用于觀察和分析玻璃容器中的光學奇點的方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及觀察和分析諸如瓶子、罐子和燒瓶的玻璃容器所帶有的光學奇點(optical singularity)的令頁域。
【背景技術】
[0002]以下對一些光學物理或數學的一些概念進行概述。在光學上，發光表面的一個點的光出射度是通過集中于該點的發射表面的每單位面積發射到半個空間內的光通量。這個概念有時也被稱為發射率或輻射率。梯度(gradient，變化率)是沿著一數量級(magnitude，數值)的一個或多個方向的導數，換言之，梯度意味著數值變化。光出射度梯度意味著沿光出射度發射表面變化。類似地，顏色梯度(色彩漸變)意味著所發出的光的顏色沿著發射表面變化。漫射器是由透明或半透明材料制成的元件，用以在該材料的體積內部和/或在其表面上漫射光。
[0003]術語“奇點”用于表示容器或其表面的某些小的部分，這些部分具有與該容器上或該容器中的鄰近部分的特性不同的特性。因此，光學奇點表示容器的某些部分，這些部分具有與該容器上或該容器中的這些部分的鄰近部分的光學特性不同的光學特性。具體而言，這些光學奇點主要具有與它們的鄰近部分相比不正常的折射和/或反射效果。因此，容器表面上的折射和/或反射缺陷、編碼或諸如識別標記之類的實際裝飾構成光學奇點，這些光學奇點無論從透射(界面)方面還是從鏡面反射方面來說，均以不同于光學奇點的鄰近部分的方式使光(光線)偏轉。
[0004]術語“視圖”用于表示光學意義上的圖像，亦即，通過借助成像光學裝置發射到容器而獲得的灰階度的二維信號或彩色的二維信號，該成像光學裝置在光學意義上能夠“共軛”。帶有鏡頭的攝像機可形成至少一個視圖。攝像機可以同時形成多個視圖，例如通過使用將其視場拆分成N個視圖的鏡子的系統來實現。如果這些視圖的視點和觀察方向不同，則這些視圖是不同的。有可能將視圖與放大器關聯。在本申請中，術語“圖像”用來表示由攝像機產生的信號，其中這種圖像可含有多個視圖。
[0005]玻璃是一種對于可見光而言透明的材料。然而，對每種波長的透射(transmiss1n)取決于玻璃的色彩和所討論的光所穿過的厚度。玻璃的透射率被測定為，對于給定厚度，入射光與透射光之間的比率(單位:％ )。甚至可能使用光譜儀來根據波長測量透射率，以便獲得描述玻璃的色彩特征的透射光譜。對于某些低透射率色彩(例如，非常黑暗或呈現黑色外觀的色彩)，和/或對于很少有光穿過容器的壁的某些厚度的玻璃(壁厚達5毫米(mm))，可能具有對于幾乎全部可見光譜少于I %的透射率。
[0006]玻璃的透明度是一種廣泛用于通過在容器的透射中產生圖像并通過分析這些圖像的光學檢查的特性。使用得最廣泛的方法包括使用均勻擴展光源從背后照亮容器，使容器成像。利用幾何光學領域中兩個已知的現象:通過所謂的不透明缺陷或通過區分玻璃的光學透射(有色玻璃的夾雜物或額外厚度)的吸收，以及光通過表面奇點(例如裂紋、裂孔、破碎晶種、或諸如壁中的氣泡的缺失材料、或者不同光學指數的內含物)的折射。
[0007]為了通過增強所謂“折射”缺陷的圖像對比度來提高“折射”缺陷的檢測，專利US4487322提出使用具有光出射度梯度的光源。由于這些缺陷使光偏轉，所以這些缺陷不會與它們的鄰近部分一樣被光源的同一部分照亮，且因為光源中光出射度的梯度，此缺陷并不具有與它們的鄰近部分相同的感知光線水平。
[0008]專利US 6424414描述了一種用于檢測可能存在于透明容器中的光折射缺陷的方法和設備。該專利所描述的設備具有在沿著容器軸線的方向具有光梯度的光源。該光源與接收穿過容器的光的攝像機成一直線。盡管這種設備適于在透射中檢測光折射缺陷，但其不適于在反射中獲得容器的圖像，特別是不適于為了分析在具有低的透射率或高的透射率的容器的表面上所制成的標記或編碼。
[0009]對于玻璃容器，已知在模具中以微珠的形式蝕刻模制數字編碼。當標記或編碼(諸如模制數字)通過模制成型制作時，容器中所獲得的浮雕樣的部分很高(額外厚度大于
0.5mm)，且這些浮雕樣的部分(稱為“微珠”)具有毫米級尺寸(直徑大于0.8mm)。
[0010]已知的是，通過使用將每個容器設定旋轉狀態并借助定向且聚焦的光波(光束窄、小、很少或沒有發散)照亮微珠的裝置，以回讀模制在容器上的模制數字。所述光線全部具有鄰近的入射角，所述光線被微珠沿由入射角和由微珠的角度限定的精確方向反射。傳感器獲得這些反射并將其解碼。這些系統僅在具有相對大的尺寸的浮雕樣的部分上通過使容器進入旋轉狀態來操作，使容器進入旋轉狀態成本較高，且妨礙通常涉及線性行進的生產線。
[0011]專利FR 2780533教導了一種在聚焦了已經被光源發射的光的容器上使用反射的光學方法的裝置，但是該裝置僅適于在平移運送容器的裝置中讀取，這在使用中比包括旋轉的系統更快且更便宜。光學工具適于能夠獲得整個攜帶編碼的下半部瓶身縮小部(insweep)的圖像，且此下半部瓶身縮小部呈現黑色而編碼呈現白色。聚焦的入射光束被轉化為光錐形式的周部，被微珠反射(且僅被微珠反射)的光線在分析裝置中被錐形反射鏡轉換成平面圖像的形式。這種類型的裝置對具有相對大的浮雕樣的部分(例如高于0.5mm)的編碼有效。微珠必須要具有這樣的表面區域:其足以能夠在單一觀察方向返回大量的光，同時其余的入射光沿任何其它方向被攜帶所述浮雕樣的部分的背景表面反射。
[0012]換言之，那些具有定向的燈光和觀察的預定角度的技術僅為高的浮雕樣的部分工作，使得光線被微珠反射所沿循的方向充分地偏離被背景表面反射的光線的方向。應注意的是，這種類型的系統使得被浮雕樣的部分反射的光相比于其余的黑色的(背景)表面而言能夠被看作是白色標記。此外，高對比度給出了微珠可見或不可見的近似二進制的信息，且僅有微珠部分被區別，但始終在與它們的鄰近部分反差非常強的強度下被區別。當浮雕樣的部分很小(例如，因為模具破損)，對應于微珠的白色區域在圖像中變得很小或甚至不可見。
[0013]專利US 4644151重新使用傳統的現有技術，但是提出了使用具有沿平行于容器的旋轉軸的方向設置有光出射度梯度的光源的攝像機。因此，該系統需要將容器旋轉，導致上述許多缺點。其不適用于在行進的容器上讀取編碼。
[0014]當如專利FR 2907370所述的那樣，通過激光在熱玻璃上制成例如呈數據矩陣編碼的形式的標記時，呈浮雕樣的部分在玻璃容器的表面上比具有模制數字的部分小得多，而且編碼點(具有小于0.3_的直徑)也小得多。其解決方案包括:通過均勻的優先基礎照明，并且當容器旋轉時取得一系列的容器的壁的矩陣圖像。光源被擴展且均勻化(沒有間隙)，從而為圖像提供均勻的背景，但為了可以獲得特定量的對比度，該光源仍然受到尺寸的限制。因此該系統適用于當容器仍然是熱的情況下，通過激光束在容器上獲得的數據矩陣類型的標記，亦即具有小的浮雕樣的部分。然而，該系統需要使容器旋轉，且該系統不適于在行進的容器上讀取編碼。

【發明內容】

[0015]因此，本發明旨在通過提出一種用于觀察和分析光學奇點(其可能僅具有弱的折射能力且被容器所攜帶)的新穎的光學技術，來彌補現有技術的缺點。
[0016]本發明旨在提供一種新穎的技術，使得無論構成容器的材料的透射率如何，都能使容器的表面處或壁中所攜帶(存在)的光學奇點能夠被觀察和分析。
[0017]為實現此目的，本發明涉及一種用于觀察和分析光學奇點的觀察和分析方法，該光學奇點使光偏轉且被攜帶于容器的表面或壁中，該容器由玻璃制成且具有一條對稱軸，該方法包括:
[0018]借助漫射光源來照亮容器，該漫射光源沿著一變化方向具有變化的光特性；
[0019]設置至少一個圖像采集裝置，其對所述光特性以及所述光的特性的變化敏感，以便當從至少一個視點沿著觀察軸線觀察時取得可能包含光學奇點的容器部分的至少一個視圖；以及
[0020]處理至少一個視圖，以便分析光學奇點；
[0021 ] 根據本發明，該方法包括:
[0022]通過使用關于平行于該容器的對稱軸的豎直軸線軸對稱的發光表面，照亮該容器的外部，且在發光表面的所有點處，光特性(light property,光學特性)的變化方向沿著發光表面的母線(generator line,生成線)進行；
[0023]對于低透射率的容器，通過圖像采集裝置接收來自位于與視點相同的容器的一側的軸對稱的發光表面的一部分的光束，取得容器部分的視圖，這些光束應用鏡面反射定律而被容器的表面反射；或者
[0024]對于高透射率的容器，通過圖像采集裝置接收來自相對于容器與該視點沿直徑相對的軸對稱的發光表面的一部分的光束，取得容器部分的視圖，這些光束應用折射定律而被透射