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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen
Messung einer Wanddickenverteilung eines transparenten Materials
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein
Verfahren zur berührungslosen Messung einer Wanddickenverteilung
eines transparenten Materials gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 4.
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Im
Stand der Technik, beispielsweise in den Schriften
DD 261 832 B5 ,
EP 0 584 673 B1 ,
US 4 902 903 A1 ,
US 3 807 870 , sind bereits
mehrere Verfahren und Vorrichtungen zur berührungslosen
Messung der Wanddicke von transparenten Materialien bekannt. Bei
diesen Verfahren und Vorrichtungen wird ein Laserstrahl verwendet,
der unter einem gewissen Einfallswinkel auf ein Messobjekt gerichtet
ist. Nachteilig ist jedoch, dass sich eine Messung mittels eines Laserstrahls
nicht zur Messung der Dicke von Behälterglas eignet, da
dieses, gemessen an den Dimensionen des Laserstrahls, eine zu unebene
Oberfläche aufweist, an denen der Laserstrahl stochastisch
abgelenkt wird. Reflexe des Laserstrahls, welche an sich für
eine Bestimmung der Wanddicke verwendet werden, werden dadurch teilweise
nicht zu einer Empfangsoptik zurück reflektiert, woraus
ungenaue Messergebnisse resultieren.
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Zur Überwindung
der dargestellten Nachteile sind in der
EP 1 073 878 B1 ein Verfahren
und eine Vorrichtung offenbart, mit welchen auch bei unebenen, rauen
und/oder narbigen Oberflächen, vorzugsweise bei Behälterglas
und anderen nicht frei geformten Glaserzeugnissen, eine zuverlässige
Messung der Wanddicke des transparenten Materials erfolgen soll.
Dabei wird Licht aus einer Leuchtfläche zunächst
kollimiert und anschließend unter einem Einfallswinkel
zur Oberflächennormalen auf die Oberfläche des
Messobjektes fokussiert. Die beiden Reflexe des Lichtes, die an
der Vorder- und Rückseite auftreten, werden auf einen opto-elektronischen,
bildauflösenden Sensor abgebildet. Gleichzeitig wird das Licht aus
einer zweiten Leuchtfläche ebenfalls zunächst
kollimiert und anschließend unter einem Einfallswinkel
auf die Oberfläche des Messobjektes fokussiert, der dem
Ausfallswinkel des reflektierten Strahles aus der ersten Leuchtfläche
entspricht. Die Reflexe des zweiten Lichtstrahls werden auf einen zweiten
opto-elektronischen, bildauflösenden Sensor abgebildet.
In einem nachgeschalteten Kontroller wird als Maß der Wanddicke
der Mittelwert der Abstände der jeweiligen zwei Reflexe
auf den beiden opto-elektronischen, bildauflösenden Sensoren
bestimmt.
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Nachteilig
ist jedoch, dass zwei Lichtquellen und zwei opto-elektronische Sensoren
benötigt werden, um die Wanddicke des Materials zu ermitteln. Weiterhin
ist es mittels des vorgeschlagenen Verfahrens und der Vorrichtung
aufgrund einer Fokussierung des Lichtes auf einen Bereich des Materials
lediglich möglich, die Wanddicke des Materials in einer vorgegebenen,
gleich bleibenden Höhe zu messen. Da Fehlerstellen, z.
B. geringe Wanddicken, in einem Material jedoch an verschiedenen
Positionen und in verschiedenen Höhen vorkommen, eignen
sich das Verfahren und die Vorrichtung nicht zu einer zuverlässigen
Detektion dieser Fehlerstellen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur berührungslosen Messung einer Wanddickenverteilung eines
transparenten Objektes anzugeben, welche sich insbesondere zu einer
Messung der Wanddickenverteilung von Behälterglas und/oder
anderen nicht frei geformten Glaserzeugnissen in verschiedenen Messhöhen
eignen. Ferner soll die berührungslose Messung mittels
der angegebenen Vorrichtung und des Verfahrens einfach und kostengünstig durchführbar
sein und weiterhin die im Stand der Technik angegebenen Nachteile überwinden.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung
gelöst, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Weiterhin wird die Erfindung durch ein Verfahren gemäß den
im Anspruch 4 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen
Messung einer Wanddickenverteilung eines transparenten Materials
umfasst eine um eine vertikale Achse drehbare Drehvorrichtung, eine Lichtquelle,
eine Bilderfassungseinheit und eine Verarbeitungseinheit. Erfindungsgemäß ist
die Licht aussendende Lichtquelle auf einer der Bilderfassungseinheit
gegenüberliegenden Seite derart mit einem Winkelversatz
zu einer Ausrichtung der Bilderfassungseinheit angeordnet, dass
das Licht bei einer Durchleuchtung des zwischen der Lichtquelle
und der Bilderfassungseinheit drehbar auf der Drehvorrichtung angeordneten
transparenten Materials auf die Bilderfassungseinheit trifft, wenn
ein Bereich einer Wanddickenänderung des Materials durchleuchtet
ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich
dabei insbesondere durch ihren einfachen und somit kostengünstigen
Aufbau sowie die daraus resultierende Zuverlässigkeit aus.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist die Lichtquelle eine rechteckige
oder linienförmige Lichtquelle, mittels welcher in vorteilhafter
Weise die gesamte Höhe des Materials beleuchtet werden kann.
Daraus resultiert im Weiteren der Vorteil, dass Fehlerstellen, insbesondere
Bereiche des Materials mit geringer Wanddicke, nicht nur punktuell
sondern über die gesamte Höhe des Materials erfassbar
sind.
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Die
Bilderfassungseinheit ist insbesondere eine Zeilenkamera, die ein
Objektiv und einen opto-elektronischen Zeilensensor umfasst. Zeilenkameras
besitzen den Vorteil, dass auch bei hohen Geschwindigkeiten von
Objekten, hier insbesondere des zu untersuchenden transparenten
Materials, noch scharfe Bilder aufgenommen werden können, woraus
sich wiederum ein geringer Zeitaufwand zur Messung der Wanddickenverteilung
ableitet.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zur berührungslosen
Messung einer Wanddickenverteilung eines transparenten Materials
wird ein um eine vertikale Achse drehbar angeordnetes, transparentes
Material derart mit einem Licht einer Lichtquelle durchleuchtet,
dass an einem Bereich einer Wanddickenänderung des transparenten
Materials zumindest Teile des Lichtes derart abgelenkt werden, dass sie
auf eine der Lichtquelle gegenüberliegende Bilderfassungseinheit
treffen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist mittels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach und
kostengünstig durchführbar und zeichnet sich durch
eine hohe Zuverlässigkeit aus.
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Das
auf die Bilderfassungseinheit treffende Licht wird über
das Objektiv dem opto-elektronischen Zeilensensor zugeführt,
welcher ein Signal erzeugt und dieses der Verarbeitungseinheit zuführt,
so dass fehlerhafte Materialien erfasst werden können.
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Ferner
wird das Licht bei einer Durchleuchtung eines transparenten Materials
mit einer gleichmäßigen Wanddickenverteilung an
der Bilderfassungseinheit vorbeigeführt, so dass nur Materialien mit
Fehlerstellen erfasst werden und gegebenenfalls aussortiert werden
können.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher
erläutert.
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Darin
zeigen:
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1 schematisch
eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung einer Wanddicke
eines Materials eines transparenten Behälters in einer
perspektivischen Ansicht,
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2 schematisch
eine Schnittdarstellung der Vorrichtung gemäß 1 in
einer Draufsicht,
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3 schematisch
einen Verlauf des Lichtes bei Materialien mit einer gleichmäßigen
Wanddickenverteilung, und
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4 schematisch
einen Verlauf des Lichtes bei Materialien mit ungleichmäßiger
Wanddickenverteilung.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
eine Vorrichtung 1 zur berührungslosen Messung
einer Wanddicke eines Materials M, aus welchem ein transparenter
Behälter B gebildet ist, wobei es sich bei dem Material
M insbesondere um Glas handelt. 2 zeigt
eine Schnittdarstellung der Vorrichtung 1 gemäß 1 in
einer Draufsicht.
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Zur
Messung einer Wanddickenverteilung des transparenten Behälters
B ist dieser zwischen einer Bilderfassungseinheit 2 und
einer linienförmigen Lichtquelle 3 um eine vertikale
Achse Y drehbar auf einer Drehvorrichtung 4 angeordnet.
Zur Messung der Wanddickeverteilung ist der Behälter B
während zumindest einer Rotation um 360° mit einem
von der Lichtquelle 3 ausgesendeten Licht L durchleuchtbar. Das
Licht L beleuchtet die gesamte Höhe des Behälters
B, die von der Bilderfassungseinheit 2 bemustert wird.
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Die
Lichtquelle 3 ist dabei in einem Winkelversatz α zu
einer Ausrichtung A der Bilderfassungseinheit 2 und dieser
gegenüberliegend angeordnet, wobei unter der Ausrichtung
A insbesondere die "Blickrichtung" der Bilderfassungseinheit 2 verstanden
wird. Aus dieser versetzten Anordnung resultiert in vorteilhafter
Weise, dass das Licht L nur dann zu der Bilderfassungseinheit 2 geleitet
wird, wenn ein in 4 näher dargestellter
Bereich einer Wanddickenänderung ΔD des Materials
M bei der Rotation erreicht bzw. durchleuchtet ist. Unter einer
Wanddickenänderung werden insbesondere eine Vergrößerung
und eine Verkleinerung eines Abstandes zwischen einer Innenseite
WI und einer Außenseite WA einer Wandung W des Behälters
B verstanden.
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Die
Bilderfassungseinheit 2 ist insbesondere als Zeilenkamera
ausgebildet, die ein Objektiv 2.1 und einen opto-elektronischen
Zeilensensor 2.2 umfasst. Trifft das Licht L auf das Objektiv 2.1 der
Bilderfassungseinheit 2 wird es anschließend dem
Zeilensensor 2.2 zugeführt, der ein elektrisches
Signal S erzeugt und an eine Verarbeitungseinheit 5 überträgt. Diese
umfasst in vorteilhafter Weise eine nicht näher dargestellte
Ausgabeeinheit, die ein akustisches und/oder optisches Signal ausgibt,
wenn der zu prüfende Behälter B eine ungleichmäßige
Wanddickenverteilung aufweist. Alternativ ist eine ebenfalls nicht dargestellte
Einheit zu einer automatischen Aussortierung von fehlerhaften Behältern
B ansteuerbar.
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Behälter
B, die eine gleichmäßige Wanddickenverteilung,
d. h. insbesondere eine gleichmäßige Verteilung
einer Glasmasse aufweisen, besitzen Wandungen W, deren Innenseiten
WI und Außenseiten WA weitgehend parallel angeordnet sind.
Gemäß 3 wird das Licht L, das von
der linienförmigen Lichtquelle 3 ausgeht, beim
Durchtritt durch die Wandung W des Behälters B lediglich
parallel versetzt, behält seine ursprüngliche
Richtung jedoch bei. Da die Bilderfassungseinheit 2 nicht
auf eine Lichtaustrittsöffnung der Lichtquelle 3 gerichtet
ist, empfingt der Sensor 3 der Bilderfassungseinheit 2 bei
gleichförmiger Wanddickenverteilung kein Licht L.
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Dagegen
sind Bereiche einer Wanddickenänderung ΔD im Material
M des Behälters B dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang
von einer normalen Wanddicke zu einer geringeren Wanddicke durch
einen Übergangsbereich mit einem relativ großem
Keilwinkel gekennzeichnet ist. Sobald derartige Bereiche einer Wanddickenänderung ΔD
mit einem hinreichend großen Keilwinkel während
der Rotation des Behälters B mit dem Licht L der Lichtquelle 3 durchleuchtet
werden, wird dieses derart mit dem Winkelversatz α abgelenkt,
dass es der Bilderfassungseinheit 2 und somit dem Zeilensensor 2.2 zuführbar
ist. Dieser erzeugt das Signal S und führt dieses der Verarbeitungseinheit 5 zu,
so dass der fehlerhafte Behälter B erfasst und ausgesondert
werden kann.
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Zusammenfassend
ist es mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter
Weise möglich, dass nicht nur ein Punkt des Behälters
B und bei dessen Rotation eine Messebene erfasst wird, son dern dass
ein verhältnismäßig großer Bereich
der Wandung W des Behälters B mittels der als Zeilenkamera ausgeführten
Bilderfassungseinheit 2 erfasst werden kann. Somit sind
auch Fehlerstellen, insbesondere Bereiche des Materials M mit geringer
Wanddicke, welche sich in unterschiedlichen Höhen in dem
Behälter B befinden, erfassbar.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Bilderfassungseinheit
- 2.1
- Objektiv
- 2.2
- Zeilensensor
- 3
- Lichtquelle
- 4
- Drehvorrichtung
- 5
- Verarbeitungseinheit
- A
- Ausrichtung
- B
- Behälter
- M
- Material
- L
- Licht
- S
- Signal
- W
- Wandung
- WA
- Außenseite
- WI
- Innenseite
- Y
- Achse
- α
- Winkelversatz
- ΔD
- Bereich
einer Wanddickenänderung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DD 261832
B5 [0002]
- - EP 0584673 B1 [0002]
- - US 4902903 A1 [0002]
- - US 3807870 [0002]
- - EP 1073878 B1 [0003]