專利名稱：玻璃容器壁厚檢驗設(shè)備的制作方法
瓶子或容器是由熔融玻璃的料坯在一行列式玻璃容器制造機(jī)中通過首先將該料坯壓成或吹成一個玻璃型坯，然后將型坯吹成容器制成的。當(dāng)玻璃在此吹制過程中均勻分布時，壁厚就會均勻，但當(dāng)玻璃分布不均勻時，就會出現(xiàn)薄的部位，這種薄部位會在裝填或搬運(yùn)過程中導(dǎo)致瓶子破碎。
玻璃所具有的高介電常數(shù)使得當(dāng)瓶子沿著傳感器滾動時，對位于緊靠傳感器的與玻璃容器相接觸的兩個長型電極之間的玻璃容器的器壁有可能進(jìn)行電容值的測定。此電容值隨玻璃容器厚度的增加單調(diào)地增加而且可以采用一個將電容轉(zhuǎn)換成電壓的電子線路進(jìn)行測量。當(dāng)該瓶子沿著傳感器滾動時可以不斷地產(chǎn)生代表壁厚的電壓值，而且當(dāng)電壓降低到低于一個選定值(該值代表最小壁厚)時，則被檢驗的瓶子就可以報廢。
絕大多數(shù)現(xiàn)有的裝置都存在著精度問題，這是由于所測量的電容的微小變化是由壁厚的變化(通常是以每0.001英寸壁厚的變化所測得的電容變化在0.001微微法數(shù)量級)產(chǎn)生的，且電容值的非線性變化則作為玻璃容器提供的在整個范圍內(nèi)的厚度的一個函數(shù)。
本發(fā)明的一個目的是提供一個模型，該模型用以將一個能準(zhǔn)確地代表瓶子壁厚的測量電壓轉(zhuǎn)換成厚度尺寸。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點通過本發(fā)明說明書的下面部分和以下附圖按照專利法規(guī)授權(quán)的一個根據(jù)本發(fā)明的工作原理所結(jié)合的最佳實施例的說明將會一目了然，其中


圖1是玻璃容器檢驗設(shè)備的檢驗站的一部分的一個斜視圖。
圖2是圖1所示檢驗站的一個電子線路框圖。
該玻璃容器檢驗設(shè)備具有一個用于檢驗圓瓶10的檢驗站，瓶10是通過支撐板12支持著并通過一個瓶子載運(yùn)器14沿著支撐板12向前推進(jìn)。在瓶子移動經(jīng)過檢驗站時，載運(yùn)器14將瓶通向多個(三個)在水平方向平行伸展的并在垂直方向具有一定間隔的電容傳感片帶16，而這些電容傳感片帶則固定在安裝于相應(yīng)的托架20上的彈性泡沫塑料片帶16上。該托架通過柱體22連接到振蕩器組件的相應(yīng)的殼體24上，該振蕩器通過經(jīng)校準(zhǔn)的電纜26接受一電容信號并產(chǎn)生一個提供給計算機(jī)30的電壓信號。
使用在未檢測玻璃前電容量約為50微微法拉的探頭電纜組合件來進(jìn)行玻璃厚度測量。探頭對玻璃的靈敏度是玻璃厚度的每0.001英寸的變化相當(dāng)于電容0.002微微法的變化，且電容量隨玻璃厚度的增加而降低。
一個電容調(diào)諧測量振蕩器(一個變壓器耦合的LC振蕩器)是將該探頭與于一個帶有用于反饋的附加繞組的鐵氧體壺形磁芯電感器相并聯(lián)而構(gòu)成的。此測量振蕩器是通過探頭的電容進(jìn)行調(diào)諧由此將電容的微小變化(瓶子厚度的變化)轉(zhuǎn)換成頻率的微小變化。此輸出頻率傳送到一個調(diào)諧中間放大器，該放大器將所考慮的頻率范圍以外的頻率信號舍棄。一個與該測量振蕩器相同的電容調(diào)諧基準(zhǔn)振蕩器是采用一個相同的電感器和一個其電容值等于探頭電纜組合件在無玻璃時的電容值的穩(wěn)定電容組成的。
對每個振蕩器要加上一些以變?nèi)荻O管形式的附加電容(一個與反向偏壓調(diào)諧二極管相串聯(lián)的電容器)。該網(wǎng)絡(luò)值的選擇是要使該二極管能夠在整個電壓范圍內(nèi)(由-3V至-10V)利用一個偏壓電阻加偏壓。由于網(wǎng)絡(luò)和變?nèi)荻O管引起的電容值的變化選定成約等于要求檢驗的最大玻璃厚度的電容變化。
在該最佳實施例中，測量振蕩器的變?nèi)荻O管偏壓作為一個起始點而設(shè)定在其變化范圍的中點附近而對基準(zhǔn)振蕩器內(nèi)變?nèi)荻O管的偏壓值則設(shè)定在其最低點(在上述實例中為-10V)。
形成一個鎖相環(huán)以便通過將兩個振蕩器的輸出與一個鑒相倍增器相耦合來調(diào)整電壓值使得探頭和玻璃的電容值與基準(zhǔn)振蕩器的基準(zhǔn)電容值(變?nèi)荻O管)準(zhǔn)確地匹配。經(jīng)檢測的相位饋送至一個環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(一頻帶寬度整形濾波器)和放大器。由于放大器的增益，在相位上微小誤差就會異致相當(dāng)大的電壓輸出。該環(huán)路是通過一個增益和偏壓放大器而形成閉合回路的，該放大器的設(shè)定如下當(dāng)放大器是在所要求的最低值(在所述情況下為0V)輸出時，則變?nèi)荻O管設(shè)定在最低電容值(對變?nèi)荻O管為-10V)。設(shè)定增益使得所要求的放大器的最大輸出(5V)將變?nèi)荻O管設(shè)定到最大電容值(對變?nèi)荻O管為-3V)。
為使測量振蕩器和基準(zhǔn)振蕩器在完全相同的頻率下進(jìn)行工作將鎖相環(huán)閉合。當(dāng)探頭沒有檢測到玻璃時，在基準(zhǔn)振蕩器變?nèi)荻O管設(shè)定在最低值時，兩者的頻率是相等的，因此環(huán)路放大器的輸出為零。當(dāng)將玻璃加到探頭處時，環(huán)路放大器的輸出就使基準(zhǔn)振蕩器內(nèi)的變?nèi)荻O管電容值改變，其變化量正好等于由玻璃壁厚引起的測量振蕩器電容值的變化。變?nèi)荻O管的電容與電壓的特性關(guān)系是已知的，并由此可將這數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電壓與電容的曲線圖。變?nèi)荻O管的電容量作為所施加電壓的函數(shù)而緩慢變化。可以通過增益和偏壓放大器的作用將此曲線進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成更便利的電壓換算關(guān)系。
變?nèi)荻O管電壓與電容關(guān)系曲線是非線性的。在變?nèi)荻O管的偏壓點上的一個偏移就會引起此曲線圖上不希望出現(xiàn)的比例因數(shù)的偏移。因此，當(dāng)出現(xiàn)使無玻璃值由所要求的設(shè)定點偏移的變化時，則測量振蕩器內(nèi)的變?nèi)荻O管的電壓發(fā)生變化。由于所發(fā)生的主要變化是由溫度變化造成的，控制輸入就可以看作溫度補(bǔ)償輸入。這樣就保持了鎖相輸出的比例。
玻璃厚度信號是通過將鎖相環(huán)的輸出經(jīng)過一個限制低通濾波器和一個單位增益緩沖放大器得到的。由該處，該信號可隨意地送至一個與控制裝置相耦合的A/D轉(zhuǎn)換器。
相當(dāng)于無玻璃時的樣值經(jīng)過一個對D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行整調(diào)的反饋算法進(jìn)行處理。這樣就保持了兩個振蕩器的基頻是在同一頻率，也就是當(dāng)不存在玻璃時，其頻率將保持固定在一個選定的數(shù)值上，甚至存在溫度變化和雜散電容時也是如此。
該測量振蕩器可以用作鎖相環(huán)的輸入而基準(zhǔn)振蕩器可以用作電壓控制振蕩器(VCO);因為鎖相環(huán)調(diào)諧了VCO，從而在它與輸入頻率之間不存在穩(wěn)定狀態(tài)頻率誤差，基準(zhǔn)電容的電容值必須與探頭/瓶子組合的電容值進(jìn)行精確地匹配?；鶞?zhǔn)電容的端電壓值提供了代表瓶子壁厚度的良好表示，實際上它僅僅受到測量與基準(zhǔn)振蕩器之間的匹配和變?nèi)荻O管的溫度漂移系數(shù)和靈敏度的限制。
由于電容值的一個非線性變化是作為在整個玻璃容器上所形成的厚度變化范圍的一個函數(shù)，因此必須提供以一個線性化電路。
該線性化電路是采用與一個具有“優(yōu)良感受性”的電容-壁厚關(guān)系模型相結(jié)合的基本非線性回歸技術(shù)?；貧w技術(shù)是眾所周知的，而且其成敗決定于模型的正確選擇也是眾所周知的。如果該模型不是代表具足夠的準(zhǔn)確性的數(shù)據(jù)則回歸的結(jié)果就是不準(zhǔn)確的。而且，假定一個“優(yōu)良的”模型也是非常困難的。探頭電容與容器壁厚之間的關(guān)系是完全非線性的。探頭的優(yōu)良設(shè)計不能改進(jìn)這種情況，因為所要求的周邊測量值的分辨率與壁厚值是同一個數(shù)量級。這樣，容器內(nèi)的電場必須落在容器壁厚的整個范圍內(nèi)以產(chǎn)生一個按比例地非線性電容函數(shù)。壁厚與電容之間的關(guān)系不能通過分析方法得到，因為它是一個高度地非理想幾何形式的麥克斯韋方程(Maxwell′sequations)的三維解。計算機(jī)數(shù)字題解法是可以解決的，而且這些求解提供對探頭設(shè)計的了解，以這些方法應(yīng)用于壁厚的測量裝置以確定測得電容值所對應(yīng)的厚度值既太麻煩又費時間。盡管如此，綜合上述事實如下厚度與電容之間的關(guān)系對于較小厚度必須是線性的。當(dāng)厚度增加時，電容值將接近“無限大厚度”值。假定在這兩種解法之間出現(xiàn)在一個厚度值為探頭間隙的一半左右的“交叉”點(“cross-over”point)，則可以提出一個模型，該模型可以用一經(jīng)驗公式非常好地表示壁厚數(shù)據(jù)。此模型如下C(T)＝A×T/(1+B×T)其中C是測定電容值，T是壁厚，A是描述較小厚度的系數(shù)，是線性關(guān)系，而B是描述較大厚度的系數(shù)，是非線性關(guān)系。該“無限大厚度”電容是A/B而交叉壁厚是1/B。此模型也是容易在一個壁厚測量裝置中應(yīng)用的，因為“假的”(pseudo)線性回歸技術(shù)可以由兩個或多個已知的C和T的成對值(例如通過試驗確定的)來計算A和B值。
權(quán)利要求
1.一種玻璃容器壁厚檢驗設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括電容傳感裝置，用于提供一個代表所檢測的電容的輸出信號；一種用以將玻璃容器壁的一部分輸送到所述電容傳感裝置的裝置；和一種用以根據(jù)上述輸出信號將所檢測的電容值利用經(jīng)驗公式轉(zhuǎn)換成代表壁厚的數(shù)據(jù)的裝置，所用模型如下C(T)=A×T/(1+B×T)其中C是測定電容值，T是壁厚，A是描述較小厚度的系數(shù)，是線性關(guān)系，而B是描述較大厚度的系數(shù)，是非線性關(guān)系。
全文摘要
通過一測量振蕩器檢測玻璃瓶壁電容值并將之轉(zhuǎn)換成周期性電壓值。該周期性電壓由鎖相環(huán)產(chǎn)生，該環(huán)包括電壓控制的基準(zhǔn)振蕩器，該振蕩器被迫在與測量振蕩器相同頻率下工作。輸入到基準(zhǔn)振蕩器的電壓代表容器壁厚。檢驗設(shè)備的計算機(jī)利用下面的模型，將電容值轉(zhuǎn)換成厚度值C(T)＝A×T/(1+B×T)其中C是測定電容值，T是壁厚，A是小厚度的系數(shù)具線性關(guān)系，而B是較大厚度的系數(shù)具非線性關(guān)系。
文檔編號G01R27/26GK1041821SQ89106730
公開日1990年5月2日 申請日期1989年8月15日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月5日
發(fā)明者保羅·F·斯科特 申請人:恩哈特工業(yè)公司