных источника света, где свой датчик и свой источник света специально предназначены для каждой оптической системы, как это иллюстрирует фиг. 3, будет возможно обеспечить, чтобы каждое полное изображение содержало только изображение кольцевой поверхности. Действительно, здесь можно применить первый источник света 28, излучающий в первом диапазоне длин волн, и второй источник света 28', излучающий во втором диапазоне длин волн, отличном от первого диапазона. В некоторых вариантах, могут быть выбраны два диапазона длин волн, которые не накладываются один на другой. Поэтому достаточно при формировании первого изображения и второго изображения кольцевой поверхности осуществлять хроматическую фильтрацию, чтобы каждое изображение формировать посредством отраженных лучей, исходящих из соответствующего источника света. Эта хроматическая фильтрация может быть выполнена, например, посредством хроматического светофильтра, установленного в оптическом тракте, проходящем через одну или обе оптические системы 24, 24'. В варианте, представленном на фиг. 3 и содержащем два раздельных датчика 18, 18' и разделительную пластину 21, эту разделительную пластину можно сделать дихроичной пластиной. Такая хроматическая фильтрация может быть реализована в датчике (ах) с использованием датчиков, работающих в разных хроматических диапазонах, или с использованием, при обработке сигнала, только части собранного светового сигнала. В системе, содержащей один общий, например, трехцветный датчик (трехцветный ПЗС (CCD) или датчик типа Байера), можно, например, использовать только один хроматический (цветовой) канал для первой области изображения и другой хроматический канал для второй области изображения. Это может облегчить идентификацию изображения кольцевой поверхности в составе соответствующего изображения. Это, в частности, делает возможным по меньшей мере частично компенсировать любые паразитные отражения, включая те, которые возникают из возможного присутствия двух источников света в устройстве.
Предпочтительно, каждая из двух оптических систем 24, 24' позволяет оптическим способом формировать двумерное изображение I161, I162 полной и непрерывной кольцевой поверхности в пределах всего угла 360 градусов вокруг теоретической центральной оси A1 кольцевой поверхности 16 на ассоциированном датчике 18, 18'. Это полное и непрерывное оптическое изображение формируют на ассоциированном датчике без применения цифрового преобразования, только оптическим способом, воздействуя на свет. В иллюстрируемых примерах, это полное и непрерывное оптическое изображение кольцевой поверхности формируют на датчике посредством оптической системы 24, 24', без применения цифрового преобразования.
Фиг. 1D представляет пример общего полного изображения или составного полного изображения, полученного, как описано выше. Таким образом, через каждую оптическую систему 24, 24', были получены два планарных оптических изображения I161, I162 фактической кольцевой поверхности 16 на ассоциированных датчиках посредством двух оптических геометрических преобразований, каждое из которых преобразует кольцевую поверхность 16 в изображение I161, I162 кольцевой поверхности. Предпочтительно, для каждого из оптических геометрических преобразований, относительное угловое расположение двух точек кольцевой поверхности вокруг теоретической центральной оси A1 не меняется, в том смысле, что соответствующие изображения двух точек фактической кольцевой поверхности, разделенных некоторым угловым расстоянием вокруг теоретической центральной оси A1, оказываются разделены, на изображении, полученном посредством рассматриваемого оптического геометрического преобразования, таким же угловым расстоянием вокруг изображения этой теоретической центральной оси. Для каждого из указанных двух оптических преобразований считается, что такое же преобразование теоретически превращает теоретическую кольцевую поверхность в изображение I161t, I162t теоретической кольцевой поверхности, в том смысле, что это изображение теоретической кольцевой поверхности представляет собой изображение, которое, будучи получено посредством указанного преобразования фактической кольцевой поверхности, совпало бы с теоретической кольцевой поверхностью.
На фиг. 1C, траектории двух наблюдательных лучей изображены сплошными линиями, соответственно, согласно первому наблюдательному углу возвышения и согласно второму наблюдательному углу возвышения, исходя из точки Ti фактической кольцевой поверхности, в направлении фотоэлектрического датчика 18, проходя соответственно через первую и вторую первичные отражательные поверхности.
Фиг. 1D иллюстрирует полное изображение IG как принятое датчиком 18 через две оптические системы 24, 24'. Два фактических изображения одной и той же кольцевой поверхности, образованные в соответствии с двумя наблюдательными углами возвышения, через соответствующие две первичные отражательные поверхности 261, 262, здесь показаны каждое в форме линии I161, I162 на изображении, где это изображение сформировано соответствующей оптической системой на общем датчике 18 в результате отражения соответствующего падающего пучка от кольцевой поверхности 16. Толщину этих двух линий изображения в радиальном направлении полного изображения IG определяют, например, в частности, посредством планарной, скругленной, перевернутой V–образной или многоугольной геометрии профиля кольцевой поверхности в ее сечении радиальной плоскостью, за счет протяженности источника света в этой же самой радиальной плоскости и в пределах углового диапазона света, испускаемого указанным источником света. В большинстве случаев, изображение I161, I162 кольцевой поверхности может быть сведено в линию, в противном случае будет возможно определить линию, представляющую изображение кольцевой поверхности, например, выбрать линию внутреннего или наружного края или среднюю линию кольцевой поверхности в качестве линии-представителя. Такая линия может быть также определена посредством сегментации, посредством «скелетизации», посредством поиска конкретной точки для каждого распространяющегося луча, исходящего из центра, и т.п.
Как иллюстрируют фиг. 1C и 1D, здесь считается, что соответствующая точка Tti теоретической кольцевой поверхности 16t представляет собой точку теоретической поверхности, которая будет иметь такую же самую угловую координату, как и рассматриваемая точка Ti фактической кольцевой поверхности 16, в цилиндрической системе координат (Z, ρ, ϴ), центрированной на теоретической центральной оси A1. Разница позиций между соответствующей точкой Ti фактической кольцевой поверхности и соответствующей точки Tti теоретической кольцевой поверхности представляет собой комбинацию разницы dZ фактических высот в направлении теоретической центральной оси и фактической радиальной разницей dρ в радиальном направлении, перпендикулярной теоретической центральной оси A1.
Точки ITi1, ITi2 изображения кольцевой поверхности контейнера представляют собой изображения рассматриваемой точки Ti фактической кольцевой поверхности через соответственно первую и вторую оптические системы посредством соответствующего оптическое геометрическое преобразование.
На этом фиг. 1D, были добавлены две линии I161t, I162t, иллюстрирующие соответственно изображение теоретической кольцевой поверхности согласно двум наблюдательным углам возвышения. Соответствующие точки ITti1, ITti2 теоретических изображений I161t, I162t кольцевой поверхности 16t представляют собой изображения соответствующей точки Tti теоретической кольцевой поверхности через соответствующие первую и вторую оптические системы, в результате соответствующего оптического геометрического преобразования.
Теоретическая линия I161t, I162t, представляющая изображение теоретической кольцевой поверхности, может представлять собой заданную линию, например, окружность с центром на оси IA'1 установки.
В качестве альтернативы, теоретическая линия I161t, I162t, представляющая изображение теоретической кольцевой поверхности, может быть получена на основе изображения кольцевой поверхности I161, I162, например, путем вычислений в устройстве для обработки изображения посредством оценки соответствующей теоретической линии I161t, I162t. Возможны различные способы получения этой теоретической линии, например, типа «кривой наилучшей подгонки», это может быть преобразование Хафа, корреляция, поиск наибольшей вписанной окружности и т.п. Такие способы позволяют учесть априори диаметр кольца. Действительно, теоретическая линия I161t, I162t в идеальной оптической системе и для контейнера, центрированного в области E для установки (A1=A'1), представляет собой окружность. Диаметр этой окружности на теоретическом изображении кольца (теоретическая линия I161t, I162t) может быть известен априори из системы обработки изображения с использованием средств регулировки или инициализации, например, посредством обучения или посредством ввода или посредством загрузки (скачивания) величины. Поэтому, для того, чтобы узнать теоретическую линию I161t, I162t, необходимо определить ее центр на основе изображения кольцевой поверхности I161, I162. Эти способы можно обобщить с применением более развитых форм теоретических кривых, таких как эллипсы или другие параметрические кривые для нецентрированных контейнеров, если ось A1 смещена относительно оси A'1.
Эти две области ZI1, ZI2 цифровых изображений, каждая из которых содержит соответственно одно из двух изображений одной и той же кольцевой поверхности, представляют собой, в иллюстрируемом примере, концентрические кольцевые области, соответствующие двум первичным отражательным поверхностям 261, 262.
Как иллюстрируют фиг. 1C и 1D, по меньшей мере для одного из двух оптических геометрических преобразований и по меньшей мере для вариантов, представленных на фиг. 1A, 3, 4 и 5, в реальности эти два оптических геометрических преобразования преобразуют, за исключением специальных случаев, разницу позиций между рассматриваемой точкой Ti фактической кольцевой поверхности и соответствующей точки Tti теоретической кольцевой поверхности, в радиальный сдвиг изображения dR1i, dR2i. Радиальный сдвиг изображения dR1i, dR2i, в составе полного изображения IG, IG', представляет собой расстояние между, с одной стороны, точкой ITi1, ITi2 изображения в составе изображения I161, I162 соответствующей фактической кольцевой поверхности и, с другой стороны, точкой ITti1, ITti2 соответствующего теоретического изображения в составе изображения I161t, I162t соответствующей теоретической кольцевой поверхности.
В иллюстрируемом примере, два изображения I161, I162 фактической кольцевой поверхности, иллюстрируемые сплошной линией, по существу совпадают по всему периметру с соответствующим теоретическим изображением I161t, I162t кольца, что иллюстрирует штриховая линия. Можно видеть, что в первой области ZI1 изображения, в угловом секторе, соответствующем точке Ti кольцевой поверхности, имеющей локализованный дефект, первое изображение I161 фактической кольцевой поверхности отстоит от первого соответствующего теоретического изображения I161t кольца, и имеет, на этом изображении, радиальный сдвиг dR1i изображения относительно указанного изображения. Здесь видно, что разница позиций между двумя точками Ti и Tti преобразуется в соответствии с первым оптическим геометрическим преобразованием посредством оптической системы 124, в радиальный сдвиг dR1i изображения на изображении, видимом датчиком.
В иллюстрируемом примере, для которого второй наблюдательный угол Ɣ2 возвышения также представляет собой угол скольжения, видно, что угловой сектор, соответствующий той же самой точке Ti кольцевой поверхности, имеет локализованный дефект, второе изображение I162 фактической кольцевой поверхности также отстоит от второго соответствующего теоретического изображения I162t кольца и имеет, на этом изображении, радиальный сдвиг dR2i изображения относительно указанного изображения. Здесь видно, что, в этой гипотезе, разницу позиций преобразуют в соответствии со вторым оптическим геометрическим преобразованием посредством оптической системы 124, во второй радиальный сдвиг dR2i изображения на изображении, видимом датчиком.
Отмечено, что для конфигураций, в каких отраженные лучи совершают одинаковое число отражений или число отражений с одинаковой четкостью на своем пути между фактической кольцевой поверхностью и датчиком 18, величины указанных двух радиальных сдвигов изображения dR1i и dR2i могут быть измерены, на полном изображении IG поступающем к датчику, на одном и том же луче, исходящем от центральной точки изображения, соответствующей изображению IA'1 оси A'1 установки.
Предпочтительно, по меньшей мере для первого из двух оптических геометрических преобразований, например, преобразования, реализованного посредством первой отражательной поверхности 261, наблюдается, в первой области ZI1 планарного изображения, собранного первым датчиком 18, что радиальный сдвиг изображения dR1i, являющийся результатом единичной фактической разности dZi высот, больше радиального сдвига изображения, являющегося результатом фактического радиального сдвига dρi того же самого размера между рассматриваемой точкой фактической кольцевой поверхности и соответствующей точкой теоретической кольцевой поверхности. Другими словами, предпочтительно, по меньшей мере для первого из двух оптических геометрических преобразований, влияние фактической разницы dZi высот больше влияния фактической радиальной разницы dρi для радиального сдвига изображения, полученного в результате первого оптического геометрического преобразования, осуществляемого первой оптической системой 24. Таким образом, сдвиг по высоте в 1 мм фактической кольцевой поверхности относительно теоретической кольцевой поверхности, приведет к некоторому радиальному сдвигу изображения осевой начальной точки, тогда как радиальный сдвиг в 1 мм фактической кольцевой поверхности относительно теоретической кольцевой поверхности приведет к другому радиальному сдвигу изображения радиальной начальной точки меньшей величины.
В некоторых вариантах устройства согласно настоящему изобретению такое преимущество радиальных сдвигов изображения осевой начальной точки обеспечивается тем фактом, что первый наблюдательный угол возвышения не больше 45 градусов, и даже более того, если он меньше 25 градусов. Однако, в варианте, представленном на фиг. 7B, такого преимущества нет ни для одного из двух геометрически преобразований, определяемых двумя оптическими системами 24, 24'. В иллюстрируемых примерах вариантов, содержащих первую имеющую форму усеченного конуса первичную отражательную поверхность 261, вогнутую в плоскости, перпендикулярной оси установки, это свойство, согласно которому влияние фактической разницы высот на радиальный сдвиг изображения, полученный в результате оптического геометрического преобразования, больше влияния фактической радиальной разницы, обеспечивается, в частности, углом первичной отражательной поверхности 261 относительно оси A1 установки. Более конкретно, половинный угол a1 при вершине, характеризующий первичную отражательную поверхность 261, определяет отношение влияния, на радиальный сдвиг изображения, между разницей высот и радиальной разницей для фактической поверхности относительно теоретической кольцевой поверхности.
В иллюстрируемых вариантах, имеющих первую вогнутую первичную отражательную поверхность 261 и возвращающую отражательную поверхность 132, чем в большей степени этот половинный угол a1 при вершине первичной отражательной поверхности 261 уменьшается по мере приближения к 0 градусов, тем больше влияние разницы высот на радиальный сдвиг изображения. Безусловно, должно быть предпочтительно обеспечено, чтобы вершина конуса, несущего первичную отражательную поверхность, располагалась по направлению вверх относительно этой поверхности, так что оптический элемент 122, несущий первичную отражательную поверхность 261, 262, мог быть установлен выше кольцевой поверхности 16, и датчик 18 видел, таким образом, кольцевую поверхность 16 сверху через оптическую систему 24. В иллюстрируемом случае, где возвращающая отражательная поверхность 132 имеет угол 45 градусов, этот половинный угол a1 при вершине имеет величину меньше 12.5 градусов, так что влияние фактической разности высот на радиальный сдвиг изображения намного больше влияния фактической радиальной разницы.
Предпочтительно, по меньшей мере для первого из двух периферийных наблюдательных полей, радиальный сдвиг изображения, соответствующий единичной фактической разнице высот, по меньшей мере в 2.14 раз больше, и еще более предпочтительно по меньшей мере в 3 раза больше радиального сдвига изображения, соответствующего фактической радиальной разнице такой же величины между указанной точкой фактической кольцевой поверхности и соответствующей точкой теоретической кольцевой поверхности. Таким способом обеспечивается, что в полученном изображении радиальный сдвиг изображения из-за разницы высот между фактической кольцевой поверхностью и теоретической кольцевой поверхностью оказывается очень большим по сравнению со сдвигом из-за радиальной разницы между этими двумя поверхностями.
В примерах, иллюстрируемых на фиг. 1A – 5, наблюдательный угол Ɣ1 возвышения, определяемый первой первичной отражательной поверхностью 261, составляет 15 градусов, а половинный угол a1 при вершине этой первой первичной отражательной поверхности 261 равен 7.5 градусов. В более общем смысле, в конфигурации устройства в варианте, представленном на фиг. 1A, вогнутая первая первичная отражательная поверхность 261 может представлять собой поверхность вращения в форме усеченного конуса, непрерывную по всему углу 360 градусов вокруг оси A'1 установки и имеющую половинный угол a1 при вершине, равный половине наблюдательного угла возвышения.
В конфигурации устройства в варианте, представленном на фиг. 1A, второй наблюдательный угол 2 возвышения также меньше 45 градусов, и даже предпочтительно меньше 25 градусов, и потому является углом скольжения, как видно выше. По-видимому, также, на втором изображении I162 кольцевой поверхности, радиальный сдвиг dR2 изображения, соответствующий единичной фактической разнице высот, больше радиального сдвига изображения, соответствующего фактической радиальной разнице той же величины между точкой фактической кольцевой поверхности 16 и соответствующей точкой теоретической кольцевой поверхности 16t.
Напротив, в вариантах, представленных на фиг. 4, 5, 7A и 7B, второй наблюдательный угол 2 возвышения не является углом скольжения, как видно выше. Он может быть, например, больше 65 градусов или даже больше 75 градусов. В этом случае, радиальный сдвиг изображения оказывается очень большим из-за фактической радиальной разницы dρ фактической кольцевой поверхности относительно теоретической кольцевой поверхности по сравнению с разницей высот между этими двумя поверхностями. Этот радиальный сдвиг изображения для второго изображения имеет, поэтому преимущественно радиальное происхождение.
Для варианта, представленного на фиг. 3, второй наблюдательный угол Ɣ2 возвышения равен 90 градусов. В этом случае радиальный сдвиг dR2 изображения обусловлен исключительно фактической радиальной разницей dρ фактической кольцевой поверхности относительно теоретической кольцевой поверхности. Разница dZi высот между этими двумя поверхностями не видна на втором изображении кольцевой поверхности. Другими словами, в устройстве, представленном на фиг. 3, радиальный сдвиг dR2i изображения, измеренный на втором изображении I162 кольцевой поверхности, сразу дает величину, представляющую радиальный сдвиг фактической кольцевой поверхности относительно теоретической кольцевой поверхности в направлении, перпендикулярном оси установки.
В последующем описании рассмотрены возможные способы обработки изображений и определения измерений для проверки контейнеров. Для преобразования результатов измерений, выполненных в единицах пикселей или субпикселей, на изображениях в результаты физических измерений контейнеров, в частности, в единицах длины, вычисления учитывают оптические и геометрические характеристики первой и второй оптических систем 24, 24', включая системы 20, 20' линз, и датчиков 18 и 18', такие как: размеры пикселей, фокусные расстояния линз, расстояния и позиции оптических элементов и кольцевой поверхности и углы имеющих форму усеченного конуса зеркал и т.п. Эта оптические и геометрические характеристики, поэтому считаются известными для системы обработки изображения. Их делают доступными для системы обработки изображения либо посредством какого-либо носителя информации, например, посредством ввода данных с этого носителя, либо путем калибровки устройства.
Эти оптические и геометрические характеристики используются также для вычисления геометрических лучей, соответствующих оптическим лучам, с целью осуществления любых полезных вычислений в трехмерном измерительном пространстве.
Таким образом, в более общем смысле, на изображениях, полученных предлагаемым способом, и/или в описанных выше устройствах можно, путем обработки изображений, определить интересующие точки на каждом изображения кольца. Эти определения могут быть выполнены для N анализируемых направлений Di, исходящих из базовой точки O полного цифрового изображения, и при этом могут быть определены угловые сдвиги между этими направлениями вокруг базовой точки O, которая может предпочтительно представлять собой изображение IA'1 оси установки.
Отмечено, что тогда можно работать с общим полным цифровым изображением, полученным в случае общего датчика или в случае двух специализированных датчиков, с композиционным полным цифровым изображением, полученным посредством комбинирования двух полных цифровых изображений, полученных по отдельности двумя специализированными датчиками, либо в двух раздельных полных цифровых изображениях, полученных по отдельности двумя специализированными датчиками. Во всех случаях необходимо учитывать любые оптические инверсии между двумя двумерными цифровыми изображениями, любую разницу коэффициентов увеличения между двумя изображениями, любые различия ориентации, даже если это означает подстройку эти двух изображений при необходимости, что сделать их геометрически сопоставимыми.
Таким образом, будет возможно определить в соответствии с анализируемым направлением Di, первую точку ITi1 изображения в составе первого двумерного цифрового изображения I161 кольцевой поверхности 16 в анализируемом направлении. Эта точка ITi1 изображения представляет собой изображение точки Ti кольцевой поверхности через первую оптическую систему. Тогда можно определить первую величину, представляющую расстояние от этой первой точки изображения до базовой точки на первом полном цифровом изображении IG. В упомянутом выше примере эта представляющая величина может быть величиной первого радиального сдвига dR1i изображения, т.е. расстоянием между первой точкой ITi1 изображения и первой точкой ITti1 изображения в составе теоретического изображения, принадлежащей изображению I161t первой теоретической кольцевой поверхности и расположенной в том же самом направлении. Поэтому указанный первый радиальный сдвиг dR1i изображения представляет собой, в этом примере, расстояние, вдоль анализируемого направления, от базовой точки, между линией I161, представляющей первое изображение кольцевой поверхности 16, и теоретической линией I161t, представляющей изображение теоретической кольцевой поверхности в составе первого изображения. Однако, можно также, в качестве представляющей величины, принять величину расстояния от указанной первой точки изображения до базовой точки в составе первого полного цифрового изображения IG, как будет описано позднее.
Можно также определить вторую точку ITi2 изображения в составе второго изображении I162 кольцевой поверхности 16, в том же самом анализируемом направлении Di, исходящем от базовой точки IA1, IA'1. Эта точка ITi2 изображения представляет собой ту же самую точку Ti кольцевой поверхности через вторую оптическую систему 24'. Можно затем определить величину, представляющую расстояние от этой второй точки ITi2 изображения до базовой точки IA1, IA'1 на втором полном цифровом изображении IG'. В приведенном выше примере эта представляющая величина может быть величиной второго радиального сдвига dR2i изображения, всегда для того же самого анализируемого направления Di, т.е. расстояние между второй точкой ITi2 изображения и второй точкой ITti2 теоретического изображения, принадлежащей изображению I162t второй теоретической кольцевой поверхности и расположенной в том же самом направлении. Таким образом, второй радиальный сдвиг dR2i изображения представляет собой, в этом примере, расстояние, в соответствии с анализируемым направлением, исходя из базовой точки IA1, IA'1, между линией I162, представляющей второе изображение кольцевой поверхности 16, и теоретической линией I162t, представляющей изображение теоретической кольцевой поверхности, на втором изображении. Однако, как будет понятно со ссылками на фиг. 1E, можно также, в качестве представляющей величины, принять величину расстояния от указанной второй точки изображения до базовой точки на втором полном цифровом изображении IG.
Безусловно, для этих двух изображений могут быть приняты величины, представляющие одну и ту же величину.
На этой основе можно вывести для каждого анализируемого направления Di, посредством соотношения геометрической триангуляции в радиальной плоскости Pri, по меньшей мере одну величину, представляющую осевую позицию, в направлении оси A'1 установки, от точки Ti фактической кольцевой поверхности 16, изображения которой (точки), сформированные первой и второй оптическими системами 24, 24', представляют собой, соответственно точку ITi1 первого изображения и точку ITi2 второго изображения.
Как показано на фиг. 1D, эти соотношения геометрической триангуляции используют, например:
- первую величину, например, первого радиального сдвига dR1i изображения;
- вторую величину, например, второго радиального сдвига dR2i изображения;
- первый наблюдательный угол 1 возвышения, и
- второй наблюдательный угол 2 возвышения.
Действительно, посредством ортогональной проекции в радиальной плоскости Pri, содержащей ось A'1 установки и проходящей через рассматриваемую точку Ti, и потому содержащей анализируемое направление Di, можно определить соотношения, связывающие:
- фактическую величину разницы dρi радиусов между точками Ti и Tti, рассматриваемыми в содержащей их радиальной плоскости Pri;
- разницу dZi высот в направлении оси установки между рассматриваемыми точками Ti и Tti
- радиальные сдвиги dR1i и dR2i изображения, измеренные в полном изображении.
В иллюстрируемом примере варианта это соотношение будет описано уравнениями:
dR1i = dZi * G1 * cos(1) +dρi* G1 * sin (1)
dR2i = dZi * G2 * cos(2) +dρi* G2 * sin (2)
где G1 и G2 – функции увеличения соответственно в первой системе 20 линз и второй системе 20' линз.
В качестве альтернативы, со ссылками на фиг. 1E, можно будет определить, в соответствии с анализируемым направлением Di, первую точку ITi1 изображения в составе первого двумерного цифрового изображения I161 кольцевой поверхности 16 в анализируемом направлении. Эта первая точка ITi1 изображения представляет собой изображение точки Ti кольцевой поверхности через первую оптическую систему. Затем можно определить расстояние R1i от этой первой точки изображения до базовой точки O, например, изображения IA'1 оси установки, на первом полном цифровом изображении IG. Эта величина может называться радиальной координатой R1i изображения.
Можно также определить вторую точку ITi2 изображения в составе второго изображения I162 кольцевой поверхности 16 в том же самом анализируемом направлении Di, исходящем из базовой точки O. Эта точка ITi2 изображения представляет собой изображение той же самой точки Ti кольцевой поверхности через вторую оптическую систему 24'. Затем можно определить расстояние R2i от этой второй точки ITi2 изображения до базовой точки O на втором полном цифровом изображении IG'. Эта величина может называться радиальной координатой R2i изображения.
На этой основе затем можно вывести для каждого анализируемого направления Di, посредством соотношения геометрической триангуляции в радиальной плоскости Pri, по меньшей мере одну величину Zi, представляющую осевую позицию, в направлении оси A'1 установки, и величину ρi, представляющую радиальную позицию точки Ti на фактической кольцевой поверхности 16, изображения которой (точки), полученные посредством первой и второй оптических систем 24, 24', представляют собой соответственно первую точку ITi1 изображения и вторую точку ITi2 изображения.
Эти соотношения геометрической триангуляции использует, например:
- первую величину, радиальную координату R1i изображения для первой точки ITi1 изображения;
- вторую величину, радиальную координату R2i изображения для второй точки ITi2 изображения;
- первый наблюдательный угол 1 возвышения, и
- второй наблюдательный угол 2 возвышения.
Действительно, посредством ортогональной проекции в радиальной плоскости Pri, содержащей ось A'1 установки и проходящей через рассматриваемую точку Ti, и потому содержащей анализируемое направление Di, можно определить соотношения, связывающие:
- радиальную позицию ρi точки Ti относительно оси A'1 установки в радиальной плоскости Pri, содержащей эти точку и ось;
- осевую позицию Zi в направлении оси A'1 установки для точки Ti.
- R1i = Zi * K11 * cos(1) + ρi * K12 * sin (1) + K13
- R2i = Zi * K21* cos(2) + ρi* K22* sin (2) + K23
- где Kij представляют собой константы, зависящие от геометрических и оптических характеристик устройства, как описано выше.
Поэтому, для всех направлений Di, для всех плоскостей Pri и для всех углов θi полные цилиндрические координаты точки Ti кольцевой поверхности оказываются, таким образом, известны.
Эквивалентный способ состоит в вычислении, для некой конкретной радиальной плоскости Pri и для точек IT1i и IT2i изображения, ассоциированного основного наблюдательного луча и в учете позиции точки Ti в качестве точки пересечения двух основных наблюдательных лучей, вычисленных таким способом. Действительно, зная оптические и геометрические характеристики устройства, можно ассоциировать с каждой точкой изображения основной наблюдательный луч для этой точки изображения. Таким образом, указанные две точки IT1i и IT2i изображения, соответствующие одной и той же фактической точке, делают возможным определение уравнения для двух основных наблюдательных лучей, каждый из которых имеет свой, отличный от другого луча наблюдательный угол возвышения. Такой способ по-прежнему основан на соотношении геометрической триангуляции с использованием первой величины, представляющей расстояние от первой точки изображения до базовой точки, величины, представляющей расстояние от второй точки изображения до этой базовой точки, первого наблюдательного угла 1 возвышения и второго наблюдательного угла 2 возвышения.
Согласно одному из вариантов, одно из двух изображений I161 (соответственно I162) кольцевой поверхности может быть проанализировано с учетом N точек IT1i (соответственно IT2i) изображения для получения оценки одной из двух величин, либо фактического радиального сдвига dρi, либо разности dZi высот. Например, на основе N точек IT2i второго изображения I162 определяют оценку, для каждого направления, величины фактического радиального сдвига dρi. Эту оценку величины фактического радиального сдвига dρi затем учитывают для коррекции оценок разности dZi высот только на основе точек IT1i.
Согласно одному из вариантов, второе изображение I162 получают с использованием такого устройства, как показано на фиг. 3 или 4, с обращенным вниз наблюдательным углом возвышения, в частности больше 75 градусов, при котором влияние фактической разницы dZi высот, на радиальную позицию второй точки изображения или на радиальный сдвиг изображения dR2i, незначительно или даже равно нулю, если угол Ɣ2 = 90 градусов. В этом случае, можно сначала проанализировать второе изображение I162 кольцевой поверхности с учетом совместно N точек IT2i. На основе этих N точек IT2i второго изображения I162 определяют величины, представляющие смещение от центра и/или степень круглости, например, величины фактического радиального сдвига dρi. На втором этапе, эти величины, определяющие форму и позицию цилиндра кольца, можно определить с большой точностью dZi для позиции каждой фактической точки Ti объекта относительно позиции точки IT1i изображения.
Действительно, в общем случае, считается, что фактический радиальный сдвиг dρi точки Ti кольцевой поверхности может произойти из-за:
a) смещения (нарушение центровки) теоретической центральной оси A1 кольца относительно оси A'1 оборудования во время регулировки.
b) дефекта круглости.
Последующее пояснение пренебрегает влиянием возможного наклона, что может быть, однако, учтено где-нибудь еще.
Во всех случаях, для первого изображения, полученного после отражения от первичной отражательной поверхности, в отсутствие каких-либо дефектов круглости, но в присутствии смещения относительно центра, изображение I161 первой фактической кольцевой поверхности представляет собой параметрическую кривую, полученную в результате наблюдения окружности посредством отражения ее на зеркалах в форме усеченных конусов. В отсутствие смещения от центра это первое изображение представляет собой окружность.
Напротив, в отсутствие каких-либо дефектов круглости, изображение I162 фактической кольцевой поверхности представляет собой окружность, центрированную или нецентрированную для варианта, представленного на фиг. 3, и эллипс для варианта, представленного на фиг. 4. Можно легко определить окружность или эллипс в области ZI2 изображения с применением известных алгоритмов и тем самым узнать о смещении от центра. Отсюда можно измерить по кадру изображения в пикселях или по фактическому кадру изображения в миллиметрах расстояние между осями A1 и A'1.
Для вариантов, представленных на фиг. 3 и 4, дефекты круглости представляют собой расхождения между теоретическими кривыми и фактическими кривыми. Дефект круглости тогда определяют, например, путем поиска второй теоретической линии I162t типа окружности или эллипса, наиболее близко приближающейся к фактической кривой I162. Для этого применяют алгоритм, аналогичный предыдущему. Для вариантов, представленных на фиг. 3 и 4, дефекты круглости тогда представляют собой расхождения между теоретическими кривыми и фактическими кривыми. Отсюда можно определить по кадру изображения в пикселях или по фактическому кадру в миллиметрах, размеры и сравнить эти размеры с порогами допусков. Пример такого размера дан областью поверхности между двумя сравниваемыми кривыми или величиной расстояния между этими кривыми. Возможны также другие критерии. Эти размеры в любом случае представляют расстояние от точек изображения до базовой точки на соответствующем цифровом изображении.
В общем случае, способ анализа изображений IG, IG' посредством системы обработки изображения для определения трехмерной геометрии фактической кольцевой поверхности контейнера учитывает оптические и геометрические характеристики устройства. На изображении IG, IG', базовую точку выбирают в качестве точки O начала координат кадра изображения в полярных координатах. Предпочтительно, это начало координат представляет собой точку IA'1, которая является полученным посредством первой системы изображением оси A1' установки. Каждый пиксель P изображения IG, IG', поэтому имеет в качестве полярных координат P(R,θ) радиус R, определяемый как расстояние от этого пикселя до базовой точки, и угол θ радиуса PO.
Отметим, что для некоторых способов, чем больше разница между наблюдательными углами 1 и 2 возвышения, тем точнее будут вычисления, и в частности, триангуляционные вычисления. Если второе наблюдение является «вертикальным» или почти вертикальным (угол 2 равен или близок к 90 градусам), система «не видит» совсем или почти не видит никакой возможной разницы dZi высот и потому позволяет надежно вычислять фактическую величину радиального сдвига. Комплементарное наблюдение, осуществляемая в соответствии с первым наблюдательным углом возвышения, будет способна точно определить разницу dZi высот, поскольку будет можно компенсировать путем вычислений любой радиальный сдвиг, в частности, если первый наблюдательный угол 1 возвышения не больше 45 градусов, и даже больше, если этот угол будет меньше 25 градусов.
Таким образом, повторяя эти вычисления для заданного числа N раз в различных направлениях Di, предпочтительно распределенных по всему углу 360 градусов вокруг базовой точки, можно определить геометрию фактической кольцевой поверхности и выявить на ее основе присутствие различных дефектов кольцевой поверхности, в частности:
- неровность, например, типа “впадина» или «седлообразного» типа;
- дефекты круглости;
- и т.п.
Предпочтительно, для всех приведенных выше способов, должно быть взято достаточное число N направлений Di в пределах угла 360 по кольцевой поверхности, чтобы получить достаточно тонкую геометрическую информацию относительно дефектов, подлежащих наблюдению. Предпочтительно, число таких направлений Di выбирают, в пределах полного угла 360 градусов, таким образом, чтобы два направления Di не были разнесены более чем на 20 градусов одно от другого, предпочтительно не были разнесены более чем на 10 градусов и более предпочтительно не были разнесены более чем на 5 градусов. В результате такого выбора будут получены по меньшей мере 18 различных направлений, предпочтительно по меньшей мере 36 различных направлений, и более предпочтительно по меньшей мере 72 различных направления.
Следует отметить, что одним из преимуществ предлагаемых устройства и способа является способность определять неровность независимо от возможного дефекта круглости кольцевой поверхности, например, овализации, что более важно, независимо от возможного нарушения центрирования кольцевой поверхности, дефекта, который может быть присущ самой геометрии контейнера (нарушение центрирования кольцевой поверхности относительно теоретической центральной оси A1 контейнера), или дефекта, который может представлять собой неправильное позиционирование контейнера в оборудовании во время проверки (центрирование кольцевой поверхности относительно оси A'1 установки). Этот последний пункт важен, поскольку он позволяет расширить допуск на позиционирование контейнера во время проверки. Это очень важно для проверки контейнеров в режиме «онлайн», в частности, с высокой скоростью.
Это позволяет также учесть и измерить дефекты наклона кольца.
Согласно способу, в котором необходимо определять другую представительную величину, например, величину расстояния от этой второй точки изображения до базовой точки на первом полном цифровом изображении IG, это будут непосредственно координаты соответствующих точек кольцевой поверхности в цилиндрическом кадре.
Во всех случаях, таким образом, можно определить информацию, представляющую трехмерную геометрию фактической кольцевой поверхности 16 проверяемого контейнера 14.
Это определение может быть сделано, в устройстве согласно настоящему изобретению, посредством системы обработки изображения, ассоциированной с датчиком 18, включая, в частности, в качестве примера компьютер.
Фиг. 6 иллюстрирует линию 200 технического контроля контейнеров 14, реализующую устройство 10 согласно настоящему изобретению. В иллюстрируемом примере контейнеры 14 движутся на конвейере 210, транспортирующем эти контейнеры 14 в направлении перемещения, например, горизонтального перемещения перпендикулярно теоретической центральной оси A1 контейнеров 14. В иллюстрируемом примере, конвейер 210 содержит конвейерную ленту 212, на которую контейнеры 14 укладывают их нижними поверхностями, также называемыми опорной плоскостью укладки, так что при этом теоретическая центральная ось A1 каждого контейнера расположена вертикально. Конвейер 210 может также содержать направляющие (не показаны), взаимодействующие с боковыми поверхностями контейнеров 14. Конвейер 210 может также иметь противоположные ленты транспортера, создающие сжатие боковых поверхностей контейнера для его транспортировки по прямолинейному участку. Конвейер может также содержать конвейерное колесо (карусель) для перемещения контейнеров 14 по круговой траектории, в частности, в горизонтальной плоскости. Таким образом, кольцевые поверхности 16 контейнеров 14 располагаются в горизонтальной плоскости и обращены кверху. Согласно настоящему изобретению, конвейер 210 приносит контейнеры по горизонтальной траектории под устройство 10 без риска зацепления с этим устройством 10. Устройство 10 может быть установлено на опоре, например, в форме кожуха 230, внутри которого находится это устройство 10, конкретнее – датчик (и) 18, 18', системы 20, 20' линз, источник И) света 28, 28', первичная отражательная поверхность (и) 261, 262. Кожух 230 расположен над конвейером. Внутри кожуха 230 устройство 10 согласно настоящему изобретению установлено так, что его ось A'1 установки находится в вертикальном положении, так что наблюдательные поля и падающий световой пучок ориентированы вниз, к области E для установки, которая располагается между нижней поверхностью кожуха 230 и конвейерной лентой 212. Поэтому понятно, что на этой контрольной станции конвейер 210 приводит контейнеры в такое положение, чтобы их теоретическая центральная ось A1 наилучшим образом совпадала с осью A'1 установки. Во время этого совпадения получают с использованием устройства 10 по меньшей мере первое изображение и второе изображение, возможно в форме общего полного цифрового изображения, не требуя для этого каких-то манипуляций с контейнером или остановки конвейера. Изображения, полученные устройством 10, могут быть затем переданы процессорному устройству 240, например, системе обработки изображения, и/или просмотровому устройству, и/или устройству для хранения изображения, например, компьютерной системе, содержащей компьютер. Затем можно анализировать изображения, полученные таким образом, и определить трехмерную геометрию кольцевой поверхности 16 контейнера 14.
Запуск видеокамеры для осуществления интеграции изображений может происходить синхронно с перемещением изделий, в частности, для «замораживания» изображения при совмещении теоретической центральной оси A1 кольца с осью A'1 установки. Ожидается, что время интеграции будет коротким, например, меньше 1 мс или даже меньше 400 мкс, чтобы уменьшить риск тряски видеокамеры в момент съемки изображения.
Источник света может быть импульсным, иными словами, освещать только в течение короткого периода типа вспышки, например, меньше 1 мс или даже меньше 400 мкс, чтобы уменьшить риск тряски видеокамеры во время съемки изображений.
Процессорная система 240 может взаимодействовать с или содержать модуль управления источником света и видеокамерой для синхронизации работы этих компонентов во время перемещении изделий.
Эти способ и устройство, поэтому, не имеют физического контакта с контейнером, который нужно контролировать. Устройство согласно настоящему изобретению должно быть дешевле и занимает меньше места, чем известные устройства, что позволяет, в частности, легко устанавливать предлагаемое устройство на контрольной станции или в линии технического контроля изделий, которая может также содержать и другие устройства, предназначенные для других видов контроля, при этом устройство согласно настоящему изобретению может быть установлено, в частности, в составе производственной линии, где контейнеры циркулируют по цепочке. Такое устройство позволяет контролировать контейнеры в режиме «онлайн» с высокой скоростью, будь то в линии по изготовлению контейнеров, линии обработки контейнеров или линии заполнения контейнеров.
Настоящее изобретение не исчерпывается представленными здесь примерами, поскольку в него могут быть внесены разнообразные модификации, не отклоняясь от объема изобретения.