УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СТЕКЛЯННЫХ СОСУДОВ НА ВЫХОДЕ ФОРМОВОЧНОЙ МАШИНЫ
APPARATUS FOR OPTICAL INSPECTION OF GLASS VESSELS AT THE OUTLET OF A MOLDING MACHINE

Изобретение относится к технической области оптического контроля светопроницаемых или прозрачных сосудов или полых изделий, имеющих высокую температуру.
В частности, изобретение относится к скоростному оптическому контролю изделий, таких как стеклянные бутылки или флаконы, выходящие из производственной или формовочной машины.
Классически формовочная машина содержит различные полости, каждая из которых оснащена по меньшей мере одной дутьевой формой, в которой сосуд принимает свою конечную форму при высокой температуре. На выходе формовочной машины сосуды перемещаются, выстраиваясь в линию на транспортере, который продвигает сосуды последовательно через различные посты обработки, такой как напыление и отжиг.
Возникает необходимость идентифицировать формовочный дефект как можно раньше на выходе формовочной машины до поступления на различные посты обработки, чтобы иметь возможность исправить его как можно раньше на уровне формовочной машины. Так, предпочтительно обнаруживать, в частности, размерные отклонения или деформации сосудов, которые непосредственно связаны с регулировками процесса формования, чтобы в случае нарушения регулировки как можно быстрее внести поправки в процесс.
Из предшествующего уровня техники известно, что на выходе формовочной машины располагают систему бесконтактного оптического контроля, позволяющую контролировать еще горячие сосуды, то есть сосуды, находящиеся при температуре от 300°С до 600°С.
Например, в патенте ЕР 0 177 004 предложена система бесконтактного контроля еще горячих стеклянных сосудов сразу после их формования. Эта система содержит источник освещения, расположенный с одной стороны транспортера, и линейную камеру, установленную на стороне транспортера, противоположной стороне, оснащенной источником освещения. Сосуды, которые перемещаются в ряд между источником освещения и камерой, просвечиваются с обратной стороны в том смысле, что свет, используемый для этого наблюдения, перемещается от источника к сосудам и от сосудов к месту наблюдения.
Независимо от этой автоматизированной системы контроля, операторы, регулирующие формовочную машину, часто пользуются источником освещения, называемым лампой подсветки, позволяющей им визуально оценивать качество сосудов, выходящих из формовочной машины. Эту лампу подсветки устанавливают вдоль транспортера, расположенного на выходе формовочной машины, и располагают на стороне транспортера, противоположной к зоне нахождения операторов, чтобы операторы могли наблюдать сосуды при помощи просвечивания с обратной стороны.
Вместе с тем, следует отметить, что во многих вариантах применения пространство на выходе формовочной машины не позволяет установить лампу подсветки и автоматизированную систему контроля.
Изобретение призвано устранить недостатки известных технических решений и предложить устройство для оптического контроля стеклянных сосудов с высокой температурой, выполненное с возможностью обеспечения визуального контроля сосудов операторами и автоматического контроля сосудов, а также с возможностью своего размещения на выходе формовочной машины.
Для решения этой задачи заявленное устройство обеспечивает оптический контроль стеклянных сосудов с высокой температурой, изготавливаемых формовочной машиной, на выходе которой сосуды поступают последовательно на транспортер и движутся с высокой скоростью перед устройством контроля, которое содержит систему освещения сосудов, имеющую светоизлучающую поверхность, по меньшей мере одну камеру, снимающую изображения сосудов, просвечиваемых с обратной стороны светом, исходящим от излучающей поверхности, и систему для управления работой системы освещения и камеры.
Согласно изобретению, излучающая поверхность выполнена с возможностью излучать, с одной стороны:
- первый световой поток, называемый потоком вспышки, с продолжительностью вспышки менее 1 мс и с длиной волны, превышающей 650 нм, и, с другой стороны,
- второй световой поток, называемый потоком подсветки, с длинами волны в видимой области менее 650 нм и продолжительностью не менее 2 с.
Этой системой освещения управляют таким образом, чтобы:
- она излучала световой поток вспышки для каждого сосуда, движущегося перед устройством, таким образом, чтобы камера могла снимать изображения для каждого сосуда, просвечиваемого с обратной стороны указанным световым потоком вспышки;
- она излучала так называемый световой поток подсветки независимо от светового потока вспышки, непрерывно воспринимаемый человеческим глазом.
Кроме того, заявленное устройство может дополнительно иметь в комбинации по меньшей мере один и/или другой из следующих отличительных признаков:
- система управления системой освещения содержит ручной привод для регулирования интенсивности так называемого светового потока подсветки, излучаемого системой освещения;
- ручной привод представляет собой приводной орган, закрепленный на системе освещения или вынесенный относительно системы освещения;
- система освещения содержит первый набор элементарных световых источников, называемых источниками вспышки, равномерно распределенных вдоль светоизлучающей поверхности и выполненных с возможностью излучения света с длиной волны, составляющей от 650 нм до 5 000 нм;
- система освещения содержит второй набор элементарных световых источников, называемых источниками подсветки, равномерно распределенных вдоль светоизлучающей поверхности и выполненных с возможностью излучения видимого света с длиной волны, составляющей от 300 до 650 нм;
- элементарные световые источники первого набора и элементарные световые источники второго набора расположены с чередованием по меньшей мере на одной подложке, расположенной в плоскости;
- в качестве светоизлучающей поверхности система освещения содержит рассеиватель, расположенный перед подложкой элементарных световых источников первого набора и перед световыми источниками второго набора;
- система освещения содержит защитное стекло, расположенное перед рассеивателем;
- для излучения светового потока вспышки система освещения управляется системой управления по напряжению и/или току и/или продолжительности импульсов с частотой, превышающей 50 Гц;
- для излучения светового потока вспышки система освещения управляется системой управления, управляющей синхронизацией между прохождением сосудов и излучением световых потоков вспышки и съемкой изображений камерой;
- для излучения светового потока подсветки система освещения управляется устройством модуляции с частотой, превышающей 50 Гц, чтобы световой поток непрерывно воспринимался человеческим глазом.
Другим объектом изобретения является установка контроля, содержащая транспортер, на который поступают стеклянные сосуды с высокой температурой, выходящие из формовочной машины, и который последовательно перемещает их с высокой скоростью по меньшей мере перед одним устройством контроля.
Согласно изобретению, система освещения сосудов расположена с одной стороны транспортера, тогда как камера расположена с противоположной стороны транспортера в рабочей зоне нахождения операторов.
Кроме того, заявленная установка может дополнительно иметь в комбинации по меньшей мере один и/или другой из следующих отличительных признаков:
- система освещения оснащена ручным приводным органом регулирования интенсивности так называемого светового потока подсветки, причем этот приводной орган закреплен на системе освещения таким образом, чтобы быть доступным для оператора в рабочей зоне, и связан с системой управления системой освещения;
- система освещения содержит корпус, имеющий на передней стороне светоизлучающую поверхность, при этом корпус закреплен на транспортере.
Другие различные отличительные признаки будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие представленные в качестве неограничительных примеров варианты осуществления изобретения.
На фиг. 1 схематично показано заявленное устройство контроля, расположенное на выходе машины для формования сосудов, вид сверху;
на фиг. 2 схематично показано заявленное устройство контроля, изображенное на фиг. 1, вид сбоку;
на фиг. 3 схематично показан пример выполнения системы освещения в соответствии с изобретением, вид в перспективе и в разборе;
на фиг. 4 детально показана система освещения в соответствии с изобретением, вид в плане;
на фиг. 5 при помощи кривых А и В показана излучаемая относительная энергия Е в зависимости от длины волны λ соответственно для спектральной чувствительности человеческого глаза и пример спектра для светового потока вспышки;
на фиг. 6 показана излучаемая относительная энергия Е в зависимости от длины волны λ с примерами спектра для светового потока подсветки.
На фиг. 1 показано заявленное устройство 1, позволяющее контролировать в горячем состоянии прозрачные или светопроницаемые сосуды 2, например, такие как стеклянные бутылки или флаконы. Устройство 1 расположено таким образом, чтобы обеспечивать контроль сосудов 2, выходящих из производственной или формовочной машины 3 любого известного типа. На выходе формовочной машины сосуды 2 имеют высокую температуру, как правило, составляющую от 300°С до 600°С.
Формовочная машина 3 классически содержит ряд полостей 4, каждая из которых обеспечивает формование сосуда 2. Как известно, сосуды 2, отформованные машиной 3, последовательно поступают на выходной транспортер 5, образуя линейный ряд сосудов. Сосуды 2 перемещаются в ряду в направлении F перемещения транспортером 5, доставляющим их последовательно на различные посты обработки. Классически этот транспортер 5 содержит неподвижную станину 5а, опирающуюся на пол и поддерживающую подвижный ленточный конвейер 5b, образующий транспортировочную плоскость Р, на которую опираются сосуды 2. Этот транспортер 5 является транспортером с регулируемой высотой, то есть расстояние между транспортировочной плоскостью Р и полом может меняться, точно так же угол наклона между направлением F перемещения и полом может меняться, чтобы ряд сосудов следовал по восходящему или нисходящему наклону.
Ленточный конвейер 5b перемещается на неподвижной станине 5а, содержащей две боковые стенки 5с, 5d, которые проходят по существу параллельно друг другу под транспортировочной плоскостью Р. Эти две неподвижные стенки 5с, 5d образуют две противоположные стороны транспортера 5, то есть относительно рабочей зоны Z для оператора, соответственно переднюю сторону и заднюю сторону транспортера. Следовательно, стенка 5с называется передней стенкой и ограничивает сторону рабочей зоны Z для оператора, тогда как задняя стенка транспортера имеет обозначение 5d.
Согласно изобретению, заявленное устройство 1 расположено как можно ближе к формовочной машине 3 таким образом, чтобы выходной транспортер 5 обеспечивал последовательное движение сосудов 2 с высокой температурой перед этим устройством 1 контроля, которое позволяет, таким образом, контролировать в режиме онлайн присутствие или отсутствие дефектов на сосудах 2. Как правило, устройство 1 расположено между выходом формовочной машины 3 и отжиговой шахтой 6 и предпочтительно перед шкафом 6а для поверхностной обработки, обычно образующим первый пост обработки после формовочной машины.
Заявленное устройство 1 контроля содержит систему 7 освещения сосудов 2, имеющую светоизлучающую поверхность 8, расположенную на передней стороне корпуса 9. В представленном примере выполнения корпус 9 имеет форму параллелепипеда, но понятно, что корпус может иметь и другую форму. Точно так же, излучающая поверхность 8 может быть плоской или изогнутой. Как показано на чертежах, корпус 9 содержит боковые стенки 9а, расположенные перпендикулярно относительно дна 9b, которое расположено параллельно излучающей поверхности 8, имеющей прямоугольную форму.
Заявленное устройство 1 контроля содержит по меньшей мере одну камеру 10, снимающую изображения сосудов, освещаемых с обратной стороны светом, исходящим от излучающей поверхности 8. Для этого система 7 освещения расположена с одной стороны транспортера 5, тогда как камера 10 расположена с другой стороны транспортера 5. Таким образом, камера 10 расположена с передней стороны транспортера 5, ограничивающей рабочую зону Z, тогда как система 7 освещения расположена на задней стороне транспортера 5.
Предпочтительно камера 10 оснащена объективом. Как правило, камера 10 содержит датчик электронного изображения, выдающий электронное цифровое или аналоговое изображение в систему анализа или запоминания или просмотра изображений. Указанный датчик изображения предпочтительно является матричным, и время (продолжительность), а также наступление (момент) его включения можно задавать при помощи устройства управления. Он является чувствительным к свету любого типа, излучаемому системой 7 освещения, освещающей сосуды. Установленный на камере объектив фокусирует оптическое изображение сосудов или части сосудов на датчике изображения. Иначе говоря, объектив создает оптическое изображение, которое датчик изображения преобразует в электронное изображение. Например, камера 10 установлена в монтажном корпусе 11.
Предпочтительно корпус 11 неподвижно закреплен на транспортере, будучи установленным непосредственно на передней стенке 5с транспортера 5. Точно так же, система 8 освещения неподвижно закреплена на транспортере, будучи установленной непосредственно на задней стенке 5d транспортера 5. Корпус 11 и система 8 освещения неподвижно закреплены на транспортере 5 при помощи любых средств, выполненных с возможностью обеспечения жесткого соединения с транспортером.
Заявленное устройство 1 контроля содержит также электронные системы управления, включающие в себя систему управления системой 7 освещения и систему управления камерой 10. Эти не показанные на фигурах системы управления выполнены при помощи любых электронных средств, позволяющих управлять работой системы 7 освещения и камеры 10. Система управления источником света может быть включена или не включена в корпус 9 источника 7 света. Системы управления могут быть выполнены раздельно или объединены в одном устройстве. Они могут быть также выполнены в комбинации с системой анализа или запоминания или просмотра изображений.
Предпочтительно системы управления классически соединены с другими устройствами, такими как формовочная машина 3 или кодирующее устройство транспортера 5. Система управления камерой 10 выполнена с возможностью задавать камере порядок съемки изображения, синхронизированный с движением сосудов, чтобы синхронизировать съемку изображений с прохождением сосуда в поле наблюдения камеры. Система управления световым источником 7 выполнена с возможностью задавать источнику порядок включения, синхронизированный с движением сосудов и с включением камеры, чтобы обеспечивать освещение сосуда и съемку его изображения в момент его присутствия в поле наблюдения камеры.
Согласно изобретению, система 7 освещения содержит излучающую поверхность 8, выполненную с возможностью излучать, с одной стороны, первый световой поток, называемый потоком вспышки, с продолжительностью вспышки менее 1 мс и с длиной волны, превышающей 650 нм, и, с другой стороны, второй световой поток, называемый потоком подсветки, с длинами волны менее 650 нм и продолжительностью не менее 2 с и предпочтительно в непрерывном режиме.
Таким образом, понятно, что излучающая поверхность 8 излучает первый так называемый световой поток вспышки с длиной волны, превышающей 650 нм и предпочтительно составляющей от 650 нм до 5 000 нм, предпочтительно от 700 до 90 нм, чтобы находиться за пределами видимой области. Следует отметить, что длину волны этого первого светового потока выбирают таким образом, чтобы его не воспринимал человеческий глаз. Действительно, этот световой поток вспышки не должен мешать операторам и не должен вызывать у них расстройства зрения или нервные расстройства.
Кривая А на фиг. 5 показывает спектральную реакцию человеческого глаза, тогда как кривая В иллюстрирует пример спектра светового потока вспышки. Следует отметить, что спектр светового потока вспышки является узким с максимальной шириной 30 нм при 50% энергии.
Кроме того, излучение этого первого светового потока вспышки занимает максимально короткое время, чтобы уменьшить размытость от движения на изображениях и не мешать оператору. Например, продолжительность вспышки составляет от 1 мкс до 1мс и предпочтительно от 50 мкс до 500 мкс. Выбор продолжительности этого первого светового потока гарантирует максимум интенсивности света в момент контроля при помощи камеры. Иначе говоря, система 7 освещения выдает в качестве первого светового потока импульсное инфракрасное освещение (в соответствии с документами Международной комиссии по освещению), которое должно улавливаться камерой 10.
Необходимо учитывать, что излучающая поверхность 8 излучает второй так называемый световой поток подсветки с длинами волн в видимой области менее 650 нм и, как правило, составляющими от 300 нм до 650 нм. Следует отметить, что спектр длин волн этого второго светового потока выбирают таким образом, чтобы его мог воспринимать человеческий глаз и чтобы он мог проходить через большинство стеклянных бутылок. Как правило, излучающая поверхность 8 излучает в качестве второго светового потока свет в протяженном видимом спектре, например, в виде белого света, позволяющего находящемуся в рабочей зоне Z оператору контролировать сосуды при помощи просвечивания с обратной стороны. На фиг. 6 представлены примеры спектров для второго светового потока подсветки.
Кроме того, излучение этого второго светового потока подсветки происходит в течение продолжительности более 2 мс и предпочтительно во время прохождения партии сосудов перед устройством контроля. Как правило, излучение этого второго светового потока подсветки происходит непрерывно в течение всего времени контроля сосудов, выходящих из формовочной машины. Непрерывное излучение значит, что человеческий глаз не отмечает никакого существенного изменения интенсивности света. Таким образом, человеческий глаз воспринимает световой поток подсветки непрерывно. Система управления системой 7 освещения выполнена с возможностью поддерживать стабильный световой поток в люменах (то есть воспринимаемый человеческим глазом) с допуском до +/-5%.
Разумеется, система 7 освещения может не производить этот второй световой поток подсветки между двумя типами производства сосудов, выходящих из формовочной машины.
Согласно другому отличительному признаку изобретения, система управления управляет работой системы 7 освещения таким образом, чтобы она излучала световой поток вспышки для каждого сосуда 2, проходящего перед устройством, и чтобы камера 10 могла снимать изображения каждого сосуда, просвечиваемого с обратной стороны указанным световым потоком вспышки. Следовательно, излучение светового потока вспышки происходит, когда камера готова воспринимать свет.
Таким образом, в зависимости от отслеживания движения сосудов при помощи устройства контроля система управления управляет синхронизацией между прохождением сосудов, излучением световых потоков вспышки и съемкой изображений камерой или включением камеры. Так, во время прохождения каждого сосуда между системой 7 освещения и камерой 10 системы управления управляют, с одной стороны, системой 7 освещения, чтобы она излучала световой поток вспышки, и, с другой стороны, улавливанием света датчиком камеры 10, чтобы она могла снять по меньшей мере одно изображение сосуда, просвечиваемого с обратной стороны указанным световым потоком вспышки.
Система управляет системой 7 освещения по напряжению и/или по току и/или по продолжительности излучения светового потока вспышки.
Согласно еще одному отличительному признаку изобретения, система управления управляет работой системы 7 освещения таким образом, чтобы она излучала световой поток подсветки независимо от светового потока вспышки, поддерживая его во время излучения светового потока вспышки. Говоря другими словами, система 7 освещения выполнена с возможностью излучать непрерывный белый свет и при каждом прохождении сосудов перед системой контроля - импульсный инфракрасный свет. Таким образом, по время прохождения каждого сосуда система 7 освещения производит одновременно первое освещение и второе освещение. Импульсный свет добавляется к непрерывному свету.
Система управления системой 7 освещения контролирует интенсивность светового потока подсветки, изменяя силу тока и/или напряжение.
Согласно варианту изобретения, система управления системой 7 освещения контролирует воспринимаемую интенсивность светового потока подсветки при помощи метода широтно-импульсной модуляции (Pulse Width Modulation). Иначе говоря, воспринимаемый световой поток является непрерывным для глаза, но в реальности он состоит из последовательностей импульсов переменной ширины, излучаемых с достаточно высокой частотой модуляции, чтобы обеспечивать иллюзию непрерывности для глаза. Частота модуляции превышает 50 Гц и может достигать 1 кГц. Согласно этому варианту изобретения, состояние светового потока подсветки во время излучения светового потока вспышки не создает дискомфорта для наблюдателя, поскольку глаз воспринимает непрерывный световой поток подсветки.
Согласно предпочтительному отличительному признаку изобретения, система управления системой освещения содержит ручной привод 12 для регулирования интенсивности светового потока подсветки, излучаемого системой освещения. Этот привод позволяет адаптировать интенсивность светового потока, в частности, в зависимости от цвета и от толщины стекла сосудов. Предпочтительно этот ручной привод 12 позволяет также обеспечивать выключение или включение излучения светового потока подсветки системы 7 освещения.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, ручной привод 12 закреплен на системе 7 освещения. Предпочтительно ручной привод 12 закреплен на системе 7 освещения таким образом, чтобы быть доступным для оператора, расположенного в рабочей зоне Z. Например, ручной привод 12 закреплен сверху на корпусе 9. Ручной привод 12 представляет собой выполненное соответствующим образом приводное устройство, такое как электрический регулятор.
Согласно другому, не показанному на фигурах варианту, ручной привод 12 вынесен относительно системы 7 управления, чтобы быть доступным для оператора, расположенного в рабочей зоне Z. В этом примере выполнения ручной привод 12 находится в рабочей зоне и связан с системой управления системой 7 освещения.
На фиг. 3 и 4 представлен предпочтительный пример выполнения системы 7 освещения, светоизлучающая поверхность 8 которой находится на передней стороне корпуса 9. Поверхность 8, излучающая световой поток подсветки и световой поток вспышки имеет ширину, измеренную в направлении движения сосудов, и высоту, измеренную перпендикулярно к плоскости, которые превышают размеры движущихся сосудов. Как правило, ширина составляет от 100 мм до 400 мм, и высота составляет от 200 мм до 800 мм.
Система 7 освещения содержит первый набор элементарных световых источников 14, называемых источниками вспышки, равномерно распределенных вдоль светоизлучающей поверхности и выполненных с возможностью излучения первого светового потока. Как правило, элементарные световые источники 14 вспышки являются светодиодами (LED или OLED).
Система 7 освещения содержит второй набор элементарных световых источников 15, называемых источниками подсветки, равномерно распределенных вдоль светоизлучающей поверхности и выполненных с возможностью излучения второго светового потока. Как правило, элементарные световые источники 15 подсветки являются светодиодами (LED или OLED).
Элементарные световые источники 14 первого набора и элементарные световые источники 15 второго набора расположены с чередованием по меньшей мере на одной подложке 17, такой как печатная плата. В представленном примере световые источники световые источники 14, 15 установлены на одной подложке 17, расположенной в плоскости N. Разумеется, световые источники могут быть установлены на нескольких подложках, расположенных друг над другом и в плоскости N.
В примере, представленном на фиг. 4, элементарные световые источники 14 первого набора скомпонованы в расположенных друг над другом линиях, например, параллельных направлению F перемещения. Точно так же, элементарные световые источники 15 второго набора скомпонованы в расположенных друг над другом линиях, параллельных между собой, но перемежающихся с линиями первого набора. Таким образом, линия элементарных световых источников одного набора поочередно оказывается расположенной между двумя линиями элементарных световых источников другого набора.
Согласно предпочтительному примеру осуществления, представленному на фиг. 3, в качестве светоизлучающей поверхности система 7 освещения содержит рассеиватель 18, расположенный перед подложкой 17 элементарных световых источников первого набора и перед световыми источниками второго набора. Предпочтительно система 7 освещения содержит защитное стекло 19, расположенное перед рассеивателем 18.
Разумеется, следует отметить, что светоизлучающая поверхность 8 может соответствовать совокупности элементарных световых источников 14 вспышки и световых источников 15 подсветки в случае, когда рассеиватель 18 не установлен. Иначе говоря, светоизлучающая поверхность 8 соответствует поверхности, излучающей свет, воспринимаемый наблюдателем или камерой.