Пристрій для контролю за відхиленнями параметрів тари та спосіб його здійснення

Винахід стосується контролю за відхиленнями від технічних умов параметрів прозорої тари, які впливають на оптичні властивості тари, а більш конкретно - способу і пристрою для контролю тари і визначення відхилень параметрів напружених станів і непрозорих включень у тарі в одній системі контролю якості з використанням одного джерела світла. При виготовленні прозорої тари, такої як скляні пляшки і банки, у стінках, п'ятках, дні, плечах і/або горлечках тари можуть виникати різні типи аномалій. Ці аномалії, котрі у техніці називаються «відхиленнями, параметрів від технічних умов», впливають на промислове застосування тари. Для виявлення відхилень від технічних умов параметрів, які впливають на оптичні властивості тари, були запропоновані електрооптичні методи контролю. Основний принцип полягає в тому, що джерело світла спрямовують так, щоб світловий пучок(«світлову енергію») направити на тару, а камеру орієнтують таким чином, щоб одержати зображення частини тари, освітленої за допомогою джерела світла. Джерело світла може мати однорідну інтенсивність або може приймати таку конфігурацію, при якій інтенсивність буде змінюватися по одній координаті джерела світла. Відхилення параметрів від технічних умов у частині тари, освітленій за допомогою джерела світла, виявляють у залежності від інтенсивності світла в зображенні освітленої тари, яке приймають і зберігають у камері. У патентах США №№4378493,4378494, 4378495 і 4601395, автором яких є заявник даної заявки, розкриті методи контролю, у яких скляна тара переміщується через ряд позицій або систем, де вона проходить фізичний і оптичний контроль. В одній системі оптичного контролю скляна тара утримується у вертикальному положенні й обертається навколо своєї центральної осі. Розсіяний світловий пучок, який падає з джерела світла, спрямовують через стінку тари. Камеру, яка містить у собі безліч світлочутливих елементів, орієнтованих у лінійній матриці паралельно вертикальній осі тари, орієнтують для прийому світлового пучка, який проходить через вертикальну смужку стінки тари. При дискретному повороті тари здійснюють вимірювання вихідного сигналу, який поступає від кожного елемента лінійної матриці, і у випадку, коли розмір найближчих сигналів відрізняється від попередньо обраного граничного значення, виробляють сигнали події. У результаті одержують відповідний сигнал відбраковування, і тару відбраковують із конвеєрної лінії. Проблема, з якою стикаються при виготовленні тари із скла, яке використовується вдруге, полягає в тому, що в одній посудині в процесі змішування можуть опинитися матеріали з різними характеристиками теплового розширення. Наприклад, відомо, що прозорі продукти варіння, які мають дуже низькі характеристики теплового розширення, можуть бути змішані зі склом для вторинного використання. Будьякі нерозплавлені частинки продуктів варіння, які з'являються у тарі, при охолодженні утворюють центри напруження, котрі можуть привести надалі до тріщин, або ділянки для виникнення більш пізніх руйнувань. Інші неоднорідності, які можуть виникати в склі і викликати відхилення параметрів напруженого стану, містять у собі «камені» або шматочки відбиваючого матеріалу, котрі потрапляють із каналу живильника скла або жолоба. Таким чином, необхідно розробити спосіб і систему для виявлення відхилень параметрів напруженого стану і непрозорих ненапружених включень у тарі. Однак, через обмеженість простору існуючих систем контролю розміщення додаткових пристроїв контролю ускладнено в системах контролю якості. Для виявлення відхилень параметрів напруженого стану в стінках тари були запропоновані схрещені поляризатори. Світловий пучок, який пройшов через схрещені поляризатори і через тару, розміщену між схрещеними поляризаторами, звичайно представляє собою зображення у вигляді темної ділянки у відеокамері, у випадку, коли на стінках тари відсутні відхилення параметрів напруженого стану. Однак, відхилення параметрів напруженого стану приводить до відхилення поляризації світлового пучка, який проходить через тару, що досить для одержання на камері світлої плями на фоні темного поля, яке вказує на відхилення параметрів напруженого стану. Наприклад, у патенті США №4026656, автором якого є заявник даного винаходу, обговорюється таке технічне вирішення, засноване на використанні фона, і в якому пропонується використовувати інфрачервоний світловий пучок і інфрачервоні поляризаційні фільтри для зменшення ефектів засвітлювання навколишнім світлом. Основне завдання даного винаходу полягає у виконанні способу і пристрої для контролю прозорих скляних виробів, зокрема, скляної тари, з метою виявлення відхилень від технічних умов, які впливають на оптичні характеристики тари. Більш специфічне завдання даного винаходу полягає у розробці способу і пристрою описаного характеру, які більш підходять для виявлення як відхилень параметрів напруженого стану, так і відхилень параметрів непрозорих включень(у напруженому і ненапруженому стані) у тарі. Інше завдання даного винаходу полягає у розробці способу і пристрої описаного характеру для виявлення відхилень параметрів напруженого стану і ненапружених включень у тарі в одній системі контролю якості з використанням одного джерела світла. Додаткове завдання даного винаходу полягає у розробці способу і пристрою описаного характеру, які є економними при реалізації і надійними протягом тривалого терміна експлуатації. Інше завдання даного винаходу полягає у розробці способу і пристрою описаного характеру, адаптованих для подальшої реалізації в одиночній системі контролю якості існуючого пристрою контролю якості тари. Пристрій для контролю за відхиленнями параметрів тари, які впливають на промислове застосування тари, відповідно до даного кращого варіанта здійснення винаходу, містить джерело світла для спрямовування розсіяного, поляризованого світлового пучка через тару, при обертанні тари відносно своєї осі. Перша камера розміщена для прийому розсіяного і поляризованого світлового пучка, який проходить від джерела світла через частину тари, причому перша камера дозволяє одержати зображення частини тари, на якому непрозорі відхилення виглядають темними на світлому фоні. На другу камеру падає світловий пучок, який проходить від джерела світла через ту ж саму частину тари, і містить поляризатор із схрещеною орієнтацією площини поляризації відносно поляризатора джерела світла. Друга камера відтворює світле на темному фоні зображення відхилень параметрів напруженого стану в тарі, які змінюють поляризацію розсіяного і поляризованого світлового пучка, котрий пройшов через тару. Процесор зображення зв'язаний з обома камерами для того, щоб одержати зв'язані зображення частини тари, яка знаходиться в полі зору камери для виявлення і розпізнавання різниць між і серед відхилень параметрів у тарі. Перша і друга камери містять у собі датчики з лінійними ПЗЗ-матрицями, орієнтовані в напрямку, компланарному один до одного і до осі тари. Пристрій обробки інформації сканує датчики з лінійними матрицями, розташованими в камерах, при дискретному повороті тари для одержання відповідних розгорнутих зображень контрольованої частини тари. Відхилення параметрів від норми виявляють і розпізнають у ході порівняння цих двовимірних зображень шляхом одночасного відтворення двовимірних зображень для подальшого аналізу за допомогою оператора і/або за допомогою автоматичної системи електронного порівняння зображень із використанням сигналів, отриманих від окремих елементів зображення. Перша камера в переважному варіанті здійснення винаходу розташована діаметрально протилежно до джерела світла за тарою, тоді як друга камера розташована під першою камерою, яка передає вигляд тари під кутом, спрямованим вгору. У поле зору другої камери потрапляє п'ятка тари, у якій відхилення параметрів напруженого стану, які впливають на поляризацію світлового пучка, можуть бути особливо сильними через ударні впливи, які звичайно прикладаються до п'яткової частини тари під час використання. Джерело світла в переважному варіанті здійснення винаходу містить флуоресцентне джерело, яке має високу потужність у видимому діапазоні спектра, переважно в діапазоні колірних температур приблизно 3000 - 5000К. Таким чином, винахід можна легко виконати за допомогою однієї існуючої системи контролю якості шляхом розміщення джерела світла в межах дуги переміщення тари через систему контролю, і розміщення камер на опорному кронштейні системи одна над одною і поза такою дугою переміщення. Сутність винаходу ілюструється посиланням на супровідні креслення, на яких зображено: фіг.1 схема електрооптичного пристрою для виявлення відхилень параметрів напруженого стану і непрозорих включень у тарі, відповідно до одного переважного варіанта здійснення даного винаходу; фіг.2 вид зверху пристрою згідно з фіг.1; фіг.3А і 3Б двовимірні зображення тари, отримані при використанні пристрою згідно з фіг.1 і 2. На фіг.1 і 2 зображенийпристрій 10 для контролю тари 14, відповідно до одного переважного варіанта здійснення винаходу. Джерело світла 16 містить одну або декілька вертикально орієнтованих флуоресцентних ламп 18, які працюють разом із дифузором 20, який утворює розсіяне світло в широкому діапазоні спектра. Світловий пучок через дифузор 20, першу поляризаційну лінзу 22 спрямовують на тару 14. Перша камера 24 розташована діаметрально протилежно до джерела 16 світла за тарою 14, і містить датчик 26 із лінійною ПЗЗ-матрицею, на який фокусують світловий пучок, який падає у вигляді вузької смужки тари 14, від джерела 16 світла. Друга камера 28 розміщається під камерою 24 і містить датчик 30 із лінійною ПЗЗ-матрицею, на який фокусують через другу поляризаційну лінзу 32 світловий пучок, який падає у вигляді вузької смужки тари 14, від джерела 16 світла. Таким чином, камера 28 дозволяє одержати вигляд тари 14 під невеликим кутом, спрямованим вгору, який містить у собі зображення п'ятки тари 14. Поляризаційні лінзи 22, 32 поляризовані в поперечному напрямку одна відносно одної. Датчики 26, 30 із лінійною матрицею є компланарними по відношенню один до одного і компланарними до осі тари 14. Лінійні координати матриць 26, 30 компланарні одна до одної і до осі тари 14. Лінійна координата матриці 26 проходить паралельно осі тари, а лінійна координата матриці 30 розташована під невеликим кутом до осі тари. Такий кут буде залежати від викривлення п'ятки і складає, переважно, приблизно 6°. Переважно, щоб обидві камери 24, 28 забезпечували перегляд вузької смужки тари від п'ятки до горлечка. В даний час для одержання світла у видимій частині оптичного спектра перевага віддається джерелу 16 світла, яке містить у собі одну або декілька флуоресцентних ламп 18, у порівнянні з накалювальними джерелами світла, типові для попереднього рівня техніки. Поляризаційні лінзи для білого світла набагато дешевші, ніж поляризатори для інфрачервоного або ближнього інфрачервоного світла, яке одержують за допомогою накалювальних джерел світла. Лампа 18 у переважному варіанті здійснення винаходу містить одну або декілька ламп, які мають високу вихідну потужність і працюють у видимому діапазоні оптичного спектра. Існує компроміс між частотними характеристиками датчиків 26, 30, які звичайно мають більш високу чутливість в інфрачервоному діапазоні спектра, і ціною поляризаційних лінз 22, 32, котрі дешевші для лінз у видимому діапазоні спектра. Діапазон колірних температур джерела світла, який складає приблизно 3000 - 5000К, є в даний час переважним, причому найбільш переважна колірна температура дорівнює 3000К. Конвеєр 34, котрий звичайно містить у собі храповик(не показаний) і рухому пластину 36, розміщену і під'єднану до джерела подачі тари для того, щоб переміщувати послідовно розташовану тару по дуговій траєкторії 38(фіг.2) і переводити послідовно розташовану тару в позицію пристрою 10, який розташований в одній системі пристрою контролю кількості тари з храповиком-конвеєром. Конвеєр 34 і вся система контролю можуть мати будь-який відповідний тип, наприклад, як показано в патенті США №4230319 і №4378493, які приведені тут у якості посилання. Камери 24, 28 встановлюються з регулюванням одна над одною на опорному кронштейні 37 камери, який проходить у напрямку від конвеєра 34. Послідовно розміщена тара утримується у фіксованому положенні між джерелом світла 16 і камерами 24, 28, і обертається за допомогою ведучого ролика 39 подібного елемента відносно центральної осі тари. Кодер 40 зв'язаний із механізмом повороту тари для того, щоб одержати сигнали, які показують збільшення повороту тари. Такі прирощення можуть містити або фіксовані кутові збільшення повороту або фіксовані інтервали часу при постійній швидкості. Пристрій обробки інформації 41 під'єнано до кодера 40 і до камери 24, 28 для сканування датчиків 26, 30 при прирощенні повороту тари, і одержання відповідних двовимірних електронних зображень тари 14. Ці двовимірні зображення виконані по одній лінійній координаті за допомогою сигналів, які поступають із послідовно розташованих елементів відповідних датчиків лінійної матриці, і по другій координаті за допомогою сигналу від прирощення повороту тари. У процесі роботи послідовно розташована тара 14 переміщується за допомогою конвеєра 34 у положення між джерелом світла 16 і камерами 24, 28. Тара потім утримується у фіксованому положенні й обертається відносно центральної осі. Розсіяний і поляризований світловий пучок, спрямований від джерела світла 16, падає через тару 14 на матрицю 26 камери 24, яка таким чином формує світле фонове зображення. Будь-які відхилення параметрів непрозорих включень у тарі будуть блокувати або поглинати передачу світлового пучка з джерела 16 світла в матрицю 26 камери так, що такі відхилення параметрів непрозорих включень утворять темні зображення на світлому фоні. Термін "відхилення параметрів непрозорих включень" охоплює не тільки відхилення параметрів, які впливають на блокування або поглинання світлового пучка, але також відхилення параметрів заломлення, які мають таку величину, що дозволяє ефективно заломлювати світловий пучок і викликати його проходження за межі камери 24 і відхилення параметрів відбиття, які приводять до відхилення світлового пучка за межі камери. Іншими словами, відхилення параметрів, яке приводить до блокування або поглинання світлового пучка в тарі, відхилення параметрів, яке приводить до рефракції світлового пучка за межі камери, і відхилення параметрів, яке приводить до заломлення світлового пучка за межі камери, будуть усі виникати в матриці 26 камери 24 у вигляді темного зображення на світлому фоні. У той же час, поляризований, розсіяний світловий пучок із джерела світла 16 падає в камеру 28, проходячи через тару 14 і поляризатор 32, встановлений перед камерою 28. Схрещені орієнтації поляризаційних лінз 22, 32 звичайно створюють у матриці 30 камери 28 темний фон або поле. Однак, будь-які відхилення параметрів·тари 14, такі як відхилення параметрів напруженого стану в стінці тари, які змінюють поляризацію світлового заломленого світлового пучка, проявляються в матриці 30 камери 28 у вигляді світлого зображення на темному полі або фоні. На фіг.3А і 3Б зображені розгорнуті двовимірні зображення тари 14, яка проглядається за допомогою пристрою 41 обробки інформації камерами 24, 28, відповідно, під час одного повороту тари. Наприклад, ненапружений стан, викликаний каменем, показано за допомогою темного зображення 50 на фіг.3А, і, відповідно, світлого зображення на тому ж самому положенні х-у на фіг.3Б. Камінь, який приводить до напруженого стану, показаний за допомогою темного зображення 52а(фіг.3А), і відповідне темне зображення 52b(фіг.3Б), оточене світлим зображення 52с зони напруженого стану, яка оточує камінь. Зображення 50, 52а показують розміри каменів. Світле зображення 54(фіг.3Б), зв'язане з відсутністю зображення у відповідному місці(фіг.3А), може показати відхилення параметрів напруженого стану, викликане включенням шматочка або частинки прозорого продукту варіння, який має подібні характеристики прозорості, але теплові характеристики, відмінні від теплових характеристик навколишнього скла в стінці тари. Подовжене світле зображення 56(фіг.3Б), яке виділяється на темному фоні, може вказувати на розсклування в стінці тари. Відхилення, викликані напруженим станом у тарі, можуть вказувати на зони хитливого стану в тарі, які можуть піддатися руйнуванню при ударі під час звичайного користування тарою(«під час розвантажно-навантажувальних робіт і транспортування»), або в результаті теплового напруження при наповненні тари або зіткнення з нею. П'ятка тари, тобто, частина тари, яка з'єднує стінку тари з дном тари, є особливо чутливою до включення з відхиленнями параметрів напруженого стану, тому що п'яткова частина тари частіше піддається напрузі й удару під час нормального використання. Таким чином, особливо важливою перевагою поданого винаходу(фіг.1) є той факт, що камера 28 передає зображення тари 14 під невеликим кутом, спрямованим знизу вгору, який містить у собі цілком п'яткову частину тари. Пристрій обробки інформації 41 під'єднується до пристрою 44 відображення для одночасного показу оператору розгорнутого двовимірного зображення(наприклад, фіг.3А і 3Б), яке надходить з камер 24, 28. Оператор може аналізувати відображувану таким чином інформацію і виконувати відповідні виправлення у виробничому циклі. З іншого боку або одночасно, пристрій 41 обробки інформації може автоматично, електронним способом порівнювати двовимірні зображення за допомогою відповідного методу порівняння елементів зображення, щоб виконати автоматичну корекцію процесу виробництва [див., наприклад, патент США №4762544] і/або активізації механізму 42 для відбраковування або видалення з конвейєрної лінії тари, яка не відповідає технічним умовам. До того ж невигідно повторно використовувати тару, яка має камені, оскільки камені можуть повторюватися в новій тарі, виконаній з повторно використовуваного скла. Інформацію, отриману за допомогою даного винаходу, можна використовувати, щоб дати більш точні показання відбракованоїтари, яку не можна використовувати повторно. Забезпечення розгорнутих двовимірних зображень, призначених для аналізу, тобто, зображень, які одержують за допомогою оптичних методів розпізнавання, які реагують на розпізнавання типів відхилень, забезпечує підвищені можливості класифікації відхилень, наприклад, за розміром, формою і параметрами напруженого стану або за відсутністю параметрів напруженого стану. Процесор зображення може легко класифікувати тип відхилення, такий як напружений камінь, не напружений камінь, грузлий вузол, міхур, розрив стрічки, домішки і так далі. Таким чином, відповідно до даного винаходу, подані спосіб і пристрій для контролю виробів, виготовлених із скла, таких як тара, для визначення відхилень параметрів від технічних умов, які впливають на оптичні характеристики тари, особливо відхилення параметрів напруженого стану і непрозорих включень у тарі. Спосіб і пристрій винаходу можна реалізувати, використовуючи порівняно недорогий матеріал для поляризатора, який реагує на світловий пучок у видимій ділянці спектру. Винахід можна реалізувати, використовуючи разом із прозорим(оптичним склом) і кольорове(наприклад, янтар) скло. Спосіб і пристрій винаходу можуть бути здійснені в одному пристрої в системі контролю якості тари, використовуючи одне джерело світла, із можливістю легкої модернізації існуючих систем контролю тари храпового чи іншого типу.