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Vorrichtung zum Prüfen der Wandstärke von Glasrohren Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Prüfen der Wandstärke von Glasrohren, bei
der ein Bündel einfallenden Lichtes gegen die Oberfläche der Rohrwand in einer Ebene
parallel zur Rohrachse unter einem von 900 abweichenden Winkel gerichtet ist und
das sowohl von der Außenwand als auch von der Innenwand reflektierte Lichtbündel
über eine Blendeneinrichtung auf photoelektrische Elemente geworfen wird.
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Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen der Außendurchmesser
eines Glasrohres bei dessen Formung durch mechanische Tastmeßeinrichtungen gemessen
wird, während die Messung der Wandstärke des Glasrohres über die Absorption erfolgt,
die ein Röntgenstrahlbündel erfährt, welches diametral über die gesamte Rohrbreite
auf das Rohr gelenkt wird. Diese Art der Messung der Wandstärke mit Röntgenstrahlung
hat aber den Nachteil, daß sie Symmetrie der Wand voraussetzt, da beide Wände die
Röntgenstrahlen absorbieren. Wenn nämlich eine Abweichung in der Stärke der einen
Wand in einer Richtung bei gleichzeitiger Abweichung der Wandstärke der gegenüberliegenden
Wand in der entgegengesetzten Richtung vorhanden ist, zeigt das Meßgerät einen Wert
an, der einer Wand mit richtiger Wandstärke gleich ist. Es kann daher die eigentliche
Wandstärke nicht genau gemessen werden.
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Es sind auch bereits optische Einrichtungen zum Messen der Wandstärke
von Glasbehältern oder der Dicke von Glasplatten bekannt, wobei ein Lichtstrahlenbündel
unter einem Winkel auf die zu messende Glasplatte geworfen wird. Das Lichtstrahlenbündel
wird von der der Meßeinrichtung abgewandten Oberfläche der Glasplatte reflektiert
und auf eine Skala gelenkt. Der Punkt, an dem das reflektierte Licht auf die Skala
gelenkt wird, ändert sich mit dem Abstand, den die abgewandte Oberfläche der Glaswand
von der Meßskala hat, so daß, wenn die Länge der Skaleneinteilung geeicht und immer
die Meßeinrichtung in einem bestimmten Abstand von der zugewandten Oberfläche der
Glasplatte angeordnet wird, die Dicke der Glasplatte gemessen werden kann.
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Bei einer anderen bekannten optischen Einrichtung ist ein um seine
Achse drehbares verspiegeltes Prisma, auf das von einer Lichtquelle ausgehendes
Licht fällt, im Brennpunkt eines Parabolspiegels angeordnet. Der auf den Parabolspiegel
auftreffende Lichtstrahl wird über einen weiteren Umlenkspiegel auf die Glasplatte,
deren Dicke zu messen ist, geworfen und wird von dort in ein mit einem Schlitz versehenes
Rohr, an dessen Ende sich eine Photo-
zelle befindet, reflektiert. Beim Drehen des
Prismas gelangt der Lichtstrahl auf verschiedene Punkte des Parabolspiegels und
wird von dort parallel zu seiner Achse auf den Umlenkspiegel gelenkt. Dadurch gelangt
zunächst der von der zugewandten Oberfläche der Glasplatte reflektierte Strahl über
den Schlitz auf die Photozelle und löst in ihr einen elektrischen Impuls aus und
nach einer unter anderem von der Dicke der Platte abhängenden Zeit löst der von
der abgewandelten Oberfläche der Glasplatte reflektierte Strahl ebenfalls einen
elektrischen Impuls in der Photozelle aus. Der zeitliche Abstand der Impulse ergibt
ein Maß für die Dicke der Platte.
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Es sind weiterhin auch Geräte zur optischen Messung der Wandstärke
von Hohlglaskörpern bekanntgeworden, die mit einem optischen System ausgerüstet
sind, welches auf die Wandung des Prüflings ein Lichtstrahlenbündel wirft, von dem
ein Teil durch Spaltung an einer Schneide und nach Brechung und Reflexion an den
Wandungsflächen wieder aus dem Prüfling austritt und das nach seiner Vergrößerung
durch ein zweites optisches System als Meßwertanzeige benutzt wird. Eine bekannte
Ausführung weist eine um eine Achse drehbare Scheibe mit mehreren radial verlaufenden
Skalen mit unterschiedlicher Teilstrichentfernung auf, und durch Einstellung der
Brechzahl des Prüflings vor der Messung an einer Skala wird das Meßergebnis so beeinflußt,
daß die von der Prüflingsbrechzahl abhängige Dickenanzeige den korrekten Dickenwert
angibt.
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Ferner ist eine Vorrichtung zur Messung des Gesamtdurchmessers eines
elastischen Hohlkörpers, der nicht notwendigerweise durchsichtig sein muß, bekannt,
wobei ein Lichtstrahl tangential an demHohlkörper vorbeigeführt wird und hinter
dem Hohlkörper im Bereich des Lichtstrahles eine Reihe von Photozellen angeordnet
sind, die entsprechend dem Durchmesser des Hohlkörpers teilweise beleuchtet werden
und damit eine Anzeige liefern und teilweise im Schatten des Hohlkörpers zu liegen
kommen. Im Bereich des Lichtstrahles vor den Photozellen kann auch eine Maske mit
mehreren gegeneinander versetzten Öffnungen angeordnet sein, so daß der Lichtstrahl
entsprechend dem Durchmesser des Prüflings vorzugsweise nur durch eine Öffnung tritt
und auf das dahinter angeordnete Photoelement trifft.
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Bei all den vorstehend genannten bekannten optischen Meßvorrichtungen
zur Messung der Wandstärke von Glasrohren oder Glasplatten ist es erforderlich,
daß die Meßvorrichtung stets einen genau definierten Abstand gegenüber dem Prüfling
hat.
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Kann beispielweise der Prüfling in einer Vorrichtung fest eingespannt
oder aufgelegt werden, so wird die Meßvorrichtung entweder auf den Prüfling unmittelbar
aufgesetzt oder in einem bestimmten Abstand von ihm fest angeordnet. In letzterem
Fall kann der Prüfling, z. B. ein aus der Glasmacherpfeife kommendes Glasrohr, auch
an der Meßvorrichtung vorbeibewegt werden und dabei die Messung durchgeführt werden,
vorausgesetzt, daß der Abstand zwischen der Meßvorrichtung und dem Glasrohr konstant
bleibt. Sowie jedoch der Abstand nicht konstant eingehalten werden kann, wird kein
scharfes Bild des Lichtstrahles mehr im Okular erzeugt, so daß ein Ablesen des Meßergebnisses
unmöglich ist.
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Durch eine Nachstellung des optischen Systems könnte zwar der Lichtstrahl
wieder scharf eingestellt werden, doch müßte dieses Nachstellen sehr rasch erfolgen,
da das Glasrohr bei der Fertigung und Verformung in einer Rohrstraße senkrechte
Schwingungen ausführt, die schnell aufeinanderfolgen und mit »Springen« bezeichnet
werden. Die bekannten Meßvorrichtungen sind daher zur Messung der Wand stärke eines
» springenden« Glasrohrstranges nicht geeignet.
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In den bekannten Rohrziehstraßen wird das Glasrohr beim Hindurchziehen
durch die Straße in der Längsrichtung hinsichtlich seiner Größe und Wandstärke grundsätzlich
durch Regelung -der Ziehgeschwindigkeit überwacht. Dabei führt das Rohr beim Ziehen
leichte, senkrecht gerichtete Schwingun-. gen aus, was mit »Rohrspringen« bezeichnet
wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine optische Einrichtung
zum Prüfen und Messen der Wandstärke von Glasrohren zu schaffen, mit der auch eine
genaue Messung möglich ist, wenn das Rohr bei der Fertigung und Verformung in einer
Rohrstraße schnelle senkrechte Schwingungen ausführt, d. h. »springt«.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Blendeneinrichtung
eine Anzahl von Schlitzpaaren aufweist, von denen die Schlitze eines jeden Schlitzpaares
einen anderen Abstand voneinander haben als je zwei Schlitze eines anderen Schlitzpaares,
und daß sich die Blendeneinrichtung in rascher Folge wiederholt vor einer Reihe
lichtempfindlicher Elemente vorbeibewegt, von denen ein Element als Bezugselement
dient und von jedem der
anderen Elemente einen dem Abstand zweier Schlitze eines
zugehörigen Schlitzpaares entsprechenden verschiedenen Abstand aufweist.
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Dadurch wird erreicht, daß auch bei einem schnell »springenden« Glasrohr,
also bei einem dauernd veränderlichen Abstand zwischen der Meßvorrichtung und dem
Glasrohr, die Messung der Glasrohrwandstärke genau durchgeführt werden kann. Im
Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen, bei denen die Messung kontinuierlich erfolgt,
wird die Messung bei der Erfindung diskontinuierlich, d. h. in bestimmten, kurz
aufeinanderfolgenden Zeitabständen vorgenommen, wenn sich das Glasrohr gerade in
einem ganz bestimmten Abstand zu der Meßvorrichtung befindet.
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Eine Meßwertanzeige wird nämlich nur dann erhalten, wenn sowohl ein
als Bezugselement dienendes lichtempfindliches Element als auch ein anderes der
jeweiligen Wandstärke zugeordnetes Lichtempfindliches Element erregt ist, was aber
nur dann eintritt, wenn die Meßvorrichtung und das Rohr einen vorbestimmten Abstand
voneinander aufweisen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform dient als Blendeneinrichtung
eine vor den lichtempfindlichen Elementen rotierende Blendenscheibe.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispieles
veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen
Meßvorrichtung mit dem zu prüfenden Glasrohr, Fig.2 eine schematische Seitenansicht
zur Erläuterung des optischen Prinzips, F i g. 3 ein Schaltschema zur Auswertung
der Meßanzeige.
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Die in Fig. 1 dargestellte Meßvorrichtung besteht im allgemeinen
aus zwei rohrförmigen Gehäusenl9 und 20, wobei das Gehäuse 19 eine Lichtquelle 21
enthält. Die Quelle 21 kann eine gewöhnliche weißglühende Lampe sein, die einen
bei Erregung glühenden Draht besitzt. Vor der Lampe 21 ist eine Sammellinse 22 angeordnet.
Die Linse 22 fokussiert den Draht der Lichtquelle auf einen Schlitz 23 im Mittelpunkt
einer Scheibe 24. Der Schlitz 23 hat eine verhältnismäßig geringe Breite, da die
Breite des Schlitzes das Auflösungsvermögen der Meßeinrichtung bestimmt. In der
Nähe des unteren Endes des Gehäuses 19 ist eine zweite Sammellinse 25 angeordnet,
welche ein scharfes Bild des Schlitzes 23 auf das Glasrohr 13 wirft. Es kann auch
statt der Linse 25 ein System von Linsen zur Verwendung kommen, um ein äußerst scharfes
Bild des Schlitzes auf der Glasrohrwand zu erzeugen. Die Breite des Schlitzes 23
muß so gewählt werden, daß deutliche Bilder des Schlitzes 23 sowohl auf der Innenseite
26 als auch auf der Außenseite 27 der Rohrwand entstehen, wobei die Schlitzlänge
groß ist im Vergleich zur Breite, und somit das auf der Rohrwand erscheinende Bild
eine gewisse Länge aufweist, die im rechten Winkel zur Achse des Rohres 13 verläuft.
In das Gehäuse 20, welches als Aufnahmeeinheit dient, ist eine Linse 28 so eingesetzt;
daß ihre Achse parallel zu der von der Oberfläche des Rohres reflektierten Lichtzone
und innerhalb dieser liegt. Die Linse 28 fokussiert vergrößerte Bilder der Oberflächenbereiche26
und 27 auf eine Blendenscheibe 29, wobei die Linse 28 ihren Brennpunkt näher an
der Rohroberfläche hat als die Linse 25. Statt einer Linse 28 kann auch ein System
von Linsen verwendet werden, um äußerst scharfe Bilder der beleuchteten Abschnitte
der Rohrwandflächen
26 und 27 auf der rotierenden Blendenscheibe
29 zu erzeugen. Die Blendenscheibe 29 ist in dem Gehäuse 20 auf einer sich drehenden
Welle 30 gelagert, deren Drehzahl sehr hoch ist, z. B. 3600 UpM.
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Die Blendenscheibe 29 hat vier Paare von Schlitzen, wobei die Schlitze31,
32, 33 und 34 jedes Schlitzpaares in Abständen von 900 am Umfang der Blendenscheibe
29 angeordnet sind. Diesen Schlitzen 31, 32, 33 und 34 sind die Schlitze 35, 36,
37 und 38 zugeordnet, wobei die Schlitze der verschiedenen Schlitzpaare verschiedene
Abstände voneinander haben. So entspricht z. B. der Abstand zwischen den Schlitzen
31 und 35 der Entfernung d, während die Entfernung zwischen den Schlitzen 34 und
38 des zweiten Schlitzpaares etwas größer ist als die Entfernung d. Der Abstand
des Schlitzes 33 vom Schlitz 37 des nächsten Schlitzpaares ist noch etwas größer
als zwischen den Schlitzen 34 und 38, und der Abstand zwischen den Schlitzen 32
und 36 ist noch größer als der zwischen den Schlitzen 33 und 37. Es werden stets
nur die beiden Schlitze eines einzigen Schlitzpaares gleichzeitig erleuchtet, falls
Bilder der Abschnitte 26 und 27 des Glasrohres durch die Linse 28 während einer
einzigen Umdrehung der Blendenscheibe auf diese Scheibe fokussiert werden. Dafür
wird gleichzeitige Belichtung eines Schlitzpaares durch eine Reihe von lichtempfindlichen
Elementen A, B, C, D, E, die hinter der Blendenscheibe 29 angeordnet sind, angezeigt
(vgl. auch F i g. 2). Diese lichtempfindlichen Elemente sind auf einem Bügel 39
angeordnet, welcher mit dem Gehäuse 20 verbunden ist, wobei der Abstand der Elemente
A und B gleich der Entfernung d des Schlitzpaares 31/35 ist und der Abstand des
Bezugs elementes A von den Elementen C, D und E jeweils dem Abstand der Schlitze
der Schlitzpaare 34/38, 33/37 sowie 32/36 entspricht.
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Beim Ausführungsbeispiel sind also fünf lichtempfindliche Elemente
A bis E hinter der Blendenscheibe29 angeordnet, und je nach der Stärke der Glasrohrwand
des Rohres 13 wird das lichtempfindliche Bezugs element A zusammen mit einem der
anderen lichtempfindlichen Elemente B, C, D oder E belichtet.
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Unter besonderer Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2
ist ersichtlich, daß das Licht, welches durch die Linse 25 auf die Oberfläche 27
des Rohres 13 fokussiert wird, von hier reflektiert und von der Linse 28 wahrgenommen
und durch diese auf die Blendenscheibe 29 fokussiert wird.
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Außerdem wird auch das Licht, welches in die Rohrwand eintritt, von
der Innenseite 26 reflektiert, durch die Linse 28 wahrgenommen und ebenfalls auf
die Blendenscheibe 29 fokussiert. Das von der Fläche 26 des Glasrohres reflektierte
Licht fällt auf das lichtempfindliche Element A, während das von der Oberfläche
27 reflektierte Licht auf das lichtempfindliche Element C fällt; da also sowohl
das Bezugs element A als auch das Element C gleichzeitig vom Licht erregt werden,
wird ein elektrisches Signal abgegeben, das von einem Anzeigeinstrument od. dgl.
ausgewertet wird und die Wandstärke des Rohres angibt. Bei einer anderen Wandstärke
des Glasrohres wird das Bezugs element A und ein anderes, dieser Wandstärke entsprechendes
Element B, D oder E erregt. Da sich die Blendenscheibe 29 mit hoher Geschwindigkeit
dreht, macht auch eine senkrechte Springbewegung des Glasrohres (»springen«) die
Meßeinrichtung nicht unwirksam, da im Verlauf der Umdrehungen das
Bezugs element
A und das der jeweiligen Wandstärke des Glasrohres entsprechende Element B bis E
- und zwar nur dieses - wiederholt von den Lichtstrahlen erregt wird und somit die
Wandstärke des Glasrohres gekennzeichnet wird. Die lichtempfindlichen Elemente geben
aber kein Signal ab, wenn nicht gleichzeitig eines der Elemente B bis E und das
Bezugselement A von den Lichtstrahlen erfaßt werden. Es können natürlich auch mehr
oder weniger lichtempfindliche Elemente vorgesehen werden, um feinere Abstufungen
der Wandstärke des Glasrohres zu erfassen.
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Jedoch muß jede Veränderung in der Anzahl der lichtempfindlichen
Elemente von einer Veränderung in der Anzahl der Schlitzpaare und den Abständen
der Schlitze jedes der Schlitzpaare begleitet sein, wobei wiederum die Abstände
den Abständen zwischen dem lichtempfindlichen Bezugselement A und jedem der anderen
lichtempfindlichen Elemente entspricht.
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Mittels der in Fig. 3 gezeigten Schaltung läßt sich eine einfache
und zweckmäßige Anzeige der Messung erzielen. Die UND-Gatter 40, 41, 42 und 43 weisen
je zwei Eingänge auf, wobei jeweils der eine Eingang aller Gatter zusammengeschaltet
und mit dem als Bezugs element dienenden lichtempfindlichen Element A verbunden
ist, während der andere Eingang jedes der UND-Gatter mit je einem lichtempfindlichen
Element B, C, D und E verbunden ist. Am Ausgang eines UND Gatters kann deshalb nur
dann ein Signal auftreten, wenn das Bezugselement A und eines der anderen Elemente
B bis E angeregt worden ist.
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Das vom jeweiligen UND-Gatter abgegebene Signal entspricht dann der
zugehörigen Wandstärke des Glasrohres.
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Bei dem beschriebenen Beispiel liegt die Wandstärke des Glasrohres
innerhalb der gegebenen Toleranzen, wenn gleichzeitig mit dem Element A die lichtempfindlichen
Elemente C oder D angeregt werden. In diesem Fall tritt am Ausgang der UND-Gatter
42 oder 43 ein Signal auf, und die Lampe 44 oder die Lampe 45 leuchtet auf und zeigt
dem Personal, daß die Wandstärke richtig ist. Ist die Lampe 44 von gelber und die
Lampe 45 von grüner Farbe, so läßt sich ferner erkennen, in welche Richtung eine
Abweichung der Wandstärke von einem Mittelwert fortschreitet.
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Die beiden Ausgänge der anderen UND-Gatter 40 und 41 sind mit dem
ODER-Gatter 46 verbunden, dessen Ausgang an die rote Lampe 47 angeschlossen ist.
Werden aber z. B. die Elemente A und B angeregt, wobei angenommen ist, daß in diesem
Fall die Wandstärke des Rohres zu dünn ist, so leuchtet die Lampe 47 auf. Andererseits
leuchtet die Lampe 47 auch dann auf, wenn die ElementeA und E erregt werden, wobei
in diesem Fall die Wandstärke des Rohres zu groß ist. Durch die Beobachtung der
drei Lampen kann das Personal erkennen, ob das Glasrohr bei der Fertigung und Verformung
in der Rohrstraße innerhalb oder außerhalb der gegebenen Toleranzen liegt und in
welcher Richtung eine Abweichung der Wandstärke vom Sollmaß fortschreitet.
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Je nach dem Maß der gewünschten Empfindlichkeit kann eine größere
oder kleinere Anzahl von lichtempfindlichen Elementen zur Anwendung kommen.
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Ferner kann der Abstand zwischen den einzelnen Elementen derart gewählt
werden, daß die Empfindlichkeit der Einrichtung das Messen von Wandstärken verschiedener
Rohre gestattet.