DE102011055735A1

DE102011055735A1 - Multi-head device for testing material thickness or profile gradients of moving object, has measurement and evaluation unit for detecting thickness of material by optical coherence tomography-process

Info

Publication number: DE102011055735A1
Application number: DE102011055735A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dietz
Original assignee: Precitec Optronik GmbH
Current assignee: Precitec Optronik GmbH
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2013-05-29

Abstract

The multi-head device (1) has measurement and evaluation unit (30) for detecting the thickness of a material (34) by an optical coherence tomography-process. Two material thickness measuring heads (9,10) are aligned with a measurement beam (13) on an object (6). The measuring heads are arranged with respect to the motion of the object, where the measuring heads are arranged spatially displaced with respect to stationary object. The measurement and evaluation unit comprises a polychromatic light source (7), a spectrometer (8) and one fiber optic x-coupler (15).

Description

Die Erfindung betrifft eine Multimesskopfvorrichtung zum Prüfen von Materialdicken oder Profilverläufen mindestens eines Objektes. Dazu weist die Multimesskopfvorrichtung mindestens ein Mess- und Auswertegerät zur Erfassung der Materialdicke mittels eines OCT-Verfahrens (Optical Coherence Tomography) auf. Zum Prüfen sind die Messstrahlen von mindestens zwei Materialdickenmessköpfen auf das Objekt ausgerichtet. The invention relates to a multi-measuring head device for testing material thicknesses or profile progressions of at least one object. For this purpose, the Multimesskopfvorrichtung at least one measuring and evaluation device for detecting the material thickness by means of an OCT method (Optical Coherence Tomography) on. For testing, the measuring beams of at least two material thickness measuring heads are aligned on the object.

In diesem Zusammenhang wird unter OCT-Verfahren ein Verfahren zur Distanz- und Schichtdickenmessung verstanden, das auf den Kurzkohärenzeigenschaften polychromatischen Lichts basiert und deshalb auch unter der Bezeichnung "Weißlichtinterferometrie" bekannt ist. Für Schichtdickenmessungen liegt die Auflösung dieses Verfahrens im Zehnmikrometerbereich. In this context, OCT method is understood to mean a method for measuring the distance and layer thickness, which is based on the short-coherence properties of polychromatic light and is therefore also known under the name "white-light interferometry". For layer thickness measurements, the resolution of this method is in the ten-micron range.

Neben dem interferometrischen OCT-Verfahren kann auch eine chromatisch konfokale Distanzmessung eingesetzt werden, bei der eine Distanz zu einem Messkopf durch Messung einer Wellenlängenverteilung eines konfokalen Rückstreulichtes mittels eines Abbildungsobjektivs mit großem Farblängsfehler erfasst wird. Für Schichtdickenmessungen liegt die Auflösung dieses Verfahrens im Hundertmikrometerbereich. In addition to the interferometric OCT method, it is also possible to use a chromatic confocal distance measurement, in which a distance to a measuring head is detected by measuring a wavelength distribution of a confocal backscattered light by means of an imaging objective with a large longitudinal chromatic aberration. For layer thickness measurements, the resolution of this method is in the hundred-micron range.

Aus der Druckschrift US 4,699,513 ist eine Multimesskopfvorrichtung mit verteilten Sensoren bekannt und ein Verfahren offenbart, das ein Kohärenzmultiplex-Verfahren von faseroptischen interferometrischen Sensoren verwendet wird. Dazu umfassen die Sensoren eine Vielzahl von Interferometern, die in einer Serienkonfiguration durch eine gemeinsame optische Faser verbunden sind, wobei die optische Faser mit einer Lichtquelle gekoppelt ist, so dass ein Multiplex-Ausgangssignal in den Sensoren für eine Vielzahl von Interferometern, die Empfänger aufweisen, bereitgestellt wird. From the publication US 4,699,513 For example, a distributed sensor multi-sensor apparatus is known and a method using a coherence multiplexing method of fiber optic interferometric sensors is disclosed. To this end, the sensors include a plurality of interferometers connected in a serial configuration by a common optical fiber, the optical fiber being coupled to a light source so that a multiplexed output signal is present in the sensors for a plurality of interferometers having receivers. provided.

Die optischen Weglängendifferenzen zwischen jedem Paar von Sensorzweigen werden so gewählt, dass Interferenzen zwischen den multiplexen Sensorausgangssignalen der unterschiedlichen Sensoren vermieden werden. Die optischen Weglängen durch die Sensoren und die Empfänger werden so strukturiert, dass jeder Empfänger ein Phasendifferenzsignal erzeugt, das sich auf Bedingungen, welche die Lichttransmission durch einen speziellen Sensor betreffen, beziehen. Eine Phasen- und eine Amplitudenmodulationstechnik der Ausgangssignale des verteilten Sensorsystems werden mit der bekannten Multimesskopfvorrichtung bereitgestellt. The optical path length differences between each pair of sensor branches are chosen to avoid interference between the multiplexed sensor output signals of the different sensors. The optical path lengths through the sensors and the receivers are structured such that each receiver generates a phase difference signal relating to conditions related to light transmission through a particular sensor. A phase and amplitude modulation technique of the output signals of the distributed sensor system are provided by the prior art multi-probe apparatus.

Eine derartige Multimesskopfvorrichtung mit verteilten Sensoren und einer Vielzahl von Interferometern liefert eindeutig zugeordnete Messergebnisse, wenn entsprechende Zeitmultiplexer vorgesehen werden, um die Messsignale der Sensoren zu selektieren. Derartige verteilte Sensorsysteme bzw. Multimesskopfvorrichtungen weisen einen komplexen Aufbau und kostenintensive Multiplexeinrichtungen auf. Darüber hinaus ist jeder Sensor mit einem Interferometer gekoppelt, was ebenfalls hohe Kosten verursacht, wobei die verteilten Sensoren über eine gemeinsame Lichtleitfaser mit Licht versorgt werden. Such a multi-sensor head device with distributed sensors and a plurality of interferometers provides uniquely associated measurement results when appropriate time division multiplexers are provided to select the measurement signals of the sensors. Such distributed sensor systems or multi-measuring device have a complex structure and costly multiplexing facilities. In addition, each sensor is coupled to an interferometer, which also causes high costs, with the distributed sensors are supplied via a common optical fiber with light.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Multimesskopfvorrichtung zu schaffen, die ebenfalls mit einer Lichtquelle auskommt, jedoch auf kostenintensive Multiplexeinrichtungen und die Vielzahl von Interferometern mit Empfängern verzichten kann. The object of the invention is to provide a Multimesskopfvorrichtung, which also works with a light source, but can dispense with costly multiplexing devices and the large number of interferometers with receivers.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. This object is achieved with the subject matter of independent claim 1. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird eine Multimesskopfvorrichtung zum Prüfen von Materialdicken oder Profilverläufen mindestens eines ersten bewegten Objektes geschaffen. Die Multimesskopfvorrichtung weist ein Mess- und Auswertegerät zur Erfassung der Materialdicke mittels eines OCT-Verfahrens auf. Zum Prüfen sind die Messstrahlen von mindestens zwei Materialdickenmessköpfe auf das Objekt ausgerichtet und zeitversetzt in Bezug auf die Bewegung des Objektes angeordnet. According to the invention, a multi-measuring head device is provided for checking material thicknesses or profile progressions of at least one first moving object. The multi-measuring head device has a measuring and evaluation device for detecting the material thickness by means of an OCT method. For testing, the measuring beams of at least two material thickness measuring heads are aligned on the object and arranged with a time delay with respect to the movement of the object.

Alternativ kann die Multimesskopfvorrichtung zum Prüfen von Materialdicken oder Profilverläufen auch für mindestens ein stehendes Objekt eingesetzt werden und weist dazu mindestens ein Mess- und Auswertegerät zur Erfassung der Materialdicke mittels eines OCT-Verfahrens auf. Es können mindestens zwei Materialdickenmessköpfe, deren Messstrahlen auf das stehende Objekt ausgerichtet sind, bewegt werden. Dazu sind die Messköpfe ortsversetzt zueinander und in Bezug auf das stehende Objekt angeordnet und zeitlich nacheinander an dem stehenden Objekt vorbeiführbar. Alternatively, the multi-measuring head device can also be used for checking material thicknesses or profile progressions for at least one stationary object and has at least one measuring and evaluation device for detecting the material thickness by means of an OCT method. At least two material thickness measuring heads whose measuring beams are aligned with the stationary object can be moved. For this purpose, the measuring heads are spatially offset from one another and arranged with respect to the stationary object and can be guided one after the other past the stationary object.

Dabei werden in vorteilhafter Weise zwei Zustände beim Passieren eines Objektes genutzt. In einem ersten Zustand ist das Objekt im Fokus eines Messkopfes, so dass sich das Spektrum des Objektes von einem Dunkelspektrum unterscheidet. In einem zweiten Zustand befindet sich das Objekt außerhalb des Fokus des Messkopfes, so dass sich das Spektrum des Objektes nicht von dem Dunkelspektrum unterscheidet. Das Spektrometer erfasst das Spektrum aller Messköpfe. Die Messköpfe sind jedoch derart gestaffelt angeordnet, dass jeweils zu bestimmten Zeiten genau ein einziger der Messköpfe kein Dunkelspektrum liefert. In this case, two states are advantageously used when passing an object. In a first state, the object is in the focus of a measuring head, so that the spectrum of the object differs from a dark spectrum. In a second state, the object is out of focus of the measuring head, so that the spectrum of the object does not differ from the dark spectrum. The spectrometer records the spectrum of all measuring heads. However, the measuring heads are staggered in such a way that at certain times exactly one single of the measuring heads does not provide a dark spectrum.

Die Multimesskopfvorrichtung hat den Vorteil, dass auf jegliche Multiplex-Einrichtung verzichtet werden kann und dennoch eindeutig eine Zuordnung der unterschiedlichen Messpunkte auf dem Objekt zu den spektrometrisch mit dem OCT-Verfahren ausgewerteten Messwerten sichergestellt werden kann, da die mindestens zwei Schichtdickenmessköpfe beabstandet voneinander und damit ortsversetzt und zeitversetzt nacheinander Messwerte an dem zu vermessenden Objekt erfassen können. The Multimesskopfvorrichtung has the advantage that can be dispensed with any multiplex device and yet clearly an assignment of the different measuring points on the object to the spectrometrically evaluated with the OCT method measurements can be ensured because the at least two Schichtdickenmessköpfe spaced from each other and thus spatially offset and can record measured values on the object to be measured one after the other in a time-delayed manner.

Damit ist durch die Relativbewegung zwischen zwei Messköpfen und einem Objekt in jedem Fall ein Erfassen der Materialdicke des Objektes zeitversetzt möglich, ohne dass eine kostenintesive Zeitmultiplexvorrichtung eingesetzt werden muss. Thus, by the relative movement between two measuring heads and an object in each case detecting the material thickness of the object is possible with a time delay, without the need for a cost-intensive time division multiplexing device must be used.

In einer Ausführungsform der Erfindung stehen die Materialdickenmessköpfe mit mindestens einem faseroptischen X-Koppler in Verbindung, der zwei Eingangsanschlüsse und zwei Ausgangsanschlüsse aufweist, wobei die mindestens zwei Materialdickenmessköpfe mit den zwei Ausgangsanschlüssen in Verbindung stehen. Die Eingangsanschlüsse stehen mit einer polychromatischen Lichtquelle und einem Spektrometer faseroptisch in Verbindung. In one embodiment of the invention, the material thickness probes communicate with at least one fiber optic X-coupler having two input ports and two output ports, the at least two material thickness gauges communicating with the two output ports. The input terminals are connected to a polychromatic light source and a spectrometer fiber optic.

Diese Multimesskopfvorrichtung hat den Vorteil, dass durch den faseroptischen X-Koppler die gesamte Lichtintensität der Lichtquelle auf die mindestens zwei Materialdickenmessköpfe gleichmäßig verteilt wird, so dass jedem Messkopf eine Lichtintensität von 50% der Intensität der polychromatischen Lichtquelle zur Verfügung gestellt werden kann, was eine präzise Schichtdickenmessung an mindestens zwei Punkten eines Objektes sicherstellt. This multi-measuring head device has the advantage that the entire light intensity of the light source is uniformly distributed to the at least two material thickness measuring heads by the fiber optic X coupler, so that a light intensity of 50% of the intensity of the polychromatic light source can be made available to each measuring head, which is a precise Ensuring coating thickness measurement at at least two points of an object.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die mindestens zwei Materialdickenmessköpfe an unterschiedlichen Positionen in Bezug auf die Bewegungsrichtung eines bewegten Objektes angeordnet sind, und zusätzlich eine Höhenstaffelung aufweisen, so dass die mindestens zwei Materialdickenmessköpfe ihre Messstrahlen auf mindestens zwei übereinander angeordnete Messpunkte an dem zu vermessenden Objekt ausgerichtet haben. In a further embodiment of the invention, it is provided that the at least two material thickness measuring heads are arranged at different positions with respect to the direction of movement of a moving object, and additionally have a height graduation, so that the at least two material thickness measuring heads on at least two measuring points arranged one above the other have aligned with the object to be measured.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können bis zu zwei weitere Materialdickenmessköpfe über einen ersten faseroptischen Y-Koppler mit einem der Ausgangsanschlüsse des faseroptischen X-Kopplers verbunden sein. Ein derartiger Y-Koppler weist einen Eingangsanschluss und zwei Ausgangsanschlüsse auf, wobei der eine Eingangsanschluss an einen der Ausgangsanschlüsse des X-Kopplers faseroptisch angeschlossen ist und die zwei Ausgangsanschlüsse über entsprechende Lichtleitfasern mit den mindestens zwei weiteren Materialdickenmessköpfen faseroptisch verbunden sind. Darüber hinaus ist es möglich, 1 × N Faserkoppler einzusetzen, die bis zu N Ausgänge bei einem Eingang zur Verfügung stellen, wobei die Lichtintensität I_A pro Ausgang auf 1/N × I_E mit I_E der Lichtintensität am Eingang sinkt. So können beispielsweise 8 Messköpfe über zwei 1 × 4 Faserkoppler, die an den vorgesehenen X-Koppler anschließbar sind, betrieben werden. In another embodiment of the invention, up to two further material thickness gauges may be connected to one of the output ports of the fiber optic X coupler via a first Y fiber optic coupler. Such a Y-coupler has an input terminal and two output terminals, wherein the one input terminal is fiber optically connected to one of the output terminals of the X-coupler and the two output terminals are fiber optically connected via respective optical fibers with the at least two further material thickness measuring heads. In addition, it is possible to use 1 × N fiber couplers that provide up to N outputs at one input, with the light intensity I _A per output dropping to 1 / N × I _E with I _E of input light intensity. Thus, for example, 8 measuring heads can be operated via two 1 × 4 fiber couplers that can be connected to the provided X-coupler.

Wird lediglich ein Y-Koppler mit zwei Ausgangsanschlüssen betrieben, so können praktisch drei Materialdickenmessköpfe auf ein Objekt ausgerichtet sein. Beispielsweise kann der erste Materialdickenmesskopf auf den Übergang zum Flaschenhals eines Hohlbehälters, wie einer Kunststoffflasche, ausgerichtet sein und ein zweiter Materialdickenmesskopf den mittleren Bereich der Wandstärke der Flasche überprüfen, während ein dritter Materialdickenmesskopf, der beispielsweise direkt an den zweiten Ausgangsanschluss des X-Kopplers angeschlossen wird, den Bodenbereich ausmessen kann. If only one Y-coupler is operated with two output connections, then practically three material thickness measuring heads can be aligned with one object. For example, the first material thickness gauge may be aligned with the transition to the bottle neck of a hollow container, such as a plastic bottle, and a second material thickness gauge may check the central area of the wall thickness of the bottle, while a third material thickness gauge, for example, is directly connected to the second output terminal of the X coupler , can measure the floor area.

Dabei kann eine zuverlässige Zuordnung der Messwerte auch ohne eine Multiplexeinrichtung zu den drei Positionen an dem zu vermessenden Objekt durch zeitversetzte Messungen in den obigen Messpositionen sichergestellt werden. In this case, a reliable assignment of the measured values can be ensured even without a multiplexing device to the three positions on the object to be measured by time-shifted measurements in the above measuring positions.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die mindestens zwei ersten Materialdickenmessköpfe über einen zweiten optischen Y-Koppler an dem zweiten Ausgangsanschluss des optischen X-Kopplers faseroptisch angeschlossen sind. Zusammen mit den oben erwähnten weiteren Materialdickenmessköpfen, die über einen ersten faseroptischen Y-Koppler mit dem ersten Ausgang des X-Kopplers faseroptisch in Verbindung stehen, verfügt die Multimesskopfvorrichtung nun über vier Materialdickenmessköpfe, die zeit- und ortsversetzt zur Messung von vier unterschiedlichen Positionen eines Objektes eingesetzt werden können. So können die zwei weiteren Materialdickenmessköpfe örtlich versetzt und nacheinander zu den mindestens zwei ersten Materialdickenmessköpfen in Bezug auf das Objekt angeordnet sein. Furthermore, it is provided that the at least two first material thickness measuring heads are connected via a second optical Y-coupler to the second output terminal of the optical X-coupler fiber optic. Together with the above-mentioned further material thickness measuring heads, which are fiber-optically connected to the first output of the X-coupler via a first Y-coupler, the multi-measuring head device now has four material thickness measuring heads which are time-displaced and displaced to measure four different positions of an object can be used. Thus, the two further material thickness measuring heads can be arranged spatially offset and successively to the at least two first material thickness measuring heads with respect to the object.

Im Prinzip ist es möglich, in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Vielzahl von Materialdickenmessköpfen an einem bewegten Förderband zur Erfassung von Materialdicken einer Vielzahl von Objekten auf dem Förderband vorzusehen. Dazu sind lediglich weitere faseroptische Y-Koppler erforderlich, die über Lichtleitfasern mit vorhergehenden faseroptischen Y-Kopplern verbunden sind. Somit kann eine Multimesskopfvorrichtung aufgebaut werden, die hintereinander gestaffelt eine Vielzahl von Materialdickenmessköpfen aufweist, wobei die Lichtintensität des jeweiligen Messstrahls mit jeder zusätzlichen Verzweigungsstufe von faseroptischen Y-Kopplern weiter halbiert wird. Das bedeutet für die Lichtquelle, um eine ausreichende Intensität des Messstrahls zu erreichen, dass die Intensität der Lichtquelle stufenweise zu erhöhen ist. In principle, it is possible in a further embodiment of the invention to provide a plurality of material thickness measuring heads on a moving conveyor belt for detecting material thicknesses of a plurality of objects on the conveyor belt. For this purpose, only further fiber optic Y-couplers are required, which are connected via optical fibers with previous fiber optic Y-couplers. Thus, a multi-measuring device can be constructed, which has staggered in series a plurality of material thickness measuring heads, wherein the light intensity of the respective measuring beam is further halved with each additional branch stage of fiber optic Y-couplers. This means for the light source to have sufficient intensity of the To achieve measuring beam that the intensity of the light source is to increase gradually.

Bei einem Ausbau der Multimesskopfvorrichtung durch eine Vielzahl von Materialdickenmessköpfen muss zwar wie oben ausgeführt die Anzahl der Verzweigungskoppler erhöht werden, jedoch werden letztendlich alle Materialdickenmessköpfe über einen einzigen faseroptischen X-Koppler mit der chromatischen Lichtquelle und dem einen Spektrometer, die in einem gemeinsamen Messgerät angeordnet sein können, gemeinsam faseroptisch verbunden. While an expansion of the multi-measuring head device by a plurality of material thickness measuring heads, as stated above, the number of branch couplers must be increased, but ultimately all material thickness measuring heads via a single fiber optic X-coupler with the chromatic light source and the one spectrometer, which are arranged in a common measuring device can, connected together fiber optic.

Weiterhin ist es möglich, dass die Vielzahl von Materialdickenmessköpfen in Bezug auf die Vielzahl der zu messenden Objekte derart hintereinander und versetzt zueinander an dem Förderband angeordnet sind, dass die zeitliche Erfassung der Materialdicken der Objekte derart gestaffelt ist, dass jeweils nur eine Materialdicke zu einem Zeitpunkt einer Messung an jeweils nur einem Messpunkt eines Objektes erfassbar ist. Dieses wird mit der Multimesskopfvorrichtung sichergestellt, so dass auf jegliche Multiplexeinrichtung für die Vielzahl von Materialdickenmessköpfen in der Multimesskopfvorrichtung verzichtet werden kann. Furthermore, it is possible that the plurality of material thickness measuring heads with respect to the plurality of objects to be measured are arranged one behind the other and offset from each other on the conveyor belt, that the temporal detection of the material thicknesses of the objects is staggered such that only one material thickness at a time a measurement can be detected at only one measuring point of an object. This is ensured with the multi-measuring head device, so that any multiplexing device for the plurality of material thickness measuring heads in the multi-measuring head device can be dispensed with.

Die Multimesskopfvorrichtung kann besonders vorteilhaft für ein Massenprodukt wie Kunststoffflaschen eingesetzt werden, da bei dieser Produktion der Kostendruck erheblich ist. Derartige Kunststoffflaschen können vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material hergestellt sein, das sich mittels Blasumformanlagen in unterschiedliche Flaschenformen pressen und blasen lässt. Dazu ist besonders das thermoplastische Kunststoffmaterial Polyethylenterephthalat geeignet. The Multimesskopfvorrichtung can be used particularly advantageous for a mass product such as plastic bottles, as in this production, the cost pressure is significant. Such plastic bottles may preferably be made of a thermoplastic material which can be pressed and blown by Blasumformanlagen into different bottle shapes. For this purpose, especially the thermoplastic material polyethylene terephthalate is suitable.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying figures.

1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Multimesskopfvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einem teilweise quergeschnittenen Objekt; 1 shows a schematic side view of a multi-measuring head device according to a first embodiment of the invention with a partially cross-cut object;

2 zeigt schematisch ein Interferenzspektrum, das von einem OCT-Messkopf erfasst wird; 2 schematically shows an interference spectrum detected by an OCT probe;

3 zeigt schematisch ein Fourier-transformiertes Interferenzspektrum; 3 schematically shows a Fourier-transformed interference spectrum;

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Multimesskopfvorrichtung gemäß 1 mit einer Anordnung der Messköpfe in Bezug auf das Objekt in Draufsicht; 4 shows a schematic representation of a Multimesskopfvorrichtung according to 1 with an arrangement of the measuring heads with respect to the object in plan view;

5 zeigt eine schematische Darstellung einer Multimesskopfvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; 5 shows a schematic representation of a multi-measuring device according to a second embodiment of the invention;

6 zeigt eine schematische Darstellung von Messpeaks der Multimesskopfvorrichtung gemäß 5; 6 shows a schematic representation of measuring peaks of the multi-measuring head device according to 5 ;

7 zeigt eine schematische Darstellung einer Multimesskopfvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; 7 shows a schematic representation of a multi-measuring head device according to a third embodiment of the invention;

8 zeigt eine schematische Darstellung von Fouriertransformierten Messpeaks der Multimesskopfvorrichtung gemäß 7; 8th shows a schematic representation of Fourier transform measured peaks of the multi-measuring head device according to 7 ;

9 zeigt eine schematische Darstellung der Multimesskopfvorrichtung gemäß 7 mit einer Draufsicht auf die Anordnung der Messköpfe; 9 shows a schematic representation of the multi-measuring device according to 7 with a plan view of the arrangement of the measuring heads;

10 zeigt eine schematische Darstellung einer Multimesskopfvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; 10 shows a schematic representation of a multi-measuring device according to a fourth embodiment of the invention;

11 zeigt eine schematische Darstellung eines Vergleichs des Fourier-transformierten Messpeaks einer Beschichtungsdickenmessung und Messpeaks einer Profilverlaufsmessung mittels chromatisch konfokalen Distanzmessungen einer Multimesskopfvorrichtung gemäß 10. 11 shows a schematic representation of a comparison of the Fourier-transformed measurement peak of a coating thickness measurement and measurement peaks of a profile profile measurement by means of chromatic confocal distance measurements of a multi-measuring head device according to 10 ,

1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Multimesskopfvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Multimesskopfvorrichtung 1 weist ein Mess- und Auswertegerät 30 auf. Das Mess- und Auswertegerät 30 weist eine polychromatische Lichtquelle 7 und ein Spektrometer 8 auf. Die polychromatische Lichtquelle 7 ist mit einem faseroptischen Auskopplungsanschluss 31 des Mess- und Auswertegeräts 30 verbunden. Das Spektrometer 8 steht mit einem faseroptischen Einkopplungsanschluss 32 des Mess- und Auswertegeräts 30 in Verbindung. 1 shows a schematic side view of a Multimesskopfvorrichtung 1 according to a first embodiment of the invention. The multi-sensor device 1 has a measuring and evaluation device 30 on. The measuring and evaluation device 30 has a polychromatic light source 7 and a spectrometer 8th on. The polychromatic light source 7 is with a fiber optic extraction port 31 of the measuring and evaluation device 30 connected. The spectrometer 8th stands with a fiber optic coupling port 32 of the measuring and evaluation device 30 in connection.

Messstrahlen 13 der Materialdickenmessköpfe 9 und 10 sind in unterschiedlichen Messpositionen auf ein Objekt 6, einem Behälter aus einem transparenten oder einem semitransparenten Material 34 gerichtet. Während ein Materialdickenmesskopf 9 eine Materialdicke d₁ in einem Flaschenhalsbereich des Behälters erfasst, wird mit einem Materialdickenmesskopf 10 eine Materialdicke d₂ in einem zylindrischen Bereich des Behälters erfasst. Da sich das Objekt 6 aus der Zeichenebene herausbewegt, wie es die nachfolgende 3 zeigt, kann eine messtechnische Zuordnung zum Flaschenhalsbereich oder zum zylindrischen Behälterbereich dadurch erfolgen, dass beispielsweise der Materialdickenmesskopf 9 in der Zeichenebene angeordnet ist und sich der Materialdickenmesskopf 10 oberhalb der Zeichenebene befindet. measuring beams 13 the material thickness measuring heads 9 and 10 are in different measuring positions on an object 6 a container made of a transparent or semi-transparent material 34 directed. While a material thickness gauge 9 detects a material thickness d ₁ in a bottleneck area of the container is measured with a material thickness gauge 10 detected a material thickness d ₂ in a cylindrical portion of the container. Because the object 6 moved out of the drawing plane as the following 3 shows, a metrological assignment to the bottleneck area or to the cylindrical container area can be effected in that, for example, the material thickness measuring head 9 is arranged in the plane of the drawing and the material thickness gauge 10 located above the drawing plane.

Damit erfolgen die Messdickenerfassungen in einem Zeitmultiplex-Verfahren, zu einem ersten Zeitpunkt wird die Materialdicke d₁ durch den Messstrahls 13 des Materialdickenmesskopfes 9 erfasst, während der Materialdickenmesskopf 10 oberhalb der Zeichenebene ein Dunkelspektrum erfasst, da sein Bereich oberhalb der Zeichenebene noch kein Messobjekt aufweist. Erst zu einem nachfolgenden Zeitpunkt, wenn bereits der erste Materialdickenmesskopf 9 nur noch ein Dunkelspektrum erfasst, befindet sich das Objekt 6 im Bereich des zweiten Materialdickenmesskopfes 10, so dass die Materialdicke d₂ aus einem nun auftretenden messbaren Interferenzspektrum durch Fouriertransformation desselben erfasst werden kann. Dieses Zeitmultiplex-Verfahren wird nur durch eine ortsversetzte Anordnung der Materialdickenmessköpfe 9 und 10 und durch die Bewegung des zu messenden Objekts erreicht, ohne dass aufwändige und kostenintensive elektronische Multiplexprogramme mit entsprechenden Multiplexschaltelementen vorzusehen sind. Thus, the measured thickness measurements are done in a time division multiplex method, a first Time is the material thickness d ₁ through the measuring beam 13 of the material thickness measuring head 9 detected while the material thickness gauge 10 A dark spectrum is detected above the plane of the drawing since its area above the plane of the drawing does not yet have a measured object. Only at a subsequent time, if already the first material thickness gauge 9 only one dark spectrum is detected, the object is located 6 in the region of the second material thickness measuring head 10 , so that the material thickness d ₂ can be detected from a now occurring measurable interference spectrum by Fourier transformation thereof. This time division multiplex method is only by a staggered arrangement of the material thickness measuring heads 9 and 10 and achieved by the movement of the object to be measured, without the need to provide complex and costly electronic multiplexing programs with corresponding multiplexing switching elements.

Der faseroptische Auskopplungsanschluss 31 des Mess- und Auswertegeräts 30 ist dazu mit einer ersten Lichtleitfaser L₁ verbunden. Der faseroptische Einkopplungsanschluss 32 ist mit einer zweiten faseroptischen Lichtleitfaser L₂ verbunden. Die erste faseroptische Lichtleitfaser L₁ ist mit einem ersten Eingangsanschluss 16 eines faseroptischen X-Kopplers 15 verbunden. Die zweite faseroptische Lichtleitfaser L₂ ist mit einem zweiten Eingangsanschluss 17 des faseroptischen X-Kopplers 15 verbunden. Der faseroptische X-Koppler 15 weist neben dem ersten und zweiten faseroptischen Eingangsanschluss 16 bzw. 17 faseroptische erste und zweite Ausgangsanschlüsse 18 bzw. 19 auf. The fiber optic isolation port 31 of the measuring and evaluation device 30 is connected to a first optical fiber L ₁ . The fiber optic coupling connection 32 is connected to a second fiber optic optical fiber L ₂ . The first fiber optic optical fiber L ₁ is provided with a first input terminal 16 a fiber optic X-coupler 15 connected. The second optical fiber L ₂ is provided with a second input terminal 17 of the fiber optic X-coupler 15 connected. The fiber optic X-coupler 15 points next to the first and second fiber optic input ports 16 respectively. 17 fiber optic first and second output ports 18 respectively. 19 on.

Der erste faseroptische Ausgangsanschluss 18 ist über eine dritte Lichtleitfaser L₃ mit einem Anschluss 33 eines ersten Materialdickenmesskopfes 9 verbunden. Der zweite faseroptische Ausgangsanschluss 19 des X-Kopplers 15 ist über eine vierte Lichtleitfaser L₄ mit einem Anschluss 33 eines zweiten Materialdickenmesskopfes 10 verbunden. The first fiber optic output connector 18 is via a third optical fiber L ₃ with a connection 33 a first material thickness gauge 9 connected. The second fiber optic output connector 19 of the X-coupler 15 is via a fourth optical fiber L ₄ with a connection 33 a second material thickness gauge 10 connected.

Das Licht der polychromatischen Lichtquelle 7 wird über die erste Lichtleitfaser L₁ durch den ersten Eingangsanschluss 16 des optischen X-Kopplers 15 in den optischen X-Koppler 15 geführt. In dem optischen X-Koppler 15 wird die Intensität des Lichtes zu je 50% auf eine dritte und eine vierte der Lichtleitfasern L₃ bzw. L₄ geleitet. Die dritte und vierte Lichtleitfaser L₃ bzw. L₄ führen das polychromatische Licht jeweils zu den ersten und zweiten Materialdickenmessköpfen 9 bzw. 10. The light of the polychromatic light source 7 is transmitted through the first optical fiber L ₁ through the first input terminal 16 of the optical X-coupler 15 in the optical X-coupler 15 guided. In the optical X-coupler 15 the intensity of the light is passed to 50% on a third and a fourth of the optical fibers L ₃ and L ₄ . The third and fourth optical fibers L ₃ and L ₄ guide the polychromatic light respectively to the first and second material thickness measuring heads 9 respectively. 10 ,

Von den ersten und zweiten Materialdickenmessköpfen 9 bzw. 10 wird das polychromatische Licht jeweils auf eine Außenfläche 24 eines Objektes 6, einer auf einem Förderband zu kontrollierenden Flasche, von der ein Teilquerschnitt gezeigt wird, geleitet. Das von den ersten und zweiten Materialdickenmessköpfen 9 bzw. 10 auf die Außenflächen 24 der Objekte 6 gerichtete Licht wird von den Außenflächen 24 und von Innenflächen 26 der Objekte 6 zeitversetzt reflektiert. From the first and second material thickness sensors 9 respectively. 10 The polychromatic light is in each case on an outer surface 24 an object 6 , a controlled on a conveyor belt bottle, a partial cross-section is shown, passed. That of the first and second material thickness gauges 9 respectively. 10 on the outer surfaces 24 the objects 6 Directional light is emitted from the outer surfaces 24 and from inside surfaces 26 the objects 6 delayed reflected.

Die Materialdickenmessköpfe 9 und 10 sind für das OCT-Verfahren ausgelegt und liefern in Zusammenwirken mit einem Interferometer ein Interferenzspektrum 36, wie es die nachfolgende 2 schematisch zeigt, aufgrund von Reflexionen der Außenfläche 24 und der Innenfläche 26, die in 1 zu sehen sind. In Richtung der Abszisse sind dazu die Werte der Wellenlänge λ und in Richtung der Ordinate die Intensität I der Reflexionen gezeigt. The material thickness sensors 9 and 10 are designed for the OCT method and provide in cooperation with an interferometer an interference spectrum 36 as the following 2 schematically shows, due to reflections of the outer surface 24 and the inner surface 26 , in the 1 you can see. The values of the wavelength λ are shown in the direction of the abscissa and the intensity I of the reflections in the direction of the ordinate.

3 zeigt dazu schematisch Fourier-transformierte Interferenzspektren 37 und 38 der beiden Materialdickenmessköpfe, die zeitversetz erfasst werden und jeweils einen Fouriertransformierten Messpeak 39 und 40 mit einer unterschiedlichen optischen Länge vom Nullpunkt mit den 3A und 3B zeigen. Diese optischen Wegdifferenzen Δz₁ und Δz₂ können in die jeweilige Materialdicke d₁ bzw. d₂, wie sie in 1 gezeigt werden, umgerechnet werden. 3 schematically shows Fourier-transformed interference spectra 37 and 38 the two material thickness measuring heads, which are recorded time-shifted and each a Fourier-transformed measuring peak 39 and 40 with a different optical length from the zero point with the 3A and 3B demonstrate. These optical path differences .DELTA.z ₁ and .DELTA.z ₂ can in the respective material thickness d ₁ or d ₂ , as in 1 be converted.

4 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Multimesskopfvorrichtung 1 gemäß 1 mit einer Anordnung der Materialdickenmessköpfe 9 und 10 in Bezug auf das bewegte Objekt. Diese Draufsicht zeigt, dass der erste und der zweite Materialdickenmesskopf 9 bzw. 10 örtlich versetzt zueinander angeordnet sind. Der erste und der zweite Materialdickenmesskopf 9 bzw. 10 sind zusätzlich in der Höhe, also senkrecht zur Zeichenebene versetzt angeordnet, wie es bereits 1 veranschaulicht, wobei der erste Materialdickenmesskopf 9 in der Zeichenebene der 4 und der zweite Materialdickenmesskopf 10 unterhalb der Zeichenebene der 4 angeordnet sind. 4 shows a schematic plan view of the Multimesskopfvorrichtung 1 according to 1 with an arrangement of the material thickness measuring heads 9 and 10 in relation to the moving object. This plan view shows that the first and second material thickness measuring heads 9 respectively. 10 are arranged offset from one another. The first and second material thickness sensors 9 respectively. 10 are additionally arranged in height, so offset perpendicular to the plane, as it already is 1 illustrated, wherein the first material thickness measuring head 9 in the drawing plane of 4 and the second material thickness gauge 10 below the drawing level of 4 are arranged.

Diese Draufsicht zeigt eine Anwendung des bereits im Prinzip oben beschriebenen Dickenmessvorgangs. Der Messvorgang wird in Bezug auf ein Objekt 6, das auf einem Förderband platziert ist, angewandt. Das Objekt 6 ist in dieser speziellen Ausführungsform eine Kunststoffflasche 25. Die Kunststoffflasche 25 wird auf dem Förderband bewegt, und zwar in Richtung des Pfeils F. This plan view shows an application of the already described in principle above thickness measurement process. The measuring process is relative to an object 6 which is placed on a conveyor belt applied. The object 6 is a plastic bottle in this particular embodiment 25 , The plastic bottle 25 is moved on the conveyor belt, in the direction of the arrow F.

Der erste Materialdickenmesskopf 9 nimmt an der Kunststoffflasche 25 eine Dickenmessung vor. Diese Dickenmessung wird an der Kunststoffflasche 25 zunächst in einer ersten Position durchgeführt, deren Kreisquerschnitt in Transportrichtung durch zwei konzentrische Kreise mit vollen Linien dargestellt ist. Der zweite Materialdickenmesskopf 10 nimmt zeitlich danach an derselben Kunststoffflasche 25 eine Dickenmessung vor, deren zeitversetzte zweite Position durch gestrichelte konzentrische Kreislinien gekennzeichnet ist. The first material thickness gauge 9 takes on the plastic bottle 25 a thickness measurement before. This thickness measurement is on the plastic bottle 25 initially performed in a first position, the circular cross section is shown in the transport direction by two concentric circles with solid lines. The second material thickness gauge 10 takes time afterwards on the same plastic bottle 25 a thickness measurement, whose time-shifted second Position is indicated by dashed concentric circles.

Die reflektierten Lichtsignale, die von den ersten und zweiten Materialdickenmessköpfen 9 bzw. 10 aufgenommen werden, sind damit orts- und zeitversetzt gestaffelt. Sie werden jeweils an der dicksten Stelle der gekrümmten Kunststoffflasche 25 erfasst, weil dort die Intensität der reflektierten Strahlung am größten ist. Die von den ortsversetzten ersten und zweiten Materialdickenmessköpfen 9 bzw. 10 detektierten Lichtsignale werden somit zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst. Dadurch ist automatisch eine Zuordnung bzw. Unterscheidung der detektierten Signale möglich. Die unterschiedlichen Zeiten ergeben sich dadurch, dass sich die Kunststoffflasche 25 in einem bewegten Zustand befindet und sich in Richtung des Pfeils F beispielsweise auf einem nicht gezeigten Förderband bewegt. The reflected light signals from the first and second material thickness gauges 9 respectively. 10 are staggered so that location and time. They are each at the thickest point of the curved plastic bottle 25 detected, because there the intensity of the reflected radiation is greatest. That of the offset first and second material thickness gauges 9 respectively. 10 detected light signals are thus detected at different times. As a result, an assignment or differentiation of the detected signals is automatically possible. The different times result from the fact that the plastic bottle 25 is in a moved state and moves in the direction of the arrow F, for example, on a conveyor belt, not shown.

5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Multimesskopfvorrichtung 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. 5 shows a schematic side view of a Multimesskopfvorrichtung 2 according to a second embodiment of the invention. Components having the same functions as in the previous figures are denoted by the same reference numerals and will not be discussed separately.

Diese Multimesskopfvorrichtung 2 unterscheidet sich in der Ausbildung der Messköpfe 209 und 210 von der ersten Ausführungsform gemäß 1 und weist ein geändertes Mess- und Auswertegerät 230 auf. Das Mess- und Auswertegerät 230 weist die gleiche polychromatische Lichtquelle 7 und das gleiche Spektrometer 8 auf, wie die erste Ausführungsform der Erfindung. Die Auswertung der Messdaten in dem Mess- und Auswertegerät 230 ist jedoch an die geänderten Messköpfe 209 und 210 angepasst. Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform sind chromatisch konfokale Messköpfe 209 und 210 eingesetzt, mit denen Distanzen zwischen einem Objekt und den Messköpfen durch Messung einer Wellenlängenverteilung eines konfokalen Rückstreulichtes mittels eines Abbildungsobjektivs mit großem Farblängsfehler erfasst werden. Für Schichtdickenmessungen liegt die Auflösung dieses Verfahrens wie einleitend erwähnt im Hundertmikrometerbereich, so dass mit diesem Verfahren einerseits Materialdicken über einem Millimeter und primär Profilverläufe erfasst werden können. This multi-measuring device 2 differs in the design of the measuring heads 209 and 210 from the first embodiment according to 1 and has a modified measuring and evaluation device 230 on. The measuring and evaluation device 230 has the same polychromatic light source 7 and the same spectrometer 8th on, as the first embodiment of the invention. The evaluation of the measured data in the measuring and evaluation device 230 is however due to the changed measuring heads 209 and 210 customized. At the in 5 embodiment shown are chromatically confocal measuring heads 209 and 210 used to detect distances between an object and the measuring heads by measuring a wavelength distribution of a confocal backscattered light by means of an imaging lens with a large chromatic aberration. For layer thickness measurements, the resolution of this method is as mentioned above in the hundred micron range, so that on the one hand material thicknesses above one millimeter and primarily profile profiles can be detected with this method.

Als Ergebnisse dieses Verfahrens werden für die Außenfläche 24 und die Innenfläche 26 jeden Objektes 6 Intensitäten gemessen, die in einem Spektrogramm aufgetragen werden können. Dazu erfolgt die Materialstärkemessung von für die Messwellenlängen der polychromatischen Lichtquelle 7 transparentem oder semitransparentem Behältermaterial wie einer Flasche mittels Längsaberration einer Spezialoptik in den Messköpfen 209 und 210. Das weiße Licht der polychromatischen Lichtquelle 7 wird in die zu den Messköpfen 209 und 210 führenden Lichtwellenleiter L₄ und L₃ eingekoppelt und zu dem jeweiligen Messkopf 209 bzw. 210 geführt. As results of this procedure are used for the outer surface 24 and the inner surface 26 every object 6 Intensities measured, which can be applied in a spectrogram. For this purpose, the material thickness measurement is carried out for the measuring wavelengths of the polychromatic light source 7 transparent or semi-transparent container material such as a bottle by longitudinal aberration of a special optics in the measuring heads 209 and 210 , The white light of the polychromatic light source 7 gets into the to the measuring heads 209 and 210 leading optical waveguide L ₄ and L ₃ and coupled to the respective measuring head 209 respectively. 210 guided.

Der Messkopf 209 bzw. 210 besteht aus einem Objektiv 235 mit ausgeprägtem Farblängsfehler und fokussiert in einem Messstrahl 13 das aus der Faser ausgetretene Licht wellenlängenabhängig auf die zu messende Außenfläche 24. Daher ist immer nur eine Wellenlänge auf der Außenfläche 24 des Objektes 6 im Fokus. Das Spektrometer 8 analysiert schließlich das reflektierte Licht. Das Spektrum zeigt bei der auf der Außenfläche 24 fokussierten Wellenlänge einen scharfen Messpeak. Durch eine entsprechende Kalibrierung kann eindeutig aus der gefundenen Wellenlänge der Abstand von dem jeweiligen Messkopf 209 bzw. 210 zu der Außenseite 24 des Objektes 6 bestimmt werden. The measuring head 209 respectively. 210 consists of a lens 235 with pronounced chromatic aberration and focused in a measuring beam 13 the light emitted from the fiber depends on the wavelength depending on the outer surface to be measured 24 , Therefore, there is always only one wavelength on the outer surface 24 of the object 6 in focus. The spectrometer 8th finally analyzes the reflected light. The spectrum shows at the on the outer surface 24 focused wavelength a sharp measuring peak. By means of a corresponding calibration, the distance from the respective measuring head can be clearly determined from the found wavelength 209 respectively. 210 to the outside 24 of the object 6 be determined.

Bei der Materialdickenmessung befinden sich Außenfläche 24 und Innenfläche 26 des Objekts 6 im Messbereich. Entsprechend sind auch zwei Messpeaks im Spektrum zu beobachten, aus denen die Abstände zu der Außenfläche 24 und zu der Innenfläche 26 des Materials bestimmt werden können. Aus der Differenz der Abstände Δx wird die Materialdicke in dem Mess- und Auswertegerät 230 errechnet. Dabei wird der Brechungsindex des transparenten oder semitransparenten Materials berücksichtigt. In the material thickness measurement are outer surface 24 and inner surface 26 of the object 6 in the measuring range. Correspondingly, two measuring peaks in the spectrum can be observed, which make up the distances to the outer surface 24 and to the inner surface 26 of the material can be determined. From the difference of the distances Δx the material thickness in the measuring and evaluation device 230 calculated. In this case, the refractive index of the transparent or semi-transparent material is taken into account.

Aus der berechneten Abstandsdifferenz Δx ist es möglich, die Materialdicke d₁ und d₂ des Objektes 6 an den Messpositionen zu berechnen. Δx ist dabei auf die Differenz zwischen den Messpeaks im Spektrum zurückzuführen, die auf der jeweiligen Außenfläche 24 und Innenfläche 26 erfasst wurden. From the calculated distance difference Δx it is possible to determine the material thickness d ₁ and d _{2 of} the object 6 to calculate at the measuring positions. Δx is due to the difference between the measured peaks in the spectrum on the respective outer surface 24 and inner surface 26 were recorded.

Das Diagramm der 6 zeigt dazu, dass, solange sich zwei in 5 gezeigte Grenzflächen in Form beispielsweise einer Außenfläche 24 und einer Innenfläche 26 eines transparenten Materials 34 im Messbereich eines Objektives 235 mit ausgeprägtem Farblängsfehler befinden, zwei Messpeaks I₀ und I₁ existieren, für die sich auf je einer der Grenzflächen eine scharfe Abbildung ergibt. Entsprechend sind zwei Peaks wie oben erörtert im Spektrum zu beobachten, aus denen sich die Distanzen, wie es die 6A und 6B zeigen, von den Messköpfen 209 und 210 zu den beiden Flächen 24 und 26 an den jeweiligen Messpositionen bestimmen lassen. The diagram of 6 shows that as long as two in 5 shown interfaces in the form of, for example, an outer surface 24 and an inner surface 26 a transparent material 34 in the measuring range of an objective 235 with pronounced longitudinal chromatic aberration, two measurement peaks I ₀ and I ₁ exist, for which a sharp image is obtained on each of the interfaces. Accordingly, two peaks as discussed above are observed in the spectrum that make up the distances, such as the 6A and 6B show, from the measuring heads 209 and 210 to the two surfaces 24 and 26 can be determined at the respective measuring positions.

7 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Multimesskopfvorrichtung 3 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Ein Unterschied zu der Ausführungsform in 1 besteht darin, dass diese Ausführungsform zusätzlich einen faseroptischen Y-Koppler 20 aufweist. Der faseroptische Y-Koppler 20 weist einen einzigen Eingangsanschluss 14 und zwei Ausgangsanschlüsse 22 und 23 auf. Der Eingangsanschluss 14 ist über die dritte Lichtleitfaser L₃ mit dem ersten Ausgangsanschluss 18 des X-Kopplers 15 verbunden. 7 shows a schematic side view of a Multimesskopfvorrichtung 3 according to a third embodiment of the invention. A difference to the embodiment in 1 is that this embodiment additionally a fiber optic Y-coupler 20 having. The fiber optic Y coupler 20 has a single input port 14 and two output terminals 22 and 23 on. The input connection 14 is about the third Optical fiber L ₃ with the first output terminal 18 of the X-coupler 15 connected.

Der erste Ausgangsanschluss 22 des faseroptischen Y-Kopplers 20 ist über eine fünfte Lichtleitfaser L₅ mit dem Anschluss 33 des ersten Materialdickenmesskopfes 9 verbunden. Der zweite Ausgangsanschluss 23 des optischen Y-Kopplers 20 ist über eine Lichtleitfaser L₆ mit dem Anschluss des zweiten Materialdickenmesskopfes 10 verbunden. Der zweite Ausgangsanschluss 19 des faseroptischen X-Kopplers 15 ist über die vierte Lichtleitfaser L₄ mit dem Anschluss 33 eines dritten Materialdickenmesskopfes 11 verbunden. Die drei Materialdickenmessköpfe 9, 10 und 11 sind in unterschiedlichen Höhen relativ zu einem zu vermessenden Objekt 6 platziert und in dieser Ausführungsform auf eine bewegte Kunststoffflasche 25 gerichtet. Die drei Materialdickenmessköpfe 9, 10 und 11 sind nicht nur höhengestaffelt angeordnet, sondern auch außerdem in unterschiedlichen Positionen in Bezug auf die Bewegungsrichtung der Flasche 25 angeordnet. So kann beispielsweise der Materialdickenmesskopf 9 hinter der Zeichenebene, der Materialdickenmesskopf 10 in der Zeichenebene und der Materialdickenmesskopf 11 vor der Zeichenebene angeordnet sein. The first output terminal 22 of the fiber optic Y-coupler 20 is via a fifth optical fiber L ₅ with the connector 33 of the first material thickness measuring head 9 connected. The second output terminal 23 of the optical Y-coupler 20 is via an optical fiber L ₆ with the connection of the second material thickness gauge 10 connected. The second output terminal 19 of the fiber optic X-coupler 15 is via the fourth optical fiber L ₄ with the connection 33 a third material thickness gauge 11 connected. The three material thickness sensors 9 . 10 and 11 are at different heights relative to an object to be measured 6 placed and in this embodiment on a moving plastic bottle 25 directed. The three material thickness sensors 9 . 10 and 11 are arranged not only staggered in height, but also in different positions with respect to the direction of movement of the bottle 25 arranged. For example, the material thickness gauge 9 behind the drawing plane, the material thickness measuring head 10 in the drawing plane and the material thickness gauge 11 be arranged in front of the drawing plane.

8 zeigt eine Auswertung der durch die Anordnung in 7 erfassten Messergebnisse. 8A zeigt die Materialdicke der Flasche 25, die durch den ersten Materialdickenmesskopf 9 wie es 7 zeigt aufgenommen wurde. Die Materialdicke lässt sich dem Abstand der optischen Weglänge z eines durch Fouriertransformation ermittelten Fourier-transformierten Messpeaks 41, 42 und 43 von dem Koordinatenursprung Z₀ wie oben beschrieben mit dem OCT-Verfahren berechnen. Entsprechendes gilt für die 8B und 8C bezüglich der Bestimmung der Materialdicke der Flasche an den Messpositionen des zweiten und dritten Materialdickenmesskopfes. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Materialdicke im Bereich des dritten Materialdickenmesskopfes größer ist, als im Bereich des zweiten Materialdickenmesskopfes. 8th shows an evaluation of the by the arrangement in 7 recorded measurement results. 8A shows the material thickness of the bottle 25 passing through the first material thickness gauge 9 like it 7 shows was recorded. The material thickness can be the distance of the optical path length z of a Fourier-transformed measuring peak determined by Fourier transformation 41 . 42 and 43 from the coordinate origin Z ₀ as described above with the OCT method. The same applies to the 8B and 8C concerning the determination of the material thickness of the bottle at the measuring positions of the second and third material thickness measuring heads. It can be clearly seen that the material thickness in the area of the third material thickness measuring head is greater than in the area of the second material thickness measuring head.

9 zeigt eine schematische Darstellung einer Multimesskopfvorrichtung 3 gemäß 7 mit einer Draufsicht auf die Anordnung der Materialdickenmessköpfe 9, 10 und 11. Die Materialdickenmessköpfe 9, 10 und 11 sind hier hintereinander an einem Fertigungsband auf ein und dieselbe Kunststoffflasche 25 gerichtet, die zu drei unterschiedlichen Zeiten die Messpositionen passiert, so dass im Zeitmultiplex die Materialdicken an den unterschiedlichen Höhenpositionen der 7 gemessen werden. 9 shows a schematic representation of a multi-measuring device 3 according to 7 with a plan view of the arrangement of the material thickness measuring heads 9 . 10 and 11 , The material thickness sensors 9 . 10 and 11 are here one behind the other on a production line on one and the same plastic bottle 25 directed, which passes the measuring positions at three different times, so that in time division the material thicknesses at the different height positions of the 7 be measured.

10 zeigt eine schematische Darstellung einer Multimesskopfvorrichtung 4 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Diese vierte Ausführungsform unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsformen dadurch, dass zeitversetzt an einem Objekt 6 sowohl ein OCT-Materialdickenmesskopf 409 als auch ein chronisch konfokaler Messkopf 410 eingesetzt sind. Der Messkopf 410 weist ein Objektiv 435 auf, das einen ausgeprägten Farblängsfehler für Distanzmessungen besitzt. Somit kann mit einem einzigen Spektrometer 8 sowohl ein Profilverlauf 44 beispielsweise einer beschichteten Energiesparlampe 50 als auch deren Farbfilterschicht 45 mit einer Schichtdicke 46 von einigen 10 Mikrometern Dicke erfasst werden. Auch die polychromatische Lichtquelle 7 ist für beide Messköpfe 409 und 410 identisch. Lediglich eine zusätzliche Auswerteeinheit ist in dem Mess- und Auswertegerät 430 erforderlich, um die Messsignale für den Profilverlauf 44 und die Schichtdicke 46 beider Messköpfe 409 bzw. 410 auszuwerten. 10 shows a schematic representation of a multi-measuring device 4 according to a fourth embodiment of the invention. This fourth embodiment differs from the previous embodiments in that it is time-displaced on an object 6 both an OCT material thickness gauge 409 as well as a chronically confocal measuring head 410 are used. The measuring head 410 has a lens 435 on, which has a pronounced chromatic aberration for distance measurements. Thus, with a single spectrometer 8th both a profile course 44 for example, a coated energy-saving lamp 50 as well as their color filter layer 45 with a layer thickness 46 from a few 10 Microns thickness can be detected. Also the polychromatic light source 7 is for both measuring heads 409 and 410 identical. Only one additional evaluation unit is in the measuring and evaluation device 430 required to measure the profile profile 44 and the layer thickness 46 both measuring heads 409 respectively. 410 evaluate.

Der Profilverlauf 44 wird erfasst, während das Objekt 6 in Form eines Glaskolbens 48 der Energiesparlampe 50 in Pfeilrichtung Y an dem chromatisch konfokalen Messkopf 410 vorbeizieht. Zeitversetzt dazu wird der Schichtdickenverlauf der Farbfilterschicht 45 erfasst, wenn die Erfassung des Profilverlaufs 44 abgeschlossen ist. Der Abstand a zwischen dem OCT-Materialdickenmesskopf 409 und dem chromatisch konfokalen Messkopf 410 entspricht mindestens der Länge l der Energiesparlampe 50. Der in 10 gezeigte Abstand a ist nicht maßstabsgerecht, sondern deutlich größer als hier gezeigt, um eindeutig zeitversetzt den Profilverlauf 44 von dem Schichtdickenverlauf zu trennen. The profile course 44 is detected while the object 6 in the form of a glass flask 48 the energy-saving lamp 50 in the direction of arrow Y on the chromatically confocal measuring head 410 passes by. Time offset to the layer thickness profile of the color filter layer 45 captured when capturing the profile history 44 is completed. The distance a between the OCT material thickness gauge 409 and the chromatically confocal probe 410 corresponds at least to the length l of the energy-saving lamp 50 , The in 10 shown distance a is not to scale, but much larger than shown here, to clearly offset the profile profile 44 to separate from the layer thickness profile.

11 zeigt eine schematische Darstellung eines Vergleichs des Fourier-transformierten Messpeaks 49 in 11A einer Beschichtungsdickenmessung und Distanzmesspeaks 51, 52 und 53 des Profilverlaufs 44 der Profilverlaufsmessung mittels chromatisch konfokalen Distanzmessungen einer Multimesskopfvorrichtung gemäß 10. 11 shows a schematic representation of a comparison of the Fourier-transformed measurement peak 49 in 11A a coating thickness measurement and distance measuring peaks 51 . 52 and 53 the profile history 44 the profile profile measurement by means of chromatic confocal distance measurements of a multi-measuring device according to 10 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Multimesskopfvorrichtung (1. Ausführungsform) Multi-measuring head device (1st embodiment)
2 2: Multimesskopfvorrichtung (2. Ausführungsform) Multimesskopfvorrichtung (2nd embodiment)
3 3: Multimesskopfvorrichtung (3. Ausführungsform) Multi-measuring head device (3rd embodiment)
4 4: Multimesskopfvorrichtung (4. Ausführungsform) Multi-measuring head device (4th embodiment)
6 6: Objekt object
7 7: polychromatische Lichtquelle polychromatic light source
8 8th: Spektrometer spectrometer
9 9: Materialdickenmesskopf (OCT) Material thickness measuring head (OCT)
10 10: Materialdickenmesskopf (OCT) Material thickness measuring head (OCT)
11 11: Materialdickenmesskopf (OCT) Material thickness measuring head (OCT)
13 13: Messstrahl measuring beam
14 14: Eingangsanschluss input port
15 15: X-Koppler X-coupler
16 16: Eingangsanschluss input port
17 17: Eingangsanschluss input port
18 18: Ausgangsanschluss output port
19 19: Ausgangsanschluss output port
20 20: Y-Koppler Y coupler
22 22: Ausgangsanschluss output port
23 23: Ausgangsanschluss output port
24 24: Außenfläche outer surface
25 25: Kunststoffflasche Plastic bottle
26 26: Innenfläche palm
30 30: Mess- und Auswertegerät Measuring and evaluation device
31 31: Auskopplungsanschluss decoupling connection
32 32: Einkopplungsanschluss Einkopplungsanschluss
33 33: Anschluss connection
34 34: Material material
35 35: Objektiv lens
36 36: Interferenzspektrum interference spectrum
37 37: Fourier-transformiertes Interferenzspektrum Fourier-transformed interference spectrum
38 38: Fourier-transformierter Interferenzspektrum Fourier-transformed interference spectrum
39 39: Fourier-transformierter Messpeak Fourier transformed measurement peak
40 40: Fourier-transformierter Messpeak Fourier transformed measurement peak
41 41: Fourier-transformierter Messpeak Fourier transformed measurement peak
42 42: Fourier-transformierter Messpeak Fourier transformed measurement peak
43 43: Fourier-transformierter Messpeak Fourier transformed measurement peak
44 44: Profilverlauf profile History
45 45: Farbfilterschicht Color filter layer
46 46: Schichtdicke layer thickness
48 48: Glaskolben flask
49 49: Fourier-transformierter Messpeak Fourier transformed measurement peak
50 50: Energiesparlampe Energy saving lamp
51 51: Distanzmesspeak Distance Measuring Peak
52 52: Distanzmesspeak Distance Measuring Peak
53 53: Distanzmesspeak Distance Measuring Peak
209 209: Messkopf probe
210 210: Messkopf probe
230 230: Mess- und Auswertegerät Measuring and evaluation device
235 235: Objektiv mit ausgeprägtem Farblängsfehler Lens with pronounced chromatic aberration
409 409: OCT-Materialdickenmesskopf OCT material thickness measuring head
410 410: chromatisch konfokaler Messkopf chromatically confocal measuring head
430 430: Mess- und Auswertegerät Measuring and evaluation device
435 435: Objektiv mit ausgeprägtem Farblängsfehler Lens with pronounced chromatic aberration
a a: Abstand distance
F F: Bewegungsrichtung movement direction
L L: Lichtleitfaser optical fiber
l l: Länge length
I I: Intensität intensity
Y Y: Bewegungsrichtung movement direction
Z Z: optische Länge optical length
Λ Λ: Wellenlänge wavelength

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 4699513 [0004]

Claims

Multimesskopfvorrichtung for testing material thicknesses or profile progressions of at least one moving object ( 6 ) comprising: - at least one measuring and evaluation device for detecting the material thickness by means of an OCT method; - at least two material thickness measuring heads ( 9 . 10 ) whose measuring beams ( 13 ) on the object ( 6 ), wherein the measuring heads are arranged offset in time with respect to the movement of the object.

Multimesskopfvorrichtung for testing material thicknesses or profile progressions of at least one stationary object ( 6 ) comprising: - at least one measuring and evaluation device for detecting the material thickness by means of an OCT method; - at least two material thickness measuring heads ( 9 . 10 ) whose measuring beams ( 13 ) on the object ( 6 ), wherein the measuring heads are arranged offset in position relative to one another and with respect to the stationary object and can be guided one after the other past the stationary object.

Multimesskopfvorrichtung according to claim 1 or claim 2, wherein the measuring and evaluation device is a polychromatic light source ( 7 ), a spectrometer ( 8th ) and at least one fiber optic X-coupler ( 15 ), the two input terminals ( 16 . 17 ) and two output terminals ( 18 . 19 ) for the fiber optic connection of the at least two material thickness measuring heads.

Multimesskopfvorrichtung according to any one of the preceding claims, wherein the input terminals ( 16 . 17 ) of the fiber optic X-coupler ( 15 ) with the polychromatic light source ( 7 ) and the spectrometer ( 8th ) communicate via optical fibers.

Multimesskopfvorrichtung according to any one of the preceding claims, wherein at least one further material thickness measuring head ( 11 ) via a first fiber optic Y-coupler ( 20 ), which has an input terminal ( 14 ) and two output terminals ( 22 . 23 ), to the X-coupler ( 15 ) are connected.

Multimesskopfvorrichtung according to claim 5, wherein the input terminal ( 14 ) of the Y-coupler ( 20 ) with one of the output terminals ( 18 . 19 ) of the fiber optic X-coupler ( 15 ) is fiber optically in communication.

A multi-measuring head device according to claim 5 or claim 6, wherein the at least two first material thickness measuring heads ( 9 . 10 ) via a second optical Y-coupler at the second output port ( 19 ) of the optical X-coupler ( 15 ) are connected fiber optically.

A multi-measuring head device according to claim 8, wherein a plurality of material thickness measuring heads ( 9 to 11 ) via the one optical X-coupler ( 15 ) and a plurality of optical Y-couplers ( 20 ) with the one polychromatic light source ( 7 ) and the one spectrometer ( 8th ) are fiber optically connected.

Multimesskopfvorrichtung according to any one of the preceding claims, wherein the object ( 6 ) a plastic bottle ( 25 ).

Multimesskopfvorrichtung according to claim 9, wherein the plastic material of the plastic bottle ( 25 ) comprises a thermoplastic material.

A multi-measuring head apparatus according to claim 10, wherein said plastic material comprises polyethylene terephthalate.

Multimesskopfvorrichtung according to claim 1, wherein the material thickness measuring heads ( 9 . 10 ) with respect to the moving object ( 6 ) are arranged locally next to each other and offset in height.

A multi-measuring head device according to claim 1, wherein a plurality of material thickness measuring heads ( 9 to 11 ) on a moving conveyor belt for detecting material thicknesses of a plurality of objects moved on the conveyor belt ( 6 ) is arranged.

A multi-measuring head device according to claim 13, wherein said plurality of material thickness measuring heads ( 9 to 11 ) with respect to the plurality of moving objects ( 6 ) are arranged one behind the other and offset relative to one another on the conveyor belt, that the temporal detection of the material thicknesses of the objects ( 6 ) is staggered such that in each case only one material thickness at a time of a measurement at in each case only one measuring point of an object ( 6 ) is detectable.

Multimesskopfvorrichtung according to any one of the preceding claims, wherein the multi-measuring head device ( 4 ) in a combined measurement of a coating thickness and a profile profile ( 44 ) at least one OCT material thickness gauge ( 409 ) for the layer thickness ( 46 ) and a chromatically confocal measuring head ( 410 ) for the profile course ( 44 ) having.