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Einrichtung zur optischen Prüfung von gläsernen Gegenständen auf Risse
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur optischen Prüfung von gläsernen Gegenständen, insbesondere von zylindrischen Hohlgläsern, auf Risse, mit einer Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung eines auf eine Abtastzone im Innern des Prüflings gerichteten Strahlenbündels und mit einer photoelektrische Zellen enthaltenden Empfangsvorrichtung zur Aufnahme von aus der Abtastzone austretender Strahlung, welche Zellen an eine elektrische Signalauswertschaltung angeschlossen sind, wobei der Prüfling eine Relativbewegung zum Strahlenbündel bzw. zur Abtastzone ausführt.
Bei der Herstellung von Gegenständen aus Glas besteht häufig die Notwendigkeit, diese auf allfällige Risse zu prüfen, insbesondere müssen bei der Massenfertigung von Glasgefässen solche Gefässe als fehlerhaft ausgeschieden werden, welche an ihrer Randpartie grössere oder kleinere Risse aufweisen, da solche Risse die Bruchgefahr der Gläser beträchtlich erhöhen und ein einwandfrei dichtes
Verschliessen unmöglich machen.
Ausser der visuellen Prüfung sind bereits optische Prüfverfahren zum selbsttätigen Feststellen von Rissen vorgeschlagen worden. Hiebei wird ein Strahlenbündel auf eine Abtastzone des Prüflings gerichtet und eine Relativbewegung zwischen dem Prüfling und dem Strahlenbündel bzw. der Abtastzone erzeugt, und es werden während der Relativbewegung von der Abtastzone ausgehende Strahlen beobachtet, die infolge von durchlaufenden Störstellen im Prüfling abgelenkt werden. Es wird dabei die Tatsache ausgenützt, dass ein Riss im Glas eine optische Grenzschicht darstellt, an welcher beim Auftreffen des Strahlenbündels in Richtung Glas/Luft je nach Einfallwinkel entweder gewöhnliche Reflexion und Brechung oder Totalreflexion auftritt.
Ein grosser Nachteil bekannter optischer Prüfanordnungen dieser Art besteht darin, dass sie nicht zwischen eigentlichen Rissen und andern optisch wirksamen Störstellen im Prüfling unterscheiden können. Es gibt nämlich ausser Rissen manche Arten von Störstellen, wie eingeschlossene Luftblasen, kleinere Rippen oder Nahtstellen usw., welche den Gebrauchswert des Prüflings nicht beeinträchtigen würden, die sich aber in den bekannten Prüfanordnungen optisch ähnlich wie ein Riss auswirken und deshalb in unerwünschter Weise ebenfalls ausgeschieden werden. Mangels dieser Unterscheidungsfähigkeit zwischen eigentlichen Fehlern und tolerierbaren Störstellen im Prüfling muss deshalb entweder ein zu grosser Ausschuss oder, bei weniger empfindlicher Einstellung der Prüfanordnung, die Gefahr von unentdeckten Rissen in Kauf genommen werden.
Besonders schwierig wird die erwähnte Unterscheidung. wenn es sich um Prüflinge handelt, die im Bereich der Abtastzone z. B. ein Gewinde oder Verschlussnocken aufweisen.
Weiters ist eine Einrichtung zur Rissprüfung des Mündungsrandes von Hohlgläsern, wobei der Mündungsrand von einem Lichtstrahlenbündel durchstrahlt wird, bekannt. Die Anordnung beruht auf einer gewöhnlichen Intensitätsmessung, indem die elektrischen Ausgangssignale mehrerer Photozellen als gleichwertig einem gemeinsamen Verstärker zugeleitet werden. Es erfolgt keine getrennte Auswertung der einzelnen Signale.
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Eine andere bekannte Einrichtung befasst sich mit dem Problem, den Einfluss unterschiedlicher
Dicke am Mündungsrand, z. B. durch Ringwulst, zu beseitigen, indem ein durchsichtiger Korrekturkörper verwendet wird, der zum Querschnitt des Mündungsrandes komplementär geformt ist. Diese Einrichtung kann aber nicht zwischen Rissen und Blasen oder Einschlüssen im Innern der Glasmasse unterscheiden, weshalb Prüflinge mit Blasen oder Einschlüssen in unerwünschter Weise ebenfalls ausgeschieden werden.
Auch ist eine optische Prüfeinrichtung zum Feststellen von Schmutz auf einer reflektierenden, ebenen Oberfläche bekanntgeworden. Der Prüfling kann transparent oder undurchsichtig sein, in jedem
Fall wird aber nur die an der Oberfläche reflektierte Strahlung ausgewertet, d. h. es erfolgt keine
Durchstrahlung des Körpers. Bei sauberer, glatter Oberfläche des Prüflings wird das einfallende
Strahlenbündel mindestens teilweise in sich selbst zurück reflektiert. Eine Schmutzstelle bewirkt diffuse
Reflexion, so dass Photozellen beaufschlagt werden. Die verstärkten Ausgangssignale der Photozellen gelangen zu einer Koinzidenzschaltung.
Bei einer andern bekannten Einrichtung werden Glasgefässe mittels Durchstrahlung auf am Boden liegende Fremdkörper untersucht. Es wird dabei zwischen durchsichtigen und undurchsichtigen
Fremdkörpern unterschieden. Ein undurchsichtiger Fremdkörper bewirkt eine Unterbrechung in der
Beaufschlagung von Photozellen, während ein transparenter Fremdkörper die durchtretenden Strahlen teilweise ablenkt, so dass sie auf die Photozellen gelangen.
Auch diese Einrichtungen konnten das eingangs erwähnte Problem nicht in zufriedenstellender
Weise lösen.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer optischen Prüfung der genannten Art den dargelegten
Mangel zu beheben und eine zuverlässige Unterscheidung zwischen Glasrissen und tolerierbaren
Störstellen zu ermöglichen, so dass nur die wirklich fehlerhaften Prüflinge ausgeschieden werden.
Zu diesem Zwecke wird eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, bei welcher erfindungsgemäss die Beleuchtungsvorrichtung und die Empfangsvorrichtung so zueinander und zur
Abtastzone angeordnet sind, dass eine erste Zelle an durch die Abtastzone durchlaufenden Rissen totalreflektierte Strahlung, jedoch keine direkte Einstrahlung von der Beleuchtungsvorrichtung aufnimmt, und dass eine zweite Zelle an durch die Abtastzone durchlaufenden tolerierbaren optischen
Störstellen gebrochene Strahlung aufnimmt, und dass die Signalauswerteschaltung zur logischen
Unterscheidung eingerichtet ist zwischen dem Fall einerseits, dass die erstgenannte Zelle allein Strahlung empfängt und den Fällen anderseits, dass beide Zellen praktisch gleichzeitig Strahlung empfangen oder die zweitgenannte Zelle allein Strahlung empfängt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch den optischen Teil der Prüfeinrichtung, Fig. 2, 3 und 4 veranschaulichen den Strahlengang beim Durchlauf von verschiedenen, typischen Störstellen im Prüfling, und Fig. 5 ist das Blockschaltbild einer logischen Auswerteschaltung zur logischen Prüfung der von den beiden Detektorvorrichtungen erzeugten Signale.
Die optische Prüfeinrichtung nach Fig. 1 dient dazu, den Öffnungsrand von zylindrischen Glasgefässen--10--, von denen eines von oben gesehen in der Prüflage dargestellt ist, auf allfällige Risse zu untersuchen. Die Prüflinge werden der Reihe nach von der Seite her im Sinne des Pfeiles --5-- herausgeführt, anschliessend in der dargestellten Prüflage im Sinne des Pfeiles--6-- (oder mit entgegengesetzter Drehrichtung) um ihre Achse--8--gedreht, wobei sie mindestens eine volle Umdrehung ausführen, und nach durchgeführter Prüfung in Richtung des Pfeiles--7--weggeführt. Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Bewegungsablaufs ist hier der Einfachheit halber nicht näher dargestellt, es eignet sich hiezu vorzugsweise eine Einrichtung, wie sie in der österr.
Patentschrift Nr. 263639 beschrieben ist. Eine ortsfest angeordnete Tast-oder Fühlereinrichtung-30-erzeugt jeweils während der Anwesenheit eines Prüflings in der Prüfstation ein elektrisches Steuersignal auf der Leitung-31-.
Die Rissprüfeinrichtung nach Fig. l enthält im wesentlichen eine Beleuchtungsvorrichtung - und zwei Detektorvorrichtungen-15, 16--. Die Beleuchtungsvorrichtung-14-weist eine Lichtquelle --18-- und einen Projektionskopf-20-auf, die über einen sogenannten Lichtleiter, vorzugsweise in Form eines flexiblen, lichtleitenden Glasfaserbündels miteinander verbunden sind. Der Projektionskopf--20--erzeugt ein feines, paralleles Strahlenbündel--22-- (z. B. mit rundem Querschnitt von 0, 2 mm Durchmesser), welches auf den Prüfling --10-- gerichtet ist.
Die beiden Detektoreinrichtungen-15 und 16-sind unter sich gleich ausgebildet und weisen je einen Lichtaufnahmekopf-20a, 20b- sowie einen Detektor-Dl bzw. D2-- auf, wobei jeder Lichtaufnahmekopf mit dem zugeordneten Detektor mit einem flexiblen, lichtleitenden Faserbündel - 19a bzw. 19b-verbunden ist. Als Detektor-Dl bzw. D2-dient ein geeigneter
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Strahlung in Richtung des Sektors --26- aus der Abtastzone --12- austreten. Deshalb wird auch in diesem Fall praktisch gleichzeitig, d. h. innerhalb der Durchlaufzeit der Störstelle, von beiden Detektoren --D1 und D2-- ein elektrisches Signal erzeugt werden.
Bei weiteren (nicht dargestellten) optisch wirksamen Störstellen, die tolerierbar oder sogar gewollt sind (z. B. Gewinde, Verschlussnocken usw. ) treten oft ähnliche Erscheinungen wie bei den Fig. 3 und 4 auf, oder es kann auch diffuse Reflexion eintreten, welche nach beiden Winkelsektoren verteilt oder im wesentlichen nur nach dem Sektor--26--austritt. Einzig Risse haben gemäss Fig. 2 vermöge ihrer definierten Gestalt und Lage zur Folge, dass die gesamte Strahlung durch Totalreflexion ausschliesslich in den Sektor--24--und nicht auch in den Sektor--26--ausgelenkt wird.
Aus dieser Erkenntnis wird gemäss der Erfindung ein Kriterium zur Unterscheidung zwischen Rissen --34-- und andern, tolerierbaren Störstellen abgeleitet, indem die Signale der Detektoren-Dl und Duin einer logischen Schaltung ausgewertet werden. Es wird also an Hand der zeitlichen Beziehung zwischen den Signalen aus den beiden Detektoren jeweils bei Durchlauf einer Störstelle unterschieden, ob Strahlung praktisch gleichzeitig in beide Sektoren--24, 26-- austritt oder nur nach dem einen Sektor--24--, welcher von totalreflektierten Strahlen beaufschlagt ist.
Ein Beispiel einer solchen logischen Schaltung zeigt die Fig. 5. In der logischen Auswerteschaltung nach Fig. 5 werden die von den Detektoren-Dl und D2-über die Leitungen-28 und 29-eintreffenden Signale je einer Impulsformerstufe--40 bzw. 41-zugeleitet. Jede Impulsformerstufe erzeugt einen Ausgangsimpuls von definierter Gestalt, wenn das betreffende Eingangssignal eine minimale Amplitude überschreitet. Am Ausgang jeder Impulsformerstufe ist ein Tor --42 bzw. 43-angeschlossen, wobei ein zweiter Eingang jedes Tores mit der Leitung --31-- verbunden ist, auf welcher das Anwesenheitssignal des Fühlers-30-erscheint. Die Tore-42 und 43-sind durch das Anwesenheitssignal jeweils nur dann geöffnet, wenn ein Prüfling--10--sich in der richtigen Prüflage befindet.
Der Ausgang jedes Tores--42 und 43-ist mit dem Eingang eines Flip-Flops --FF1 bzw. FF2-- verbunden. Jedem Flip-Flop ist ein Ausgangstor-47 bzw. 48-zugeordnet, wobei das Ausgangssignal--Q--jedes Flip-Flops auf das zugeordnete Tor und ferner das inverse Ausgangssignal-Q-des einen Flip-Flops --FF2-- auf das dem andern Flip-Flop-FF l- zugeordnete Tor--47--geleitet wird. Für jedes Tor 47 bzw. 48--stellt das Signal--Q-ein Öffnungssignal und für das Tor --47-- das inverse Signal-Q--ein Sperrsignal dar. Die Ausgänge der Tore--42 und 43-sind ausserdem mit den Eingängen eines Oder-Tores --44-- verbunden.
An dessen Ausgang ist ein einstellbares Zeitverzögerungsglied --45-- angeschlossen, welches nach Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls nach Eintreffen eines Eingangssignals einen Ausgangsimpuls an einen weiteren Eingang der Tore-47 und 48-abgibt. Durch die Rückflanke am Ende dieses Impulses wird über eine Kippstufe --46-- ein Rückstellsignal erzeugt, welches den Rückstelleingängen - der beiden Flip-Flops-FF1 und FF2-zugeleitet wird. Die Zeitverzögerung des Kreises - wird auf einen Wert eingestellt, welcher in der Grössenordnung der Durchlaufzeit einer Störstelle durch die Abtastzone --12-- entspricht, was insbesondere von der Rotationsgeschwindigkeit des Prüflings in der Prüfstation abhängt.
Die Wirkungsweise dieser logischen Schaltung ist wie folgt : Wenn ein Signal nur vom Detektor - eintrifft, was dem Durchlauf eines Risses entspricht, so wird das Flip-Flop-FF1-- gekippt und dadurch das Tor-47-geöffnet und das Tor --48-- gesperrt. Der nachfolgende
EMI4.1
erscheint, welches ein Fehlersignal bedeutet und in geeigneter Weise den Ausstoss des betreffenden Prüflings veranlasst.
Trifft anderseits ein Signal nur vom Detektor--D2--ein, welches Signal nicht von einem Riss, sondern nur von einer tolerierbaren Störstelle hervorgerufen sein kann, so wird
EMI4.2
--48-- geöffnet- -FF1-- gekippt und das Tor --47-- geöffnet, anderseits aber durch das Kippen von-FF2-- das Tor --47-- wieder gesperrt und das Tor-48-geöffnet, bevor der Impuls aus dem Kreis --45- eintrifft, wodurch der letztere als Gutsignal auf die Ausgangsleitung --P-- gelangt. In dieser Weise unterscheidet die Schaltung nach Fig. 5 im Sinne der vorstehend an Hand der Fig. 2 bis 4 abgeleiteten Regel zwischen den als Fehler auszuscheidenden Rissen und andern optisch wirksamen, jedoch tolerierbaren Störstellen.
Jedesmal nach Durchgang eines Impulses aus dem Kreis--45-
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werden FF1 und FF2 über den Kreis --46-- rückgestellt, so dass der Prüfvorgang während der Rotation des Prüflings sich mehrmals wiederholen kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur optischen Prüfung von gläsernen Gegenständen, insbesondere von zylindrischen Hohlgläsern, auf Risse, mit einer Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung eines auf eine Abtastzone im Innern des Prüflings gerichteten Strahlenbündels und mit einer photoelektrische Zellen enthaltenden Empfangsvorrichtung zur Aufnahme von aus der Abtastzone austretender Strahlung, welche Zellen an eine elektrische Signalauswerteschaltung angeschlossen sind, wobei der Prüfling eine Relativbewegung
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Beleuchtungsvorrichtung (14) und die Empfangsvorrichtung (15, 16) so zueinander und zur Abtastzone (12) angeordnet sind, dass eine erste Zelle (dol) an durch die Abtastzone (12) durchlaufenden Rissen (34) totalreflektierte Strahlung, jedoch keine direkte Einstrahlung von der Beleuchtungsvorrichtung (14) aufnimmt,
und dass eine zweite Zelle (D2) an durch die Abtastzone (12) durchlaufenden tolerierbaren optischen Störstellen (35, 36) gebrochene Strahlung aufnimmt, und dass die Signalauswerteschaltung (Fig. 5) zur logischen Unterscheidung eingerichtet ist zwischen dem Fall einerseits, dass die erstgenannte Zelle (D1) allein Strahlung empfängt und den Fällen anderseits, dass beide Zellen (D1, D2) praktisch gleichzeitig Strahlung empfangen oder die zweitgenannte Zelle (D2) allein Strahlung empfängt.
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