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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle der Ausbildung eines
Flüssigkeitsfilmes auf einer Werkstückoberfläche,
insbesondere eines Reinigungsflüssigkeitsfilmes auf einem
Behälter im Zuge seiner Reinigung, wonach der Flüssigkeitsfilm
sensorisch erfasst und sein Vorhandensein ausgewertet wird.
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Die
Kontrolle von Flüssigkeiten und hier insbesondere Flüssigkeitsresten
spielt bei der Behälterreinigung eine erhebliche Rolle.
So beschäftigt sich die
DE 43 00 169 A1 mit der optischen Prüfung
transparenter Behälter, insbesondere von farblosen Kunststoffflaschen.
Mit Hilfe eines Lasers, welcher monochromatische Prüfstrahlung über
ein Linsensystem auf einen Abschnitt der Behälterinnenwand fokussiert,
lassen sich eventuell an und in der Innenwand des Behälters
vorhandene Verunreinigungen aufspüren.
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Darüber
hinaus kennt man durch die
DE
41 27 686 A1 eine Vorrichtung zur Ermittlung von Restflüssigkeit.
Hier wird auf eine Strahlungsquelle zurückgegriffen, die
eine aus sichtbarem Licht und Infrarotstrahlung bestehende Strahlung
auf den Boden der transparenten Flasche wirft. Mit Hilfe von zwei
fotoelektrischen Umwandlungssensoren wird die durch den Boden transmittierte
Strahlung aufgenommen. Zusätzlich ist ein optisches Filter
vorgesehen, welches nur für die Infrarotstrahlung durchlässig
ist. Mit Hilfe einer Einrichtung zum Vergleich der Ausgangssignale
der beiden fotoelektrischen Umwandlungssensoren wird die Differenz
der Ausgangssignale ermittelt.
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Ungeachtet
dessen lässt sich die Füllung von Flaschen bei
Flaschenabfüllmaschinen mit Hilfe eines Lichtstrahles ermitteln
(vgl.
DE 696 07 436
T2 ). Sobald der Füllstand einen vorbestimmten
Wert erreicht hat, wird die Abfüllmaschine geschlossen.
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Ganz
abgesehen davon ist es aus der Praxis bekannt, mit Fluiden, etwa
desinfizierenden Lösungen und/oder Aerosolen zu arbeiten,
die beispielsweise flüssige Oxidantien wie H2O2 (Wasserstoffperoxid) oder auch gasförmige
Oxidantien wie Ozon (O3) enthalten. Außerdem
ist die desinfizierende Wirkung von UV-Strahlung, insbesondere UV-C-Strahlung
bekannt.
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In
der Getränkeindustrie werden vornehmlich Verschlüsse
von Behältern (Flaschen, Dosen oder dergleichen) mit Hilfe
von Wasserstoffperoxid (H2O2)
sterilisiert. Diese Vorgehensweise ist insbesondere bei der kaltaseptischen
Behandlung von Bedeu tung, das heißt dann, wenn keine oder
nahezu keine zusätzliche Wärmebehandlung erfolgt und/oder
der Einsatz von Konservierungsstoffen unerwünscht ist.
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Damit
die sterilisierende Wirkung von Wasserstoffperoxid bzw. allgemein
desinfizierenden Oxidantien eintritt, werden die fraglichen Flüssigkeiten
oder auch Aerosole durch Wärmezufuhr aktiviert. Die Wärmezufuhr
bewirkt beispielsweise in dem Wasserstoffperoxid einen Zerfallsprozess,
bei welchem sich freie Sauerstoffradikale bilden, die primär für
die keimtötende Wirkung verantwortlich gemacht werden.
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Der
Erfolg dieser Maßnahmen hängt wesentlich davon
ab, ob das üblicherweise dampfförmig in oder auf
den Behälter, vorzugsweise in dessen Einfüllbereich,
aufgebrachte Desinfektionsmittel an der demgegenüber kühleren
Behälterfläche kondensiert und dort einen gleichmäßigen
Film bildet. Dabei sollen sowohl die Behälterinnen-, als
auch die Behälteraußenflächen sterilisiert
werden, so dass es darauf ankommt, an diesen Stellen einen möglichst
geschlossenen Flüssigkeitsfilm zu erhalten. – Bisherige Vorgehensweisen
sind kaum geeignet, die einwandfreie Bildung eines Flüssigkeitsfilmes
aus dem Desinfektionsmittel bzw. der Reinigungsflüssigkeit
feststellen zu können. Hier setzt die Erfindung ein.
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Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges
Verfahren so weiter zu entwickeln, dass die einwandfreie Ausbildung
des Flüssigkeitsfilmes auf der Werkstückoberfläche
festgestellt und überwacht werden kann. Außerdem
soll eine besonders geeignete Vorrichtung geschaffen werden.
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Zur
Lösung dieser technischen Problemstellung ist ein gattungsgemäßes
Verfahren zur Kontrolle der Ausbildung eines Flüssigkeitsfilmes
auf einer Werkstückoberfläche im Rahmen der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexions- und/oder Absorptions-
und/oder Leitfähigkeitseigenschaften des Flüssigkeitsfilmes
für seine Erfassung ausgewertet werden.
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Die
Erfindung trägt also den hohen Anforderungen zur Verbesserung
der Prozesssicherheit dergestalt Rechnung, dass ausschließlich
spezielle Eigenschaften des Flüssigkeitsfilmes ausgewertet
werden. Hierbei handelt es sich um dessen Reflexionseigenschaften,
seine Absorptionseigenschaften oder seine elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften. Selbstverständlich
können die vorerwähnten Eigenschaften auch wahlweise
miteinander kombiniert werden, um die Prozesssicherheit zu steigern.
Dadurch lässt sich der Prozessschritt der Aufbringung des
Desinfektionsmittels bzw. der Reinigungsflüssigkeit genauestens
beobachten und mit großer Sicherheit kontrollieren. Denn
die Erfindung wertet die vorerwähnten Eigenschaften des
Flüssigkeitsfilmes in der Weise aus, dass nur dann, wenn
der Flüssigkeitsfilm überhaupt realisiert ist
und beispielsweise eine gewisse Flächengröße
und/oder Flächenlage aufweist, der fragliche Behälter
(Flasche, Dose oder dergleichen) für gut befunden wird
und somit den anschließenden Prozess normal durchläuft
um abschließend in den Verkauf zu gelangen. Liegt dagegen
der Flüssigkeitsfilm nicht oder nicht in ausreichender
Flächengröße oder nicht in der richtigen Lage
vor, so wird der betreffende Behälter an geeigneter Stelle
ausgesondert. Dabei kann es vorteilhaft sein, z. B. aus Kostengründen
vorteilhaft sein, eine als fehlerhaft erkannten Behälter
nicht allen nachfolgenden Behandlungsschritten zu unterziehen, sondern
alle oder einzelne der nachfolgenden Behandlungsschritte auszulassen,
und den Behälter anschließend auszuschleusen.
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Aus
Gründen der Prozesssicherheit kommt es insbesondere darauf
an, etwaige Verschlüsse, den Mündungsbereich oder
allgemein Innenflächen sowie auch Außenflächen
des jeweils zu untersuchenden Behälters auf das Vorhandensein
des Flüssigkeitsfilms hin zu kontrollieren. Nur dann kann
sichergestellt werden, dass das dampfförmig zugeführte
Desinfektionsmittel bzw. die Reinigungsflüssigkeit einwandfrei
kondensiert ist.
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Das
Reflexionsverhalten des Flüssigkeitsfilmes bzw. seine Reflexionseigenschaften
werden vorteilhaft in der Weise ausgewertet, dass ein Lichtstrahl in
unterschiedliche Richtungen je nach Vorhandensein/Abwesenheit des
Flüssigkeitsfilms abgelenkt wird. Hierbei macht sich die
Erfindung die Tatsache zu Nutze, dass der die Werkstückoberfläche bzw.
Behälterwandung benetzende Flüssigkeitsfilm beispielsweise
einen Laserstrahl im Vergleich zur Situation ohne Flüssigkeitsfilm
parallel versetzt. Obwohl dieser Parallelversatz größenordnungsmäßig gering
ist oder sein mag, lässt er sich dennoch problemlos messen
und auswerten, beispielsweise mit Hilfe eines oder mehrerer Sensoren.
Im einfachsten Fall wird man den von der Werkstückoberfläche
bzw. der Behälterwandung (mit oder ohne Flüssigkeitsfilm)
reflektierten Laserstrahl auf einen CCD-Chip abbilden, welcher problemlos
den Versatz des Laserstrahls bei Vorhandensein des Flüssigkeitsfilmes
erfasst und auswertet.
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Alternativ
oder zusätzlich kann auch das Absorptionsverhalten des
Flüssigkeitsfilmes eine Auswertung erfahren. In diesem
Fall wird der auf den Flüssigkeitsfilm auftreffende und/oder
den Flüssigkeitsfilm durchdringende Lichtstrahl mehr oder
minder stark von dem Flüssigkeitsfilm absorbiert und es werden
lediglich die nicht vom Flüssigkeitsfilm absorbierten Bestandteile
des Lichtstrahles reflektiert. Als Folge hiervon ändert
sich die spektrale Zusammensetzung des reflektierten und/oder durchscheinenden
Lichtstrahls im Vergleich zum einfallenden Lichtstrahl. Dadurch
kann eindeutig auf das Vorhandensein des Flüssigkeitsfilms
rückgeschlossen werden.
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So
verfügt beispielsweise Wasserstoffperoxid (H2O2) über eine ausgeprägte
Absorption im Bereich einer Wellenlänge von ca. 1,3 μm.
Wenn nun auf einen solchen Flüssigkeitsfilm ein Lichtstrahl
fällt, der die fragliche Absorptionswellenlänge
beinhaltet, so führt das Vorhandensein des Flüssigkeitsfilms
dazu, dass das reflektierte Licht solches der Wellenlänge
im Bereich von 1,3 μm praktisch nicht oder kaum noch beinhaltet.
Noch drastischer lässt sich dieser Effekt beobachten, wenn
der Flüssigkeitsfilm unmittelbar mit Licht der genannten
Wellenlänge bzw. mit einem Laser der Wellenlänge
1,3 μm, also mit monochromatischem Licht, bestrahlt wird.
Derartiges Laserlicht steht angenähert ausgangsseitig eines Nd-YAG-Lasers
zur Verfügung (Ausgangswellenlänge ca. 1,06 μm).
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Wird
folglich, wie im Rahmen einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung vorgesehen, das Fehlen einer bestimmten Wellenlänge überprüft,
so kann nicht nur ermittelt werden, ob sich irgend ein Flüssigkeitsfilm
auf der Oberfläche des Behälters befindet. Vielmehr
ist es möglich, genau zu überprüfen,
ob sich ein, aus einer bestimmten Flüssig bestehender Flüssigkeitsfilm
auf dem Behälter befindet. Fehlergebnisse, wie sie z. B. durch
Verschmutzungen, Filme aus Wasser oder anderen Flüssigkeiten
hervorgerufen würden, sind somit ausgeschlossen.
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Aus
der großen Auswahl von verfügbarer Laser(strahl)quellen
wird man vorteilhaft auf Halbleiterlaser zurückgreifen,
die kostengünstig hergestellt werden können und
in vielen fraglichen Wellenlängenbereichen ohnehin eingesetzt
werden, und zwar in der Telekommunikation für die Lichtwellenleiterdatenübertragung.
Solche Halbleiterlaser arbeiten üblicherweise im nahen
Infrarot bis ca. 1,4 μm und werden auf Basis von GaAs,
AlAs, InP, GaP usw. hergestellt. Neben diesen so genannten binären
Halbleitern kommen auch und insbesondere ternäre oder quaternäre
Legierungen im Sinne von AlxGa1-xAs zum
Einsatz, wobei sich durch Variation der Zusammensetzung x die Emissionswellenlänge
in definierten Grenzen verändern lässt.
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Alternativ
oder zusätzlich können schließlich die
elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften des Flüssigkeitsfilmes
ausgewertet werden. Dazu lässt sich der elektrische Widerstand
der Werkstoffoberfläche mit Flüssigkeitsfilm ermitteln
und beispielsweise mit demjenigen der Werkstückoberfläche
ohne aufgebrachten Flüssigkeitsfilm vergleichen. Alternativ oder
zusätzlich kann eine Kapazitätsänderung
beobachtet werden, indem die mit dem Flüssigkeitsfilm ausgerüstete
Werkstückoberfläche bzw. der von der Reinigungsflüssigkeit
benetzte Behälter zwischen die Platten eines Kondensators
gebracht wird und an dieser Stelle eine Kapazitätsänderung
des Kondensators hervorruft.
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Tatsächlich
verursacht der fragliche Flüssigkeitsfilm regelmäßig
eine Steigerung der Dielektrizitätskonstante und folglich
auch der Kapazität des Kondensators, die ausgewertet werden
kann. Denkbar ist es an dieser Stelle, den Kondensator periodisch
zu entladen/zu laden, um hierdurch Kapazitätsänderungen
durch einen vorhandenen/nicht vorhandenen Flüssigkeitsfilm
zeitnah zu erfassen. – Selbstverständlich können
das Reflexionsverhalten, das Absorptionsverhalten und schließlich
die elektrische Leitfähigkeit des Flüssigkeitsfilms
auch kombinatorisch untersucht werden, um sichere Aussagen über das
Vorhandensein des Flüssigkeitsfilms und gegebenenfalls
auch über seine Ausdehnung treffen zu können.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Kontrolle der Ausbildung
eines Flüssigkeitsfilmes auf einer Werkstückoberfläche,
wie sie im Anspruch 6 und den daran anschließenden Ansprüchen
beschrieben wird. Die vorerwähnte Vorrichtung eignet sich
besonders zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.
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Im
Ergebnis werden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben,
mit deren Hilfe sich die Ausbildung eines Flüssigkeitsfilmes,
in vorteilhafte Ausgestaltung sogar die Ausbildung eines, aus einer bestimmten
Flüssigkeit bestehenden Flüssigkeitsfilms auf
einer Werkstückoberfläche einwandfrei erfassen
lässt. Dadurch ist sichergestellt, dass das üblicherweise
dampfförmig einem Behälter zugeführte Desinfektionsmittel
einwandfrei kondensiert ist und anschließend im Zuge einer
Wärmebehandlung aktiviert werden kann. Erst diese Kontrolle
stellt sicher, dass etwaige Keime einwandfrei und umfassend abgetötet
werden. Das ist für die Prozesssicherheit und die anschließende
Verwendung der Behälter (Flaschen, Dosen, etc.) von entscheidender
Bedeutung. Tatsächlich wird das beschriebene Verfahren
beispielsweise im Zuge einer Erstreinigung der fraglichen Behälter
eingesetzt oder bei einer Reinigungsprozedur, die bei Mehrwegbehältern
zur Anwendung kommt, bevor diese allgemein neu- oder wiederbefüllt
werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
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1 die
erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Variante,
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2 eine
Weiterentwicklung der Variante nach 1 und
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3a und 3b eine
alternative Vorgehensweise.
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In
den Figuren ist allgemein eine Vorrichtung dargestellt, die zur
Kontrolle der Ausbildung eines Flüssigkeitsfilmes 1 auf
einer Werkstückoberfläche 2 dient. Tatsächlich kommt
die Vorrichtung bei der Kontrolle der Ausbildung des Flüssigkeitsfilmes 1 auf
einem Behälter 3 zum Einsatz. Bei dem Behälter 3 handelt
es sich nicht einschränkend um eine Flasche, eine Dose
oder dergleichen, die im Anschluss an das noch im Detail zu beschreibende
Arbeitsverfahren mit einer Flüssigkeit, beispielsweise
einem Getränk wie Mineralwasser, Saft oder Bier befüllt
wird.
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Damit
der fragliche Behälter 3 die erforderliche Reinheit
aufweist und insbesondere in seinem Mündungsbereich und/oder
an seiner Innenfläche sowie seiner Außenfläche
desinfiziert ist, wird der Behälter 3 mit einem
Dampf eines Desinfektionsmittels beaufschlagt. Bei dem Desinfektionsmittel
handelt es sich im Rahmen des Ausführungsbeispiels und
nicht einschränkend um H2O2 (Wasserstoffperoxid). Der Dampf des Desinfektionsmittels
kondensiert an der demgegenüber kälteren Werkstückoberfläche 2 bzw. im
Bereich der Mündung, der Innenfläche sowie gegebenenfalls
der Außenfläche des Behälters 3.
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Der
kondensierte Flüssigkeitsfilm 1 wird nachträglich
einer Wärmebehandlung unterzogen, so dass hierdurch reaktive
Sauerstoffradikale freigesetzt werden, die für die desinfizierende
Wirkung primär verantwortlich zeichnen. Das setzt voraus,
dass der Flüssigkeitsfilm 1 in den fraglichen
Bereichen (Mündungsbereich, Innenfläche, Außenfläche)
vorliegt bzw. den Behälter 3 nahezu vollflächig
benetzt. Um dies sicher zu stellen, werden die erfindungsgemäße
Vorgehensweise und die dargestellte Vorrichtung eingesetzt. Denn
diese dienen zur Kontrolle der Ausbildung des Flüssigkeitsfilmes 1 auf
der fraglichen Werkstückoberfläche 2 bzw.
dem Behälter 3.
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Zu
diesem Zweck sind wenigstens ein Aktor 4; 5a, 5b und
zumindest ein Sensor 6, 7 realisiert. Bei dem
Aktor 4; 5a, 5b handelt es sich im Rahmen
der Variante nach den 1 und 2 um eine
optische Lichtquelle 4. Dagegen ist der Aktor 4; 5a, 5b bei
der Ausführungsform nach 3 als
zwei Elektroden 5a, 5b (vgl. 3a)
respektive zwei Kondensatorplatten 5a, 5b (3b)
ausgeführt.
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Mit
Hilfe des Sensors 6, 7 bzw. der beiden Sensoren 6, 7 lassen
sich einerseits die Reflexionseigenschaften des Flüssigkeitsfilms
(vgl. 1), dessen Absorptionseigenschaften (2)
oder auch seine Leitfähigkeitseigenschaften (3a, 3b)
erfassen. Zusätzlich ist eine Steuereinheit 8 realisiert, die
die Signale der Sensoren 6, 7 auswertet und eine Entscheidung
fällt, ob der Flüssigkeitsfilm 1 den
Anforderungen genügt, so dass der zugehörige Behälter 3 für
gut befunden werden kann oder nachfolgend ausgesondert werden muss.
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Wie
bereits erläutert, können die Reflexions- und/oder
Absorptions- und/oder Leitfähigkeitseigenschaften des Flüssigkeitsfilmes 1 mit
Hilfe der dargestellten Vorrichtung alternativ oder auch jeweils
wahlweise summarisch erfasst und ausgewertet werden. Um das Reflexionsverhalten
des Flüssigkeitsfilmes 1 für eine Entscheidung
dahingehend auszuwerten, dass dieser Flüssigkeitsfilm 1 in
ausreichender Art und Weise vorliegt, wird mit Hilfe der optischen
Lichtquelle 4 ein Lichtstrahl 9 auf den fraglichen
Behälter 3 bzw. die Werkstückoberfläche 2 (Mündungsbereich,
Innenfläche, Außenfläche) gesandt.
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Vorteilhafterweise
handelt es sich bei der Lichtquelle 4 um eine Laserlichtquelle,
so dass ein monochromatischer, nicht divergenter Laserstrahl bzw.
Lichtstrahl 9 zur Verfügung steht und auf den Behälter 3 gerichtet
wird. Je nach Krümmung der Werkstückoberfläche 2 bzw.
der Behälterwandung im Beispielfall wird der Lichtstrahl 9 in
eine definierte Richtung abgelenkt. Sofern kein Flüssigkeitsfilm 1 auf
der Behälterwandung bzw. der Werkstückoberfläche 2 vorhanden
ist, erfasst der zugehörige Sensor 7 den an der
Behälterwandung bzw. Werkstückoberfläche 2 abgelenkten
Lichtstrahl 9. Benetzt dagegen der Flüssigkeitsfilm 1 die
Behälterwandung bzw. Werkstückoberfläche 2,
so wird der Lichtstrahl 9 in eine andere Richtung abgelenkt,
weil nun die Oberfläche des Flüssigkeitsfilmes 1 als
Reflexionsfläche wirkt. Diese Richtungsänderung
wird mit Hilfe des zweiten und an anderer Position platzierten Sensors 6 festgestellt
(vgl. 1).
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Indem
beide Sensoren 6, 7 an die gemeinsame Steuereinheit 8 angeschlossen
sind, kann die Steuereinheit 8 zwischen dem Vorhandensein
des Flüssigkeitsfilms 1 (Signal des Sensors 6)
und dem Fehlen des Flüssigkeitsfilms 1 (Signal
des Sensors 7) unterscheiden. Das heißt, die Steuereinheit 8 schließt
auf das Vorhandensein/die Abwesenheit des Flüssigkeitsfilmes 1,
und zwar aufgrund der Tatsache, dass der Lichtstrahl 9 in
unterschiedliche Richtungen abgelenkt wird. – Es versteht
sich, dass anstelle der beiden Sensoren 6, 7 auch
ein Flächensensor in Gestalt eines CCD(Charge Coupled Device)-Chips
zum Einsatz kommen kann. Mit Hilfe dieses Flächensensors
lässt sich unmittelbar die Ablenkung des Lichtstrahles 9 bei
Vorhandensein/Abwesenheit des Flüssigkeitsfilmes 1 quantitativ
und auch qualitativ auswerten, indem die Steuereinheit 8 den fraglichen
Flächensensor jeweils ausliest.
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Da
die zuvor mit Bezug zur 1 beschriebene Vorgehensweise
zur Auswertung des Reflexionsverhaltens des Flüssigkeitsfilmes 1 unter
Umständen auf Fehlsignale führt (bedingt durch
beispielsweise Verschmutzungen, Abweichungen des Behälters 3 von
der Zylinderform etc.) schlägt die Erfindung mit der 2 eine
nochmals verbesserte Variante vor. Denn hier wird das Absorptionsverhalten des
Flüssigkeitsfilms 1 ausgewertet, und zwar in der Weise,
dass in dem Lichtstrahl 9 nach Passieren des Flüssigkeitsfilms 1 zumindest
eine für den fraglichen Flüssigkeitsfilm 1 charakteristische
Absorptionswellenlänge fehlt oder signifikant geschwächt
ist. An dieser Stelle macht sich die Erfindung den Umstand zu Nutze,
dass der Flüssigkeitsfilm 1 aus Wasserstoffperoxid
im Beispielfall eine starke Absorption im nahen Infrarot, und zwar
im Bereich von ca. 1,3 μm aufweist. Wird nun der Behälter 3 bzw.
die Behälterwandung respektive Werkstückoberfläche 2 mit
einem Lichtstrahl 9 bestrahlt, der die fragliche Absorptionswellenlänge
von 1,3 μm beinhaltet, so kann mit Hilfe des das reflektierte
Licht erfassenden Sensors 6 festgestellt werden, ob sich
die spektrale Zusammensetzung des Lichtstrahles 9 geändert
hat oder nicht. Fehlt ausgangsseitig, das heißt am Sensor 6,
die Absorptionswellenlänge von 1,3 μm bzw. ist
diese stark geschwächt, so stellt dieser Aspekt ein klares
Indiz dafür dar, dass der Flüssigkeitsfilm 1 (vollflächig)
zumindest im Bereich des Lichtstrahles 9 vorhanden ist.
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Insgesamt
kann an dieser Stelle mit einer optischen Lichtquelle 4 gearbeitet
werden, die (auch) im nahen Infrarot emittiert. Denkbar ist es hier,
mit einer Weißlichtquelle und einem Filter zu arbeiten,
welcher beispielsweise lediglich die Wellenlängen von 1,0
bis 1,4 μm durchlässt, wobei die Lichtquelle 4 als üblicher
Wärmestrahler ausgebildet ist. Wenn man nun noch dem Sensor 6 einen
Filter mit der Durchlasswellenlänge von ca. 1,3 μm
vorschaltet, kann sichergestellt werden, dass der Sensor 6 lediglich
in Bezug auf diese Wellenlänge (1,3 μm) empfindlich
reagiert. Je nachdem, ob sich diese Wellenlänge im reflektierten
Lichtstrahl 9 findet oder nicht, stellt dieser Umstand
ein klares Indiz dafür dar, ob der Flüssigkeitsfilm 1 auf
dem Behälter 3 vorhanden ist oder nicht. – Nach
einer Alternative kann als optische Lichtquelle 4 auch
ein (Halbleiter)Laser eingesetzt werden, welcher lediglich bei der
fraglichen Wellenlänge (1,3 μm) emittiert. Dann
kann auf zusätzliche Filter verzichtet werden und dokumentiert
ein Signal auf dem Sensor 6 unmittelbar das Vorhandensein
oder die Abwesenheit des Flüssigkeitsfilmes 1 auf
dem Behälter 3.
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Eine
weitere Möglichkeit, die Ausbildung des Flüssigkeitsfilmes 1 auf
der Werkstückoberfläche 2 respektive
dem Behälter 3 zu kontrollieren, wird in den 3a und 3b vorgestellt.
Hier werden die elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften
des Flüssigkeitsfilmes 1 ausgewertet bzw. für
die Kontrolle genutzt. Denn je nach Vorhandensein des Flüssigkeitsfilms 1 ändert
sich der elektrische Widerstand der Werkstückoberfläche 2.
Dieser elektrische Widerstand kann ausweislich der 3a mit
Hilfe von zwei gegen den Behälter 3 fahrenden
bzw. an die Werkstückoberfläche 2 angelegten
elektrischen Kontakten 5a, 5b als Aktoren ermittelt
werden. Ist kein Flüssigkeitsfilm 1 vorhanden,
so ist der Übergangswiderstand von einem elektrischen Kontakt 5a zum
anderen elektrischen Kontakt 5b üblicherweise
sehr hoch, liegt typisch im MΩ-Bereich. Ist dagegen der
Behälter 3 mit dem Flüssigkeitsfilm 1 benetzt,
so sinkt der elektrische Widerstand auf wenige Ohm. Als Folge hiervon
kann wiederum die Steuereinheit 8 eine Entscheidung dahingehend
treffen, ob der Flüssigkeitsfilm 1 grundsätzlich
und/oder in ausreichender Flächenbedeckung vorhanden ist.
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Alternativ
zur Leitfähigkeitsmessung nach der 3a kann
der elektrische Widerstand der Werkstückoberfläche 2 auch
indirekt in der Weise gemessen werden, dass Kapazitätsänderungen
eines Kondensators 5a, 5b ausgewertet werden.
Tatsächlich ändert sich die Kapazität
des fraglichen Kondensators aus den beiden Kondensatorplatten 5a, 5b je nachdem,
ob der Behälter 3 bzw. die Werkstückoberfläche 2 überhaupt
als Dielektrikum zwischen den Kondensatorplatten 5a und 5b platziert
worden ist. Da die fragliche Flasche bzw. der Behälter 3 ohne Flüssigkeitsfilm üblicherweise
als Isolator anzusehen ist, wird die Kapazität – ohne
Flüssigkeitsfilm 1 – nur geringfügig
steigen.
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Ganz
anders stellt sich die Kapazität dar, wenn der Behälter 3 den
Flüssigkeitsfilm 1 aufweist. Denn dann ist mit
Dielektrizitätswerten zu rechnen, die zu einer starken
Erhöhung der Kapazität des Kondensators 5a, 5b korrespondieren,
weil nun polarisierbare Objekte (die Flüssigkeitsteilchen)
im elektrischen Feld zwischen den beiden Kondensatorplatten 5a, 5b vorhanden
sind und als Dipole wirken können. Jedenfalls führt
das Vorhandensein des Flüssigkeitsfilmes 1 auf
der Werkstückoberfläche 2 bzw. auf dem Behälter 3 dazu,
dass regelmäßig die Kapazität des Kondensators 5a, 5b mit
als Dielektrikum wirkendem Behälter 3 ansteigt,
welche mit Hilfe der Steuereinheit 8 ausgewertet werden
kann. Zu diesem Zweck mag der fragliche Kondensator 5a, 5b in
regelmäßigen Zyklen entladen und geladen werden,
wobei die sich daraus ergebenden Zeitkonstanten unmittelbar eine
etwaige Änderung in der Kapazität des Kondensators 5a, 5b widerspiegeln.
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Es
versteht sich, dass sämtliche Vorgehensweisen nicht nur
dazu geeignet sind, das Vorhandensein bzw. die Ausbildung des Flüssigkeitsfilters 1 auf
der Werkstückoberfläche 2 respektive
dem Behälter 3 im interessierenden Bereich per
se nachzuweisen bzw. zu kontrollieren. Sondern sämtliche
beschriebenen Arbeitsverfahren können auch dazu genutzt
werden, die flächenmäßige Ausdehnung
des Flüssigkeitsfilmes 1 auf der Werkstückoberfläche 2 abzutasten.
Dazu wird bei den Varianten nach den 1 und 2 der
Behälter 3 im einfachsten Fall um seine Hochachse
gedreht und/oder in seiner Höhe verstellt. Vergleichbar
kann bei den Varianten nach den 3a, 3b vorgegangen
werden. Als Ergebnis lässt sich mit Hilfe der Steuereinheit 8 nicht nur
auf das Vorhandensein/die Abwesenheit des Flüssigkeitsfilmes 1 rückschließen,
sondern kann auch dessen ungefähre flächige Ausdehnung
im Vergleich zu dem Behälter 3 erfasst und dargestellt
werden. – Als Alternative kann auch der jeweilige Aktor 4; 5a, 5b ein
räumlich veränderbares Signal abgeben. Das lässt
sich erreichen, indem der Aktor 4; 5a, 5b gegenüber
dem Behälter 3 – und nicht der Behälter 3 – bewegt
wird. Selbstverständlich lassen sich beide Varianten auch
kombinieren.
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Des
Weiteren besteht ebenfalls die Möglichkeit, den Laserstahl
durch eine geeignete Ablenkvorrichtung gesteuert zumindest über
Teile der mit einem Flüssigkeitsfilm zu versehende Werkstück-
bzw. Behälteroberfläche zu lenken, und die reflektierten und/oder
durchgeleiteten Bestandteile des Laserstrahls durch geeignete Sensoren
und Auswerteinrichtungen analysieren zu lassen. Durch diese Vorgehensweise
wird es zusätzlich ermöglicht, die genaue Lage
und Größe des auf dem Behälter befindlichen
Flüssigkeitsfilms zu überprüfen.
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Schließlich
ist sämtlichen vorbeschriebenen Vorgehensweisen die weitere
Möglichkeit gemein, dass der jeweilige Aktor 4; 5a, 5b ein
zeitlich veränderliches Signal abgibt. Das heißt,
die optische Lichtquelle 4 kann beispielsweise gepulst
betrieben werden oder es kann ein Zerhacker realisiert werden, welcher
den Lichtstrahl 9 unter Berücksichtigung eines
bestimmten Zeitmusters unterbricht und freigibt.
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In
vergleichbarer Weise lassen sich die elektrischen Kontakte 5a, 5b bei
der Variante nach 3a jeweils gepulst mit Strom
beaufschlagen. Ebenso kann die Kapazitätsmessung mit den
Kondensatorplatten 5a, 5b zeitlich veränderlich
gestaltet werden. Dadurch lässt sich regelmäßig
das Signal/Rauschverhältnis bei der Messung verbessern, so
dass die Steuereinheit 8 eine eindeutige Aussage über
das Vorhandensein des Flüssigkeitsfilms 1 und gegebenenfalls
dessen flächenmäßige Ausdehnung auf dem
Behälter 3 treffen kann.
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Die
vorstehenden Ausführungsbeispiele beziehen sich jeweils
auf die Anwendung eines Laser- oder Lichtstrahl. Es versteht sich
von selbst, dass die Erfindung nicht auf die Anwendung eines Laser-
oder Lichtstrahls beschränkt ist. Auch die Anwendung mehrerer
derartiger Strahlen führt nicht dazu, dass der Schutzumfang
der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4300169
A1 [0002]
- - DE 4127686 A1 [0003]
- - DE 69607436 T2 [0004]