DE10235658A1

DE10235658A1 - Prüfungseinrichtung und Prüfungsverfahren für Dichtungen von Verschlüssen

Info

Publication number: DE10235658A1
Application number: DE2002135658
Authority: DE
Inventors: Helmut Kappner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-08-03
Also published as: DE10235658B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfeinrichtung für Verschlußkörper 2 mit einer innerhalb des Verschlußkörpers 2 auf einer Verschlußfläche 2.1 angeordneten Dichtung 3, wobei die Prüfeinrichtung mindestens eine erste Beleuchtungseinrichtung 4.1 für den Verschlußkörper 2 aufweist und mindestens eine durch die Beleuchtungseinrichtung 4.1 generierte Lichtlinie 4.5 auf der Dichtung 3 und auf einer eine Höhenreferenz bildenden Bezugsfläche 2.1 angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfeinrichtung und ein Prüfverfahren für Verschlußkörper, wie Flaschenverschlüsse oder Dosendeckel, mit einer innerhalb des Verschlußkörpers auf einer Verschlußfläche angeordneten Dichtung, wobei die Prüfeinrichtung mindestens eine erste Beleuchtungseinrichtung für den Verschlußkörper aufweist.
Es ist bereits eine Einrichtung zum Prüfen von Bolzen aus der DE 42 38 115 A1 bekannt. Hierbei werden die zu prüfenden Bolzen über zwei parallel mit Abstand zueinander verlaufende Transportbänder an einer Kamera und einer Beleuchtungseinrichtung vorbeigeführt. Die Beleuchtungseinrichtung generiert ein das Werkstück umfassendes helles Licht, damit der gewünschte Kontrast erreicht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfeinrichtung derart auszubilden und anzuordnen, daß eine präzise Prüfung von Dichtungen in ihrer dreidimensionalen Ausprägung gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß mindestens eine durch die Beleuchtungseinrichtung generierte Lichtlinie auf der Dichtung und auf einer eine Höhenreferenz bildenden Bezugsfläche angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, daß der geometrische Bezug zwischen der Oberfläche der Dichtung im Bereich der Lichtlinie und der Oberfläche der Bezugsfläche bzw. der Verschlußfläche erfaßt wird und ausgewertet werden kann. Die an die Dichtung angrenzende Verschlußfläche stellt eine geometrische Basis für die Auswertung der Form der Dichtung dar.
Vorteilhaft ist es hierzu auch, daß zwischen einem die Lichtlinie generierenden Lichtstrahl und der als Verschlußfläche ausgebildeten Bezugsfläche ein Winkel α vorgesehen ist, wobei der Winkel α zwischen 10° und 80° oder zwischen 30° und 60°, insbesondere 45° beträgt. Bei α gleich 45° entspricht die tatsächliche Höhe der Dichtung genau der Höhe der Projektion der Lichtlinie auf der Dichtung, da der von tan 45° gleich 1 ist.
Hierzu ist es vorteilhaft, daß die Bezugsfläche mit Bezug zum Verlauf der Lichtlinie an die Dichtung angrenzend angeordnet ist. Somit kann der Verlauf der Lichtlinie optimal ausgewertet werden.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, daß der Beleuchtungseinrichtung eine Kamera zugeordnet ist, wobei eine optische Achse der Kamera zentrisch zur Dichtung oder einem Dichtungsabschnitt angeordnet ist. Durch die zentrische Anordnung der Kamera kann die Projektion der Lichtlinie auf der Dichtung bzw. der Verschlußfläche erfaßt werden. Bei größeren Bauteilen ist eine Verschiebung der Kamera bzw. sind mehrere Kameras notwendig. Die Orientierung der Kamera verläuft senkrecht zur Dichtungs-Grundfläche, wobei die Achsen der Lichtlinien-Projektoren in vorteilhafter Weise in Bezug zur Grundfläche der Dichtung so geneigt werden und die Strahlrichtung tangential zur Dichtfläche verläuft.
Hierzu ist es vorteilhaft, daß eine erste Lichtlinie und/oder eine zweite Lichtlinie auf dem Verschlußkörper angeordnet sind, wobei die erste Lichtlinie und die zweite Lichtlinie um einen Winkel β zwischen 30° und 89°, insbesondere 90° versetzt angeordnet sind und der Winkel β zwischen 45° und 90°, insbesondere 90° beträgt. Somit wird der Verschlußkörper bzw. die Dichtung an mehreren Stellen über den Umfang verteilt ausgewertet. Die Auswahl dieser Stellen kann auch in anderen Winkelabständen entsprechend der gegebenen Verschlußkonstruktion erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß der Verschlußkörper rotierend angeordnet ist und die erste Beleuchtungseinrichtung eine mit der Bildfrequenz der Kamera korrelierende Lichtstrahlgenerierungsfrequenz aufweist. Während der Verschlußkörper rotiert, werden synchron zeitlich versetzt Aufnahmen der dann an verschiedenen Stellen der Verschlußfläche befindlichen Lichtlinie erzielt, die je nach Drehzahl und Bildfrequenz eine entsprechende Auflösung der Beschaffenheit der Dichtung gewährleisten. Vorzugsweise werden gleiche Winkelabstände zwischen den Aufnahmen gewählt.
Vorteilhaft ist es auch, daß der durch die Kamera generierten Bildpixelmatrix des auf der Dichtung und der angrenzenden Verschlußfläche auftreffenden Lichtstrahls bzw. der Lichtlinie ein als Vektorfeld ausgebildetes Meßlinienfeld überlagert ist, wobei das Vektorfeld mindestens einen Kreisvektor bzw. Kreismeßlinie mit mehreren Radialvektoren bzw. Radiallinien und/oder mindestens zwei rechtwinklig und/oder parallel zueinander angeordnete Linienvektoren bzw. Meßlinien aufweist. Die Überlagerung eines diskreten Vektorfeldes gewährleistet die Auswertung der Form der Lichtlinie, die eine Grundlage für die Beschaffenheit bzw. die Höhe der Dichtung darstellt.
Zur Auswertung der Form der Lichtlinie wird z. B. ein Kantenfindungsalgorithmus, der in jeder Meßlinie die Vorder- oder Hinterkante oder den Mittelpunkt der Lichtlinie bestimmt, verwendet. Eine andere Methode ist z. B. die bekannte Konturverfolgungsmethode, die der Lichtlinie folgend deren Koordinaten im Bild ermittelt. Die Bestimmung der Lichtlinienkoordinaten im Bild ist nun die Grundlage für die Erfassung der Beschaffenheit bzw. die Höhe der Dichtung. Da die Erfassung der Höhenlinien der Dichtung stets nur in Bezug auf die Basishöhe des Verschlusses interessant ist, dient als Bezugsgröße für die Höhenkoordinaten der Dichtung die gefundene Position der Lichtlinie auf dem Verschlußkörper seitlich der Dichtung.
Vorteilhaft ist es ferner, daß mindestens einer Beleuchtungseinrichtung und mindestens einer Kamera eine gemeinsame Auswerteeinheit und/oder eine gemeinsame Sortiereinheit zugeordnet ist. Die Beleuchtungseinrichtung und die Kamera sind hierbei an einer von mehreren Produktionslinien angeordnet. Sämtliche für alle Produktionslinien erfaßten Bilder werden an eine gemeinsame Auswerteeinheit gesendet. Das Aussortieren mittels der Sortiereinheit kann hierbei ebenfalls unmittelbar in jeder Produktionslinie oder erst nach einer Zusammenführung der verschiedenen Produktionslinien erfolgen.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die Verschlußfläche und die Dichtung des Verschlußkörpers mit mindestens einem fächerförmigen Lichtstrahl beleuchtet werden und der Lichtstrahl in einem Winkel α zwischen 10° und 80°, insbesondere 45° zur Verschlußfläche angeordnet wird, wobei die durch den Lichtstrahl erzeugte Lichtlinie auf der Dichtung und gleichzeitig auf einem Teil der an die Dichtung angrenzenden Verschlußfläche angeordnet bzw. plaziert wird. Die Verschlußfläche stellt einen grundlegenden Bezugspunkt zur Bewertung der Höhe der Dichtung dar, so daß die Erzeugung der Lichtlinie auf der Dichtung und von der Dichtung zur angrenzenden Verschlußfläche die Prüfung der Dichtung gewährleistet.
Ferner ist es vorteilhaft, daß die auf der Dichtung und der Verschlußfläche erzeugte Lichtlinie von der Kamera erfaßt und in eine Bildpixelmatrix umgewandelt wird und der Bildpixelmatrix ein Vektorfeld überlagert wird, wobei die maximale Höhe h der Lichtlinie ermittelt und nach d = h tan a in eine Dicke d der Dichtung umgerechnet und mit einem Sollwert verglichen wird. Die Abweichung vom Sollwert stellt das Kriterium zum Aussortieren der Dichtung bzw. des Verschlußkörpers dar.
Um die Komplexität der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu begrenzen, ist es von Vorteil, daß die Prüfung der Dicke d gleichzeitig an zwei gegenüberliegenden, durch die Lichtlinie bestimmten Positionen P1, P2 der Dichtung und der jeweils angrenzenden Verschlußfläche durchgeführt wird.
Schließlich ist es von Vorteil, daß die Prüfung der Dicke d an den zwei Positionen P1, P2 und an zwei weiteren um 90° versetzt angeordneten Positionen P3 und P4 durchgeführt wird und die Höhe der Dichtung im Bereich jedes Vektors ermittelt wird und durch die Bildung des Integrals über den ermittelten Höhenverlauf h das Volumen der Dichtung bestimmt wird.
Vorteilhaft ist es hierzu auch, daß die Prüfung der Dicke d gleichzeitig an allen Positionen durchgeführt wird, die durch eine oder mehrere Lichtlinien auf dem Verschlußkörper erzeugt werden. Es ist auch vorgesehen, durch Bewegung der Kamera mehrere Lichtlinien entlang bzw. auf der Dichtung zu projizieren. Diese können insgesamt von einer Kamera oder von mehreren Kameras erfaßt werden.
Bei dem Einsatz nur einer Kamera und bei Vorliegen der meist kreisringförmigen Vorzugsform von Dichtungen wird vorteilhafterweise die optische Achse der Kamera zentrisch zur Dichtung bzw. bei größeren Maßen zentrisch zum entsprechenden Dichtungsteil angeordnet.
Letztlich ist es von Vorteil, daß der Verschlußkörper in Rotation versetzt wird und die Prüfung der Dicke d an mehreren Stellen über den Umfang der Dichtung durchgeführt wird.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, daß die Prüfung unmittelbar nach der Herstellung des Verschlußkörpers und/oder nach dem Trocknen des Verschlußkörpers und vor einer Zusammenführung durchgeführt wird, wobei das Aussortieren durch die Sortiereinheit erst nach der Zusammenführung mehrerer Produktionslinien für die Verschlußkörper durchgeführt wird.
Zudem ist es von Vorteil, daß zwischen der Achse des die Lichtlinie generierenden Linienprojektors und der Achse der die Linie auf dem Verschluß betrachtenden Kamera der Winkel α bzw. β vorgesehen ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
1 eine perspektivische Prinzipskizze eines Verschlußkörpers mit Dichtung und Verschlußfläche sowie Lichtstrahl und Lichtlinie;
2 eine Seitenansicht einer Dichtung mit Lichtlinie und Lichtstrahl;
3 ein Verschlußkörper mit Dichtung, Verschlußfläche, zwei Lichtlinien in der Ansicht von oben;
4 eine Bildpixelmatrix mit Vektorfeld und Lichtlinie.
Der in 2 dargestellte Verschlußkörper 2 weist eine Verschlußfläche 2.1 auf, die über einen Außenumfang durch einen Rand 2.3 begrenzt ist. Innerhalb bzw. auf der Verschlußfläche 2.1 ist eine Dichtung 3 vorgesehen, die profiliert ausgebildet ist und über die Verschlußfläche 2.1 hervorsteht.
Der Verschlußkörper 2 wird über eine erste Beleuchtungseinrichtung 4.1 mit einem Lichtstrahl 4.4 beleuchtet, so daß auf dem Verschlußkörper 2 eine erste Lichtlinie 4.5 erzeugt wird. Der Lichtstrahl 4.4 schließt hierbei mit dem Verschlußkörper 2 bzw. mit der Verschlußfläche 2.1 einen Winkel α von 30° ein. Die erste Lichtlinie 4.5 verläuft vom Rand 2.3 ausgehend über die Verschlußfläche 2.1 zur anschließenden Dichtung 3 und von dort wieder auf die Verschlußfläche 2.1 bis in die Mitte der Verschlußfläche 2.1, wo sich ein entsprechender Verlauf auf der anderen Seite der Verschlußfläche 2.1 wiederholt. Entsprechend der Profilierung der Dichtung 3 entsteht somit eine mit dem Profil der Dichtung 3 korrelierende wellige Form der ersten Lichtlinie 4.5. Zentrisch oberhalb des Verschlußkörpers 2 bzw. der Dichtung 3 ist eine Kamera 10 angeordnet.
Gemäß 2 trifft die erste Lichtlinie 4.5 auf eine obere Kante 3.1 der Dichtung 3 auf und verläuft geradlinig über die Dichtung 3 bis hin zur Verschlußfläche 2.1. Die Dicke der Dichtung 3 ist hierbei mit d bezeichnet und wird zwischen der oberen Kante 3.1 und der Verschlußfläche 2.1 gemessen. Die Erstreckung der ersten Lichtlinie 4.5 auf der Dichtung 3 in horizontaler Richtung ist mit h bezeichnet. Diese Länge h wird zwischen einem Punkt b1 und einem Punkt b2 gemessen, wobei b1 den Berührpunkt zwischen der ersten Lichtlinie 4.5 und der oberen Kante 3.1 und b2 den Berührpunkt zwischen der ersten Lichtlinie 4.5 und der Verschlußfläche 2.1 darstellt. Der Winkel α und die beiden Abstände d und h stehen hierbei über die Funktion d = h tan a in Korrelation.
Gemäß 3 wird auf dem Verschlußkörper 2 durch die erste Lichtlinie 4.5 eine erste Position P1 und eine zweite Position P2 definiert, an denen jeweils die erste Lichtlinie 4.5 von der Dichtung 3 auf die angrenzende Verschlußfläche 2.1 verläuft. Zudem ist eine zweite Lichtlinie 4.5' vorgesehen, die eine dritte Position P3 und eine vierte Position P4 definiert, wobei die erste Lichtlinie 4.5 und die zweite Lichtlinie 4.5' in einem Winkel β von etwa 90° angeordnet sind. Jeder Linienlaser projiziert beidseitig bzw. auf zwei Seiten eine Lichtlinie 4.5 auf die Dichtung 3, so daß vier Positionen von der Kamera 10 erfaßt werden.
Gemäß 4 wird eine durch eine Kamera 10 erzeugte Bildpixelmatrix 9, in der die erste Lichtlinie 4.5 im Bereich der Dichtung 3 und der angrenzenden Verschlußfläche 2.1 bzw. einer der Punkte P1 bis P4 dargestellt ist, mit einem Vektorfeld 7 überlagert. Das Vektorfeld 7 weist hierbei mehrere parallel angeordnete Linearvektoren 7.1. auf, die in etwa rechtwinklig zu dem Teil der ersten Lichtlinie 4.5 angeordnet sind, der auf der Verschlußfläche 2.1 abgebildet ist. Die Linearvektoren 7.1 verlaufen hierbei parallel zu einer X-Achse 9.1 der Bildpixelmatrix 9. Durch eine nicht dargestellte Auswerteeinheit wird der Abstand h zwischen einem Hochpunkt H und einem Tiefpunkt T der ersten Lichtlinie 4.5 ermittelt. Der Hochpunkt H weist hierbei die größte Koordinate der X-Achse 9.1 auf und entspricht dem Berührpunkt b1 gemäß 2. Der Tiefpunkt T weist die kleinste Koordinate auf und entspricht dem Berührpunkt b2 gemäß 2. Über die Funktion d = h tan a wird die Dicke d der Dichtung 3 bestimmt.

2: Verschlußkörper
2.1: Verschlußfläche
2.3: Rand
3: Dichtung
3.1: Kante
4.1: erste Beleuchtungseinrichtung
4.4: Lichtstrahl
4.5: erste Lichtlinie
4.5': zweite Lichtlinie
7: Vektorfeld
7.1: Linearvektor
9: Bildpixelmatrix
9.1: X-Achse
10: Kamera

Claims

Prüfeinrichtung für Verschlußkörper (2) mit einer innerhalb des Verschlußkörpers (2) auf einer Verschlußfläche (2.1) angeordneten Dichtung (3), wobei die Prüfeinrichtung mindestens eine erste Beleuchtungseinrichtung (4.1) für den Verschlußkörper (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine durch die Beleuchtungseinrichtung (4.1) generierte Lichtlinie (4.5) auf der Dichtung (3) und auf einer eine Höhenreferenz bildenden Bezugsfläche (2.1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem die Lichtlinie (4.5) generierenden Lichtstrahl (4.4) und der als Verschlußfläche ausgebildeten Bezugsfläche (2.1) ein Winkel α vorgesehen ist, wobei der Winkel α zwischen 10° und 80° oder zwischen 30° und 60°, insbesondere 45° beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beleuchtungseinrichtung (4.1) eine Kamera (10) zugeordnet ist, wobei eine optische Achse der Kamera (10) zentrisch zur Dichtung (3) oder einem Dichtungsabschnitt angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Lichtlinie (4.5) und/oder eine zweite Lichtlinie (4.5') auf dem Verschlußkörper (2) angeordnet sind, wobei die erste Lichtlinie (4.5) und die zweite Lichtlinie (4.5') um einen Winkel β zwischen 30° und 89°, insbesondere 90° versetzt angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfläche (2.1) mit Bezug zum Verlauf der Lichtlinie (4.5) an die Dichtung (3) angrenzend angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (2) rotierend angeordnet ist und die erste Beleuchtungseinrichtung (4.1) eine mit der Bildfrequenz der Kamera (10) korrelierende Lichtstrahlgenerierungsfrequenz aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Kamera (10) generierten Bildpixelmatrix des auf der Dichtung (3) und der angrenzenden Verschlußfläche (2.1) auftreffenden Lichtstrahls (4.4) ein als Vektorfeld (7) ausgebildetes Meßlinienfeld überlagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vektorfeld (7) mindestens einen Kreisvektor mit mehreren Radialvektoren und/oder mindestens zwei rechtwinklig und/oder parallel zueinander angeordnete Linienvektoren aufweist, wobei das Vektorfeld (7) die Lichtlinie (4.5) überlagert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer Beleuchtungseinrichtung (4.1) und mindestens einer Kamera (10) eine gemeinsame Auswerteeinheit und/oder eine gemeinsame Sortiereinheit zugeordnet ist.
Verfahren zum Prüfen eines Verschlußkörpers (2) mit einer innerhalb des Verschlußkörpers (2) auf einer Verschlußfläche (2.1) angeordneten Dichtung (3), wobei die Prüfeinrichtung mindestens eine erste Beleuchtungseinrichtung (4.1) für den Verschlußkörper (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß: a) die Verschlußfläche (2.1) und die Dichtung (3) des Verschlußkörpers (2) mit mindestens einem fächerförmigen Lichtstrahl (4.4) beleuchtet werden, b) der Lichtstrahl (4.4) in einem Winkel α zwischen 10° und 80°, insbesondere 45° zur Verschlußfläche (2.1) angeordnet wird, c) die durch den Lichtstrahl (4.4) erzeugte Lichtlinie (4.5) auf der Dichtung (3) und gleichzeitig auf einem Teil der an die Dichtung (3) angrenzenden Verschlußfläche (2.1) angeordnet wird.
Verfahren zum Prüfen eines Verschlußkörpers (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß: a) die auf der Dichtung (3) und der Verschlußfläche (2.1) erzeugte Lichtlinie (4.5) von der Kamera (10) erfaßt und in eine Bildpixelmatrix (9) umgewandelt wird, b) der Bildpixelmatrix (9) ein Vektorfeld (7) überlagert wird, c) die maximale Höhe h der Lichtlinie (4.5) ermittelt wird und nach folgender Formel in eine Dicke d der Dichtung (3) umgerechnet wird: d = h tan α, d) die Dicke d mit einem Sollwert verglichen wird, e) die Höhe der Dichtung (3) im Bereich jedes Vektors (7.1) ermittelt wird und durch die Bildung des Integrals über den ermittelten Höhenverlauf h das Volumen der Dichtung (3) bestimmt wird.
Verfahren zum Prüfen eines Verschlußkörpers (2) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfung der Dicke d gleichzeitig an zwei gegenüberliegenden, durch die Lichtlinie (4.5) bestimmten Positionen P1, P2 der Dichtung (3) und der jeweils angrenzenden Verschlußfläche (2.1) durchgeführt wird.
Verfahren zum Prüfen eines Verschlußkörpers (2) nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfung der Dicke d an den zwei Positionen P1, P2 und an zwei weiteren um 90° versetzt angeordneten Positionen P3 und P4 durchgeführt wird.
Verfahren zum Prüfen eines Verschlußkörpers (2) nach Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfung der Dicke d gleichzeitig an allen Positionen durchgeführt wird.
Verfahren zum Prüfen eines Verschlußkörpers (2) nach Anspruch 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (2) in Rotation versetzt wird und die Prüfung der Dicke d an mehreren Stellen über den Umfang der Dichtung (3) durchgeführt wird.
Verfahren zum Prüfen eines Verschlußkörpers (2) nach Anspruch 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfung unmittelbar nach der Herstellung des Verschlußkörpers (2) und/oder nach dem Trocknen des Verschlußkörpers (2) und vor einer Zusammenführung durchgeführt wird, wobei das Aussortieren durch die Sortiereinheit erst nach der Zusammenführung mehrerer Produktionslinien für die Verschlußkörper (2) durchgeführt wird.