[发明专利]透明物件厚度的光学测量方法

说明书

本发明涉及例如玻璃和透明的塑料容器等物件壁厚的测量方法，并且，更具体地涉及为此目的光学（非接触）设备的运用。

近年来，玻璃器皿容器工业一直在努力争取以更高的速度生产更轻的玻璃瓶。这就提出了对监控容器壁厚的日益增长的需要，以免出现在装料、处理或加压等过程中可能使瓶子破碎或断裂的薄区域。壁厚也是生产过程控制的重要的特性。

目前的商用厚薄规一般利用玻璃的高介质常数，通过测量靠近玻璃表面的两个电极间的电容量而测量其厚度。但是，由于需要使两个测量电极实际接触或靠近玻壁而限制了操作速度和使用寿命。

若干专利公开了使用非接触方法的光学量规来测量玻璃壁厚的方法。这类先有技术的专利包括有：第3，994，599号美国专利（同玻管的轴线垂直地射入激光，测量来自内壁与外壁的反射光）;第3，307，446号美国专利（利用限定测量窗口界限的转轮测量非垂直射入的光线从玻管内、外侧壁所反射出的光线）;第3，807，870号以及3，989，380号美国专利。第4，120，590号美国专利公开了一种方法，该方法利用射向透明容器的侧壁的若干光束分量，测量所有光束分量从其前、后壁的反射。将反射光束导引到与该容器处的映象平面共轭的检测器平面上，以形成一对同平面映象。一般认为，测量这两个映象间的平均距离就可求出一个与该系统的光轴上某一点处的容器厚度成正比的值。

本发明的主要目的是要提供用于测量玻璃器皿物件壁厚的非接触型厚薄规，以避免电容厚薄规所包括的不希望有的速度局限性和使用寿命短等方面的缺点。

另一个目的是要提供可相当准确地测量具有偏离理想圆筒形表面的内壁角偏量的容器的测量方法。最好是，该系统应能容许该系统的各光学部件相对于容器的方位的变化。

为了达到上述和另外的目的，本发明提供用于借助位于远处的光学传感器来检测旋转的透明容器壁厚的设备。本发明提供了用于射出与容器的半径构成一锐角的平行的（λ射）光束的装置。使在外侧壁上反射的一部分光束（反射光线）通过透镜系统到达直线型光敏元件阵列，同时，折射部分继续行进，到达内侧壁的“内测量点”上。在内侧壁上反射并反向射向外侧壁的光线与外侧壁相交于“二次外测量点”上，在该点上、光束再次分裂，并且，其中的较大部分向外折射，构成“折射光线”。这部分折射光线也由所述透镜系统偏转到该直线型光敏元件阵列。对于理想（柱形）容器来说，反射光线和折射光线与直线型光敏元件阵列的交点间的间距的测量值正比于壁厚。最好是，入射光线、反射光线和折射光线都基本上位于水平基准平面上，该基准平面内也含有该直线型光敏元件阵列。可以提供用于使瓶子旋转的装置，以便在对应于基准平面的高度上用圆周扫描的方法测量壁厚。

本发明的主要方面是透镜系统和该系统的其他光学部件的设计和布局，以便减小因容器内壁上的局部角偏移而造成的厚度测量误差。理论上，应当把透镜系统设计成使外测量点和内测量点的虚象都在透镜的物平面中，而在该光敏元件阵列处的各映象点都在透镜的映象平面中，从而，使映象点的位置在理论上与内壁偏移无关。在这方面，申请人已经证明：如果使入射光线与容器的半径构成大约37.5°角，则可获得最佳测量结果。利用容许反射光线和折射光线在更大范围内取向和定位的透镜（例如，菲耳和全息透镜）可获得最好的测量结果。“入射光线”的最佳形式是具有窄的水平尺寸和拉长的垂直尺寸的高亮度光束。

下面以结合附图详细说明最佳实施例的形式，对本发明的上述和其他方面进行说明，其中：

图1是理想的圆筒形透明容器的四分之一水平剖面的光线轨迹简图;

图2是对应于图1的光线轨迹简图，描绘虚象的形成和内壁角偏量范围内的光束;

图3是对应于图1的扩展的光线轨迹的简图，示出发光源和检测光线的光学装置;

图4是在观测现场的实施本发明的测量壁厚的厚薄规与相关的容器操纵设备的示意透视图。

现参考图1的光线轨迹简图，以便详述当应用于理想的圆筒形透明容器时，作为本发明的壁厚测量系统的基础的几何学原理。该系统利用一种基本上在水平基准平面内的平行光束，该光束照射旋转的容器，被该容器的侧壁反射和折射，然后被测量。由于该光束在基准平面中的宽度较窄而可以用一条光线来模拟，因而，下面的讨论假设了这一点。