DE1797110B2 - Vorrichtung zum Feststellen von Ver unreinigungen - Google Patents

Description

Die Eifindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen von Verunreinigungen in durchsichtigen Behältern, insbesondere Flaschen, bestehend aus einer Lichtquelle, einem ersten, oberhalb det Behältermündung angeordneten optischen System, einem zweiten, oberhalb des ersten Systems angeordneten optischen System, in dem eine Blende angeordnet ist, und einer Meßeinrichtung, wobei die beiden optischen Systeme mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten antreibbar sind.

Aus der USA.-Patentschrift 3 081666 ist eine Vorrichtung zum Inspizieren von Behältern bekannt, wobei diese von unten beleuchtet und von oben betrachtet werden. Zwischengeschaltet sind zwei optische Systeme, die mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten antreibbar sind. Das eine optische System weist dabei eine mit Rasten versehene Scheibe als Blende auf. Bei dieser Vorrichtung ergibt sich der Nachteil, daß durch die Beleuchtung von unten auch Unebenheiten im Flaschenboden sowie unterschiedliche Färbungen der Flasche zu einer veränderten Anzeige führen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der Verunreinigungen in der Flasche selbst erkannt werden können, ohne daß die obenerwähnten Nachteile auftreten. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Blende im wesentlichen aus einer durchsichtigen Platte besteht, bei der eine im Verhältnis zur Gesamtfläche kleine Teilfläche undurchsichtig ausgebildet ist.

Bei einer Drehung führt dies dazu, daß normalerweise eine bestimmte Lichtintensität gemessen wird, die durch die durch den Flaschenboden durchtretende Lichtmenge, die auf der Blende nicht durchsichtige Fläche und die Verunreinigungen in der Flasche bestimmt wird. Wenn die undurchsichtige Räche die Verunreinigungen überdeckt, dann führt dies zu einer meßbaren Erhöhung der Lichtintensität. Die Blend-* kann dabei eire schmale, radiale undurchsichtige Fläche, eine schmale, diametrale undurchsichtige Fläche oder zwei sich gegenüberliegende undurchsichtige Flächen aufweisen.

ίο Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt

F i g. 1 teilweise im Schnitt die erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des optisehen Systems.

F i g. 2 a. b verschiedene Blende und
F i g. 2 c, d die Inspektionsfelder bei Blenden gemäß der F i g. 2 a. b.

Behälter 10, wie Flaschen, werden auf einem Transportband 11 an der Inspektionsstation vorbeitransportiert. Sie sollen in einem gewissen Ausmaß durchscheinend sein. d.h.. die Wand und insbesondere der Boden darf nicht vollständig undurchsichtig sein. Innerhalb dieser allgemeinen Regel kann jedoch die Durchsichtigkei* und Farbe erheblich schwanken. Das Transportband 11 weist Fenster 13 oder andere durchscheinende Abschnitte auf, die den Durchtritt des Lichtes von einer Lichtquelle 12 ermöglichen, die unter dem Transportband 11 angeordnet ist.

Durch die Lichtquelle wird insbesondere der Boden der Flasche erleuchtet.

Die eigentliche Vorrichtung weist ein Gehäuse 20 auf. das über dem Transportband 11 angeordnet ist. Das Gehäuse 20 kann für die Inspektion von FIasehen unterschiedlicher Höhe angehoben oder abgesenkt werden. Im Boden des Gehäuses 20 ist eine Öffnung 21 vorgesehen. Eine röhrenförmige Verlängerung 23 einer Scheibe 24 ist in einem Lager 22 über der öffnung 21 angeordnet. Die Rotationsachse ist mit 25 bezeichnet. Um das untere Ende der röhrenförmigen Hülse 23 ist ein Tragring 26 angeordnet, wobei an diesem Ring ein ringförmiger Permanentmagnet 27 vorgesehen ist.

Die Scheibe 24 mit der Hülse 23 nimmt ein Rohr 31 auf, das zu einem Muffeneinsatz 30 gehört. Die Muffe weist einen ringförmigen magnetisierbaren Hauptflansch 32 mit einer zylinderförmigen Bohrung auf, von wo aus sich das Rohr 31 koaxial hierzu erstreckt. Das Rohr 31 und die Hülse 23 sollten eng angepaßt sein, brauchen jedoch nicht zu einem Reibungseingriff zu führen, vielmehr sollte das Rohr 31 leicht aus der Hülse 23 lösbar sein. Die obere, ringförmige Schulter des Flansches 32 wird durch den Ringmagneten 27 angezogen. Der Magnet 27 verbindet die Muffe 30 mit der Scheibe 24 zwecks gemeinsamen Umlaufens. Das röhrenförmige Innere der Muffe 30 nimmt ein optisches System 300 auf. das eine primäre Linse 301, ein erstes Prisma 302, ein zweites Prisma 303 und eine sekundäre Linse 304 aufweist, die alle optisch ausgerichtet sind. Die optischen Achsen der Linsen fallen miteinander und mit der Drehachse 25 der Scheibe 24 zusammen. Eine Mehrzahl von Abstandshaltern 35 bestimmt die relative Lage der optischen Elemente 301 bis 304 relativ zueinander längs der Achse 25. Ein O-Ring 36 führt zusammen mit einer Haltekappe 37 dazu, daß die primäre Linse 301 in einer derartigen Lage gehalten wird, daß sie der Öffnung einer Flasche gegenüber-

liest. Die primäre Linse 301 begrenzt eine Ebene, die als" ein festgelegter Parameter der Vorrichtung betrachte', werden kann.

Die anderen optischen Elemente 302. 303 und 304 weisen eine Lage relativ zu der Linse 301 auf. die von der Art der zu inspizierenden Flasche abhänat. und zwar insbesondere der Höhe der Flasche und dem Durchmesser des Bodens derselben. Unterschiedliche Muffen mit unterschiedlichen sekundären. Linsen 302 und oder unterschiedliche Abstandshalter 35 werden hierzu verwendet. Die Prismen 302 und 303 sind vorzugsweise ähnlich und führen zu einer abgelenkten optischen Achse 25' des Systems an der Öbjektseite. Das Objektfeld ist somit nicht symmetrisch relativ zu der Achse 25. Das Verhältnis zachen den Achsen 25 und 25' ist am besten an Hand der F i g. 2 ersichtlich.

Der Ablenkungswinkel der optischen Achse, d.h. der Winkel zwischen der Achse des Abbildunssfeldes 25 und der Achse des Objektfeldes 25' hängt von dem azimuthanen Verhältnis zwischen den zwei Prismen 302 und 303 ab. Jedes Prisma führt zu einem speziellen Ablenkungswinkel, und bei Vorliegen in einer komplementären Lage heben sich die Ablenkungswinkel auf, und die resultierende Ablenkung ist deich null. Bei Vorliegen in einer symmetrischen Lage im Verhältnis zu einer Mittelebene zwischen denselben addieren sich die Ablenkungen zwischen diesen, wodurch ein größter Ablenkungswinkel zwischen den Achsen 25 und 25' ausgebildet wird, wie or mittels dieser zwei Prismen erhalten werden kann. Jede zwischen der azimuthalen Lage der Prismen 302 und 303 vorliegende Lage relativ zueinander führt zu einem Ablenkungswinkel, der kleiner als der größte Winke', jedoch größer ah null ist. Eine Feineinstellung läßt sich hier durch Drehen der primären Linsen 301 und des Prismas 302 zusammen mit dem Abstandshalter um die Achse 25 erzielen, wobei das Prisma 303 in seiner Lage verbleibt.

In einem Joch 41 ist ein zweite» optisches System 40 mit einer Kondensorlinse 42. die in dem Inneren einer Scheibe 43 angeordnet ist, befestigt. An der Scheibe 43 ist eine Blende 44 zwischen Abstandshaltern 47 und 48 nahe der Kondensorlinse 42 angeordnet. Die Scheibe 43 weist eine röhrenförmige Verlängerung 45 auf, die in dem Joch 41 mittels eines Lagers 46 befestigt i".t.

Das Linsensystem 301 bis 304 bildet den Boden einer Flasche in der Ebene der Blende ab. Das anwendbare Abbildungsfeld ist durch die optische öffnun« der Blende 44 begrenzt, und dies ist der innere Durchmesser des Abstandshalters 47, der die Blende 44 hält. Das optische System 300 bildet ein Objektfeld in diesem Abbildungsfcld ab, das (für kleine Winkel zwischen den Achsen 25. 25') ein Kegel um die Achse 25' ist, wodurch sich ein kreisförmiges Inspektionsfeld in dem Boden einer Flasche um einen Mittelpunkt herum ergibt, wobei die Achse 25' durch diesen Boden hindurchtritt. Dieses Inspektionsfeld ist bezüglich der Achse 25 exzentrisch. Während des Umlaufen* des Systems 300, und zwar bezüglich der Prismen, nutiert dieses Inspektionsfeld um die Achse 25. wodurch si 'Vi ein Überstreichen eines Gesamtfeldes ergibt, das größer als das zum jeweiligen Zeitpunkt vorliegende Blickfeld ist. Das Verhältnis zwisehen dem nut:.;venden Feld und dem Gesamtfcld 102 ist in der Fi g. 2 wiedergegeben.

Die Kondcnsorlinsc 42 bewirk! ein diffuses Strahlungsfeld, das auf eine lichtemp dliche Zelle fällt. Die Linse 42 weist eine kleine 1 .anlange auf. Die Eintrittsebene der Zelle ist die A bildungsebene der Linse 42 für (hypothetische) Gegenstände in der Ebene der primären Linse 301. Somit beobachtet die Kondensorlinse 42 die Öffnung des Systems 300. insbesondere bezüglich der primären Linse 301. so daß die Abbildung "dieser Öffnung die Fläche auf de: Zelle begrenzt, die beleuchtet wird.

Wie angegeben, begrenzt die Öffnung der Blende 44 das Objektfeld in dem Flaschenboden, wie es auf der Blende abgebildet wird.

Ein Motor 60 treibt eine Scheibe 61 mit relativ großem Durchmesser sowie eine zweite Scheibe 62 mit relativ kleinem Durchmesser an. Die Scheibe 43 ist mit der Scheibe 61 über einem Riemen gekuppelt, wodurch sich eine relativ hohe Drehgeschwindigkeit der Blende 44 ergibt. Die Scheibe 24 ist an die Scheibe 62 mittels eines weiteren Riemens angekuppelt, so daß eine relativ gt^-.nge Drehgeschwindigkeit erzielt wird. Das Verhältnis ..wischen der Drehgeschwindigkeit der Scheibe 43 und der Drehgeschwindigkeit der Scheibe 24 kann sich auf 3.4 oder 5 : 1 belaufen. Beispielsweise kann die Blende mit 48 000 U min umlaufen, und die Optik 300 kann mit einer Geschwindigkeit (für die Nutation des zum jeweiligen Zeitpunkt vorliegenden Blickfeldes) von 12 000 U. min umlaufen.

Das zum jeweiligen Zeitpunkt vorliegende Blickfeld ist die Blendenöffnung, wie sie durch die Linsen 301 bis 304 auf den Boden einer Flasche projiziert wird. Die Blende 44 wird z. B. durch eine im wesentlichen durchscheinende Scheibe mit zwei kurzen, undurchsichtigen Feldern 48 gebildet, deren jedes sich radial nach innen von den. Umfang der Blende aus und über einen Teil des Durchmessers desselben erstreckt. Somit liegen im Inneren des zum jeweiligen Zeitpunkt vorliegenden Blickfeldes zwei FTächenfelder 48' vor. Der verbleibende Teil des Betrachtungsfeldes wird zu diesem Zeitpunkt beobachtet. Die Abbildung dieser Flächen 48' wird auf die zwei nicht durchsichtigen Felder 48 der Scheibe projiziert und somit nicht durch die Zelle 50 gesehen. Bei Umlauf der Blende 44 laufen die nicht beobachtbaren Flächenfelder 48' ebenfalls um. so daß tatsächlich das gesamte Beobachtungsfeld beobachtet wird. Ein Schmutzteilchen in dem zum jeweiligen Zeitpunkt vorliegenden Beobachtungsfeld, das jedoch außerhalb der Flächenfelder 48'. die nicht beobachtet werden können, vorliegt, führt zu einer gewissen Verringerung des die Zelle erreichenden Lichtes. Wenn im Verlauf der Drehbewegung der Blende dieses Schmutzteilchen sich in einem Flächenfeld 48' befindet, wird das von dem Beobachtungsfelri aus kommende und die Zelle erreichende Licht nicht mehr durch dⁿ.s Schmutzteilchen geschwächt und wird tatsächlich eine Verstärkung erfahren.

Wenn die durchschnittliche Winkelbreite jedes Feldes 48' sich auf I//1 des vollen Kreises belauft uiui wenn sich die Drehgeschwindigkeit der Blende auf U beläuft und wenn weiterhin angenommen wird, daß das BeUctchtungsfeld nicht nutiert. wird das Feld 48' über ein Schmutzteilchen während jedes Umlaufen* in einer Zeitspanne gleich 1 U-η geführt. Bei Mutieren des Bctrachtungsfeldes ist die Zeitspanne größer (kleiner), wenn die Bewegungsrichtung eines Feldes 48', bedingt durch das Umlaufen der Blende, entgegengesetzt zu oder gleich der Richtung der Nutation

ist. Wenn die Nutationsgeschwindigkeit sich auf V belauft, kann die Zeitspanne, innerhalb derer über ein Schmutztcilchcn eine zeitweilig nicht beobachtbare Fläche geführt wird, sich auf 1/(U-K)" ^ur>d \/(U-V)n belaufen.

Auf Grund der Drehung der Prismen 302 und 303 nutiert das Betrachtungsfeld um die Achse 25 und wird über das gesamte Beobachtungs- und Inspcktionsfeld 102 geführt. Die Kombination aus der Drehbewegung der Blende und der Nutation des Feldes führt zu einem speziellen Überstreichen jeder zeitweilig nicht beobachtbaren Feldfläche 48' und hängt stark von dem Verhältnis zwischen den Nutations- und Drehgeschwindigkeiten ab. Die Aufgabenstellung geht dahin, daß jeder Punkt in dem gesamten Beobachtungsfeld 102 wenigstens einmal durch wenigstens eine der zeitweilig nicht beobachtbaren Feldflächen überstrichen wird. Wenn man mit Wechselstrom arbeitet, um das Vorliegen von Schmutzteilchen festzustellen, werden Störungen erheblich verringert, wenn das gesamte nicht beobachtbare Flächenfeld klein ist und wenn nur wenige Schmutzteilchen vorliegen. Dies erfordert ein relativ hohes Verhältnis der Dreh- zu den Nutationsgeschwindigkeiten, wodurch wiederum die Bandbreite von Signalen verkleinert wird.

Die Drehgeschwindigkeit könnte so ausgewählt werden, daß dieselbe nicht ein ganzes Mehrfaches der Nutationsgeschwindigkeit ist. und wenn die Beobachtungszeit mehr als einen vollständigen Nutationszyklus für die Beobachtung erlaubt, werden tote Flächen, d. h. Teile in dem gesamten Inspektionsfeld, die nicht durch wenigstens ein zweitweilig nicht beobachtbares Flächenfeld während irgendeines Nutationszyklus überstrichen werden, während eines anderen überstrichen werden. Dies ermöglicht wiederum relativ geringe Geschwindigkeitsverhaltnisse. Wenn das System jedoch so vorgesehen ist. daß ein vollständiges Überstreichen während eines Nutationszyklus mit Sicherheit erfolgen soll, dann muß das Geschwindigkeitsverhältnis der Drehbewegung zu der Nutation sehr groß sein. In jedem Fall wird dieses Verhältnis um so größer sein, je kleiner das nicht beobachtbare Flächenfeld ist.

Eine speicherartige Blende, wie in der F i g. 2 a gezeigt, führt zu einer rechtwinkligen Fläche, die zeitweilig nicht beobachtbar ist. und hat eine Länge gleich einem vollen Radius des zum jeweiligen Zeitpunkt vorliegenden Beobachtungsfeldes. Diese Blende wird bestimmte Flächen in dem Gesamtfeld nicht abgedeckt lassen, wenn sich das Geschwindigkeitsverhältnis auf 4: 1 beläuft. Das Abdecken oder Überstreichen des Gesamtfeldes 102 mittels einer derartigen Blende ist in der F i g. 2 c gezeigt, wobei die Pfeile verschiedene Lagen der Speiche wiedergeben, die das vorübergehend nicht beobachtbare Flächenfeld definieren. Die gestrichelten Flächen werden nicht durch dieses zeitweilig nicht beobachtbare Flächenfeld überstrichen, so daß in diesen gestrichelt gezeigten Flächen vorliegende Schmutzteilchen nicht das Licht modulieren. Eine Erhöhung der Meßgcschwindigkcit von z. B. auf ein Verhältnis von 5 : 1 führt dazu, daß diese inneren Flächen in Fortfall kommen.

Eine Doppelspeichenblende, wie in der F i g. 2 b gezeigt, führt zur Ausbildung einer Feldabdeckung oder Feldüberstreichung für das gleiche Geschwindigkeitsverhältnis 4:1, wie es in der Fi g. 2 d (gestrichcltes Feld) gezeigt ist. Die Kreislinie beschreibt den Laufweg eines Endes des zeitweilig nicht beobachtbaren Flächenfeldes bei dieser Doppelspeichentypc während eines Umlaufens der Blende, und die gestrichelte Linie gibt den Laufweg an dem anderen Ende wieder. Im Inneren des Feldes 102 liegen keine gestrichelten Flächen vor, und lediglich kleine Umfangsflächen werden nicht überstrichen. Bei Auswahl des gesamten Inspektionsfeldes in einer Größe, größer als der Boden der Flasche, kann auch hier wic-

ϊο derum der gesamte Boden überstrichen werden. Wenn man mehrere Nutationszyklen für die Feldüberstreichung vorsieht, ist eine weitere Verringerung in dem Geschwindigkeitsverhältnis möglich, wenn die Blcndengeschwindigkiet nicht ein ganzes Vielfaches der Nutationsgeschwindigkeit ist.

Es ist zu beachten, daß bezüglich der Doppelspeichenblende nach der F i g. 2 b die ringförmige Fläche des Gesamtfeldes längs des l.aufweges der Achse 25', u. h. bezüglich des Mittelpunktes des zum jeweiligen Zeitpunkt vorliegenden Beobachtungsfeldes durch das mittlere Teil der Speiche sowie durch äußere Lagen derselben während verschiedener Phasen überstrichen wird, so daß das Mittelteil in Fortfall kommen kann, und hierdurch ergibt sich die spezielle Konfiguration der in der Fig. 2 gezeigten Blende. Bei Erhöhen des Geschwindigkeitsverhältnisses auf 5 : 1 können die undurchsichtigen Flächen 48 kurzer gemacht werden, und/oder eine der undurchlässigen Flächen 48 kann sogar in Fortfall kommen, und trotzdem erhält man ein vollständiges Überstreichen bzw. Abdeckung.

Im allgemeinen, wie weiter oben angegeben, wird ein Schmutzteilchen relativ kleiner Größe zu einer Veränderung der Lichtintensität führen, wie sie in die Zelle aufgenommen wird, und dies entspricht einer Erhöhung der Intensität für eine Periode in dem Bereich (U+V)Il η bis {V-V)IIn. Die Zelle bildet sodann ein elektrisches Signal aus, das kennzeichnend für die durchschnittliche Strahlungsintensität ist, wie sie durch die Zelle während eines Nuta tionszyklus empfangen wird, und hierbei sind dre Komponenten überlagert. Hierbei handelt es sich er stens um Veränderungen in der durchschnittlichei Feldintensität des zum jeweiligen Zeitpunkt vorlie genden Betrachtungsfeldes während eines Nutations zyklus mit einer Frequenz V, zweitens um Verände rungen, bedingt durch Schmutzteilchen, »vodurcl sich Signale mit Frequenzen in diesen Bereichen er geben, und drittens um Störungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Feststellen von Verunreinigungen in durchsichtigen Behältern, insbesondere Flaschen, bestehend aus einer Lichtquelle, einem ersten überhalb der Behältermündung angeordneten optischen System, einem zweiten oberhalb des ersten Systems angeordneten optischen System, in dem eine Blende angeordnet ist, und einer Meßeinrichtung, wobei die beiden optischen Systeme mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten antreibbar sind, d a dutch gekennzeichnet, daß die Blende (44) im wesentlichen aus einer durchsichtigen Platte besteht, bei der eine im Verhältnis zur Gesamtfläche kleine Teilfläche undurchsichtig ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (44) eine schmale, radiale undurchsichtige Fläche aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (44) eine schmale, diametrale undurchsichtige Fläche aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (44) zwei sich gegenüberliegende undurchsichtige Flächen (48') aufweist.