專利名稱：用于容器傾斜的光學(xué)檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及物品例如玻璃容器的檢測，尤其是涉及一種用于檢測容器傾斜(lean)和容器承載面的其他方面的光學(xué)檢測設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
在玻璃物品例如玻璃容器的制造中，會發(fā)生影響該容器的商業(yè)可接受性的各種異常和變異。這些異常稱為“商業(yè)變異(commercialvariation)”，可以包括該容器的多種屬性的一個。例如，商業(yè)變異可以包括該容器在容器底部或承載面、容器涂層(finish)、或容器密封面上的尺寸特性，它們還可以包括例如容器涂層、側(cè)壁或底部內(nèi)的石頭或裂紋的變異。常規(guī)的處理是在每個容器上模制標(biāo)記(indicia)以表示該容器的原始鑄模用于檢測和質(zhì)量控制目的。從而，提供能夠?qū)θ萜鳈z測商業(yè)變異、模制標(biāo)記或授權(quán)檢測的其他特征的檢測設(shè)備通常是有用的。術(shù)語“檢測”是使用其最廣泛的含義，包括對于容器的任何光學(xué)、電光、機械或電觀測或嚙合以測量或確定可能的變異特性，包括但不必限于模制代碼和商業(yè)變異。
在美國專利第3313409號中示出了一個檢測設(shè)備的例子，其中公開了一種用于檢測玻璃容器的設(shè)備，其中使用星形輪順序傳送容器通過一系列檢測站。在一個檢測站，通過用一對直徑相對的輥接觸容器底上的承載面而檢測容器傾斜。如在美國專利第4433785號中所公開的，這些輥被耦合到線性可變差分變換器(LVDT)以在容器旋轉(zhuǎn)時提供信號。這些信號被處理以指示承載面偏離平面和/或從垂直于旋轉(zhuǎn)軸偏離。在美國專利第6581751號中公開了另一種用于通過一系列檢測站傳輸容器的設(shè)備。
雖然在上述專利中公開并且被轉(zhuǎn)讓給本受讓人的檢測設(shè)備已經(jīng)取得了實質(zhì)上的商業(yè)成功，但是還需要改進(jìn)。該輥與容器底部接觸，并且會受到機械磨損和不精確性的影響。輥的大小會限制可以被應(yīng)用的容器的大小，并且它們會影響可以被檢測的變異的大小(分辨率)。
因此本發(fā)明的總的目的是提供一種用于檢測容器的設(shè)備，其解決和克服了前述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，并且可以用于檢測容器的底部或承載面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括多個方面，其可以分別實施，或者更優(yōu)選地，互相組合實施。
根據(jù)本發(fā)明一個方面的用于檢測容器傾斜的設(shè)備包括設(shè)置在容器下方的光源，用于當(dāng)容器被保持在位置上并且圍繞軸旋轉(zhuǎn)時將光能引導(dǎo)到容器底部。設(shè)置在容器下方的光傳感器接收從容器底部反射的來自所述源的光能。一個信息處理器耦合到該光傳感器，用于將該容器底部從垂直于該軸的平面的偏離確定為該反射光能和容器旋轉(zhuǎn)的組合函數(shù)。該容器優(yōu)選地被保持在位置上并且通過驅(qū)動輥繞軸旋轉(zhuǎn)，該驅(qū)動輥相對于軸向布置的支持輥(backup roller)推動該容器以將平均旋轉(zhuǎn)軸限定為容器形狀和該支持輥之間間隔的函數(shù)。在優(yōu)選實施例中，光源/傳感器對被布置在容器底部的直徑相對的兩側(cè)，并且作為該傳感器輸出的比較的函數(shù)而進(jìn)行測量。該優(yōu)選配置使得該測量與容器軸向運動無關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的用于檢測容器承載面的光學(xué)檢測設(shè)備包括光源、光傳感器和信息處理器。該光源一般被布置在承載面下方并且能夠發(fā)射光到達(dá)該承載面。光傳感器一般被設(shè)置在承載面下方，并且適于接收從該承載面反射的光和提供表示該反射光的傳感器輸出信號。信息處理器接收該傳感器輸出信號并且利用該信號確定該承載面從垂直于該容器軸的平面的偏離。
根據(jù)本發(fā)明的一種方法方面，根據(jù)以下步驟檢測容器承載面(a)提供通常面對該承載面的光源，(b)提供通常面對該承載面的光傳感器，(c)使得該容器繞其軸旋轉(zhuǎn)同時保持其直立位置，(d)促使該光源發(fā)射光以便從該承載面反射，(e)促使該光傳感器記錄反射光到達(dá)光傳感器的位置，和(f)根據(jù)容器旋轉(zhuǎn)時獲得的該位置數(shù)據(jù)分析承載面。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方法方面，可以減少在容器承載面的光學(xué)檢測期間所處理的數(shù)據(jù)量。該方法包括以下步驟(a)提供具有光源、光傳感器、預(yù)處理器和主處理器的光學(xué)檢測設(shè)備，(b)使得光源反射來自承載面的光，(c)使得光傳感器記錄該反射光在第一間隔的位置，(d)使得預(yù)處理器在第二間隔掃描步驟(c)記錄的位置數(shù)據(jù)，其中該第二間隔大于第一間隔，和(e)使得主處理器根據(jù)步驟(d)的掃描數(shù)據(jù)分析該承載面。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方法方面，可以通過光學(xué)檢測分析容器的承載面。該方法包括步驟(a)提供用于檢測承載面上第一點的第一光學(xué)探頭，(b)提供用于檢測承載面上第二點的第二光學(xué)探頭，(c)使得該第一和第二光學(xué)探頭反射承載面的光并且記錄有關(guān)該反射的數(shù)據(jù)，(d)使用表示該第一和第二點的相對位置的正弦表達(dá)式，其中該表達(dá)式具有至少一個變量，(e)使用最小二乘擬合技術(shù)來求解該變量，和(f)利用該變量分析該承載面。


根據(jù)以下說明、所附權(quán)利要求和附圖，本發(fā)明以及其他目的的的特征和優(yōu)點將變得更容易理解，其中圖1是使用本發(fā)明的一個光學(xué)檢測設(shè)備實施例的檢測站的示意圖；圖2A和2B是圖1的光學(xué)檢測設(shè)備的更詳細(xì)示意圖，圖2B是從圖2A中的方向2B獲得的；圖3是圖1的檢測設(shè)備的透視圖；圖4A-4D涉及滾花承載面的光學(xué)檢測；圖5是圖4D中數(shù)據(jù)的圖形表示；圖6是表示一種壓縮來自光學(xué)檢測設(shè)備所采集信息的數(shù)據(jù)的方法的表；圖7是圖6的壓縮數(shù)據(jù)的圖形表示；圖8示出了對應(yīng)于一種使用最小二乘擬合技術(shù)分析承載面的方法的容器的視圖；和圖9A和9B是示出了容器形狀對平均旋轉(zhuǎn)軸的影響的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的光學(xué)檢測設(shè)備和方法可以檢測用于不同標(biāo)準(zhǔn)的任意多類型的容器，但是特別適于檢測玻璃容器底部或承載面的容器傾斜。術(shù)語“承載面”是使用其最廣泛含義以包括所有容器底部或下部軸向表面。這包括但不限于，平坦、平滑、點刻(stipled)和/或滾花的承載面，以及那些具有圓周延伸座環(huán)的表面，其中該環(huán)是平滑、點刻和/或滾花的。
在美國專利第6581751號中示出了可以使用本發(fā)明的光學(xué)檢測設(shè)備和方法的標(biāo)引(indexing)和檢測機器的一個示例，這里通過引用而結(jié)合其內(nèi)容。該機器從橫進(jìn)給傳送帶接收連續(xù)玻璃物品流，并通過一系列角度布置的檢測站傳輸該物品，每個檢測站根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)檢查該容器。該標(biāo)引和檢測機器包括安裝在下部載體上的第一抓取指陣列，和安裝在上部載體上的第二抓取指陣列。該載體相對于彼此的旋轉(zhuǎn)使得該指陣列夾緊和釋放各個指之間的玻璃器皿物品，而該載體的旋轉(zhuǎn)還使得它們標(biāo)引檢測站之間的玻璃器皿。至少一些檢測站包括使容器圍繞其軸旋轉(zhuǎn)以用于檢測或其他目的的驅(qū)動輥。
在美國專利第3313409號中公開了可以使用本發(fā)明的光學(xué)檢測設(shè)備和方法的標(biāo)引和檢測機器的另一個例子，其先前在背景技術(shù)部分曾經(jīng)被提到，這里通過引用而結(jié)合其內(nèi)容。在這一專利中所示的設(shè)備使用皮帶傳送機沿著導(dǎo)軌傳送容器。在一般操作中，該容器遇到圓形并且具有多個圓周布置以接收該容器的凹穴的標(biāo)引頭。該標(biāo)引頭被依次標(biāo)引以使得每個容器進(jìn)入相鄰檢測站中的位置，該檢測站可以檢測該容器的各種商業(yè)變異和/或其他特性。在該容器已經(jīng)被每個檢測站檢測之后，該容器會遇到將其排出到用于將容器從該機器中運走的傳送帶上的排放站。當(dāng)然，這些只是可以應(yīng)用本發(fā)明的光學(xué)檢測設(shè)備和方法的機器的兩個示例，還存在許多其他的機器。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，示出了檢測站20的示意圖，檢測站20一般包括驅(qū)動輥24，上部和下部自由滾動支持輥對26、28，容器旋轉(zhuǎn)控制器30，和本發(fā)明的光學(xué)檢測設(shè)備32的一個實施例。被檢測容器34被驅(qū)動輥24相對于支持輥26、28推動，并且被驅(qū)動輥24驅(qū)動而圍繞平均旋轉(zhuǎn)軸A旋轉(zhuǎn)。軸A依賴于容器34的幾何形狀和輥26、28之間的間隔。理想地，軸A與容器中心軸共線。例如與圖9A相比，其中平均軸A與容器軸一致但是容器底部被嚴(yán)重傾斜，以及圖9B中，其中該容器底部垂直于容器體，但是該容器上豎起的頸部相對于容器體軸而歪斜平均旋轉(zhuǎn)軸A。驅(qū)動輥24優(yōu)選為對容器34施加徑向力和旋轉(zhuǎn)力的伺服電動機驅(qū)動部件。該徑向力將該容器擠壓在驅(qū)動輥24和自由滾動支持輥對26、28之間，而旋轉(zhuǎn)力使得容器34圍繞軸A自轉(zhuǎn)。當(dāng)然，可以使用其他瓶旋轉(zhuǎn)設(shè)備來代替該驅(qū)動輥。該上部和下部自由滾動輥對26、28優(yōu)選為每對包括兩個支持輥，其一起形成V形凹穴以旋轉(zhuǎn)接收該容器并且防止它被驅(qū)動輥24推出滑板。
優(yōu)選地但不是必要地，本發(fā)明的設(shè)備還包括滑板22，容器底部在旋轉(zhuǎn)期間依靠在其上?；?2不僅提供了用于容器傾斜測量的參照面(圖8)，而且還支撐容器底部在測量光學(xué)裝置的焦點或附近的位置上。還可以預(yù)見，可以去除該滑板，或者容器可以不和滑板接觸，并且仍然在本發(fā)明范圍內(nèi)。
容器旋轉(zhuǎn)控制器30可操作地耦合到驅(qū)動輥24，并且為信息處理器56提供指示容器34角旋轉(zhuǎn)的電子信號。該角旋轉(zhuǎn)信息可以基于固定的旋轉(zhuǎn)間隔角，或者基于固定的時間間隔，其間容器的旋轉(zhuǎn)速度是恒定的。檢測站20還可能包括其他部件，例如用于檢測容器存在的傳感器，其他檢測儀器部件等。
光學(xué)檢測設(shè)備32是非接觸光學(xué)檢測設(shè)備，主要檢測容器的承載面以發(fā)現(xiàn)容器“傾斜”，但是還可以分析其他參數(shù)例如滾花深度、彎曲容器頸部和鞍形或翹曲承載面，僅舉出其中的一些。容器“傾斜”一般通過確定承載面從垂直于容器軸的平面的偏離而測量；如果該偏離超過預(yù)定量，那么該容器可以被視為“傾斜物(leaner)”。檢測設(shè)備32優(yōu)選地包括兩個光學(xué)探頭46和48(圖3)，每個具有光源50、透鏡系統(tǒng)52和光傳感器54，以及信息處理器56和操作者顯示器58。光傳感器54包括傳感器陣列102，其可以是CCD區(qū)域陣列，或者更優(yōu)選地為CCD線性陣列。還可以使用橫向效應(yīng)二級管傳感器。雖然優(yōu)選地，該檢測設(shè)備具有兩個分離的探頭，每個檢測承載面上的一個分離點，但是在本發(fā)明最廣泛方面的范圍內(nèi)，也可能應(yīng)用單個光學(xué)探頭發(fā)射足夠?qū)捯詸z測兩個不同點的光束。該承載面上的兩個點優(yōu)選地位于承載面直徑的相對端，布置為互相成180°，最好如圖3所示。為了簡潔起見，圖1和2僅僅示出了一個探頭，然而，對于一個探頭的討論同樣適用于另一個。還可以預(yù)見，在本發(fā)明的最廣泛方面內(nèi)，可以使用單個探頭46或48，并且以180°的旋轉(zhuǎn)增量比較其輸出。
現(xiàn)在參照圖2A、2B和3，更詳細(xì)地示出了光學(xué)檢測設(shè)備32的部分。光源50以向上的銳角發(fā)射光能60的入射線——即線形光束——從而使其照射到容器的承載面62上并從其反射。光源50優(yōu)選為結(jié)構(gòu)光源，包括用于生成光束的激光二極管64，用于聚焦光束的透鏡裝置66，和用于將光束變換為線的直線發(fā)生器68。在一個典型實施例中，入射光線60是具有大約為0.75英寸的寬度W的窄光線，其中該光束與容器交叉，見圖3。該入射光相對于軸A成45°角，并從而相對于反射光束80成90°角。
透鏡系統(tǒng)52(圖2A和2B)被設(shè)置在承載面62和光傳感器54之間，從而使其接收反射光束80，聚焦該光束并將聚焦光束82引導(dǎo)到光傳感器。透鏡系統(tǒng)52優(yōu)選為失真透鏡系統(tǒng)，并且優(yōu)選地包括布置在菲涅耳或球面透鏡組件92附近的圓柱形透鏡組件90。菲涅耳或球面透鏡組件92的選擇至少部分是通過其焦距而作出的，其焦距影響光傳感器相對于透鏡系統(tǒng)的位置。該透鏡系統(tǒng)被設(shè)計成將從承載面反射的光的某些部分引導(dǎo)到該光傳感器，同時將該反射光的其他部分引導(dǎo)到該光傳感器之外。也就是說，從入射光線60反射的平行于反射光束80(圖3)的主光軸82(圖2A和2B)的光被引導(dǎo)到光傳感器54，即使該反射光輕微遠(yuǎn)離該光軸(圖2B)。在圖2A中，軸82上的反射光束80被引導(dǎo)到傳感器54上，如反射光束112平行于從軸82的偏移。然而，由于傾斜表面120，相對于軸80成角度的光束122在與光束112照射到該傳感器相同的位置上被折射到傳感器54上。然而，在圖2B中，平行于軸82的折射射線81被引導(dǎo)到傳感器陣列102，而在不平行于軸82的路徑83、85上的射線被引導(dǎo)到傳感器陣列102之外。該特征改進(jìn)了在掃描期間對于橫向容器運動的不靈敏性。這些和其他光學(xué)屬性改進(jìn)了光學(xué)檢測設(shè)備32的實際特性，因為它們允許少量的橫向位置誤差等，而不會拒絕本可以接收的容器。當(dāng)然，透鏡系統(tǒng)52可以具有其他特征和/或部件，例如非折射涂層、消色差性等。
光傳感器54被設(shè)置在承載面62下方和透鏡92的焦點附近，從而使其從透鏡系統(tǒng)接收光束并將表示該承載面位置的電子信號傳輸?shù)叫畔⑻幚砥?6。光傳感器54優(yōu)選為包括線性陣列傳感器102的照相機。該線性陣列傳感器包括設(shè)置在直線上的CCD感知元件或像素陣列，每個通過賦予強度一個數(shù)值而記錄照射該像素的光強度。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，傳感器102包括512個線性排列的像素?？蛇x地，光傳感器54可以包括具有一個或多個行和列的區(qū)域陣列傳感器，相對于反射光的一維直線，其為信息處理設(shè)備提供二維圖像。如果該設(shè)備檢測容器的其他參數(shù)，這可以是特別有用的一個布置。光傳感器54可以是各種照相機中的一個，但是優(yōu)選為行掃描照相機，例如Dalsa Orion系列高靈敏度行掃描照相機。信息處理器56以恒定的預(yù)定間隔掃描該線性陣列傳感器，可以是空間或時間間隔，以獲得從承載面62反射的光的圖形。
信息處理器56與檢測站20的各個部件和整個檢測機器連通，能夠基于從每個探頭46、48的光傳感器54接收的信息而分析該承載面。優(yōu)選地，該信息處理器包括一個或多個輸入和/或輸出用于與容器旋轉(zhuǎn)控制器30、兩個探頭46、48的光源50和光傳感器54、以及操作者顯示器58通信。該信息處理器優(yōu)選地還包括第一和第二電子處理器96、98，和照相機控制器，可以僅僅指定一些可以被包括在該信息處理器內(nèi)的可能部件。第一處理器96，也稱為預(yù)處理器，壓縮由光傳感器54通過以大于該處理器掃描反射光的間隔的容器旋轉(zhuǎn)間隔掃描該信息而提供的信息的數(shù)據(jù)。該拍攝或數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)將在隨后進(jìn)行更詳細(xì)的說明。第二或主處理器98從預(yù)處理器96接收該壓縮信息，并且執(zhí)行被該光學(xué)檢測設(shè)備使用的算法和其他命令。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會理解，可以使用可比較電子設(shè)備和電子設(shè)備的組合來代替上述詳細(xì)說明的信息處理器56。
在一般操作中，兩個探頭46、48中的每個發(fā)射照射到承載面62上不同點的入射光線60，并且每個探頭記錄入射在其各自光傳感器54上的折射光束82的位置。這兩個讀數(shù)的比較允許該檢測設(shè)備確定容器是否“傾斜物”，以及確定容器的其他參數(shù)。為了簡潔起見，僅描述兩個探頭其中之一的操作，因為它們是以相同的一般方式工作。附圖中所示的入射光線60和反射光束80沿著被稱為“額定光軸”的軸排列，也就是說，在該承載面被包含在垂直于旋轉(zhuǎn)軸A的平面內(nèi)的理想條件下該入射和反射光的軸。該入射和反射光的額定軸與平行于軸A的軸成45°角。該額定光軸位于平行于軸A的平面內(nèi)。因而，光傳感器54生成表示來自旋轉(zhuǎn)承載面的各種反射的數(shù)據(jù)流。該數(shù)據(jù)流被以傳感器輸出信號的形式提供到信息處理器56，其可以被直接發(fā)送到主處理器98用于分析，或者可以首先被發(fā)送到預(yù)處理器96以壓縮。主處理器使用該傳感器輸出信號的信息來分析承載面的各種參數(shù)，包括容器傾斜和滾花深度。如果發(fā)現(xiàn)容器具有不可接受的商業(yè)變異，那么將該容器標(biāo)記為不合格品并且在下游站被移出生產(chǎn)過程。
現(xiàn)在參照圖4A-4D，使用光學(xué)檢測設(shè)備32檢測一種特定類型的承載面130，即具有一系列有峰134和谷136的滾花的滾花面。典型地，在圍繞容器底部圓周延伸的承載面上使用滾花面。因為容器被旋轉(zhuǎn)，所以每個滾花僅有三個部分產(chǎn)生實際照射光傳感器54的反射波束，因為其他所有反射波束都不能到達(dá)該傳感器。這三種情況在圖4A-4D中表示。在圖4A中，通過光源發(fā)射入射光140，從峰134反射從而將反射波束142引導(dǎo)到光傳感器。因為入射光140從峰134的極尖端反射，所以該光表現(xiàn)為已經(jīng)從垂直于軸A的平面反射。如圖4B所示，容器的旋轉(zhuǎn)使得入射光140現(xiàn)在在滾花谷136照射滾花面130。如在前圖中所示，反射光束144表現(xiàn)為已經(jīng)從垂直于軸A的平面反射。然而，反射光束144以距離B與反射光束142(顯示為虛線)間隔，從而使得反射光束144在與反射光束142不同的點照射該光傳感器。圖4C示出了該容器的進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致入射光140照射滾花面130和導(dǎo)致從連接滾花斜面雙反射的情況。在這種情況下，入射光140被首先從第一滾花的向下斜面以鈍角反射以使得它照射到第二相鄰滾花的向上斜面，從而導(dǎo)致以鈍角第二反射。在從這兩個斜面反射之后，稱為雙反射，反射光束146被引導(dǎo)到光傳感器并以距離C與光束142分離。再次，該反射光束所采用的不同路徑導(dǎo)致反射光束146在與光束142不同的位置照射該光傳感器。如果該入射光束在不同于這三點的任何點照射滾花，它都會以不能到達(dá)光傳感器的方向從滾花表面130反射。因而，光傳感器54在容器旋轉(zhuǎn)期間接收的反射光是不連續(xù)的，其中它對于每個滾花記錄三個離散(discreet)的反射。圖4D是示出了傳感器54之一的輸出的曲線圖。點160是從滾花峰(圖4A)的反射，點162是從滾花谷(圖4B)的反射，點164是從滾花側(cè)面(圖4C)的雙反射。典型的玻璃容器對于每個承載面具有不到兩百個滾花，雖然這里僅顯示了15個滾花。距離170(圖4D)表示特定承載面的最高滾花蜂與最低滾花谷之間在高度上的差別。這兩點高度之間的差是對于該容器相對于平均旋轉(zhuǎn)軸的傾角(tilt)的一個測量，其如果除以承載面的直徑并且乘以容器高度，則可以用于根據(jù)稱為最小/最大方法的技術(shù)來確定容器的傾斜。距離172(圖4 D)表示特定滾花的峰和谷之間的距離，或滾花深度。該滾花深度可以作為單個讀數(shù)獲得，或者可以在多個讀數(shù)中平均等。在本發(fā)明的當(dāng)前實施例中不是用雙反射圖像164。
圖5是對應(yīng)于圖4A-4D的光學(xué)檢測的顯示器58(圖1)的示意性表示。更特別地，圖上的每個標(biāo)記對應(yīng)于入射光被承載面反射并且被光傳感器54接收的一個例子。參照圖6和圖7，描述了一種壓縮由光傳感器54所采集并且在圖5中示出的數(shù)據(jù)的方法，從而最小化該系統(tǒng)上的存儲和處理應(yīng)變(strain)。圖6的表分為行和列，每個交叉處是一個單獨的像素。與每個單獨像素相關(guān)的值表示該像素在一個特定時間點的光強度。例如，在掃描1，線性陣列傳感器102的像素1記錄“7”，像素2為“11”，像素3為“23”，等等。對于該線性陣列傳感器的27個單獨像素的光強度測量被掃描并且構(gòu)成該表的第一列數(shù)據(jù)。該容器同時被驅(qū)動輥24旋轉(zhuǎn)，從而在隨后的掃描中，該線性陣列傳感器對像素1記錄“6”，，像素2為“9”，像素3為“0”，等等。該光傳感器的第二次掃描構(gòu)成第二列的內(nèi)容。間隔176分離光傳感器54的連續(xù)掃描，并且可以基于預(yù)定時間量或容器旋轉(zhuǎn)的預(yù)定角度量。每一行表示在一系列七次掃描期間線性陣列傳感器102的單個像素的光強度。在更大時間間隔178期間，其作為本示例中的七次掃描發(fā)生，預(yù)處理器106對于每個像素在這些掃描中選擇最高的光強度；這個過程稱為“子掃描”。包含在最后一列的題目為“傳輸數(shù)據(jù)”的數(shù)據(jù)是唯一被發(fā)送到主處理器108的數(shù)據(jù)。從而，光傳感器54以第一間隔176對反射光進(jìn)行連續(xù)掃描，而預(yù)處理器以大于第一間隔的第二間隔178對該光傳感器輸出進(jìn)行連續(xù)掃描。本發(fā)明的光學(xué)檢測設(shè)備能夠利用本來所需要數(shù)據(jù)的一部分來確定容器傾斜，并且因為最高強度值被發(fā)送，所以該檢測精確度沒有顯著降低。作為對于每個像素在掃描間隔178中選擇最大值的替代，預(yù)處理器可以計算平均像素強度等。選擇用于數(shù)據(jù)壓縮的七次掃描同樣不是關(guān)鍵的。
在圖7中示出了表示根據(jù)本方法被預(yù)處理器106發(fā)送的子掃描信息的曲線圖。圖7的曲線圖是圖5中曲線圖的壓縮版本。更特別地，分解圖5的子帶的標(biāo)記已經(jīng)被去除，從而留下圖7的濃縮、不間斷子帶180-184。因為被去除的大部分?jǐn)?shù)據(jù)對應(yīng)于斑點(spot)，所以不會丟失重要數(shù)據(jù)，因此精確度沒有顯著損失。在504行圖像的示例中，在容器的單次旋轉(zhuǎn)期間，每個容器被掃描504次，或者每0.71°一次。如果在每個第7次掃描后傳輸數(shù)據(jù)，那么實際上僅向主處理器108發(fā)送72行數(shù)據(jù)，而不是504行。因此，本發(fā)明的目的是壓縮用于分析的數(shù)據(jù)而保持足夠的信息以精確地執(zhí)行檢測。如前所述，在光傳感器或預(yù)處理器的掃描之間的間隔可以基于容器的預(yù)定旋轉(zhuǎn)位移例如0.71°，或者預(yù)定的時間量。本方法為光學(xué)檢測設(shè)備32提供了許多好處，包括但不限于，低錯誤傾斜率，高捕獲缺陷率，更快的邊緣檢測時間，和更低的存儲需求。
參照圖8，描述了可以被光學(xué)檢測設(shè)備32使用以分析承載面的另一種方法。本方法利用了被稱為最小二乘擬合技術(shù)的技術(shù)。本方法的目的是獲得與相對于平面22a(即是滑板22的表面)得到的測量數(shù)據(jù)一致的承載面62的數(shù)學(xué)表達(dá)式，和確定該容器是否從該表達(dá)式傾斜。這里所使用的數(shù)學(xué)表達(dá)式將承載面上兩點之間的高度差表示為角位置的函數(shù)。這兩個位置對應(yīng)于探頭46和48通過入射光照射承載面的位置。容器200具有承載面62，和在承載面上180°分離布置的兩個點204、206。點204和206相對于參照面22a的高度或軸向深度，分別被稱為h1和h2。容器200圍繞其軸A旋轉(zhuǎn)，距離h1和h2根據(jù)容器的角位置而變化。在數(shù)學(xué)形式中，高度h1和h2之間的差可以通過下面的正弦表達(dá)式表示y(I)＝h2(I)-h1(I)＝α0+α*sin(2πI/N+θ0)(公式1)；其中a0是承載面從該平面的平均軸向偏移，a是該正弦波的振幅并且是被求解的基本變量，N是該正弦波的周期，θ0是該正弦波的初始相位。因此本發(fā)明的一個目的是使用該最小二乘擬合技術(shù)計算“a”的值，從而上述表達(dá)式對由光傳感器54提供的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)建模。等式(1)的線性化使其很容易對該測量數(shù)據(jù)應(yīng)用最小二乘擬合技術(shù)，并且得到a的值
y(I)＝α0+α*sin(2πI/N+θ0)＝α0+α*cosθ0*sin(2πI/N)+α*sinθ0*cos(2πI/N)＝α0+α1*sin(2πI/N)+α2*cos(2πI/N) (公式2)α＝√(α12+α22) (公式3)；一旦知道正弦波振幅a，就可以通過以下等式計算容器的傾斜傾斜＝α*容器高度/直徑(公式4)如果該計算的傾斜超過了預(yù)定量，那么該容器被視為“傾斜物”并且被認(rèn)為不合格。
上面對最小二乘擬合技術(shù)的使用需要正弦波的一些初始知識，例如正弦周期N。上面所述的對所得到正弦波的最小二乘擬合計算和分析通常是很耗時的，特別是當(dāng)完成對于正弦周期N的窮舉搜索時。為了最小化所需的計算時間量，可以應(yīng)用另一被稱為黃金分割搜索技術(shù)的技術(shù)。黃金分割搜索是一種用于實現(xiàn)快速和準(zhǔn)確搜索正弦周期N的線搜索方法，并且僅在建立特定瓶設(shè)計的檢測期間需要。一旦找到正弦周期N，那么它就變成等式1中的一個已知參數(shù)。對于任何容器，可以基于每次測量的旋轉(zhuǎn)和該圖像中的掃描行數(shù)(例如在上述例子中為72掃描行)進(jìn)行正弦周期的初始估計。一旦完成該初始估計，就在一個閉區(qū)間內(nèi)執(zhí)行黃金搜索比為0.168的線搜索。這一搜索的目的是使用多次迭代來確定給出最小擬合誤差的正弦周期N。
例如，第一線搜索迭代包括搜索包括黃金分割點N1和N2的第一范圍的可能N值。該第一范圍從“開始”值開始，沿著按順序通過黃金分割點N2和N1的直線延伸，并且在“結(jié)束”值終止。在N1處的被稱為Q(N1)的擬合誤差，被與在N2處的被稱為Q(N2)的擬合誤差相比較。如果Q(N1)≥Q(N2)，那么最優(yōu)的N值位于該起始點和黃金分割點N1之間的線沿線；如果Q(N1)＜Q(N2)，那么最優(yōu)的N值位于黃金分割點N2和該結(jié)束點之間的線沿線。因而，該第二線搜索區(qū)間是在開始-N1或N2-結(jié)束的范圍內(nèi)，兩個范圍都是比第一范圍更小的范圍。該第二線搜索迭代需要選擇新的黃金分割點，因為該N1和N2值不再是在該搜索范圍的中間。在第二搜索迭代的范圍是開始-N1的情況下，選擇新的黃金分割點N3和N4以使得它們在該范圍內(nèi)并且N4等于N2。再次，對于每一個新的黃金分割點計算擬合誤差Q(N3)和Q(N4)；但是因為點N4等于點N2，所以只需要計算Q(N3)。如果Q(N3)≥Q(N2)，那么最優(yōu)的N值位于黃金分割點N3和N1之間的線沿線；如果Q(N3)＜Q(N2)，那么最優(yōu)的N值位于該開始點和黃金分割點N2之間的線沿線。以這種方式，在越來越小的范圍上進(jìn)行每次搜索迭代直到該過程收斂到最小化該擬合誤差的最優(yōu)N值。
本發(fā)明的光學(xué)檢測設(shè)備可以使用以改進(jìn)最小二乘擬合方法的另一技術(shù)包括使用最小/最大值。求解等式1并不是需要所有由光學(xué)檢測設(shè)備測量的點，因為可以通過僅選擇在最小和最大值的特定距離內(nèi)的那些點來準(zhǔn)確求解該等式。事實上，使用更少的數(shù)據(jù)點可以加快該最小二乘擬合算法的計算。例如，如果點A代表等式1中所表示高度差曲線的最大點，而點B代表最小點，那么該技術(shù)僅選擇落在預(yù)定范圍內(nèi)的那些點，例如在點A和B之間差的15％內(nèi)。然后可以僅對這些點執(zhí)行最小二乘擬合方法。如果這樣不能為精確測試提供足夠的點，只需要將該百分比增加到能夠供給足夠點的水平。
從而已經(jīng)公開了一種用于檢測容器承載面的光學(xué)檢測設(shè)備和方法，其完全符合在前提出的所有目的和目標(biāo)。已經(jīng)描述了多種可選和修改形式。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會很容易得到其他可選和修改形式的啟示。例如，預(yù)處理器106被顯示為包括在信息處理器56內(nèi)，然而，該預(yù)處理器也可以很容易地被集成到光傳感器54或其他適當(dāng)部件中。而且，入射光線60被描述為具有預(yù)定寬度W的光線，但是光源50發(fā)射入射光束來代替它也是可能的。上述討論的大部分都是涉及滾花面的檢測，然而，也可以很容易地檢測非滾花或平滑承載面。在具有或不具有座環(huán)的平滑承載面的情況下，由光傳感器接收的反射光束將是連續(xù)光束。本發(fā)明試圖涵蓋所有這些落在所附權(quán)利要求的精神和寬泛范圍內(nèi)的可選和修改形式。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測具有容器底部的容器的傾斜的設(shè)備，包括用于將容器保持在位置上并且使容器繞軸旋轉(zhuǎn)的裝置，設(shè)置在所述裝置中的該容器下方的光源，用于將光能引導(dǎo)到該容器底部，設(shè)置在容器下方的光傳感器，用于接收從被容器底部反射的來自所述源的光能，和耦合到該光傳感器的信息處理器，用于將該容器底部從垂直于所述軸的平面的偏離確定為所述反射光能和容器旋轉(zhuǎn)的組合函數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述光能被從所述源引導(dǎo)到該容器底部周邊，并且所述信息處理器確定該容器底部周邊從垂直于所述軸的平面的偏離。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中該容器包括圍繞該容器底部周邊的滾花，并且所述圖像處理器響應(yīng)于所述反射光能以確定所述滾花的深度。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的設(shè)備，其中所述信息處理器包括用于以第一容器旋轉(zhuǎn)增量掃描所述光傳感器的預(yù)處理器，和用于以大于所述第一增量的第二容器旋轉(zhuǎn)增量從所述預(yù)處理器接收掃描數(shù)據(jù)的主處理器。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的設(shè)備，其中所述用于將容器保持在位置上并且使容器繞軸旋轉(zhuǎn)的裝置包括用于外部嚙合該容器的隔開的支持輥，和用于嚙合和旋轉(zhuǎn)該容器同時相對于所述支持輥固定該容器的驅(qū)動輥，以將平均旋轉(zhuǎn)軸限定為該容器幾何形狀和所述支持輥之間間隔的函數(shù)。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的設(shè)備，包括成對布置在所述軸的直徑相對兩側(cè)的兩個所述光源和兩個所述光傳感器，所述信息處理器響應(yīng)于所述光傳感器的輸出的壓縮而指示容器的傾斜。
7.如前任何一個權(quán)利要求所述的設(shè)備，用于檢測具有多個滾花的承載面，其中所述光源和傳感器使得該滾花導(dǎo)致所述光傳感器接收來自滾花峰和滾花谷的不連續(xù)反射。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述傳感器輸出信號至少包括表示來自該滾花峰的反射的第一輸出和表示來自該滾花谷的反射的第二輸出。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述信息處理器適于利用所述第一輸出來確定容器傾斜。
10.如權(quán)利要求8或9所述的設(shè)備，其中所述信息處理器適于利用所述第一和第二輸出來確定滾花深度。
11.如前任何一個權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述信息處理器適于生成表示該承載面上兩個分隔位置之間高度差的正弦表達(dá)式。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述信息處理器使用最小二乘擬合技術(shù)來獲取所述正弦表達(dá)式的一個或多個變量的值。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述獲取的值被用于確定容器傾斜。
14.如權(quán)利要求12或13所述的設(shè)備，其中所述信息處理器使用迭代搜索方法來確定所述正弦表達(dá)式的正弦周期。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述迭代搜索方法是黃金分割搜索。
16.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述信息處理器還使用包括最小/最大數(shù)據(jù)點的選擇過程以提高該最小二乘擬合技術(shù)的效率。
17.一種檢測容器承載面的方法，包括步驟(a)提供通常面對該承載面的光源，(b)提供通常面對該承載面的光傳感器，(c)使得該容器繞軸旋轉(zhuǎn)，(d)促使所述光源發(fā)射光，該光從該承載面上的一個位置反射，(e)促使所述光傳感器記錄該反射光到達(dá)所述光傳感器的位置，和(f)根據(jù)所述位置數(shù)據(jù)分析所述承載面從垂直于所述軸的平面的偏離。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該被檢測的承載面是滾花表面。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中步驟(e)包括壓縮來自所述記錄的位置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中步驟(f)包括利用正弦表達(dá)式來建模該容器的承載面。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中使用最小二乘擬合技術(shù)來求解所述正弦表達(dá)式的一個或多個變量。
全文摘要
用于檢測容器(34)的傾斜的設(shè)備，包括設(shè)置在容器(34)下方的光源(50)，用于當(dāng)容器被保持在位置上并且圍繞軸(A)旋轉(zhuǎn)時將光能(60)引導(dǎo)到容器底部(62)。設(shè)置在容器(34)下方的光傳感器(54)接收從容器底部(62)反射的來自該源(50)的光能。一個信息處理器(56)耦合到該光傳感器(54)，用于將該容器底部(62)從垂直于該軸(A)的平面的偏離確定為該反射光能和容器旋轉(zhuǎn)的組合函數(shù)。該容器(34)優(yōu)選地被固定在位置上并且通過驅(qū)動輥(24)繞軸旋轉(zhuǎn)，該驅(qū)動輥(24)相對于軸向布置的支持輥(26、28)推動該容器(34)以將平均旋轉(zhuǎn)軸限定為該容器(34)形狀和該支持輥(26、28)之間間隔的函數(shù)。
文檔編號G01B11/24GK1938581SQ200580009711
公開日2007年3月28日 申請日期2005年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月26日
發(fā)明者J·W·朱維納爾, J·A·林利恩, S·M·格拉夫, J·陳, W·H·安德遜 申請人:歐文斯-布洛克威玻璃容器有限公司