专利名称：具有用于图像矫正的镜箱的瓶子检验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于分别对瓶子和容器进行光学检查的检验装置，其包括图像 记录设备，其用于产生具有多个水平并置的图像区的图像，这些图像区中的至少两个图像 区布置在图像的中部的侧向；以及镜箱，其包括多个光路，用于使待检瓶子的不同周向侧视 图沿图像区的方向偏转，每一光路在其中设置有独立偏转镜，所述偏转镜相对于底板的相 应仰角被限定。
背景技术：
瓶子检查装置用在例如饮料装瓶机生产线中，以检测被损坏或者不洁的瓶子。如
通常所知，瓶子侧壁的已知不同周向侧视图同时产生在镜箱中，并被成像于成像传感器的
并置区域上。例如在EP 0663069或DE 19534347中公开了这样的装置。 通常希望，对所有视图以满足下列条件的方式进行成像，即尽可能少量的扭曲，相
同的大小，并使处于透射光中的瓶子表面上没有杂散光反射。 但是，为了能够用透射光对瓶子侧壁往下至底部圆顶进行检查，观察瓶子的位置 必须仅仅稍高于瓶子的底部。由此，沿瓶子方向的视角(perspective)将以锐角指向上方， 而且，在所要求的物镜焦距的情况下，这将会导致不希望的扭曲线效应(distorted line effect)。各个物体边缘与图像的中部之间的距离越大，扭曲线效应的干扰越显著。当多个 瓶子视图并置地投影到图像区时，被成像的瓶子的上部区域、尤其是邻近图像的侧向边缘 的区域看起来朝中部倾斜。 从DE19534347可知，将偏转镜布置在三点运动支架上，并通过绕水平轴及垂直轴 旋转这些偏转镜来移动和/或旋转各个瓶子视图在成像平面上的位置。但是，以这种方式 不能矫正扭曲线。
发明内容
本发明的目的是避免上述缺点。 这一 目的通过根据权利要求1所述的检验装置得以实现。 根据权利要求l，用于与侧向图像区相关联的光路的两个独立偏转镜相对于底板 的法线以如下方式倾斜使得在侧向图像区中由中心投影引起的图像扭曲将得到补偿。因 此，对于每一光路，扭曲线都能分别得到补偿，从而所有被成像的瓶子在图像中都将基本垂直。 —个优选实施例是这样构想的，在与侧向图像区相关联的光路中，一个独立偏转 镜的仰角是固定的，而另一独立偏转镜的仰角是可调整的。通过这种方式能够减少需要调 整的部件的数量。 —个优选实施例是这样构想的，在与侧向图像区相关联的光路中，一个独立偏转 镜以锐角向上倾斜，而另一独立偏转镜以锐角向下倾斜。通过这样，以尤其有效的方式消除 了图像扭曲。
—个优选实施例是这样构想的，在与侧向图像区相关联的光路中，独立偏转镜相
对于底板的法线的倾斜角的绝对值的范围为从o.or至r 。这使得部件在镜箱中能够灵 活地布置。另外，可使用商业上可得到的部件来调整仰角。 根据一个优选实施例，用于与侧向图像区相关联的光路的独立偏转镜以使得图像 中的投影的侧视图还彼此垂直定向的方式倾斜。通过这种方式能够减少安装步骤的数量。 根据一个优选实施例，具有固定仰角的独立偏转镜被固定在支托架上的适当位
置，所述支托架具有按照这些偏转镜的仰角倾斜的安装面。这使得偏转镜能够精确、稳定且 可重复地倾斜。 根据一个优选实施例，用于与中心图像区相关联的光路的独立偏转镜与底板成直 角布置。因此，光路能够以低廉的成本以及最少量的调整力实现。 根据一个优选实施例，每一光路在其中设置两个独立偏转镜。这使得以最少量的 光学部件实现光路的偏转。另外，由于反射，圆偏振光的旋转方向在所有光路中都同频率地 变化。 根据一个优选实施例，底板与瓶子的对称轴基本成直角地定向。通过这种方式能 够更加容易地对镜箱进行安装和调整。 在公知的装置中，为生成清晰的图像，如在EP 0663069中所阐述的那样，用于所 有瓶子视图的光路被定尺寸为使得它们在瓶子和成像平面之间具有基本相同的长度。但 是，这会导致不希望的后果，即图像中的瓶子视图距图像的中部越远则它们显得越发大。
本发明的进一步的目的是避免这一缺点。 该进一步的目的利用根据权利要求10或11所述的装置得以实现。
根据这些实施例，与侧向图像区相关联的光路长于与中心图像区相关联的光路， 光路的长度阶梯式变化(grade)以使瓶子在图像区中的侧视图具有基本相同的大小。通过 这种方式能够提高图像的质量以及对瓶子视图的评估。这种方法本身提供了目标优势，但 是，它与权利要求1所描述的方案相结合也可以是有利的。 与侧向图像区相关联的光路的长度随着与相应光路相关联的图像区和图像的中 部之间的距离的增大而增大，光路的长度阶梯式变化以使瓶子在图像区中的侧视图具有基 本相同的大小。这种方法本身同样提供了目标优势，但是，它与权利要求1所描述的方案相 结合也是有利的。 根据一个优选实施例，与并置的图像区相关联的光路的长度比在1. 005至1. 02之 间。因此，可以使瓶子的大小适应不同的光路而且还产生清晰的图像。 根据一个优选实施例，检验装置还包括用于使瓶子暴露于透射光中的光源。这使 得能够生成明暗对比特别明显的图像。 根据一个优选实施例，在光路之间设置有遮光体，所述遮光体用于防止光源发出 的光由于在至少两个偏转镜上的多次反射而被改向到瓶子上。通过这种方法能够在镜箱中 消除仅通过优化镜子排列无法避免的杂散光反射。
在下文的附图中示出了本发明的一个实施例，其中
图1示出了根据本发明的检验装置的立体俯视5
图2示出了根据图2的排列的立体侧视图； 图3示出了一幅图像的示意图，该图像在并置图像区上具有待检瓶子的不同视 图；以及 图4示出了根据本发明由扭曲线引起的图像扭曲得到了矫正以后的被成像的瓶 子视图的示意图。
具体实施例方式
根据图1和图2，根据本发明的检验装置1包括光源4，其用于以透射光、例如圆 偏振光检查透明的瓶子3 ;以及具有3个光路SM、 Su、 SK1的镜箱5，其利用图像记录设备6、 例如半导体照相机对3个瓶子视图A、B、C进行成像，所述瓶子视图A、B、C相互之间周向旋 转优选30°或者约45° 。 图3示出了由图像记录设备6产生在例如屏幕(未示出)上的图像7，所述图像7 被水平地分割成图像区，即中央区M、左侧区和右侧区&，投影的瓶子视图A' 、B'和C'被 成像于这些图像区中。 从瓶子3出发，偏转镜9和10经由为所有光路SM、SU、SK1所共用的偏转镜15使光 路SM偏转进图像记录设备6的中心图像区M，偏转镜11和12使光路Su偏转进左侧图像区 k，而偏转镜13和14使光路SK1偏转进图像记录设备6的右侧图像区R1Q在图1中只示出 了光路SM、 SL1、 SK1各自的射束轴。 利用固定式支托架16 、 17 、 18和21 ，偏转镜9 、 10 、 11和14被固定在共用底板23的 适当位置上，为清楚显示的缘故，固定式支托架16、17、18和21没有显示在图1和图2中； 偏转镜12和13利用可调式支托架19和20装在所述底板23上。为清楚显示的缘故，在图 1和图2中只显示了光学部件，而没有示出用于将所述光学部件装到底板23上的相关安装 构件，这些安装构件例如为用于可调式支托架19和20的底座以及用于共用偏转镜15或图 像记录设备6的支托架等。 偏转镜9和10被布置成它们与底板23成直角地延伸。偏转镜11相对于底板23 的法线25倾斜一角度a ，偏转镜12、 13和14相对于法线25分别倾斜一角度P 、 Y和S 。 为清楚显示的缘故，图2只示出了角度a。在图1和图2中，为使附图更容易理解，偏转镜 9至14的仰角是以夸张的方式示出的。 角度a至S的大小设计为使得显示在图像区M、1^和&中的瓶子视图A'、B'、C' 看起来定位在图像中的共同水平基线27上，同时也使得由中心投影引起的扭曲线效应在 侧向图像区1^和&中被降低到最小程度。该效应在图4中以虚线示意性地图示。因此，在 侧向图像区中，尤其是在图像的上半部分，垂直线向内倾斜。通过倾斜角a和P以及Y和 S的组合效果使这种透视图扭曲在很大程度上得到了补偿，从而使得物体的垂直边缘或边 界在很大程度上垂直地成像在图像7中，如图4中由实线绘出的视图C'所显示的。
指向中心图像区M的光路SM的长度IM小于光路Su和SK1的长度Iu和IK1，其中光 路Su和SK1指向侧向图像区和&且二者长度相同，这样，成像于图像区M，L和R中的瓶 子视图A'、B'和C'在图像7中显现为相同的大小。 利用这样调整的长度IM、 Iu和IK1能够模拟出下述情形不用镜箱5，由图像记录 设备6使三个相同大小的并置的瓶子3以相同的大小投影到图像区LpM和I^中。这些瓶子3定位在平行于图像平面延伸的物体平面中这也是一种情形。在这种配置中，如果观察 例如居中定位在图像记录设备前面的的瓶子3以及右侧的瓶子3，那么这些瓶子将与图像 记录设备6限定一个直角三角形。从图像记录设备6观察，图像记录设备6和瓶子3之间 的相关光路的长度将表现为所限定的三角形的邻边和斜边。因此，中间的光路将是较短的一条。 检验装置1还包括用于减少杂散反射的防护体31和遮光体33 ;以及偏振过滤器 35 。为完整地显示，示出了用于瓶子3的传送带37以及保护板39 。
光源4发射圆偏振光。但是，装置并不限于利用圆偏振光。 图像记录设备6例如是传统的包括物镜和光圈的半导体照相机。所产生的图像7 的格式可以偏离所示的例子。尤其是，全景格式是可想象到的，该种格式允许并置超过3个 的瓶子视图A'、B'、C'。这一点在图3中由虚线绘出的额外的侧向图像区1^和&显示。任 意的偶数个图像区也是可想象到的。当设置偶数个图像区时，不存在中心图像区M。当例 如设置4个图像区时，图像7改为被分割成2个左侧图像区LpL2和2个右侧图像区RpR" 在这种情况下，图像区和&将在图像的中部彼此毗连。 图像记录设备6支撑在一未示出的支架上，从而适合于例如通过商用的三点支撑 式安装构件使其旋转以及在两个平面中倾斜。 光路SM、 Su和SK1在镜箱5中的路线通过传统的光线跟踪方法确定。在这方面需 要遵守的一般要求是排列(array)应当尽可能紧凑，应当包括尽可能少量的光学部件。另 外，对于所有光路SM、 Su和S^独立偏转镜9至14的数目应当是相同的，以便利用圆偏振 光获得可比较的瓶子视图A'至C'。 在本实施例中，光路SM的长度lM为1，234mm，而光路Su和Sw中每个的长度Iu和 IK1均为1， 250mm。通过这种方式就实现了将瓶子视图A'、 B'和C'以相同大小展示在图7 中。长度IM、 IL1和IK1缘自光路SM、 SL1和SK1在瓶子3的对称轴41和图像记录设备6即物 镜的前主平面之间的长度。 取决于光路SM、SU和SK1在镜箱5中的路线以及图像7中的相关联的瓶子视图A' 至C'之间的相应距离，长度IM、 Iu和IK1的绝对值以及所述长度的比可以偏离本实施例。 在实践中，IM、 Iu和IK1的值将在光线跟踪操作中被修改，直到模拟的图像7提供最理想的 结果。 然而，当观察并排成像的两个相同大小的瓶子视图A'-C'时，较长的光路将总是那 条与图像7中的成像在距图像的中部8较远水平距离处的瓶子视图相关联的光路。为解释 这一点，在图3中以虚线示出了两个额外的具有瓶子视图D'和E'的侧向图像区1^和R" 为产生这些图像区及视图，有必要提供额外的光路和SK2(未显示在图1和图2中)。由 此，假如瓶子视图A'和C'以相同大小成像，则光路^将比光路SM长，而假如瓶子视图B' 和D'以相同大小成像，则光路将需要比光路Su长。 属于并排定位于图像7中的瓶子视图的光路的长度比v、例如U/Im或L/Ik在 1.005至1.02之间。在这一范围内维持所要求的图像清晰度。物镜被设计成使得侧向图像 得以清晰地显示出，尤其在距离较长的情况下。 将瓶子视图A'至C'分配到图像区M、k和&中是通过对镜箱5中设置的光路SM、 Su和SK1进行优化而得以实现的。这也适用于图像7被分割成数量与上述情况不同的许多个图像区的情况。视图A'至C'或者其他视图可以以不同于本实施例的角距离布置，例如 以15°或45°的角距离布置。 在本实施例中，固定式偏转镜11的倾斜角a为0. 45° ，固定式偏转镜14的倾斜 角y为0.2° 。取决于偏转镜ll和14在光路Su和Sw中的相应的位置，倾斜角值可以不
同于上述数值。合适的倾斜角a禾p y的范围为从-r到-o.or以及从o.or到r ，
其为正值时，偏转镜表面以锐角向上倾斜，而其为负值时，偏转镜表面以锐角向下倾斜。角
度13和S通过支托架19和20进行调整，以使瓶子视图A'至C'彼此垂直定向，通过这样
做，侧向图像区1^和I^中的扭曲线会自动地得到补偿。取决于在光线跟踪过程中经优化
的光路Su和SK1以及取决于偏转镜11至14的位置，经调整的角度13和S的绝对值的范
围同样为o.or至r 。在本实施例的光路Su和s^中，一个偏转镜表面以锐角向上倾斜
(偏转镜11和14)，而另一偏转镜表面以锐角向下倾斜(偏转镜12和13)。 就镜箱5的功能而言，固定式以及可调式偏转镜11至14在光路Su和SK1中的顺
序是无关紧要的。该顺序可根据实践的观点来确定，例如根据空间要求或者调整目的的可
达性来确定。 利用共用的偏转镜15，光路SM、SU和SK1所需的长度IM、IU和IK1能够以节省空间 的排列实现。图像记录设备6的仰角可以与本实施例所显示的仰角不同。同样地，对于镜 箱5的功能而言，偏转镜15不是绝对必要的。偏转镜9至15例如可以是传统的前表面反 射镜。 用于偏转镜9和10的固定式镜支托架16、17以及用于其他光学部件的支托架和 安装底座可以例如由金属切割而成，或者它们可以由商用光学安装构件构成，从而确保稳 定地、正交地安装到底板23上。 固定式支托架18和21优选由金属例如铝切割而成，并且具有用于偏转镜11和14 的安装面，该安装面按照角度a和S倾斜，从而将确保所述偏转镜的倾斜角a和S ，而无 需额外调整所述偏转镜11和14的仰角。 支托架19和20由例如具有底座(未示出)的商用三点调整单元构成，从而使相 应光路能够分别关于垂直轴倾斜从而例如补偿制造和/或安装误差，以及关于水平轴倾斜 从而调整偏转镜12和13的仰角以及角度13和y 。通过恰当定位镜箱5的偏转镜以及通 过适当选择各个偏转镜的仰角，在瓶子上产生干扰光反射能够在很大程度上被降到最低， 或者在理想的情况下能够完全得以避免。 底板23不限于特定的材料或者特定的形状。底板23优选被成形为使得其能够与 已安装的镜箱5—起被固定在合适的安装框架和/或壳体(未示出)中的适当位置。但 是，底板23在任何情况下都包括具有一个安装面或多个平行安装面的结构，光学部件能够 以稳定的方式并以要求误差装到所述安装面上，例如装到安装孔中。 对于光反射未通过偏转镜的灵巧布置而被减到最小的程度，防护体31布置在镜
箱5和光源4之间且防止不希望的残余光反射，以便不会削弱图像的评估。遮光体33被布
置在镜箱5中，位于成像光路SM、 Su和SK1的边界光线之间。 对根据本发明的检查装置1的安装及调整可按以下方式实施 镜箱5安装在底板23上，且后者固定在检查装置1中的适当位置，例如固定在安
装框架和/或壳体(未示出)中。在光源4和镜箱5之间，瓶子3安置在检查位置处，利用
8图像记录设备6将瓶子视图A'至C'成像在图像区M， L和R。通过在其支托架(未示出) 中旋转和倾斜图像记录设备6，使成像于图像区M中的瓶子视图A'与图像7中的期望基座 位置正交地定向。 通过使偏转镜12垂直倾斜，使瓶子视图B'达到与视图A'垂直(在图像中瓶子高 度相同)对齐，使得两个视图A'和B'看起来被置于例如图3所显示的辅助线27上。当已 经实现了瓶子视图B'在图像7中的正确垂直对齐时，固定式偏转镜11的仰角即倾斜角a 将会与可调式偏转镜12的可调仰角即倾斜角13以如下方式协作使得由中心投影导致的 图像扭曲能够同时在图像区得到补偿。这将使瓶子视图B'的上部区域看起来朝图像的中 部8扭曲的情况得以避免或削弱。 通过使可调式偏转镜12水平倾斜，在光路Su中，生产和安装相关的误差会得到补 偿，而且瓶子视图B'会被调整到图像区中的期望水平位置。上述调整步骤可以以任意 的顺序执行。 按照类似的方式通过倾斜偏转镜13把瓶子视图C'对准到图像区&中。同时，倾 斜角Y和S —起对由中心投影导致的图像扭曲进行补偿。 在使用根据本发明的检验装置1时，可以免去在传统检验装置的情况下所需要的 对光路的数个偏转镜进行的步进调整，同时可提高图像的质量。由于偏转镜11和14的固 定仰角，因而提供了可重复的条件以更有效的安装。尺寸的适应性以及图像扭曲的消除有 助于瓶子视图A'、B'和C'的正确评估。
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权利要求
一种用于对瓶子(3)进行光学检查的检验装置(1)，包括图像记录设备(6)，其用于产生具有多个水平并置的图像区(M，L1，R1)的图像(7)，其中，这些图像区中的至少两个图像区(L1，R1)布置在图像(7)的中部(8)的侧向；镜箱(5)，其包括多个光路(SM，SL1，SR1)，用于使待检瓶子(3)的不同周向侧视图(A，B，C)沿图像区(M，L1，R1)的方向偏转，每一光路在其中设置有独立偏转镜(9-14)，所述偏转镜(9-14)相对于底板(23)的相应仰角被限定，其特征在于，用于与侧向图像区(L1，R1)相关联的光路(SL1，SR1)的独立偏转镜(11-14)中的两个偏转镜相对于底板(23)的法线(25)以如下方式倾斜使得在侧向图像区(L1，R1)中由中心投影引起的图像扭曲将得到补偿。
2. 根据权利要求l所述的检验装置，其特征在于，在与侧向图像区(LpR》相关联的光 路(Su， SK1)中，一个独立偏转镜(11,14)的仰角是固定的，而另一独立偏转镜(12,13)的 仰角是可调整的。
3. 根据前述权利要求之一所述的检验装置，其特征在于，在与侧向图像区(LpR》相关 联的光路(Su， SK1)中，一个独立偏转镜(11,14)以锐角向上倾斜，而另一独立偏转镜(12， 13)以锐角向下倾斜。
4. 根据前述权利要求之一所述的检验装置，其特征在于，在与侧向图像区(LpR》相关 联的光路(Su， SK1)中，独立偏转镜(11-14)相对于底板(23)的法线(25)的倾斜角(a ，e， y， s)的绝对值的范围为从o.or至r 。
5. 根据前述权利要求之一所述的检验装置，其特征在于，用于与侧向图像区(L"R》相 关联的光路(Su， SK1)的独立偏转镜(11-14)以使得图像(7)中的投影的侧视图(B'， C') 还彼此垂直定向的方式倾斜。
6. 根据前述权利要求之一所述的检验装置，其特征在于，具有固定仰角的独立偏转镜 (11， 14)被固定在支托架(18， 21)上的适当位置，所述支托架(18， 21)具有按照这些偏转镜 (11， 14)的仰角倾斜的安装面。
7. 根据前述权利要求之一所述的检验装置，其特征在于，用于与中心图像区(M)相关 联的光路(SM)的独立偏转镜(9， 10)与底板(23)成直角布置。
8. 根据前述权利要求之一所述的检验装置，其特征在于，每一光路(SM，SU，SK1)在其中 设置两个独立偏转镜(9-14)。
9. 根据前述权利要求之一所述的检验装置，其特征在于，底板(23)与瓶子(3)的对称 轴(41)基本成直角地定向。
10. 根据尤其前述权利要求之一所述的检验装置，其特征在于，与侧向图像区(k， R》 相关联的光路(SL1， SK1)长于与中心图像区(M)相关联的光路(Sm)，光路(Sm， SL1， SK1)的长 度(IM， IL1， W阶梯式变化以使瓶子(3)在图像区(M， L" R》中的侧视图(A，， B，， C，)具 有基本相同的大小。
11. 根据尤其前述权利要求之一所述的检验装置，其特征在于，与侧向图像区(k， L2， &， R2)相关联的光路(Su， S^， SK1， SK2)的长度随着与相应光路相关联的图像区和图像(7) 的中部(8)之间的距离的增大而增大，光路的长度(Iu， I『IK1， IK2)阶梯式变化以使瓶子 (3)在图像区(k， L2， R15 R2)中的侧视图(B'，C'，D'，E')具有基本相同的大小。
12. 根据权利要求10或11所述的检验装置，其特征在于，与并置的图像区(M， L2， &， R2)相关联的光路(SM， Su， S^2， SK1， SK2)的长度比(v)在1. 005至1. 02之间。
13. 根据前述权利要求之一所述的检验装置，其特征在于，检验装置(1)还包括用于使 瓶子(3)暴露于入射光和/或透射光中的光源(4)。
14. 根据权利要求13所述的检验装置，其特征在于，在光路(SM，SU，SK1)之间设置有遮 光体(33)，所述遮光体(33)用于防止会对瓶子图像产生干扰的所述瓶子图像中的光反射。
全文摘要
本发明涉及一种用于对瓶子进行光学检查的检验装置，其包括用于对待检瓶子的不同周向侧视图进行成像的镜箱。用于与侧向图像区相关联的光路的偏转镜被倾斜，使得由中心投影引起的图像扭曲在侧向图像区中得到补偿。
文档编号G01N21/90GK101793841SQ20091026136
公开日2010年8月4日 申请日期2009年12月23日 优先权日2008年12月24日
发明者雷纳·奎安特 申请人:克朗斯股份公司