CN1018583B - 用于检测中空物体某区域的装置 - Google Patents

Abstract

该装置用于检测沿某一轨道运动的透明中空柱状区域或中空体(例如瓶子)的表面结构。它包括照明装置(10)传送带(14)，借助于该传送带可将中空体(34)运送通过检测区；和成象装置(12)。照明装置(10)具有多个光源(26)，这些光源设置在检测区(9)的每个位置上，中空体(34)接收以某一角度入射的光以使中空体(34)作为波导和相对于成象装置(12)表现为第二光源，从而使成象装置(12)产生中空体表面结构的高对比度图象。该装置原则上用于循环瓶子的检测。

Description

本发明涉及一种用于检验沿某一轨迹输送的透明中空物体大体为中空柱状区的装置，物体通过在轨迹某部分上的检测区，在包括检测区的轨迹的一侧，设置一个成象装置，在轨迹的相对一侧设有包括照明装置的光源。

一种已知的这类装置（美国4，691，231）已被用于瓶体侧壁的照射，瓶体放在连续运动的传送带上而且由透射光检测，以测得瓶体侧壁上的缺陷。为此，已知的装置为探测侧壁而使用了六个摄象机，用三个摄象机探测低侧壁区而另外三个摄象机探测上述低侧壁区之上的侧壁区。摄象机既可以围绕瓶体布置成弧形也可以沿瓶子的传送带排成直线。在围绕瓶子的整个区域内，将摄象机设置成能提供相对于不同高度的区域的每个时间数据。为实现该目的同时照射径向相对的瓶壁区（前侧和后侧）并使它们相互重叠。对于每一对上下安装的摄象机而言，光源设在与摄象机相对的瓶体一侧;因而对六个摄象机来说就有三个光源。待测瓶在第一对摄象机和与之对应的光源之间移动并且被记录，然后在第二对摄象机和与之对应的光源之间移动，最后在第三对摄象机和与之对应的光源之间移动。将一个漫射透明板放在摄象机和光源之间，以便使瓶子相对于每一对摄象机都被大体上相等地照射。

对该已知的装置而言，照射纯粹是由透射光照射构成的，因而对于背面和前面（相对于摄象机）来说，在光的光路上具有同样的效果。这种照射对于检测瓶子的某一特殊区域是不适用的，这是因为例如在通常带有凸纹的瓶口区，当这一特殊区域面对成象装置时，这种照射 不能提供足够的或一致的对比度使玻璃的缺陷和几何结构例如凸纹明显可见。为了探测内部和外部例如在由于凸纹而使玻璃表面不平的区域能够探测到玻璃几何形状的形成和变化，该区域需要强烈的，高对比度和一致性照射，以便形成探测所需的图象。纯粹由透射光照射也不适合于用大体上透明的液体贯满到瓶口区域瓶子玻璃的本身仅是稍稍透明的瓶体的测量。因而，已有的装置仅只适合用于用清彻的或透明的玻璃制成的，在瓶口处没有凸纹和不将透明液体装到该区域的瓶子的检测。另外，玻璃内的缺陷几乎不能用已有装置照射，因为正常通过瓶子长轴方向传输到瓶子表面上的多数光由于在瓶子表面或在瓶中水的表面上反射或通过折射而损失掉了。在已知装置中由于光源和与之相连系的摄象机总是在瓶的对侧径向相对而使入射光落入正常方向。

本发明的任务是对开始所述类型的装置进行改进，改进后的装置能提供具有高对比度的透明体大体上是中空圆柱体的区域的图象，以便使得中空体内部结构中的几何构造或缺陷在探测时更容易可见。

按照本发明，上述目的在装置中是这样实现的，即光源围绕检测区设置，以便使在轨迹部分上的每个位置上的中空物体接收这样一种入射角度的光，即中空物体作为波导而且相对于成象装置呈现为第二光源。

本发明的装置利用了波导效应，由此而利用了一种很明显主要用于纤维光学领域的效应。在这方面，使用由光源发射的部分光，该光照射到中空体上中空柱形区的壁上并以这样的角度进入该壁，即，当该光下一次照射到中空体材料和空气之间的界面上时该光完全反射。此外，还存在使光再次全部反射的极大的可能性，这样中空体便起到 了类似波导的作用。另一方面，如果光以小于全反射临界角的角度照射到界面上，则被反射到中空体内表面和从中空体内表面反射的这部分光将从后者逃逸。这样，被探测的中空体区成为第二光源。根据中空体表面相对于中空柱状区柱体轴的角度，已变为第二光源的中空体表面发射不同强度的光，由此能获得柱形区表面的高对比度图象。

与已有技术相比这是个极有意义的优点，由于该发明装置特定的目的不是照射无论从哪一点看都完全是柱形的中空体区域，而是照射象瓶口这样的区域，在中空体的表面处，由于例如凸纹而存在向外凸出的结构，而且按照本发明，通过作为第二光源的中空体以高对比度进行的照射，该凸起由成象装置进行显示和描绘。同样，材料内面中的裂缝、气泡等作为光能照射到的界面，这样也能识别这类内部结构的缺陷。

本发明的最佳实施例构成了从属权利要求的任务。

按照权利要求2或3，用传送带，尤其是环形的传送带来运送中空体使之通过检测区。按照权利要求4，可以在传送带处设置一个装置，该装置能使中空体在其通道上旋转而通过检测区。

按照权利要求5，光源最好是在它们的布局和/或它们的光输出方面进行自身调节以便使它们均匀照射检测区。权利要求6和7指出，光源相对于它们之间的距离或它们的光输出是可调的。这些调节的可能性使得例如既使是在任何时候光源出现故障时也能保持检测区的均匀照射。

按照权利要求8，光源可以围绕检测区设置成弧形。特别优选的是按照权利要求9所述的装置，其中具有相同光输出的光源以围绕检测区中心其有效半径大于检测区最外点之间距离的二分之一的环形形 式互相之间等距离排列成弧形，或按照权利要求10的装置，其中将等光输出的光源以部分椭圆的形式排成弧形，光源的聚焦点是检测区的最外点，椭圆弧上光源之间的距离与到最接近的焦点之间的距离成反比。在这种布局中使用有相等输出的光源以确保用近乎均匀强度的光照射整个检测区。然而，为了用近乎均匀强度的光来照射检测区也可能使用其它的光源布局。

另外，按照权利要求11，比较有利的是在光源和检测区之间设置一个透光材料壁，该壁上有一个在与中空体纵向轴垂直的方向延伸的长缝形通光孔，孔在竖直方向处于与被测中空体区域相同的高度并且大于这些区域的竖直尺寸。按照权利要求12或13，这些壁可以是平面的或曲面的。

按照权利要求14，可以使用由棒状高功率灯泡构成，且平行于中空体纵轴的光源，对此，按照权利要求15，中间光源处于缝长平分线的对面，而且它们的长度至少等于双倍的缝高，然而，按照权利要求16，也可以使用由细长灯管构成的光源，每个灯管都具有圆弧或椭圆弧形状并垂直于瓶子的纵轴，

在权利要求17到19中规定了用于装置中的高功率灯排。

通过设置与弧形光源装置平行的弧形反射器，按照权利要求20的发明实施例可以使更多的光能在测量区内成为有效光能。借助于壁上的反射涂层可以使该测量得到加强，所述壁的内表面上带有窄缝而且该内表面面对光源。

在权利要求21所述的发明实施例中的另一种弧形反射器确保在某种情况下逸出到窄缝端部处的光反射回窄缝并到达检测区。

作为第二光源，中空体的中空柱形区发射具有高对比度且描绘表 面结构的光。当它到达成象装置时，穿过该中空体中空柱形区而没有反射的光，对于由第二光源为中空柱形体部分表面结构提供的高对比度显示起干扰背景的作用。按照权利要求22和23，如果将成象装置对准检测区的中心或相对于检测区倾斜，则上述干扰就会减弱，这样，被测中空体的区域看上去布满整个检测区，而且就象光源直接照射那样尽可能小。

下面将结合附图对本发明进行更详细的描述，其中：

图1是瓶子检验机的总体视图，该检验机上设置了本发明的照明装置，

图2是用于探测瓶子凸纹区的带有传送带和成象装置的装置透视说明图，

图3是表示光入射到中空体表面的某个点上引起的入射角的延伸促进了中空体内形成第二光源的说明图，

图4是上面所示最佳实施例的示意图，

图5是该装置另一个实施例的部分正面图，

图6是按图5所示平面图的结构形成。

在附图中将中空体示作瓶子34（图2），它的凸纹在瓶口区，因此要对颈部1（图3）进行检测。术语“瓶子”在下文有时用中空体代替，此时标号34同时适合于这两者。如图4所示，这些瓶子在检测区9的内侧被检测。

图1是瓶子检验机的总体图，其上设有用于检查待查瓶子34的瓶口区的照明装置10。

除了用于照射有凸纹的瓶口区，装置10还能用来照射瓶34的其它区域或其它各种或多或少透明的物体，例如中空玻璃制品，用 PET制成的中空体等。检验机具有两条环形传送带14，传送带输送瓶子34和将瓶子送到环形轨迹上，以对瓶子34进行各种检查。在这种瓶子检验机中也可以使用长形传送带代替环形传送带14。将照明装置10配置到图1右侧的环形轨迹上，而且在照明装置前壁18上有一个窄缝20，窄缝由玻璃板22盖住。按照本发明所述装置的更详细的附图示于图2和图4。

图2表示了在图1中看不到的配置给照明装置10的其中一个成象装置12。图2还以简化的形式表示了支撑瓶子34的环形传送带14。

根据图2，照明装置10具有外壳16。该外壳具有用透光材料制成的前壁18，该壁置于设置在照明装置10中的光源和瓶子34之间。壁18上有一个细长的缝20，该缝垂直于瓶34的纵轴，缝在竖直方向上处于和被检测中的中空体34的区域同样的高度，并且要大于这些区域的竖向尺寸。壁18可以是平面的或曲面的。缝20通常是开口。然而在特定条件下该缝也可以用耐热玻璃板盖住。在外壳16中设有光源26的保持器24。图2示出了一种适合于棒状高功率灯例如氙灯的结构，这些氙灯平行于瓶子的纵轴。在光源26中间的那个光源纵向固定在缝20平分线的对面，而且它的长度最好是近似等于窄缝高度的两倍。光源26以弧形的形状排列到弧形的保持器24上，此处所示的弧形是椭圆弧。然而该弧形也可以是圆弧。光源26的上端和下端全都装在同样的高度。

将光源26接到电源（未示出），这些光源相对于电源是并联连接的。将电路布置或电源设计成使得每个光源26的光输出单独可调或使全部光源26总的光输出可调。

环形传送带14沿箭头30的方向相对于中心轴32转动而且如此运送瓶子34，即，将瓶子逐个竖向装到转盘35上并使其相对于纵轴顺时针转动通过照明装置10。

原则上，将光源26任意装在轨迹部分15和中空体34的轴的一侧的布置也是可行的。然而，对光源的每一种布置来说，最好是将它们定位以便使光强度在检测区均匀。

图3表示瓶颈1的断面;它有外表面2和内表面3。来自半空间所有角度的光照射到瓶颈1上，此处半空间的平面界限由线8表示。入射到瓶颈外表面上点4的光被认为是同样的光。产生的两个立体角区a、b示于图3的图面中。从角区a入射的光有助于在瓶颈中形成第二光源;相反，从角区b入射的光有助于光直线通过瓶颈1。极限光5，5′将这些角度区相互分开。极限光5，5′是在瓶材料和空气之间的第一个界面处恰好获得全反射临界角的相同光束。对具有折射率约为n＝1.5的玻璃瓶而言，临界角约为41°。

A表示来自角区a的光束，该光束在点4进入瓶颈1并以大于全反射临界角的角度照射到瓶材料和空气之间的下一个界面上。该光很可能在瓶颈1中经历另一次全反射直到它从瓶颈的某些点再次逸出，这样它将有助于在瓶颈中形成第二光源。

B代表来自角度区b的光束，该光束在点4进入瓶颈1。该光以小于全反射临界角的角度射到瓶材料和空气之间的界面上，并仅以很小的反射损失进行传输。这有助于被传输的光通过瓶颈1。

在未示出的立体图中，产生一个表示发射极限的直立圆锥体，该圆锥的轴6穿过点4和瓶轴7。未示出的光源26照射瓶颈1之上的半空间（如图3所示），线8由此而构成了被照区的界限。如果考虑 最好以弧形围绕检测区9（图4），光源26最佳且均匀地照射瓶颈，则可以看到，与有对比度干扰的传输发射光的情况相比，明显地有更多的光进入“第二瓶颈”发射源而且也有更多的光由后者以高对比度形式发射。

为了评价在第二光源中外表面的全部点4的光强和干扰发射的光强，必须考虑反射损失然后综合所有的点4以获得上述两光强。

图4表示一个作为例子的装置示意图。轨迹部分15设有由瓶子34（图2）经过的检测区9，该图仅以瓶颈1的截面来表示瓶子34。当瓶颈1通过了用虚线表示的、对应于瓶颈1′和1″的位置后，将瓶颈1固定在检测区9的右边端部。这些位置现在是空的。照明装置10包括保持器24，排成椭圆弧形的光源26，设置在检测区对面的照明装置10中某一位置的椭圆形反射器39，还进一步包括设置在椭圆弧两端的弧形反射器50和52。这些反射器增加了照明装置10的光效率。由光源26形成的椭圆聚焦点F是检测区9的界限。反射器也可以设置在光源26的外壁或内壁上。

成象装置12相对于检测区9来说设置在照明装置的对面。在该实例中，成象装置设在检测区9的中心并调节到能恰好收入整个检测区9。在与图相应的瞬间，由于瓶颈1′和1″位置实际上已经空了，所以成象装置12仅看到固定在右面位置上的瓶颈1。由于它的定向性，成象装置12仅仅接收极少量的传输光，因而能单独看到作为第二光源的瓶颈1，第二光源以高对比度照亮它的表面结构。

同样的条件也供给位置1′和1″以及检测区9内的所有中间位置。因此，显然在检测区9内的每一个位置，光在某一个入射角被接收从而使中空体34相对于成象装置12起第二光源的作用。

光源26可以使用高功率灯，例如氙灯、卤灯或钠灯。此外，也可以使用高压或低压灯。使用提供高光强的灯是很重要的。

另外，其上装有光源26的弧形也可以包括一个围绕检测区9中点的半园，该半园具有远大于检测区最外点之间二分之一距离的半径。

图5和图6包括最佳设计的细长光源26′的正视和俯视示意图，每个光源的形状都是半椭圆而且由垂直于瓶子纵轴安装的灯管构成。光源26′之间也可以一定距离相隔安装以便在检测区9（图4）内提供均匀的光强。

为了使单个成象装置12能够覆盖瓶颈1的全部视野。在瓶子通过检测区9期间最好使瓶子转动。

按照本发明，该装置在被检测的中空体34的大体上中空和柱状区例如瓶颈1产生第二光源和消除干扰传输发射。从而使该装置有可能借助于成象装置12以高对比度显示表面结构和被检测的类似区域。

Claims (23)

1、一种用于检测沿某一轨迹运动的透明中空体(34)上大体为中空柱状区的装置，其中，中空体(34)通过轨迹部分(15)上的检测区(9)，覆盖检测区(9)的成象装置位于轨迹部分(15)和中空体(34)的轴的一侧，包含照射检测区(9)的光源(26，26′)的照明装置(10)装在轨道部分的相对一侧，其特征在于，光源(26，26′)围绕检测区(9)配置，以便使中空体(34)接收在检测区(9)内每个位置上以某一角度入射的光，从而使中空体(34)作为波导和相对于成象装置(12)表现为第二光源。

2、按照权利要求1的装置，其特征在于设置移动中空体（34）的传送带（14）。

3、按照权利要求2的装置，其特征在于传送带是环形传送带（14）。

4、按照权利要求2至3中任一项的装置，其特征在于在传送带（14）上设置一个装置，该装置允许中空体（34）在它们的通道上旋转通过检测区（9）。

5、按照权利要求1的装置，其特征在于光源（26，26′）在它们的布局上和/或光输出方面是均衡的，从而它们均匀地照射检测区（9）。

6、按照权利要求5的装置，其特征在于光源（26，26′）之间的距离是可调的。

7、按照权利要求5的装置，其特征在于每个光源（26，26′）的光输出是可调的。

8、按照权利要求1的装置，其特征在于光源（26，26′）围绕检测区（9）排成弧形。

9、按照权利要求8的装置，其特征在于具有相同光输出的光源（26，26′）围绕检测区（9）的中心等距地排成圆弧形，圆弧半径明显大于检测区（9）的最外点之间距离的二分之一。

10、按照权利要求8的装置，其特征在于具有相同光输出的光源（26，26′）以部分椭圆弧的形式排列，其中椭圆的聚焦点F是检测区（9）的最外点而且椭圆弧上光源之间的距离与其到椭圆最近焦点F的距离成反比。

11、按照权利要求1的装置，其特征在于将透光材料的壁（18）置于光源（26，26′）和检测区（9）之间，该壁上有一个长缝（20）形式的通光孔，该缝在垂直于中空体（34）纵轴的方向上延伸，缝（20）在竖直方向与中空体（34）的被测区处于相同高度，而且其竖向尺寸大于该被测区的竖向尺寸。

12、按照权利要求11的装置，其特征在于壁（18）是平面的。

13、按照权利要求11的装置，其特征在于壁（18）是曲面的。

14、按照权利要求1的装置，其特征在于光源（26，26′）是与中空体（34）的中空柱状区的轴线相平行而安装的棒状灯。

15、按照权利要求11或14的装置，其特征在于光源（26）是平行的高功率灯，将中间的一个光源设置在缝（20）纵向平分线的对面，该光源的长度至少等于缝高的两倍。

16、按照权利要求9或10的装置，其特征在于光源（26′）是细长的管状灯，其形状为圆弧或椭圆弧，而且在垂直于中空体（34）的轴线方向延伸。

17、按照权利要求1的装置，其特征在于光源（26，26′）是氙灯。

18、按照权利要求1的装置，其特征在于光源（26，26′）是卤灯。

19、按照权利要求1的装置，其特征在于光源（26，26′）是日光灯管。

20、按照权利要求8的装置，其特征在于将弧形反射器设置在远离中空体（34）的光源（26，26′）弧的一侧。

21、按照权利要求20的装置，其特征在于在光源（26，26′）构成的弧形的两端还装有弧形反射器（50，52）。

22、按照权利要求1的装置，其特征在于成象装置（12）竖直地设在检测区（9）的中心。

23、按照权利要求1的装置，其特征在于成象装置（12）倾斜地设在检测区（9）的中心。

Images