DE2402595C3 - Vorrichtung zur Messung der Dicke eines Gegenstandes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Dicke eines Gegenstandes aus dielektrischem Material mit einem Hochfrequenzgenerator, der ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld erzeugt, mit einer Vorrichtung, um den Gegenstand in das Feld vor eine Sonde zu bringen, wobei die in der Sonde erzeugte Spannung eine nichtlineare Anzeige der Dicke des S Gegenstandes darstellt, der sich direkt vor der Sonde befindet, mit einer Schaltung zur Erzeugung einer kompensierten Referenzspannung während der Zeiträume, in denen kein Gegenstand dem Feld ausgesetzt ist und die auf einem konstanten Wert während der Zeit

ίο gehalten wird, in der der Gegenstand sich in MeSposition befindet, mit einer Summierschaltung, die zum Summieren der in der Sonde erzeugten Spannung und der kompensierten Referenzspannung angeschlossen ist, um eine der Dicke entsprechende Spannung zu

is erzeugen, mit einer Vergleichsschaltung, die zum Vergleich dieser Spannung mit einer vorgewählten Spannung angeschlossen ist, um ein Auswerfsignal zu liefern, wenn die Dicke des Gegenstandes unter einer vorgewählten Dicke liegt, und mit einem Auswerfsteu ermechanismus, der durch das Auswerfsignal zum Auswerfen der Gegenstände ausgelöst wird.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der deutschen Patentanmeldung P 22 06 409, die dem US-Patent 37 08 064 entspricht, bekannt Dieses Meßgerät bei dem

zs die Dicke eines Gegenstandes aus dielektrischem Material insbesondere eines Glasgegenstandes dadurch gemessen wird, daß die durch diesen Dielektrikum erzeugte Veränderung eines Hochfrequenzfeldes vermittels einer Sonde erfaßt wird, hat sich bewährt um festzustellen, ob ein Glasgegenstand eine gewisse Mindestdicke aufweist. Entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen, die an die Festigkeit eines Glasgegenstandes gestellt werden, sol! die Mindestdikke, die der Glasgegenstand aufweisen muß, auf unterschiedliche Werte eingestellt werden können. Jedoch besitzt das obengenannte Meßgerät eine Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Dicke des Glasgegenstandes, die nicht linear ist. Dies hat zu Problemen bei der Kalibrierung des Meßgerätes bei dem raschen Wechsel von einem Auswerfpegel zu einem anderen geführt.

Demgemäß ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung zu schaffen, die die nichtlineare Dicke-Spannungsausgangskurve dieses bekannten Meßgerätes linearisiert

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Operationsverstärker mit einem Rückkopplungswiderstand zwischen seinem Eingang und Ausgang, wobei der Verstärker mit der Summierschaltung über eine ihren Widerstand automatisch in Abhängigkeit der Ausgangsspannung der Summierschaltung ändernde Schaltung verbunden ist wobei der kleinste Widerstandswert dieser Schaltung größer als der Wert des Rückkopplungswiderstandes ist und durch Mittel zu Invertierung der Spannung am Ausgang des Verstärkers zum Anschluß an die Vergleichsschaltung.

Diese Erfindung ist eine Verbesserung bei Meßgeräten, die Gegenstände aus dielektrischem Material nach ihrer Dicke durch Messung der Spannungsabschwä chung eines Hochfrequenzfeldes, das durch den Gegenstand verläuft sortiert Bei diesen bekannten Meßgeräten wird eine nichtlineare Signalspannung für die Gegenstandsdicke durch Subtraktion eines kompensierten Referenzsignals, das sich als Messung des Feldsignals, bei abwesendem Gegenstand ergibt von dem bei anwesendem Gegenstand empfangenden Signal erzeugt. Erfindungsgemäß arbeitet ein erster Operationsverstärker zur Subtraktion des kompensier-

ten Referenzsignals von dem nichtlinearen, bei Anwesenheit eines Gegenstandes empfangenen Signal. Dies ergibt eine nichtlineare Spannung, die ein Maß für die Gegenstandsdicke ist Die Dickenspannung wird einem zweiten Operationsverstärker durch eine Schaltungsvorrichtung zugeführt, die zur automatischen Veränderung des Eingangswiderstandes des zweiten Operationsverstärkers als Funktion der Dickenspannung dient Der Widerstandwert der Schaltungsvorrichtung ist immer größer als der Wert eines Rückkopplungs-Widerstandes, der zwischen dem Eingangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers, der die Ausgangsgröße der Schaltungsvorrichtung empfängt, und dem Ausgangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers angeschlossen ist Der Ausgang des zweiten Operations-Verstärkers ist mit dem Eingang eines dritten Operationsverstärkers verbunden. Die Ausgangsgröße des dritten Operationsverstärkers ist eine lineare Spannung, die ein Maß für die Artikeldicke darstellt und zum Vergleich mit einem Minimalspannungspegel benutzt wird, um die Entscheidung über Annahme und Auswerfen durchzuführen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspriichen.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist anhand der folgenden Zeichnungen erklärt und dargestellt:

Fig. 1 zeigt eint Darstellung der Dicke gegenüber der Spannung mit Darstellung der gewünschten linearen Ausgangskurve und der tatsächlichen nichtlinearen Ausgangskurve;

F i g. 2 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm des Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung; und

F i g. 3 zeigt eine mit F i g. 1 identische Darstellung, in der weiterhin eine Kurve enthalten ist, die die Absenkung der tatsächlichen, nichtlinearen Ausgangskurve darstellt, die erforderlich ist, um das bekannte Dicke-Meßgerät zu kalibrieren.

Die US-PS 3708064 von Schepler, die der deutschen Patentanmeldung 22 06 406 entspricht, zeigt ein Gerät zur Untersuchung dielektrischer Teile. Insbesondere wird dort ein Hochfrequenzmeßgerät gezeigt, das zur Messung der Dicke von Glasflaschen benutzt werden kann. Dieses bekannte Meßgerät ist weit verbreitet und ein nützliches und bedeutendes Hilfsmittel der Qualitätskontrolle bei der Herstellung von Glasgefäßen. Wie die Betriebserfahrung gezeigt hat, ist die Ausgangsspannung des Gerätes nicht linear abhängig von der gemessenen Glasdicke. Dies hat jedoch die Eignung des Meßgerätes zur ordnungsgemäßen Arbeitsweise nicht beeinträchtigt, vielmehr hat es so sich als wertvolles Hilfsmittel erwiesen. Jedoch hat es Wechsel des Auswerfpegels während des Betriebes nicht zugelassen. Das heißt, wenn das Meßgerät einmal für eine bestimmte Glasdicke als defekt- bzw. Auswerfpegel kalibiert ist, kann ein weiterer Dickepegel zum Auswerfen nicht schnell gewählt werden. Es ist notwending, die komplette Kalibrierung des Meßgerä Meßgeräten, für die neue Glasdicke vorzunehmen, bevor es in diesem Betriebszustand arbeiten kann. Es hat sich daher als schwierig erwiesen, den Pegel zu ändern, bei dem ein Glasgefäß während eines Produktionsvorganges als defekt betrachtet wird. Wenn es erforderlich war, während einer bestimmten Produktionsdauer die Herstellungsqualität dadurch zu verbessern, daß Behälter mit größerer Seitenwanddicke ausgeworfen werden als zuvor als Defektpegel gewählt war, so mußte das Meßgerät aus dem Produktionsgang genommen werden, während eine Kalibrierung fur den neuen Pegel vorgenommen wurde. Die Kurven in F i g. 1 zeigen die gemäß dem bekannten Meßgerät vorliegende Situation. Dieses Meßgerät ist so ausgebildet daß eine Glasstärke von 234 mm durch eine Spannung von 7 Volt dargestellt wird. Theoretisch sollte ein lineares Anwachsen der Spannung mit der Dicke bestehen von null Volt bei der Dicke null bis auf 7 Volt bei der Dicke 234 mm. Diese theoretische Kurve ist durch die Kurve A in F i g. 1 dargestellt Es hat sich jedoch gezeigt, daß die tatsächliche Volt/Dickebeziehung der Kurve Cin F i g. 1 entspricht Es ist zu ersehen, daß die Kurve C beträchtlich von der Kurve A abweicht insbesondere im mittleren Dickebereich von etwa 0,75 mm bis 2 mm während die Kurve C und die Kurve A bei dem Maximalwert von 2,54 mm Dicke und 7 Volt übereinstimmen. Es ist zu bemerken, daß das Ende bei 2,54 mm bei einer willkürlichen Zahl liegt Dieser Wert wird durch die Gegebenheiten der kommerziellen Dicke von Glasbehältern gegeben. Es ist äußerst ungebräuchlich, Glasgefäße als zu dünn auszuwerfen, die eine so hohe minimale Seitenwanddicke von 2,54 mm besitzen. Tatsächlich liegt der gewöhnlich akzeptierte Bereich der minimalen Seitenwanddicke für Glasgefäße im Bereich von 1 - 2 mm.

Gemäß F i g. 2 wird zunächst das gesamte System als Ganzes beschrieben. Sodann werden die Details der Linearisierungsschaltung erläutert. Ein Hochfrequenzsignal wird durch einen Generator 10 erzeugt der mit einer leitenden Hülse 12 verbunden ist die eine Hochfrequenzantenne bildet Das Hochfrequenzsignal kann in der Größenordnung 13.560.000 Hz liegen, um ein Hochfrequenzfeld zu erzeugen, daß sich von der Vorderseite der Antenne 12 in den Bereich der Seitenwand eines zu messenden Behälters B erstreckt. Dieses Feld hat eine bestimmte Stärke und Form in Abhängigkeit von dem Dielektrikum des vor der Antenne 12 angeordneten Materials. Wenn ein Behälter B in die Untersuchungsstation bewegt wird, wird das Feld in einem gewissen Maße verzerrt, die Feldstärke ändert sich und die Amplitude des Hochfrequenzsignals, das in einer Sonde induziert wird, ändert sich in Abhängigkeit von der Dicke des dielektrischen Materials vor der Antenne 12. Die Größe der Spannung, die in der Sonde 14, die koaxial in der Antenne 12 angeordnet ist, erzeugt wird, ändert sich im wesentlichen mit den Dickeänderungen des zu messenden Glases.

An diesem Punkt ist zu bemerken, daß die Schaltung gemäß Fig. 2 eine Schaltung für einen einzigen Untersuchungskanal ist. Das heißt, die Schaltung gemäß F i g. 2 untersucht im wesentlichen nur einen vertikalen Bereich des Behälters B um dessen Umfang herum, wenn der Behälter B vor der Antenne 12 gedreht wird. Die Schaltung gemäß F i g. 2 kann jedoch mehrfach, falls dies erforderlich ist, vorgesehen werden, um Messungen an mehreren, über die Höhe des Behälters B verteilten Stellen zu erhalten. Zusätzlich sind in übliche;· Weise die Stromversorgungen der aktiven Elemente der in F i g. 2 dargestellten Schaltung aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit weggelassen. Die Angabe bestimmter Operationsspannungspegel und Vorzeichen erfolgt nur zur Illustrierung eines Ausführungsbeispieles. Diese Spannungen und Spannungsvorzeichen sind lediglich als Beispiele und nicht als Einschränkungen der Erfindung zu betrachten.

Ein Verstärker 16 ist zum Empfang der Ausgangsgröße der Sonde 14 vorgesehen und liefert als Ausgang eine

Gleichspannung, deren Amplitude von der Amplitude des von der Sonde 14 empfangenen Hochfrequenzeingangssignals abhängt. Der Ausgang des Verstärkers 16 ist mit dem Eingang einer elektronischen Vorrichtung 18 zur Erzeugung eines linearen Dickesignals mit einer geeigneten elektrischen Leitung 17 verbunden. Die elektronische Vorrichtung 18 ist mit dem Eingang einer integrierschaltung 20 über einen Schalter 22 verbunden. Der Schalter 22 ist nur während solcher Perioden geschlossen, in denen die Dicke eines Behälters B nicht gemessen wird. Die Kombination der elektronischen Vorrichtung 18 und Integrierschaltung 20 erlaubt die Erzeugung einer Referenzspannung, die die Glasdicke null anzeigt. Diese Referenzspannung enthält alle Änderungen, die in externe, an der Maschine montierten Teilen des Systems auftreten können oder durch Umwelteffekte, welche die durch das System erzeugten Spannungspegel verändern können, wie Umgebungstemperatur, relative Feuchtigkeit, Schmutzansammlung an der Antenne 12 oder der Sonde 14, oder Wechsel in der Anordnung der Sonde 14 selbst. Wenn das System ein Signal verarbeitet, wenn Glas vor der Sonde 14 steht, kann die automatisch kompensierte Referenzspannung als Referenz benutzt werden und kann mit der Eingangsspannung verglichen werden, um es der elektronischen Vorrichtung 18 zu ermöglichen, eine Dickespannung vorzusehen, die ein genaues lineares Maß der Dicke des vor der Sonde 14 stehenden Glases ist. Zusätzlich wird die automatisch kompensierte Referenzspannung außerdem dazu benutzt, eine automatisch kompensierte Auswerfreferenzspannung zu erzeugen. Die Referenzspannung erscheint von der Integrierschaltung 20 auf elektrischen Leitungen 23 und 24. Ein Potentiometer 26 mit einem verstellbaren Abgriff 25 ist mit der Integrierschaltung durch die elektrische Leitung 24 verbunden. Eine Verstellung des Abgriffs 25 ermöglicht die Auswahl eines Auswerfpegels, das einer akzeptablen minimalen Glasdicke entspricht, beispielsweise einem Wert von 1 mm. Da die an das Potentiometer 26 angelegte Spannung automatisch kompensiert wird, wird auch die von der Anzapfung 25 entnommene Auswerfreferenzspannung automatisch kompensiert. Schließlich dienen zwei Komparatorschaltungen 28 und 29 als Vorrichtungen zum Vergleichen der Ausgangsgröße der elektronisehen Vorrichtung 18 mit der Auswerf referenzspannung zur Erzeugung eines Auswerfsignals, wenn die Dicke des Gegenstandes unter einer minimalen akzeptablen Dicke liegt, die durch die Größe der Auswerfreferenzspannung eingestellt ist. Diese Funktion bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Wenn ein defekter Behälter B festgestellt ist, erscheint eine Ausgangsgröße von der zweiten Komparatorschal- tung 29 auf der elektrischen Ausgangsleitung 30. Dieses Auswerfsignal wird direkt einem Auswerfsteuermecha- nismus 32 zugeführt, der den defekten Behälter B entfernt

Die erste Stufe der elektronsichen Vorrichtung 18 besteht aus einem summierenden Operationsverstärker 34. Das verstärkte Signal von der Sonde 14 wird durch die Leitung 17 und einen ersten Eingangsserienwiderstand 36 dem negativen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 34 zugeführt Die kompensierte Referenzspannung wird durch die Leitung 23 und einen zweiten Eingangsserienwiderstand 38 dem positiven Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 34 zugeführt Ein fester Rückkopplungswiderstand 40 ist zwischen einem Ausgangsanschluß 42 des Operationsverstärkers 34 und dem negativen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 34 vorgesehen. Ein variabler Widerstand 43 ist in Serie mit dem festen Widerstand 40 verbunden. Der variable Widerstand 43 wird zu später zu erläuternden Kalibrierungszwecken benutzt. Die Ausgangsgröße des Operationsverstärkers 34, die an dem Ausgangsanschluß 42 erscheint, ist die Summe der kompensierten Referenzspannung und der durch die Sonde 14 abgetasteten Spannung. Diese Spannung ist ein genaues Maß der Dicke eines Behälters B vor der Sonde 14 und folgt im wesentlichen der Kurve C in Fig. 1. Dies ist die nichtlineare Ausgangs-Dickenanzeige, die als Ausgangsspannung bei dem bekannten Meßgerät benutzt wird. Der Ausgangsanschluß 42 des Operationsverstärkers 34 ist mit einem negativen Eingangsanschluß 44 eines zweiten Operationsverstärkers 45 verbunden. Der zweite Operationsverstärker 45 wird als Spannungsreduzierer oder Verstärker zur Reduzierung der Größe der Spannung der Kurve C benutzt, um die Werte der idealen Kurve A in F i g. 1 zu erreichen. Es ist wünschenswert, die nichtlineare Ausgangsspannung, die durch die Kurve C dargestellt ist, in Übereinstimmung mit dem Anstiegswinkel einer vorgewählten linearen Spannung/Dicke-Beziehung gemäß Kurve A zu bringen. Zwischen dem Ausgangsanschluß 42 und dem Eingangsanschluß 44 ist eine Schaltungsvorrichtung 46 zur automatischen Veränderung des Eingangswiderstandes des zweiten Operationsverstärkers 45 in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des ersten Operationsverstärkers 34 vorgesehen. Die Schaltungsvorrichtung 46 besteht aus drei parallelen Zweigen, die dann zwischen den Anschlüssen 42 und 44 in Serie verbunden sind. Ein Zweig enthält einen einzigen festen Widerstand 48. Parallel zu dem ersten festen Widerstand 48 ist eine erste Zenerdiode 50 angeordnet. Ein zweiter fester Widerstand 51 ist in Serie mit der ersten Zenerdiode 50 angeschlossen. Parallel zu der ersten Zenerdiode 50 ist eine zweite Zenerdiode 52 angeschlossen. Ein dritter fester Widerstand 53 ist in Serie mit der zweiten Zenerdiode 52 angeschlossen. Zum vollständigen Verständnis der Funktion der Schaltungsvorrichtung 46 ist es notwendig, die Kurven A und C gemäß Fi g. 1 zu beachten. Es ist festzustellen, daß die Kurve C im wesentlichen linear ist von einer Glasdicke von annähernd null bis zu einer Glasdicke von annähernd 1 mm. Die Kurve Cist jedoch gegenüber der idealen Kurve A, die den gewünschten Ausgang der Schaltungsvorrichtung 18 darstellt, versetzt Daher ist der zweite Operationsverstärker 45 tatsächlich als Spannungsreduzierer und nicht als Spannungsverstärker konstruiert Der Faktor, um den alle eine Glasdicke repräsentierenden Spannungen zwischen null und 1 mm reduziert werden müssen, beträgt etwa 1,4. Der feste Widerstand 48 ist daher so gewählt, daß er einen Festwiderstandseingang zum zweiten Operationsverstärker 45 im Bereich einer Glasdicke von null bis 1 mm ergibt Ein fester Rückkopplungswiderstand 54 ist zwischen dem Eingangsanschluß 44 des zweiten Operationsverstärkers 45 und dem AusgangsanschluB 56 des Operationsverstärkers 45 angeschlossen. Die Kombination des Rückkopplungswiderstandes 54 und des festen Eingangswiderstandes 48 bestimmt ir bekannter Weise die Überallesverstärkung des zweiter Operationsverstärkers 45. Wenn der Eingangswider stand größer ist als der Rückkopplungswiderstand arbeitet der Operationsverstärker als Spannungsredu zierer. Dies trifft im vorliegenden Falle zu. Der fes« Widerstand 48 hat einen größeren Widerstandswert al

der Rückkopplungswiderstand 54. Daher wird im Dickebereich von null bis etwa 1 mm die Ausgangsspannung des ersten Operationsverstärkers 54, die ein Maß der Dicke des Glasbehälters B ist, um einen passenden Faktor von etwa 1,4 reduziert, wodurch der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 45 eine Spannung ergibt, die mit der idealen Kurve A zusammenfällt. Ein Dickepegel von etwa 1 mm entspricht einer Ausgangsspannung des ersten Operationsverstärkers 34 von etwa 3,9 Volt. Solange die Spannung unter 3,9 Volt liegt, ist der Widerstand der Zenerdioden 50 und 52 sehr hoch. Es ist bekannt, daß Zenerdioden Vorrichtungen sind, die so lange einen hohen Widerstand besitzen, als ihr Schwellenspannungswert nicht überschritten wird, und die, wenn ihr Schwellenspannungswert überschritten wird, leitend werden und schließlich einen Zustand erreichen, in dem an ihnen eine konstante Spannung liegt. Es ist bekannt, daß die Reihenschaltung Widerstand-Zenerdioden so dimensioniert werden kann, daß bei Betrieb der Zenerdiode im Bereich konstanter Spannung an ihr der Gesamtwiderstand relativ konstant bleibt. Es ist ebenfalls bekannt, daß jede bestimmte Zenerdiode eine Kennlinienfamilie besitzt, die vom Eingangsstrom der Zenerdiode abhängt. In diesem besonderen Falle sind die beiden Zenerdioden 50 und 52 so ausgesucht, daß ihre Kennlinien oder wenigstens der Knick der Kennlinien invers zu bestimmten Gebieten der nichtlinearen Spannungs/Dickekurve C sind. Wenn der 3,9-Volt-Pegel überschritten wird, d. h. wenn das Glas dicker wird, beginnt die Zenerdiode 50 zu leiten. Während der ersten Stufen des Leitens ändert sich der Widerstand der Zenerdiode 50 in nichtlinearer Weise. In diesem besonderen Falle ist die Widerstandsänderung der Zenerdiode 50 während des ersten Abschnittes des Leitens so ausgesucht, daß sie im wesentlichen invers zu dem Teil der Kurve C ist, der zwischen 1 und 1,5 mm liegt, also etwa zwischen 3,9 Volt und 5,4 Volt. Bei

5.4 Volt ist die Zenerdiode 50 voll leitend und läßt keine weitere Änderung des Gesamtwiderstandes der Reihenschaltung Widerstard-Zenerdiode zu. Solange jedoch die Spannung zwischen 3,9 und 5,4 Volt liegt, ändert sich der Widerstand der Zenerdiode 50 in nichtlinearer Weise, wodurch der effektive Eingang des zweiten Operationsverstärkers 45 in nichtlinearer Weise geändert wird, wodurch wiederum die Kurve C so weit abgesenkt wird, daß sie mit der idealen Kurve A in diesem Bereich zusammenfällt Der feste Widerstand 51, der in Serie mit der Zenerdiode 50 liegt, dient auch zur Begrenzung des Stromes durch die Zenerdiode 50. Bei

1.5 mm Glasdicke ist der effektive Eingangswiderstand des zweiten Operationsverstärkers 45 daher der resultierende Wert aus der Parallelkombination des ersten festen Widerstandes 48 mit der Reihenschaltung aus dem zweiten festen Widerstand 51 und dem Widerstand der Zenerdiode 50. Dies ist ein korrekter Zustand, da bei 1,5 mm die am Ausgangsanschluß 42 des ersten Operationsverstärkers 34 erzeugte Spannung um einen festen Betrag nach unten korrigiert sein kann, um sie von der tatsächlichen Kurve Cauf die ideale Kurve A zu bringen. Die zweite Zenerdiode 52 ist nichtleitend, bis ein Wert von etwa 5,4VoIt erreicht ist Es ist zu beachten, daß die tatsächliche Einschaltspannung der Zenerdioden 50 und 52 sich im Betrieb etwas überlappen. Dies ist jedoch kein kritischer Faktor und kann für die Zwecke der theoretischen Erläuterung des Betriebs der Schaltung vernachlässigt werden. Bei etwa 5,4 Volt beginnt die Zenerdiode 52 zu leiten. Wie es auch schon bei der Zenerdiode 50 der Fall war, ändert die Zenerdiode 52 ihren effektiven Widerstand in nichtlinearer Weise zwischen den Spannungspegeln von etwa

5.4 und 6,1 Volt, entsprechend den Glasstärken von etwa 1,5 und etwa 1,8 mm. Hierdurch wiederum wird in nichtlinearer Weise der Eingangswiderstand des zweiten Operationsverstärkers 45 so justiert, daß er wieder die Werte der Kurve Cauf die Werte der idealen Kurve A absenkt, wodurch ein linearer Ausgang am zweiten Operationsverstärker 45 erhalten wird. Der dritte feste

ίο Widerstand 53 dient wiederum auch als Strombegrenzungswiderstand der zweiten Zenerdiode 52. Bei 1,9 mm Glasstärke oder einem Spannungspegel von etwa 6,1 Volt am Ausgang des ersten Operationsverstärkers 34 wird die Zenerdiode 52 voll leitend. Der effektive Gesamteingangswiderstand des zweiten Operationsverstärkers 45 ist daher der resultierende Wert aus der Parallelschaltung des ersten festen Widerstandes 48 mit der Reihenschaltung aus festem Widerstand 51 und der Zenerdiode 50 und der Reihenschaltung aus festem Widerstand 53 und der zweiten Zenerdiode 52.

Wie schon oben erwähnt, liegt die normale Betriebsgrenze dieser Vorrichtung bei einer Glasstärke von

2.5 mm entsprechend einer Ausgangsspannung von etwa 7 Volt. Für praktische kommerzielle Anwendungen wird das gezeigte System jedoch so ausgelegt daß nur Glaswanddicken von nicht mehr als 1,9 mm gemessen werden. Kommerzielle Befrachtungen ergeben, daß es außerordentlich ungewöhnlich wäre, Glasbehälter auszuwerfen, deren Glaswanddicke größer ist als 1,9 mm. Es dürfte jedoch einleuchten, daß der Rest des Bereiches von 1,9 bis 2,5 mm auf einfache Weise von der Kurve C auf die Kurve A linearisiert werden kann durch Hinzufügung weiterer paralleler Zenerdioden in Kombination mit festen Widerständen.

Zusätzlich kann die zweite Zenerdiode 52 und der dritte feste Widerstand 53 in einigen Fällen weggelassen werden. Die Beachtung tatsächlicher kommerzieller Bedingungen ergibt wiederum, daß 1,5 mm tatsächliche Glasdicke eine ausreichende obere Grenze für den befriedigenden Betrieb des Meßgerätes ist Die zweite Zenerdiode 52 und der dritte feste Widerstand 53 können daher als hilfsweise oder zusätzlich betrachtet werden und können wahlweise benutzt werden oder auch nicht, abhängig von besonderen Anforderungen, denen das Hochfrequenzdickemeßgerät genügen soll. Nach Durchlaufen durch den zweiten Operationsverstärker 45 erscheint das tatsächliche Dickesignal am Ausgangsanschluß 56 des zweiten Operationsverstärkers 45 als im wesentlichen lineares Signal, das der idealen Kurve A gemäß F i g. 1 folgt Das Durchlaufen des zweiten Operationsverstärkers 45 hat eine Invertierung des Spannungsvorzeichens erzeugt, die korrigiert werden muß, da der Rest der Schaltung mit einem Spannungsvorzeichen arbeitet, das demjenigen entspricht, das am Ausgang des ersten Operationsverstärkers 34 vorliegt Daher ist ein dritter Operationsverstärker 58 als einfacher Invertierverstärker vorgesehen. Das Dickesignal wird vom Ausgangsanschluß 56 Ober einen festen Eingangswiderstand 60 auf den negativen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 58 fibertragen. Ein fester Rückkopplungswiderstand 62 ist zwischen dem negativen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 58 und dessen Ausgangsanschluß 63 angeschlossea Die Werte der Widerstände 60 und 62 sind identisch, so daß durch den Operationsverstärker 58 die Verstärkung eins erfolgt Er arbeitet einfach als invertierender Operationsverstärker zur Erzeugung des richtigen Spannungsvorzeichens des Signals, das dann

den beiden Vergleicherschaltungen 28 und 29 zur weiteren Signalverarbeitung zugeführt wird. Die positiven Eingangsanschlüsse der beiden Operationsverstärker 45 und 58 sind mit Masse verbunden.

Die Kalibrierung der beschriebenen Vorrichtung ist ein einfacher Vorgang, der nur einmal während der ursprünglichen Einstellung der Vorrichtung erfolgen muß. Glasbehälter B mit unterschiedlicher Wandstärke können nach verschiedenen minimalen Wandstärken sortiert werden durch einfache Justierung der Einstellung der Anzapfung 25 des Potentiometers 26. Das Einstellverfahren umfaßt hauptsächlich die folgenden Schritte. Das Potentiometer 26 kann normalerweise ein Typ mit zehn Umdrehungen sein, so daß jede Umdrehung 0,25 mm Glasstärke entspricht. Daher wird das Potentiometer 26 so justiert, daß die Anzapfung 25 einen bestimmten, gewünschten Dickepegel zeigt, bei dem ein Behälter B auszuwerfen ist. Normalerweise wird bei dem Kalibriervorgang ein Mikroskop-Glasplättchen von bekannter Dicke anstelle eines Glasbehälters B aus Gründen der Einfachheit benutzt. Der Mikroskopobjektträger, dessen Dicke bekannt ist, wird vor der Sonde 14 angeordnet, so daß in der Sonde 14 eine die Dicke des Mikroskopobjektträgers repräsentierende Spannung induziert wird. Das Potentiometer 26 2s wird auf einen Pegel gestellt, der der bekannten Dicke des Mikroskopobjektträgers entspricht. Dann wird der variable Widerstand 43 in der Rückkopplungsschleife um den ersten Operationsverstärker 34 justiert, bis die am Ausgang des Ausgangsanschlusses 63 gemessene Spannung des dritten Operationsverstärkers 58 der Spannung an der Anzapfung 25 des Potentiometers 26 entspricht Dieser Vorgang kann mittels eines getrennten oder im Meßgerät eingebauten Spannungsmeßgerätes, das nur während der Kalibrierung eingeschaltet ist, erfolgen. Wenn das Gerät auf diese Weise kalibriert ist, kann die Anzapfung 25 des Potentiometers 26 beliebig auf verschiedene Dicken eingestellt werden, bei denen ein Auswerfen erwünscht ist Das Meßgerät wird dann in richtiger Weise reagieren. Dieser Vorgang unterscheidet sich von demjenigen, der bei dem aus der deutschen Patentanmeiung P 22 06 409 bekannten Meßgerät erfolgen muß. Hierbei muß berücksichtigt werden, daß der beschriebene Vorgang erfordert, daß die Ausgangsspannung des dritten Operationsverstärkers 58 der idealen Kurve A gemäß Fig. 1 folgt, was, wie bereits erläutert, tatsächlich der Fall ist Die Ausgangsspannung des bekannten Meßgerätes folgt der Kurve C gemäß F i g. 1 und war die Spannung am Ausgangsanschluß 42 des ersten Operationsverstärkers 34. In diesem Falle sei angenommen, der gewünschte Auswerfpegel sei 1,25 mm. In diesem Falle war es zunächst erforderlich, eine Probe mit einer Dicke von etwa 1,25 mm zu finden. Diese wurde dann vor der Sonde 14 angeordnet und das Poteniometer 26 auf einen Pegel von 1,25 mm eingestellt. Dann konnte der variable Widerstand 43 justiert werden, bis die Ausgangsspannung am Anschluß 42 der am Potentiometer 26 eingestellten Ausgangsspannung entsprach. Jedoch veränderte eine Justierung des variablen Widerstandes 43 die Kurve C, bis sie sich mit der Kurve A an dem am Potentiometer 26 eingestellten Punkt schnitt. Dies war der Fall· da das Potentiometer 26 eine im wesentlichen lineare Vorrichtung ist, und da die Einstellung des Potentiometers 26 voraussetzt, daß die Kurve A die Ausgangskurve ist, der die Dickespannung folgt, Dies ist am besten in F i g. 3 zu ersehen, wo die Ausgangskurve CaIs so weit abgesenkte Kurve C'dargestellt ist, daß sie die tatsächliche erforderliche Auswerfspannung bei 1,25 mm schneidet. Es ist leicht zu sehen, daß die Kurve C", die durch Verstellung des variablen Widerstandes 43 erhalten wird, mit der idealen Kurve A nur in einem sehr geringen Glasdickebereich zwischen etwa 1,15 und I35 mm übereinstimmt Bei Glasdicken außerhalb dieses engen Bereiches stimmen die Kurve C" und die Kurve A nicht überein. Wenn man daher versucht, den durch Verstellen des Poteniometers 26 gesteuerten Auswerfpegel auf einen Wert von beispielsweise 1,8 mm zu setzen, so entspricht die Spannung, bei der ein Behälter ausgeworfen wird, der idealen Kurve A, der das Potentiometer 26 folgt, Bei 1,8 mm läge daher der Auswerfspannungspegel bei etwa 4,9 Volt, wie er durch das Potentiometer 26 und die ideale Kurve A gegeben ist Bei 1,8 mm ergibt jedoch die abgesenkte bzw. kompensierte Kurve C" tatsächlich einen Wert von nur etwa 4 Volt Die Kurve C" erreicht niemals den Wert von +,9 Volt in diesem Beispiel, und das Meßgerät würde jeden vorgelegten Behälter als unterhalb einer Minimaldicke von 1,8 mm liegend zurückweisen, da der Dickespannungspegel niemals den Punkt erreicht der anzeigt, daß ein Behälter 1,8 mm dick ist. Bei der mit der Schaltung der vorliegenden Erfindung linearisierten Ausgangsspannung ergibt eine Justierung des Potentiometers 43 nur eine Verschiebung der Ausgangsspannung des dritten Operationsverstärkers 58, die linear ist, so daß sie mit der idealen Kurve A übereinstimmt Das heißt, der tatsächliche Ausgangswert des dritten Operationsverstärkers 58 ist vor der Kalibrierung eine lineare Spannung, die geringfügig nach der einen oder der anderen Seite des theoretischen Spannungspegels A verschoben sein kann. Die Justierung des variablen Widerstandes 43 verschwenkt diese lineare Ausgabe um den Nullpunkt bis sie mit der theoretischen Spannungsausgangskurve A übereinstimmt Dies kann verstanden werden als Justierung der Steigung des linearen Ausganges des dritten Operationsverstärkers 58 bis zum Zusammentreffen mit der Steigung der theoretischen Ausgangsspannungskurve A.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprache:

1. Vorrichtung zur Messung der Dicke eines Gegenstandes aus dielektrischen Material mit einem Hochfrequenzgenerator, der ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld erzeugt, mit einer Vorrichtung, um den Gegenstand in das Feld vor eine Sonde zu bringen, wobei die in der Sonde erzeugte Spannung eine nichtlineare Anzeige der Dicke des Gegenstandes darstellt, der sich direkt vor der Sonde befindet, mit einer Schaltung zur Erzeugung einer kompensierten Referenzspannung während der Zeiträume, in denen kein Gegenstand dem Feld ausgesetzt ist, und die auf einem konstanten Wert während der Zeit gehalten wird, in der der Gegenstand sich in Meßposition befindet, mit einer Summierschaltung, die zum Summieren der In der Sonde erzeugten Spannung und der kompensierten Referenzspannung angeschlossen ist, um eine der Dicke entsprechende Spannung zu erzeugen, mit einer Vergleichsschaltung, die zum Vergleich dieser Spannung mit einer vorgewählten Spannung angeschlossen ist, um ein Auswerfsignal zu liefern, wenn die Dicke des Gegenstandes unter einer vorgewählten Dicke liegt, und mit einem Auswerfsteuermechanismus, der durch das Auswerfsignal zum Auswerfen der Gegenstände ausgelöst wird, gekennzeichnet durch einen Operationsverstärker (45) mit einem Rückkopplungswiderstand (54) zwischen seinem Eingang und Ausgang, wobei der Verstärker (45) mit der Summierschaltung (34) über eine ihren Widerstand automatisch in Abhängigkeit der Ausgangsspannung der Summierschaltung (34) ändernde Schaltung (46) verbunden ist, wobei der kleinste Widerstandwert dieser Schaltung (46) größer als der Wert des Rückkopplungswiderstandes (54) ist, und durch Mittel (58) zur ! η vertierung der Spannung am Ausgang des Verstärkers (45) zum Anschluß an die Vergleichsschaltung (28,29).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsinvertierungsvorrichtung einen Verstärker (58) besitzt, der mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (45) durch einen Eingangswiderstand (60) verbunden ist, und daß ein Rückkopplungswiderstand (62) zwischen Eingang und Ausgang dieses Verstärkers (58) liegt, wobei die Widerstandswerte des Eingangs- und Rückkopplungswiderstandes annähernd gleich sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ihren Widerstand ändernde Schaltung (46) aus einer Parallelschaltung eines ersten Widerstandes (48) mit einer Reihenschaltung aus einer Zenerdiode (50) und einem zweiten Widerstand (51) besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine zweite Zenerdiode (52), die in Serie mit einem dritten Widerstand (53) zur Parallelschaltung aus dem Widerstand (48) und der Zenerdiode-Widerstands-Kombination (50, 51) parallel geschaltet ist und eine andere Zenerspannung als die erste Zenerdiode (50) aufweist