CN1607373A - 热容器壁厚度的测量 - Google Patents

Abstract

测量空心玻璃制品(12)的壁厚度的方法和装置包括：测量该制品以第一波长发射的辐射的强度(在18处)，在该第一波长下，强度作为表面温度和表面之间壁厚度的函数而变化；测量所述制品以第二波长发射的辐射的强度(在24处)，在该第二波长下，强度作为制品表面温度的函数变化而与表面之间的壁厚度无关。由于第一强度测量结果是壁厚度和温度两者的函数而第二强度测量结果只是表面温度的函数，故可确定作为第一和第二强度的组合函数的表面之间的壁厚度。

Description

热容器壁厚度的测量

本申请是发明名称为“热容器壁厚度的测量”、申请号为00101056.5、申请日为2000年1月11日的中国申请的分案申请。

本发明涉及诸如空心玻璃容器的玻璃制品的厚度的测量，更详细地说，涉及用来在模制玻璃制品离开模制过程而仍然是热的时候、测量该模制玻璃制品的作为从该制品发射的可见光和/或红外辐射的函数的壁厚度的方法和装置。

已经提出用来在模制空心玻璃容器已经冷却后、即处在制造过程的所谓冷端时测量该容器的壁厚度的若干方法，包括射频、电容和光学的测量方法。但是，在制造过程中最好尽早地(最好在制造过程的所谓热端)获得壁厚度测量结果，以便尽早地实行必要的校正操作，从而减少制造不能令人满意的制品。因此，最好提供一种在模制过程之后尽可能快地测量模制玻璃容器和其它类似制品的壁厚度的技术。

在这之前已经认识到离开模制过程而仍然热的玻璃容器发射红外范围的辐射，并且在致力于确定容器壁厚度特性过程中可以测量这种辐射。例如，美国专利2,915,638号和3,356,212号提出测量从热容器的外表面辐射的红外能量，并且利用所获得的数据推导出容器壁厚度信息。当容器开始冷却时，与较薄的部分相比，容器的较厚的部分将较长时间地保持热状态，因此，容器的较厚部分的外表面温度将比较高。因此，可以从容器的温度分布推导出壁厚度信息。但是，先有技术没有公开用来获得在制造过程的热端的时候容器壁厚度的绝对测量结果，因此，本发明的总的目的是提供这样一种技术。

根据本发明，测量诸如具有内表面和外表面的模制玻璃容器的空心玻璃制品的壁厚度的方法包括以下步骤：测量该制品以第一波长发射的电磁辐射的强度，在该第一波长下，电磁辐射的强度既作为表面温度的函数而变化又作为表面之间的壁厚度的函数而变化；以及测量该制品以第二波长发射的电磁辐射的强度，在该第二波长下，电磁辐射的强度作为制品表面温度的函数而变化，基本上与表面之间的壁厚度无关。由于所述第一强度测量结果既是壁厚度的函数又是温度的函数，而所述第二强度测量结果只是温度的函数，所以，可以作为所述第一和第二强度测量结果的组合函数来确定表面之间壁厚度。(当然，下面将指出，术语“波长”通常将包含一定的波长范围，因为传感器不会只对特定的波长起反应)

在本发明的一些最佳实施例中，由从制品表面的一点发射的辐射而获得所述第一和第二强度测量结果。从这些强度测量结果产生所述制品表面这一点上壁厚度和表面温度的关系。然后，可以测量从所述制品表面上另一点以红外波长发射辐射的强度，在该红外波长下，辐射强度只作为表面温度的函数而变化，于是，可以作为所述强度测量结果和先前产生的壁厚度与表面温度的关系的组合函数来确定所述制品表面另一点上的壁厚度。

在本发明的一些最佳实施例中，所述传感器包括：具有许多感测元件和用来把从容器表面上不同点发射的光能量(可见光和/或红外辐射)聚焦在这些元件上的装置的面阵传感器；以及对从容器表面上单一的点发射的能量敏感的第二传感器。根据对从容器表面上单一的点以第一波长发射的能量敏感的第二传感器的输出、并且根据把以第二波长发射的能量聚焦在同一点并且对该能量敏感的所述面阵传感器的元件的输出获得容器壁厚度的绝对测量结果。给定壁厚度的这种绝对测量结果以及因此给定容器表面这一点上壁厚度和表面温度之间的关系，就可以作为入射在面阵传感器其它元件上、表示外表面温度的能量的函数确定容器表面上其它点的厚度。

在本发明的其它一些最佳实施例中，在两个红外传感器和检查中的容器或其它制品之间设置反射器，使得检测器具有重叠在容器表面上的视野。这样，各检测器同时接收来自容器表面的单一的点或区域的辐射，以便产生代表所述第一和第二波长的辐射强度的相关的信号。所述反射器耦合到电动机或其它合适的机构，以便以这样的方式移动所述反射器，使得检测器的所述重叠的视野有效地扫描容器的表面。这样，可以按照反射器运动的增量来检测所述检测器的输出信号，以便在沿着容器表面的序列位置上检测壁厚度。在本发明的这个实施例中，最好这样移动反射器以及按照容器的运动增量检测检测器的输出信号，以便获得沿着容器整个表面的厚度数据。当检查离开模制过程而仍然热的容器时，可以在沿着进行模制的机器和退火炉之间的线性传送带移动容器时，通过在传送带的两侧设置光学检查系统以便从容器的两侧获得厚度数据，来进行所述检查。

用来既作为容器表面的温度的函数又作为表面之间的厚度的函数来测量辐射强度的第一波长是这样的波长，在此波长下所述制品或容器壁基本上是透明的。用来作为表面的温度的函数而与表面之间的厚度无关地测量辐射强度的第二波长是这样的波长，在此波长下所述制品或容器壁基本上是不透明的。当然，透明度和不透明度是相对的术语。根据本发明，当壁的透射率至少是5％时，容器壁的玻璃成分对于能量基本上是透明的。根据本发明，当壁对于红外能量的透射率小于1％时，容器壁对于能量基本上是不透明的。在本发明的最佳实施例中，既表示玻璃温度又表示壁厚度的能量是可见光能量和0.4至1.1微米红外范围的能量。使所述壁基本上是不透明的、因此使强度作为表面温度的函数变化而基本上与壁厚度无关的能量较好的是4.8至5.0微米的红外范围的能量，而最好是大约5.0微米的红外能量。可以获得具有在这些范围内的响应特性的市场上可以买到的标准的传感器。

根据以下的描述、所附的权利要求书和附图，将最好地理解本发明以及它的其它目的、特征和优点，附图中：

图1是本发明的基本实施例的示意图；

图2是图1实施例的变型的示意图；

图3是本发明的用于围绕空心玻璃容器的整个外表面测量壁厚度的实施例的示意图；

图4是根据本发明的用来测量容器底部壁厚度的装置的示意图；

图5是根据本发明另一个实施例的用来测量容器侧壁厚度的装置的示意图；

图6是类似于图5的但举例说明本发明的另一个实施例的示意图；以及

图7A、7B和7C是举例说明图2的实施例的校准过程的示意图。

图1举例说明根据本发明的基本实施例的用来测量空心玻璃容器12的壁厚度的装置10。从容器12外表面上的点14发射的辐射能量通过透镜16投射在第一传感器18上，并且通过分束器20和透镜22投射在第二传感器24上。如果透镜22布置成把从容器12的点14(该点和发射能量到传感器18的点相同)发射的能量聚焦在传感器24上，则可以省去分束器20。就是说，传感器18、24接收从容器12的外表面上基本上相同的一点14发射的能量。传感器18、24向信息处理器26提供各自的电输出信号，信息处理器26驱动显示器28向系统操作员或用户提供壁厚度信息，并且可以向用来将离开制造过程的容器12分类的适当的装置提供废品信号。显示信息也可以用来控制制造过程。

可包括适当的滤波器的传感器18提供其作为第一波长的辐射强度的函数的电输出信号，在所述第一波长下，容器12的壁基本上是透明的。因此，入射在传感器18上的这种波长的辐射是从容器12的表面12a和12b之间的玻璃体积以及从表面12c和12d之间的玻璃体积辐射的。入射在传感器18上的能量和传感器输出信号的大小既是不同的壁表面的温度的函数，又是两个(近的和远的)容器壁厚度的和、即表面12a与12b之间的厚度和表面12c与12d之间的厚度的和的函数。传统上用于制造容器的玻璃对于0.4至1.1微米波长范围内的能量基本上是透明的，因此，这个范围的波长对于传感器18是最佳的。

也可包括适当的滤波器的传感器24提供其作为第二波长的能量的函数的输出信号，在所述第二波长下，容器12的壁基本上是不透明的。就是说，入射在传感器24上的能量强度作为点14处容器12外表面的温度的函数变化，而基本上与容器外表面和容器内表面之间的壁厚度无关。传统上用于制造容器的玻璃对于4.8至5微米波长范围内的能量基本上是不透明的，因此，大致5微米的波长对于获得这种表面温度测量结果是最佳的。由于传感器18的输出信号既作为容器壁表面温度的函数又作为所述表面之间的厚度的函数而变化，同时，传感器24的输出信号作为容器外表面温度的函数而变化、基本上与所述表面之间的壁厚度无关，所以，信息处理器26可以以各强度测量信号的组合函数的形式来确定表面12a和12b之间以及表面12c和12d之间的绝对壁厚度。

图2图解说明图1中所示的装置的修改的实施例30。在该实施例中，具有相关的透镜16、22的传感器18、24设置在容器12的直径方向上相对的两侧。在检查台30上，诸如底座的装置32在操作上与容器12结合，以便使该容器围绕其中心轴旋转，并且通过编码器34向信息处理器26提供表示容器旋转增量的信号。另一种方法是，可以使容器12按照不变的角速度旋转，而按照时间的相等增量获得容器旋转的增量。在图1和2的两个实施例中，重要的是传感器18。24观察容器外表面上大致相同的点14。在图2的实施例中，传感器18通过容器看到点14。壁厚度的任何不均匀性都可能将传感器18的观察偏离点14。类似地，由于传感器18处的强度信号作为两种壁厚度的函数而变化，所以在每一个实施例中假定这些壁厚度是相同的。在图2的实施例中，容器12可以围绕其轴旋转，并且按照所需要的容器旋转增量获得壁厚度测量结果。

图7A.7B和7C图解说明这种原理。在容器12的每一侧设置传感器24e(4.8至5微米)，而在仅仅在左侧设置传感器18e。如果从各传感器24e接收到的信号是不同的，则取它们的平均值。来自传感器18e的信号和来自传感器24e的平均信号用于确定两倍壁厚度的平均值。侧壁玻璃与壁厚度成正比地冷却下来。因此，可以利用来自左和右壁的传感器24e的信号把两倍壁厚度的平均值转换成左和右壁的厚度。在计算单个点之后，玻璃冷却与厚度成正比的关系可以用来利用来自传感器24e的信号(仅仅正比于温度)确定容器上所有各点的玻璃厚度。在这样的点进行单点校准：在这一点，已知传感器18e透过容器的左侧看到右侧上右传感器24e看到的相同的点。图7A和7B图解说明正确的校准点，而图7C是不正确的校准点。可以利用传感器24e并且寻找其中信号在垂直方向和水平方向的变化表示左侧厚度没有变化的点，来把图7A和7B与图7C区分开。

图3图解说明根据本发明用来围绕容器12的整个外表面测量壁厚度的第三实施例40。四个面阵传感器24a、24b、24c和24d围绕容器12的外圆周、按照90°增量排列成矩形阵列。每一个面阵传感器24a、24b、24c和24d具有相关的透镜22a、22b、22c和22d，用于把从容器12的一个圆周象限发射的能量聚焦在所述面阵传感器上，使得面阵传感器24a、24b、24c和24d总起来说观察到容器12的整个圆周。每一个面阵传感器24a、24b、24c和24d包括许多单独的CCD(电荷耦合器件)感测元件，它们排列成M×N矩形面阵，使得每一个面阵中每一个感测元件接收从容器外表面上相应的点或小区域辐射的能量。设置分束器20，以便抽取从容器外表面上一个特定点14辐射的能量的一部分，并且将这部分能量投射在传感器18上。面阵传感器24a、24b、24c和24d的各种元件对以下波长的能量敏感：在此波长下，例如，在5微米的最佳波长下，能量只作为外表面温度的函数而变化，而与壁厚度无关，同时，传感器18对这样的波长、例如0.4至1.1微米的能量敏感，使得能量强度既作为容器12的各种表面的温度的函数又作为各表面之间壁厚度的函数而变化。传感器18的输出和接收来自容器外表面点14的能量的面阵传感器24a中的特定传感元件的输出被信息处理器26用来获得点14的壁厚度的绝对测量结果，从而建立壁厚度和外表面温度之间的关系。然后，可以利用容器点14处这种温度/厚度关系与由面阵传感器24a、24b、24c和24d上各种其它元件在围绕容器圆周的所有其它点上建立的容器外表面温度结合，以便确定所述传感器阵列看到的每一个其它点上的容器壁厚度。

图4图解说明本发明的用来测量容器12的底部52的厚度的另一个修改的实施例50。与侧壁厚度相比，可以更可靠地获得容器底部厚度的测量结果，因为仅仅涉及单一的壁厚度。面阵传感器24a与透镜22a合作，以便观察容器底部52的整个区域。分束器20仅仅把从容器底部上小区域或点14a发射的能量投射在传感器18上。因此，传感器18的输出既作为点14a处表面温度的函数而变化又作为点14a处内表面和外表面之间的壁厚度的函数而变化，而面阵传感器24中的每一个元件接收这样的能量：该能量的强度作为底部52的内表面上每一个相应点或小区域处温度的函数而变化并且与底部厚度无关。传感器18的输出以及观察容器底部52上点14a的传感器阵列24a的元件的输出被用来确定点14a处的绝对壁厚度，因此建立壁厚度和表面温度之间的关系。信息处理器26(图1)把这种关系与阵列传感器24a上其它元件的输出组合，用于确定整个容器底部其它点的壁厚度。

图5图解说明根据本发明另一个修改的实施例的系统53。在系统53中，具有反射表面56、58的棱镜54是这样定位的，使得检测器18、24穿过透镜16、22的视野重叠在容器12的表面上。反射式棱镜54安装在耦合到电动机或其它合适的致动器62的枢轴60上，以便在信息处理器26的控制下转动反射式棱镜54。随着反射式棱镜54围绕枢轴60旋转，该反射式棱镜在保持重叠的视野的同时起使两个检测器在容器12的表面上扫描的作用。容器12由直线传送带64传送，例如传统上用于在容器离开制造过程从容器模制机到退火炉而仍然是热的时传送该容器的直线传送带。在32a处发送传送带64的线性移动信号，后者在34处被编码，然后被馈送到信息处理器26。因此，信息处理器26可以控制反射式棱镜电动机62的操作，并且可以按照容器沿着传送带64的移动的增量记录检测器18、24的输出，以便随着容器的移动有效地扫描该容器的整个相对的表面。可以在传送带64的相对侧设置相同的系统53，以便扫描容器的表面区域。这样，当容器从模制机传送到退火炉时可以扫描该容器的整个表面区域，并且信息处理器26可以编制和显示容器厚度和该容器轴线上和圆周上两种位置的关系的完整的二维图象。可以使用多于两个的系统53，诸如图3中所示的4个系统。

图6图解说明实施例66，它除了用安装在由电动机62控制的枢轴60上的平反射器或反射镜68代替图5中的反射式棱镜54之外类似于图5的实施例。可以是平的、凹形的或其它合适的几何形状的反射镜68也起以下作用：把检测器18、24的视野反映到容器12的邻近的表面上，使得所述视野重叠在容器表面上。如前所述，根据本发明，反射镜68在信息处理器26的控制下绕枢轴旋转，以便获得厚度数据。

如果玻璃是非常不透明的，则0.4至1.1微米范围的信号不能用来校准4.8至5微米信号。但是，可以利用不同的技术校准正比于表面温度的信号(4.8至5.0微米)。容器中的玻璃总量近于不变量，而其分布可以变化。因此，整个容器的平均壁厚度应当是不变的和已知的。这可以用来校准传感器24的平均信号(4.8至5.0微米)。这种已知的平均厚度使得没有必要进行来自传感器18的单点校准(0.4至1.1微米)。最好获得关于整个容器的表面温度与位置的关系的映象，然后把这种映象与已知的平均壁厚度相结合，以便确定整个容器的实际壁厚度。

Claims (2)

1.一种在模制的空心玻璃制品离开所述模制过程而仍然是热的时测量具有预定的平均壁厚度的所述制品的壁厚度的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)测量由所述制品发射的、表示表面温度的辐射强度；

(b)确定作为在所述步骤(a)中测量的强度和所述预定的平均壁厚度的组合函数的所述制品的壁厚度。

2.权利要求1的方法，其特征在于：

所述步骤(a)包括建立整个所述制品上表面温度和位置的关系的映象；以及

所述步骤(b)包括确定作为所述映象和所述平均壁厚度的组合函数的壁厚度的步骤。

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