DE3787692T2 - Inspektion von transparenten Körpern. - Google Patents

Description

• Moderne Verfahren zur optischen Überwachung ausreichend transparenter Körper analysieren elektronisch Abschnitt für Abschnitt die Schwankungen oder Störungen eines Transmissionssignales über derjenigen Zone des Körpers, von der eine geeignete Lichtquelle ausgeht. Diese werden insbesondere zur Überwachung von Gegenständen verwendet, die eine wenigstens teilweise axiale Symmetrie aufweisen, besonders für Gegenstände aus Glas, wie Flaschen, Trinkgläser, oder aus Kunststoff.
• Eine Synthese wird schließlich bewirkt, in Abhängigkeit aller Arten der gewünschten Kriterien, die Position, die Ausdehnung und insbesondere die Intensität jedes Fehlers aufzeigen zu lassen, im allgemeinen sind, wenn die Analyse- oder die gewünschte Syntheseart mit der Beobachtungsart verbunden werden, diese nicht direkt von ihr abhangig; hinsichtlich dieser Gegebenheit sind sie außerhalb des Gegenstandes der Erfindung und sie werden daher nicht durch das untenstehende untersucht.
• Eine wesentliche Schwierigkeit verbleibt dagegen in der Bildung eines reellen signifikanten Signales. Wenn es sich darum handelt, genügend weite Bereiche eines Gegenstandes zu überdecken, arbeitet man normalerweise im Durchgang, wobei Spalte für Spalte mehr oder weniger genau parallel zur Achse der aufeinanderfolgenden Banden der gewünschten Amplitude analysiert werden; aber das ist mit mehr oder weniger Mißerfolg verbunden wie die Anzahl der optischen Konstruktionen berücksichtigt wurden.
• Vor allem bei einer neuen Gattung von Apparaten wird anstelle der Wand des Gegenstandes, das Bild, das dieser von der Quelle liefert, beobachtet und man fängt direkt das über die Transparenz projizierte Lichtbündel mittels eines Empfängers geeigneten Zuschnittes auf, der in einer relativ wenig entfernten Ebene angeordnet ist. Dieser Empfänger umfaßt folglich ein Raster von Detektoren, die im allgemeinen eine rechteckige Matrix bilden und in nächster Nähe durch einen diffusen durchscheinenden Schirm abgedeckt ist. Letzterer gewährleistet es, daß ein in seiner Transmission völlig geglättetes Lichtmaximum in den Detektoren gesammelt wird, unabhängig von der Richtung der auftreffenden Strahlen.
• Es wird erreicht, daß das Licht nur einen einzigen Durchgang bewirkt: das beobachtete Bild besteht also aus einer Art Schatten des Wandabschnitts nahe am Schirm. Gleichwohl durchquert es in den meisten Fällen in zweifacher Wiederkehr: das Bild gibt folglich auch bestimmte Fehler der am weitesten entfernten Wand weiter.
• Bei diesen Vorrichtungen, wie bei den anderen zieht man es im allgemeinen vor, besonders bei Rotationskörpern, bei einer Drehung über einen ganzen Umlauf an einem festen Platz oder auf einer Bahnfolgeeinrichtung über die Länge der Längenkreise oder der Hauptmantellinien zu arbeiten: die folgende Beschreibung bezieht sich im wesentlichen auf diesen Überwachungstyp. Man kann in bestimmten Fällen jedoch nur beim Vorbeilauf arbeiten, unter mehreren Ergänzungswinkeln bis zur Beschränkung auf einen einzigen Winkel; man erhält so eine mehr summarische aber schnellere Analyse, die in vielen Fällen genügt: die Transposition erfolgt unmittelbar.
• Schließlich sind die Vorrichtungen zur Darstellung und insbesondere die zur Rotation normalerweise einer horizontalen Bezugsplatte zugeordnet und wird der Aufbau der optischen Vorrichtungen des Geräts entlang derselben Symmetrieebene des Ortes senkrecht zur Bahn desselben angeordnet. Die gängigsten Maschinen verwenden Transporteinrichtungen mit Platte oder mit einem Zylinder mit vertikaler Achse, wobei diese Ebene eine vertikale Ebene sein wird, die durch die Achse der Maschine hindurchgeht.
• Im besonderen umfaßt eine Vorrichtung, die durch die Veröffentlichung des Patents DE-A-31 45 686 beschrieben worden ist, außer den herkömmlichen Vorrichtungen zur Darstellung des Gegenstandes am Überwachungsplatz in der Hauptsymmetrieebene des Überwachungsplatzes:
• einen Empfänger mit einer geradlinigen Reihe direkt aneinanderliegender, lichtempfindlicher Elemente, die vertikal in bezug zur Position des Gegenstandes an einem ebenen, durchscheinenden Streuschirm angeordnet sind, der entlang seiner Vorderseite in unmittelbarer Nähe von diesem angeordnet ist,
• einen festen Lichtsender jenseits der Lage des Gegenstandes, der entlang der besagten Symmetrieebene ein Laserlichtbündel erzeugt, das sich gering mächtig aber in Form eines Fächers oder Bandes ausbreitet, und daher geeignet ist, auf dem Schirm in einer ausreichend homogenen Art, eine schmale Zone zu beleuchten, die das oder die Segmente der zur Prüfung ausgewählten Mantellinie bedeckt.
• Bei diesem Apparat oder bei anderen vergleichbaren befindet sich das Raster notwendigerweise nahe des Schirmes in einem Abstand in derselben Größenordnung wie der Punktabstand des Rasters, so daß jedes Detektorelement im wesentlichen alleine durch die Zone des Schirmes beleuchtet wird, die sich ihm gegenüber befindet. Um jede Zelle besser zu vereinzeln, wurde auch vorgeschlagen, zwischen diese ein bienenwabenartiges Gitter einzufügen; aber diese Anordnung wird nicht leistungsfähig sein, wenn es gewünscht ist, wie es im fraglichen Text vorgeschlagen ist, eine ununterbrochene Analyse gemäß einem Raster in Millimetergrößenordnung zu erhalten, weswegen diese unter anderen Nachteilen einen erheblichen Lichtverlust hervorruft; diese wird gleichfalls ergebnislos, wenn man ununterbrochene Stege mit Fotodioden verwendet, weil deren empfindliche Bereiche fast die gesamte Oberfläche innehaben.
• Auf der anderen Seite (Glass Technology, Vol. 22, Nr. 3, June 1981, pages 139-140, Huddersfield, GB; W. SANDERS: "Solid state optics for sidewall and dimensional inspection of glassware") wurde es vorgeschlagen, für die Empfänger bestimmter Überwachungsvorrichtungen, Linearkameras zu verwenden.
• Erfindungsgemäß ist auch ein Streuschirm in unmittelbarer Nähe des Gegenstandes vorgesehen, so nahe, wie es zweckmäßig möglich ist, um insbesondere die Bahn von diesem in ihrer Bewegung des Plazierens auf der Vorrichtung nach Wegnahme zu vermeiden, solange die Reihe der lichtempfindlichen Elemente durch einen ununterbrochenen Steg von Dioden gebildet ist, die zu einer Linearkamera gehören, die in einem Abstand vom Schirm angeordnet ist, und deren Objektiv auf den Schirm mit der gewünschten Tiefenschärfe eingestellt und gerichtet ist.
• Angeregt durch dasselbe Prinzip, aber die beiden Vorrichtungen trennend, ermöglicht es die Erfindung sehr einfach, ein feineres Bild des zu überprüfenden Gegenstandes zu erhalten, denn der Schirm kann einfach in Abhängigkeit des Profiles von diesem geschaffen werden, um diesem möglichst nahe zu folgen und ihn unveränderbar, besonders hinsichtlich von Herstellungsveränderungen, wiederzugeben.
• Es ist daher aus den Gründen der Zweckmäßigkeit ebenso wie des Raumbedarfs, aber auch zur Verbesserung der Empfindlichkeit möglich, die verschiedenen optischen Vorrichtungen schräg bezüglich der Symmetrieebene anzuordnen.
• Ein in der Praxis gängiger Empfänger, eine Kamera, die ein herkömmliches Objektiv und eine lichtempfindliche Vorrichtung kombiniert, die aus einem einfachen geradlinigen, vorzugsweise einstellbaren Steg von Dioden gebildet ist, ist passend, um die gewünschte Feinheit des gelieferten Bildes über der Gesamtheit der zu prüfenden Bereiche zu beobachten.
• Vorteilhafterweise ist sie mit einem Rückstrahlspiegel ausgestattet, der derart orientierbar ist, daß er in der gewünschten Beobachtungsentfernung angeordnet werden kann, um die gesamte Überwachungshöhe zu bedecken, ohne einen zu großen seitlichen Raumbedarf hervorzurufen.
• Der Schirm kann nur aus einem ebenen, durchscheinenden, schmalen Plättchen gebildet sein, wobei ein Blatt aus Opal- oder Glasmaterial auf der vorderen Fläche ausgebreitet ist, aber bei Bedarf kann er auch eine Aneinanderlagerung ausgerichteter Facetten gemäß einer Anordnung nach dem prismatischen Prinzip entlang des Profils der betrachteten Bahn umfassen, oder besser eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, nämlich die eines geraden oder wenigstens kaum schiefen, vertikalen oder nicht vertikalen Abschnittes eines Zylinders mit einer senkrechten Achse in der Symmetrieebene: dieser folgt so der Form des Gegenstandes, zu dem sein Abstand vorzugsweise 0,3 bis 1 cm beträgt, wobei er ausreichend konstant bleibt, ohne daß eine übermäßige Krümmung Schwierigkeiten hervorruft, entweder im Aufbau, oder auch bei der Betrachtung des Gegenstandes unter Beleuchtungs- Beobachtungswinkeln, oder hinsichtlich der Tiefenschärfe. Je dünner der Schirm ist, desto besser ist die Feinheit und die Analyseempfindlichkeit.
• Als Sender kann bisweilen eine einfache, konzentrierte, abgeblendete oder in einem schmalen Bündel anamorphotische Lichtquelle genügen. Indessen verwendet man vorzugsweise einen für optische Systeme gebräuchlichen Projektor mit einer punktuellen oder einer linearen Quelle, die ein schmales Bündel aussendet, das nach dem Prinzip eines ebenen Bündels derart abgeblendet ist, daß es durch die ausgewählten zu untersuchenden Segmente in einer Symmetrieachse des Gegenstandes oder wenigstens in deren Nachbarschaft durchgeht; um es bei Bedarf dem Schirm zu erlauben, einen ausreichend gleichmäßigen Lichtfluß gegen den Empfänger zu übertragen, kann man mehrere dieser Projektoren verbinden, wobei jeder ein eigenes Teilstück mit einer verstellbaren Intensität beleuchtet, wobei sich die aufeinanderfolgenden Beleuchtungsbereiche eventuell überlagern, um ein gleichmäßiges Lichtfeld hervorzurufen oder sogar den Einfluß der Winkelabweichung zu korrigieren. Dieser Sender kann gleichfalls mit dem optischen System eines Rückstrahlspiegels ausgestattet sein.
• Wie bereits oben ausgeführt worden ist, können die Positionen der Vorrichtungen von der vorhin zitierten Symmetrieebene abrücken, wobei der Empfänger und der Sender regulierbar und auf den Schirm gemäß der mittleren Ebenen der Beobachtung und Beleuchtung einstellbar sind, den benachbarten, aber unterschiedlichen Hauptabschnitten entsprechen, so daß beide im Prinzip parallel einer Achse des Gegenstandes in einer Überwachungsstellung oder in einer wenig zu ihr geneigten Lage sind.
• Zwei Beispiele zur Überwachung von Gläsern werden im folgenden detaillierter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Hierin zeigen:
• Fign. 1 und 2 eine Ebene bzw. einen Schnitt einer Überwachung in einer Axialebene,
• Fign. 3 und 4 dieselbe Art in einer etwas abgewandelten Weise, und
• Fig. 5 ein Bestandteil eines im zweiten Fall verwendeten Projektors.
• In den beiden Beispielen ist die Vorrichtung auf einer herkömmlichen Maschine montiert: der Gegenstand ist hier auf eine horizontale Platte 1 aufgesetzt; seine Achse 2 ist daher vertikal und er wird mitgenommen von einem Rollen 4 tragenden Sternrad 3, welche es einer äußeren Gegenrolle 5 erlauben, diesen am Überwachungsplatz drehen zu lassen. Es handelt sich um eine herkömmliche Anordnung, die der Bequemlichkeit halber gewählt wurde und die nicht im Detail beschrieben werden muß.
• Der erste Fall bezieht sich auf die Überwachung einer Schale 11 mit der ellipsenähnlichen Form eines Glases mit Fuß; diese Schale ruht auf der Platte 1 über ihrer Trinköffnung. Der Aufbau der Vorrichtung ist entlang der Ebene der Fig. 2 angeordnet, welche durch die Drehachse des Sternrades 3 durchgeht; der Schirm 12, der Empfänger 13 und der Sender 14 sind symmetrisch bezüglich dieser Ebene angeordnet.
• Der Schirm 12, der durch ein schmales und dünnes Plättchen aus einem verformbaren, durchscheinenden zylindrisch gewölbten Opalmaterial gebildet wird, ist quer zur Symmetrieebene entlang der Hauptmantellinie oder des äußeren Längskreises 11a des Gegenstands in der Überwachungsstellung angeordnet, ohne dabei genau seiner Krümmung zu folgen.
• Der Empfänger 13 umfaßt eine Kamera 15, deren Objektiv 15a vor einem geradlinigen Steg 15b von lichtempfindlichen Dioden, die mit einem Vorverstärker 15c verbunden sind, angeordnet ist. Diese Anordnung befindet sich im Inneren eines Gehäuses 15d, das einen Rückstrahlspiegel 16 trägt, der gegen die rückwärtige Fläche des Schirmes gerichtet ist, so daß eine vertikale Ausrichtung des Objektives zur Verminderung des horizontalen Platzbedarfes gewährleistet ist, und daß dieses auf den Schirm fokussiert ist, um dort in der Ebene der Fig. 2 ein Prüfungsabschnitt zu bestimmen, der durch das Trinkgefäß in der Nachbarschaft der Spitze der Schale geht.
• Der Sender 14 wird durch einfache Lampe 17 gebildet, die mit einem Reflektor ausgestattet ist und gegenüber dem Inneren der Maschine unterhalb der Referenzplatte angeordnet ist, wo ein geradliniges Fenster ihr Licht in ein Bündel geringer Stärke ausblendet, das auf dem Schirm eine beleuchtete Zone quer über der Mittelebene bildet, die den Prüfungsabschnitt überdeckt: bei Anwesenheit eines Gegenstandes wird eine einzige Wand durchdrungen. Eventuelle Glasfehler ergeben sich durch lokale Helligkeitsveränderungen. Diese, erfaßt durch die Vorrichtung, signalisieren diese Fehler und gegebenenfalls wird es einer geeignet verzögerten Vorrichtung erlaubt, den Artikel zu entfernen.
• Der zweite Fall behandelt die Überwachung eines Glases 21 mit im allgemeinen kegelstumpfartiger Form mit einer leichten Krümmung der Hauptmantellinie, welches aufrecht steht.
• Der durchscheinende Schirm ist hier in Form eines ebenen Glasplättchens 22 gebildet, welches auf seiner vorderen Seite, die gegen den Artikel gedreht ist, mattgeschliffen ist und in der Nähe, senkrecht zur Fläche der Fig. 4, in einer entsprechenden Hauptmantellinie entlanggeht.
• Bezüglich der Ebene der Fig. 4, die auch durch die Achse des Sternrades 3 geht, zeigt die Anordnung des Apparates indessen nicht mehr eine völlige Symmetrie: der Empfänger 23 und der Sender 24 befinden sich Seite an Seite angeordnet über der Bahn des Gegenstandes.
• Der Empfänger 23 ähnelt völlig dem vorbeschriebenen, indem seine Kamera 25 von oben nach unten, gegen einen Rückstrahlspiegel 26 gerichtet ist, der um ungefähr 40º gegenüber der Vertikalen, wie in Fig. 3 gezeigt ist, geneigt ist, in einer querverlaufenden Stellung, die leicht schräg ist, was es erlaubt, die in allernächster Nähe befindliche Mantellinie in ihrer Länge auf den Schirm zu fokussieren, wobei in geeigneter Weise der Steg der Dioden orientiert wird.
• Der Sender 24 umfaßt einen Projektor 27, der von oben nach unten gegen einen schmalen Rückstrahlspiegel 28 gerichtet ist, der auch leicht verschoben und um ungefähr 40º gegenüber der Vertikalen geneigt ist, derart, daß das den Schirm beleuchtende Bündel in eine schwach abfallende Richtung umgelenkt wird; wie beim Empfänger gewährleistet diese Anordnung die Anordnung des Projektors in einem genügenden Abstand ohne einen übermäßigen horizontalen Raumbedarf, wobei das Bündel nacheinander durch die beiden Wände hindurchgeht, um in einer schmalen Zone die gesamte Höhe der zweiten von beiden zu beleuchten, wobei gänzlich die oberen Ränder, welche Quellen schädlicher Signale sind, ausgespart werden.
• Ein Fenster 29 ist in der Platte 1 angebracht, um einen Durchgang der Lichtstrahlen zu gewährleisten.
• Der Projektor herkömmlicher Bauart umfaßt eine Lampe 31 und einen Kondensor 32, der durch zwei Linsen 32a gebildet ist, die einem konkaven Spiegel 32b zugeordnet sind, um in einer unbedeutenden Entfernung das Bild 33, seines Glühdrahtes 33 zu bilden; das Licht wird durch das Objektiv 34 wieder auf genommen.
• Die Quelle ist nicht punktuell und der Spiegel 28 blendet trotz einer schmalen Form nur unvollkommen davon ein ebenes Bündel aus, das durch den Projektor abgestrahlt wird; aus diesem Grund ist angezeigt, daß das Objektiv 34 für eine Feldblende, die ein Fenster 35 z. B. von 0,7 mm · 15 mm trägt, justiert ist, die in der Nachbarschaft des Bildes 33', jedoch leicht defokussiert angeordnet ist, damit sich in dem Bereich des Schirmes 22 bei Abwesenheit eines Gegenstandes ein schmales rechteckiges Bild bildet, welches 15 bis 20 · größer ist und eine praktisch homogene Lichtstärke aufweist.
• Man bemerkt, daß es auch möglich ist, selbst den Boden des Gegenstandes zu analysieren. Schließlich versteht man auch, daß diese schräge Anordnung der Vorrichtung und ihrer Ebenen der verschiedenen Hauptschnitte sich in der Nachbarschaft des Schirmes schneiden, wobei es leicht ist, den Empfänger außerhalb des direkten Feldes des Senders anzuordnen: selbiges ist von Vorteil für die Streuung, die durch den Schirm gebildet wird, und man verbessert so die Empfindlichkeit und reduziert die Blendung.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur optischen Überwachung transparenter Körper (11, 21), umfassend neben Vorrichtungen zur Darstellung des Körpers am Überwachungsplatz:

- einen Empfänger (13, 23) mit einer Reihe lichtempfindlicher Elemente an einem durchscheinenden Streuschirm (12, 22), der gegenüber der Position des Körpers und in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet ist,

- eine feste Lichtquelle (15, 24), die einen schmalen Lichtkegel erzeugt, der den Körper durchquert, um auf dem Schirm einen schmalen Bereich zu beleuchten, der das oder die ausgewählten Prüfsegmente überdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß

die Reihe der lichtempfindlichen Elemente durch eine Kappe mit zusammenhängenden Dioden (15b) gebildet ist, die Bestandteil einer in einem Abstand vom Schirm angeordneten Zeilenkamera (15) ist, deren Objektiv (15a) auf den Schirm gerichtet ist.

2. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilenkamera mit einem herkömmlichen Objektiv und einer Kappe mit geradlinigen, aber einstellbaren Dioden zusammenwirkt.

3. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm eine gekrümmte Fläche über die Länge des Profils der Bahn des Körpers (11, 21) aufweist.

4. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender einen Projektor umfaßt, der ein optisches System (32) mit einer punktuellen oder linearen Quelle (31), die ein schmales Bündel ausstrahlt, und eine Blende (35), die ein ebenes Bündel in der Symmetrieachse des Körpers oder wenigstens in seiner Nachbarschaft durchläßt, verwendet.

5. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ihre optischen Vorrichtungen mit wenigstens einem Rückstrahlspiegel (16, 26, 27) ausgestattet sind.

6. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Vorrichtungen schräg angeordnet sind.

7. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger sich außerhalb des direkten Gesichtsfeldes des Senders befindet.

8. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender und der Empfänger, obgleich benachbart der Symmetrieebene des (Überwachungs-)Platzes, verschiedene Hauptschnittebenen aufweisen.