專利名稱：玻璃容器壁厚檢驗設備的制作方法
瓶子或容器是由熔融玻璃的料坯在一行列式玻璃容器制造機中通過首先將該料坯壓成或吹成一個玻璃型坯，然后將型坯吹成容器制成的。當玻璃在此吹制過程中均勻分布時，壁厚就會均勻，但當玻璃分布不均勻時，就會出現薄的部位，這種薄部位會在裝填或搬運過程中導致瓶子破碎。
玻璃所具有的高介電常數使得當瓶子沿著傳感器滾動時，對位于緊靠傳感器的與玻璃容器相接觸的兩個長型電極之間的玻璃容器的器壁有可能進行電容值的測定。此電容值隨玻璃容器厚度的增加單調地增加而且可以采用一個將電容轉換成電壓的電子線路進行測量。當該瓶子沿著傳感器滾動時可以不斷地產生代表壁厚的電壓值，而且當電壓降低到低于一個選定值(該值代表最小壁厚)時，則被檢驗的瓶子就可以報廢。
絕大多數現有的裝置都存在著精度問題，這是由于所測量的電容的微小變化是由壁厚的變化(通常是以每0.001英寸壁厚的變化所測得的電容變化在0.001微微法數量級)產生的，且電容值的非線性變化則作為玻璃容器提供的在整個范圍內的厚度的一個函數。
本發明的一個目的是提供一個能準確地代表瓶子壁厚的電壓測量。
本發明的其它目的和優點通過本發明說明書的下面部分和以下附圖按照專利法規授權的一個根據本發明的工作原理所結合的最佳實施例的說明將會一目了然，其中
圖1是玻璃容器檢驗設備的檢驗站的一部分的一個斜視圖。
圖2是圖1所示檢驗站的一個電子線路框圖。
該玻璃容器檢驗設備具有一個用于檢驗圓瓶10的檢驗站，瓶10是通過支撐板12支持著并通過一個瓶子載運器14沿著支撐板12向前推進。在瓶子移動經過檢驗站時，載運器14將瓶通向多個(三個)在水平方向平行伸展的并在垂直方向具有一定間隔的電容傳感片帶16，而這些電容傳感片帶則固定在安裝于相應的托架20上的彈性泡沫塑料片帶16上。該托架通過柱體22連接到振蕩器組件的相應的殼體24上，該振蕩器通過經校準的電纜26接受一電容信號并產生一個提供給計算機30的電壓信號。
使用在未檢測玻璃前電容量約為50微微法拉的探頭電纜組合件來進行玻璃厚度測量。探頭對玻璃的靈敏度是玻璃厚度的每0.001英寸的變化相當于電容0.002微微法的變化，且電容量隨玻璃厚度的增加而降低。
一個電容調諧測量振蕩器(一個變壓器耦合的LC振蕩器)是將該探頭與于一個帶有用于反饋的附加繞組的鐵氧體壺形磁芯電感器相并聯而構成的。此測量振蕩器是通過探頭的電容進行調諧由此將電容的微小變化(瓶子厚度的變化)轉換成頻率的微小變化。此輸出頻率傳送到一個調諧中間放大器，該放大器將所考慮的頻率范圍以外的頻率信號舍棄。一個與該測量振蕩器相同的電容調諧基準振蕩器是采用一個相同的電感器和一個其電容值等于探頭電纜組合件在無玻璃時的電容值的穩定電容組成的。
對每個振蕩器要加上一些以變容二極管形式的附加電容(一個與反向偏壓調諧二極管相串聯的電容器)。該網絡值的選擇是要使該二極管能夠在整個電壓范圍內(由-3V至-10V)利用一個偏壓電阻加偏壓。由于網絡和變容二極管引起的電容值的變化選定成約等于要求檢驗的最大玻璃厚度的電容變化。
在該最佳實施例中，測量振蕩器的變容二極管偏壓作為一個起始點而設定在其變化范圍的中點附近而對基準振蕩器內變容二極管的偏壓值則設定在其最低點(在上述實例中為-10V)。
形成一個鎖相環以便通過將兩個振蕩器的輸出與一個鑒相倍增器相耦合來調整電壓值使得探頭和玻璃的電容值與基準振蕩器的基準電容值(變容二極管)準確地匹配。經檢測的相位饋送至一個環路補償網絡(一頻帶寬度整形濾波器)和放大器。由于放大器的增益，在相位上微小誤差就會異致相當大的電壓輸出。該環路是通過一個增益和偏壓放大器而形成閉合回路的，該放大器的設定如下當放大器是在所要求的最低值(在所述情況下為0V)輸出時，則變容二極管設定在最低電容值(對變容二極管為-10V)。設定增益使得所要求的放大器的最大輸出(5V)將變容二極管設定到最大電容值(對變容二極管為-3V)。
為使測量振蕩器和基準振蕩器在完全相同的頻率下進行工作將鎖相環閉合。當探頭沒有檢測到玻璃時，在基準振蕩器變容二極管設定在最低值時，兩者的頻率是相等的，因此環路放大器的輸出為零。當將玻璃加到探頭處時，環路放大器的輸出就使基準振蕩器內的變容二極管電容值改變，其變化量正好等于由玻璃壁厚引起的測量振蕩器電容值的變化。變容二極管的電容與電壓的特性關系是已知的，并由此可將這數據轉化成電壓與電容的曲線圖。變容二極管的電容量作為所施加電壓的函數而緩慢變化。可以通過增益和偏壓放大器的作用將此曲線進一步轉換成更便利的電壓換算關系。
變容二極管電壓與電容關系曲線是非線性的。在變容二極管的偏壓點上的一個偏移就會引起此曲線圖上不希望出現的比例因數的偏移。因此，當出現使無玻璃值由所要求的設定點偏移的變化時，則測量振蕩器內的變容二極管的電壓發生變化。由于所發生的主要變化是由溫度變化造成的，控制輸入就可以看作溫度補償輸入。這樣就保持了鎖相輸出的比例。
玻璃厚度信號是通過將鎖相環的輸出經過一個限制低通濾波器和一個單位增益緩沖放大器得到的。由該處，該信號可隨意地送至一個與控制裝置相耦合的A/D轉換器。
相當于無玻璃時的樣值經過一個對D/A轉換器進行整調的反饋算法進行處理。這樣就保持了兩個振蕩器的基頻是在同一頻率，也就是當不存在玻璃時，其頻率將保持固定在一個選定的數值上，甚至存在溫度變化和雜散電容時也是如此。
該測量振蕩器可以用作鎖相環的輸入而基準振蕩器可以用作電壓控制振蕩器(VCO);因為鎖相環調諧了VCO，從而在它與輸入頻率之間不存在穩定狀態頻率誤差，基準電容的電容值必須與探頭/瓶子組合的電容值進行精確地匹配。基準電容的端電壓值提供了代表瓶子壁厚度的良好表示，實際上它僅僅受到測量與基準振蕩器之間的匹配和變容二極管的溫度漂移系數和靈敏度的限制。
由于電容值的一個非線性變化是作為在整個玻璃容器上所形成的厚度變化范圍的一個函數，因此必須提供以一個線性化電路。
該線性化電路是采用與一個具有“優良感受性”的電容-壁厚關系模型相結合的基本非線性回歸技術。回歸技術是眾所周知的，而且其成敗決定于模型的正確選擇也是眾所周知的。如果該模型不是代表具足夠的準確性的數據則回歸的結果就是不準確的。而且，假定一個“優良的”模型也是非常困難的。探頭電容與容器壁厚之間的關系是完全非線性的。探頭的優良設計不能改進這種情況，因為所要求的周邊測量值的分辨率與壁厚值是同一個數量級。這樣，容器內的電場必須落在容器壁厚的整個范圍內以產生一個按比例地非線性電容函數。壁厚與電容之間的關系不能通過分析方法得到，因為它是一個高度地非理想幾何形式的麥克斯韋方程(Maxwell’sequations)的三維解。計算機數字題解法是可以解決的，而且這些求解提供對探頭設計的了解，以這些方法應用于壁厚的測量裝置以確定測得電容值所對應的厚度值既太麻煩又費時間。盡管如此，綜合上述事實如下厚度與電容之間的關系對于較小厚度必須是線性的。當厚度增加時，電容值將接近“無限大厚度”值。假定在這兩種解法之間出現在一個厚度值為探頭間隙的一半左右的“交叉”點(“cross-over”point)，則可以提出一個模型，該模型可以用一經驗公式非常好地表示壁厚數據。此模型如下C(T)＝A×T/(1+B×T)其中C是測定電容值，T是壁厚，A是描述較小厚度的系數，是線性關系，而B是描述較大厚度的系數，是非線性關系。該“無限大厚度”電容是A/B而交叉壁厚是1/B。此模型也是容易在一個壁厚測量裝置中應用的，因為“假的”(pseudo)線性回歸技術可以由兩個或多個已知的C和T的成對值(例如通過試驗確定的)來計算A和B值。
權利要求
1.一種玻璃容器壁厚檢驗設備，其特征在于該設備包括電容傳感裝置；一種用以將玻璃容器壁的一部分輸送到所述電容傳感裝置的裝置；測量振蕩器裝置用以產生代表被檢測電容值的周期性電壓值；一種用以產生代表玻璃容器壁厚的周期性電壓值的裝置，包括一鎖相環，該鎖相環具有-一電壓控制的基準振蕩器；-鑒相器裝置；-所述測量振蕩器與電壓控制的基準振蕩器的輸出被輸入到所述鑒相器裝置中，及-所述鑒相器裝置的所述輸出被用在所述電壓控制的基準振蕩器，使得所述基準振蕩器和測量振蕩器將在相同的頻率上工作，由此輸入到所述電壓控制的基準振蕩器的電壓將代表該玻璃容器壁厚。
2.按照權利要求1所述的設備，其特征在于其中所述電容傳感裝置包括一長的傳感表面而所述載運裝置包括用以強迫一容器的器壁沿所述長形表面滾動。
全文摘要
通過一測量振蕩器檢測玻璃瓶壁的電容值并將之轉換成周期性電壓值。該周期性電壓由鎖相環產生，該環包括電壓控制的基準振蕩器，該振蕩器被迫在與測量振蕩器相同的頻率下工作。輸入到基準振蕩器的電壓將代表容器壁厚。
文檔編號G01R27/26GK1041822SQ8910673
公開日1990年5月2日 申請日期1989年8月15日 優先權日1988年10月5日
發明者羅伯特·P·安德遜, 保羅·F·斯科特, 愛德華·F·沃曾尼列克 申請人:恩哈特工業公司