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Anordnung zur Feststellung von Fehlern
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in Flaschen oder dergleichen Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur Feststellung von Fehlern in Flaschen oder dergleichen entsprechend dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
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Flaschen für Getränke oder alkoholische Getränke bzw. Schnäpse werden
zurückgeführt, d.h. von den Verbrauchern zuriickgenommen, gereinigt und zur Wiederbenutzung
bereitgestellt. Die vorhandenen Flaschen-Reinigungsanlagen sind jedoch nicht derart
ausgelegt, daß sie unbedingt die Flaschen frei von Fremdkörpern machen, die fest
an den Flaschen anhaften. Darüber hinaus haben manche Flaschen Sprünge oder Bruchstellen«
bzw. ähnliche Fehler oder dergleichen. Es muß eine Unterscheidung zwischen derartigen
fehlerhaften Flaschen und fehlerlosen Flaschen getroffen werden, bevor sie wieder
aufgefüllt werden, wobei mit Fehlern
bzw. Mängeln behaftete Flaschen
aus Hygienegründen oder aus Vorsorgemaßnahme einer tatsächlichen oder möglichen
Gefahr nicht wiederbenutzt werden sollten.
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Bei einer bekannten Anordnung zur Feststellung von Fehlern bzw. Mängeln
an Flaschen bestrahlt eine Lichtquelle die der Prüfung unterliegende Flasche insoweit,
daß die gesamte Oberfläche des Bodenteils der Flasche bestrahlt wird. Am Flaschenhals
ist ein Photodetektor angeordnet, der das Vorliegen eines Fehlers bzw. Mangels in
der Flasche durch die Intensität des auffallenden Lichtes feststellt, falls ein
Fehler vorliegt, wobei das Licht durch den Bodenteil der Flasche hindurchgegangen
ist.
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Ein Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht darin, daß sie eine
vergleichbar geringe Fähigkeit hat, örtlich beschränkte Fehler sowie solche Fehler
festzustellen, die nahe des Flaschenumfangs oder an der Seitenwand der Flasche vorhanden
sind. Dieser Nachteil ergibt sich grundsätzlich daraus, daß das Licht nur auf den
Flaschenboden gerichtet wird sowie aus der unzureichenden Lichtintensität. Da außerdem
das Licht zu einem Zeitpunkt auf die Flasche auffällt, muß der Photodetektor den
möglichen Fehler aus einer kleinen Änderung des auf ihn auffallenden Lichtes erfassen.
Weiter nachteilig bei der bekannten Anordnung ist deren Unfähigkeit oder zumindest
geringe Fähigkeit, transparente Fremdkörper, wie beispielsweise Zellophan, festzustellen,
die an der Flasche anhaften, da sich eine sehr kleine Änderung in dem Betrag bzw.
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in der Intensität des durch den lichtdurchlässigen bzw. transparenten
Fremdkörper hindurchgegangenen Lichtes ergibt. Dies ist unvermeidbar ein Ergebnis
des Arbeitsprinzips bei der Feststellung von Fehlern in einer Flasche auf der Basis
der Intensität des Lichtes, das durch den Flaschenboden hindurchgegangen ist.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die exakt alle Arten möglicher Fehler bzw.
Mängel in Flaschen oder ähnlichen Gegenständen feststellen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs
gelöst.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht die Feststellung von Fehlern
bzw. Mängeln, die nicht nur am Flaschenboden, sondern auch an der Seitenwand einer
Flasche oder eines anderen Gegenstandes vorhanden sind.
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Die erfindungsgemäße Anordnung spricht außerdem exakt auf ein fremdes-,
lichtdurchlässiges Material an, das an einer Flasche oder dergleichen an jeder beliebigen
Stelle anhaftet.Die Anordnung arbeitet auch bei hellem Umgebungslicht, ohne daß
eine Keduzierung oder eine Verringerung der erläuterten Vorteile in Kauf genommen
werden muß. Die Erfindung schafft eine Anordnung zur Feststellung von Fehlern und
Mängeln, die eine Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahls aufweist. Ferner
ist eine Einrichtung in Weg des Lichtstrahles angeordnet, um dem Lichtstrahl eine
ringförmige oder spiralförmige Abtastbewegung zu verleihen, so daß der Lichtstrahl
imstande ist, die gesamte Oberfläche eines Gegenstandes abzutasten, der in einer
vorbestimmten Position gehalten wird, damit festgestellt wird, ob einFeHer vorliegt
oder nicht. Zum Empfang des Lichtstrahls, der den Gegenstand abgetastet hat, sowie
zur Feststellung eines möglicherweise vorhandenen Fehlers in bzw. an dem Gegenstand
ist eine Einrichtung vorgesehen, die die Fehlerfeststellung durch die Intensität
des auffallenden Lichtes ermittelt. Die Anordnung zur Fehlerfeststellung verwendet
vorzugsweise einen Laser, beispielsweise einen Gaslaser als Lichtquelle. Es können
verschiedene Einrictitungen verwendet werden, um dem Laserstrahl eine ringförmige
oder spriralförmige Abtastbewegung zu verleihen. Als ein Beispiel dieser Einrichtung
können zwei Spiegel vorgesehen werden, die ermöglichen, daß der Laserstrahl aufeinanderfolgend
reflektiert wird, wobei die beiden
Spiegel so angeordnet sind, daß
eine in Korrelation stehende Schwingung um die jeweiligen Achsen unter rechten Winkeln
zueinander ausgeführt wird, Wenn der zu überprüfende Gegenstand z.B. eine Bierflasche
ist, die einen verjüngten Flaschenhals aufweist, kann eine konvergierende Linse
zwischen dem schwingenden Spiegelsystem und der in einer vorbestimmten Position
liegenden Flasche vorgesehen werden. Die konvergierende Linse, die auf den Flaschenhals
fokussiert ist, dient dazu, den Laserstrahl in die Flasche zu richten, so daß der
Laserstrahl sowohl den Boden als auch die Seitenwand der Flasche Punkt um Punkt
abtasten kann.
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Zum Empfang des Laserstrahls, den die Flasche abgetastet hat,und zur
Feststellung eines möglichen Fehlers in der Flasche können verschiedene Einrichtungen
verwendet werden. Ein Beispiel einer derartigen Einrichtung enthält eine integrierende
Kugel, die so angeordnet ist, daß sie den Laserstrahl empfängt, der durch die Flasche
hindurchgegangen ist, sowie einen Photodetektor, der in einem Fenster der integrierenden
Kugel angeordnet ist, so daß er durch das von der inneren Fläche (der Flasche) reflektierte
Licht bestrahlt wird. Jeder Fehler in der Flasche äußert sich als eine Änderung
des elektrischen Ausgangssignals des Photodetektors. Somit wird durch die Punkt-um-Punkt-Abtastung
gemäß der Erfindung die Feststellung eines Fehlers in einer Flasche oder dergleichen
mit hoher Genauigkeit durchgeführt.
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Damit ein Laserstrahl die gesamte Innenfläche einer leeren Flasche
oder dergleichen abtasten kann, sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zwei
Spiegel vorgesehen, die um in rechtem Winkel zueinander stehende Achsen schwingen,
so daß der Laserstrahl aufeinanderfolgend reflektiert wird, d.h. zweimal durch die
Spiegel abgelenkt wird. Die Schwingungen der beiden Spiegel stehen in Zusammenhang
zueinander, um dem Laserstrahl eine ringförmige oder spiralförmige Abtastbewegung
zu verleihen. Daraufhin gelangt der Lichtstrahl durch eine konvergierende Linse,
d.h. eine Sammellinse, die auf den Hals, genauer gesagt auf den Mund der zu überprüfenden
Flasche fokussiert ist, so daß der Laserstrahl in die Flasche eintritt, um ihre
gesamte Fläche Punkt um Punkt abzutasten. Das Vorliegen eines Fehlers in der Flasche
wird durch die Intensität des Laserstrahls festgestellt, der die Flasche durchsetzt
hat oder von der Flasche reflektiert wurde, z.B. durch eine intearierende Kugelfla"che
und einen photoelektrischen
Detektor, der an einer Position auf
der Flasche angeordnet ist.
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Die Erfindung schafft insbesondere eine Anordnung zur optischen Ermittlung
von Fehlern oder Mängeln in Flaschen, Tassen bzw. Bechern, Kannen und anderen derartigen
Behältnissen. Insbesondere werden automatisch Fehler in benützten und gereinigten
Flaschen für Getränke oder alkoholische Getränke, wie Schnaps, vor dem Wiederauffüllen
solcher Flaschen oder Behältnisse ermittelt. Der Ausdruck "Fehler" bzw. "Mangel"
beinhaltet auch Sprünge, Bruchstellen, Risse, Kratzer, anhaftende Fremdstoffe und
andere mögliche Mängel.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Anordnung zur Erläuterung weiterer Merkmale anhand der Zeichnung beschrieben. Es
zeigen.
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Form der Anordnung
zur Fehlererfassung, Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Einrichtung,
die jeden Spiegel eines Spiegel-Schwingsystems in Schwingung versetzt, wobei das
Spiegelsystem in der fehlererfassenden Anordnung gemäß Fig. 1 verwendet wird, um
einem Laserstrahl eine ringförmige oder spiralförmige Abtastbewegung zu verleihen,
Fig. 3 eine Schnittansicht einer photoelektrischen Sensoreinheit für die Anordnung
nach Fig. 1, wobei insbesondere die integrierende Kugel bzw. Kugelfläche der photoelektrischen
Sensoreinheit in ihrer richtigen Lagebeziehung gegenüber der zu überprüfenden Flasche
dargestellt ist, Fig. 4 ist eine vergrößerte vertikale Teilschnittansicht einer
in der Prüfung befindlichen Flasche zur Erläuterung der Brechung des abtastenden
Laserstrahls bei seinem Durchgang durch den Umfang des Flaschenbodens, Fig. 5A eine
Aufsicht auf eine Mattglasscheibe, welche die Einlaßöffnung der integrierenden Kugelfläche
der in Fig. 1 dargestellten Anordnung
bedeckt, wobei der während
eines einzigen Abtastzyklus durch den Laserstrahl ausgeführte Weg auf der Mattglasscheibe
dargestellt ist und ein Buchstabe A das Vorhandensein eines Fehlers in der in der
Prüfung befindlichen Flasche anzeigt, Fig. 5B eine graphische Darstellung der Intensität
des Lichtes, welches während einer einzigen Abtastung des Laserstrahls entsprechend
Fig. 5A auf den Photodetektor fällt, der einen Teil der photoelektrischen Sensoreinheit
in der Anordnung nach-Fig. 1 bildet, wobei ein Buchstabe B einen Intensitätsabfall
des auffallenden Lichtes entsprechend einem Fehler A in der Flasche nach Fig. 5A
anzeigt, Fig. 6 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung, wie dem Laserstrahl
durch das schwingende Spiegelsystem bei der Anordnung nach Fig. 1 eine ringförmige
oder spiralförmige Abtastbewegung verliehen wird, Fig. 7A und 7B graphische Darstellungen
des Arbeitsprinzips des schwingenden Spiegelsystems nach Fig. 6, Fig. 8 eine schematische
Darstellung einer abgewandelten, bevorzugten Ausführungsform der Anordnung zur Fehlererkennung,
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer weiter abgewandelten Ausführungsform
zur Fehlererkennung, Fig. 10 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Arbeitsprinzips
der Anordnung nach Fig. 9, und Fig. 11 eine schematische Seitenansicht eines abgewandelten
Ausführungsbeispiels des schwingenden Spiegelsystems für die Anordnung nach Fig.
1, 8 und 9, wobei nur einer der beiden erforderlichen Spiegel in Verbindung mit
der direkt zugeordneten Einrichtung dargestellt ist.
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Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 eine erste Ausführungsform
der Anordnung zur Feststellung von Fehlern in Flaschen oder dergleichen dargestellt.
Nach Fig. 1 enthält die Anordnung eine Lasereinheit oder
einen
Laser 10, beispielsweise einen Helium-Neon- oder KohlendiOxyd-Laser. Eine konvergierende
bzw. sammelnde Linse 12 ist neben dem Laser 10 im Weg eines Laserstrahls 11 angeordnet,
der vom Laser 10 emittiert wird, wodurch der Laserstrahl konvergiert wird. Der konvergierte
Laserstrahl fällt auf ein schwingendes Spiegelsystem 13, das dem-laserstrahl eine
ringförmige oder spiralförmige Abtastbewegung verleiht.
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Das Spiegelsystem 13 weist erste und zweite reflektierende Spiegel
14, 15 auf. Der erste Spiegel 14 ist derart angeordnet, daß er den konvergierten
Laserstrahl 11 direkt empfängt und ist außerdem gegenüber der Strahlenachse geneigt.
Der zweite Spiegel 15 ist so angeordnet, daß er den Laserstrahl 11 nach dessen Reflektion
durch den ersten Spiegel 14 ablenkt und ist auf gleiche Weise gegenüber der Achse
des einfallenden Strahls geneigt.
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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß jeder Spiegel 14, 15 des Schwingungssystems
13 durch ein Paar Drehzahpfen 28 gelagert ist, die kdlinear (mittig) zur Ausführung
einer Schwingung an einer Metallbasis des Systems 13 befetigt sind. Die Drehzapfen
28 jedes schwingenden Spiegels 14, 15 sind elektrisch mit einer Wechselstromquelle
16 verbunden, wodurch ein geschlossener elektrischer Kreis 17 gebildet wird. Der
gesossene Kreis enthält eine Spule 18, die direkt an einen der Drehzapfen 28 angeschlossen
und in einem Magnetfeld angeordnet ist, das durch einen Permanentmagneten 19 versorgt
wird.
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0 Durch Abgabe von Wechsel strömen mit einer Phasenverschiebung von
90 zueinander zu den jeweiligen, geschlossenen Kreisen 17 der Spiegel 14 und 15
können diese Spiegel um die Drehzapfen 28 durch die Wicklung bzw. Spule 18 in Schwingung
versetzt werden, welche in den vorhandenen Magnetfeldern liegen und zwar entsprechend
der Fleming'schen Regel. Die angegebene Phasenbeziehung der Wechselatröme bewirkt
eine Korrelation der Schwingungen der Spiegel 14 und 15 zueinander, so daß sie zusammenwirken,
um dem konvergierten Laserstrahl 11 eine ringförmige Abtastbewegung zu verleihen,
da der Laserstrahl 11 aufeinanderfolgend durch die beiden Spiegel reflektiert wird.
Eine kontinuierliche Änderung der Winkel oder Amplituden der Schwingung der Spiegel
14 und 15 ergibt eine kontinuierliche Änderung
des Durchmessers
der Abtastschleife des Laserstrahls, gemessen an einer beliebigen festen Ebene.
Im folgenden wird die Funktion des schwingenden Spiegelsystems 13 erläutert.
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Im folgenden wird Bezug auf Fig. 1 genommen. Der konvergierte Laserstrahl
11, dem die ringförmige Abtastbewegung verliehen ist, gelangt durch eine weitere
sammelnde Linse 20 in eine Flasche 22, beispielsweise eine gebräuchliche und gereinigte
Bierflasche, die in einer vorgegebenen Position gehalten wird, um im Hinblick auf
das Vorliegen von Fehlern geprüft zu werden. Die Oberflächenkrümmung der konvergierenden
Linse 20, die als konvex-konvexe Linse dargestellt ist, sowie der Abstand zur Flasche
22 sind so bestimmt, daß der Brennpunkt am Flaschenmund oder etwa am Flaschenmund
liegt.
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Die sammelnde Linse 20 dient somit dazu, den abtastenden Laserstrahl
11 in die Flasche 22 über den Flaschenmund zu lenken. Durch kontinuierliche Änderung
des Durchmessers der Abtastschleife des Strahls in einer festen Ebene, wie dies
vorstehend erläutert wurde, tastet der Strahl nicht nur die innere Fläche bzw. Oberfläche
des Bodens, sondern auch die gesamte Seitenwand der Flasche 22 ab.
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Eine Mattglasscheibe 24 befindet sich im Weg 23 des abtastenden Laserstrahls
nach seinem Durchgang durch die Flasche 22, so daß die Glasplatte 24 mit dem Laserstrahl
bestrahlt wird. Nach der Bestrahlung der Glasplatte 24 wird der Laserstrahl auf
eine photoelektrische Sensoreinheit gerichtet, die mit 25 bezeichnet ist. Bei der
dargestellt en Ausführungsform weist die photoelektrische Sensoreinheit 25 eine
integrierende Kugel- bzw. Kugelfläche 26 auf, die direkt unter der Mattglasscheibe
24 angeordnet ist, wobei die Einlaßöffnung 26a der Kugel 26 gegen die Glasplatte
gehalten wird; in dem üblichen Fenster der integrierenden Kugel ist ein photoetektrischer
Detektor 27 angeordnet.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 3 werden nachfolgend Einzelheiten der photoelektrischen
Sensoreinheit 25 beschrieben. Die photoempfindliche Fläche eines photoelektrischen
Detektors 27 befindet sich in Flucht mit der
inwandigen Fläche
der integrierenden Kugel 26 und ist vorzugsweise in Richtung auf die Bodenmitte,
d.h. untere Mitte der Kugel,ausgerichtet. Bei wxpfang des Laserstrahls von der Mattglasscheibe
24 durch deren Einlaßöffnung 26a hat die integrierende Kugel 26 die Funktion, den
eintretenden Strahl auf den photoelektrischen Detektor 27 zu reflektieren. Der Durchmesser
Do der Öffnung 26a der integrierenden Kugel 26 ist in geeigneter Weise größer als
der Durchmesser d der Flasche 22 gewählt, damit der Laserstrahl nach Abtastung jedes
Teils der Flasche in die Kugel eintreten kann.
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Die heutigen Techniken zur Herstellung der Glasfiaschenherstellung
ergeben Flaschen, deren Boden, insbesondere deren Umfangsbereiche häufig von ungleichmäßiger
Dicke sind. Dies, möglicherweise kombiniert mit der Brechungskraft der Bodenwände
kann zu einer unregelmäßigen Diffusion oder Ablenkung des abtastenden Laserstrahls
führen. In einigen Fällen kann der Laserstrahl, der den Umfang bzw. die Grenzlinie
des Flaschenbodens abtastet, über einen Winkel i von beispielsweise 500 gegenüber
seinem geradlinigen Weg nach außen gebrochen werden, wie dies in Fig. 4 dargestellt
ist. Die Einlaßöffnung 26a der integrierenden Kugel 26 sollte daher ausreichend
groß im Verhältnis zu dem Flaschendurchmesser d und zum Abstand L zwischen dem Boden
und der Kugel sein, damit alle auf solche Weise nach außen abgelenkten Lichtstrahlen
empfangen werden.
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Vorzugsweise beträgt der Durchmesser Dg der Kugelöffnung 26a etwa
80 Z des Innendurchmessers D1 der Kugel. Dieser relative Öffnungsdurchmesser ist
größer als die üblichen integrierenden Kugeln, die im Handel verfügbar sind. Die
Kugel 26 mit einer derart großen-Öffnung 26a kann in ihrer Gesamtgröße reduziert
werden, ohne daß ihre Fähigkeit, den Laserstrahl zu sammeln, beeinträchtigt wird.
Der Einsatz einer derartigen integrierenden Kugel kleiner Größe trägt auchkörperlich
zur Reduzierung des Montageraumes für das gesamte Fehlererkennungssystem bei sowie
zu einer vereinfachten InstaDation, Uberwachung und zu einem vereinfachten Service.
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Wird angenommen, daß die zu prüfenden Flaschen Durchmesser von etwa
25 mm haben, dann hat die Kugel 26 einen Innendurchmesser D1 von 150 mm und einen
Öffnungsdurchmesser 90 von 120 mm. Wie bekannt, reflektiert die innere kugelförmige
Oberfläche der integrierenden Kugel 26 den einfallenden Laserstrahl
zu
dem photoelektrischen Detektor -27.
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Der photoelektrische Detektor 27 zeigt eine Änderung der Ausgangsstromamplitude
an, wenn die einfallende Strahlung durch einen Fehler der Flasche 22 moduliert wird.
Diese Änderung des Ausgangssignals des photoelektrischen Detektors 27 dient als
Anzeige dafür, daß ein Fehler in der geprüften Flasche vorhanden ist. Eine weitergehende
Erläuterung der Fehlererkennung wird im folgenden gegeben.
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Wenn der Boden der Flasche 22 ein daran anhaftendes Fremdmaterial
aufweist, oder einen Kratzer, Sprung oder einen anderen Fehler enthält, unterliegt
der ringförmig oder spiralförmig abtastende Laserstrahl einer diffusen bzw. gestreuten
Reflexion und Absorption beim Auftreffen auf ein derart fehlerhaftes Teil des Flaschenbodens.
Dies ergibt natürlich eine verringerte Intensität des in die integrierende Kugel
26 durch das Mattglas 24 eintretenden Lichts. Wenn ein Fehler in der Seitenwand
der Flasche 22 vorliegt wird der Fehler entweder den abtastenden Laserstrahl auffangen
oder diffus reflektieren. Das Ergebnis ist wiederum eine verringerte Intensität
des in die integrierende Kugel 26 gelangenden Lichts. Da das gesamte, einfallende
Licht der integrierenden Kugel 26 auf den photoelektrischen Detektor 27 reflektiert
wird, erfaßt der Detektor das Vorliegen eines Fehlers irgendwo in der Flasche 22
infolge einer verringerten auffallenden Strahlung.
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Durch die Fig. 5A und 5B wird die Funktion des photoelektrischen Detektors
27 verdeutlicht. Fig. 5A zeigt den Weg des abtastenden Laserstrahls, der auf dem
Mattglas 24 während eines einzigen ringförmigen oder kreisförmigen Uberstreichens
der Flasche 22 aufgezeichnet ist. Der abtastende Strahl hat dabei einen Fehler bei
A erfaßt, der irgendwo in der Flasche oder in der Seitenwand der Flasche vorliegen
kann. An diesem mit einem Fehler behafteten Punkt A wird der abtastende Strahl entweder
blockiert, d.h.
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unterbrochen,oder diffus reflektiert, was in einer entsprechenden
Änderung der Intensität des Lichtes resultiert, das von der Kugel 26 empfangen wird
und somit auch von dem Doektor 27.
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Die graphische Darstellung in Fig.5B zeigt eine Kurve mit entsprechender
auftreffender Strahlung des photoelektrischen Detektors 27 und somit dessen
Ausgangsstrom
als Funktion der Zeit. Der Fehler in der Flasche bei A, der durch den abtastenden
Laserstrahl gemäß vorstehender Erläuterung festgestellt wurde, verursacht einen
plötzlichen Abfall der auftreffenden Strahlung, wie in Fig. 5B durch B dargestellt
ist und somit einen Abfall im Ausgangsstrom des photoelektrischen Detektors 27.
Dieser Abfall im Ausgangsstrom zeigt das Vorliegen des Fehlers in der Flasche an.
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Im folgenden wird der Betrieb des schwingenden Spiegelsystems 13 erläutert,
welches dem konvergierten Laserstrahl 11 die gewünschte ringförmige oder spiralförmige
Abtastbewegung verleiht. In dem geschlossenen elektrischen Kreis nach Fig. 2 mit
der Spule 18 im Magnetfeld des Permanentmagneten19 resultiert ein durch den Kreis
fließender Wechselstrom in der Ausübung von Kräften auf die Spule mit abwechselnd
entgegengesetzten Richtungen und unter rechten Winkeln gegenüber den Netz-Richtungen
des Stromflusses durch die Spule und der Richtung der magnetischen Linien der Magnetkraft
entsprechend der linken Hand-Regel nach Fleming. Diese Kräfte verursachen ein Schwingen
jedes Spiegels 14, 15 um die Drehzapfen 28.
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Fig. 6 zeigt deutlich, daß der erste und der zweite Spiegel 14 bzw.
15 des schw ingenden Spiegelsystems 13 so angeordnet sind, daß deren Schwingungsachsen
in einem rechtwinkligen Verhältnis zueinander stehen. Die Wechselströme, welche
die Spiegel 14 und 15 in Schwingung versetzen, haben eine Phasendifferenz von 900.
Wenn der erste Spiegel 14 gemäß vorstehender Erläuterung schwingt, um eine Schwingbewegung
x des Laserstrahles entlang der X-Achse nach Fig. 7A erzeugen, dann gilt x = a sin
w t (1) wobei a eine Konstante proportional zur Größe des Wechselstromes ist, der
jeden Spiegel schwingen läßt, w ist dabei die Winkelgeschwindigkeit (= 2Jr f) und
t ist die Zeit.
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Der zweite Spiegel 15 schwingt, um die Schwingbewegung y des Laserstrahls
entlang der Y-Achse hervorzurufen, die in Fig. 7B dargestellt ist. Da der den zweiten
Spiegel 15 antreibende, d.h. in Schwingung versetzende Wechselstrom um 900 gegenüber
dem Strom, der den ersten Spiegel in Schwingung versetzt,
phasenverschoben
ist, gilt: y = a sin (w t - ff /2) = a cos w t (2) Der Laserstrahl 11 wird aufeinanderfolgend
durch die schwingenden Spiegel 14 und 15 abgelenkt. Somit läßt sich aus den Gleichungen
(1) und (2) herleiten: 2 2 a2 (3) x +y=a Die beiden schwingenden Spiegel 14 und
15 wirken somit zusammen, um dem Laserstrahl 11 die gewünschte ringförmige Abtastbewegung
zu verleihen.
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Eine kontinuierliche Änderung der Größe der Wechselströme, welche
die Spiegel 14 und 15 in Schwingung versetzt, führt zu einer spiralförmigen Abtastbewegung,
wobei der Durchmesser der Abtastschleife des Laserstrahls in einer beliebigen, festen
Ebene sich kontinuierlich ändert. Erforderlichenfalls können darüber hinaus die
Spiegel 14 und 15 durch Ströme mit Amplituden in Schwingung versetzt werden, die
auf einem vorbestimmten hältnis gehalten werden, um den Laserstrahl einem elliptischen
Abtastweg folgen zu lassen.
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Das schwingende Spiegelsystem 13 ermöglicht daher, daß der Laserstrahl
11 den Boden und die Seitenwand einer Flasche oder dergleichen mit beinahe jeder
Form und Größe Punkt um Punkt abtastet. Da der abtastende Laserstrahl durch die
sammelnde Linse 12 konvergiert ist, ruft jeder Fehler in der geprüften Flasche eine
erhebliche Änderung des Lichts hervor, welches auf den photoelektrischen Detektor
27 fällt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird somit ein äußerst zuverlässiges
Fehlererkennungssystem geschaffen.
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Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform, die sich gegenüber den
Anordnung nach Fig. 1 nur bezüglich der photoelektrischen Sensoreinheit unterscheidet.
Die übrigen Teile oder Einheiten der Anordnung nach Fig. 8 sind gegenüber der Anordnung
nach Fig. 1 identisch; gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile gegenüber
Fig. 1. Diese Teile werden nicht nochmals beschrieben.
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Die in Fig. 8 mit 25a bezeichnete, abgewandelte photoelektrische Sensoreinheit
weist
eine sammelnde Linse 31 auf, die nahe der Mattglasscheibe 24 angeordnet ist. Ein
photoelektrischer Detektor 32 ist am Brennpunkt der sammelnden Linse 31 in Entfernung
zur Glasplatte 24 vorgesehen. Die konvergierende Linse 31 dient dazu, den Laserstrahl
auf den photoelektrischen Detektor 32 zu fokussieren und zwar denjenigen Laserstrahl,
der die Flasche 22 abgetastet hat und durch die Mattglasscheibe 24 hindurchgegangen
ist. Durch kontinuierlichen Empfang des abtastenden Laserstrahls, der auf den Detektor
32 fokussiert ist, erfaßt der Detektor 32 jeden Fehler in der Flasche 32 infolge
cler Intensität des auffallenden Strahls.
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Andere Einzelheiten des Aufbaus und der Arbeitsweise sind aus vorstehender
Beschreibung ersichtlich.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird eine weiter abgewandelte Ausführungsform
beschrieben. Jeder Fehler in einer Flasche oder in einem anderen Gegenstand wird
durch die diffusen Strahlen des abtastenden Laserstrahls erfaßt, der durch den Fehler
reflektiert wurde. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die Anordnung nach Fig.
9 gegenüber den beiden vorstehenden Ausführungsformen der Anordnung, die jeweils
auf einer Fehlererkennung auf der Basis der Intensität des Laserstrahls beruhen,
der durch den Testgegenstand hindurchgegangen ist. Einige Teile oder Einzelheiten
der Anordnung nach Fig. 9 haben ihre Gegenstücke in den Anordnungen nach Fig. 1
oder 8. Derart entsprechende Teile sind durch gleiche bzw. åinliche Bezugsziffern
(mit dem Zusatz a) gekennzeichnet und werden nicht nochmals erläutert.
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Ein Relium-Neon- oder Kohlen - dioxyd-Laser 10a, der in der in Fig.
9 gezeigten Anordnung enthalten ist, weist an den gegenüberliegenden Enden seiner
nicht dargestellten Entladungsröhre Brewster-Fenster auf, so daß sein Ausgangsstrahl
lla linear polarisiert (oder planpolarisiert) ist wobei seine Polarisationsebene
konstantgehalten wird. Die Konstruktion dieses Lasers lOa ist bekannt und bildet
daher kein Merkmal vorliegender Erfindung.
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Die sammelnde Linse 12 der vorstehend erwähnten Ausführungsform wird
hierbei nicht benützt; stattdessen ist ein total reflektierender Spiegel bei 35
unter einem Winkel gegenüber der Achse des linear polarisierten Strahles
lla
vorgesehen, welcher vom Laser 10a erzeugt wird. Der Spiegel 35 reflektiert und richtet
den Laserstrahl lla zurück auf das schwingende Spiegelsystem 13 mit dem ersten und
zweiten, schwingenden Spiegel 14, 15.
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Das Spiegelsystem 13 hat die vorstehend beschriebene Funktion, um
dem Laserstrahl eine ringförmige oder spiralförmige Abtastbewegung zu verleihen.
Der Laserstrahl erreicht nacheinander die sammelnde Linse 20, die den Strahl auf
oder neben den Mund der Flasche 22 fokussiert, die geprüft wird. Wie der Laserstrahle
die Flasche 22 abtastet, ergibt sich klar aus der vorstehenden Beschreibung, insbesondere
unter Bezugnahme auf die in Fig. 1 beschriebene Anordnung.
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In einer Einrichtung 41 zur Ableitung der diffusen Strahlen, die durch
einen Fehler in der Flasche 22 gestreut wurden, von dem reflektierten Laserstrahl,
ist ein Strahlenteiler 36 (halbdurchlässiger Spiegel) zwischen der sammelnden Linse
20 und der Flasche 22 vorgesehen und hat die Funktion, das reflektierte Licht vom
einfallenden Licht zu trennen.
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Der Strahlenteiler 36 überträgt selbstverständlich den auffallenden,
abtastenden Laserstrahl und reflektiert das mit 38 bezeichnete Licht, das von den
inneren Oberflächen der Flasche 22 reflektiert wurde. Die Einheit 41 weist außerdem
ein Interferenzfilter 37 und ein Polarisationsfilter 39 auf.
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Das Interferenzfilter 37 ist angeordnet, um das reflektierte Licht
38 direkt vom Strahlenteiler 36 zu empfangen. Die Funktion des Interferenzfilters
besteht darin, nur eine vorbestimmte .WellenLänge (z.B. 5328 i im Falle eines Helium-Neon-Gaslaserstrahls)
des auftreffenden Lichtes durchzulassen und die übrigen Wellenlängen durch Interferenz
auszufiltern.
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Die spezielle Wellenlänge des reflektierten Laserstrahls, die durch
das Interferenzfilter 37 durchgegangen ist, fällt daraufhin auf das Polarisationsfilter
39.
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Zur besseren Erläuterung der Funktion des Poiarisationsfilters 39
wird Bezug genommen auf die als Beispiel anzusehende Darstellung der Fehlererkennungsanordnung
nach Fig. 10. Wenn der Laserstrahl lla des Lasers 10a beispielsweise in der y-Richtung
linear polarisiert wird, dann ist das
Polari.sationsfil ter 39
derart vorher einjustiert, daß das eingehende und nuf in der x-Richtung polarsierte
Licht hindurchgeht und das Licht ausgefiltert wird, das in der y-Richtung polarisiert
ist. Wenn die Flasche 22 keinen Fehler aufweist, sperrt das Polarisationsfilter
39 das eingehende Licht, das von den inwandigen Oberflächen der fehlerlosen Flasche
reflektiert wurde.
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Wenn jedoch die Flasche 22 einen Fehler beinhaltet, unterliegt der
die Abtastung der Flasche ausführende Laserstrahl einer diffusen bzw. gestreuten
Reflektion, wodurch Komponenten erzeugt werden, die in x-Richtung polarisiert sind.
Das Polarisationsfilter 39 läßt derartige Komponenten von diffus reflektierten Strahlen
auf eine photoelektrische Sensoreinheit 40 durch. Wenn der nicht dargestellte photoelektrische
Detektor auf diese Weise bestrahlt wird, wobei der Detektor in der Einheit 40 enthalten
ist, erfaßt er das Vorliegen eines Fehlers in der Flasche 22.
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Eines der Merkmale der in Fig. 9 gezeigten Anordnung besteht in dem
Interferenzfilter 37. Da dieses Filter jeden Laserstrahl mit Ausnahme des reflektierten
Laserstrahls nicht durchläßt, gestattet die Anordnung eine exakte Feststellung jeglichen
Fehlers in der Flasche, auch bei hellem Umgebungslicht. Diese Anordnung ist ferner
imstande, auch ein transparentes Material, wie beispielsweise Zellophan, festzustellen,
das an der Flasche anhaftet, da der Laserstrahl auch durch derart transparentes
Material reflektiert wird. Ein zusätzlicher, jedoch nicht weniger wichtiger Vorteil
dieser Anordnung besteht darin, daß sie nicht nur im Hinblick auf Glasflaschen Einsatz
finden kann, sondern auch bei Kannen oder anderen Behältnissen aus nicht transparentem
Material mit einer öffnung Ersichtlicherweise kann der Strahlenteiler oder halbdurchlässige
Spiegel 36 bei der Anordnung nach Fig. 9 durch einen reflektierenden Spiegel ersetzt
werden, der eine zentral darin ausgebildete Öffnung-aufweist, oder durch eine optische
Glasfaser.
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Hinsichtlich des schwingenden Spiegelsystems 13, das insbesondere
unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 6 und 7 erläutert ist, und das bei den drei vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen entsprechen den Fig. 1, 8 und 9 enthalten ist, können
verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden. Fig. 11
veranschaulicht
schematisch eine derartige Abwandlung. Dieses abgewandelte schwingende Spiegelsystem
13a verwendet ebenfalls zwei Spiegel 14a und 15a, die ebenso wie die Spiegel 14
und 15 des Systems 13 angeordnet sind. Die Änderung gegenüber dem System 13 besteht
in einer Einrichtung, die den beiden Spiegeln die Schwingungen verleiht. Da die
beiden Spiegel durch die gleiche Einrichtung in Schwingung versetzt werden, ist
nur eher der beiden Spiegel dargestellt und in Verbindung mit der ihm zugeordneten
Einrichtung beschrieben, die ihn in Schwingung versetzt.
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Fig. 11 zeigt, daß die entsprechenden Spiegel 14a bzw. 15a entlang
einer Kante 50 auf einer Lagerungseinheit 51 gelagert sind. An oder neben der freien
Kante des betreffenden Spiegels 14a bzw. 15a ruht der betreffende Spiegel auf einer
piezoelektrischen Metalleinheit 52, die in der Lagerungseinheit 51 ausgespart und
elektrisch mit einer Wechselspannungsquelle 53 verbunden ist. Die im Handel verfügbare
piezoelektrische Kristalleinheit 52 enthält ein piezoelektrische5 Kristallelement,
das bei der gewünschten Frequenz schwingt, wenn es in einen elektrischen Kreis eingesetzt
wird, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist.
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Nach Anlegen eines Wechselstromes an die Einheit 52 von der Wechselstromquelle
53 erzeugt das Kristallelement mechanische Schwingungen mit der Frequenz des Wechselstromes.
Die Amplitude des Wechselstromes bestimmt die Amplitude der Kristallschwingungen.
Die Einheit 52 versetzt somit den zugehörigen Spiegel 14a bzw. 154 mit der gewünschten
Frequenz und der gewünschten Amplitude in Schwingung.
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Der andere, nicht dargestellte Spiegel der abgewandelten Spiegeleinheit
13a wird auf gleiche Weise mit einer gewünschten Frequenz und gewünschten Amplitude
in Schwingurgverset:t.Wenn die Schwingungen der beiden Spiegel in geeigneter Weise
in Korrelation stehen, wirken die beiden Spiegel 14a und 15a des abgewandelten Systems
dahingehend, daß sie den Laserstrahl dadurch eine ringförmige oder spiralförmige
Abtastbewegung verleihen, daß sie ihn reflektieren. Wie dem Laserstrahl die ringförmige
oder spiralförmige Abtastbewegung verliehen wird, wurde bereits unter Bezugnahme
auf Fig. 6, 7A und 7B und im Vergleich zu Fig. 2 erläutert.