專利名稱：對于貫通玻璃容器口端面的線狀缺陷的檢驗的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在玻璃制品容器口端面上貫通性線狀缺陷(Lineoverdefect)的檢測，尤其涉及為此目的光學設備的使用。
所謂“貫通線”缺陷是玻璃器皿制造中的一個常見問題，貫通線缺陷的另一個常用名稱是“剪切紋路”和“尼特條紋”。這種缺陷是一種細凹槽，它呈輻射狀沿著玻璃容器口端面的密封表面伸展，見

圖1。在整個工業(yè)界，一直認為檢測這種缺陷是最糟糕和最困難的問題之一。在各種碳酸飲料，例如，飲料容器的封蓋不能密封住這些細微的槽，待過了一段時期，碳酸氣滲漏出，使飲料變成跑了氣的。食品大口瓶是另一個嚴格要求的領域，如果由于這種缺陷所致，使密封變差，食品就可能受到污染。嬰兒食品工業(yè)，尤其關心這種貫通線缺陷是否存在。
人們認為，在玻璃料從供料器通過剪切裝置流動時，融態(tài)玻璃料受到剪切，殘留在融態(tài)玻璃料上的一條線性冷玻璃導致這種凹槽的產(chǎn)生。例如見美國專利U.S4，515，002所述。
近年來，作出過許多努力去研制檢測玻璃容器貫通線缺陷的設備，以便高精度地從生產(chǎn)線上挑出壞的瓶子。但是，大部分這樣的裝置會剔出大量好的容器，并且還會漏過相當百分數(shù)的帶有缺陷的容器。已有的方法包括機械傳感裝置，例如在美國專利U.S3，879，993和U.S3，395，573中所披露的那些裝置。還采用了各種光學方法。一種方法是利用鏡面聚焦的光射到容器口端面，其中，貫通線缺陷的存在將會引起聚焦的光受到折射，折射光的方向不同于不存在缺陷的光的方向，可以利用直接放置的光傳感器探測到這種光方向的偏轉。例如見美國專利U.S3，302，787和U.S3，107，011。另一種方法，公開在美國專利U.S4，606，634，利用一種平面的擴散光源，用電視攝象機來產(chǎn)生一種任何貫通線缺陷的圖象。
第三種方法，基本上是本發(fā)明中所采用的樣式，使光向下方向射到密封表面，探測被反射的光，以便探測是否缺陷存在。美國專利U.S3，880，750所述的系統(tǒng)使強的白熾光光斑聚焦并通過容器的邊沿，利用光學傳感器組合裝置接收反射的光，配合電子學處理以探測反射光與正入射光的偏離。光探測器信號的頻率濾波除去正入射的光信號，并提供各個不同缺陷類型的缺陷信號。光源和光探測器組合裝置相對于密封表面的平面成互補的銳角放置。
利用反射光方法的另一個專利是美國專利U.S4，488，648，它與本發(fā)明申請是共同轉讓的。該專利選用一種直流光源，相對于密封表面成銳角放置，光探測器同樣以銳角放置，(見圖8)貫通線缺陷產(chǎn)生一種光的減弱作用-即一種“暗斑”。這種系統(tǒng)以及上面討論過的U.S3，880，750都不能成功地解決由利用反射光來進行貫通線缺陷檢測所帶來的某些問題。貫通線凹槽的側壁角是完全不可能預示的，一個側壁的角可以是陡的，而另一個相對側壁可以是線的，很難可靠地使反射的光從這些缺陷返回射到傳感器上，因為這些缺陷從一個容器到下一個容器是變化著的，是完全不能預示的。圖2A，2B和2C圖示出三種類型的貫通線凹槽的取向(從瓶的內部看時)。其它采用這種反射光方法存在的問題是臟物，灰塵和粗糙的端口表面，它們可能使光也回射到傳感器上。
因此，本發(fā)明的基本目的在于提供一種更為精確的貫通線缺陷的光學探測系統(tǒng)。相關的另一個目的是提高貫通線缺陷探測的百分比，另一個相關的目的是減少“誤測”，例如由于灰塵，臟物和粗糙端口表面所產(chǎn)生誤信號的百分比。
在上面所述的內容和附加的目的中，本發(fā)明采用一種纖維光學掃描頭，向下射到玻璃容器口端面，這種掃描頭包括一種分叉的光纖束以及協(xié)同工作的光學的和電子學的元件。分叉的光纖束具有發(fā)送器和接收器，它們分別包含發(fā)送和接收光纖，而連結部分在探頭的末端把兩組纖維匯合。這樣的光纖束在一個分叉處有一個用于照明發(fā)送器纖維的光源，在另一個分叉處的，有一個用于產(chǎn)生代表由接收器纖維傳輸?shù)墓鈴娸敵鲂盘柕墓馓綔y器裝置。掃描頭還包括一個透鏡系統(tǒng)，用于傳輸從位于探頭端部的發(fā)送器直接向下射向容器口端面的光，并且同時接收從在探頭端部的接收器纖維捕捉到的被容器端面的一些反射光。探頭的端部做成具有細長圖形的構形，利用透鏡系統(tǒng)把該圖形成象在密封表面上，使圖形其長度方向正好在徑向通過容器口端面。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，使探頭端構成一種細長的矩形結構，它的圖形成象到容器口端面面上，其長軸徑向跨過密封表面。最好，透鏡系統(tǒng)使這種圖形稍稍離焦地成象在密封表面上。探頭端的光纖束的各纖維以一種有利的方式被互相混合成一種隨意的纖維束(發(fā)送纖維和接收纖維的隨意纖維圖形)。
本發(fā)明的另一方面涉及到光源，光探測器光學系統(tǒng)和電子電路。光源較好由一種高強度可見的發(fā)光兩極管(LED)，最好是用光譜的紅光部分組成。為了避免環(huán)境光的干擾，可對這種LED進行調制，而對光探測器的輸出進行解調以產(chǎn)生一種代表被探測光的強度的模擬信號。掃描容器口端面，同時轉動容器或掃描頭，因此，系統(tǒng)可以在整個環(huán)繞密封表面進行掃描的周期內提供一種表示被探測光強變化的波形。
已經(jīng)觀察到，采用這種檢測技術能有效地對區(qū)別產(chǎn)生相當明顯的峰值的貫通線裂紋、灰塵、臟物或粗糙斑點形貌以及背景噪聲。所提供的信號可以進一步進行處理，并用來挑選容器。
本發(fā)明的上述和附加部分可以結合附圖，通過詳細說明下面優(yōu)選實施例進行具體說明圖1表示帶貫通線狀凹槽的玻璃瓶口端面的透視圖;
圖2A-2C表示從容器內觀視，具有三種不同貫通線狀凹槽取向的玻璃容器的局部正視圖;
圖2A表示一種具有陡的右壁，淺的左壁的槽;
圖2B表示一種具有對稱側壁的槽;
圖2C表示一種具有淺的右壁，陡的左壁的槽;
圖3表示相當一個以逆時針方向轉動的瓶子口端面時，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的整個檢測系統(tǒng)的示意圖;
圖4是一個從上面方向看的容器密封表面的局部平面視圖，表示圖3檢測系統(tǒng)的矩形光的象;
圖5表示圖3所述系統(tǒng)的光源、光探側器和有關的電子學部分的示意圖;
圖6A-6C是表示整個容器口端面經(jīng)過一次掃描后代表被測光強度的、經(jīng)過處理的光探測器輸出信號的曲線;
圖6A表示一種典型的信號-噪聲波形;
圖6B表示包括貫通線狀缺陷信號的掃描展開圖，圖6C表示一個表征貫通線狀缺陷和灰塵兩種信號的波形。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明最佳實施例的檢測裝置5的結構圖。檢測裝置5包括指向玻璃容器7的開口端面10上的纖維光學探頭30。在圖示的實施例中，容器7相對于探頭30作轉動，使探頭30進行對密封表面11的圓周掃描，纖維光學探頭30包括分叉的纖維31、33以及一個結合部分35，分叉31包括光發(fā)送纖維;分叉33載有光接收纖維;連接部分35有混合的發(fā)送和接收纖維它們終止在探頭末端40，纖維在40處完全以隨意分布的方式互相絞合。探頭端40安置在探頭座46內，并在組長的矩形縫45處終止。探頭座46用于調準并將纖維光束端45在密封表面11上進行取向，直接在下面形成細長的象20。1∶1的透鏡組43，包括透鏡41和42，便于在密封表面11上產(chǎn)生稍微離焦的探頭端45的象20。希望提供一種稍微離焦的圖象，以便來自密封表面的反射光能回到探頭端部40處的光發(fā)送和接收纖維這兩者上，而不是只回到發(fā)送纖維上。
現(xiàn)參見圖4所示的密封表面11的局部平面視圖，探頭端部象20包括具有長度為L、寬度為T的細長矩形象，尺寸L稍大于容器口端面的內壁12和外壁13之間的厚度。在本發(fā)明的具體實施例中，L等于0.154英寸，T等于0.012英寸。選擇該L值是附合玻靠詼嗣孀畛Ｓ玫暮穸齲≡窀肨值是為得到好的信-噪比。矩形圖象20其長軸取向與密封表面11的徑向相一致。
圖5示意地說明用于圖3的信號處理電子學裝置50的一組部件，發(fā)射纖維31的光源是一個高強度可見的LED35，發(fā)射光在可見譜區(qū)的紅光部分。LED光源裝置可以調制在不同的頻率制，并在延長的工作壽命內提供一個具有最少漂移的、高光強度連續(xù)光輸出。應了解，根據(jù)容器口端面10的光學特性也可以采用其他的光源。光接收器37是一個光敏晶體管元件，它的光譜響應區(qū)與LED35相匹配，光敏晶體管的輸出，經(jīng)放大器54放大后，由標定過的帶通濾波器55解調，以通過可見紅光LED35的調制頻率。低通濾波器56的受到調制的載波信號中取出坡度(Slope)信號，坡度信號在57處得到放大。經(jīng)過放大的坡度信號饋送到采樣/保持電路58，然后送到模-數(shù)轉換器59，由變換器59對該信號積分并對每個采樣點信號數(shù)字化。當編譯這種轉動容器7的信號時，微處理機60分析來自電路50的總的坡度信號，微處理機60，在合適的情況下，當容器7的處理信號表明存不能接受的貫通線缺陷時，可以經(jīng)由剔除驅動器70來起動剔除裝置75，以便剔出該容器。
檢測系統(tǒng)5其工作如下，經(jīng)過調制的LED光沿發(fā)送纖維行進，并經(jīng)透鏡組件43稍微離焦地成象在容器口端面10的密封表面11上，這種光通過透鏡組件43反射回到發(fā)送和接收的隨意纖維圖形45上，光接收纖維把光傳輸回光傳感器37，如上所述，光傳感器37的信號被解調，產(chǎn)生一個相應于從容器口端面反射回的光量的模擬信號。當位于探頭30下面的容器7作軸向轉動時，整個密封表面11受到該裝置掃描。其結果是一個表示整個密封表面11的反射圖形的信號。在貫通線缺陷通過象20時，光在許多不同的方向受到反射，僅一小部分通過光接收系統(tǒng)43返回。這種情況將造成信號電平的明顯下降?；覊m，臟物和粗糙的端面區(qū)域也可能降低返回的反射光，但是，如參見下面的圖6A-6C的圖示說明，利用一個徑向取向的長而窄的光圖形20可明顯地改善了檢測系統(tǒng)5的響應，同時，把這種缺陷與其他產(chǎn)生信號減小的原因區(qū)別開來。
圖6A-6C是處理電子裝置50給出的模擬信號的各種曲線圖或顯示，表示在掃描間隔的不同點通過纖維光束30反射回的LED的光量。圖6A-6C的波形顯示于示波器80上，示波器接收由圖5的電路50中的放大器57的輸出。圖6的曲線表示一種典型的信號-噪聲波形，它包括在81處由位于纖維光學探頭30下的貫通線缺陷的通路所引起的下陷。圖6B的曲線表示其橫座標標度相比于圖6A的標度每刻度10ms，擴展到每刻度為500μs后由貫通線缺陷所產(chǎn)生的信號值下降83。圖6C表示取每刻度為2.5ms時的曲線圖形，其中下陷85和87由灰塵粒子所引起，而信號下降89是由貫通線缺陷所致。由此將看到，貫通線狀缺陷致使信號電平相當明顯的下降。圖6A-6B表明貫通線缺陷檢測系統(tǒng)能夠有選擇地重復地探測出真正的貫通線缺陷的能力，同時減少由于其他的容器口端面刻痕(在此不予以考慮的問題)原因所造成的好的容器的損失。
在參見上述的專用的實施例時，對于該技術領域的專業(yè)人員來說，很顯然可以作出各種修改和變更而不致于偏離本發(fā)明的精神。所以，本發(fā)明的保護范圍由下述的權利要求來予以確定。
權利要求
1.光學檢查玻璃容器密封表面用的設備，其特征是該設備由下述各部分組成一個掃描頭，由包括發(fā)送器叉和接收器叉的分叉纖維光束以及含有所述發(fā)送器和接收器纖維的連接部分組成，所述的發(fā)送器和接收器分叉分別含有發(fā)送光纖和接收光纖，所述連接部分終止于探頭端部；一個光源，用于照明發(fā)送器纖維；一個透鏡系統(tǒng)，用于把從探頭端部發(fā)射的光成象到所述的密封表面上，并用于把由所述的密封表面反射回的光送向所述的探頭端；一個處理裝置，用于產(chǎn)生基本上代表由接收器纖維傳輸?shù)墓鈴姸鹊妮敵鲂盘枴?br> 2.由權利要求1限定的設備，其特征是密封表面實質上為一個平面，探頭端垂直于其象所在的密封表面的平面。
3.由權利要求1限定的設備，其特征是探頭端構成細長的圖形，透鏡系統(tǒng)把細長的圖形成象在密封表面上，其圖形的長軸在密封表面上徑向地取向。
4.由權利要求3限定的設備，其特征是細長的圖形包括矩形圖形。
5.由權利要求3限定的設備，其特征是細長圖形的象伸出密封表面的內、外邊緣。
6.由權利要求1限定的設備，其特征是探頭端的圖形稍微離焦地成象在密封表面上。
7.由權利要求1限定的設備，其特征是光源由高強度的可見光光發(fā)射兩極管LED組成。
8.由權利要求7限定的設備，其特征是LED的可見光波長集中在可見光譜的紅光部分。
9.由權利要求1限定的設備，用于提供容器密封表面的圓周檢查，該設備還包括使所述的容器和所述掃描頭中的一個相對于另一個作轉動的裝置，從而所述的掃描頭能以圓周的方式掃描所述的密封表面。
10.由權利要求1所限定的設備，其特征是每個纖維光束包括大約相等數(shù)目的發(fā)送和接收纖維，它們在所述光束的探頭端以隨意的方式混合。
11.由權利要求1限定的設備，其特征是光源提供一個選頻的振幅調制的光，處理裝置包括產(chǎn)生光強輸出信號的光探測器件，以及用于解調所述光強輸出信號的裝置。
12.由權利要求1限定的設備，還包括在輸出信號下降到預選定的閾值以下時用于記存的處理裝置。
13.光學檢查玻璃容器密封表面用的設備，其特征是該設備由下述各部分組成一個掃描頭，由包括發(fā)送器分叉和接收器分叉的分叉纖維光束以及含有所述的發(fā)送器和接收器纖維的連接部分組成，所述的發(fā)送器和接收器分叉分別含有發(fā)送光纖和接收光纖，所述連接部分以細長的圖形終止于探頭端部;一個光源，用于照明發(fā)送器纖維;一個透鏡系統(tǒng)，用于把從探頭端部發(fā)射的光基本上沿著垂直于由所述的密封表面所限定平面的成象到所述密封表面上，并用于把由所述的密封表面反射的光輸向所述的探頭端;一個裝置，用于產(chǎn)生基本上代表由接收器纖維傳輸?shù)墓鈴姸鹊妮敵鲂盘枴?br> 14.由權利要求13限定的設備，其特征是透鏡系統(tǒng)把探頭端的細長圖形成象到密封表面，其圖形的長軸在密封表面上徑向地取向。
15.由權利要求13限定的設備，其特征是細長的圖形由一種矩形圖形。
16.由權利要求13限定的設備，其特征是探頭端的圖形稍微離焦地成象在密封表面上。
17.由權利要求13限定的設備，其特征是光源由高強度的可見光光發(fā)射兩極管LED組成。
18.由權利要求17限定的設備，其特征是LED的可見光波長集中在可見光譜的紅光部分。
19.由權利要求13限定的設備，其特征是每個纖維光束包括大約相等數(shù)目的發(fā)送和接收纖維，它們在所述光束的探頭端以隨意的方式混合。
20.由權利要求13限定的設備，其特征是光源提供選頻的振幅調制的光，處理裝置包括用于產(chǎn)生光強輸出信號的光探測器件，以及用于解調所述光強輸出信號的裝置。
全文摘要
用于探測玻璃容器口端面上貫通線缺陷的設備，分叉的光纖束包括發(fā)送和接收纖維束，束的一終止于受調制的可見紅光高強度LED光源處，另一端接到光傳感器，纖維光纜的不分叉的探頭端以隨意混合方式終止成發(fā)送和接收纖維的矩形圖形，纖維光束的探頭端位于容器口端在的上方，指向向下，成象透鏡系統(tǒng)在瓶口端面產(chǎn)生聚焦的1∶1的矩形象，其長軸與端面徑向一致，一個電子學裝置調制LED、解調光探測器的輸出，并探測反射到接收纖維的光強的減少，從而指示貫通線缺陷。
文檔編號G01N21/90GK1037217SQ89102209
公開日1989年11月15日 申請日期1989年2月28日 優(yōu)先權日1988年2月29日
發(fā)明者馬克·菲利普·克萊普爾 申請人:恩哈特工業(yè)公司