专利名称：空心体三维检验设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空心体三维检验设备，该设备包括一个用以在圆形轨道上推动空心体通过一检验区域而同时又使空心体绕着一个平行于该圆形轨道轴线的对称轴线转动的传送器;
一个用以照亮位于检验区域内的空心体的照明装置;
一个用以接受从在检验区域内的空心体发出的光的光电探测器;
一组排列在一光路上而相互间成一角度的固定式平面镜;
上面所述类型的由欧洲专利EP-B1-0151059号所公开的设备是用作检验半透明空心体的整个表面的。这种设备具有一个作为传送装置的连续推进传送星形轮，该星形轮配合以一个用以使空心体绕其对称轴线转动的外部元件。发光装置是由一个激光源构成，该激光源将一束激光经过一个绕一水平轴线转动镜面导向一组一个位于另一个上方而垂直排列的的四个固定式平面镜上。由于转动镜的转动，这些平面镜就传送出振动光束，该光束经一振动镜投射到该空心体上。在一个完整的转动期间和用该光束在几个顺次的径向平面内对该空心体进行扫描的过程中，该振动镜利用其振动运动伴随着在它前面的空心体一起转动。该光电探测器是一个带有一个由透过的光所照亮的光敏屏幕的接受器。在已知的设备中，一传动皮带作为用以使物件转动的元件，该皮带支靠在靠近光敏屏幕的空心体的侧壁上的中等高度的侧面上，并因而遮盖住空心体的这一区域。为了使处于盲角的这部分区域也能被检验到，设置有垂直排列的固定镜，该镜可以不同的倾斜角度传送会聚光束，从而使绕过该传动皮带的空心体的整个表面可由透过的光而受检验。
在已知的设备中的缺点是，它需要运动的镜，即一个转动镜和一个振动镜，该运动的镜的运动必须精确地相互匹配，并且必须与星形轮的运动相匹配而且必须保持这种匹配。如果利用一个线扫描摄象机之类设备作为一光电探测器，这种匹配就特别困难，因为其处理机必须准时地与单个光线相结合以形成被检验的空心体的完整图象。还成问题的是，在现有设备中的运动的镜，例如振动镜，在整个检验区域内，该镜面是借助一个机械凸轮输送在传送器的运动方向上，接着快速返回，这就会受磨损并至少需要时常重调。但在现有设备中，不能省掉该振动镜，否则就没有可利用的适当的检验时间。在欧洲专利EP-B1-0151059号中没有提供关于对现有设备的光敏屏幕所传送的图象进行评估的方法方面的资料。
一种用于检验瓶子侧壁的设备已公开在欧洲专利EP-A2-0293510号中。在这种已知设备中，采用类似的振动镜，甚至采用振动透镜，以便从检验区域的起点到其终点一直跟踪着被检验的瓶子。因此，这种已知的设备具有与前面第一个提到的设备相同的缺点。除此之外，当采用振动透镜代替振动镜时，问题甚至更为亚重，因为如果要获得完全可用的检验图象则其光学系统必须非常精确地运动。
本发明的目的是开发一种本文开头提到的那种型式的设备，因此它不需要运动的镜。
此目的通过该设备所具有的叙述在权利要求1中的下述特征而得以实现该设备是用以检验空心体的三维检验设备，它包括;
一个用以在圆形轨道上推动该空心体通过检验区域而同时使其绕着一个平行于该圆形轨道轴线的对称轴线转动的传送装置;
一个用以照亮在检验区域内的空心体的照明装置;
一个用以接受从在检验区域内的空心体所发出的光的光电传感器;
一组固定式平面镜，这些平面镜排列在光路上并相互间形成一角度，其特征在于该照明装置均匀地照亮检验区域内的空心体;
该光电传感器是带有用于图象处理的相配合的处理器和监控器的阵列或线扫描摄象机的一部分;
一组由n个固定式平面镜组成的镜组安置在检验区域和阵列或线扫描摄象机之间;
该n个镜是以下述方式定角偏置设置，使光线从整个检验区域同时被探测，而且使从检验区域的n个互相邻接的区段射出的光线导向光电传感器上，在每种情况下该光线都经过n个以如此方式偏置的镜面中的一个镜面，使得n个各来自每个区段的图象由该光电传感器记录。
其它权利要求则涉及实施方案的各种有利形式。
用以实现上述目的的装置具有一个用以均匀地照明置于检验区域内的空心体的照明系统。其光电传感器是带有用于图象处理的相配合的处理器和监控器的阵列或线扫描摄象机的一部分。此外，它具有一组安置在检验区域和阵列或线扫描摄象机之间的n个固定式平面镜。这些平面镜是这样定角偏置排列的，使它们同时地覆盖整个检验区域，而且它们将从检验区域的n个互相邻接区段射出的光导向光电传感器上，在每种情况下该光线都同时经过n个以如此方式偏置在镜面中的一个镜面，使所述光电传感器在每种情况下同时地接受按一定顺序的n个各来自每个区段的部分图象。
在这一解决办法中，该装置仅有的活动部分为传送器和空心体，该空心体由传送器推动在一圆形轨道上运动、并由此绕其对称轴线转动。在如权利要求2所述装置的情况下，即该照明装置利用透射照明对检验区内的空心体进行照明，其中设有一种发射光源作为照明系统，待检验的该空心体最好是带有瓶盖螺纹的透明瓶子，其缺陷需加以检测。在权利要求3所述的装置情况下，即该照明装置是利用入射光对检验区域内的空心体进行照明的。其中设有一个反射光源作为照明系统，空心体最好是不透光或不透明的(例如由马口铁制成的)。
在检验区域内的空心体的均匀照明可以在这样的情况下获得，即可以在例如根据权利要求4所述的技术特征下获得，即在该照明装置为一个点光源，利用一个发散透镜和一个狭缝光阑获得扇形光束对检验区域内的空心体进行照明的情况下，即可获得均匀照明。当从一点光源为起点经过一个发散透镜和狭缝光阑而产生出一漏斗形光束的情况下就会获得对待检测的空心体的均匀照明。但是，根据权利要求5，该照明装置利用一个漫射透明板产生散射光，因此也有可能采用一种包括分布光源和漫射透明板的照明系统获得该散射光。
根据权利要求6所述，空心体的转速相对于传送器的转速之比，选定成使每个空心体在检验区域内共完成绕其对称轴线旋转一整转和在每个镜面前完成一转的1/n。或者说，空心体的转速(空心体转动的角速度)相对于传送器的转速(传送器转动的角速度)之比是(在该装置中具有n个固定式镜面情况下)这样进行选择的，即在检验区域内每个空心体绕其对称轴线完成一整转并在每个镜面前完成1/n转。如权利要求7所述，在传送器上的空心体的相互间隔是检验区域的角宽度的2/n。也就是说在传送器上被输送的两个空心体相互间的间隔角相对于传送器在检验区域内所通过的该圆形轨道的角宽度的2/n。例如，按权利要求8所述空心体绕对称轴线的转动方向和传送器的运动方向都选定成使空心体的转动速度和传送器的转动速度在检验区域内是叠加的。也就是空心体绕其对称轴线的转动和传送器的转动运动可以相互叠加。
根据权利要求9，固定式镜面组安排成一个位于另一个后面地在高度上偏置它们相对于垂直方向和相互之间是这样倾斜的，使得对于空心体的同一垂直区域都可能按顺序地通过每个镜面成像在光电传感器上，而在整个圆形轨道上安排成一个位于另一个后面的区域可以借助各镜面和图像处理机(可能在暂时存贮之后)以并列的顺序成像在监控器上。根据权利要求10，所有镜面的角位置都是可调整的。根据权利要求11，在该组固定式镜面组和光电传感器之间的光束光路上可以安置一个偏转镜。
下面将参照附图对本发明实施方案的各个举例进行更详细地描述。
图1示出一个配置有本发明检验装置第一种形式实施例的瓶子检验机的总体透视图;
图2示出图1所示瓶子检验机的检验平面的平面视图;
图3示出图1所示检验装置的透视详细视图;
图4示出图1所示检验装置的详细平面视图;
图5示出沿图4的箭头V方向观察的装有相配合的镜面的摄象机的视图;
图6示出与图3相类似的本发明检验装置的第二种形式的实施例的视图。
下面将参照检验透明瓶子18的(图1至图5)和透明度差的或者不透明的瓶子(图6)的例子对本发明进行描述，在该例中采用四个为一组的镜面，该设备准备用来检验带螺纹的瓶子口部区域。除此之外，该设备还可以用来检验瓶子或者所有各种类型的其它具有不同程度透明度的物体的其它部位，例如空心玻璃器皿，聚对苯二甲酸乙二醇酯的空心体，马口铁盒子等。
图1示出一个用于检验带螺纹的瓶子口部区域的带有检验装置10的瓶子检验机的总体视图。在图1中的前面示出第三工作台12设置在两个回转工作台后面，该工作台上结合有检验装置10。检验装置10由一个检验部件14和一个带有外壳17(为清晰起见在图2和图4中已省略)的照明装置16组成。
根据图2所示，待检验的瓶子18是利用一个蜗杆轴送进到一个在图中左边所示的前回转工作台，该工作台将瓶子18输送到一个以转台形式构成的第三回转工作台12，由第三回转工作台在经过检验之后又将瓶子发送到在图中右边所示的前回转工作台，并利用另一个蜗杆轴从该工作台卸下来。在每种情况下其传送方向都由图2中的黑箭头示出。回转工作台12在一圆形轨道上推动瓶子18通过一检验区域20。在此过程中，瓶子18是绕其对称轴线转动，也就是说，绕着它们的纵向轴线转动，即绕着平行于圆形轨道的轴线22也就是平行于回转工作台12的中心轴线的轴线转动。一条只在图3中示出的传动皮带24用以驱动瓶子18绕其纵向轴线转动。
在图1至图5所示实施方案的举例中，在远离检验部件14的一侧上安置在圆形轨道外面的照明装置16带有一外壳17，该外壳在其前侧具有一狭缝，狭缝是用一块由耐热玻璃制成的盖板26盖住。盖板26经喷砂处理，使得它成为漫射透明而且接受来自一散射光源28发出的光线。于是，该照明装置16就对整个检验区域内的瓶子18实现一种均匀的照明。
根据图2至图5所示，检验部件14包括一个扫描摄象机30和一组固定式平面镜34a-34d组成的镜面组34，该镜组设置在检验区域20和未示出的摄像机的光电传感器之间的光线光路32内。镜面34a-34d安置成垂直于圆形轨道的轴线22的一个水平的排而且相互间有横向偏置关系，也就是说，它们在该水平面内相互间形成一个ω角(图3)。未示出的摄象机的光电传感器例如可为一个线性电荷耦合器件探测器。在检验部件14中将一个偏转镜36设置在镜面组34和摄像机30之光路之间。将摄像机30，偏转镜36和镜面组34以共同地固定在板38上，该板可以借助一手轮40以图5中所示的方式调整。高度检验装置14在光线的光路32的进入侧具有一个带有一进光窗格42的窗口，窗口的高度要适于平面38的高度调整范围。检验部件14是利用一托架44固定在瓶子检验机的机架上。
如图3和图5所示，可以进一步看出，镜面34a-34d安置成一个位于另一个后面，它们在高度上是参差的。此外，镜面34a-34d都是与垂直方向倾斜一角度，从而使瓶子18的同一垂直部位被每个镜面成象在光电传感器上以便进行检验。瓶子18的螺纹区域在圆形轨道上连续地被检验，该区域通过镜面34a-34d在线扫描摄像机30上重现成一个高于另一个直线排列的图象，这从图2至图4中可以清楚地看出。镜面34a-34d的位置安排方式未详细示出，但使它们的相互间夹角ω每次都可调整和设定。
一旦调整完毕，由在检验区域内的瓶子18发射到四个镜面34a-34d上并从这些镜面反射到线扫描摄像机30上的光线光路32的四条光束就被固定下来。在一特定的瞬间t1，两个瓶子处于图4中所示的阴影线位置，因此可以被镜面34a和镜面34c所看到。在瞬间t1镜面34b和镜面34d看不到任何瓶子18，因为在此瞬间不它们对着任何瓶子。在一瞬间t2，当这些瓶子已向前运行到镜面34b和34d处，每个镜面可看到一个瓶子18，而镜面34a和34c就看不到任何瓶子。这样，镜面34a，34c或镜面34b，34d总是能看到一个瓶子，因为两个镜面是指向该间隔(阴影线位置)的中心而另两个是指向该间隔位置(非阴影线位置)的。由于每个瓶子18是绕其纵向轴线转动同时又沿着圆形轨道平移运动，而且在检验区域20内绕其纵向轴线完成一整转的转动，所以每个镜面34a-34d都观察到瓶子的螺纹部位内的1/4圆周部分。每次可以同时接受到两个不同瓶子的两个1/4圆周部分，因为两个镜面在时间t1看到两个瓶子，而另两个镜面在时间t2看到两个瓶子。
未示出的处理机与摄像机30相配合，该处理机是一个配合以线扫描接口的单一图象存储器，使得由光电探测器发出的线探测图象可以一条线接一条线地结合在一起，以便产生一个三维螺纹图象的二维展示图象。一个数字式存储器装置保证探测器的输出信号在所有时间上都被记录下来，接着以正确位置和相互关系将之显示。一个跟踪线扫描摄像机30的监控器接着就显示出一个位于另一个上方的四个图象，该显示线包括由按顺序的四个镜面所接受的四个部分。由第一镜面34a所接受的图象形成该线条的最下面1/4图象，而另一1/4图象是位于其上方，如图3中所示。
上面所述实施方案举例涉及n＝4个镜面。为了能够形成通过检验区域20的每个瓶子的整个圆周的图象，瓶子绕其一个纵向轴线的转速和传送器12的转速之比必须加以选定，从而使在检验区域20内的每个瓶子在每个镜面的前面完成1/n转的转动。
例如，选定瓶子绕其纵向轴线的转动方向和传送器12的运动方向，从而使在检验区域20内瓶子的转速和传送器的转速可以叠加。例如，根据图3所示，如果传送器12以顺时针方向转动，则在检验区域内必须借助传动皮带24来设定瓶子18的转动(其运动方向如箭头所示)，从而使这些瓶子绕其纵向轴线(逆时针方向)转动。因此，从镜面组34可以看出，由于传送器12的平移运动的结果，瓶子上的一个点是朝着检验区域的右边运动的。在检验区域内瓶子绕其纵向轴线的自身转动运动从镜面组看到这种转动运动的方向与传送器的平移运动方向的相同，故绕其纵向轴的转动被叠加在平移运动上，也就是说被叠加在传送速度上。
此外，在上述实施方案举例中，作为说明的目的曾使用一个线扫描摄象机30。当然，阵列摄象机同样是好用的。这只是一个关于线扫描频率或单一图象频率的问题。目前所能买到的阵列摄象机要比线扫描摄象机慢得多。如果能够得到具有足够高的单一图象频率的阵列摄象机，则这种摄象机可以很容易取代线扫描摄象机。但是在这种情况下，必须牢记当采用具有足够高的单一图象频率的阵列摄像机时，它必须具有一个足够大的探测器阵列，也就是说具有足够大的象素数目。对于一个64×64的探测器阵列和每个区段具有2000个单一图象的单一图象频率，虽然它本身是足够的，如果高度为35或40厘米的瓶子准备用这种阵列摄象机进行扫描，则会出现分辨力太低的问题。
如果采用一个如图6所示的前置或入射照明装置来取代如图1至图5所示的实施例的透射照明装置的形式，则根据图1至图5所示的实施方案举例中所示的镜面安置方案可以使用而不必更改。根据本发明的检验设备的实施方案的第二种形式也可以用来检验半透明的或透明的空心体尽管前面所述的透射照明装置更适用于后者。图6所示实施方案的形式似乎更适用于检验不透明的塑料或金属薄板瓶子或马口铁盒之类空心体。
在图6所示实施方案的形式中，照明装置116具有一个点光源128，它设置在镜面34a-34d的上方并通过一个发散透镜111和一个设置在紧靠该透镜的狭缝光阑112以及通过另一个安置在紧靠瓶子18前面的狭缝光阑113的扇形光束132来照明该瓶子。为清楚说明该照明系统起见在图6中未示出的一个外壳，通常用之来容纳点光源128，发散透镜111和狭缝光阑112、113。由镜面34a-34d所接受的来自瓶子18的图象以参照第一实施方案举例所述的方式进一步进行处理的。唯一的区别是，此处这些图象系由反射的入射光产生出来，而在图1至图5所示实施方案的形式中，图象是由透射光产生的。
权利要求
1.一种用于检验空心体的三维检验设备，它包括一个用以在一圆形轨道上推动空心体通过检验区域而同时使空心体绕着一个平行于圆形轨道的轴线的对称轴线转动的传送装置；一个用以照亮位于检验区域内的空心体的照明装置；一个用以接受由检验区域内的空心体所发出光的光电传感器；一组固定式平面镜，该镜面安置在一光路上而相互间成一角度，其特征在于该照明装置(16，116)均匀地照亮检验区域(20)内的空心体(18)；该光电传感器配合以一个用于图象处理的处理机和监控器的阵列或线扫描摄象机(30)的一部分，一组由n个固定式平面镜(34a-34d)组成的镜面组(34)设置在检验区域(20)和阵列或线扫描摄象机(30)之间，该n个镜面(34a-34d)是按下述方式定角偏置设置的，使光线能从整个检验区域同时被检测到，而且使从检验区域(20)的n个互相邻接的区段射出的光线导向光电传感器上，在每种情况下该光线都经过n个以如此方式偏置的镜面(34a-34d)中的一个镜面，使得n个各来自每个区段的图象由该光电传感器记录。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于该照明装置(16)利用透射照明对检验区域(20)内的空心体(18)进行照明。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于该照明装置(16)利用入射光对检验区域(20)内的空心体(18)进行照明。
4.如权利要求2或3所述的设备，其特征在于该照明装置(16)是一个点光源(128)，它利用一个经过一发散透镜(111)和狭缝光阑(112，113)的扇形光束(132)对检验区域(20)内的空心体(18)进行照明。
5.如权利要求2或3所述的设备，其特征在于该照明装置(16)是利用一个漫射透明板产生一种散射光。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于空心体的转速相对于传送器转速之比选定成使每个空心体(18)在检验区域(20)内总共完成绕其对称轴线转一整圈，并在每个镜面(34a-34d)前完成整转的1/n。
7.如权利要求1至6任何一项所述的设备，其特征在于;在传送器(12)上的空心体(18)之间的相互间隔是检验区域(20)的角宽度的2/n。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于空心体绕其对称轴线转动方向和传送器的运动方向选定成使空心体的转速和传送器的转速在检验区域(20)内是叠加的。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于一个位于另一个后面的镜面(34a-34d)在高度上偏置设置，而且它们相对于垂直方向以及相互间是这样倾斜的，使得在空心体(18)的同一垂直区域内都通过每个镜面(34a-34d)成象到光电传感器上，而且在圆形轨道上安排在一个位于另一个后面的各区域可以借助各镜面(34a-34d)和图象处理机以并列的顺序成象到监控器上。
10.如权利要求1至9任何一项所述的设备，其特征在于所有镜面(34a-34d)的角位置都可调。
11.如权利要求1至7任何一项所述的设备，其特征在于一个反射镜(36)是设置在镜面(34a-34d)的镜面组(34)和光电传感器之间的光线光路(32)上。
全文摘要
一种在圆形轨道上推动空心体通过检验区域的传送器，其中空心体是由照明装置进行均匀照明的。从空心体来的光经过四个镜面组成的镜面组和偏转镜射到一阵列或线扫描摄像机。镜面各为相互间倾斜成一角度的平面镜。空心体在运行经过检验区域的同时完成绕其纵向轴线转一整圈。因此，该四个镜面的镜面组顺序地每次观察到空心体的圆周的1/4。该检验设备特别适合于检验瓶子的螺纹部位，其优点是它不需要有任何运动的部件。
文档编号G01B11/24GK1052947SQ9010984
公开日1991年7月10日 申请日期1990年12月11日 优先权日1989年12月19日
发明者罗伯特·阿普特, 路易-法兰西·波, 卡斯滕·阿厄斯科夫, 乌尔里克·雅各比, 亨里克·斯洛夫 申请人:埃尔帕特朗尼股份公司