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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gestaltvermessung von Gegenständen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 195 12 133 A1 ist eine Vorrichtung zur Erkennung der Kontur eines Flüssigkeitsbehälters bekannt, welche aus zwei zueinander parallel unter Belassung eines Zwischenraumes angeordneten Fresnel-Linsen, einer sich außerhalb des Zwischenraumes in der Brennebene der einen Linse befindlichen Lichtquelle und einer außerhalb des Zwischenraumes in der Brennebene der anderen Linse befindlichen Kamera besteht. Der auf einer Fördereinrichtung aufstehende Flüssigkeitsbehälter bewegt sich während des Erkennungsvorgangs durch den, von einem parallelen Strahlengang durchdrungenen Zwischenraum hindurch, wobei dessen Kontur aufgezeichnet und rechnerunterstützt einer Auswertung zwecks Erkennung zugeführt wird. Eine ähnliche Vorrichtung ist aus der
DE 10 2008 029 855 A1 bekannt. Nachdem hierbei stets ein Schattenbild des sich nicht um seine Achse drehenden Flüssigkeitsbehälters aufgezeichnet wird, dienen Vorrichtungen dieser Art lediglich der Erkennung dessen seitlichen Kantenprofils und nicht einer Querschnittsgestalt.
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Aus der
DE 695 25 195 T2 ist eine Vorrichtung zur Messung von Dimensionsparametern eines Flaschenhalses bekannt, welche aus einer Lichtquelle, einem auf die Darstellung eines parallelen Strahlenganges gerichteten optischen System, einer Kamera und einer, die zu vermessende Flasche innerhalb des parallelen Strahlenganges um ihre Längsachse drehenden Scheibe besteht. In der Eingangspupille der Kamera wird ein Schattenbild des Flaschenhalses abgebildet, und zwar nach Maßgabe der Drehung der Flasche in der Form mehrerer, zeitlich aufeinander folgender Bilder, welche einer Auswertung der Abmessungsparameter des Flaschenhalses insbesondere in peripherer Richtung zugrunde gelegt werden.
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Wesentlich für die drei vorstehend erwähnten, auf der Auswertung von Schattenbildern beruhenden Vorrichtungen ist, dass sich das zu vermessende bzw. zu prüfende Objekt in einem parallelen, durch vergleichsweise teure telezentrische Linsensysteme dargestellten Strahlengang befinden muss. Die Frontlinse eines solchen Linsensystems muss praktisch so groß wie das abzubildende Objekt selbst sein, so dass eine Parallelität der Hauptstrahlen des Strahlengangs zur optischen Achse und damit eine verzerrungsfreie Abbildung möglich ist. Hieraus folgt, dass die Größe des abzubildenden Objektes letztendlich durch die Größe der Frontlinse begrenzt ist. Eine Verwendung dieser Vorrichtungen beispielsweise bei Sternradmaschinen ist daher wenn überhaupt, dann nur sehr eingeschränkt möglich.
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Schließlich ist aus der
JP 61288108 A eine Vorrichtung zur Erkennung von Oberflächenanomalien einer Flasche wie z. B. Ausbrüchen oder dergleichen bekannt, bei welcher die Flasche aufrecht stehend um ihre vertikale Achse gedreht wird, wobei mittels eines Projektors ein konvergierender Strahlengang auf die genannte Oberfläche gerichtet wird und wobei der Durchmesser eines reflektierten Lichtflecks zwecks Erkennung von Abweichungen der Oberfläche von einer Sollform ausgewertet wird.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art zu konzipieren, welche flexibel bei der Gestaltvermessung von Gegenständen, z. B. von Hohlglasartikeln einsetzbar und insbesondere unter den räumlichen Bedingungen von Sternradmaschinen und vergleichbaren, bei der Herstellung dieser Artikel eingesetzten Drehstationen verwendbar ist. Die Vorrichtung soll sich ferner durch einen einfachen Aufbau auszeichnen und flexibel bei unterschiedlichen Gegenständen einsetzbar sein. Gelöst ist diese Aufgabe bei einer solchen Vorrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.
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Erfindungswesentlich ist, dass in Abkehr von dem eingangs vorgestellten Stand der Technik bei einer auf eine Prüfung von Abweichungen von einem Kreisquerschnitt gerichteten Vermessung, z. B. einer Ovalitätsprüfung eines während der Vermessung um seine Längsachse rotierenden Gegenstands, hier eines Hohlglasartikels kein, diesen einheitlich darstellendes telezentrisches Abbildungssystem, sondern im einfachsten Fall in dessen unmittelbarer Nähe lediglich zwei Bildaufnahmeköpfe benötigt werden, die dazu bestimmt sind, lediglich die Lage der seitlichen Kanten des Hohlglasartikels anhand deren Schattenlinien zu erkennen, insbesondere deren Lageänderungen in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Gegenstands. Die einander gegenüberliegenden Schattenlinien werden hierbei in einer Bildebene abgebildet, welche deren Lageänderung quantitativ erkennbar macht, wobei eine Auswerteeinheit zur Auswertung der gewonnenen Messergebnisse, zur Dokumentation sowie gegebenenfalls zur visuellen Darstellung vorgesehen ist. Aufgrund der vergleichsweise klein bauenden Bildaufnahmeköpfe ist eine effektive und unkomplizierte Nutzung des Verfahrens unter räumlich eingeschränkten Verhältnissen, bei Gegenständen unterschiedlicher Größe sowie bei Sternradmaschinen und anderen vergleichbaren Drehstationen im Rahmen der Herstellung z. B. von Hohlglasartikeln gegeben.
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Die genannten Schattenlinien werden jeweils in diskreten horizontalen Messebenen erfasst, wobei – entlang der Längsachse des Gegenstands gesehen – im einfachsten Fall lediglich eine, vorzugsweise jedoch mehrere, vertikal voneinander beabstandete Messebenen vorgesehen sind, so dass die auf diese Weise gewonnenen Informationen als repräsentativ für den zu vermessenden Gegenstand in seiner Gesamtheit sind.
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Erfindungswesentlich sind somit zwei Bildaufnahmeköpfe, deren jeweiliges Abbildungsvermögen auf die Darstellung der links- bzw. rechtsseitigen Schattenlinie der Kanten des zu vermessenden Gegenstands, insbesondere eines Hohlglasartikels beschränkt ist, und zwar jeweils zuzüglich einer durch eine eventuelle Ovalität bedingten seitlichen Auslenkung. Soweit es um die Erkennung einer Ovalität geht, müssen die beiden Bildaufnahmeköpfe einer Messebene somit nur dahingehend horizontal beabstandet positioniert sein, dass deren jeweilige Abbildungsbereiche die Schattenlinien zuzüglich deren während einer vollständigen Umdrehung zu erwartenden seitlichen Auslenkungen überdecken. Es entfallen somit aufwändige Justierungen.
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Die über die Bildaufnahmeköpfe jeweils einzeln erfassten Schattenlinien werden in der Bildebene einer zur gemeinsamen Darstellung der links- und rechtsseitigen Schattenlinen jeweils einer Messebene bestimmten Einrichtung zusammengefasst und in dieser Form einer Auswerteeinheit zugeleitet. Diese ist dazu bestimmt, die Lageänderungen der Schattenlinien in Abhängigkeit von der Rotation des Gegenstands zu erfassen und auszuwerten. Im allgemeinsten Fall sind die Bildaufnahmeköpfe, die genannte Einrichtung sowie die Auswerteeinheit als baulich getrennte Funktionseinheiten ausgebildet, so dass die Nutzung dieser Vorrichtung äußerst flexibel erfolgen kann, da deren Komponenten nach Maßgabe örtlich verfügbarer Unterbringungsverhältnisse räumlich verteilt positioniert werden können. Hieraus ergibt sich eine besondere Eignung der Vorrichtung bei Sternradmaschinen und vergleichbaren Drehstationen.
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In einer Drehstation einer Sternradmaschine können einem zu vermessenden Hohlglasartikel mehrere sich parallel zueinander und vertikal übereinander erstreckende Messebenen zugeordnet werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die unterschiedlichen Messebenen eines Hohlglasartikels in unterschiedlichen Drehstationen der Sternradmaschine einzurichten. Es sind dies Vorteile, die sich aus der geringen Baugröße der in unmittelbarer Nähe des Hohlglasartikels unterzubringenden Bildaufnahmeköpfe ergeben.
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Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 wird die genannte Einrichtung durch eine Kamera gebildet, in deren Bildebene die jeweiligen links- und rechtsseitigen Schattenlinien der Kanten des Gegenstands dargestellt werden. Eventuelle Änderungen der Schattenlinien während der Rotation des Gegenstands können somit ermittelt werden. In jedem Fall werden Änderungen des Durchmessermaßes des zu vermessenden Gegenstands während dessen Rotation erfasst und zur Erkennung einer eventuellen Ovalität benutzt. Die Kamera ist im allgemeinsten Fall als eine räumlich sowohl von den Bildaufnahmeköpfen als auch von der Auswerteeinheit baulich getrennte Funktionseinheit konzipiert.
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Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 bilden die Auswerteeinheit und die Kamera bzw. die eingangs genannte Einrichtung eine bauliche Einheit. Auf diesem Wege ergibt sich ein einfacherer Aufbau der Vorrichtung.
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Die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 sind auf eine weitere Ausgestaltung der Kamera gerichtet, welche hiernach als Zeilenkamera vorliegt. In deren Bildebene können die Schattenlinien unter Ausnutzung eines hohen Auflösevermögens positionsgenau dargestellt und einer weiteren Auswertung zugeführt werden. Erfindungsgemäß können die Schattenlinien aller Messebenen in einer Zeile dargestellt werden. Zeilenkameras sind mit einem hohen Auflösungsvermögen und einer hohen Abtastrate verfügbar und ermöglichen entsprechend präzise Messergebnisse.
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Regelmäßig wird eine Vermessung des Gegenstands in mehreren übereinander mit Abstand positionierten und zueinander parallelen Messebenen durchgeführt werden, wobei die Abstandsmaße der links- und rechtsseitigen Schattenlinien sämtlicher Messebenen in einer Zeile nebeneinander dargestellt und einer weiteren Auswertung zugeführt werden.
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Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 ist die Kamera eine Matrixkamera, wobei in analoger Weise wiederum die Abstandsmaße der links- und rechtsseitigen Schattenlinien sämtlicher Messebenen in einem Bildfeld abgebildet sind und einer Auswertung zugeführt werden.
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Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 ist jeder Messebene eine streifenförmige Lichtquelle zugeordnet. Diese Lichtquelle weist eine horizontale Breite auf, die derjenigen des zu vermessenden Gegenstands zuzüglich seitlicher, durch eine eventuelle Ovalität bedingter Abmessungsänderungen entspricht sowie eine vertikale Breite, die zur Darstellung einer die links- und rechtsseitigen Kanten des Gegenstands als Schattenlinien in den Eingangsoptiken der Bildaufnahmeköpfe ausreichend ist. Diese Art der Darstellung einer Lichtquelle erhöht die Flexibilität der Einsatzmöglichkeiten der Vorrichtung in vielen Stationen beispielsweise der Herstellung von Hohlglasartikeln. Diese Lichtquelle ist jeweils lediglich einer horizontalen Messebene zugeordnet, so dass für deren konstruktive Darstellung nur ein sehr eingeschränktes Bauvolumen benötigt wird.
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In weiterer Ausgestaltung dieses Prinzips kann die Beleuchtung des zu vermessenden Gegenstands in einer bzw. jeder Messebene auch durch zwei flächige Lichtquellen dargestellt werden, deren Größe, insbesondere horizontale Erstreckung dahingehend bemessen ist, dass jeweils links- und rechtsseitige Schattenlinien zuzüglich durch eine eventuelle Ovalität bedingter Abmessungsänderungen in den Eingangsoptiken der Bildaufnahmeköpfe abbildbar sind.
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Entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 8 und 9 stehen die Bildaufnahmeköpfe mit der genannten Einrichtung bzw. einer Kamera über Bildleiter in Verbindung, wobei die Anbindung der Auswerteeinheit an die Einrichtung bzw. die Kamera über eine Leitung erfolgt. Die Beschaffenheit der Bildleiter ist an die benutzte Aufnahmetechnik angepasst und ermöglicht eine lagegetreue Wiedergabe einer jeden erfassten Schattenlinie. Bildleiter sowie die genannte Leitung ermöglichen eine flexible Positionierung der genannten Komponenten unabhängig von örtlich eventuell eingeengten Einbauverhältnissen. Die technische Beschaffenheit der Bildleiter sowie der genannten Leitung sind entsprechend der Art der zu übertragenden Bildsignale gewählt, so dass Informationen betreffend das Messergebnis an nahezu beliebiger Stelle zur Verfügung gestellt werden können.
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Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 ist der Bildaufnahmekopf einschließlich des mit diesem in Verbindung stehenden Bildleiters nach Art eines flexiblen Endoskops ausgebildet. Über eine Eingangsoptik wird ein Bild der Schattenlinie auf das zugekehrte Ende eines Glasfaserbündels abgebildet und in dieser Form, nämlich als Lichtsignal der Bildebene der genannten Kamera zwecks weiterer Umsetzung übertragen. Ein digitales Bild wird somit erst in der Kamera gebildet.
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Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 11 hingegen ist der Bildaufnahmekopf als Videoendoskop ausgebildet, bei welchem über eine Eingangsoptik unmittelbar ein digitales Bild einer Schattenlinie erzeugt wird, wobei die so erzeugten Bilder zweier, gleichzeitig eine Kamerafunktion erfüllender Bildaufnahmeköpfe einer Messebene in einer Einrichtung zwecks Darstellung von Lageänderungen der Schattenlinien zusammengeführt werden, und wobei wiederum über eine Auswerteeinheit die Veränderung des Abstandsmaßes der Schattenlinien während einer vollständigen Umdrehung des Gegenstands erfasst und beispielsweise zwecks Erkennung einer Ovalität ausgewertet wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine Darstellung einer Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung einschließlich des Messobjekts;
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2 eine unterschiedliche Messebenen darstellende Seitenansicht des Messobjekts;
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3 eine teilweise Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung einschließlich einer Auswertung der gewonnenen Messwerte.
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Mit 1 ist in den Zeichnungsfiguren ein Hohlglasartikel, hier eine Flasche bezeichnet, dessen Umfangsgestalt zu prüfen ist und der während dieser Überprüfung um seine Längsachse 2 eine Rotationsbewegung ausführt.
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Zu diesem Zweck ist eine drehbare Unterlage 3 vorgesehen, die sich vor einer Anordnung von drei, sich horizontal sowie parallel und mit Abstand zueinander erstreckenden, streifenförmigen Lichtquellen 4, 5, 6 befindet. Diese untereinander gleich beschaffenen Lichtquellen 4, 5, 6 haben eine Längenerstreckung und sind relativ zu dem rotierenden Hohlglasartikel 1 dahingehend positioniert, dass sie seitlich beidseitig über diesen hinausragen. Sie bilden jeweils eine Messebene 4', 5', 6', in der in einer im Folgenden noch zu beschreibenden Weise eine Vermessung der Umfangsgestalt des Hohlglasartikels 1 stattfindet, wobei die dargestellte Anzahl von drei Messebenen lediglich beispielhaft zu verstehen ist, so dass nach den Anforderungen des Einzelfalls auch mehr oder weniger als drei Messebenen in Betracht kommen.
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Alternativ zu einer drehbaren Unterlage ist eine Rotation des Hohlglasartikels 1 auch derart darstellbar, dass dieser durch ein oder mehrere Rollenpaare gehalten und mittels eines Reibrades gedreht wird. In jedem Fall ist für den Hohlglasartikel eine solche Aufnahme vorgesehen, welche eine Rotation des Artikels um dessen Längsachse ermöglicht.
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In jeder Messebene 4', 5', 6', und zwar den Kanten des Hohlglasartikels 1 zugeordnet, befinden sich zwei Bildaufnahmeköpfe 7, 8, welche jeweils zur Erfassung des Schattenbildes der rechten bzw. linken Kante des Hohlglasartikels 1 bestimmt und eingerichtet sind. Beide Bildaufnahmeköpfe 7, 8 sind zu diesem Zweck mit einer Eingangsoptik 7', 8' ausgerüstet, durch welche die genannten Kanten auf dem Eintrittsfenster eines jeweiligen Bildleiter 9, 10, 11, 12, 13, 14 abgebildet und über diesen einer Zeilenkamera 15 zugeleitet werden, deren Objektiv 16 die Daten sämtlicher Messebenen 4', 5', 6' in der Bildebene eines Aufnahmechips 17, und zwar in einer Zeile nebeneinander abbildet.
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Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass die flächige Erfassung der Eingangsoptik eines jeden der beiden Bildaufnahmeköpfe 7, 8 auf die in der jeweiligen Messebene 4', 5', 6' einander gegenüberliegenden Kanten einschließlich deren zu erwartender Lageänderungen während einer vollständigen Umdrehung des Hohlglasartikels 1 beschränkt werden kann. In Abweichung von dem eingangs dargelegten Stand der Technik wird somit der zu vermessende Gegenstand nicht in seiner Gesamtheit abgebildet, sondern es findet eine Auswahl dessen wesentlicher Bildmerkmale statt.
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Im vorliegenden Fall, der durch drei Messebenen 4', 5', 6' gekennzeichnet ist, werden somit die Schattenlinien 18, 19, 18', 19', sowie 18'', 19'' der einander in diesen Ebenen gegenüberliegenden Kanten des zu vermessenden Gegenstands erfasst.
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Mittels der jeweils links- und rechtsseitigen Bildaufnahmeköpfe 7, 8 einer jeden der Messebenen 4', 5', 6' werden in der Zeile des Aufnahmechips 17 der Zeilenkamera 15 die momentanen Abstände x1 der Messebene 4', x2 der Messebene 5' und x3 der Messebene 6' zwischen den jeweiligen Schattenlinien 18, 19; 18', 19'' und 18'', 19'' der links- und rechtsseitigen Kanten abgebildet. Diese stehen in einer funktionalen Abhängigkeit von den aktuellen Durchmessermaßen des Hohlglasartikels 1 in der jeweiligen Drehwinkelstellung um dessen Längsachse 2.
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Infolge der Rotation des Hohlglasartikels 1 um seine Längsachse 2 können somit anhand der Änderungen der Abstände x1, x2, x3 örtliche Qualitäten bzw. Abweichungen von einer Kreisform, nämlich in den jeweiligen Messebenen 4', 5', 6' quantitativ und nach ihrer Winkellage erkannt und ausgewertet werden.
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Die Zeilenkamera 15 steht über eine Leitung 20 mit einer Auswerteeinheit 21 in Verbindung, mittels welcher eine Auswertung der über den Aufnahmechip 17 gewonnenen Daten durchgeführt wird, und zwar zwecks Visualisierung und Dokumentation der Messergebnisse für weitere betriebliche Umsetzungen. Die Auswerteeinheit 21 steht mit einem zeichnerisch nicht dargestellten, Drehwinkelinformationen betreffend die Rotation des zu vermessenden Gegenstands bzw.
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Hohlglasartikels 1 erfassenden und übertragenden Rotationsimpulsgeber in Verbindung. Sie kann ferner mit Mitteln zur Visualisierung des Messergebnisses ausgerüstet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hohlglasartikel
- 2
- Längsachse
- 3
- Unterlage
- 4
- Lichtquelle
- 4'
- Messebene
- 5
- Lichtquelle
- 5'
- Messebene
- 6
- Lichtquelle
- 6'
- Messebene
- 7
- Bildaufnahmekopf
- 7'
- Eingangsoptik
- 8
- Bildaufnahmekopf
- 8'
- Eingangsoptik
- 9
- Bildleiter
- 10
- Bildleiter
- 11
- Bildleiter
- 12
- Bildleiter
- 13
- Bildleiter
- 14
- Bildleiter
- 15
- Zeilenkamera
- 16
- Objektiv
- 17
- Aufnahmechip
- 18
- Schattenlinie
- 18'
- Schattenlinie
- 18''
- Schattenlinie
- 19
- Schattenlinie
- 19'
- Schattenlinie
- 19''
- Schattenlinie
- 20
- Leitung
- 21
- Auswerteeinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19512133 A1 [0002]
- DE 102008029855 A1 [0002]
- DE 69525195 T2 [0003]
- JP 61288108 A [0005]
