Проверка горловины контейнера с использованием инфракрасной энергии, излучаемой дном контейнера

 

Изобретение относится к бесконтактному измерению параметров полупрозрачных контейнеров, таких как бутылки, посредством оптических средств. Изобретение позволит создать способ и устройство проверки контейнеров для измерения внутреннего диаметра горловины контейнера после его отливки. Способ проверки коммерческих вариаций в первой части контейнера, включающий направление световой энергии на первую часть контейнера, проверка которой производится просмотром первой части контейнера, на которую направляется световая энергия, с помощью средства, чувствительного к свету, которое вырабатывает выходной сигнал как функцию от оптических характеристик просматриваемой части контейнера, и идентификации коммерческих вариаций в первой части контейнера как функции от выходного сигнала. Направление световой энергии выполняется второй частью контейнера при повышенной температуре, которая направляет инфракрасную световую энергию на первую часть контейнера. Устройство для проверки контейнера, имеющего открытую горловину, содержит источник света для направления световой энергии в контейнер и средство, чувствительное к свету, расположенное к источнику света и к этому контейнеру так, что оно принимает световую энергию, передаваемую через горловину контейнера. Источник света содержит часть стенки контейнера, имеющей такую температуру, что часть стенки передает на контейнер инфракрасную световую энергию, к которой является чувствительным средство, чувствительное к свету. 2 с. и 10 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к бесконтактному измерению параметров размера контейнера и, в частности, к устройству и способу измерения внутреннего диаметра горловины контейнера на этапе горячего окончания процесса производства контейнера.

При производстве полупрозрачных контейнеров, таких как бутылки из чистого или цветного стекла, важно выдерживать параметры размеров каждого контейнера в пределах заданных конструктивных характеристик как по функциональным, так и по эстетическим причинам. Например, важно, чтобы при окончательной обработке контейнер, включая, в частности, горловину контейнера, обладал требуемыми геометрическими характеристиками, такими, чтобы контейнер мог обрабатываться автоматическим оборудованием, которое наполняет и закрывает контейнер, без повреждения этого оборудования, так, чтобы не ломался сам контейнер или не застревала линия обработки.

В американском патенте 3313409, который приводится здесь в качестве прототипа, описана система проверки контейнера, в которой контейнеры направляются последовательно через множество проверочных станций, на которых измеряются его различные геометрические и другие свойства. На одной из таких станций делается попытка вставлять пробку заранее заданного размера в горловину контейнера. Диаметр пробки связан с минимальным диаметром горловины контейнера, который сопрягается, например, с оборудованием, заполняющим контейнер. Если такая пробка не входит в горловину контейнера, то контейнер выбраковывается. На других станциях системы проверки параметры размера контейнера измеряются таким образом, что контролируется положение роликов, находящихся в контакте с контейнером при вращении контейнера. Однако технологии проверки, которые требуют физического контакта с контейнером, являются медленнодействующими и подвержены механическому износу, например, роликов и пробок. Возвратно-поступательные движения, необходимые для введения пробок и роликов в контакт с контейнером и обратно, требуют существенных затрат электроэнергии. Кроме того, физический контакт измерительного оборудования с контейнером нежелателен на этапе, так называемого горячего окончания процесса производства, когда контейнеры все еще мягкие.

На устранение некоторых недостатков технологий механической проверки, описанных выше, направлен также американский патент 5461228, который включен здесь в качестве прототипа и в котором описываются устройство и способ электрооптического измерения параметров размеров контейнера, таких как внутренний диаметр горловины контейнера. Источник света направляет световую энергию в контейнер, а датчик света расположен по отношению к источнику света и контейнеру таким образом, что он может принимать световую энергию, переданную из контейнера через горловину контейнера. Телецентрическая линза направляет на датчик света только световую энергию, переданную через горловину контейнера по существу вдоль оси горловины контейнера. Световая энергия фокусируется через ирисовую диафрагму на матричный датчик, который вырабатывает двумерное изображение горловины контейнера. Матричный датчик присоединен к электронному устройству обработки изображения для определения или вычисления круга наибольшего диаметра, который может быть вписан в двумерное изображение горловины контейнера, и этот круг затем считается показателем эффективного внутреннего диаметра горловины контейнера.

В обычных процессах изготовления изделий из стекла изделие из стекла отливается в машине с индивидуальной секцией и затем помещается все еще в горячем состоянии на линейный конвейер для перевозки на лер для отпуска. После снятия внутреннего напряжения в лере изделие из стекла перевозится в различные станции для проверки, наполнения и/или упаковки. Лер разделяет этап горячего окончания процесса производства, на котором контейнеры выплавляются, от этапа холодного окончания процесса, на котором контейнеры проверяются и упаковываются. Технологии измерения диаметра горловины контейнера, описанные выше, особенно пригодны для использования на этапе холодного окончания производственного процесса. Однако требуется выполнять проверку на этапе горячего окончания производственного процесса так, чтобы информация о контейнерах, имеющих нежелательные изменения, могла быть получена быстро, и процесс мог бы быть скорректирован. Поэтому общей целью настоящего изобретения является способ и устройство проверки контейнеров, в частности, измерения внутреннего диаметра горловины контейнера, который может быть выполнен на этапе горячего окончания производственного процесса. Когда контейнеры направляются на конвейер после процесса отливки, контейнеры находятся в горячем состоянии, испускают излучение как в видимом, так и в инфракрасном диапазонах. Во время перевозки контейнеров в лер для отпуска они постепенно охлаждаются, причем скорость охлаждения зависит от толщины отдельных частей контейнера. Например, окончание и горловина контейнера, которые являются относительно тонкими, охлаждаются более быстро, чем дно контейнера и нижняя часть, которые являются относительно толстыми. Поэтому было предложено измерять инфракрасное излучение, испускаемое контейнером на этапе горячего окончания производственного процесса, для определения толщины стенок различных частей контейнера (см., например, американские патенты 2915638 и 3356212).

Способ проверки контейнеров, производимых в процессе, в результате которого контейнеры выходят при повышенной температуре и после которого отдельные части контейнера охлаждаются с различной скоростью, как функция от их толщины, рассматривается в соответствии с предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения как оптический осмотр первой части контейнера на фоне, который включает вторую часть контейнера, имеющую более высокую температуру, чем первая часть, так, что первая часть эффективно освещается инфракрасной энергией, исходящей из второй части контейнера. Коммерческие вариации во второй части контейнера, состоящие из вариаций, которые определяют коммерческую приемлемость контейнера, определяются во второй части контейнера как функция вариаций инфракрасной энергии, испускаемой второй частью контейнера. Первая часть контейнера просматривается световым датчиком, который позволяет получить выходной сигнал как функцию оптических характеристик первой части контейнера, и коммерческие вариации определяются как функция таких сигналов.

В особо предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения для проверки открытой горловины контейнера световой датчик направляется таким образом, чтобы он просматривал дно контейнера через открытую горловину контейнера так, чтобы получить изображение горловины контейнера, освещенной инфракрасной энергией, излучаемой дном контейнера. Инфракрасная энергия, проходящая через горловину контейнера, направляется на датчик с помощью телецентрических линз в соответствии с предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения таким образом, что только световая энергия, которая проходит вдоль оси через горловину контейнера, направляется на датчик. Датчик соединен с электронным устройством обработки изображения для определения или вычисления круга наибольшего диаметра, который можно вписать в двумерное изображение горловины контейнера, и такой круг рассматривается как индикатор эффективного внутреннего диаметра горловины контейнера.

Устройство для проверки контейнера, имеющего открытую горловину и закрытое дно, расположенное на некотором расстоянии от горловины контейнера, в то время, как контейнер находится в горячем состоянии после его изготовления, в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения включает датчик света, расположенный относительно контейнера так, что он может просматривать дно контейнера через горловину контейнера. Инфракрасная световая энергия, испускаемая дном контейнера, которая проходит через горловину контейнера, направляется на датчик света, и внутренний диаметр горловины контейнера измеряется как функция световой энергии, направленной на датчик. Датчик света предпочтительно имеет матричный датчик площади для выработки двумерного изображения горловины контейнера, и энергия инфракрасного света, направляется на датчик с помощью системы телецентрических линз. Матричный датчик площади располагается в камере, которая имеет входной зрачок, а система телецентрических линз имеет один фокус, расположенный в бесконечности по направлению ко дну контейнера, и второй фокус на входном зрачке камеры. Матричный датчик площади подключен к электронному устройству обработки изображения для определения или вычисления круга наибольшего диаметра, который можно вписать в двумерное изображение горловины контейнера, при этом предполагается, что такой круг является индикатором эффективного внутреннего диаметра горловины контейнера.

Поэтому в соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагаются способ и устройство для проверки коммерческих вариаций в контейнере, включая характеристики размера контейнера, такие как внутренний диаметр горловины контейнера. Способ и устройство в соответствии с этим аспектом изобретения предполагают направление при проверке световой энергии на первую часть контейнера, просмотр первой части контейнера с помощью датчика света, что позволяет получить выходной сигнал как функцию от оптических характеристик просматриваемой части контейнера, и идентификацию коммерческих вариаций в первой части контейнера как функцию такого выходного сигнала. В соответствии с настоящим изобретением этап освещения первой части контейнера выполняется второй частью контейнера, которая имеет повышенную температуру так, что передает инфракрасную энергию на первую часть контейнера и вследствие этого эффективно освещает первую часть контейнера для проверки.

Настоящее изобретение, вместе с его дополнительными целями, характеристиками и преимуществами, лучше всего будет понятно из приведенного ниже описания предлагаемой формулы изобретения и прилагаемых чертежей, на которых: фиг. 1 изображает принципиальную схему электрооптической бесконтактной системы для измерения внутреннего диаметра горловины контейнера в соответствии с предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения; фиг. 2 изображает фрагмент схематического диаметра части контейнера, представленного на фиг.1, в увеличенном масштабе; и фиг. 3 изображает схему, которая поясняет вычисление эффективного внутреннего диаметра на основании двумерного изображения горловины контейнера.

На фиг. 1 изображена система 10 производства изделий из стекла, которая включает устройство 12 для проверки или измерения внутреннего диаметра горловины 14 контейнера 16 на этапе горячего окончания процесса производства в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Контейнеры 16 производятся в так называемой машине 18 индивидуальной секции под управлением электронного устройства 20 управления машиной. Машина 18 индивидуальной секции может быть такой, как описана, например, в американском патенте 4362544. В американских патентах 4152134 и 4369052 иллюстрируются образец электронного устройства 20 управления машиной. Контейнеры, производимые машиной 18, помещаются на конвейер 22 для перевозки их в линейной последовательности на лер для отпуска. Сразу после производства контейнеры 16 являются горячими и испускают излучение как видимой, так и инфракрасной областей. По мере продвижения контейнеров по направлению к леру отпуска контейнеры охлаждаются, причем различные части контейнеров охлаждаются с различной скоростью в зависимости от их толщины. Например, концевая часть контейнера вокруг горловины 14 относительно тонкая и охлаждается относительно быстро, в то время как дно 24 контейнера относительно толстое и охлаждается более медленно. Сразу же после выхода из машины 18 боковая стенка и горловина контейнера уже относительно холодные, а дно обычно все еще раскалено докрасна, испуская излучение в инфракрасном диапазоне приблизительно от 0,4 до 100 микрон. В соответствии с настоящим изобретением горячая и испускающая инфракрасное излучение часть контейнера, такая как дно 24, используется в качестве источника света для освещения проверяемой части контейнера, такой как горловина 14.

Камера 26 располагается над конвейером 22 и ориентируется по направлению вниз для просмотра горловины 14 контейнеров 16 по мере их последовательной транспортировки под камерой 26. Камера 26 включает матричный датчик 28 площади на основе прибора с зарядовой связью (CCD), входной зрачок 30 и линзы 32, 34, связанные со входным зрачком. Датчик 28 чувствителен к инфракрасной энергии в диапазоне от 0,4 до 1,1 микрон. Телецентрическая линза 36 расположена между камерой 26 и контейнерами 16 по мере их последовательного прохождения. Телецентрическая линза 36 имеет первый фокус в направлении контейнеров 16 в бесконечности и второй фокус, расположенный на входном зрачке 30. То есть камера 26 расположена по отношению к линзам 36, так что входной зрачок 30 располагается по отношению к линзе 36 на фокальном расстоянии линзы. Таким образом, зрачок 30 с линзами 32, 34 функционирует, как ирисовая диафрагма в комбинации с линзой 36, для фокусирования на датчик 28, по существу, только световых лучей, которые проходят через горловину 14 контейнера параллельно оси контейнера, линзам и камере. То есть световые лучи, которые проходят через горловину контейнера в направлении, непараллельном контейнеру и оптической оси, и лучи света, вырабатываемые другими частями контейнера, которые могут все еще оставаться в горячем состоянии и испускать инфракрасное излучение, будут направлены линзой 36 мимо зрачка 30, и таким образом, будут эффективно блокироваться от попадания на датчик 28. Таким образом, на матричный датчик 28 площади будет фокусироваться четкое изображение горловины контейнера. Датчик 28 подключен к электронному устройству 38 обработки информации для просмотра датчика и получения двумерного изображения горловины контейнера. Как показано на фиг.3, стекло, которое формирует горловину контейнера, будет выглядеть как темная область изображения на светлом фоне, сформированном инфракрасной световой энергией, передаваемой дном 24 контейнера и проходящей через горловину контейнера. Это происходит в связи с тем, что стекло контейнера отражает или преломляет свет, передаваемый на корпус контейнера, и этот отраженный или преломленный свет не будет параллелен оптической оси и, таким образом, не будет направляться на датчик 28. Примеры устройств сканирования матричного датчика площади и выработки двумерного изображения горловины контейнера описаны в американском патенте 4958223.

На фиг. 2 и 3 поясняется работа изобретения на примере контейнера 16а, имеющего горловину 14а со сжатой областью 14b. Как показано на фиг.2, сжатая область 14b блокирует часть световых лучей, проходящих через горловину контейнера параллельно оптической оси контейнера, создавая, таким образом, на датчике 28 и в процессоре 38 информации двумерное изображение, как показано на фиг. 3. Процессор 38 информации анализирует изображение, представленное на фиг.3, вычисляя круг 14с наибольшего диаметра, который вписывается в изображение горловины 14а, включая сжатую область 14b. Эта вычисленная окружность 14с затем используется как эффективный внутренний диаметр горловины контейнера. В случае, когда такой эффективный диаметр меньше, чем требуемый внутренний диаметр, процессор 38 информации выдает соответствующий сигнал на выбраковочный механизм для удаления контейнера 16а с конвейера 22. Процессор 38 информации также подключен к дисплею 40 для показа оператору двумерного изображения контейнера, проверка которого производится в настоящий момент, или другую соответствующую информацию, касающуюся проверки. Процессор 38 информации также подсоединен к электронному устройству 20 управления машиной для управления размещением и работой операционных механизмов в машине индивидуальной секции таким образом, чтобы можно было корректировать вариацию процесса, если это возможно, или прекращать работу индивидуальных форм или секций, в которых был изготовлен контейнер 16а. В этой связи желательно, чтобы контейнер был помещен на конвейер 22 машины 18 в заранее заданной и непрерывной последовательности, так, чтобы секция и формы, в которых данный контейнер 16 или 16а был изготовлен, можно было бы легко определить (см., например, американский патент 4762544).

Настоящее изобретение может быть также использовано для измерения других параметров и геометрических характеристик контейнера. Например, в случае так называемого "перекошенного" контейнера, то есть контейнера, в котором горловина 14 перекошена по отношению к оптической оси, устройство проверки будет производить изображение двух перекрывающихся кругов, получаемое с противоположных краев горловины контейнера на вершине и в нижней части горлышка контейнера. Если эффективный диаметр между этими перекрывающимися кругами будет слишком малым, контейнер будет выбракован, как контейнер, имеющий диаметр горловины меньше, чем требуемый минимум. Устройство в соответствий с настоящим изобретением также может использоваться для обнаружения и выбраковки контейнера, имеющего, так называемую вариацию "клиновидных изменений", если такая вариация будет достаточно большой, что ее можно будет заметить через горловину контейнера.

Формула изобретения

1. Способ проверки коммерческих вариаций в первой части контейнера, который содержит этапы направления световой энергии на первую часть контейнера, проверка которой производится просмотром первой части контейнера, на которую направляется световая энергия, с помощью средства, чувствительного к свету, которое вырабатывает выходной сигнал как функцию от оптических характеристик просматриваемой части контейнера, и идентификации коммерческих вариаций в первой части контейнера как функции от выходного сигнала, отличающийся тем, что этап направления световой энергии выполняется второй частью контейнера при повышенной температуре, которая направляет инфракрасную световую энергию на первую часть контейнера.

2. Способ по п.1 для проверки контейнеров, изготовленных в процессе, в котором контейнеры выходят с повышенной температурой, после чего части контейнеров охлаждаются с различной скоростью, как функция от их толщины, причем указанный способ содержит этапы (a) оптического просмотра первой части контейнера на фоне, который включает вторую часть контейнера, имеющую более высокую температуру, чем первая часть, так, что первая часть эффективно освещается инфракрасной энергией, испускаемой второй частью, и (b) идентификации коммерческих вариаций во второй части контейнера как функции вариаций инфракрасной энергии, испускаемой второй частью контейнера.

3. Способ по п. 2, в котором этап (а) выполняют путем рассматривания первой части контейнера с помощью средства, чувствительного к свету, которое вырабатывает выходной сигнал как функцию от оптических характеристик первой части, освещенной второй частью, и в котором этап (b) выполняется как функция от указанных сигналов.

4. Способ по п.3 для проверки контейнера, имеющего открытую горловину и дно контейнера, размещенное на расстоянии от горловины, в котором этап (а) включает этап просмотра дна контейнера через открытую горловину для получения изображения горловины контейнера, освещенной инфракрасной энергией, исходящей от дна контейнера.

5. Устройство для проверки контейнера (16), имеющего открытую горловину (14), которое содержит источник света для направления световой энергии в контейнер и средство (26), чувствительное к свету, расположенное по отношению к источнику света и к этому контейнеру так, что оно принимает световую энергию, передаваемую через горловину контейнера, отличающееся тем, что источник света содержит часть (24) стенки контейнера, имеющей такую температуру, что часть стенки передает на контейнер инфракрасную световую энергию, к которой является чувствительным средство, чувствительное к свету.

6. Устройство по п. 5 для проверки контейнера (16), имеющее открытую горловину (14) и закрытое дно (24), расположенное на расстоянии от горловины контейнера, причем контейнер нагревается в процессе производства, средство (26), чувствительное к свету, расположенное по отношению к контейнеру так, что оно просматривает дно контейнера через открытую горловину, средство (36) для направления на средство, чувствительное к свету, энергии инфракрасного света, испускаемой дном контейнера, которая проходит через горловину, и средство (38) для измерения внутреннего диаметра горловины контейнера как функции инфракрасной световой энергии, направляемой в средство, чувствительное к свету.

7. Устройство по п.6, в котором средство (26), чувствительное к свету, содержит матричный датчик (28), и в котором средство (36), направляющее свет, содержит средство телецентрической линзы для направления на матричный датчик только инфракрасной световой энергии от дна контейнера, которая проходит, по существу, вдоль оси через горловину контейнера.

8. Устройство по п.7, в котором средство (26), чувствительное к свету, содержит камеру, имеющую входной зрачок (30), и в котором указанное средство (36) телецентрической линзы имеет один фокус в бесконечности в направлении ко дну контейнера и второй фокус на входном зрачке.

9. Устройство по п.8, в котором световой датчик (28) содержит матричный датчик площади и средство, присоединенное к датчику, для вырабатывания двумерного изображения горловины контейнера.

10. Устройство по п. 9, в котором средство (38) измерения содержит средство для анализа изображения для определения внутреннего диаметра горловины контейнера.

11. Устройство по п.10, в котором средство анализа содержит средство для определения круга наибольшего диаметра (14с), который можно вписать в изображение.

12. Устройство по п.11, дополнительно содержащее средство для индикации приемлемости контейнера как функции от круга наибольшего диаметра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3