BRPI0713464A2 - aparelho e método para medir a espessura de parede lateral de recipientes transparentes não redondos - Google Patents
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Abstract
APARELHO E MéTODO PARA MEDIR A ESPESSURA DE PAREDE LATERAL DE RECIPIENTES TRANSPARENTES NãO REDONDOS. Trata-se de um aparelho para inspecionar a espessura de parede lateral de um recipiente transparente não redondo incluindo um transportador (14) para prender um recipiente (12) em uma posição fixa e girar o recipiente ao redor de um eixo geométrico (16). Uma fonte de luz (18) direciona energia de luz para a parede lateral do recipiente no transportador. Um sistema de lente anamórfica (22) sendo dotado de um eixo geométrico de sistema de lente (46) direciona para um sensor de luz (18) a energia refletida das partes das superfícies interna e externa das paredes laterais de recipiente que são substancialmente paralelas ao eixo geométrico do sistema de lente. Um processador de informação (26) é responsivo ao sensor para determinar a espessura de parede lateral em incrementos da rotação do recipiente como uma função de separação no sensor entre as energias de luz refletidas das superfícies interna e externa das paredes laterais do recipiente.
Description
Relatório Descritivo ua Patente de Invenção para "APARELHO E MÉTODO PARA MEDIR A ESPESSURA DE PAREDE LATERAL DE RECIPIENTES TRANSPARENTES NÃO REDONDOS"
A presente invenção refere-se à inspeção de recipientes trans- parentes para variações comerciais que afetem as propriedades ópticas dos recipientes. Especificamente, a invenção se refere a um aparelho e método para medir eletroopticamente a espessura de parede lateral de recipientes transparentes não redondos.
Antecedentes e Sumário da Invenção
Foram empregadas técnicas eletroópticas para medir a espessu- ra de parede lateral de recipientes transparentes. Por exemplo, a Patente U.S. 6.806.459 descreve um aparelho e método para medir a espessura de parede lateral de um recipiente, que inclui um transportador para mover o recipiente transversalmente de seu eixo geométrico através de uma estação de inspeção enquanto simultaneamente gira o recipiente ao redor de seu eixo geométrico "rolando" o recipiente ao longo de um trilho na estação de inspeção. Uma fonte de luz e um sistema de lente de iluminação direcionam para a parede lateral do recipiente um feixe de luz em forma de linha sendo dotado de uma dimensão longa perpendicular ao eixo geométrico do recipi- ente, paralelo à direção do movimento através da estação de inspeção e uma extensão suficiente para iluminar a parede lateral do recipiente à medi- da que a mesma é rolada ao longo do trilho na estação de inspeção. Um sistema de lente de formação de imagem anamórfica para um sensor de luz de energia de luz de partes das superfícies de parede lateral externa e inter- na que são perpendiculares à energia de luz de iluminação. Um processador de informação é responsivo à energia de luz direcionada para o sensor de luz pelo sistema de lente de formação de imagem para determinar a espes- sura do recipiente entre as superfícies de parede lateral externa e externa à medida que o recipiente é rolado ao longo do trilho. Apesar do aparelho e método descritos na patente observada serem bem adequados para medir a espessura de parede lateral de recipientes redondos, tal aparelho e método não são bem adequados para medir espessura de parede lateral de recipien- tes não redondos que não possam ser rolados ao longo do trilho na estação de inspeção. A Patente U.S. 5.291.271 descreve um aparelho e método para medir eletroopticamente a espessura de uma parede de recipiente. Uma fon- te de luz direciona um feixe de luz para a superfície externa do recipiente em um ângulo de maneira que aquela parte do feixe de luz seja refletida da su- perfície externa, e uma parte seja refratada na parede do recipiente, refletida da superfície de parede interna e então re-emerge da superfície de parede externa. Um sistema de lente está disposto entre um sensor de luz e uma parede de recipiente para focar para a energia de sensor de luz refletida das superfícies de parede externa e interna. O sistema de lente é dotado de um plano de imagem no qual o sensor está disposto e um objeto plano colinear com o feixe de luz de iluminação. O recipiente é preso na posição fixa e gi- rado ao redor do ser eixo geométrico. Um processador de informação exa- mina o sensor e incrementa uma rotação de recipiente, e determina espes- sura de parede do recipiente entre as superfícies interna e externa como uma função da separação entre os pontos de incidência das energias de luz refletidas no sensor. Apesar do aparelho e método descritos nessa patente serem novamente bem adequados para medir a espessura de parede lateral dos recipientes redondos, tal aparelho e método não são adequados para medir espessura de parede lateral de recipientes não redondos visto que o feixe de iluminação não podem rastrear ondulações na parede lateral de um recipiente não redondo à medida que o recipiente gira. É um objetivo geral da presente descrição proporcionar um aparelho e método para medir es- pessura de parede lateral de recipientes transparentes não redondos.
A presente descrição incorpora um número de aspectos que po- dem ser implementados separadamente de ou em combinação um com o outro.
Um aparelho para inspecionar espessura de parede lateral de recipientes transparentes não redondos, de acordo com um aspecto da pre- sente descrição, inclui um transportador para prender um recipiente em uma posição fixa e girar o recipiente ao redor de um eixo geométrico. Uma fonte de luz direciona energia de luz do recipiente no transportador. Um sistema de lente anamórfica sendo dotado de um eixo geométrico de sistema de len- te direciona para a energia de sensor de luz refletida das partes das superfí- cies interna e externa da parede lateral de recipiente que são substancial- mente paralelas ao eixo geométrico do sistema de lente. O termo " substan- cialmente paralelas" significa que as superfícies de parede lateral de recipi- ente são paralelas ao eixo geométrico do sistema de lente em um ângulo de aceitação do sistema de lente, como, por exemplo, um ângulo de aceitação do 15 na modalidade exemplificativa da descrição. Um processador de in- formação é responsivo ao sensor para determinar espessura de parede Iate- ral em incrementos de rotação de recipiente como uma função de separação no sensor entre as energias de luz refletidas das superfícies interna e exter- na da parede lateral do recipiente.
Um aparelho para inspecionar a espessura de parede lateral de recipientes transparentes não redondos, de acordo com outro aspecto da presente descrição, inclui um transportador para apresentar os recipientes em seqüencia e prender cada recipiente sucessivamente na posição fixa ao mesmo tempo em que gira o recipiente ao redor de um eixo geométrico. Uma fonte de luz direciona a energia de luz para uma parede lateral de um recipiente à medida que é preso e girado no transportador. Um sistema de lente anamórfica sendo dotado de um eixo geométrico de sistema de lente para uma parte de sensor de luz da energia de luz refletida das superfícies interna e externa da parede lateral do recipiente em planos substancialmente perpendiculares para o eixo geométrico do sistema de lente. O termo "subs- tancialmente perpendicular" se refere à energia de luz refletida em planos perpendiculares ao eixo geométrico do sistema de lente em um ângulo de recebimento estreito do sistema de lente, como, por exemplo, 19 na modali- dade exemplificativa da descrição. A parte de energia de luz refletida das superfícies interna e externa da parede lateral do recipiente em planas subs- tancialmente perpendiculares para o eixo geométrico do sistema de lente arrasta para trás e para frente ao longo do sistema de lente anamórfica, à medida que o recipiente gire, devido à forma não arredondada do recipiente. Um processador de informação é responsivo ao sensor de luz para determi- nar a espessura de parede lateral em incrementos da rotação do recipiente como uma função de separação no sensor entre as partes de energia de luz refletidas das superfícies interna e externa da parede lateral do recipiente.
Um método de inspeção de espessura de parede lateral de reci- piente não redondo, de acordo com um aspecto adicional da presente des- crição, inclui prender o recipiente em posição fixa ao mesmo tempo em que gira o recipiente ao redor de ume eixo geométrico. Um feixe de luz em forma de linha é direcionado para uma parede lateral do recipiente, com o feixe de luz em forma de linha sendo dotado de uma dimensão longa perpendicular ao eixo geométrico de rotação. As partes de feixe de luz refletidas das su- perfícies interna e externa da parede lateral de recipiente são substancial- mente perpendiculares à energia de luz direcionada à parede lateral de reci- piente, conforme visto de uma direção paralela para o eixo geométrico são direcionadas para um sensor de luz. A espessura da parede lateral de reci- piente é determinada em incrementos da rotação do recipiente como uma função de separação no sensor entre as partes de energia de luz refletidas das superfícies interna e externa.
Breve Descrição dos Desenhos
A descrição, juntamente com objetivos, características, vanta- gens e aspectos adicionais da mesma, serão mais bem compreendidos da descrição que se segue, das reivindicações em anexo e dos desenhos que a acompanham, nos quis:
A Figura 1 é um diagrama esquemático de um aparelho de me- dição de espessura de parede lateral de acordo com uma modalidade e- xemplificativa da presente descrição;
A Figura 2 é um diagrama esquemático de uma parte do apare- lho ilustrado na Figura 1 ilustrando o sistema de lente de iluminação e de formação de imagem da modalidade exemplificativa em maiores detalhes;
A Figura 3 é uma vista em plano superior do sistema de lente de iluminação da Figura 2, sendo tomada da direção 3 na Figura 2;
A Figura 4 é uma vista em plano superior do sistema de lente de formação de imagem da modalidade exemplificativa da Figura 2, sendo to- mada da direção 4 na Figura 2;
A Figura 5 é uma ilustração esquemática das reflexões e frações da energia da luz em uma parede lateral de recipiente, sendo ampliada da parte da Figura 2 na área 5; e
As Figuras de 6A a 6K são diagramas esquemáticos que ilus- tram reflexões da parede lateral de recipiente em estágios sucessivos de rotação do recipiente.
Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas
A Figura 1 é um diagrama esquemático de um aparelho 10 para inspecionar a espessura de parede lateral de um recipientes transparentes não redondos 12, como, por exemplo, recipiente de vidro, de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente descrição. O aparelho 10 inclui um transportador 14 para apresentar recipientes seqüenciais 12, prender cada recipiente 12 sucessivamente na posição fixa e girar o recipiente ao redor do eixo geométrico 16. O eixo geométrico de rotação do recipiente é preferivelmente coincidente com o eixo geométrico central do recipiente, a- pesar do eixo geométrico de rotação poder se afastar do eixo geométrico central do recipiente devido à oscilação ou coisa parecida provocada pela má formação do recipiente. Um transportador exemplificativo 14 para apre- sentar recipientes não redondos seqüenciais sucessivamente para inspeção, prender os recipientes na posição fixa e girar os recipientes ao redor de um eixo geométrico para inspeção está ilustrado na Patente U.S. 6.557.695. Ver também a Patente U.S. 4.124.112. podem ser empregados outros transpor- tadores.
Uma fonte de luz 18 está disposta para direcionar energia de luz através de um sistema de lente de iluminação 20 para uma parede lateral de recipiente 12 presa e girada no transportador 14. A energia de luz refletida das superfícies interna e externa da parede lateral de recipiente é direciona- da por um sistema de lente de formação de imagem anamórfica 22 para um sensor de luz 24. Um processador de informação 26 é responsivo para o sensor 24 para determinar a espessura de parede lateral em incrementos de rotação de recipiente como uma função de separação no sensor entre as energias de luz refletidas das superfícies interna e externa da parede lateral de recipiente. A informação da espessura de parede lateral pode ser apre- sentada para um operador em um monitor 28 e/ou pode ser usada pelo pro- cessador de informação para ativar um mecanismo de rejeito associado ao transportador para separar os recipientes sendo dotados de uma espessura de parede lateral externa de uma variação desejada. Os dados de espessura de parede lateral podem, naturalmente, ser armazenados ou usados de ou- tro modo para análise e controle de sistema de produção.
As Figuras 2 e 3 ilustram uma modalidade exemplificativa do sistema de lente de iluminação 20 em maiores detalhes. A fonte de luz 18, que é preferivelmente um laser que proporciona um feixe de saída colimado de diâmetro pequeno, direciona o feixe de saída através do sistema de lente de iluminação 10. O feixe é difundido em um circulador pela lente 30 e coli- mado pela lente 32. Esse feixe é convergido pela lente 20 em um feixe de luz muito estreito ou em forma de linha no local médio da lateral do recipien- te, preferivelmente uma posição ao redor do centro entre a posição da pare- de lateral da Figura 6A e na posição da parede lateral da Figura 6F. Esse feixe de luz em forma de linha 36 (Figura 3) é preferivelmente dotado de uma dimensão longa perpendicular ao eixo geométrico 16. A extensão do feixe de luz em forma de linha 36 é coordenada com a dimensão do recipien- te para produzir reflexos através das posições das Figuras de 6A a 6K. Na modalidade exemplificativa ilustrada da descrição, o sistema de lente de ilu- minação 20 inclui lentes de corpo cilíndrico seqüencial 30, 32, 34. Podem ser empregados outros ópticos para converter a saída da fonte de luz 18 em um feixe de luz em forma de linha 36 na parede lateral de recipiente.
Referindo-se agora às Figuras 2 e 4, o sistema de lente de for- mação de imagem 22 é um sistema de lente anamórfica. Na modalidade e- xemplificativa ilustrada, o sistema de lente 20 preferivelmente inclui uma len- te de corpo cilíndrico 38 e uma lente Fresnel 40. A combinação da lente de corpo cilíndrico e da lente Fresnel 40 é dotada de um plano de imagem no qual está disposto o sensor 24 e um plano objeto colinear com a dimensão longa do feixe de luz de iluminação em forma de linha 36 na superfície da parede lateral externa do recipiente 12. Conforme ilustrado na Figura 5, o feixe de iluminação 36 intersecta a superfície externa da parede lateral do recipiente 12, com uma parte 42 sendo refletida da superfície de parede late- ral externa e uma parte 44 sendo retratada para a parede lateral do recipien- te, refletida da superfície interna da parede lateral do recipiente, e re- emergindo da superfície externa da parede lateral de recipiente. As funções do sistema de lente anamórfica 22 para dirigir para o sensor 24 de energias de luz 42, 44 refletidas das partes da superfície interna e externa da parede lateral de recipiente são substancialmente paralelas ao eixo geométrico 46 (Figura 4) do sistema de lente anamórfica 22. Declarado diferentemente, as funções do sistema de lente anamórfica 22 para direcionar para as partes de sensor 24 das energias de luz refletidas 42, 44 que são refletidas nos planos substancialmente perpendicular para o eixo geométrico do sistema de lente 46. Os termos "substancialmente paralelo" e "substancialmente perpendicu- lar" se referem às partes da superfície de reflexão ou energia de luz refletida que estão no ângulo de aceitação estreito do sistema de lente anamórfica, como, por exemplo, de 1Q na modalidade exemplificativa da descrição. A e- nergia de luz refletida 48 (Figura 4) que não está nesse ângulo de aceitação estreito do sistema de lente 22 - isto é, não é refletida da parte de superfície que está substancialmente paralela ao eixo geométrico do sistema de lente 46 e não refletida em um plano que está substancialmente perpendicular ao eixo geométrico 46 - está direcionada afastada do sensor 24. Em outras pa- lavras, a energia de luz refletida das partes de superfície que estão substan- cialmente perpendiculares aos raios do feixe de iluminação 36 conforme vis- to de uma direção paralela ao eixo geométrico 26, isto é, da direção das Fi- guras 3 e 4. O sensor de luz 24 compreende preferivelmente um sensor de luz de arranjo linear no qual os elementos de sensor estão dispostos ao lon- go de uma linha em um plano que inclui o eixo geométrico de rotação 16 de recipiente. O sensor de luz 24 pode alternativamente compreender um sen- sor de arranjo de área no qual apenas uma parte é usada para os propósitos de medição de espessura. Um eixo geométrico de sistema de lente anamór- fica 46 (Figura 4) é preferivelmente perpendicular ao eixo geométrico de ro- tação 16 (Figura 1).
As Figuras de 6A a 6K ilustram a operação do aparelho 10. Na Figura 6A, um primeiro canto 50 da parede lateral de recipiente está oposta ao sensor de luz 24, de maneira que as superfícies interna e externa no can- to 50 sejam substancialmente paralelas ao eixo geométrico do sistema de lente de formação de imagem 22, e das partes 42, 44 da energia de luz refle- tida do canto 50 são substancialmente perpendiculares ao eixo geométrico do sistema de lente 22 e estão direcionadas para o senso 24. Na Figura 6B, o recipiente 12 girou na direção 52 de maneira que as energias de luz 42, 44 refletidas das partes da parede lateral de recipiente próximas ao canto 50 que são substancialmente paralelas ao eixo geométrico do sistema de lente 22 "avançaram" do sistema de lente 12. Nas Figuras 6C-6F, os reflexos 42, 44 das partes da parede lateral de recipiente que são substancialmente pa- ralelas ao eixo geométrico do sistema de lente 22 primeiro "avançam" o sis- tema de lente (Figura 6C) e então "se movem para baixo" do sistema de len- te (Figuras 6D-6F) até que os reflexos das partes da parede lateral de recipi- ente que sejam substancialmente paralelas ao eixo geométrico do sistema de lente 22 estejam ao redor do centro da parede lateral de recipiente entre o canto 50 (Figura 6F) e o canto seguinte 54 (Figura 6G) na direção 52 da rotação do recipiente. Entre a posição da Figura 6F e a posição da Figura 61, os reflexos 42, 44 das partes da parede lateral de recipiente que são subs- tancialmente paralelas ao eixo geométrico do sistema de lente anamórfica "se movem para baixo" da extensão do sistema de lente, o que significa que as partes de luz refletidas 42, 44 que são substancialmente perpendiculares ao eixo geométrico do sistema de lente se "movem para baixo" do sistema de lente. Da posição da Figura 6J para a posição da Figura 6K, o canto 54 se move para uma posição oposta ao sistema de lente 22, de maneira que a Figura 6K é idêntica à Figura 6A exceto que o canto 50 da parede lateral na Figura 6A é agora substituída pelo canto 54 da parede lateral subseqüente 54 na Figura 6K. Esse processo continua da Figura 6K preferivelmente por pelo menos uma rotação completa do recipiente. Portanto, as energias de luz 42, 44 refletidas das superfícies interna e externa da parede lateral de recipiente nos planos substancialmente perpendiculares para o eixo geomé- trico do sistema de lente arrastam para trás e para frente ao longo do siste- ma de lente anamórfica 22 devido à forma não arredondada do recipiente à medida que o mesmo gira. O processador de informação 26 examina o sen- sor 24 em incrementos da rotação do recipiente, que podem compreender incrementos angulares da rotação de recipiente, incrementos em temo fico à medida que o recipiente é girado na velocidade constante e/ou incrementos de tempo variando à medida que o recipiente acelera ou desacelera, e de- senvolve um mapa de espessura de parede lateral de recipiente como uma função do ângulo de rotação do recipiente.
Portanto, foi descrito um aparelho e método para determinar a espessura de parede lateral de um recipiente transparentes não redondo que satisfaz inteiramente todos os objetivos e propósitos declarados. A des- crição foi apresentada juntamente com uma modalidade exemplificativa, e foram comentadas várias modificações e variações. Outras modificações e variações serão prontamente auto-sugeridas para aqueles de conhecimento usual da técnica em vista do comentado acima. Por exemplo, apesar do re- cipiente 12 na modalidade exemplificativa da descrição ter uma geometria de parede lateral "quadrada", é evidente que podem ser acomodadas outras geometrias de parede lateral de recipiente não redondo, incluindo, por e- xemplo, geometrias triangulares, geometrias ovais, geometrias e forma de frasco, etc. A descrição pretende abarcar todas essas modificações e varia- ções que incidam no espírito e no escopo amplo das reivindicações em anexo.
Claims (3)
1. Aparelho para inspecionar espessura de parede lateral de um recipiente transparentes não redondo, que inclui: um transportador (14) para prender um recipiente (12) na posi- ção fixa e girar o recipiente ao redor de um eixo geométrico (16), uma fonte de luz (18) para direcionar energia de luz para uma parede lateral de um recipiente no dito transportador, um sensor de luz (24) e um sistema de lente anamórfica (22) sendo dotado de um eixo geométrico de sistema de lente (46) para direcio- nar para o dito sensor de luz de energia de luz (44, 42), refletida das partes das superfícies de parede interna e externa da parede lateral de recipiente que são substancialmente paralelas ao dito eixo geométrico do sistema de lente; e um processador de informação (26) responsivo ao dito sensor para determinar a espessura da parede lateral em incrementos da rotação do recipiente como uma função de separação no t=dito sensor entre as e- nergias de luz refletidas das superfícies interna e externa da parede lateral de recipiente.
2. Aparelho para inspecionar espessura de parede lateral de um recipiente transparentes não redondo, que inclui: um transportador (14) para apresentar os recipientes (12) em seqüencia e para prender cada recipiente sucessivamente em posição fixa ao mesmo tempo em que gira o recipiente ao redor de um eixo geométrico (16), uma fonte de luz (18) para direcionar energia de luz para uma parede lateral de um recipiente à medida que o recipiente é preso e girado no dito transportador, um sensor de luz (24) e um sistema de lente anamórfica (22) sendo dotado de um eixo geométrico de sistema de lente (46) para direcio- nar para as partes de sensor de luz (44, 42) da dita energia de luz refletida das superfícies interna e externa da parede lateral de recipiente em planos substancialmente perpendiculares ao dito eixo geométrico de sistema de lente, as ditas partes de energia de luz refletidas das superfícies inter- na e externa da parede lateral de recipiente em planos substancialmente perpendiculares ao dito eixo geométrico de sistema de lente arrastando para trás e para frente ao longo do dito sistema de lente, à medida que o recipien- te gira, devido à forma não arredondada do recipiente, e um processador de informação (26) responsivo ao dito sensor de luz para determinar a espessura de parede lateral em incrementos da rota- ção do recipiente como uma função de separação no dito sensor entre as partes de energia de luz refletidas das superfícies interna e externa da pare- de lateral de recipiente.
3. Método para inspecionar espessura de parede lateral de um recipiente não redondo, que inclui as etapas de: (a) prender o recipiente (12) na posição fixa ao mesmo tempo em que gira o recipiente ao redor de um eixo geométrico (16), (b) direcionar um feixe de luz em forma de linha (36) para uma parede lateral de recipiente, o dito feixe de luz em forma de linha sendo do- tado de uma dimensão longa perpendicular ao dito eixo geométrico, (c) direcionar para um sensor de luz partes (44, 42) do dito feixe de luz refletido das superfícies interna e externa da parede lateral de recipi- ente que são substancialmente perpendiculares à energia de luz direcionada para a parede lateral de recipiente conforme visto de uma direção paralela ao dito eixo geométrico, e (d) determinar a espessura de parede lateral de recipiente em incrementos da rotação do recipiente como uma função de separação entre as partes de energia de luz no dito sensor refletidas das superfícies interna e externa da parede lateral de recipiente.
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