CN103384813A - 测量自动生产线中透明物体厚度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

测量透明物体（30）的壁（35）厚度。装置（100）包括光源（1）和用于聚焦光源的装置（10）。辐射被引导朝向壁（35），并且由第一辐射（6）和第二辐射（9）构成的收集辐射（15）具有不同的强度，不同的强度被配置为获得干涉，这允许确定壁（35）的厚度。用于聚焦的装置包括透镜装置（10），其具有两个彼此正交的主子午线（10a、10b），使得入射光辐射（5）被聚焦在第一子午线平面（10a）中的第一虚焦点（F1），并且聚焦在第二子午线平面（10b）中的第二虚焦点（F2）。这允许测量相对于物体（30）的波动和振动具有显著的可靠性和鲁棒性。

Description

测量自动生产线中透明物体厚度的方法和设备

技术领域

本发明涉及必须确定厚度的透明物体的生产。

特别是，但不是专门地，本发明涉及一种测量在自动生产线中获得的透明物体的厚度的装置。

更特别地是，本发明适用于玻璃管的生产线。

背景技术

各种形状的透明物体的生产在这种物体的许多应用中起着重要作用。在一些领域中，许多透明产品是通过转换半成品玻璃产品而获得的。

通常需要高质量的半成品玻璃产品，以便获得特定的尺寸特性。其中，非常相关的参数是其壁的厚度。

在必须精确控制厚度的产品之中，有连续在专门自动生产线上生产的玻璃管。

此外，确定玻璃管厚度用于实现间接测量该管的内径，否则该管的内径难以在生产线上测量，因为难以将测量仪器的传感器元件放置在该管内。

在源于玻璃管而获得的许多物品之中，例如，可以引出以下物品：制药学中使用的容器，例如小玻璃瓶、小瓶、卡普耳（carpules）、注射管，以及化学实验室中所采用的用于实验室的装置，例如量筒、移液管、滴管、滴定管、制冷剂管等，还有太阳能集热器中使用的用于各管的套筒。

在工业领域中，玻璃管必须符合特定质量调整和预定尺寸特性，以便允许其在转换生产线上使用。

可以影响玻璃管质量的缺陷之一是其厚度的不均匀性，即外表面和内表面之间的非共轴性，对最终产品的可工作性产生不利影响。

用于制作直径和厚度覆盖大部分市场需求的玻璃管的最常见的、实用的、精确的和灵活的工艺提供了热成形的步骤，该步骤在自动生产***中的烤箱下游执行，该生产***可以以一个角度或垂直开发（develop）。

更精确地，以一个角度开发的生产***包括旋转的空心心轴，在所述旋转的空心心轴上，“铸嘴”浇铸连续流动的玻璃。空气被吹入通过凹槽，通过这种方式，心轴的自由端产生管。

可替代地，垂直开发的机器包括直接在熔融玻璃的入口通道的底部上做的孔口。在孔口中，悬挂“钟形件”但通常不旋转，其部分地阻挡了孔口并留下一个熔融玻璃通过其中的圆形狭缝。通过这种方式，熔融玻璃被浇铸通过在钟形件的外侧上滑动的孔口，并且仍然是塑料，以便形成管。

在两种情况下，该管接着被布置在包括基本水平的辊子的输送机开头的一定距离处的专门机器“牵引”（其中管的温度足够低）。响应于管的直径和确定的厚度，根据空气流速和压力以及牵引速度（斜生产线），或者根据孔口区域的温度（垂直生产线），自动且连续地控制管的大小。

已经发现，非同心度的缺陷与垂直生产线具有更多的相关性，其中在钟形件的小运动下校正缺陷是可能的。问题是，同心度的测量通常是“离线”进行的，即在管已经到达该线的末端并已经被切断时进行测量，从而获得绝对值的测量，但失去关于非同心度的方向上的信息。为了获得这个信息，有必要在所测量的管上以孔口的角度基准提供标志。通常，管的表面用合适材料的笔在最接近孔口的固定位置进行“标记”，使得非同心度被引用为孔口的基准***，接着确定钟形件的位置校正。

此过程会导致各种缺点，其中主要的是需要在玻璃管上淀积外来杂质，具有在辊子上和许多输送装置上留下残留物的风险，从而也导致污染通常用于医药品市场的产品的高风险。为了避免这种风险，在标记步骤后，所有标记的管玻璃产品被拒绝和丢弃，并且由于通过标记的调整会持续零点几分钟，所以产生材料、效率以及成本的巨大损失，并且浪费能源。

此外，该步骤必然影响该过程所基于的热机械平衡，该影响以瞬态而不是稳态测量进行调整的过程。

最后，由于高温度，测量是至关重要的，从而进一步限制其可以执行的精度和频率。

因此，期望可能地通过“非接触式”测量在形成步骤的下游立即测量玻璃管的形状缺陷，以便实时介入正好在测量步骤的上游的形成步骤，并且校正该缺陷，从而将产品浪费，尤其是产品质量不好的风险限制到最小。事实上，通过对管的厚度的精确测量，调整管成形的步骤以避免厚度缺陷是可能的。

在已知的透明物体的厚度测量***之中，已知干涉测量的厚度测量***提供了将光束发送到透明物体上并收集所反射的辐射。更精确地，利用反射，从而考虑到外表面和内表面产生反射光分量，即使是最小强度的反射光分量（对于玻璃，每个反射光分量约为界面上的入射辐射的4%）。通过这种方式，反射光束是通过具有相同数量级幅度的两个反射辐射的重叠给定，所述电流彼此相移，从而对应于相对于由外表面所反射的路径由反射辐射经过内表面的较长路径。这种重叠造成干涉现象，其可以被检查，以确定路径的差异并且然后确定厚度。

这种类型的测量通常用于计算厚度达几微米的薄膜厚度，但是对于较大厚度，需要精度更高的收集和控制信号的技术，并且需要一个更高级和昂贵的设备。

出于这个原因，必需以可能最有效的方式收集反射辐射，以便获得用于计算玻璃物体厚度的信号，玻璃物体厚度相对于薄膜更厚约二或三个数量级。

关于玻璃管的自动生产线的进一步问题是由于玻璃管不完全静止，因为它运行快，然后受到各种运动和振动，使得反射辐射具有可变方向，并且管的直径越低，灵活性越高，从而导致难以可靠地将其收集用于光谱分析。

因此，期望所收集的反射辐射最低限度地受玻璃管（或者更通常是，必须确定其厚度的玻璃物体）的可能振动或小运动影响，并且收集足够的输出信号，以进行光谱分析。

另一个要考虑的是，如果应用于由光束投射（invest）的玻璃管或具有弯曲表面的其他物体，以便通过光谱分析确定厚度，则现有测量***可以仅提供所寻找的来自于由光束投射的壁的一侧的厚度数据，即接收入射辐射并且重新获得可以在入射光束来自的同一侧收集的反射辐射。为了确定足够数量的点的厚度，然后必需进行更多测量并且接着重新布置一些较高级的仪器，以增加厚度测量点。这导致后续增加了必要成本和资源。

因此，期望在不增加成本的情况下，在合适数目的点处确定厚度，尤其是其变化，以便确定任何形状缺陷，即内表面和外表面之间的非共轴性。

发明内容

本发明的特征在于，提供一种测量透明物体的壁的厚度的方法，使得能够获得精确的厚度测量值并且不受同一物体的振动或小运动影响。

本发明的另一个特征在于，提供一种测量透明物体的壁厚度的方法，以确定物体的厚度，特别是以高速度在连续生产线上输送的玻璃管的厚度。

本发明的另一个特征在于，提供一种测量透明物体，特别是玻璃管的壁的厚度的方法，其允许确定几个点的厚度，以便确定可能的形状缺陷。

本发明的另一个特征在于，提供一种测量厚度的方法，以同时确定玻璃管中的近端壁的厚度和远端壁的厚度。

本发明的另一个特征在于，提供一种确定实现相同物体的透明物体的壁的厚度的测量设备。

本发明的另一个特征在于，提供一种测量安装在连续生产线上的透明物体的壁的厚度的测量设备。

本发明的另一个特征在于，提供一种测量在结构上廉价且容易制作的透明物体的壁的厚度的测量设备。

在本发明的第一方面，这些目标和其他目标是通过测量透明物体，特别是弯曲物体的壁的厚度的方法实现的，所述壁包括：透明材料；布置在环境和透明材料之间的近端界面；以及与近端界面相对的、布置在透明材料和环境之间的远端界面，

所述方法提供以下步骤：

——预先布置起始光辐射；

——聚焦所述起始光辐射，从而获得指向所述壁的入射光辐射，使得所述入射光辐射：

——撞击所述壁的所述近端界面，

——部分由所述近端界面反射，以便产生第一反射辐射，

——部分穿过所述透明材料，撞击在所述远端界面上，并且部分由所述远端界面反射，

——在所述远端界面上反射后，部分以相反方向穿过所述透明材料，再次撞击在所述近端界面上并且穿过它，以便产生第二反射辐射；

——收集通过重叠所述第一和第二反射辐射得到的整个出射光；

——用光谱法分析所述出射光辐射，以便根据所述第一和第二反射辐射之间的干涉特性确定所述壁的厚度，

其特征在于，

所述聚焦步骤提供通过具有两个主子午线的非轴对称透镜装置获得所述入射光辐射，使得所述入射光辐射聚焦在由第一子午线平面限定的平面中的第一虚焦点上，并且聚焦在由第二子午线和所述光源方向限定的平面中的第二虚焦点上。

特别是，所述聚焦步骤提供以下条件中的一个条件：

——所述第一/第二虚焦点位于超出所述壁的有限位置处，并且所述第二/第一虚焦点基本位于所述壁处；

——所述第一/第二虚焦点基本位于无限远处，并且所述第二/第一虚焦点基本位于所述壁处；

——所述第一/第二虚焦点基本位于无限远处，并且所述第二/第一虚焦点位于超出所述壁的有限位置处。

通过这种方式，可以得到所收集的辐射基本与所述透明物体的可能运动无关，并且这允许所述测量相对于所述物体的波动和振动具有显著的可靠性和鲁棒性。

特别是，所述收集步骤提供聚焦所述整个出射光辐射的步骤，使得从所述整个出射光辐射中收集的光的一部分（light fraction）具有足够的能量来允许通过所述分析步骤确定所述壁的厚度。

在一个优选的示例性实施例中，所述收集步骤是由所述出射光辐射在与所述光源方向相反的方向上撞击的所述透镜装置执行。通过这种方式，同一非轴对称透镜装置同时操作为用于聚焦指向该物体的壁的所述入射辐射的装置，并且操作为用于聚焦从该物体的壁反射的出射辐射的装置。

有利地，所述聚焦步骤提供调整所述非轴对称透镜装置的位置的步骤，从而调整所述第一和第二虚焦点的位置，以获得最佳聚焦的所述条件中的一个条件。通过这种方式，通过将所述非轴对称透镜装置的位置调整到上述聚焦条件中的一个条件下，可以优化收集特别是所述整个出射光辐射的能量的步骤以及优化所述第一和第二反射辐射之间的干涉质量。此外，这使得能够优化下一个分析步骤，并且然后优化所述厚度测量精度。

特别是，所述透明物体是一种具有管状壁，特别是圆柱形的管，其包括侧表面和限定具有相应轴线的管状凹槽的内表面，所述入射光辐射首先撞击在所述管状近端部分上，以便根据从所述管状近端部分出射的所述第一和第二反射辐射之间的干涉特性确定所述管状近端部分的厚度。

如果必须测量厚度的透明物体是管，则两个主子午线，一个平行于该管的轴线，另一个垂直于该管的轴线。

有利地，针对多个不同点，完成预先布置起始光辐射、聚焦所述进入的起始光辐射从而获得指向所述管状壁的入射光辐射、收集出射光辐射以及分析所述出射光辐射的步骤，以便为每个所述点测量正面面向相应的入射光辐射的所述管状近端部分的厚度。

特别地，所述多个点围绕所述管旋转地隔开。通过这种方式，可以在有角度地彼此远离的更多点中测量所述玻璃管的厚度，并且然后获得所述管的厚度在圆周方向上的变化，从而通过这种方式检测形状缺陷，例如缺少所述侧内表面和外表面之间的同心度。

替换地，或以组合的方式，所述多个点沿所述管彼此纵向地隔开。通过这种方式，可以同时在彼此纵向地隔开的更多点中测量所述管的厚度，以增加测量点的数量。特别是，在所述管围绕其自身的轴线旋转并同时纵向推进的情况下，可以获得所述管的厚度在圆周方向上的变化，从而通过这种方式检测形状缺陷及其在所述推进过程中的演化。后一个解决方案必须提供所述管相对于所述旋转的一推进速率，以便响应于所述推进速率和所述管围绕其自身轴线的旋转而限定螺旋状发展，这基本不同于所述管在形成所述管的步骤过程中的推进速率，并且然后不同于对应的螺旋状形成发展。通过这种方式，通过提供有差异的步骤，可以测量厚度的差异，因为测量点不处于在所述管形成的螺旋状发展中。

允许确定可能的形状缺陷的、在所述管的圆周方向上具有更多点的准确映射可以用于例如在两个管的末端或管的各部分彼此正面耦合情况下定相（phase）形状缺陷。通过这种方式，通过知道两端耦合的形状，可以定向它们，使它们围绕自身轴线旋转，以便获得通常可以通过焊接或胶合所述两端进行的最佳匹配。

特别地，提供与所述分析步骤相关联的控制所述透明物体的生产的步骤，使得根据所检测的厚度值，所述控制生产的步骤操作和控制所述物体的成形步骤，特别是所述玻璃管的成形步骤。通过这种方式，可以根据与预定厚度的偏移，或者在存在形状缺陷的情况下，校正所述玻璃管的成形步骤。

更特别地，控制与所述分析步骤相关联的所述透明物体的生产的步骤分析针对多个点确定的厚度并且彼此关联，多个点围绕所述管旋转地和/或纵向地隔开，并且在所述管存在厚度错误或形状缺陷的情况下，相应地调整所述玻璃成形过程。例如，在提供其内布置有管成形元件的浇铸孔口的玻璃管的连续生产的情况下，所述控制步骤提供所述管成形元件的位置的反馈控制。

有利地，在所述管的情况下，所述入射光辐射首先在管状近端部分处遇到所述管状壁，部分穿过所述管状壁的所述管状近端部分并且进入所述管状凹槽，从而产生第二入射辐射，所述第二出射辐射穿过所述凹槽并且遇到所述壁的管状远端部分，并且以下列方式聚焦：

——撞击所述管状远端部分的近端界面，

——部分由所述管状远端部分的所述近端界面反射，以便产生第三反射辐射，

——部分穿过所述壁的所述透明材料，撞击在所述管状远端部分的远端界面上，并且部分由所述远端界面反射，

——再次穿过所述壁的所述透明材料，撞击在所述近端界面上，并且穿过所述近端界面，从而产生第四反射辐射，

——所述第三和第四反射辐射穿过所述凹槽和所述管状近端部分，从而产生重叠到所述第一和第二反射辐射的第五和第六反射辐射，

使得通过所述第一和第二反射辐射以及所述第五和第六反射辐射的重叠获得所述整个出射光辐射，并且用光谱法分析所述整个出射光辐射的步骤被配置为根据所述第一、第二、第五和第六反射辐射之间的干涉特性确定所述壁的所述管状近端部分和所述管状远端部分的厚度。

通过这种方式，可以通过单个测量确定所述管的近端部分和远端部分的厚度。这两个的厚度值是通过在所述出射辐射上（即在所述第一、第二、第五和第六反射辐射之间的干涉光谱上）选择和识别确定检测所述近端和远端部分的厚度的数据。

在这种情况下，所述聚焦步骤提供以下条件中的一个条件：

——所述第一/第二虚焦点基本位于所述管状近端部分上，并且所述第二/第一虚焦点位于超出所述远端壁，特别是基本位于无限远处；

——所述第一/第二虚焦点位于所述管内，即超出所述管状近端部分且在所述轴线之前，并且所述第二/第一虚焦点位于超出所述远端壁，特别是基本位于无限远处；

——所述第一/第二虚焦点位于所述管内，即超出所述管状近端部分且在所述轴线处，并且所述第二/第一虚焦点位于超出所述远端壁，特别是基本位于无限远处；

——所述第一/第二虚焦点位于所述管内超出所述轴线，并且所述第二/第一虚焦点位于超出所述远端壁，特别是基本位于无限远处；

——所述第一/第二虚焦点基本位于所述管状远端部分上，并且所述第二/第一虚焦点位于超出所述远端壁，特别是基本位于无限远处；

——所述第一/第二虚焦点位于超出所述管状远端部分，并且所述第二/第一虚焦点位于超出所述远端壁，特别是基本位于无限远处；

——所述第一/第二虚焦点基本位于所述管状近端部分，并且所述第二/第一虚焦点基本位于所述管状远端部分上。

通过这种方式，所收集的辐射包含足够能量用于通过所述分析步骤确定所述管的管状近端部分和管状远端部分的厚度，该测量相对于所述管的波动和振动具有良好等级的可靠性和坚固性。通过这种方式，通过所述管状近端部分和所述管状远端部分的厚度的双同步测量，可以针对入射辐射的每个应用点获得相对于管的轴线彼此相对的两部分的对应测量值，并且然后在同一测量仪器的情况下获得双倍数量的测量点。在这种情况下，调整非轴对称透镜装置的位置的步骤可以调整所述第一和第二虚焦点的位置，以便优化所述第一、第二、第五和第六反射辐射之间的干涉特性和为其收集的能量。更特别地，调整位置的步骤允许选择关于所述管状近端部分和所述管状远端部分的干涉信号以及将它们彼此区分开。换句话说，所获得的调整倾向于示出第一和第二反射辐射之间的干涉信号和第五和第六反射辐射之间的干涉信号。

在本发明的另一方面，提供了一种确定透明物体（特别是弯曲物体）的壁厚度的测量设备，所述壁包括：透明材料；布置在环境和透明材料之间的近端界面；以及与近端界面相对的、布置在透明材料和环境之间的远端界面，

所述设备包括：

——发出起始光辐射的装置；

——聚焦所述起始光辐射的装置，其被配置为获得指向所述壁的入射光辐射，使得所述入射光辐射：

——撞击所述壁的所述近端界面，

——部分由所述近端界面反射，以便产生第一反射辐射，

——部分穿过所述透明材料，撞击在所述远端界面上，并且部分由所述远端界面反射，

——在所述远端界面上反射后，部分在相反方向上穿过所述透明材料，再次撞击在所述近端界面上并且穿过它，以便产生第二反射辐射；

——用于收集通过重叠所述第一和第二反射辐射获得的整个出射光的装置；

——用于用光谱法分析所述出射光辐射以便根据所述第一和第二反射辐射之间的干涉特性确定所述壁的厚度的装置，

其特征在于，

所述聚焦装置包括用于获得所述入射光辐射的非轴对称透镜装置，所述非轴对称透镜装置具有两个主子午线，使得所述入射光辐射被聚焦在由第一子午线在所述光源方向上限定的第一虚焦点上并且聚焦在由第二子午线和光源方向限定的第二虚焦点上。

特别地，所述聚焦装置被配置为获得以下条件中的一个：

——所述第一/第二虚焦点位于超出所述壁的有限位置，并且所述第二/第一虚焦点基本位于所述壁处；

——所述第一/第二虚焦点基本位于无限远处，并且所述第二/第一虚焦点基本位于所述壁处；

——所述第一/第二虚焦点基本位于无限远处，并且所述第二/第一虚焦点位于超出所述壁的有限位置。

特别地，所述收集装置提供一种聚焦所述整个出射光辐射的装置，使得所述整个出射光辐射的能量能够优化干涉特性，以便通过所述分析装置确定所述壁的厚度。

在一个优选示例性实施例中，所述收集装置包括由所述出射光辐射在与所述光源方向相反的方向上撞击的所述非轴对称透镜装置。通过这种方式，用于聚焦所述出射辐射的装置和用于收集所述出射辐射的装置相吻合。

有利地，所述发出装置和所述非轴对称透镜装置通过光纤耦合，特别是单模式类型，相互连接。

特别地，所述收集装置和所述分析装置通过光纤耦合，特别是单模式类型，相互连接。

通过类似优点，通过光纤相互耦合的所述发出装置和所述分析装置被装在配备有至少一个光纤连接器的中央光学单元内。

优选地，通过光纤耦合的所述发出装置和所述分析装置是通过分束装置连接到单个光纤，所述光纤同时操作为用于由所述发出装置发出的辐射的出射辐射耦合器和操作为用于所述分析装置的入射辐射耦合器。

有利地，所述聚焦装置和用于收集所述辐射（特别是相互吻合）与光纤耦合装置一体地集成在配备有至少一个单模式光纤连接器的检测探针中。

有利地，提供了一种所述非轴对称透镜装置的位置调整装置，以调整所述第一和第二虚焦点的位置，从而获得最佳聚焦的条件。

优选地，所述探针包括用于检测所述聚焦装置和所述物体之间（特别是所述检测探针和所述物体之间）的距离的装置，用于检测距离的装置是与所述位置调整构件相关联。通过这种方式，可以以更高的精度以如下方式调整透镜装置和物体（特别是玻璃管）之间的距离，该方式被配置为调整聚焦和获得具有最佳能量和干涉特性的出射光辐射。

特别地，所述透明物体是具有管状壁（特别是圆柱形）的管，其包括侧表面和内表面，所述内表面限定具有相应轴线的管状凹槽，并且至少一个检测探针被布置为面向所述管的近端部分，使得所述入射光辐射遇到所述管状近端部分，以便根据所述第一和第二反射辐射之间的干涉特性确定所述管状近端部分的厚度。

有利地，提供多个探针，所述探针被配置为测量多个不同的点，以便针对每个点测量相应的管状近端部分的厚度。特别是，所述多个点围绕所述管旋转地隔开。替换地，或以组合的方式，所述点沿所述管彼此纵向地隔开。以这种方式，通过使用几个检测探针，可以测量所述玻璃管的形状缺陷和同一管的所述壁的强度参数。

替换地，或以组合的方式，提供一种调整装置来旋转地和/或纵向地调整所述管相对于所述检测探针或所述多个检测探针的相对位置，以获得多个不同测量点的厚度测量值。

特别地，所述多个探针通过光学多路复用器连接到中央光学单元，使得根据时分操作，每个探针依次接收辐射以聚焦在样品上，并提供反射辐射以进行分析，以在合适时间获得足够精确的测量。通过这种方式，可以发出和分析由单个中央光学单元产生的来自于几个探针的信号，同时在设备成本上具有明显优势。此外，这个解决方案对于使用，特别是仪器的调整的使用也是有利的，因为测量的结果通常取决于光源的特征和光谱分析器，它们对所有探针是共同的。

特别地，提供了一种与所述分析装置相关联的用于控制所述透明物体的生产的装置，使得根据所检测的厚度值，所述生产控制装置操作产品成形装置，特别是所述玻璃管。通过这种方式，可以根据与预定厚度的偏移调整玻璃管的成形步骤。

更特别地，所述生产控制装置分析和比较由所述探针针对围绕所述管旋转地和/或纵向地隔开的多个点确定的厚度，并且在所述管存在厚度错误或形状缺陷的情况下，相应地控制玻璃成形过程。例如，对于提供其中布置有管成形元件的浇铸孔口的连续玻璃管，所述控制装置被配置为对所述管成形元件的位置进行反馈控制。

在一个优选示例性实施例中，每个所述探针被配置为根据上述方法的步骤测量所述管状近端部分的厚度和与所述管状近端部分相对的所述管状远端部分的厚度。通过这种方式，在相同数量的围绕所述管布置的探针下，通过相对于所述管移动所述探针而获得多个可能测量点，使测量值数目进一步加倍。因此，可以获得测量设备的额外节省。

附图说明

参照附图，现在将用示例性实施例的下列描述示出本发明，示例性实施例是示例性的而不是限制性的，其中：

图1根据本发明示出设备的示意图，该设备包括被配置为测量一般透明物体（特别是具有弯曲表面的物体）的壁厚度的光学检测探针，还包括以下示意性示出作为灯泡的光源；

图2示出图1的光学检测探针的分解图，其描述了获得直接入射在壁上的光束的部件，以及从同一壁接收反射辐射的部件，在图A中，第一示例性实施例被示为具有用于聚焦的非轴对称装置；

图2A示出聚焦起始光辐射的步骤的示意图，其使得可能获得指向要被测量厚度的壁的入射光辐射；

图2B示出一个方框图，其描述了用于从由光学探针检测的反射信号开始计算物体的壁厚度的算法所遵循的主要阶段；

图2C示出如由光谱仪产生的和由合适图像采集装置收集的频率或波长的功能图；

图2D示出随时间变化的图，其示出了由图2C的图的数值分析获得的干涉峰值，从这个值中获得物体的壁厚度；

图3和图3’参照曲率R的子午线示意性地示出通过反射进行的共焦聚焦的可能配置；

图3A至图3C示意性地示出了碰撞物体的光束源的聚焦配置；在本图中，第二示例性实施例被示为具有用于聚焦的非轴对称装置；

图4示出用于确定图1的厚度的测量设备的示意图，测量设备应用于至少在玻璃管厚度的一个点处进行测量；

图5示出用于确定图4的厚度的测量设备的示例性实施例的示意图，测量设备包括几个光学检测探针，以便确定沿圆周布置在管上的更多点的厚度；简化了每个壁上的双重反射；

图5A示出用于确定图5的厚度的测量设备的透视图，其中几个检测探针布置在玻璃管的连续推进的一条线上；

图6示出光学检测探针和撞击且被反射用于测量同一管的彼此相对的管状近端部分和远端部分的厚度的辐射的分解图；

图7示出随时间变化的图，其示出第一和第二干扰峰值，从该干涉峰值得到管状近端部分和远端部分的厚度；

图8至图8I示意性地示出撞击玻璃管的辐射源的聚焦配置，其被配置为确定近端壁的厚度和同时确定管的近端壁和远端壁；

图9示出用于确定图7的厚度的测量装置的示例性实施例的示意图，测量设备包括测量近端和远端厚度的两个光学检测探针，以便确定玻璃管在四个不同点中的厚度，简化了每个壁上的反射；

图10示出控制程序装置的示意图，控制程序装置与用于测量厚度的设备相关联，以便具有在玻璃管中气泡缺陷的反馈控制；

图11和图11A示出用于使与图10控制装置相关联的玻璃管成形的装置的横截面图；

图12和图12A分别示出具有固定横截面的玻璃管和具有形状缺陷（特别是内表面和外表面之间的非同心度的缺陷）的玻璃管之间的比较。

具体实施方式

参照图1，示出一种用于确定一般透明物体30（特别是弯曲物体）的壁35的厚度100的测量设备，测量设备被配置为提供相对测量方法。具体地，壁35包括布置在近端界面31和远端界面32之间的透明材料35a，近端界面31设置在环境33和透明材料35a之间，远端界面32设置在透明材料35a和环境33之间。

更具体地，确定厚度100的测量设备包括在预定源方向3上的起始光辐射2的光源1和用于聚焦10（图2）起始光辐射2以便获得指向壁35的入射光辐射5的装置。

例如，光源1是超发光二极管。

更具体地，起始光辐射2通过光纤25（特别是单模式光纤）传输，并撞击（hit）用于聚焦10（图2）以便获得入射光辐射5的装置。如图2中更好地示出，入射光辐射5撞击物体的壁35的近端界面31并且部分由近端界面31反射，以便产生第一反射辐射6。大部分入射光辐射5传输7通过壁35的透明材料35a，撞击在远端界面32上，并且继而由远端界面32反射8。此外，辐射7产生传输超过远端界面32的传输辐射7’。反射辐射8在相反的方向再次穿过壁35的透明材料35a，从而再次撞击在近端界面31上并且穿过它，以便产生第二反射辐射9。即使在这种情况下，撞击在近端界面31上的辐射8产生进一步的反射分量8’。例如，在类似于玻璃的材料的情况下，得到的是，从具有等于100%的强度的入射光辐射5开始，第一反射辐射6可能具有4%的强度，而传输分量7具有96%的强度。继而，传输分量7将再次传输为7’并且反射为8，从而失去与入射辐射的96%强度成正比的相同比例。再次穿过近端界面31的反射辐射8产生可能具有约3.8%的强度的第二反射辐射9。然后，第一反射辐射6和第二反射辐射9的强度差异提供良好干涉比例，从而允许确定壁35的厚度，如下面所描述的。

另外，用于确定厚度100的测量设备包括用于通过第一反射辐射6和第二反射辐射9的叠加收集整个出射光辐射15的收集装置40，和用于用光谱法分析50（图1）出射光辐射15的装置，以便根据第一反射辐射6和第二反射辐射9之间的干涉特性确定壁35的厚度，如下面详细描述。

更精确地，收集装置40可以包括用于聚焦整个出射光辐射15的装置，使得从整个出射光辐射15收集的光的一部分具有足够的功率来通过分析装置确定壁35的厚度。在图2优选示例性实施例中，收集装置包括由出射光辐射15在与光源方向3相反的方向上撞击的透镜装置10。通过这种方式，同一非轴对称透镜装置10可以同时操作为用于聚焦指向物体30的壁35的出射辐射5的装置，并且操作为用于聚焦来自物体的壁35的出射光辐射15的装置10。如果出射光辐射15朝向以与会聚入射光辐射5相同的曲率发散的收集装置40返回，则同一透镜装置10可以用在两个方向中的任一方向上。对于每个反射分量6和9（在下文中参见17和18），必须单独考虑称为“通过反射的共焦性”这一条件。特别地，各界面31和32（在下文中，如301a和301b、302a和302b）基本平行（耦合），并且然后限定壁（对于每对界面），壁与探针的距离远大于壁35的厚度，那么针对每个壁可以视为“通过反射的共焦性”，如下面详细描述。

因此，如图2A中示意性地示出，可以提供用于聚焦起始光辐射2的非轴对称透镜装置10，以制备入射光辐射5。具体地，在光纤25的出口处的起始光辐射2被发散并撞击第一透镜11，以便获得基本准直的辐射2a，其继而撞击非轴对称透镜装置10。

更详细地，非轴对称透镜装置10具有两个彼此垂直的主子午线平面10a、10b，使得入射光辐射2a被聚焦在第一子午线平面10a中的第一虚焦点F₁上以及在第二子午线平面10b中的第二虚焦点F₂上。此外，往往要被测量的物体具有局部非轴对称的曲率，例如在回转表面的情况下，特别是制药用的管或容器。在这种情况下，也为它定义子午线平面，且聚焦***被优选定向，以便使透镜装置10的子午线平面与物体30的重合，以便以下对于聚焦装置或物体的壁35称为子午线平面10a和10b，而不引用其中任何一个，而不会发生混淆。通过这种方式，得到的是收集辐射15基本与透明物体30的可能运动无关，这允许测量相对于物体30的波动和振动具有显著的可靠性和鲁棒性，如下面详细解释。

具体地，如图3和图3’中所示，“通过反射的共焦性”可以通过参考两个子午线平面10a、10b中的任何一个平面独立地获得，从而得到取决于条件是在一个还是两个子午线平面10a、10b上获得的单向最优或双向最优配置，如下面详细描述。

在每个子午线平面10a、10b上，以两种方式可以获得共焦反射，即：在壁（图3）处或在壁35（图3’）的曲率C的中心附近聚焦入射光辐射5。

对于曲率半径在两个子午线平面上不同的一般物体，仅聚焦在表面上的双向配置可以通过轴对称透镜装置获得。对于所有其他组合，通常需要使用在两个子午线平面上焦距不同即散光的聚焦***，通常由非轴对称透镜可获得。

通过实际测试，可以表明，通常不必使用双向最优聚焦配置。事实上，这些不仅示出了高能量效率（返回信号的高强度），而且示出了对未对准或振动的低鲁棒性。反之亦然，即使仅大约是单向最优的配置也允许获得足够的能量效率，即使增加光源的功率，从而获得相对于***的未对准的高鲁棒性。精确地，共焦条件不需要用于与未对准沿其是可能的子午线有关的反射。

在图3A至图3C中，示意性地示出了响应于布置该设备的生产线的可操作性条件、要被测量厚度的物体30以及透明材料或玻璃等聚焦所获得的辐射源5的不同解决方案。

在第一聚焦条件中，如图3中所示，透镜10使辐射会聚在基本处于壁35处的第一虚焦点F₁和在超出壁35的有限位置处的第二虚焦点F₂。例如，通过组合相对彼此旋转90°的两个圆柱形透镜12、13，可以得到这样的配置。

有用的是指出聚焦点F₁、F₂的表示是单纯的图解和理想的，并且没有示出入射光辐射5在各种透明材料界面的运动中所受到的偏斜。事实上，在每个子午线平面10a、10b上，为了得到入射光辐射5聚焦在超出壁35的一点处，入射光辐射5必须朝向位于相对于实际的聚焦点稍微较少（或较多）的距离的一点会聚，因为壁可以用作发散（或会聚）透镜，并且因此使有效焦点远离（或接近）。

在第二条件中，第一虚焦点F₁基本位于壁35处，第二虚焦点F₂基本位于无限远（inf.）（图3A）。在这种情况下，焦点F₁可以位于壁35附近或其厚度内。更特别地，围绕焦点F₂的这个位置的焦点深度的范围具有约+/-4mm的幅度，即焦点F₂可以位于高达在壁35前或后的4mm。

在第三条件中，使两个透镜22、23围绕其轴线旋转90°并且优选地接近物体30，第一虚焦点F₁基本位于无限远，第二虚焦点F2位于超出壁35的一个有限位置，超出所述深度范围，特别是在由第二子午线平面10b限定的壁的曲率中心（图3B）。在图3B中，指示了物体30的壁35的曲率半径R₁、R₂。

图3B将焦距从无限远缩短到有限位置而得到的配置（图3C）示出了类似的对振动的鲁棒性的优点，但返回信号具有较高的强度。

特别地，简单地通过调整透镜装置10相对于物体30的距离，以便位移第一虚焦点F₁落在的点，以此得到图3B和图3C中所述的配置。围绕光学轴线将透镜22、23旋转90°得到这样的配置。

此外，透镜22、23相对于彼此在位置上是可调整的。

在上述情况下，如上面所述，可以使用单个透镜和一组透镜22、23，其中至少一个透镜是非轴对称的，即散光的，从而得到收集辐射15基本与透明物体30的可能运动无关，并且这允许在连续生产线上显著的可靠性和测量精度。特别地，得到的是，由物体的壁35重叠的反射辐射6和9给出的反射出射辐射15足够强至通过光谱学进行分析，以便确定壁35的厚度。

从结构的观点来看，如图2中所示，光纤25、透镜11和非轴对称透镜10，连同用于出射辐射15的收集装置40，集成在配备有至少一个单模式光纤连接器21的检查探针20中（图2A）。通过这种方式，光纤25连接光源1与检测探针20（光学路径26）并且反之亦然，连接检测探针20与用于分析的装置50（光学路径27）。

有利地，如图3中示意性示出的透镜装置10、11与位置调整装置90关联，位置调整装置90被配置为调整第一虚焦点F₁和第二虚焦点F₂的位置，以得到上述最优聚焦条件中的一个条件。以这种方式，通过调整透镜装置10、11的位置，可以优化由装置40收集的出射光辐射15的一部分。此外，这允许优化第一反射辐射6和第二反射辐射9之间的干涉特性和下列分析步骤，并且然后得到关于壁35厚度的更好测量精度。

探针20进一步包括用于检测距离180的装置，例如，超声波脉冲传感器（图2），其确定用于聚焦10的装置和物体30的、与位置调整装置90有关的距离（图3A和图8）。通过这种方式，可以以更高精度调整探针20和物体30（特别是玻璃管）之间的距离，以便调整聚焦和得到具有最优干涉特性的出射光辐射15。

更特别地，光源1和用于分析的装置50由分束装置49连接到同一光纤25，分束装置49对于由光源1发出的辐射用作出射辐射耦合器，沿光学路径26，同时对于用于分析的装置50用作入射辐射耦合器，沿光学路径27。因此，由壁35反射的出射辐射15穿过彼此相对的透镜装置10和连接到用于分析的装置50的光纤25。进一步的优点是，各自由光纤耦合的光源1和用于分析的装置50被装在同一中央光学单元200内（图1）。

通过这种方式，由壁35重叠的第一反射辐射6和第二反射辐射9给出的反射辐射以相反方向运行在光纤25中，直到到达分束装置49或分束器，其偏离它，从而产生经过光学路径27的朝向用于分析的装置50的光学信号。光学路径27上的光学信号通过光谱分析器46，例如光栅，并且在合适的图像采集装置例如CCD上产生梳状光谱53（图2C），其中干涉带根据与分别撞击壁35的第一界面31和第二界面32的辐射9相对于辐射6的空间延迟2sn成反比例的距离Δλ彼此隔开。更特别地，这种光谱的强度趋势（图2C’）表示响应于辐射频率波长的光功率的光谱密度（图2C’），并且示出精细地以推进比例（Δλ或Δf）等距隔开的交替峰值：

$\mathrm{\Δ\λ}=-\frac{\mathrm{\λ}{0}^2}{2\mathrm{sn}}$ 或 $\mathrm{\Δf}=\frac{c_o}{2\mathrm{sn}}$

其中λ₀是光源的波长；

n是透明材料的折射率；

s是物体30的壁35的厚度；

c₀是光速。

继而，例如通过离散傅里叶变换（DFT）从数值上分析图2C’的趋势，从而得到随着时间变化的图（图2D），该图示出峰值15a，其横坐标直接指代图2C的光谱53的推进比例的相反数，其与空间延迟2ns成正比。

在公式

$\mathrm{\Δt}=1/\mathrm{\Δf}=\frac{2s}{c_o/n}$

延迟时间Δt被定义为对应于空间延迟2sn，并且通过知道材料的折射指数n，从延迟时间Δt得到厚度s。

更一般地，根据图2B的方框图，通过梳状光谱53得到由执行预定算法的微处理器60计算出的输出信号55。特别是，算法对梳状光谱53执行上述离散傅里叶变换，从而将其与一些输入参数62相关联。这种参数62主要涉及折射率n、物体30的几何形状以及入射光束的波长、入射角度（通常相互垂直）等。

微处理器60输出可以示于显示器80上的值65，该值表示透明物体30的壁35的厚度。

如图4中所示，在厚度测量设备11的特别应用中，透明物体是具有管状壁350的（特别是圆柱形的）管300，例如玻璃管，其包括侧表面301和限定具有相应的纵向轴O的管状凹槽303的内表面302。通过这种方式，入射光辐射首先遇到管状近端部分300a，以便根据由管状近端部分300a反射的第一辐射6和第二辐射9之间的干涉特性确定其厚度。在这种情况下，以未示出的方式，主子午线是一个与管300的轴线O平行，另一个与管300的轴线O垂直。

在一个可能的示例性实施例中，在设备100中，如图5中所示，提供了多个探针，特别是四个被配置为测量多个不同点的光学检测探针20a、20b、20c和20d，以便针对每个点测量相应的管状近端部分300a的厚度。特别地，多个点围绕管300彼此旋转地隔开。通过这种方式，可以测量玻璃管在成角度地彼此远离的更多点处的厚度，然后得到在圆周方向上的管的厚度分布，从而以这种方式检测任何形状缺陷，例如缺少内表面302和外表面302之间的同心度。

替换地，或组合地，以未示出的方式，多个测量点沿管300彼此纵向隔开。通过这种方式，可以同时测量管在彼此纵向隔开的更多点S处的厚度，以增加测量点的数量。

替换地，或以组合的方式，可以在连续的时刻获得多个测量点，从而利用由输送***或由生产线的机器施加到物体30或管300的平移或旋转运动，如图5A至图5C中所示。通过这种方式，可以控制例如制药领域中的小玻璃瓶的一端的厚度，甚至在已经填充它之后。更特别地，每个检测探针具有各自的光纤，具体是四个光纤25a、25b、25c和25d，其如上所述用于发送出射辐射5和收集出射辐射15，以便获得光学信号27a、27b、27c和27d。特别地，探针20a、20b、20c和20d通过光学多路复用器70连接到中央光学单元200，使得根据时分操作，每个探针依次接收辐射5来聚焦在管300上，并且提供要分析的反射辐射27a、27b、27c和27d到用于分析的装置50，它们运行在同一光学路径29中，持续合适的时间，以得到足够精确的测量。通过这种方式，可以发出和分析由单个中央光学单元产生的来自几个探针的信号，同时在设备成本上具有显著优势。此外，这个解决方案也有利于考虑用途，特别是仪器的调整，因为测量的结果通常取决于共用所有探针的光源和光谱分析器的特征。

这种解决方案允许在多个点（特别是彼此不同的四个点）处测量管300的壁厚度。相应的输出信号55a、55b、55c和55d可以通过用于分析的装置50获得并且通过算法60计算，以便得到对应的厚度信号65a、65b、65c和65d。

此外，这种配置允许相互比较每个探针20a、20b、20c和20d的近端部分300a的厚度值，以便测量玻璃管300的可能形状缺陷的，例如通过内壁302和外壁301之间的非同心度。事实上，其结果是，通过测量在围绕管300旋转地彼此隔开的至少三个点上的管的壁厚度，可以确定可能的形状缺陷，特别是同一管的内表面和外表面之间的非同心度。沿圆周增加测量点的数量，可以增加测量精度并且然后增加生产中随后反馈控制步骤的可靠性。

在图6的进一步示例性实施例中，每个探针20被配置为测量管300的厚度，以便测量管状近端部分300a的厚度和与管状近端部分300a相对的管状远端部分300b的厚度。在这种情况下，入射光辐射5第一次在管状近端部分300a处遇到管状壁350，部分穿过管状近端部分300a和进入引起第二出射辐射7’的管状凹槽303。第二出射辐射7’穿过凹槽303并遇到壁350的管状远端部分300b，然后撞击管状远端部分300b的近端界面302a，部分由近端界面302a反射，以便产生反射辐射并且在13处部分穿过壁的透明材料，从而撞击在管状远端部分300b的远端界面302b上。类似地，辐射13部分由远端界面302b反射，从而产生再次穿过壁350的透明材料的辐射14，从而再次撞击在近端界面302a上并且穿过它，产生第四反射辐射16。

第三反射辐射12和第四反射辐射16再次穿过凹槽303和管状近端部分300a，从而产生重叠到第一辐射6和第二辐射9的第五反射辐射17和第六反射辐射18。在本描述中，省略了在近端壁的近端界面301a和远端界面301b上出现的进一步反射，其以在图2中为物体30所描述的反射的相同原理发生。特别地，第五反射辐射17和第六反射辐射18从再次穿过管状近端部分300a的透明材料的辐射12’和16’得到。在这种情况下，通过第一反射辐射6和第二反射辐射9的重叠以及第五反射辐射17和第六反射辐射18的重叠得到出射光辐射15’。

在这种情况下，用于分析的装置50被配置为用光谱法分析出射光辐射15’，以根据所述第一反射辐射6、第二反射辐射9、第五反射辐射16和第六反射辐射17之间的干涉特征或模式确定管状近端部分300a的厚度和管状远端部分300b的厚度。通过这种方式，可以在所使用的同一探针下获得更多点的厚度测量。

特别地，通过彼此干涉的第二对反射辐射17和18的存在，上述图2C和2D的厚度的计算步骤发生变化，如图7A和7B中所示。

由光谱分析器46处理的光学路径27上的信号产生具有节拍53’的梳状光谱（图7A）。响应于频率的相应强度趋势示出了彼此精细地隔开的峰和谷的交替，以及调制幅度的分布（图7A）。这是根据上述同一算法重叠具有彼此稍微不同的可比较宽度和间距Δλ_o或Δf的两个梳状光谱得到的结果，它们分别归因于第一反射辐射6和第二反射辐射9以及第五反射辐射17和第六反射辐射18之间的干涉、耦合，分别对应于管状近端部分300a和管状远端部分300b的厚度s₁和s₂。

通过合适的数值分析，例如通过离散傅里叶变换（DFT），可以获得如图7B中随时间变化的趋势，其具有两个峰15a、15a’，根据如上所定义的相同比例性，其横坐标表示近端部分300a的厚度和远端部分300b的厚度。

由于两个峰15a和15a’的高度，或者更一般地，由于两个峰15a和15a’的面积/区域是响应于通过来自两个管状部分（近端300a和远端300b）的反射收集的光强度，并且响应于针对每对反射辐射（对于近端是6和9,，对于远端是17和18）而获得的干涉率，因此可以使用这个信息来区别厚度测量值s₁和s₂，即正确地将它们关联到两个管状部分，近端300a和远端300b。

以这种方式，通过选择聚焦配置，或选择透镜和物体之间的距离的调整，可以调整反射辐射6和9相对于辐射17和18的相对干涉强度和质量，以便不仅获得厚度测量值s₁和s₂，而且获得对近端部分300a和远端部分300b的正确关联。

更一般地，微处理器60执行图2B的算法，以便不仅检查单个峰值，而且检查多于一个的峰值，并且提取厚度s₁和s₂的测量值，从而通过使用一些输入参数62正确地将它们关联到所测量的相应部分，在这种情况下，其也包括哪个部分将与更强烈的干涉耦合相关联的信息。

在微处理器60的输出端处，获得可以示于显示器80上的两个值XX和YY，其示出了透明管300的近端壁300a和远端壁300b的厚度s₁和s₂。通过这种方式，可以测量管位于探针的光学轴线上的两个点中的玻璃管300的厚度。

同样，在这种情况下，如图8至图8I中所示，聚焦步骤提供了不同的解决方案，其目的是获得适当的干扰强度和质量，而不受管的振动和/或未对准影响，从而实现两个厚度测量值的精度，以及能够在两个测量值之中进行区别，即能够正确地将它们关联到壁的正确部分（近端和远端）。

通常地，为了高效地收集从两个管状部分（近端部分300a和远端部分300b）反射的辐射，考虑管状部分的两个表面上的反射是共焦的聚焦配置是有用的。特别地，为了保持对未对准和振动的鲁棒性，下面考虑不同单向最优配置，这可以在两个子午线平面10a、10b上并且针对两个管状部分300a、300b以不同方式（聚焦在壁附近，或在曲率中心）获得。

例如，为了使在垂直子午线平面10a中的焦点是在管状远端部分300b处，入射辐射必须朝向布置在管的轴线O和管状远端部分300b之间的一点会聚，但在到达它之前，因为管状近端部分300a用作发散透镜，因此朝向有效焦点移动。

在第一示例性实施例中，处于水平子午线平面10b中的第一虚焦点F₁基本位于管状近端部分300a上，而第二虚焦点F₂处于垂直子午线平面10a中并且基本位于无限远（图8）。这样的配置对于测量唯一管状近端部分300a的厚度是单向最优的。

在图8A中，示出了一种从图8得到的配置，其中共焦反射是在管状远端部分300b上获得，并且也聚焦在壁上以及在同一水平子午线平面上。这样的配置仅对于测量管状远端部分300b的厚度是单向最优的，并对于垂直平面中的未对准具有良好鲁棒性。

在从图8和图8A的配置的推导中，第一虚焦点F₁被设在管300的轴线O处，从而获得介于图8和图8A的配置之间的配置，用于测量管状近端部分300a和管状远端部分300b的厚度。然而，即使对于部分300a和300b中的任何一个不是最优的，这种配置也是一个良好的折衷办法，因为它实现了用于测量近端厚度s₁和远端厚度s₂的足够强度的输出信号，并允许通过沿管300中的光学轴线调整焦点的位置，根据相对强度良好区别两个测量值。

图8C的进一步示例性实施例使焦点F₁更远离超出管状远端部分300b，特别是使得出射辐射5在管300内准直。这样的配置接近于水平子午线平面10b中的共焦反射处于聚焦在曲率中心的模式下的条件（在管的情况下，水平平面被布置在无限远），这对于两个管状部分，即近端300a和远端300b，是单向最优的（参见图8F和下面的描述）。

图8D的配置使第一虚焦点F₁在管状近端部分300a上并且使第二虚焦点F₂在管状远端部分300b上。通过这种方式，在两个不同子午线平面上得到两个壁上的单向最优性。这允许近端部分的测量具有较高鲁棒性，并且在两个部分上具有良好信号强度。

通过围绕其光学轴线90°旋转透镜得到类似于图8D的配置（未示出），其具有与先前例子一样的特征。

图8E中示出了从图8D的配置导出的另一配置，其被配置为测量管的近端和远端厚度，并且该另一配置示出了在轴线或管上的第一虚焦点F₁和超出管状远端部分300b的第二虚焦点F₂。以这种方式，通过调整第一虚焦点F₁的位置，得到相对于彼此的干涉峰的良好指示和干涉信号的良好选择，如图7B中所示，而焦点F₂的调整确定对垂直平面中可能的振动的鲁棒性，从而如果更多减少振动或必须测量较大直径的管，则允许增加强度。特别是，得到的是，如果焦点F₂位于最远，则光的返回锥体在垂直方向上更宽，那么测量对振动较不敏感。通过使F₂在无限远，再次得到图8A的配置。

图8F至图8I的配置示出了各自配置，其中第一虚焦点F₁基本在无限远，而第二虚焦点F₂的位置是在近端和远端部分处，或在管内的光学轴线处，或者甚至超出远端壁，从而使各配置在任何情况下在水平子午线平面中对于两个测量至少是单向最优的，并且在若干情况下，对于一个测量或另一测量，或者两个测量，是双向最优。

有利地，上述配置是可以通过具有固定焦点的光学***得到的，即不需要使用用于相对于彼此或相对于光纤移动透镜的装置，简单地改变物体与透镜10的距离，以便优化管状近端部分300a的厚度测量、管状远端部分300b的厚度测量或两个部分的厚度测量，从而考虑物体的振动幅度。

更特别地，图8F和图8H的配置在垂直子午线平面10a中也是共焦的，因为分别聚焦在管状近端部分300a和在管状远端部分300b上。

在第二虚焦点F₂位于管的轴线O处的图8G的配置中，对于管状近端部分300a和管状远端部分300b的表面上的两个子午线平面10a、10b同时具有反射共焦性，使得这种配置可以两次被考虑为双向最优。然后，这种配置也示出了对振动和未对准非常敏感，并且不能可靠地区别两个峰。

最后，在第二虚焦点超出管状远端部分300b的图8I的配置中，通过保持水平子午线平面10b中的共焦性，得到相对于振动的良好独立性以及测量的鲁棒性。

在上述聚焦类型中，通过第一反射辐射6和第二反射辐射9的重叠以及第五反射辐射16和第六反射辐射17的重叠，得到收集辐射的最优性，在一定限度内基本与管300的可能运动无关，并且得到用于如所述计算同时期的两个厚度的信号的良好鲁棒性。事实上，在对称透镜的情况下，只要物体或管保持静止，就可以良好地收集反射辐射，而如果物体例如由于振动或波动移动，如在沿生产线移动的连续物体的情况下或者在玻璃管300的情况下会发生的，则所收集的反射辐射将极大地减少并且不足够用于接下来的光谱分析。

通过这种方式，得到的是，收集辐射包含足够的能量用于通过光谱（图7）的分析确定管300的管状近端部分300a和管状远端部分300b的厚度，其中测量相对于管的波动和振动具有良好等级的可靠性和鲁棒性。换句话说，对于双同时期测量管状近端部分300a和管状远端部分300b的厚度，可以减少厚度测量仪器的数量，或者在相同数量的测量仪器的情况下加倍测量点的数量。在这种情况下，调整非轴对称透镜装置10的位置的步骤可以调整第一和第二虚焦点的位置，以便优化第一、第二、第五和第六反射辐射之间的干涉特性和由它们收集的能量部分。更特别地，位置的调整允许示出干涉峰15a和15a’，选择与管状近端部分300a和管状远端部分300b有关的干涉信号，以及相互区别。换句话说，获得的调整趋向于示出第一和第二反射辐射的干涉信号（即峰值15a）和第五和第六反射辐射的干涉信号，峰值15a’。有利地，使用反馈信息以如下方式移动透镜10，该方式被配置为控制梳状光谱53并且确保两个峰的预定强度（特别是，例如与管状远端部分300b有关的较低峰值15a’的预定强度），以及峰15a和15a’之间的强度差异，这可以响应于较高峰值15a的强度。

图9中示出了允许同时期测量管状近端壁300a和管状远端壁300b的厚度的设备的可能示例性实施例。在这种情况下，每个探针20a’、20b’被配置为测量在面对各自探针的两个壁上的管300的厚度，达到类似于图5的测量点数量，但采用较少数量的探针。通过这种方式，在相同数量的围绕管300布置的探针下，并且由于通过相对于管移动探针而获得可能的多个测量点，可以使测量数量进一步加倍。在测量设备的生产中产生额外的节省。更特别地，根据时分操作，每个检测探针20a’、20b’具有连接到与中央光学单元200连接的多路复用器70的相应单模式光纤25a’、25b’，使得每个探针依次接收辐射5来聚焦在管300上并且提供反射辐射来分析27a’、27b’，从而各自包含四个反射分量，它们经过用于分析的装置50，并且产生信号55a’和55b’，信号55a’和55b’作为输入被提供给算法60，算法60结合输入参数62对其进行分析，以产生信号65a’和65b’，信号65a’和65b’包含在更多点中的壁的厚度并且然后包含管的形状缺陷。

此外，如图10中示意性地示出，根据本发明的设备100可以包括与用于分析的装置50相关联的用于生产控制的程序控制装置150，使得根据所检测的厚度值，生产控制装置150运行和操作物体成形装置170，特别是玻璃管成形装置。通过这种方式，可以根据与预定理想厚度的偏移调整玻璃管的成形步骤。

更特别地，基于由围绕300隔开的探针检测的厚度值且基于等于零的气泡的理想参考值，控制程序装置150运行和控制玻璃管300的成形装置170（图11）。详细地说，控制装置150被配置为针对围绕管300旋转地和/或纵向地隔开的多个点，根据具有图5的四个探针的配置，分析和关联由探针20a、20b、20c和20d所确定的厚度，或者在图9的配置中，分析和关联由两个探针20a’和20b’所确定的厚度，并且在管存在厚度错误或形状缺陷下，它相应地控制所述玻璃成形过程。

特别地，如图11和图11A中所示，在通过其中布置管成形元件的浇铸孔口175制作连续玻璃管的情况下，控制装置使用厚度信息作为反馈，用于根据笛卡尔坐标***（Cartesian reference system）校正成形元件177的位置。通过这种方式，可以优化玻璃管的生产，以尽量减少生产废料。

在另一应用中，在管的圆周方向上具有允许确定可能的形状缺陷的更多点的精确映射可以用于例如在两个管或部分管的两端彼此正面耦合情况下，旋转地定相形状缺陷。以这种方式，通过知道耦合的两个管的每端的形状，可以定向这样的端部，使管的两个部分中的一个部分围绕其自身轴线旋转，以便获得可以例如执行接合、焊接或胶合两端的最佳匹配。

特别地，在相同应用中，可以使用由传感器180供给的读取距离，以便除了获得厚度的分布以外，也同时获得圆度分布。

本发明的具体示例性实施例的上述描述将从概念的观点完全揭示本发明，使得通过应用当前的知识，其他人员将能够在各种应用中修改和/或调整这个具体的示例性实施例，而不用进一步研究和不偏离本发明，并且其目的是，这样的调整和修改将必须视为等同于具体示例性实施例。实现本文所述的不同功能的装置和材料可以具有不同的性质，出于这个原因，而不偏离本发明的领域。应当理解的是，本文所采用的措辞或术语是为了描述的目的，而不是限制。

p.p GERRESHEIMER PISA S.p.A

Claims (10)

1.一种用于测量透明物体（30），特别是弯曲物体，的壁（35）的厚度的方法，所述壁（35）包括：透明材料（35a）；布置在外部环境（（33）和所述透明材料（35a）之间的近端界面（31）；以及与所述近端界面（31）相对的、布置在所述透明材料（35a）和所述环境（33）之间的远端界面（32），

所述方法提供以下步骤：

——预先布置起始光辐射（2）；

——聚焦（10、11、22、23）所述起始光辐射（2），从而获得指向所述壁（35）的入射光辐射（5），使得所述入射光辐射（5）：

——撞击所述壁（35）的所述近端界面（31），

——部分由所述近端界面（31）反射，以便产生第一反射辐射（6），

——部分穿过所述透明材料（35a），撞击在所述远端界面（32）上，并且部分从所述远端界面（32）反射（8），

——在所述远端界面（32）反射后，部分在相反方向上穿过所述透明材料（35a），再次撞击所述近端界面（31）上并且穿过它，以便产生第二反射辐射（9）；

——收集（40）由所述第一反射辐射（6）和第二反射辐射（9）叠加的整个出射光辐射（15）；

——用光谱法分析（50）所述出射光辐射（15），以便根据在所述出射光辐射（15）中的所述第一反射光辐射（6）和第二反射光辐射（9）之间的干涉特性确定所述壁（35）的厚度，

其特征在于，

所述聚焦（10）的步骤通过具有两个主子午线平面（10a、10b）的非轴对称透镜装置（10、11、22、33）获得所述入射光辐射（5），使得所述入射光辐射（5）聚焦在第一主子午线平面（10a）中的第一虚焦点（F₁）上，以及聚焦在第二主子午线平面（10b）中的第二虚焦点（F₂）上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚焦的步骤提供以下聚焦条件中的一个条件：

——所述第一虚焦点（F₁）/第二虚焦点（F₂）位于超出所述壁（35）的有限位置处，并且所述第二虚焦点（F₂）/第一虚焦点（F₁）基本位于所述壁（35）处；

——所述第一虚焦点（F₁）/第二虚焦点（F₂）基本位于无限远处，并且所述第二虚焦点（F₂）/第一虚焦点（F₁）基本位于所述壁（35）处；

——所述第一虚焦点（F₁）/第二虚焦点（F₂）基本位于所述无限远处，并且所述第二虚焦点（F₂）/第一虚焦点（F₁）位于超出所述壁（35）的有限位置处。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述收集的步骤提供聚焦所述整个出射光辐射（15）的步骤，使得所接收的出射光辐射（15）具有足够的能量来允许通过所述分析的步骤确定所述壁（35）的厚度，特别是，所述收集的步骤是受由所述出射光辐射（15）在与所述起始光辐射（2）相反的方向上撞击的所述非轴对称透镜装置（10、11、22、23）执行的；特别是，所述聚焦的步骤提供调整所述非轴对称透镜装置（10、11、22、23）的位置的步骤，用于调整所述第一虚焦点（F₁）和第二虚焦点（F₂）的位置，以获得预定的聚焦条件。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述厚度是通过所述物体的成形步骤确定，并且提供与所述分析的步骤相关联的所述透明物体（30）的成形步骤的控制步骤，使得根据所述厚度的检测值，所述生产控制步骤控制所述物体的成形参数，特别是所述物体是玻璃管，其中校正所述玻璃管的玻璃成形过程的步骤可以根据厚度偏移高于预定值而提供，或者在存在形状缺陷的情况下，特别是与所述分析的步骤相关联的所述透明物体（30）的所述生产控制步骤控制针对多个点所确定的厚度并且相互关联，所述多个点围绕所述管旋转地和/或纵向地隔开，并且在所述管的厚度错误或形状缺陷的存在下，相应地调整所述玻璃成形过程。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述透明物体是具有管状壁（350）特别是圆柱形的管（300），其包括侧表面（301）以及限定具有纵向轴（O）的管状凹槽（303）的内表面（302），并且所述入射光辐射（5）首先在管状近端部分（300a）遇到所述管状壁（350），部分穿过所述管状壁（350）的所述管状近端部分（300a）并且进入所述管状凹槽（303），从而产生第二出射辐射（7’），所述第二出射辐射（7’）穿过所述管状凹槽（303）并遇到所述壁（350）的管状远端部分（300b），并通过如下方式聚焦：

——撞击所述管状远端部分（300b）的近端界面（302a）；

——部分由所述管状远端部分（300b）的所述近端界面（302a）反射，以便产生第三反射辐射（12）；

——部分穿过所述管状壁（350）的所述透明材料（35a），撞击在所述管状远端部分（300B）的远端界面（32）上，并且部分由所述远端界面（302b）反射；

——再次穿过所述管状壁（350）的所述透明材料（35a），撞击在所述近端界面（302a）上，并且穿过所述近端界面（302a），产生第四反射辐射（16）；

——所述第三反射辐射（12）和第四反射辐射（16）穿过所述管状凹槽（303）和所述管状近端部分（300a），从而产生重叠到所述第一反射辐射（6）和第二反射辐射（9）的第五反射辐射（17）和第六反射辐射（18），使得所述整个出射光辐射（15’）是通过所述第一反射辐射（6）和第二反射辐射（9）以及所述第五反射辐射（17）和第六反射辐射（18）的重叠而获得，并且用光谱法分析（50）所述整个出射光辐射（15’）的步骤被配置为根据所述第一反射辐射（6）、第二反射辐射（9）、第五反射辐射（17）和第六反射辐射（18）之间的干涉特性确定所述管状壁（350）的所述管状近端部分（300a）和所述管状远端部分（300b）的厚度（s₁、s₂）。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述聚焦的步骤提供以下条件中的一个条件：

——所述第一虚焦点（F₁）/第二虚焦点（F₂）基本位于所述管状近端部分（300a）上，并且所述第二虚焦点（F₂）/第一虚焦点（F₁）位于超出所述管状远端部分（300b），特别是基本位于无限远处；

——所述第一虚焦点（F₁）/第二虚焦点（F₂）位于所述管内，即超出所述管状近端部分（300a）且在所述轴线（O）之前，并且所述第二虚焦点（F₂）/第一虚焦点（F₁）位于超出所述管状远端部分（300b），特别是基本位于无限远处；

——所述第一虚焦点（F₁）/第二虚焦点（F₂）位于所述管内，即超出所述管状近端部分（300a）且在所述轴线（O）处，并且所述第二虚焦点（F₂）/第一虚焦点（F₁）位于超出所述管状远端部分（300b），特别是基本位于无限远处；

——所述第一虚焦点（F₁）/第二虚焦点（F₂）位于所述管内超出所述轴线，并且所述第二虚焦点（F₂）/第一虚焦点（F₁）位于超出所述管状远端部分（300b），特别是基本位于无限远处；

——所述第一虚焦点（F₁）/第二虚焦点（F₂）基本位于所述管状远端部分（300b）上，并且所述第二虚焦点（F₂）/第一虚焦点（F₁）位于超出所述管状远端部分（300b），特别是基本位于无限远处；

——所述第一虚焦点（F₁）/第二虚焦点（F₂）位于超出所述管状远端部分（300b），并且所述第二虚焦点（F₂）/第一虚焦点（F₁）位于超出所述管状远端部分（300b），特别是基本位于无限远处；

——所述第一虚焦点（F₁）/第二虚焦点（F₂）基本位于所述管状近端部分（300a）上，并且所述第二虚焦点（F₂）/第一虚焦点（F₁）基本位于所述管状远端部分（300b）上。

7.一种测量透明物体（30），特别是弯曲物体，的壁（35）的厚度的设备（100），所述壁（35）包括：透明材料（35a）；布置在环境（33）和所述透明材料（35a）之间的近端界面（31）；以及与所述近端界面（31）相对的、布置在所述透明材料（35a）和所述环境（33）之间的远端界面（32），

所述设备（100）包括：

——用于放出（1）起始光辐射（2）的装置；

——用于聚焦（10、11、22、23）所述起始光辐射（2）的装置，其被配置为获得指向所述壁（35）的入射光辐射（5），使得所述入射光辐射（5）：

——撞击所述壁（35）的所述近端界面（31），

——部分由所述近端界面（31）反射，以便产生第一反射辐射（6），

——部分穿过所述透明材料（35a），撞击在所述远端界面（32）上，并且部分由所述远端界面（32）反射，

——在所述远端界面（32）上反射后，部分在相反方向上穿过所述透明材料（35a），再次撞击所述近端界面（31）上并且穿过它，以便产生第二反射辐射（9）；

——收集装置（40），其收集由所述第一反射辐射（6）和第二反射辐射（9）叠加的整个出射光辐射（15）；

——用于用光谱法分析所述出射光辐射（15）并且根据所述第一反射光辐射（6）和第二反射光辐射（9）之间的干涉特性计算所述壁（35）的厚度的装置（50），

其特征在于，

所述用于聚焦的装置包括用于获得所述入射光辐射（5）的非轴对称透镜装置（10、11、22、23），所述非轴对称透镜装置（10、11、22、23）具有两个主子午线（10a、10b），使得所述入射光辐射（5）被聚焦在由第一子午线平面（10a）限定的第一虚焦点（F₁）上，以及聚焦在由第二子午线平面（10b）和所述起始光辐射（20）限定的第二虚焦点（F₂）上。

8.根据权利要求7所述的设备（100），其中所述用于聚焦的装置（10）和所述收集辐射的装置（40）集成在配备有至少一个单模式光纤连接器（21）的检测探针（20）中，特别是所述检测探针（20）包括用于检测所述用于聚焦的装置（10）和所述物体（30）之间的距离，特别是所述检测探针（20）和所述物体（30）之间的距离的装置，所述用于检测距离（180）的装置与所述位置调整装置（90）相关联。

9.根据权利要求8所述的设备（100），其中所述透明物体是具有管状近端部分（300a）和管状远端部分（300b）的管（300），其中提供多个检测探针（20a、20b、20c、20d），其被配置为测量多个不同点，以便针对每个点测量相应的管状近端部分（300a）的厚度，特别是所述多个点是从由下列构成的群组中选择：围绕所述管（300）彼此旋转隔开的点，或沿所述管（300）彼此纵向隔开的点，或上述两者的组合，或者提供调整装置，用于旋转地或纵向地调整所述管（300）相对于所述检测探针（20）或所述多个检测探针（20a、20b、20c、20d）的相对位置，以获得在多个不同测量点中的厚度测量值。

10.根据权利要求9所述的设备（100），其中所述多个检测探针（20a、20b、20c、20d）通过光学多路复用器（70）连接到中央光学单元（200），使得根据时分操作，每个检测探针（20a、20b、20c、20d）在一预定时间内依次接收辐射以聚焦在样品上并且提供所述反射辐射以进行分析。

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