DE68905847T2 - Inspektion von glasbehaeltern auf fehler der dichtflaechen. - Google Patents
Inspektion von glasbehaeltern auf fehler der dichtflaechen.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft die Feststellung von Querfehlern am Ende von Behältern aus Glasmaterial, und insbesondere die Benutzung einer optischen Vorrichtung für diesen Zweck.
- Der sogenannte "Querfehler" ist ein gängiges Problem bei der Herstellung von Glasbehältern. Andere übliche Namen für "Querfehler" sind im Englischen "shear marks" und "nit marks". Dieser Fehler ist eine sehr schmale Nut oder Riefe, welche sich radial über die Dichtfläche des Endes des Glasbehälters erstreckt; siehe Fig. 1. Solche Fehler festzustellen wurde als eine der schlimmsten und härtesten Aufgaben in der Industrie angesehen. Bei kohlensäurehaltigen Getränken beispielsweise ist die Verschlußkappe nicht in der Lage, diese feinen Riefen abzudichten, so daß innerhalb eines Zeitintervalls das Kohlensäuregas austritt und das Getränk ausgast. Nahrungsbehälter sind ein anderes kritisches Gebiet. Wenn die Dichtung wegen dieses Fehlers schlecht ist, kann die Nahrung verderben. Insbesondere die Babynahrungs-Industrie ist von diesen Querfehlern betroffen.
- Es wird angenommen, daß diese Riefe durch eine Strähne kalten Glases hervorgerufen wird, welche auf dem geschmolzenen Glastropfen dort zurückbleibt, wo der ursprüngliche Tropfen abgeschnitten wurde, als das Glas von dem Zuführer durch die Schere strömte. Siehe z.B. US-Patent Nr. 4,515,002.
- In vergangenen Jahren sind viele Versuche gemacht worden, um Ausstattungen zum Aufpüren von Querfehlern in Glasbehältern zu entwikkeln, mit dem Ziel, schlechte Flaschen mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit aus der Produktionslinie auszusondern.
- Die meisten solchen Vorrichtungen verursachen eine unerwünscht große Anzahl von auszusondernden guten Stücken, während sie immer noch einen beachtlichen Prozentsatz von fehlerhaften Behältern auslassen. Versuche im Stand der Technik beinhalteten mechanische Sensoranordnungen, wie z.B. in der US-PS 3,879,993 und der US-PS 3,395,573 offenbart. Eine große Vielfalt von optischen Lösungsversuchen ist gemacht worden. Ein Lösungsversuch benutzt gespiegeltes, fokussiertes Licht, welches von innen auf das Ende des Behälters gerichtet wird, wobei bei Vorhandensein von Querfehlern eine Brechung des fokussierten Lichtes in einer Richtung verursacht wird, die von der bei Abwesenheit eines Fehlers verschleden ist, wobei diese Ablenkung von strategisch plazierten Fotosensoren detektiert wird. Siehe z.B. US-PS 3,302,787 und US-PS 3,107,011. Ein anderer Lösungsversuch, offenbart in der US-PS 4,606,634, benutzt eine flächige Quelle von diffusem Licht, wobei eine Videokamera zur Erzeugung eines Bildes jedes Querfehlers benutzt wird.
- Ein dritter Lösungsversuch, generell von dem in der vorliegenden Erfindung angewandten Typ, benutzt abwärts gerichtetes Licht auf der Dichtfläche und detektiert reflektiertes Licht mit dem Ziel festzustellen, ob ein Querfehler vorhanden ist oder nicht. Das System der US-PS 3,880,750 fokussiert einen intensiven Fleck von glühendem Licht über den Rand des Behälters und benutzt eine optische Sensoranordnung zum Empfang des reflektierten Lichtes zusammen mit einer Verarbeitungselektronik, um Abweichungen vom normalen Lichtsignal zu detektieren. Frequenzfilterung des Fotodetektorsignals entfernt das Signal des normalen Lichtes und erzeugt individuelle Signale für verschiedene Fehlertypen. Die Lichtquelle und Fotodetektoranordnungen sind in untereinander komplementären spitzen Winkeln relativ zu der Ebene der Dichtfläche angeordnet.
- Ein anderes Patent, welches ein System mit der Lichtreflektionslösung offenbart, ist die US-PS 4,488,648 vom gleichen Anmelder wie die vorliegende Erfindung. Dieses Patent benutzt vorzugsweise eine Gleichstromlichtquelle in einem spitzen Winkel relativ zur Dichtebene, wobei die Fotodetektoranordnung ebenfalls in einem spitzen Winkel angeordnet ist (siehe Fig. 8). Ein Querfehler verursacht eine Lichtverminderung - einen "dunklen Fleck". Sowohl dieses System als auch die oben besprochene US-PS 3,880,750 löste bestimmte Probleme nicht erfolgreich, die sich bei der Benutzung von reflektiertem Licht zur Detektion von Querfehlern ergeben. Der Seitenwandwinkel von Querriefen ist völlig unvorhersagbar. Der Winkel einer Wand kann steil sein, während die gegenüberliegende Wand flach ist. Es ist schwierig, Licht von solchen Fehlern zuverlässig zurück auf einen Sensor zu reflektieren, da sie von einem Behälter zum nächsten variieren und sehr unvorhersagbar sind. Die Fig. 2A, 2B und 2C veranschaulichen drei typische Querfehlerorientierungen vom Inneren der Flasche aus gesehen. Weitere Probleme mit diesem Lösungsversuch mit reflektiertem Licht betreffen Dreck, Staub und rauhe Endoberflächen, die ebenfalls Reflektionen des Lichtes zurück zum Sensor verursachen können.
- US A 350 552 beschreibt eine Vorrichtung zur optischen Inspizierung der Dichtfläche von Glasflaschen, welche einen Abtastkopf mit einem Bündel optischer Fasern von optischen Sende- und Empfangsfasern umfaßt. Die Sendefasern sind außerhalb des Halsabschnittes der Flasche angeordnet und richten Licht von einer Lichtquelle auf die Flasche, wobei die Empfangsfasern ihre Empfangsenden innerhalb des Halsabschnittes angeordnet haben. Der Abtastkopf arbeitet so mit der Ablenkung von Licht, welches durch den Halsabschnitt der Flasche geleitet wird, und die Vorrichtung enthält deshalb mechanische Fenstervorrichtungen, um sesquentiell bestimmte Empfängerfasern abzuschatten, wenn Licht den Sendefasern gegenüber diesen Empfangsfasern zugeleitet wird.
- Dementsprechend ist es eine prinzipielle Aufgabe der Erfindung, ein zuverlässigeres Querfehler-Detektionssystem vom optischen Typ zu schaffen. Eine zugehörige Aufgabe ist es, den Prozentsatz der detektierten Querfehler zu vergrößern. Eine andere zugehörige Aufgabe ist es, den Prozentsatz der "falsch Positiven" zu reduzieren, z.B. aufgrund von Staub, Dreck und rauhen Endoberflächen.
- Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum optischen Inspizieren der Dichtflächen von Glasbehältern, umfassend:
- einen Abtastkopf mit einem Bündel optischer Fasern enthaltend optische Sende- und Empfangsfasern,
- eine Lichtquelle zum Beleuchten der Sendefasern;
- Verarbeitungsmittel zum Erzeugen von Ausgangssignalen, welche im wesentlichen die Intensität des durch die Empfangsfasern übermittelten Lichtes darstellen,
- dadurch gekennzeichnet, daß
- das Bündel optischer Fasern gegabelt ist, umfassend einen Senderzweig, welcher optische Sendefasern enthält, einen Empfängerzweig, welcher optische Empfangsfasern enthält, und einen gemeinsamen Abschnitt, welcher Sende- und Empfangsfasern enthält, die an einem Sondenende enden, wobei die Sende- und Empfangsfasern an dem Sondenende zufällig gemischt sind,
- und daß die Vorrichtung ein Linsensystem enthält, um das von den Sendefasern am Sondenende emittierte Licht auf der Dichtfläche abzubilden und von der Dichtfläche reflektiertes Licht zum Sondenende zu übertragen.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Sondenende als ein längliches Rechteck ausgebildet, dessen Muster auf das Behälterende abgebildet wird, wobei sich die lange Achse in radialer Richtung über die Dichtfläche erstreckt. Bevorzugt bildet das Linsensystem dieses Muster geringfügig außerhalb des Fokus auf die Dichtfläche ab.
- Die Lichtquelle umfaßt vorzugsweise eine Leuchtdiode (LED) hoher Intensität im sichtbaren Bereich, besonders bevorzugt im roten Bereich des Spektrums. Um Interferenzen mit Umgebungslicht zu vermeiden, kann diese LED moduliert und der Ausgang des Fotodetektors demoduliert werden, um ein Analogsignal zu erzeugen, welches die Intensität des reflektierten Lichtes darstellt. Beim Abtasten des Behälterendes, wobei der Behälter oder der Abtastkopf rotiert, kann das System so eine für die Veränderungen der Intensität des detektierten Lichts über eine Abtastperiode, welche die ganze Dichtfläche einschließen kann, repräsentative Wellenform erzeugen. Diese Inspektionstechnik hat sich als effektiv gezeigt, um zwischen Querbrüchen, die ein relativ deutliches Signal erzeugen, und Staub, Dreck oder rauhen Stellen und ebenso Hintergrundrauschen zu unterscheiden. Dieses Signal kann weiterverarbeitet und zum selektiven Aussondern von Behältern benutzt werden.
- Die obigen und zusätzliche Aspekte der Erfindung sind in der detaillierten Beschreibung des folgenden bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung erläutert, in welcher:
- Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Glasflaschenendes mit einer Querriefe ist;
- Fig. 2A bis 2C sind Ansichten partieller Ausschnitte aus einem Glascontainerende, von innen gesehen, mit drei verschiedenen Querriefenorientierungen:
- Fig. 2A zeigt eine Riefe mit einer steilen rechten Wand und flacher linker Wand;
- Fig. 2B zeigt eine Riefe mit einem symmetrischen Profil;
- Fig. 2C zeigt eine Riefe mit einer flachen rechten Wand und steiler linker Wand;
- Fig. 3 ist ein etwas schematischer Blick auf ein vollständiges Inspektionssystem entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche ein im Gegenuhrzeigersinn rotierendes Flaschenende abtastet;
- Fig. 4 ist die Ansicht eines Teilabschnitts einer Behälter-Dichtfläche von oben gesehen, welche das rechteckige Lichtbild des Inspektionssystems von Fig. 3 zeigt;
- Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm von Lichtquelle, Fotodetektor und zugehöriger Elektronik des Systems aus Fig. 3; und
- Fig. 6A bis 6C sind Ausdrucke eines verarbeiteten Fotodetektorausgangssignals, welches die Intensität des detektierten Lichtes über eine Abtastung des vollständigen Behälterendes zeigen:
- Fig. 6A zeigt eine typische Signal-zu-Rauschen-Wellenform;
- Fig. 6B zeigt einen gespreizten Abschnitt der Abtastung einschließlich eines Querfehlersignals; und
- Fig. 6C zeigt eine Wellenform, die sowohl ein Querfehlersigual wie ein Staubsignal enthält.
- Fig. 3 veranschaulicht die Konstruktion einer Inspektionsvorrichtung 5 in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Inspektionsanordnung 5 umfaßt eine Faseroptiksonde 30, die auf das Ende 10 eines Behälters 7 gerichtet ist. In der dargestellten Ausführungsform wird der Behälter 7 zur Rotation relativ zur Sonde 30 veranlaßt, so daß die Sonde 30 eine vollständige Abtastung der Dichtfläche 11 in Umfangsrichtung vollführt. Die faseroptische Sonde 30 umfaßt Zweige 31, 33 und einen gemeinsamen Abschnitt 34. Der Zweig 31 enthält Sendefasern; der Zweig 33 trägt Empfangsfasern; und der gemeinsame Abschnitt 34 hat Sende- und Empfangsfasern untereinander gemischt, welche an einem Sondenende 40 enden, an welchem die Fasern untereinander in zufälliger Verteilung gemischt sind. Das Sondenende 40 wird in einem Sondenblock 46 gehalten und endet in einem länglichen rechteckigen Schlitz 45. Der Sondenblock 46 ist dazu ausgebildet, das faseroptische Sondenende 40 über der Dichtfläche 11 auszurichten und zu orientieren, um ein längliches Bild 20 direkt unterhalb zu erzeugen. Eine 1:1-Linsenanordnung 43, umfassend Linsen 41 und 42, erzeugt vorteilhafterweise ein leicht außerhalb des Fokus liegendes Bild 20 des Sondenendes 40 über der Dichtfläche 11. Es ist wünschenswert, ein gerigfügig außerhalb des Fokus liegendes Bild zu erzeugen, so daß die Reflektionen von der Dichtfläche sowohl zu den Sende- als auch zu den Empfangsfasern am Sondenende 40 zurückkehren, anstatt nur zu den Sendefasern.
- Unter Bezugnahme auf die Teilansicht der Dichtfläche 11 in Fig. 4 umfaßt das Bild 20 des Sondenendes ein längliches Rechteck mit einer Länge L und einer Breite T. Die Dimension L ist etwas größer als die Dicke zwischen der Innenwand 12 und der Außenwand 13 des Behälterendes 10. In einer Anwendungsausführung der Erfindung sind L = 0,39cm (0,154 inch.) und T 0,03cm (0,012 inch.). Dieser Wert von L wurde gewählt, um die häufigsten Dicken von Glasflaschenenden zu erfassen, und der Wert von T, um ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen. Das rechteckige Bild 20 ist mit seiner langen Achse entlang einem Radius der Dichtfläche 11 ausgerichtet.
- Fig. 5 veranschaulicht schematisch einen Satz von Komponenten für die Signalverarbeitungselektronik 50 von Fig. 3. Die Lichtquelle zur Übertragung auf die Faser 31 ist eine Leuchtdiode 35 für hochintensives sichtbares Licht im roten Bereich des sichtbaren Spektrums. LED-Lichtquellenanordnungen können mit verschiedenen Frequenzen moduliert werden und erzeugen ein kontinuierliches Ausgangssignal hoher Intensität mit minimaler Drift über eine lange Lebensdauer. Selbstverständlich können andere Lichtquellen angewandt werden, wobei die optischen Eigenschaften des Behälterendes 10 in Betracht gezogen werden. Ein Fotoempfänger 37 ist eine Fototransistoranordnung, welche von dem Ansprechspektrum an die LED 35 angepaßt ist. Das Ausgangssignal des Fototransistors, verstärkt bei 54, wird durch ein Bandpaßfilter 55 demoduliert, welches kalibriert ist, um die Modulationsfrequenz des roten sichtbaren Lichtes der LED 35 durchzulassen. Ein Tiefpaßfilter 56 trennt das veränderliche Signal von dem modulierten Trägersignal, wobei das veränderliche Signal bei 57 verstärkt wird. Das verstärkte Meßsignal wird einem "sample/hold"-Kreis 58 zugeführt und danach einem Analog- Digital-Konverter 59, welcher dieses Signal für jeden Meßpunkt integriert und digitalisiert. Ein Mikrocomputer 60 analysiert das integrierte Signal aus dem Stromkreis 50, wobei dieses Signal für den rotierenden Behälter 7 gesammelt wird.
- Der Mikrocomputer 60 kann in entsprechenden Fällen eine Auswerfervorrichtung 75 über den Auswerferantrieb 70 aktivieren, um den Behälter 7 auszusondern, wenn die verarbeitete Information für diesen Behälter das Vorhandensein eines unakzeptierbaren Querfehlers anzeigt.
- Die Inspektionsvorrichtung 5 arbeitet wie folgt. Moduliertes LED-Licht wandert entlang der Sendefasern und wird durch eine Linsenanordnung 43 geringfügig außerhalb des Fokus auf die Dichtfläche 11 des Endes 10 abgebildet. Dieses Licht wird durch die Linsenanordnung 43 zurückreflektiert auf das unregelmäßige Muster 45 von Sende- und Empfangsfasern. Die Empfangsfasern führen das Licht zurück zum Fotosensor 37, wo, wie oben beschrieben, das Fotosensorsignal demoduliert wird, um ein Analogsignal zu erzeugen, welches auf der von dem Ende zurückreflektierten Lichtmenge basiert. Da der Container 7 axial unterhalb der Sonde 30 rotiert, wird die vollständige Dichtfläche 11 durch die Vorrichtung abgetastet. Das Ergebnis ist ein dem Reflektionsmuster der ganzen Dichtfläche 11 entsprechendes Signal. Wenn ein Querfehler durch das Bild 20 läuft, wird Licht in vielen verschledenen Richtungen reflektiert und nur sehr wenig kehrt durch das Linsensystem 43 zurück. Dies erzeugt einen signifikanten Abfall der Signalhöhe. Staub, Dreck und rauhe Endflächen können ebenso das zurückreflektierte Licht reduzieren, jedoch, wie unten mit Bezug auf die Fig. 6A bis 6C veranschaulicht, verbessert die Benutzung von radial orientierten langen schmalen Lichtmustern 20 erheblich die Empfindlichkeit des Inspektionssystems 5 gegenüber Querfehlern, wobei sie solche Fehler von anderen Ursachen für eine Signalerniedrigung unterscheidet.
- Fig. 6A bis 6C sind verschiedene Ausdrucke oder Darstellungen eines Analogsignals, welches durch die Verarbeitungselektronik 50 erzeugt wird und die Höhe des LED-Lichtes darstellt, welches durch das Bündel 30 optischer Fasern zurückreflektiert wird über verschiedene Punkte eines Abtastintervalls. Die Wellenformen der Fig. 6A bis 6C wurden auf einem Oszilloskop 80 dargestellt, welches das Ausgangssignal des Verstärkers 57 des Stromkreises 50 in Fig. 5 erhielt. Der Ausdruck von Fig. 6A veranschaulicht eine typische Signal-Rausch-Wellenform, die einen Einbruch bei 81 aufweist, welcher durch den Durchgang eines Querfehlers unter der faseroptischen Sonde 30 erzeugt wurde. Der Ausdruck in Fig. 6B zeigt eine Signalverringerung 83, welche durch einen Querfehler erzeugt wurde, nach Spreizung der Skala des Ausdrucks auf 500 Mikrosekunden pro Einheit verglichen mit 10 Millisekunden pro Einheit für den Ausdruck in Fig. 6A. Fig. 6C zeigt einen Ausdruck mit 2,5 Mllisekunden pro Einheit, in welchem Einbrüche 85 und 87 durch Staubpartikel verursacht waren, während der Signalabfall 89 durch einen Querfehler erzeugt wurde. Man sieht, daß der Querfehler einen viel schärferen Einbruch in der Signalhöhe erzeugt. Der Ausdruck der Fig. 6A bis 6B veranschaulicht die Fähigkeit des Querfehlerinspektionssystems 5, selektiv und wiederholt tatsächliche Querfehler zu detektieren, während der Verlust von guter Ware wegen anderer Endunregelmäßigkeiten, die nicht als Probleme angesehen werden, minimiert wird.
Claims (12)
1. Vorrichtung zur optischen Inspektion der Dichtfläche von
Glasbehältern umfassend:
einen Abtastkopf mit einem Bündel optischer Fasern enthaltend
optische Sendefasern (31) und Empfängerfasern (33),
eine Lichtquelle (35) zur Beleuchtung der Sendefasern;
Verarbeitungsmittel (50) zum Erzeugen von Ausgangssignalen, welche
im wesentlichen die Intensität des von den Empfangsfasern
übermittelten Lichtes darstellen,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Bündel optischer Fasern gegabelt ist, umfassend einen
Senderzweig (31), welcher optische Sendefasern enthält, und einen
Empfängerzweig (33), welcher optische Empfangsfasern enthält, und einen
gemeinsamen Abschnitt (34), welcher Sende- und Empfangsfasern
enthält, die an einem Sondenende (40) enden, wobei die Sende- und
Empfangsfasern an dem Sondenende (40) zufällig gemischt sind,
und daß die Vorrichtung ein Linsensystem (43) enthält, um das von
den Sendefasern am Sondenende emittierte Licht auf die Dichtfläche
abzubilden und von der Dichtfläche reflektiertes Licht zum
Sondenende zu übertragen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Benutzung bei der Untersuchung
der Dichtfläche eines Glasbehälters, wobei die Dichtfläche im
wesentlichen eine Ebene definiert, dadurch gekennzeichnet, daß das
Sondenende (40) im wesentlichen entlang einer Senkrechten zur
Dichtfläche angeordnet ist und das Licht senkrecht auf diese Ebene
richtet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Sondenende (40) so gestaltet ist, daß Licht in einem länglichen
Muster auf die Dichtfläche projiziert wird, wobei die lange Achse
des Musters in radialer Richtung zur Dichtfläche orientiert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
längliche Muster ein Rechteck ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bild des länglichen Musters sich über den inneren
und äußeren Rand der Dichtfläche hinaus erstreckt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Muster des Probenendes geringfügig außerhalb des
Fokus auf die Dichtfläche abgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtquelle amplitudenmoduliertes Licht mit einer
ausgewählten Frequenz liefert und die Verarbeitungsmittel eine
Photodetektorvorrichtung umfassen, welche Lichtintensitäts-Ausgangs-
signale erzeugt und Mittel zum Demodulieren dieser Lichtintensität-
Ausgangssignale.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Hochintensitäts-LED (Leuchtdiode)
für sichtbares Licht ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
sichtbaren Lichtwellenlängen der LED im roten Bereich des
sichtbaren Spektrums konzentriert sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Mittel aufweist zur Erzeugung einer
Rotation des Behälters oder des Abtastkopfes relativ zu dem jeweils
anderen Teil, wobei der Abtastkopf die Dichtfläche in
Umfangsrichtung abtastet.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bündel optischer Fasern etwa gleiche Anzahlen
von Sende- und Empfangsfasern enthält.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Auswertemittel aufweist, um zu
registrieren, wenn das Ausgangssignal unter einen vorgewählten
Schwellenwert fällt.
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