CN105229428A - 测量模具内部容积的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了测量设计成形成中空玻璃容器并可分成两块或更多模具块(2)的模具的内部容积的设备(1)，包括：支撑元件(4)，其构造成支撑所述模具的所述模具块(2)，所述模具被定位成光学检查工具可接近界定所述模具的内部容积的各个模制表面(3)；激光扫描装置(5)，其构造成扫描表面的轮廓并获得有关所述表面与所述装置(5)之间的距离的信息；滑板(6)，其可相对于所述支撑元件(4)沿相对于所述支撑元件(4)具有预定位置的纵向运动轴线移动，所述扫描装置(5)连接至所述滑板(6)并可通过绕与所述运动轴线平行的纵向旋转轴线旋转相对于所述支撑元件(4)进一步移动；控制单元，其连接至一个或多个致动器以使所述滑板(6)与所述支撑元件(4)之间产生相对平移并使所述扫描装置(5)与所述支撑元件(4)之间产生相对旋转。

Description

测量模具内部容积的设备和方法

技术领域

本发明涉及测量模具的内部容积的设备和方法，所述模具设计成形成中空玻璃容器且可分成两块或更多块。

大体上，本发明涉及测量任何类型的模具的内部容积的设备和方法，更具体地涉及测量设计成形成玻璃容器(例如，瓶子、广口瓶、试管)的模具的内部容积。

背景技术

在该领域，正使用的解决方案包括在已称量参考液体(例如水，且量较大)的重量之后，以参考液体填充模具，然后称量剩余液体的重量，并通过差值获得模具内容纳的液体的体积。

然而，该方法存在若干问题。

首先，由于未准确地知道参考液体的密度，因此该方法并不十分精确。

模具具有必须密封的通气孔，且模具块之间的接缝也必须密封以防止液体渗漏，因此该操作并不容易。

此外，需要润湿模具会使得测量所有产生的模具的容量不那么容易。

专利文件US2004/017563公开了一种测量物体的各种特征(包括物体本身的体积)的系统。

专利文件US6407818B1公开了一种测量在带上运输以被切割的物体的形状的系统。

然而，这些专利文件未具体处理如何准确地测量内表面具有双曲率的模具的内部容积的问题，双曲率是用于容器(例如，玻璃瓶)的模具的一通常特点。

发明内容

本发明的目的是提供克服现有技术的上述缺点的测量模具内部容积的设备和方法。

更具体地说，本发明的目的是提供测量模具内部容积的设备和方法，该设备和方法精确且可以对模具而言以非侵入式的方式应用。

本发明进一步的目的是提供特别快速执行且使用简单的测量模具内部容积的设备和方法。

这些目的完全通过如所附权利要求中所表征的根据本发明的设备和方法实现。

因此，本发明涉及测量设计成形成中空玻璃容器且可分成两块或更多块的模具的内部容积的设备和方法。

更具体地说，模具包括两个半模具，包括两块，其每一块形成限定模制表面的腔。

一般而言，模具还包括构成第三模具块的底部；底部限定相关的模制表面，当底部耦接至两个半模具时，其被构造成形成模具内部模制容积的内部底壁。

因此，每一个模具块限定相关的模制表面，其与其它模具块的相应模制表面结合以界定模具的内部容积。

设备包括用于在测量期间支撑模具块(模具块优选包括两个半模具和底部)的支撑元件。

更具体地说，支撑元件构造成支撑定位成光学检查工具可接近其各个模制表面的模具的模具块。

设备包括至少一个激光扫描装置，例如所谓的“表面光度仪”。应注意，扫描装置构成光学检查工具。

激光扫描装置构造成扫描表面轮廓，并获得有关表面与装置本身之间的距离的信息。

设备还包括滑板，扫描装置连接至滑板。

滑板可相对于支撑元件沿纵向运动轴线移动(在二者的至少其中之一可优选通过平移，更优选沿纵向运动轴线而相对于另一个移动的意义上而言)。运动轴线相对于支撑元件具有预定几何关系(即，位置)。

此外，扫描装置可通过绕与运动轴线平行的纵向旋转轴线旋转而相对于支撑元件移动(在二者的至少其中之一可优选通过旋转，更优选绕纵向旋转轴线而相对于另一个移动的意义上而言)。

设备还包括设计成控制扫描装置的运动的控制单元。

控制单元连接至一个或多个致动器以使滑板与支撑元件之间产生相对平移，并使扫描装置与支撑元件之间产生相对旋转。致动器构造成使运动方向相反。

这允许在耦接至支撑元件的模具块上方距待扫描模制表面一定距离处移动扫描装置，以在一系列的交替运动中扫描模制表面的不同部分。

扫描装置获取的模制表面各部分的图像可提供给处理器，处理器被配置成将图像组合以得出有关模具块的模制表面的整个轮廓的信息。

在多个通道(例如从一个至七个通道，对于由半模具组成的模具块更优选五个通道，而对于由底部组成的模具块更优选三个通道)扫描模制表面对于允许使用高精度扫描装置来扫描延伸大于激光扫描装置的扫描区域的表面而言是很重要的。

事实上，如已知的那样，为了获得高扫描精度和分辨率，扫描区域必须要小。此外，扫描装置发出的射线必须基本与待扫描表面垂直。

为此，扫描装置旋转使得有可能改变扫描装置相对于支撑表面的斜度，以在扫描期间使扫描装置发出的射线保持与模制表面基本垂直，尽管表面是弯曲的(该弯曲可具有特定形状，但通常，表面的几何形状大致为圆柱形)。

为此，模具块连接至支撑元件的方式使得模具块伸长所沿的轴线被纵向定位，即与滑板的纵向运动轴线平行。

优选地，对每一个表面部分进行扫描，其中保持扫描装置的斜度恒定，并使扫描装置与滑板一起平移；在每一次平移结束时，为了扫描不同表面部分，控制单元使扫描装置旋转预定角度，然后进行新的平移(替代地，可遵循双策略，其中使扫描装置旋转而不平移，然后使其平移预定量，然后扫描表面的新的部分)。

这允许特别精确地测量，这是因为在斜率恒定的平移运动中，可更大地保证扫描装置与表面之间的距离不会改变(这是提高测量精确性的另一个因素)。

优选地，设备包括(至少)两个单独的致动器，第一致动器用于使扫描装置(即，滑板)平移，而第二致动器用于使扫描装置旋转。

优选地，扫描装置与滑板一起平移。

优选地，滑板构造成相对于框架移动(通过平移)。优选地，支撑元件在滑板运动期间静止(相对于框架静止)。

优选地，扫描装置可移动地连接至滑板以相对于滑板旋转。

优选地，滑板具有弓形形状，其中凹面面向支撑元件。这同样也提高了测量的精确性，使得有可能使斜度和扫描装置相对于待扫描表面的距离保持恒定。

在多个连续通道进行扫描的事实意味着必须后来组成经扫描部分的图像，这并不简单且可导致误差。

因此，对控制单元进行编程以控制扫描装置交替地沿纵向运动轴线以及通过绕纵向旋转轴线旋转的一系列运动，以扫描模具块的模制表面的多个部分，以便模制表面的任何区域包括在多个部分的至少一个中。

为此，为了减低误差概率并简化操作，设备配备有参考元件，参考元件可被扫描装置看到并构造成产生不连续点(通常指任何几何元素或可识别图形)，不连续点可识别且存在于与模具块的模制表面的部分相关的所有图像(即，扫描)中。

因此，该参考元件定位成使得其可被扫描装置(其激光)截获。此外，扫描装置以以下方式移动，即可对参考元件的至少一部分进行多次扫描，对模具块的模制表面的每一个经扫描部分进行至少一次扫描。

因此，优选地，设备包括参考元件，其位于相对于支撑元件固定的位置处，设有多个以预定方式间隔开的参考点，并构造成在扫描装置捕获的参考元件本身的图像中产生相应的不连续点。

对控制单元进行编程以在一系列平移或旋转运动开始或结束时控制扫描装置在参考元件附近的运动以扫描包括至少一个参考点的至少一部分，使得模具块的模制表面的所有经扫描部分包括参考元件的至少一个参考点。

优选地，元件与参考元件沿纵向运动轴线对准，以在沿轴线的平移运动开始或结束时被扫描装置截获(扫描装置与滑板一起运动)。

优选地，参考元件弯曲且凹面背向支撑元件(以与模具块的凹面相似的方式)。优选地，参考元件的形状类似半环。优选地，参考点沿半环成角度地间隔开。优选地，参考元件至少具有第一表面和第二表面，第一表面与第二表面沿扫描装置的观察路径偏移预定已知距离。

这允许对扫描装置进行校准的步骤以补偿因经扫描表面与扫描装置之间的距离变化而引起的测量误差。

优选地，扫描装置可通过旋转沿凹面面向支撑元件的圆弧移动。优选地，圆弧由与滑板一体成形的引导件限定，扫描装置耦接至滑板以沿引导件运动，从而绕纵向旋转轴线旋转，纵向旋转轴线在滑板平移运动期间采用的所有位置包含圆弧的中心。

优选地，滑板反过来又耦接至引导件以沿纵向运动轴线移动。

优选地，引导件连接至设备的框架。

因此，滑板连接至设备的框架。

优选地，支撑元件安装在托架上，托架可沿横向方向(基本与纵向运动轴线垂直)移动。因此，托架(支撑元件随之)可沿横向于滑板的方向移动。这进一步增大了设备在扫描装置与支撑元件(即，待扫描模具块)之间的相对运动的自由度。

实际上，扫描装置可通过沿纵向方向(由纵向运动轴线限定)平移、通过沿横向方向平移以及通过绕纵向旋转轴线(与纵向运动轴线平行)旋转而相对于支撑元件(即，待扫描模具块)移动。这允许还可扫描底部基本平坦的表面(例如，在为模具底部的情况下)，而不会失去扫描装置的激光束与待扫描表面之间基本垂直的状况(该状况对于具有高精度水平的测量是有用的)。

很明显，设备包括处理工具，对处理工具进行编程以分析经扫描图像并对图像进行处理以获得模具的内部容积的值。

更具体地说，对处理工具进行编程以进行以下步骤：

为每一个经扫描模具块存储(至少在暂时存储器中)关于模制表面的经扫描部分的多个轮廓(或图像)；

为每一个经扫描模具块组合多个轮廓(或图像)以获得关于模具块的模制表面的单个图像；以及

为模具的所有模具块组合有关经扫描模制表面的轮廓的信息以计算模具的内部容积。

为此，本发明提供了测量模具(更具体地说，设计成形成中空玻璃容器并可分成两块或更多块的模具)的内部容积的方法。

该方法包括以下步骤：

将至少一个模具块耦接至支撑元件，使得界定模具内部容积的模具块的模制表面可接近光学检查工具；

准备扫描装置；

使扫描装置交替地沿相对于支撑元件具有预定位置的纵向运动轴线以及通过绕与该运动轴线平行的纵向旋转轴线旋转进行一系列运动，以扫描模具块的模制表面的多个部分，直至扫描装置已扫描了整个模制表面。

优选地，该方法包括准备参考元件的步骤，参考元件位于相对于支撑元件固定的位置处，设有多个以预定方式间隔开的参考点，并构造成在扫描装置捕获的参考元件本身的图像中产生相应的不连续点。

根据此，优选地，扫描装置交替地通过沿纵向运动轴线平移以及通过绕纵向旋转轴线旋转进行的运动使得模具块的模制表面的所有经扫描部分还包括参考元件的至少一个参考点。该方法包括为组成模具的所有模具块重复上述扫描操作(捕获图像数据)。

此外，该方法包括处理在扫描(使用扫描装置)期间收集的数据以将其组合并计算模具的内部容积的步骤(如上所述)。

还应注意，在扫描之前，将模具块耦接至支撑元件。

就这点而言，应注意设备包括单个支撑元件；在这种情况下，扫描各种模具块的模制表面的操作在卸下已被扫描的模具块并装载下一个模具块之后一个接一个依次进行。

替代地，设备包括多个支撑元件用于将所有模具块装在一起。

此外，支撑元件与相同托架或两个或更多托架关联，可相对于框架彼此独立地移动。

存在多个托架减少了测量模具容积所需的时间，这是因为其允许在扫描另一个模具块的同时进行部分装载模具块的操作。根据此，应注意，扫描操作由控制单元自动控制。

附图说明

根据以下参考附图对本发明的优选的非限制性实施方案进行的详细描述，本发明的这些和其它特征将变得显而易见，其中：

图1是根据本发明的设备的一部分的透视图；

图2是图1中的设备的一部分的不同透视图；

图3图示了图2中的设备的一部分，其中扫描装置处于相对于图2旋转的位置；

图4图示了图3中的设备的一部分，其中扫描装置处于相对于图2平移的位置；

图5图示了图4中的设备的一部分，其中扫描装置处于相对于图4旋转的位置；

图6是图1中的设备的平面图；

图7和图8图示了图6中的设备，其中扫描装置处于不同的工作位置。

具体实施方式

附图中的数字1表示测量模具的内部容积的装置，所述模具设计成形成中空玻璃容器且可分成两块或更多模具块2。

模具的每一个模具块2具有相关的模制表面3，其被构造成当模具块相互作用以形成模具时，界定模具的内部容积。

设备包括支撑元件4，其构造成支撑至少一个模具块2或，优选地支撑模具的所有模具块。更具体地说，支撑元件4的形状设计成支撑定位成目视检查工具可接近各个模制表面3的模具块2。

例如，支撑元件4具有V形表面，其构造成容纳并支撑模具块2，搁置成相应的背面与模制表面3相对。此外，支撑元件4包括止动元件，其用于将模具块2锁定在支撑元件4上的适当位置，防止相对运动。

此外，设备1包括激光扫描装置5。

扫描装置5本身的类型在现有技术中是公知的。其被构造成捕获表面的图像，并获得有关表面与装置本身之间的距离的信息。

设备1还包括可相对于支撑元件4沿纵向运动轴线移动的滑板6。实际上，这意味着滑板6可相对于支撑元件4在纵向方向上移动(以进行平移)(应注意，纵向方向在图6-8中以箭头图示)。

扫描装置5优选连接至滑板6。

在图示的实例中，扫描装置5可移动地耦接至滑板6以遵循弯曲轨迹，以便扫描装置5可相对于支撑元件4采用旋转位置(具有不同的斜度)。

在图示的实例中，扫描装置5可移动地耦接至由滑板6限定的引导件7(例如，凹槽)，其根据弯曲轨迹成形。

因此，实际上，支撑元件可通过绕与运动轴线平行的纵向轴线(此后称为旋转轴线)旋转而移动。

该构造有助于扫描具有伸长形状的模制表面。事实上，在操作上，模具块2以沿纵向方向伸长的方式定位在支撑元件4上。

因此，平移运动(滑板6)根据模具块2的纵向延伸使扫描装置5沿块移动。另一方面，旋转运动使得有可能将扫描装置5定向成基本上与模具块2的模制表面3的预定部分垂直。

如果模具块2的模制表面3具有基本为圆柱形的几何形状，则基本垂直的状态在扫描装置5运动期间仍保持以实现纵向平移。

此外，设备1包括控制单元(未图示，其本身的类型已知，由例如经适当编程的电子卡组成)。

控制单元连接至运动工具，运动工具构造成使滑板6与支撑元件4之间产生相对平移，并使扫描装置5与支撑元件4之间产生相对旋转。

原则上，这些运动工具还包括单个致动器，这是因为上述平移和旋转运动优选彼此分开(即，其并非同时进行，而是连续进行)。

然而，优选地，运动工具包括使滑板6纵向移动的第一致动器(优选为机电类型)，和通过旋转使扫描装置5移动(即，沿弯曲路径)的第二致动器(优选为气动类型或电动机，例如步进电机)。

此外，优选地，设备包括沿滑板的纵向平移方向定位的参考光学元件(例如，优选由线性编码器限定的光学标尺)。

光学参考元件的目的是提供采集时间；即，在沿纵向运动轴线平移期间，扫描装置连续进行多个采集(其组成模制表面的一部分)。获取多个采集的时刻根据光学参考元件确定(由控制单元确定)。

因此，控制单元连接至第一致动器和第二致动器以根据预定逻辑(利用其对控制单元进行编程，即，其存储在控制单元中)控制运动。更具体地说，对控制单元进行编程以控制扫描装置5的一系列运动，可选地：

沿纵向运动轴线，以及

通过绕纵向旋转轴线旋转。

对控制单元进行编程以在一系列用于扫描模具块4的模制表面3的多个部分8的运动中，控制扫描装置5的运动(相对于支撑元件4；应注意，在理论上，总是可能使扫描装置5保持静止并使支撑元件4移动以获得相同的相对运动)，使得模制表面3的任何区域均在至少一个部分8内。

在图示的实例中，部分8纵向伸长。

这是控制单元的编程逻辑的结果，编程逻辑包括当装置5被停用时进行旋转，并在纵向平移运动期间使装置5保持活动(即，处于轮廓捕获模式)。

优选地，控制单元的编程逻辑包括当扫描装置5定位在模具块2的其中一端那侧时进行旋转。

应注意，控制单元还具有替代编程逻辑，其中当扫描装置5被停用时扫描装置5发生平移，而当扫描装置5活动时发生旋转。在这种情况下，与部分8对应的表面横向于模具块2延伸所沿的轴线。

优选地，设备1包括参考元件9，其包括预定几何形状(且为设备1本身所知)。

参考元件9相对于支撑元件4可操作地定位在固定位置。

参考元件8配备有多个以预定方式在参考元件9上间隔开的参考点10。

参考点10构造成在由扫描装置5捕获的参考元件9的图像中形成相应的不连续点(例如，其由凹口或表面光度仪(即，扫描装置)可检测的几何形状，或通过具有颜色对比度的区域，或通过由浅至深的变化产生)。

对控制单元进行编程以控制扫描装置5在参考元件9附近的运动以扫描至少一部分(包括至少一个参考点10)。

更具体地说，对控制单元进行编程以在一系列平移或旋转运动开始或结束时控制扫描装置5在参考元件9附近的运动(用于扫描至少一个包括至少一个参考点10的部分)，使得与模具块2的模制表面3的被扫描部分8对应的所有扫描包括(就扫描的轮廓而言)参考元件的至少一个参考点10。

优选地，参考元件9具有半环形状，且参考点10沿该半环成角度地间隔开。

优选地，参考元件9的表面11相对于参考元件的至少一个其它表面偏移预定已知距离(沿扫描装置的观察路径)。

例如，参考元件9的环形表面11与限定参考点10的另一个环形表面12间隔开(形成台阶)。

优选地，支撑元件4安装在托架13上。

托架可沿垂直于纵向运动轴线的横向方向移动，因此托架13可沿横向于滑板6的方向移动。

更具体地说，托架13安装在横向于滑板6的纵向平移方向的轨道14(或其它引导工具)上。

轨道连接至设备的框架(搁置在地面上，未图示)。

优选地(在未图示的实施方案中)，设备1包括两个或更多托架13。

为此，本发明提供了测量模具内部容积的方法。更具体地说，本发明提供了测量设计成形成中空玻璃容器且可分成两块或更多块2的模具的内部容积的方法。

该方法包括以下步骤：

将块2耦接至支撑元件4；

移动支撑元件4(利用滑板13)以将其定位在扫描装置5活动的工作区域；以及

使扫描装置5交替地沿纵向运动轴线以及通过绕纵向旋转轴线旋转进行一系列运动，以扫描模具块2的模制表面3的多个部分8，直至扫描装置已扫描了整个模制表面。

更具体地说，在执行扫描装置5的一系列运动期间，使扫描装置5：

在纵向平移运动期间(沿模具块2的延伸方向)保持活动(以捕获经扫描表面的图像)，以及

在旋转运动期间保持停用；

或反之亦然。

应注意，横向平移运动还与纵向平移运动交替(利用支撑元件4的托架13的运动)，以作为上述旋转运动的替代(这允许扫描例如模具底部，或具有特定几何形状的其它表面)。在任何情况下，优选的是，扫描装置5交替地通过沿纵向运动轴线平移以及通过绕纵向旋转轴线旋转(或通过沿横向方向平移)进行的运动使得模具块2的模制表面3的所有经扫描部分8包括参考元件9的至少一个参考点10。

Claims (11)

1.一种测量模具的内部容积的设备(1)，所述模具设计成形成中空玻璃容器并可分成两块或更多模具块(2)，其特征在于包括：

支撑元件(4)，其构造成支撑所述模具块(2)，所述模具块(2)被定位成可允许各个模制表面(3)接近光学检查工具，所述模制表面(3)界定所述模具的所述内部容积；

激光扫描装置(5)，其构造成扫描表面的轮廓并获得有关所述表面与所述装置(5)本身之间的距离的信息；

滑板(6)，其可相对于所述支撑元件(4)沿相对于所述支撑元件(4)具有预定位置的纵向运动轴线移动，所述扫描装置(5)连接至所述滑板(6)并可通过绕与所述运动轴线平行的一纵向旋转轴线旋转相对于所述支撑元件(4)进一步移动；

控制单元，其连接至一个或多个致动器以使所述滑板(6)与所述支撑元件(4)之间产生相对平移并使所述扫描装置(5)与所述支撑元件(4)之间产生相对旋转。

2.根据权利要求1所述的设备，其中对所述控制单元进行编程以控制所述扫描装置(5)交替地沿所述纵向运动轴线以及通过绕所述纵向旋转轴线旋转而进行的一系列运动，以扫描所述模具块(3)的所述模制表面(3)的多个部分(8)，以便所述模制表面(3)的任何区域包括在所述部分(8)的至少其中之一中。

3.根据权利要求2所述的设备，其包括参考元件(9)，所述参考元件(9)位于相对于所述支撑元件(4)固定的位置处，且设有多个以预定方式间隔开的参考点(10)，并构造成在所述扫描装置(5)捕获的所述参考元件(9)本身的图像中产生相应的不连续点，其中对所述控制单元进行编程以在一系列平移或旋转运动开始或结束时控制所述扫描装置(5)在所述参考元件(9)附近的运动以扫描至少一个包括至少一个参考点(10)的部分，使得对所述模具块的所述模制表面(3)的所述部分(8)的所有扫描包括所述参考元件的至少一个所述参考点。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述参考元件(9)具有半环形状，且所述参考点(10)沿所述半环成角度地间隔开。

5.根据权利要求3或4所述的设备，其中所述参考元件(9)至少具有第一表面和第二表面(11、12)，所述第一表面和第二表面(11、12)沿所述扫描装置(5)的观察路径偏移预定已知距离。

6.根据前述权利要求任一项所述的设备，其中所述扫描装置(5)可移动地耦接至所述滑板(6)以绕所述纵向旋转轴线旋转。

7.根据前述权利要求任一项所述的设备，其中所述扫描装置可通过沿圆弧旋转而移动，所述圆弧的凹面面向所述支撑元件。

8.根据前述权利要求任一项所述的设备，其中所述滑板(6)耦接至引导件以沿所述纵向运动轴线移动。

9.根据前述权利要求任一项所述的设备，其中所述支撑元件(4)安装在托架(13)上，所述托架(13)可沿与所述纵向运动轴线垂直的横向方向移动，以便所述托架(13)可沿横向于所述滑板(13)的方向移动。

10.一种测量模具的内部容积的方法，所述模具设计成形成中空玻璃容器并可分成两块或更多模具块(2)，其特征在于包括以下步骤：

将所述模具块(2)的至少其中之一耦接至支撑元件(4)，使得所述模具块(2)的模制表面(3)可接近光学检查工具，所述模制表面(3)界定所述模具的所述内部容积；

准备激光扫描装置(5)，其构造成捕获表面的图像并获得有关所述表面与所述装置本身之间的距离的信息；以及

使所述扫描装置(5)交替地沿相对于所述支撑元件(4)具有预定位置的纵向运动轴线以及通过绕与所述运动轴线平行的纵向旋转轴线旋转进行一系列运动，以扫描所述模具块(2)的所述模制表面(3)的多个部分(8)，直至所述扫描装置(5)已扫描了整个模制表面(3)。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：

包括准备参考元件(9)的步骤，所述参考元件(9)位于相对于所述支撑元件(4)固定的位置处，且设有多个以预定方式间隔开的参考点(10)，并构造成在所述扫描装置(5)捕获的所述参考元件(9)本身的图像中产生相应的不连续点；且其中

所述扫描装置(5)交替地通过沿所述纵向运动轴线平移和通过绕所述纵向旋转轴线旋转进行的运动使得包括所述模具块(2)的所述模制表面(3)的所述部分(8)的所有扫描还包括所述参考元件的至少一个所述参考点(10)。