專利名稱：用多波長離散譜光源的垂直輪廓塑料容器的在線檢測系統(tǒng)的制作方法
用多波長離散譜光源的垂直輪廓塑料容器的在線檢測系統(tǒng)優(yōu)先權(quán)聲明
本申請要求2006年9月1日提交的William E. Schmidt等人的名為"Measuring container characteristics using multiple wavelength discretespectral light sources and broadband detectors" 的美國臨時申i青序歹ll號60/841954的優(yōu)先;fe，其內(nèi)容通過引用并入此文。
背景技術(shù)：
對于工業(yè)內(nèi)的這種存在，測量塑料瓶的特性是眾所周知且標準化的測試方法。例如，人們已經(jīng)知道使用這樣一種系統(tǒng)來測量塑料瓶的壁厚，該系統(tǒng)采用寬帶光源、斬波器盤(chopperwheel)以及分光計在塑料瓶通過吹塑機形成后經(jīng)過光源和分光計之間時測量塑料瓶的壁厚。這種系統(tǒng)中的寬帶光源提供被斬切的(chopped) IR光能，該光能照射塑料容器的表面，穿過容器的兩個壁，并被分光計感知，以確定離散波長在塑料中的吸收程度。該信息用于確定塑料瓶的特性，例如壁厚?？蓮娜澜缍鄠€制造商獲得其它機器。這種機器的例子有AGR Top Wave公司的Petwall Phis視覺系統(tǒng)。該機器通過測量PET吸收波長與非吸收參考波長之間的差異來執(zhí)行塑料容器的厚度測量。
實際上，這些系統(tǒng)使用白熾燈泡來生成所關(guān)注的可見和紅外光譜內(nèi)的寬帶光。寬帶光被斬切、平行化、并透過塑料容器的兩個壁，最后被分光儀分成所關(guān)注的波長。該采樣過程在速度和響應(yīng)時間上均受限。
吹塑技術(shù)的工藝水平持續(xù)增加所需的采樣速度。這終將導(dǎo)致用于測量容器特性的現(xiàn)有技術(shù)不可使用。

發(fā)明內(nèi)容
在一個總方面中，本發(fā)明涉及一種用于檢測吹塑成型的塑料或PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)容器的檢測系統(tǒng)。根據(jù)不同實施方式，該檢測系統(tǒng)是包括垂直陣列的發(fā)射器組件的在線系統(tǒng)，所述發(fā)射器組件在吹塑成型的中的光能。例如，每個發(fā)射器組件可包括兩個窄帶光源 一個發(fā)射處于以
高度取決于該材料的厚度的方式被容器的材料所吸收的窄波長帶中的光
能；另一個發(fā)射處于大致被容器的材料透射的另一離散窄波長帶中的光能。例如，光源可以是LED或激光二極管。
該檢測系統(tǒng)還可包括例如以一對一的關(guān)系面對發(fā)射器組件的垂直陣列的寬帶光探測器。未被容器吸收的光能可穿過容器的兩個側(cè)壁，在這里光能被光探測器感知。每個寬帶光探測器優(yōu)選具有足夠?qū)挼捻憫?yīng)范圍，以探測來自發(fā)射器組件的不同光源的光能。該檢測系統(tǒng)還可包括與光探測器連通的處理器，其中該處理器被編程以基于來自光探測器的輸出信號確定被檢測的容器的特性，例如容器的平均兩壁厚度(average 2-wall thickness)或其它特性。該信息可用于確定是否應(yīng)該報廢容器。處理器還可被編程來計算用于發(fā)射器和傳感器的實時校準調(diào)節(jié)，以維持校準。此外，處理器還可被編程來給吹塑機系統(tǒng)發(fā)送控制信號，以調(diào)節(jié)吹塑機的諸如加熱溫度或其它參數(shù)等參數(shù)，以閉合用于吹塑機系統(tǒng)的反饋控制回路。
根據(jù)不同實施方式，發(fā)射器組件中的光源可被周期性地控制，以使每個周期期間有以下時間段只有光源之一被接通；只有另一光源被接通；兩個光源均斷開。這種時間體系可有助于處理器確定容器的特性，并用于計算校準調(diào)節(jié)。
根據(jù)不同實施方式，發(fā)射器-傳感器對可在4企測區(qū)域中沿容器的垂直跨度相對密集地分布。因此，可獲得被檢測的容器的相對完整的厚度輪廓。本發(fā)明的這些以及其它好處將從以下描述變得清楚明了。


本文將通過舉例方式連同以下附圖來描述本發(fā)明的不同實施方式，附圖中
圖i是本發(fā)明的不同實施方式的吹塑機系統(tǒng)的簡化框圖2、 3和11提供本發(fā)明的不同實施方式的檢測系統(tǒng)的一部分的視圖4-8示出本發(fā)明的不同實施方式的檢測系統(tǒng)的發(fā)射器組件；
圖9示出本發(fā)明的不同實施方式的檢測系統(tǒng)的傳感器；
圖io是本發(fā)明的不同實施方式的檢測系統(tǒng)的傳感器電路板的簡化框圖12是用于本發(fā)明的不同實施方式的檢測系統(tǒng)的發(fā)射器組件60的驅(qū) 動器板的簡化框圖13是本發(fā)明的不同實施方式的時序圖14是本發(fā)明的不同實施方式的檢測系統(tǒng)的筒化框圖15示出本發(fā)明的不同實施方式的發(fā)射器組件的交錯垂直陣列。
具體實施例方式
在一個總方面，本發(fā)明涉及用于測量諸如塑料、PET或其它類型的聚 烯烴容器等容器的特性的檢測系統(tǒng)。如下所述，檢測系統(tǒng)可包括(l)具 有高能量輸出的多波長離散譜光源；和(2)高靈敏度寬帶探測器(或傳感 器)。檢測系統(tǒng)還可包括基于由傳感器檢測到的來自光源的光能來確定容器 的特性的處理器。這種檢測系統(tǒng)可用于在較高吹塑機(blow molder)速度 下操作的塑料或PET容器制造操作。波長離散謙光源可包括例如具有不同 的窄帶發(fā)射光譜的多個發(fā)光二極管(LED)或激光二極管。由該系統(tǒng)基于在 所選波長范圍被容器吸收的光能的比率而測量的特性可包括例如壁厚(如 平均兩壁厚度)或諸如容器壁的質(zhì)量、容量和/或材料分布等涉及壁厚的特 性。如更下面所述，測量的特性可用于報廢制造出的不滿足規(guī)格的容器， 和/或用于修改吹塑機系統(tǒng)的參數(shù)(如溫度、壓力和/或吹塑時間)。
在更詳細描述檢測系統(tǒng)前，先給出可能采用該檢測系統(tǒng)的吹塑機系統(tǒng) 的概迷。圖1是本發(fā)明的不同實施方式的吹塑機系統(tǒng)4的框圖。吹塑機系 統(tǒng)4包括預(yù)制坯烘箱2，該預(yù)制坯烘箱2通常攜帶支軸上的用于制造容器的 塑料預(yù)制坯穿過烘箱部分，以在吹塑容器前預(yù)熱預(yù)制坯。預(yù)制坯烘箱2可 包括例如用于將預(yù)制坯加熱到其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度以上的紅外線加熱燈或其 它加熱裝置。離開預(yù)制坯烘箱2的預(yù)制坯通過例如常規(guī)轉(zhuǎn)移系統(tǒng)7 (以點劃 線示出)進入吹塑機6。
吹塑機6可包括布置成圓形并且沿箭頭C所示的方向旋轉(zhuǎn)的多個(例 如大概十到二十四個)模型。在吹塑機中使用空氣和/或芯棒可使預(yù)制坯伸 展，以使預(yù)制坯符合由模型所限定的形狀。從吹塑機6形成的容器例如容 器8可從沿箭頭D所示的方向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)移組件12上的轉(zhuǎn)移臂10被懸浮。 相似地，隨著轉(zhuǎn)移組件12旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)移臂14和16可拾起容器8，并將容器傳送經(jīng)過檢測區(qū)域20,在這里容器可被下述檢測系統(tǒng)檢測。報廢區(qū)域24具 有可從轉(zhuǎn)移組件12物理地去除任意被視為廢品的容器的報廢機構(gòu)26。
在圖l的示例中，容器30已經(jīng)通過廢區(qū)域24，并可在星輪機構(gòu)34中 被拾起，所述星輪機構(gòu)34沿方向E旋轉(zhuǎn)并具有諸如凹部36、 38、 40等多 個凹部。圖1中示出容器46位于這種星輪凹部中。然后，根據(jù)所需的傳送 路徑和系統(tǒng)的性質(zhì)，可通過本領(lǐng)域的技術(shù)員所知的方式將容器轉(zhuǎn)移到輸送 裝置。根據(jù)不同實施方式，吹塑機系統(tǒng)4能以每小時20000到100000件的 速率生產(chǎn)容器。
圖2和3示出本發(fā)明的不同實施方式的檢測系統(tǒng)50。檢測系統(tǒng)50如更 下面所述可以是在線檢測系統(tǒng)，其在容器形成時以快如容器形成的速率 (如，達每小時10000件容器)檢測容器，而不必從工藝線移除容器來檢 測，也不必破壞容器來^r測。吹塑成型后，隨著形成的容器被轉(zhuǎn)移組件12 旋轉(zhuǎn)經(jīng)過檢測區(qū)域20，檢測系統(tǒng)50可確定由吹塑機4形成的每個容器的特 性(如，平均兩壁厚度、質(zhì)量、容量和/或材料分布)。圖2是檢測系統(tǒng)50 的透視圖，而圖3是^r測系統(tǒng)50的前視平面圖。如這些圖所示，檢測系統(tǒng) 50可包括兩個垂直臂52、 54，在臂52、 54的下部介于臂52、 54之間是橫 桿部分56。臂之一52可包括多個光能發(fā)射器組件60，而另一臂54可包括 多個寬帶傳感器62,用于探測來自發(fā)射器組件60的光能，該光能從經(jīng)過臂 52、 54之間的塑料容器66穿過。因此，來自發(fā)射器組件60的未被容器吸 收的光能可穿過容器66的兩個相反的側(cè)壁，并被傳感器62感知。容器66 可被轉(zhuǎn)移組件12旋轉(zhuǎn)經(jīng)過臂52、 54之間的檢測區(qū)域20 (見圖1 )。在其它 實施方式中，可使用輸送器來將容器傳送經(jīng)過檢測區(qū)域20。
根據(jù)不同實施方式，發(fā)射器組件60可包括一對發(fā)光二極管(LED), 它們發(fā)射處于不同的離散的窄波長帶的光能。例如，各個發(fā)射器組件60中 的一個LED可發(fā)射處于容器的材料的吸收特性高度取決于塑料容器66的材 料的厚度的窄帶波長("吸收波長")范圍中的光能。另一LED可發(fā)射處于 被塑料容器66的材料大致透射的窄帶波長("參考波長，，)中的光能。
根據(jù)不同實施方式，在臂54中可能有用于臂52中的每個發(fā)射器60的 一個寬帶傳感器62?；谒兄奶幱谖蘸蛥⒖疾ㄩL兩者的能量'能在 發(fā)射器-傳感器對的高度水平確定穿過容器66的兩個壁的厚度。該信息能用 于確定是否因容器壁不滿足規(guī)格(如，壁要么過薄要么過厚)而報廢容器。如更下面所述，根據(jù)不同實施方式，該信息還能用作調(diào)節(jié)預(yù)制坯烘箱2和/
或吹塑機6的參數(shù)的反饋(見圖1 )。
發(fā)射器-傳感器對的垂直間隔越近，則對于容器66能獲得的厚度信息 就越詳細。根據(jù)不同實施方式，在容器66自上而下的高度跨度內(nèi)，可能有 三個(3)到五十個(50)這種發(fā)射器-傳感器對。優(yōu)選地，以每0.5英寸或 更小的間隔分布多達32個發(fā)射器-傳感器對。這種緊密間隔的發(fā)射器-傳感 器對能有效地為容器66提供相當(dāng)完整的垂直壁厚輪廓。
根據(jù)不同實施方式，當(dāng)檢測系統(tǒng)50用于檢測塑料或PET容器66時， 吸收波長窄帶可大約為2350nm,而參考波長帶可大約為1835nm。當(dāng)然， 在其它實施方式中，可使用不同的波長帶。本文所使用的術(shù)語"窄帶，，或 "窄波長帶"是指小于或等于200nm半最大值全寬度(FWHM, foil width at halfmaximum)的波長帶。也就是說，光源之一的發(fā)射強度為其最大強度的 一半時的波長之間的差值小于或等于200nm。優(yōu)選地，光源的窄帶為100nm 以下的FWHM，優(yōu)選為50nm以下的FWHM。
臂52、 54可包括安裝發(fā)射器組件60和傳感器62的框體68?？蝮w68 可由例如鋁等任意適當(dāng)?shù)牟牧现瞥伞Ｔ谟煽蝮w68限定出的開放空間中還可 設(shè)置位于電路板(未示出)上用于對發(fā)射器60和傳感器62進行控制/供電 的控制器。橫桿部分56可由與臂52、 54的框體68相同的材料構(gòu)成。
框體68可限定出多個指向檢測區(qū)域20的開口 69。如圖2所示，每個 傳感器62可有一個開口。每個發(fā)射器組件60也可有一個相應(yīng)的開口。來 自發(fā)射器組件的光能可經(jīng)由它們的相應(yīng)開口被導(dǎo)引至檢測區(qū)域20,并導(dǎo)向 每個開口 69后的傳感器62。
圖4是本發(fā)明的不同實施方式的發(fā)射器組件60的俯視圖。發(fā)射器組件 60可包括容納在第一 LED套80中的第一 LED以及容納在第二 LED套82 中的第二LED (有時為簡單起見，分別稱為"第一LED80"和"第二LED 82，，)。 LED 80、 82之一可發(fā)射處于參考波長的光能，而另一個可發(fā)射處于 吸收波長的光能。根據(jù)一個實施方式，第一LED套80可容納發(fā)射吸收波長 帶的LED,而第二 LED套82可容納發(fā)射參考波長帶的LED。
如圖4所示，發(fā)射器組件60可包括光束分離器84。光束分離器84可 以是二色光束分離器(dichroic beam splitter )，該二色光束分離器對來自第 一LED80的光能基本是透射性的，以使來自第一LED80的光能朝開口 69
12傳播，而該二色光束分離器對來自第二LED82的光能基本是反射性的，使 得來自第二LED的光能也朝開口 69被導(dǎo)引。組件60還可包括用于每個開 口 69的蓋體86。蓋體86對于第一和第二LED發(fā)射的波長帶可基本為透射性的。
可使用螺絲(未示出)經(jīng)由螺絲開口 & 、 89來將組件60固定到^f匡體 68?？墒褂娩N開口 90、 91中的銷(未示出)來排列組件60,以改善光學(xué)性 能?？墒褂脤?dǎo)管92來容納用于第二LED 82的電線，以使用于第一和第二 LED 80、 82兩者的所述線(未示出)可在組件60的背部94連接組件60。
圖5提供發(fā)射器組件60的另一視圖。該圖示出第一LED 100和第二 LED 102。來自每個LEDIOO、 102的光能可分別被圓筒殼110、 112的高反 射性內(nèi)壁108導(dǎo)引而通過一個或一系列會聚和準直透鏡104、 106，所述圓 筒殼IIO、 112分別收納所述LED和所述透鏡。每個LED 100、 102可具有 相關(guān)聯(lián)的電路板114、 116或其它類型的基底，用于安裝LEDIOO、 102，并 提供電連接到LED 100、 102的界面。
圖6-8示出本發(fā)明的不同實施方式的發(fā)射器組件60的不同視圖。在圖 7和8中，為圖示目的，只示出了發(fā)射器組件60的一半(下半部)。
圖9是本發(fā)明的不同實施方式的傳感器62的圖形。在示出的實施方式 中，傳感器62包括用于感知來自發(fā)射器組件60的光能的寬帶光探測器120。 根據(jù)不同實施方式，光探測器120可以是增強的InGaAs光探測器。這種光 探測器能夠感知包括由發(fā)射器組件60發(fā)射的波長帶的寬范圍的波長。傳感 器62還可包括一個或多個透鏡122,用于將入射光聚焦到光探測器120上。 探測器還可包括雜散光擋扳(baffle) 124。同樣，光探測器120可具有相關(guān) 聯(lián)的電路板126或其它類型的基底，用于安裝光探測器120,并提供電連接 到光探測器120的界面。
圖10是傳感器62和相關(guān)聯(lián)的傳感器控制器電路板134的簡化框圖。 如圖10所示，傳感器62還可包括將來自光探測器120的信號放大的第一 放大器130。放大器130可與光探測器120集成，也可位于控制器電路板 126上(見圖9)。然后，放大器130的輸出可輸入到傳感器電路板134上 的另一放大器132。傳感器電路板134可位于傳感器62附近，例如臂54的 開放空間中，如圖11所示。根據(jù)不同實施方式，每個電路板134可與8個 傳感器62連接，使得對于具有32個發(fā)射器-傳感器對的實施方式，可有4個這種傳感器電路板134用于所述32個傳感器。
如圖IO所示，電路板134可包括模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器136，用于 將來自光探測器120的放大的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。根據(jù)不同實施方 式，A/D轉(zhuǎn)換器136可以是16位A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器136的輸出可被 輸入到FPGA ( field programmable gate array,字段可編程門陣列)140或例 如ASIC等其它適當(dāng)?shù)碾娐?。電路?34可使用串行或并行數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)由例 如LVDS (低壓差分傳信)通信鏈路或其它的適當(dāng)?shù)倪B接(如RS-232)與 處理器142連通。處理器142可以是用于如這里所述的處理來自傳感器62 的信號的數(shù)字信號處理器或其它適當(dāng)?shù)奶幚砥?。處理?42可具有單個或 多個核(core )。 一個處理器142可處理來自電路板134的每一個的數(shù)據(jù)， 或者可能有多個處理器。如圖ll所示，處理器142可容納在例如安裝在檢 測系統(tǒng)50的4黃桿部分68下方的電氣外殼144中。
圖12是用于不同實施方式的發(fā)射器LED的控制器148的簡化示意圖。 每個LED 100、 102可具有相關(guān)聯(lián)的開關(guān)150,該開關(guān)150可控制LED何時 接通或斷開。開關(guān)150可作為例如場效應(yīng)晶體管(FET)而得以實現(xiàn)?？烧{(diào) 節(jié)的恒定電流源154可驅(qū)動LED 100、 102。例如，為4交準起見，可調(diào)節(jié)來 自電流源154的電流，以控制LEDIOO、 102的光強?？墒褂萌我膺m當(dāng)?shù)目?調(diào)電流源，例如晶體管電流源或電流反射鏡(current mirror )?？赏ㄟ^來自 FPGA 158 (或其它適當(dāng)?shù)目删幊屉娐?的信號經(jīng)由數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換 器160來控制電流源154。 FPGA 158可存儲值，以基于來自處理器M2的 反饋適當(dāng)?shù)匮a償LED 100、 102的強度級。
根據(jù)不同實施方式，F(xiàn)PGA 158可控制用于多個發(fā)射器組件60的LED。 例如，單個FPGA158能控制8個發(fā)射器組件60，每個發(fā)射器組件60具有 兩個LED，如上所述。用于8個通道中每一個的FPGA 158以及D/A轉(zhuǎn)換 器160、電流源154和開關(guān)150能容納在發(fā)射器組件60附近的電路板上， 例如由臂52的框體68限定出的空間中，如圖11所示。因此，對于具有32 個發(fā)射器組件60的實施方式，可能有4個這種控制器電路板148。FPGA 158 可使用LVDS連接或其它適當(dāng)?shù)拇谢虿⑿型ㄐ沛溌放c所述外殼(見圖11) 中的處理器142連通。
根據(jù)不同實施方式，LED 100、 102可被周期性地接通和斷開。在LED 100、 102兩者均斷開的時間段期間，可調(diào)節(jié)LED 100、 102的驅(qū)動，并且/或者可調(diào)節(jié)傳感器側(cè)的放大器130、 132的增益，以補償性能的漂移和/或否 則保持發(fā)射器-傳感器對被校準。圖13是示出用于本發(fā)明的不同實施方式的 采樣周期的系統(tǒng)時間體系的時序圖。在示出的實施方式中，切換周期 (switching cycle )具有20微秒的持續(xù)期，相應(yīng)于50kHz的采樣率。當(dāng)然， 在其它實施方式中，能使用具有不同持續(xù)期的切換周期。
發(fā)射器組件60的LED 100、 102的接通時間優(yōu)選為小于500納秒，并 且傳感器的光探測器120的響應(yīng)時間優(yōu)選為500納秒以下。此外，光探測 器120斷開后的恢復(fù)時間優(yōu)選為500納秒以下。如圖13的例子所示，在周 期開始時(t:O)，位于每隔一個的發(fā)射器組件60中的吸收LED (如"奇數(shù)" 那些)^皮接通。由于傳感器62可探測來自多個發(fā)射器組件60的光能，因 此可通過這種方式分組地(in banks )接通和斷開發(fā)射器組件60。在示出的 實施方式中，分成兩組(奇數(shù)和偶數(shù))來操作發(fā)射器組件60，但是在其它 實施方式中可分成大于兩組來操作。
在t等于2到3微秒的近似時間間隔中，每個傳感器62的A/D轉(zhuǎn)換器 136 (見圖10)可閉鎖(latch)并轉(zhuǎn)換來自光探測器120的關(guān)于該狀態(tài)(奇 數(shù)吸收LED接通)的信號。t=3微秒時，奇數(shù)LED可被斷開，而在t=4微 秒時奇數(shù)參考LED可被接通。在t等于6到7微秒的近似時間間隔中，每 個傳感器62的A/D轉(zhuǎn)換器136可閉鎖并轉(zhuǎn)換來自光探測器120的關(guān)于奇數(shù) 參考LED接通時的狀態(tài)的信號。1=7微秒時，奇數(shù)參考LED于是可被斷開。
從1=7微秒到t-12微秒，發(fā)射器組件的全部LED均被斷開。在t等于 10到11微秒的近似時間間隔中，每個傳感器62的A/D轉(zhuǎn)換器136可閉鎖 并轉(zhuǎn)換來自光探測器120的關(guān)于全部LED斷開時的狀態(tài)的信號。t-12微秒 時，"偶數(shù)'，吸收LED(即，t二O微秒時未接通的那些吸收LED)被接通。 在t等于14到15微秒的近似時間間隔中，每個傳感器62的A/D轉(zhuǎn)換器136 可閉鎖并轉(zhuǎn)換來自光探測器120的關(guān)于偶數(shù)吸收LED接通時的狀態(tài)的信號。 t二15微秒時，偶數(shù)吸收LED被斷開，而在t-16微秒時偶數(shù)吸收參考LED 被接通。在t等于18到19微秒的近似時間間隔中，每個傳感器62的A/D 轉(zhuǎn)換器136可閉鎖并轉(zhuǎn)換來自光探測器120的關(guān)于偶數(shù)參考LED接通時的 狀態(tài)的信號。t^9微秒時，偶數(shù)參考LED被斷開。然后，在〖=20微秒時， 周期可開始重復(fù)，等等。
根據(jù)使用吹塑機系統(tǒng)(例如圖1的吹塑機系統(tǒng)4)來制造塑料容器的不同實施方式，位于吹塑機系統(tǒng)內(nèi)或與吹塑機系統(tǒng)可操作地相聯(lián)的多個傳感
器可提供信息給處理器(例如處理器142)，以使制作容器的吹塑機中的特 定模型和支軸的同步性(synchronization)得以檢測，從而提供有價值的反 饋信息。指定為吹塑機機器步驟傳感器的傳感器可發(fā)射包含關(guān)于從模型和 支軸的相應(yīng)開始位置對它們計數(shù)的信息的信號。模型或支軸的總數(shù)可根據(jù) 吹塑機的構(gòu)成(make)和型號而變化，但是該信息是提前得知的。該信息 可被編程到系統(tǒng)中。來自吹塑機同步傳感器的第二信號可提供關(guān)于模型組 件旋轉(zhuǎn)的新周期的開始的信息。吹塑機支軸同步傳感器提供關(guān)于支軸組件 旋轉(zhuǎn)的新周期的輸出。用于監(jiān)視機器步驟模型同步和支軸同步的傳感器可 位于吹塑機內(nèi)任意適當(dāng)?shù)奈恢?，并可為例如本領(lǐng)域的技術(shù)員眾所周知的感 應(yīng)傳感器等任意適當(dāng)?shù)念愋汀?br> 部分在場(part-in-place )傳感器可提供表明容器已經(jīng)到達檢測系統(tǒng)20 且基于光能的檢測應(yīng)該開始的信號到處理器142。這時，容器橫切來自多離 散波長光譜光源60的發(fā)射光的光束。如上所述，處理器M2與寬帶傳感器 62連通，并從傳感器62接收電信號，以將包含在電信號內(nèi)的厚度信息與涉 及所需厚度的存儲信息進行比較。美國專利6863860中描述了關(guān)于這種傳 感器的更多細節(jié)，通過引用將其并入此文。
根據(jù)不同實施方式，如果厚度不在所需范圍內(nèi)，則處理器142可發(fā)射 信號或指令到吹塑機報廢機構(gòu)26，該信號或指令進而發(fā)起報廢信號，以操 作容器報廢系統(tǒng)并從輸送器除去該容器。
圖14是示出可使用不同實施方式的檢測系統(tǒng)50而實現(xiàn)的基于處理器 的控制系統(tǒng)的圖。來自光探測器120/傳感器電路板134的信號被輸入處理 器142,包括只有吸收LED接通時的狀態(tài)的信號、只有參考LED接通時的 狀態(tài)的信號以及全部LED斷開時的狀態(tài)的信號。基于該信息，處理器142 能計算或確定穿過容器66的位于發(fā)射器-傳感器對的每個高度水平的2個側(cè) 壁的平均厚度。因此，例如，如果有32個發(fā)射器-傳感器對，則處理器142 能計算穿過容器66的位于瓶子上32個不同高度水平的2個側(cè)壁的平均厚 度。該信息可用于確定容器是否應(yīng)該報廢。如果容器將被報廢，則處理器 142可被編程以發(fā)送報廢信號給報廢機構(gòu)，以使容器被報廢。
處理器142還能計算容器的質(zhì)量、容量和/或材料分布，因為這些屬性 (或特性)與厚度有關(guān)。還能通過處理器計算被檢測的容器的各個部分(如，相應(yīng)于發(fā)射器-傳感器對的各個高度水平的部分)的質(zhì)量或容量。處理器還 能通過測量探測到容器的前緣與探測到后緣的時間間隔，來計算容器的直 徑。該時間間隔與容器速度信息組合時，提供位于多個高度的容器直徑的 指標，足以識別畸形的容器。
處理器142可被編程來另外計算趨勢信息，例如最近X個容器和/或最
近y秒位于每個高度水平的平均厚度。此外，還能計算其它相關(guān)的有關(guān)統(tǒng) 計信息(如，標準偏差等)?；谠撔畔?，處理器142可被編程來例如發(fā)送 控制信號給預(yù)制坯烘箱2，以改變其加熱器的溫度(如，升溫或降溫)。
處理器142可被編程，以另外基于來自傳感器電路板134的信號，為 發(fā)射器組件60和傳感器62計算更新的校準數(shù)據(jù)。例如，處理器142可被 編程，以計算來'^電流源154用于發(fā)射器組件60的驅(qū)動信號是否必須被調(diào) 節(jié)，和/或傳感器電路板134的放大器階段130、 132的任一個的增益是否必 須被調(diào)節(jié)。處理器142可被編程以傳輸校準調(diào)節(jié)信號到發(fā)射器組件60的驅(qū) 動器板148的FPGA158中的一個或多個，并且基于編碼到FPGA158中的 校準值，F(xiàn)PGA158可控制來自電流源154的驅(qū)動信號。相似地，處理器可 傳輸校準調(diào)節(jié)信號到傳感器電路板134的FPGA 140，并且基于編碼到FPGA 140中的校準值，F(xiàn)PGA 140可控制放大器階段130、 132的增益以維持校準。
此外，如上所述，基于來自吹塑機6的模型-支軸時間傳感器信息，處 理器142能計算用于指定的模型、支軸和/或模型-支軸組合的最近x個容器 的位于每個高度水平的平均厚度。處理器142還能計算可能相關(guān)的其它有 關(guān)統(tǒng)計信息。該信息可用于探測有缺陷的模型或支軸，或用于調(diào)節(jié)吹塑機6 的參數(shù)。
在一些實施方式中，該系統(tǒng)還可包括用于檢測形成的容器的視覺系統(tǒng) 200。視覺系統(tǒng)200可包括從頂部、底部和/或側(cè)部捕捉形成的容器的圖像的 一個或多個相機。可將這些圖像傳到處理器142并分析，以探測形成的容 器中的缺陷。如果探測到具有缺陷的容器，則處理器142可被編程以發(fā)送 信號到報廢機構(gòu)來報廢容器。視覺系統(tǒng)可類似于AGR TopWave公司的 Pet Wall Plus厚度監(jiān)視系統(tǒng)中所使用的視覺系統(tǒng)，或如同美國專利6967716 中所描述的，通過引用將該專利并入此文。
從處理器142輸出的厚度信息以及包括 覺系統(tǒng)200的系統(tǒng)的基于視 覺的信息可被供給到例如觸屏顯示器等圖形用戶界面(GUI, graphical userinterface ) 202。 GUI 202可為操作員提供關(guān)于由吹塑機的特定模型和支軸組 合所生產(chǎn)的特定容器的信息。優(yōu)選的是，數(shù)值在例如多秒或多分時間段內(nèi) 被平均化。除時間測量外或代替時間測量，可對大概為2到2500個定數(shù)的 容器取平均值。GUI 202還可為吹塑機以及各個模型和支軸提供趨勢信息。 如果發(fā)生需要及時處理的嚴重問題，則可提供視覺和/或聽覺報警器。此外， 操作員可經(jīng)由GUI 202向處理器142輸入某些信息來變更校準，以控制處 理器的操作。此外，操作員可向處理器中為待檢測容器的厚度測量區(qū)域的 每一個輸入工藝限度和報廢限度。報廢限度是將SI起容器報廢的上限厚度 值和下限厚度值。工藝限度是將觸發(fā)工藝報警指示器的時間平均或容器數(shù) 平均的厚度的上限值和下限值。
根據(jù)不同實施方式，除LED外或代替LED,光發(fā)射器組件60可使用 一個或多個激光二極管來發(fā)射處于離散波長帶的光能。此外，代替發(fā)射器 組件60中用于合并離散窄帶光源的二色光束分離器84，可使用其它光學(xué)技 術(shù)來獲得相同效果。例如，可使用分叉光纖耦合器(bifbrcated fiber optic coupler )來混合來自兩個離散光源的光能。
雖然優(yōu)選實施方式使用增強的InGaAs光探測器120,在其它實施方式 中可使用其它類型的探測器來獲得相同效果。例如，可使用PbS探測器來 測量處于相關(guān)的波長范圍中的寬范圍的光。此外，雖然上述實施方式使用 垂直排列的LED和傳感器， 一種替代構(gòu)造將交錯安裝相鄰的LED/傳感器 對，以獲得更密集的垂直層疊陣列的傳感器，如圖15的示例所示，其示出 發(fā)射器組件60的交錯垂直陣列。在不同實施方式中，能相似地使光探測器 交錯。
本文所提供的例子的意圖是示出實施方式的潛在和具體方案。可理解 的是，示例性實施方式主要是為了對本領(lǐng)域的技術(shù)員起示意目的。示例的 特定方面不是為了限制所描述的實施方式的范圍。
正如權(quán)利要求中所使用的，除非另外有具體說明，術(shù)語"塑料容器" 是指由任意類型的塑料材料制成的任意類型的容器，所述塑料材料包括聚 氯乙烯、聚乙烯、聚曱基丙烯酸曱酯、聚氨基甲酸酯、熱塑性材料、彈性 體、PET或聚烯烴。
應(yīng)該理解的是，為清楚地了解實施方式而簡化了實施方式的附圖和描 述，以示出相關(guān)的要素，同時為清晰起見而去除其它要素。例如，本文未描述某些操作系統(tǒng)細節(jié)以及與電源相關(guān)的部件。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)該了解在如上所述的檢測系統(tǒng)中可能需要這些以及其它要素。然而，因 為這些要素在本領(lǐng)域是眾所周知的，并且因為它們不便于更好地理解實施 方式，所以本文不提供對這些要素的討論。
一般而言，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見是，至少一部分本文所描述 的實施方式可在軟件、固件和/或硬件的大量不同實施方式中得以實現(xiàn)?？?通過處理器(例如處理器142 )或任意其它相似的計算裝置來執(zhí)行軟件和固 件代碼?？捎糜趯崿F(xiàn)實施方式的軟件代碼或?qū)I(yè)控制硬件不受限制。本文 所公開的處理器和其它可編程部件可包括存儲某些用于獲得、處理以及傳 達信息的軟件應(yīng)用程序的存儲器?？衫斫獾氖牵@種存儲器相對于所公開
的實施方式的^t喿作可以是內(nèi)部的(internal)也可以是外部的(external )。存 儲器還可包括用于存儲軟件的任意器件，包括硬盤、光盤、軟盤、ROM(只 讀存儲器)、RAM (隨機存取存儲器)、PROM (可編程序只讀存儲器)、 EEPROM (電可擦可編程只讀存儲器)和/或其它計算機可讀介質(zhì)。
在本文所公開的不同實施方式中，可通過多個部件取代單個部件，也 可通過單個部件取代多個部件，以執(zhí)行給定功能。除非這種替換不具操作 性，這種替換在實施方式的意圖范圍內(nèi)。例如，處理器l42可替換為多個 處理器。
雖然本文描述了不同實施方式，但對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是， 在取得至少部分優(yōu)勢的情況下，可對這些實施方式作出多種修正、變更和 改造。因此，所公開的實施方式旨在包括所有這種修正、變更和改造，而 不背離本文所闡明的實施方式的范圍。
權(quán)利要求
1、一種用于檢測吹塑成型的塑料容器的檢測系統(tǒng)，包括布置成垂直陣列的多個發(fā)射器組件，其中所述發(fā)射器組件在吹塑成型的塑料容器穿過檢測區(qū)域時，周期性地朝所述吹塑成型的塑料容器發(fā)射處于至少兩個不同窄波長帶中的光能；布置成垂直陣列的多個寬帶光探測器，每個光探測器面對所述發(fā)射器組件的至少一個，使得當(dāng)容器處于所述檢測區(qū)域時，所述光探測器能夠感知穿過該容器的光能；和與所述光探測器連通并基于來自所述光探測器的信號確定所述容器的特性的處理器。
2、 如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其中，來自所述光探測器的所述信
3、 如權(quán)利要求2所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述特性包括容器的位于所述多個光探測器的每個高度水平的兩個壁的平均厚度。
4、 如權(quán)利要求2所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述特性包括選自由質(zhì)量和容量構(gòu)成的組的特性。
5、 如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其中，還包括第一垂直臂，其中所述多個發(fā)射器組件安裝在所述第一垂直臂中；和第二垂直臂，其中所述多個光探測器安裝在所述第二垂直臂中。
6、 如權(quán)利要求5所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器組件的數(shù)量等于所迷光探測器的數(shù)量。
7、 如權(quán)利要求6所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器組件垂直排列，并且所述光探測器垂直排列。
8、 如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其中，每個發(fā)射器組件包括發(fā)射處于第一窄波長帶中的光能的第一光源；和發(fā)射處于不同于所述第一窄波長帶的第二窄波長帶中的光能的第二光源。
9、 如權(quán)利要求8所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述檢測系統(tǒng)還包括與至少第 一發(fā)射器組件連通的控制器，其中所述控制器用于控制所述第 一發(fā)射器組件，使得在一周期的第 一部分期間，所述第 一發(fā)射器組件的所述第 一光源接通，所述第一發(fā)射器組件的所述第二光源斷開；在該周期的第二部分期間，所述第一光源斷開，而所述第二光源接通；在該周期的第三部分期間，所述第一光源斷開，且所述第二光源斷開。
10、 如權(quán)利要求8所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述檢測系統(tǒng)還包括與至少第 一和第二發(fā)射器組件連通的控制器，其中所述控制器用于控制所述第一和第二發(fā)射器組件，使得在一周期的第 一部分期間，所述第 一發(fā)射器組件的所述第 一光源接通，所述第一發(fā)射器組件的所述第二光源斷開，而所述第二發(fā)射器組件的所述第一和第二光源斷開；在該周期的第二部分期間，所述第一發(fā)射器組件的所述第一光源斷開，所述第一發(fā)射器組件的所述第二光源接通，而所述第二發(fā)射器組件的所述第一和第二光源斷開；在該周期的第三部分期間，所述第一發(fā)射器組件的所述第一和第二光源斷開，所述第二發(fā)射器組件的所述第一光源接通，而所述第二發(fā)射器組件的所述第二光源斷開；在該周期的第四部分期間，所述第 一發(fā)射器組件的所述第 一和第二光源斷開，所述第二發(fā)射器組件的所述第一光源斷開，而所述第二發(fā)射器組件的所述第二光源接通；并且在該周期的第五部分期間，所述第一發(fā)射器組件的所述第一和第二光源斷開，且所述第二發(fā)射器組件的所述第一和第二光源斷開。
11、 如權(quán)利要求8所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述第一光源包括LED;且所述第二光源包括LED。
12、 如權(quán)利要求8所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述第一光源包括激光二極管；且所述第二光源包括激光二極管。
13、如權(quán)利要求8所述的檢測系統(tǒng)，其中，還包括與所述處理器連通的用于控制所述發(fā)射器組件中至少一個的第 一控制器；和與所述處理器連通的用于控制所述寬帶光探測器中至少一個的第二控制器；其中所述處理器被編程以傳達校準調(diào)節(jié)到所述第 一和第二控制器。
14、 如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述多個寬帶光探測器中至少 一個包括InGaAs光探測器。
15、 如權(quán)利要求8所迷的檢測系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器組件中每一個包括光束分離器。
16、 一種用于從預(yù)制坯吹塑形成塑料容器的吹塑系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于加熱所述預(yù)制坯的烘箱；用于將受熱后的所述預(yù)制坯形成為塑料容器的吹塑機；和用于在所述塑料容器通過所述吹塑機形成時檢測所述塑料容器的在線檢測系統(tǒng)，所述斥全測系統(tǒng)包括多個發(fā)射器組件，所述多個發(fā)射器組件在容器穿過檢測區(qū)域時，多個寬帶光探測器，每個所述光探測器面對所述發(fā)射器組件的至少一個，使得當(dāng)容器處于所述檢測區(qū)域時，所述光探測器能夠感知穿過所述容器的光能；和與所述光探測器連通并基于來自所述光探測器的信號確定所述容器的特性的處理器。
17、 如權(quán)利要求16所述的吹塑系統(tǒng)，其中，來自所述光探測器的所述信號表明處于所述至少兩個不同窄波長帶兩者的被所述容器吸收的光的量。
18、 如權(quán)利要求16所述的吹塑系統(tǒng)，其中，所述檢測系統(tǒng)還包括第一垂直臂，其中所述多個發(fā)射器組件垂直排列在所述第一垂直臂中；和第二垂直臂，其中所述多個光探測器垂直排列在所述第二垂直臂中。
19、 如權(quán)利要求16所述的吹塑系統(tǒng)，其中，每個發(fā)射器組件包括發(fā)射處于第一窄波長帶中的光能的第一光源；和發(fā)射處于不同于所述第一窄波長帶的第二窄波長帶中的光能的第二光源。
20、 如權(quán)利要求19所述的吹塑系統(tǒng)，其中，所述檢測系統(tǒng)還包括與至少第 一發(fā)射器組件連通的控制器，其中所述控制器用于控制所述第 一發(fā)射器組件，使得在一周期的第 一部分期間，所述第 一發(fā)射器組件的所述第 一光源接通，所述第一發(fā)射器組件的所述第二光源斷開；在該周期的第二部分期間，所述第一光源斷開，而所述第二光源接通；并且在該周期的第三部分期間，所述第一光源斷開，且所述第二光源斷開。
21、 如權(quán)利要求19所述的吹塑系統(tǒng)，其中，所述檢測系統(tǒng)還包括與至少第 一和第二發(fā)射器組件連通的控制器，其中所述控制器用于控制所述第一和第二發(fā)射器組件，使得在一周期的第 一部分期間，所述第 一發(fā)射器組件的所述第 一光源接通，所述第一發(fā)射器組件的所述第二光源斷開，且所述第二發(fā)射器組件的所述第一和第二光源斷開；在該周期的第二部分期間，所述第 一發(fā)射器組件的所述第一光源斷開，所述第一發(fā)射器組件的所述第二光源接通，而所述第二發(fā)射器組件的所述第一和第二光源斷開；在該周期的第三部分期間，所述第一發(fā)射器組件的所述第 一和第二光源斷開，所述第二發(fā)射器組件的所述第一光源接通，而所述第二發(fā)射器組件的所述第二光源斷開；在該周期的第四部分期間，所述第 一發(fā)射器組件的所述第 一和第二光源斷開，所述第二發(fā)射器組件的所述第一光源斷開，而所述第二發(fā)射器組件的所述第二光源接通；并且在該周期的第五部分期間，所述第 一發(fā)射器組件的所述第 一和第二光源斷開，且所述第二發(fā)射器組件的所述第一和第二光源斷開。
22、 如權(quán)利要求19所述的吹塑系統(tǒng)，其中，還包括與所述處理器連通的用于控制所述發(fā)射器組件中至少一個的第 一控制器；和與所述處理器連通的用于控制所述寬帶光探測器中至少一個的第二控制器；其中所述處理器被編程以傳達校準調(diào)節(jié)到所述第一和第二控制器。
23、 如權(quán)利要求19所述的吹塑系統(tǒng)，其中，所述處理器還被編程來發(fā)送控制信號到所述烘箱，以基于由所述處理器確定的特性來改變所述烘箱的參數(shù)。
24、 如權(quán)利要求19所述的吹塑系統(tǒng)，其中，所述處理器還:^皮編程來發(fā)送控制信號到所述吹塑機，以基于由所述處理器確定的特性來改變所述吹塑機的參數(shù)。
25、 一種檢測吹塑成型的塑料容器的方法，包括周期性地將來自布置成垂直陣列的多個發(fā)射器組件的處于兩個離散窄波長帶的光能從吹塑成型的塑料容器的外部導(dǎo)引向所述塑料容器；用布置成垂直陣列的多個寬帶光探測器感知來自所述發(fā)射器組件的處于所述兩個離散窄波長帶的每一個中的光能，所述光能在所述塑料容器位于所述發(fā)射器組件和所述光探測器之間的檢測區(qū)域時穿過所述塑料容器；基于所感知的光能，來確定所述塑料容器的特性。
26、 如權(quán)利要求25所述的方法，其中，每個發(fā)射器組件包括發(fā)射處于第一窄波長帶中的光能的第一光源；和發(fā)射處于不同于所迷第一窄波長帶的第二窄波長帶中的光能的第二光源。
27、 如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述周期性地導(dǎo)引光能包括在 一 周期的第 一部分期間，從所述發(fā)射器組件的第 一部分的所述第一光源導(dǎo)引光能，而所述發(fā)射器組件的所述第一部分的所述第二光源斷開，并且所述發(fā)射器組件的第二部分的所述第一和第二光源斷開；在該周期的第二部分期間，從所述發(fā)射器組件的所述第 一部分的所述第二光源導(dǎo)引光能，而所述發(fā)射器組件的所述第一部分的所述第一光源斷開，并且所述發(fā)射器組件的所述第二部分的所述第一和第一光源斷開；在該周期的第三部分期間，從所述發(fā)射器組件的所述第二部分的所述第一光源導(dǎo)引光，而所述發(fā)射器組件的所述第二部分的所述第二光源斷開，并且所述發(fā)射器組件的所述第一部分的所述第一和第一光源斷開；在該周期的第四部分期間，從所述發(fā)射器組件的所述第二部分的所述第二光源導(dǎo)引光，而所述發(fā)射器組件的所述第二部分的所述第一光源斷開，并且所述發(fā)射器組件的所述第一部分的所述第一和第二光源斷開；在該周期的第五部分期間，所述發(fā)射器組件的所述第一部分的所述第一和第二光源斷開，并且所述發(fā)射器組件的所述第二部分的所述第一和第二光源斷開。
28、 如權(quán)利要求25所述的方法，其中，還包括在一個周期期間對所述發(fā)射器組件中至少 一個或所述光探測器中至少 一個進行校準調(diào)節(jié)。
29、 一種制造塑料容器的方法，包括用預(yù)制坯烘箱加熱預(yù)制坯；在吹塑機中從受熱后的預(yù)制坯形成所述塑料容器；檢測由所述吹塑機形成后的所述塑料容器，其中對所述塑料容器的檢測包括周期性地將來自布置成垂直陣列的多個發(fā)射器組件的處于兩個離散窄波長帶的光能從所述塑料容器的外部導(dǎo)引向所述塑料容器；用布置成垂直陣列的多個寬帶光探測器感知來自所述發(fā)射器組件的處于所述兩個離散窄波長帶的每一個中的光能，所述光能在所述塑料容器位于所述發(fā)射器組件和所述光探測器之間的檢測區(qū)域時穿過所述塑料容器；基于所感知的光能，來確定所述塑料容器的特性。
30、 如權(quán)利要求29所述的方法，其中，還包括基于所確定的特性來調(diào)節(jié)所述預(yù)制坯烘箱的參數(shù)。
31、 如權(quán)利要求29所述的方法，其中，還包括基于所確定的特性來調(diào)節(jié)所述吹塑機的參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開用于在線檢測吹塑成型的塑料容器的系統(tǒng)和方法。該檢測系統(tǒng)可包括布置成垂直陣列的多個發(fā)射器組件。每個發(fā)射器組件可在容器穿過檢測區(qū)域時朝容器周期性地發(fā)射處于至少兩個不同窄波長帶中的光能。該系統(tǒng)還可包括布置成垂直陣列的多個寬帶光探測器，每個光探測器以隔著檢測區(qū)域的方式面對發(fā)射器組件的至少一個，使得光探測器能夠在容器處于檢測區(qū)域時感知穿過容器的光能。該系統(tǒng)還可包括處理器，該處理器與光探測器連通，以基于來自光探測器的信號確定容器的特性。
文檔編號G01B15/00GK101578495SQ200780040267
公開日2009年11月11日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月1日
發(fā)明者喬格·V·沃爾夫, 威廉·E·施米特 申請人:Agr國際公司