DE1772454A1 - Verfahren und Einrichtung zum optischen Pruefen von glaesernen Gegenstaenden auf Risse - Google Patents

Description

Verfahren und Einrichtung zum optischen Prüfen von gläsernen Gegenständen auf Risse

Bei der Herstellung von Gegenstanden aus Olas besteht häufig dia Notwendigkeit, diese auf allfällige Risse zu prüfen, insbesondere müssen bei der Massenfertigung von aiasgef&3sen solche Gefäsae als fehlerhaft ausgeschieden werden, welche an ihrer Handpßi'tie grösse^e oder kleinere Hisse aufweisen, da solche Hisae die Bruchgefahr der

Gläaer beträchtlich erhöhen und ein .einvändfpei dichte» Verschlieseen verunmöglichen.

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Ausser der visuellen Prüfimg sind bereits optische Prüfverfahren sum selbsttätigen Feststellen von Rissen vorgeschlagen worden. Hierbei wird ein Strahlenbündel auf sine 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 Öles eine optische Grenzschicht darstellt, an welcher beim Auftreffen des Strahlenbündels In Richtung Qlas/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 eigent-IJcherJRissen und anderen optisch wirksamen Störstellen im PrUfling unterscheiden können. Es gibt nämlich ausser Rissen manche Arten von Störstellen,vrie 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 Welse ebenfalls ausgeschieden werden. Mangels dieser Unter-Scheidungsfähigkeit zwischen eigentlichen Fehlern und

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tolerierbaren Störstellen im Prüfling nuss deshalb entweder ein zu grosser Ausschuss oder - bei weniger empfindlicher Einstellung der Prüfanordnung- die Gefahr von unesitdeckten Rissen in Kauf genommen werden» Besonders schwierig wird die erwähnt« Unterscheidung, wenn es sich um Prüflinge handelt, die im Bereich der Abtastsone ein Gewinde, Yerschlussnocken od.dgl. aufweisen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung 1st es, bei einem optischen Prüfverfahren der genannten Art &en dargelegten Mangel zu Beheben und eine euverlässlge Unterscheidung zwischen Qlasrissen und tolerierbaren Störstellen zu ermöglichen, eo dass nur die wirklich fehlerhaften Prüflinge ausgeschieden werden« Das erfindungsgemässe Prüfverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ewei verschiedene, von der Abtasteorie ausgehende wlnkelsektoren überwacht werden und dass unterschieden wird, ob bei Durchlauf einer Störs»;elle praktisch gleichzeitig in beiden Sektoren Strahlen austreten oder nur im einen Sektor« in welchen totalreflektierte Strahlen fallen.

Me Erfindung besieht sieh fernzv auf «In« Prüfeinrichtung zuv Vmrollführung. d®s voratshend erwUhnten. Verfahrens, wslche eine auf .eine_ Abtftstsone den Prüflings gerichtete prejektions-

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vorrichtung enthält· Die erfindungsgemüsse Prüfeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei berührungs-

los arbeitende Detektorvorrichtungen derart auf die Abtastzone ausgerichtet sind, dass sie auf in zwei getrennten Vinkel&ektoren austretende Strahlung selektiv ansprechen und entsprechende elektrische Signale erzeugen, und dass die Detektorvorrichtungen an eine elektrische Auswerteschaltung zur Koinzidenzprüfung der Signale angeschlossen w sind.

Es ist zu erwähnen, dass optische Prüfeinrichtungen mit »ehr als einem Detektor an sich bekannt sind, wobei üie Detektoren jedoch voneinander unabhängig arbeiten, indem ihre Signale sich gleichwertig auswirken und eineein den Ausstoss von Prüflingen bewirken; dabei kommt es also nicht auf irgend eine zeltlieh« Besiehung zwischen den Signalen an. Bei jenen Anordnungen soll alt der Verwendung mehrerer Detektoren lediglich erreicht werden, dass ein grösserer Bereich von möglichen Winkellegen der Riese erfasst wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit der Zeichnung näher erl&utert.

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Pig. 1 zeigt achematlsch den optischen Teil der Prüfeinrichtung,

Fig. 2, 3 und ¹I veranschaulichen den Strahlengang beim

Durchlauf von verschiedenen, typischen Störstellen im Prüfling, und

Fig. 5 ist das Blockschaltbild einer logischen Auswerteschaltung zur Koinzidenzprüfung der von den beiden Detektorvorrichtungen erzeugten Signale.

Die optische Prüfeinrichtung naoh Fig. 1 dient dazu, den Oeffnungsrand von zylindrischen Glasgefassen 10, von denen eines von oben gesehen in der Prüflage dargestellt ist,-auf allfällige Risse zu untersuchen. Die Prüflinge werden der Reihe naoh von der Seite her im Sinne der. Pfeiles 5 herangeführt, anechlleessnd 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 naoh durchgeführter Prüfung in Richtung des Pfeiles 7 weggeführt. Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Bewegungsablaufa 1st hler der Einfachheit halber nicht näher dargestellt, es eignet sich hierzu vorzugsweise eine Einrichtung, wie

448*889 sie im Schweizer Patent Nr. ..... ei< ¹DB 161)00) der gleichen Anmelderin beschrieben 1st. Eine

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ortsfest angeordnete Tast- oder Fühlereinrichtung 30 erzeugt jeweils während der Anwesenheit eines Prüflings In der Prüfstation ein elektrisches Steuersignal auf der Leitung 31·

Die Riisprüfeinrichtung nach Fig. 1 enthält im wesentlichen eine ProjektIonsvorrichtung 14 und swei Detektorvorrichtungen 15» 16· Die Projektionsvorrichtung 14 weist eine Lichtquelle 18 und einen Projektionskopf 20 auf, die über einen sogenannten Lichtleiter, vorsugwelse in Form eines flexiblen, liohtleitenden Glasfaserbündel miteinander verbunden sind· Der Projektionskopf 20 erseugt ein feines*, paralleles Strahlenbündel 22 (s.B, mit rundem Querschnitt von 0,2 na Durchmesser), welches auf den Prüfling 10 gerichtet ist. Die beiden Detektoreinrichtungen 15 und 16 sind unter sich gleich ausgebildet und weisen je einen Aufnahmekopf 20a, 20b sowie einen Detektor Dl bcw. D2 auf, wobei jeder Aufnahmekopf mit dem zugeordneten Detektor mit einem flexiblen, lichtleitenden Faserbündel 19a bzw. 19b verbunden 1st. Als Detektor Dl bzw. D2 dient ein geeigneter photoelektrlsSier Wandler, welcher entsprechend der über den Lichtleiter eintreffenden Strahlung ein elektrische8 Signal auf der Ausgangsleitung 28 bzw. 29 erseugt. Beide Aufnahmekopf e 20a und 20b sind auf die gleiche, als Abtastson* 12 bexeichnet« Stelle des Prüflings gerichtet, jedooh -

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SOj dags sie selektiv nur solche Strahlung aufnehmen können, welche aus der Abtastzone 12 in einem bestimmten Winkelsektor 2¹» bsw, 26 austritt, wobei die beiden Wlnkelsektoren einander nicht überachnoiden. Der Projektionskopf 20 und die Aufnahnveköpfe 20a, 20b sind in der Prüfstation neben dem Prüfling in nicht näher dargestellter Weiße fixiert, jedoch In itoer Lage auf die jeweilige Gestalt des Prüflings einstellbar. Selbstverständlich wäre es möglich, die Lichtquelle 18 direkt Im ProjektlonskGpf 20 und die Detektoren Dl bzw. D2 In den betreffenden Aufnahmekopfen anzuordnen; die im Beispiel geneigte Verwendung von flexiblen Lichtleitern gestattet Jedoch, die erwähnten Köpfe besonders klein auszuführen und entsprechend nahe beim Prüfling eu fixleren, ohne dass dadurch der freie Durchlauf der Prüflinge behindert wird» {Während der Umdrehung des PrUflings 10 in der Prüfstatlon durchläuft jede Stelle des auf Risse au untersuchenden Mündungsrandes die Abtastzeile 1.2. Der ringförmige Mündungsrand des su prüfenden Glasge&s&ea,wirkt für das in ihn eintretende Lichtstrahlenbündel 22 als Lichtleiter, indem das Blinde!, wie aus Fig. 1 ersichtlich, abwechselnd an der Innenfläche und an der Aussenf lache.des Mtlndungsrandes totalx^flektlert wird. Dabei durchläuft das Strahlenbündel in bestimmter Richtung die Abtastzone 12. Es ist denkbar, das Strahlenbündel 22 auf andere als die dargestellte Weiße auf die

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Abtastzone 12 zu richten, auch ohne vorherige Reflexion an einer Glas/Luft-Qrenzflache, z.B. schräg von oben, wenn der Projektionekopf 20 sich oberhalb des Prüflings 10 oder auf der·gegenüberliegenden Seite befindet.

Unter normalen Umständen, d.h. bei glatter, intakter Oberfläche des Mündungsrandes, bleibt das Sirahlenbündel 22 infolge der wiederholten Totalreflexion im Innern des " Glases "gefangen", so dass die Aufnahmekopf 20a und 20b bzw. die Detektoren nicht beaufschlagt werden. Nur wenn eine im Glas vorhandene, optisch wirksame Störstelle die Äbtastzone 12 durchläuft, kann aus diesem Bereich Strahlung aus dem Prüfling austreten, wobei bezüglich des Strahlungs auetrlttes in die beiden Winkelsektoren 24 und 26

» bestimmte typische Fälle zu unterscheiden sind, welche nachstehend anhand der In einem grösaeren Hasstab gehaltenen Fig. 2, 3 und 4 betrachtet werden sollen.

Die Flg. 2 zeigt einen aiasriss 34, wie er von der Prüfeinrichtung beim Durchlauf durch die Ahtastssone 12 als. Fehler festgestellt werden soll. Ein solcher Riss stellt eine praktisch ebene aias/Lu£fc-Gren?.£l&ehe. dar * an welcher das Strahlenbündel 22 totalreflektlert wird, sofern ee gegenüber dem Lot h zur Bissebene; unter einem Winkel. c<.

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einfällt, welcher grosser ist als der sogenannte Grenswiniel der Totalreflexion, welcher durch das Verhältnis der Brechzahlen zwischen Qlas und Luft bestimmt ist. Erfahrungsgeraäss liegen solche Risse 3¹* aru Kündungsrand praktisch radial; die Einfallsrichtung des Strahlenbündels 22 ist durch die Fixierung des Projektorkopfes 20 so gewählt, das· die erwähnte Totalreflexionsbedingung auch bei gewissen Abweichungen der Radiallage des Risses noch erfüllt 1st« Infolge der Totalreflexion am Riss 34 wird das Strahlenbündel nun au· dem Glas ausgelenkt _t und zwar vollständig in «in· Richtung innerhalb des Winkel-Sektors 24, während in Richtung des Sektors 26 keinerlei Strahlung austreten kann* Demnach ericheint beim Durchlauf eine· Riss·· 3* durch di« Abtasttone 12 eintig am Detektor Dl tin elektrisches Signal, während an Detektor D2 «in Siglilä ausbleibt.

Die Pig« 3 veranschaulicht die Situation bei Durchlauf ainer Naht, Naee oder Rippe 36. An einzelnen Steilen der Naht, z.B. an deren Rückflanke, wird das Bündel 22 totalref löktiert und gig*j| die Spit se geleitet. Art der Spitze aöwle an änderen Steilen* z.B. am Puen der Naht, tritt gewöhnliche Reflexion kombiniert mit Brechung auf, 60 dass ein Teil der Strahlung gegen din Sektor 2*1, ein Teil aber auch in den Bereioh des Sektors 26

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austritt. In Jedem Fall werden somit wahrend des Durchlaufe der Naht 36 beide Detektoren Dl und D2 praktisch . gleichzeitig beaufschlagt«

Aehnllche Verhältniese ergeben sich auch gem&ss Fig. 4 bei Durchlauf einer in Glas eingeschlossenen Luftblase 35 durch die Abtastzone 12. Zm Qegensats tu eine» Riss bildet ein« solche Blase eine unregelmässlg gewölbte " Qlas/Luft-Qr·ηsflach·« an welcher praktisch inner an einseinen Stellen die Bedingung für die Totalreflexion erfüllt 1st (Strahl 22'), an anderen Stellen infolge eines steileren Einfallwinkels (Strahl 22") jedoch nicht, so dass an den letzteren Stellen «in Teil der Strahlung durch die Qrentflieh· hindurehtritt. Soait wird bei Durchlauf einer Blas* 35 sowohl totalreflektierte Strahlung in Richtung des Sektors 24 als auch gebrochene Strahlung in Richtung des. Sektors 26 aus der Abtastsone 12 austreten. Deshalb wird auch in diesen Fall praktisch gleichzeitig, ^h. innerhalb der Durchlaufzeit der störstelle, von beiden Detektoren Dl und VH tin elektrisches Signal erzeugt werden.

Bei weiteren {fticht dargestellten) optisch wirksamen Störstellen, die tolerierbar oder sogar gewollt sind (e,b. Gewindt, Versohlusenocken üew.) treten oft ähnliche Erscheinungen wie bii den Fig. 3 und Q auf» oder es kann

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auch diffuse Reflexion eintreten, welche naeh beiden WinkelSektoren verteilt oder im wesentlichen nur nach dem Sektor 26 austritt. Einzig Risse haben gemSsa S⁸Ig. 2 vermöge ihrer definierton Gestalt und Lage xur Folge, da3s die gesamte Strahlung durch Totalreflexion ausschliesslich in den Sektor 24 und nicht auch in den Sektor 26 'ausgelenkt" wird. Aus dieser Erkenntnis wird gemäös der vorliegenden Erfindung ein Kriterium zur Unfcer-seheidung zwischen Rissen 3^ und anderen, tolerierbaren Störstellen abgeleitet, indem die Signale der Detektoren Dl und D2 in einer Koinzidenzschaltung ausgewertet werden. Es wird also anhand der zeitliehen Beziehung zwischen den Signalen aus den beiden Detektoren jeweils bei Durohlaufdner StSrstelle unterschieden, ob Strahlung praktisch gleichseitig in beide Sektoren 24, 26 austritt oder nur naeh dem einen Sektor 24, welcher von totalreflektierten Strahlen beaufschlagt ist. '■■'■^l-^:: '' ' ' " ■'■ '■'■■' ·'·

Ein Beispiel' einer ^solchen Koinzidenzschaltung zeigt die S'ig,- 5* In der logioehen Äusvierfcösehaitung nach Pig. 5 werden die von den Detektoren Dl und D2 über die Leitungen 28 und 29 eintreffenden Signale je einer" Impulsforme'retufe 4Ö bzw. lil zugeleitet^' Jede Impulsformerstufe er25eugt ' · einen AusgähgslmpüXß vbn definierter Gestalt,"wenn das batreffende Eing&rigsaigrtal crine; minimale¹ Amplitude "über-" schreitet. Am Ausgang jeder Xmpulsformerstufe ist ein

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Tor 42 bzw. 43 angeschlossen, wobei ein »weiter Eingang jedes Tores mit der Leitung 31 verbunden ist, auf welcher das Anwesenheitssignal des Fühlers 30 erscheint. Die Tore 42 und *J3 sind durch daa Anwesenheitssignal Jeweils nur dann geöffnet, wenn ein Prüfling 10 sich in der richtigen Prüf lage befindet. Der Ausgang jedes Tores 42 und 43 ist mit dem Eingang eines Flip-Flops PPI bzw. FF2 verbunden. Jedem Flip-Flop ist ein Ausgangstor 47 bzw. 48 zugeordnet, wobei das Ausgangesignal Q jedes Flip-Flops auf das zugeordnete Tor und das inverse Ausgangssignal 5 auf das dem andern Flip-Flop zugeordnete Tor geleitet wird. Für jedes Tor 47 bzw, 43 stellt das Signal Q ein Oeffnungssignal und das inverse Signal Q ein Sperrsignal dar. Die Ausgänge der Tore 42 und 43 sind ausserdera mit den Eingängen eines Oder-Tores 44 verbunden. An dessen Ausgang 1st ein einstellbares Zfcitverzugerungsglied 4g angeschlossen, welches nach Ablauf dies bestimmten Zeitintervalls nach Eintreffen eines Eingangssignal einen Ausgangsimpuls an einen weiteren Eingang der Tore 47 und 48 abgibt. Durch die Rückflanke sxn Ende dieses Impulses wird über eine Kippstufe 46 ein Rückstellsignal erzeugt, welches den Rückstelleingängen R der beidenjPlip-Flopo FFi und i?F2 zugoleitet wird. Die Zeitverzögerung des Kreiaeo 45 wird auf sinen Wert eingestellt, welcher in der Grössenorcftung der Durchlaufzeit

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— 3.3 —

einer Störstelle durch die Abtastzone 12 entspricht, was insbesondere von der Rotationsgeschwindigkeit des Prüflings In der Prüfst afcion abhängt.

Die Wirkungsweise dieser logischen Schaltung 1st wie folgt

Wenn ein Signal nur vom Detektor Dl eintrifft - was dem Durchlauf eines Rieses entspricht - so wird das Flip-Flop FFl gekippt und dadurch das Tor 47 geöffnet und das Tor 48 gesperrt. Der nachfolgende Impuls des Zeitgliedes 45, welcher durch das erwähnte Signal über das Tor 44 ausgelöst wurde; kann somit nur das Tor 47 passieren, so dass ein Ausgangssignal auf der Leitung N erscheint, welches ein Pehlersignal bedeutet und in geeigneter Weise den Aus- stoss des betreffenden Prüflings veranlasst. Trifft anderseits ein Signal nur rom Detektor D2 ein, welches Signal nicht von einen Riss« sondern nur von einer tolerierbaren Storstelle hervorgerufen sein kann, so wird FF2 gekippt und dadurch das Tor 48 geöffnet und Tor 47 gesperrt. Der nachfolgende Impuls aus dem Kreis 45 kann demnach nur das Tor 48 passieren und erscheint auf der Leitung P₅ was ein Qutsignal bedeutet. Wenn bei Durchlauf einer tolerierbaren Störstelle etwa gemäss Pig. 3 oder Fig. 4 ein Signal von beiden Detektoren Dl und D2 praktisch gleichzeitig, d.h. innerhalb der Laufzeit des ZeitverzSgerungsglicdes 45 eintrifft, so wird einerseits FFl gekippt und das

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Tor kl geöffnet _sar*derseits aber durch das Kippen von £F2. das Tor *J7 wieder gesperrt und das Tor 48 geöffnet,,, bevor der Impuls aus dem Kreis 45 eintrifft_f wodurch der letztere als Gut signal auf die Auagangsleitung P gelangt, In dieser Weise unterscheidet die Schaltung nach Fig. 5 im Sin&e der vorstehend anhand, de? Pig. 2 bis *J abgeleiteten Regel zwischen den als Fehler auszuscheidenden Hissen und anderen optisch wirksamen,, jedoch tolsrierbaren Störstellen. JadesHial nach Durßhgang eines Impulses aus dem Kreis *!!> werden PPI und FF2 über den Kreis ^6 rückgestellt» so dass der Prüfvorgang während dar Rotation des Prüflings sich mehrmals wiederholen kann.

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Claims (1)

1. Ί772Λ5Α

   Patent ans ρ ptl ehe

   1. Optisches Verfahren aura Prüfen von Gegenständen aus Glas auf Risse, wobei ein Strahlenbündel auf eine Abtastzone ±m Prüfling gerichtet und eine Relativbewegung zwischen Prüfling und Strahlenbündel bsn*. Abtastzone erzeugt wird, während welcher von der Abtaatzone ausgehende Strahlen beobachtet werden, die infolge von durchlaufenden Stör-

   stellen im Prüfling abgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwei verschiedene, von der Abtastscne (12) ausgehende Winkelsektoren (24, 26) überwacht werden und dass unterschieden wird, ob bei Durchlauf einer Störstelle (3¹*, 35, 36) praktisch gleichseitig in beiden Sektoren Strahlen austreten oder nur im einen Sektor (2*1), in welchen totalreflektierte Strahlen fallen,

   Z₃ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nährend des» Ueberwachung jedes Prüflings der Unterseheidungs-Vorgang Jeweils selbsttätig bei Durchlauf einer Störetelle und gegebenenfalls wiederholt aufgelöst wird»

   3. Prüf einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I₁ mit einer auf eine Abts&taone des Prüflings ge- * richteten Projektion&vorricht uiig₅ dadurch gekennzeichnet, dass

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   zwei berührungslos arbeitende Detektorvorrichtungen (15,16) derart auf die Abtasteone (12) ausgerichtet sind, dasa sie auf in zwei getrennten Winkelsektoren (24, 26) austretende . Strahlung selektiv ansprechen und entsprechende elektrische Signale (28, 29) erzeugen, und dass die Detektorvorrichtungsn an eine elektrische Auswerteschaltung (Fig. 5) «ur Koinzidenzprüfung der Signale angeschlossen sind.

   h 4» Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass Jede Detektorvorrichtung (15, 16) einen in der Lage gegenüber dem Prüfling (10) einstellbaren Aufnahmekopf (20a, 20b) und einen photoelektrischen Wandler (Dl, D2) aufweist, wobei Kopf und Wandler über einen flexiblen Lichtleiter (19a, 19b) miteinander verbunden sind«

   5« Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass

   die Projektionsvorrichtung (1*1) eine Lichtquelle (18) und einen ι in der Lage zum Prüfling einstellbaren Projektionskopf (20) aufweist, wobei Lichtsquelle und Projektionskopf-über einen flexiblen Lichtleiter (19) miteinander verbunden sind.

   6* Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertesehalfcung einen Zeitveraögerungskrels (45) enthält, dessen Laufzeit das Zeitintervall für die Koinzidenzprüfung der beiden Signale bestimmt.

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   7. Einrieht\mg nach Anspruch 6, dadureh gekennzeichnet, dass die Laufzeit des Zeitverzögerungskreises (45) einstellbar int»

   ßο Einrichtung nach Ansprueh 6 öder 7» dadurch gekennseiehnet, dass die Laufzeit der Grössenordmmg der DurehXaufaelt einer Störstelle .(31., 35, 3β) durch die Abtaetsone (3.2) entspricht,

   15.6.1967/Kä/li

   ■0

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