DE68919901T2

DE68919901T2 - Optisches Profilmessgerät.

Info

Publication number: DE68919901T2
Application number: DE68919901T
Authority: DE
Inventors: Alan E Thomas; Leon E Thompson
Original assignee: Glass Technology Development Corp
Current assignee: Glass Technology Development Corp
Priority date: 1988-05-09
Filing date: 1989-04-21
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2009-04-22
Also published as: AU3240189A; JP2925163B2; MX166591B; JPH0285705A; US4906098A; EP0341849B1; EP0341849A2; AU616497B2; CA1311117C; DE68919901D1; EP0341849A3

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein optische Mikrometer zur Bestimmung der Größe eines Objekts und insbesondere ein optisches Abtastgerät zur Messung des Profils eines Objekts, wie einer Flasche. Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung eines solchen Geräts in Verbindung mit einem Hohlraum-Identifizierungssystem einer Flaschenherstellungsanlage mit Mehrfach- Formen.

Hintergrund der Erfindung

Optische Mikrometer sind in der Technik bekannt und etwa beschrieben in dem übertragenen US-Patent Nr. 4,082,463 für ein geeichtes optisches Mikrometer, auf das hier bezug genommen wird. Danach benutzt ein optisches Mikrometer ein genau dimensioniertes Gitter, das vorübergehend in den optischen Weg des Instruments innerhalb einer Meßzone eingeführt wird. Ein Lichtstrahl wird durch die Meßzone und quer zum Gitter geschwenkt, und die dabei erhaltene Information wird in einem elektronischen Speicher registriert. Danach werden Gegenstände, die nacheinander in der Meßzone angeordnet werden, durch den Strahl abgetastet , und die dabei erhaltene Information wird mit den Eichdaten verglichen, um eine genaue Ausmessung des Artikels zu erreichen.
Das US-Patent Nr. 4,074,938 beschreibt ein optisches Dimensionsmeßgerät unter Benutzung eines länglichen fokussierten Strahls. Das US-Patent Nr. 4,097,158 beschreibt eine Halb-Maximum-Schwellenschaltung für ein optisches Mikrometer. Diese Mikrometer können jedoch nur den Durchmesser eines abzutastenden Artikels bestimmen und nicht das Profil des Artikels. "Profil" bedeutet eine dimensionsmäßige Darstellung eines von der Seite gesehenen Objekts, d.h. die Außendimensionen des Objekts und das Verhältnis zwischen den Dimensionen.
Im allgemeinen wurden Profile manuell unter Benutzung von "Geht/Geht-Nicht" Lehren gemessen, die bestimmen, ob bestimmte Profildimensionen innerhalb gewünschter Grenzen sind. Diese manuellen Messungen sind zeitraubend und nicht sehr genau.
Die europäische Patentanmeldung 0,216,587 beschreibt Verbesserungen an einem optischen Meßgerät bezüglich der Nacheichung des Geräts. Die Beschreibung sagt jedoch nichts über die Profilbestimmung des Artikels zwecks Überprüfung durch Abtastmessungen von einem Bezug zu dem Objekt. Die in den Ansprüchen 1 und 18 definierte vorliegende Erfindung ist durch die Bezugnahme auf EP-0 216 587 gekennzeichnet.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf, wenigstens einige der im Stand der Technik auftretenden technischen Probleme zu erleichtern.
Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Vermessung des Profils von Teilen eines aus verschiedenen Formen hergestellten Gegenstands durch Bestimmung des räumlichen Verhältnisses zwischen den Teilem, wobei die genannte Vorrichtung Mittel zur Ausrichtung der Teile des Gegenstands, dessen Profil zu vermessen ist, mit einer vordefinierten Ebene, einen ersten Bezug und optische Profilmittel für die Messung der Breite jedes Teils des mit der vordefinierten Ebene ausgerichteten Gegenstands und für die Messung des Abstands jedes Teils des Gegenstands von dem ersten Bezug hat, wobei das genannte optische Profilmittel Mittel mit einem Spiegel zur Abtastung jedes Teils des in der vordefinierten Ebene befindlichen Gegenstands mit einem Strahl aus Strahlungsenergie und Mittel zur Strahlabtastung in der vordefinierten Ebene quer über den Spalt zwischen jedem Teil und dem ersten Bezug, wobei ein erster Bezugsphotodetektor so angeordnet ist, daß der Strahl auf ihn auftrifft, sowie eine ZE umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastmittel-Spiegel von einer Welle zwecks Drehung durch einen Motor getragen wird, so daß sich der Strahl dreht, um Teile des in der vordefinierten Ebene befindlichen Gegenstands kontinuierlich abzutasten, und der genannte erste Bezugsphotodetektor der ZE signalisiert, daß der Strahl die Abtastung begonnen hat, so daß die genannte ZE die von einem inneren Taktgeber in Reaktion auf das genannte erste Photodetektorsignal gelieferten Taktimpulse zu zählen beginnt, wobei die Zählung in einem Speicher auf genommen wird, wenn der Strahl zuerst durch den Gegenstand unterbrochen wird, und wiederum in einem Speicher aufgenommen wird, wenn der Strahl durch einen Photodetektor erfaßt wird, wodurch das Profil der abgetasteten Teile des Gegenstands aus den Anzahlen der aufgenommenen Impulse berechnet werden kann.
Es ist zu bemerken, daß - da der Strahl nur jene Teile des Artikles in der vordefinierten Ebene abtastet oder überstreicht - die Spaltbreite und der Artikel leicht durch die Zeit der Okklusion des Strahls durch den Artikel bestimmt werden kann.
Eine Vorrichtung zur Messung des Profils von Teilen eines Objekts unter Benutzung der Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Draufsicht der optischen Profilmeßvorrichtung nach der Erfindung in Verbindung mit einem Flaschenförderer, der Flaschen von einer Flaschenformvorrichtung durch ein Hohlraumidentifizierungssystem trägt;
Fig. 2 eine Vorderansicht einer Flasche mit Darstellung der Profilabmessungen, die durch eine optische Profilmeßvorrichtung nach der Erfindung bestimmt werden können;
Fig. 2A eine auseinander gezogene Vorderansicht eines oberen Flaschenendes, die die Profildimensionen zeigt, die durch eine optische Profilmeßvorrichtung nach der Erfindung bestimmt werden können;
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht, teilweise in Blockdiagrammform und teilweise in der Ansicht, einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Profilmeßvorrichtung;
Fig. 4 eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform eines optischen Mikrometers zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen optischen Profilmeßvorrichtung;
Fig. 5 ein Fließschema der Stufen eines bevorzugten Betriebsverfahrens der erfindungsgemäßen optischen Profilmeßvorrichtung; und
Fig. 6 eine Tabelle einiger der Dimensionsdaten, die aus der Profilbestimmung der Flasche der Fig. 2 durch eine erfindungsgemäße optische Profilmeßvorrichtung resultieren.
Entsprechende Bezugszahlen bezeichnen in den verschiedenen Darstellungen der Zeichnung entsprechende Teile.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Bezugnehmend auf Figur 1 wird die erfindungsgemäße optische Profilmeßvorrichtung allgemein mit der Bezugszahl 100 bezeichnet. Die Vorrichtung 100 kann zur Messung des Profils irgendeines Artikels dienen, wie etwa einer Flasche, eines Kraftfahrzeugteils, Kunststoffteils und eines anderen Herstellungsartikels. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung 100 als Teil einer Vorrichtung für die Überprüfung eines Artikels dienen, der mit Mehrfach-Hohlräumen oder -Formen hergestellt wurde, etwa eines allgemein mit der Bezugszahl 101 bezeichneten Flascheninspektionssystems zur Überprüfung von Flaschen 102, die durch die Flaschenformaschine 103 hergestellt wurden. Das hier benutzte Profil bezieht sich auf eine dimensionsmäßige Darstellung des von der Seite gesehenen Artikels, d.h. die Außendimensionen eines Artikels und die räumliche Beziehung zwischen den Dimensionen der Artikelteile. Beispielsweise würde das Profil einer Flasche mit einem sich zu einem zylindrischen Körper erweiternden Hals die verschiedenen Hals- und Körperdurchmesser und die Höhe des Halses, der Erweiterung und des Körpers umfassen. Diese Messungen werden von verschiedenen Seitenansichten der Flasche in Relation zu einem ersten (vertikalen) Bezug durchgeführt, um auch ihre Ovalität zu bestimmen. Die Schiefe der Flasche ist ihre Neigung weg von der Vertikalen, wenn die Flasche in einer im wesentlichen vertikalen Position auf einer im wesentlichen horizontalen Fläche steht. Die Schiefe der Flasche ist definiert durch das räumliche Verhältnis zwischen Hals, Erweiterung und Körper im Vergleich zu einem vertikalen Bezug und ist Teil des Profils. Die Schräge der Flasche ist definiert als die räumliche Beziehung zwischen der Oberseite und Unterseite der Flasche, d.h. zwischen der Verschließoberfläche und der Basis und kann durch Messung der Flaschenhöhe aus verschiedenen Seitenansichten gesehen bestimmt werden. Ferner kann auch mit der Vorrichtung 100 ein Innenprofil eines Objekts bestimmt werden, das eine Durchgangsüffnung hat.
Die Flaschenformvorrichtung 103 besteht im allgemeinen aus einer Maschine mit mehreren Formen oder Hohlräumen zur Formung von Flaschen aus geschmolzenem Glas oder Kunststoff. Jede Form der Maschine kann eine eigene Markierung haben, so daß die Produkte einer bestimmten Form leicht identifiziert werden können. Viele bekannte Systeme lassen eine Hohlraumidentifizierung zu. Beispielsweise kann jeder Hohlraum am Boden oder an der Seite der Flasche Markierungen anbringen, die festgestellt werden können, um die Form zu bestimmen, in der die Flasche gebildet wurde. Konzentrische Ringe, Punkte oder andere Markierungen können in unterschiedlichem Abstand in die Flaschen eingeformt werden, wobei jeder Hohlraum Markierungen liefert, die in Abstand und Ausbildung einmalig sind. Nach der Bildung der Flaschen durch die Flaschenformmaschine 103 werden die Flaschen 102 auf einem Hochleistungsförderer 104 angeordnet, um sie zu einer Einrichtung zwecks Identifizierung des Hohlraums zu fördern, in dem die Flasche (der hergestellte Artikel) geformt wurde, wie etwa dem Hohlraumidentifizierungssystem 105. Der Förderer 104 kann irgendeine in der Technik bekannte Standard- Flaschenbewegungsmaschine sein, etwa ein horizontales Förderband oder ein Kanal, durch den die Flaschen gestoßen werden.
Das Hohlraumidentifizierungssystem 105 ist irgendein System, das die verschiedenen Markierungen auf der Basis oder Unterseite der Flasche feststellen kann, um den Hohlraum, aus dem die Flasche hervorgegangen ist, zu bestimmen und zu identifizieren. Der Hohlraum, in dem eine bestimmte Flasche hergestellt wurde, muß bekannt sein, damit bei späteren Überprüfungen der Hohlraum der unbrauchbaren Flasche leicht identifiziert werden kann. Im allgemeinen werden die Flaschen von der Flaschenformmaschine 103 mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 Flaschen je Minute geliefert, so daß die Geschwindigkeit des Förderbandes 104 so synchronisiert wird, daß sie diese Flaschenanzahl abführt, und das Hohlraumidentifizierungssystem 105 wird ebenfalls auf diese Geschwindigkeit synchronisiert.
Nachdem der Ursprungshohlraum der Flasche identifiziert ist, fördert das Förderband 104 die Flaschen durch den Förderzweig 111, der die Flaschen der Gewichtsstation 106 und einer Einrichtung zur Messung des Profils von Teilen der identifizierten Flasche (Artikel) zuführt, die eine Einrichtung zum Vergleichen des gemessenen Profils mit dem Profil einer Bezugsflasche, etwa die optische Profilmeßvorrichtung 100, umfassen kann. Die Vorrichtung 100 steuert das Ablenktor 112 über die Leitung 113, um so Flaschen selektiv zwecks Profilfeststellung dem Zweig 111 zuzuführen. Die Vorrichtung 100 wird über die Leitung 110 mit der Information bezüglich des Hohlraums versorgt, in der jede Flasche hergestellt wurde. Diese Information erlaubt es der Vorrichtung 100, die Flaschen zur Profilbestimmung willkürlich oder pseudowillkürlich auszuwählen oder die Flaschen zur Profilbestimmung aus jedem Hohlraum systematisch und periodisch auszuwählen. Die Vorrichtung 100 wird ferner von der Gewichtsstation 106 über die Leitung 110 mit der Gewichtsinformation jeder Flasche versorgt, so daß die auf ihr Profil zu untersuchende Flasche auf Grund des Gewichtes ausgewählt werden kann.
Der Förderzweig 111 trägt die Flaschen 102 zu einer ersten Transferstation mit einem Pneumatikzylinder 114, der den Stößel 115 betätigt, um die erste Flasche 102a von dem Förderzweig 111 in die Gewichtsstation 106 zu bewegen. Die Behälter werden an dem Hohlraumidentifizierungssystem 105 identifiziert, und es werden aus jeder Form Meßprüflinge ausgewählt. Der ausgewählte Prufling wird so transportiert, daß die Meßwerte mit der Hohlraumzahl korrelieren. Insbesondere wird jede Flasche an der Gewichtsstation 106 gewogen, um ihr Gewicht festzustellen, das anzeigt, daß die richtige Produktmenge (z.B. Glas, Kunststoff, Keramik, Metall) zur Bildung derFlasche verwendet wurde. Wenn das Gewicht der Flasche nicht innerhalb zulässiger Toleranzen ist, aktiviert die Gewichtsstation 106 zu passender Zeit über die Meßvorrichtung 100 und die Leitung 113 das Gitter 124, um die unbrauchbare Flasche in den Abfallbereich 125 zu befördern. Die Gewichtsstation 106 kommuniziert mit dem Hohlraumidentifizierungssystem 105 und der Meßvorrichtung 100 über die Leitung 110, so daß die Gewichtsstation 106 die Hohlraumidentität jeder von ihr gewogenen Flasche kennt und die Meßvorrichtung 100 über die Flaschen informieren kann, die außerhalb des Toleranzgewichts liegen und nicht auf ihr Profil zu prüfen sind. Ferner wird festgestellt, ob ein Ausschuß bei einem Prüfling auftritt und dieser Ausschuß bei Flaschen aus aus einem besondere Hohlraum auftritt, worauf die Gewichtsstation 106 und/oder die Meßvorrichtung 100 über die Leitung 110 die Flaschenformvorrichtung 103 (oder den Bedienungsmann) über den unbrauchbare Flaschen produzierenden Hohlraum informieren kann, so daß das Problem bereinigt oder das System abgestellt werden kann, um das Problem genauer festzustellen. Nach dem Wiegen gelangt der Prüfling zur optischen Profilmeßvorrichtung 100 zwecks Bestimmung des Profils ausgewählter Flaschenteile. Alternativ kann die Profilbestimmung unterbleiben, wenn die Wägung feststellt, daß der Prüfling außerhalb der Toleranz liegt.
Die Flasche 102b befindet sich an einer zweiten Transferstation mit einem Pneumatikzylinder 117, der einen Stößel 118 betätigt, um die Flasche von der Wägestation 106 zur Profilierungsplattform 119 zu bewegen. Nachdem die optische Profilmeßvorrichtung das Profil der Flasche 102c auf der Profilierungsplattform 119 festgestellt hat, betätigt der Pneumatikzylinder 120 den Stößel 121, um die Flasche 102c auf den Rückförderzweig 122 zu bewegen. Die optische Profilmeßvorrichtung 100 steuert über die Leitung 123 den Betrieb der Zylinder 114, 117 und 120. Die Vorrichtung 100 und die Gewichtsstation 106 steuern über die Leitung 113 das Gitter 124 und aktivieren das Gitter, wenn an einer Flasche ein unannehmbares Profil gemessen wurde, so daß die unbrauchbare Flasche in den Abfallbereich 125 befördert wird. Wenn die Flasche 102d ein brauchbares Profil hat, wird sie über den Rückförderzweig 122 zum Förderer 104 zurückgeführt.
Die optische Profilmeßvorrichtung 100 steht über die Leitung 110 mit der Flaschenformvorrichtung 103, dem Hohlraumidentifizierungssystem 105 und der Gewichtsstation 106 in Verbindung. Falls an einer Flasche ein unannehmbares Profil gemessen wird, bestimmt die Vorrichtung 100 in Verbindung mit dem Hohlraumidentifizierungssystem 105 den Hohlraum derFlasche und kann über die Leitung 113 das Gitter 112 betätigen, um das Profil weiterer Flaschen aus dem verdächtigen Hohlraum zu bestimmen. Falls ein Ausschuß entdeckt wird, kann die Vorrichtung 100 die Flaschenformmaschine 103 oder alternativ einen Bedienungsmann über den Ausfall informieren, so daß dieser korrigiert werden kann, die Produktion des die Ausschußflaschen produzierenden Hohlraums unterbrochen oder das System zu Reparaturzwecken abgestellt werden kann.
In Figur 2 ist das Profil der Flasche 102 einschließlich einiger Abmessungen, die von der optischne Profilmeßvorrichtung 100 bestimmt werden können, dargestellt. Die Dimension F ist der Außendurchmesser an der Oberseite der Dichtungsoberfläche 201 an dem Flaschenmund. Die Dimension T ist der Außendurchmesser des Gewindes 203 um das Flaschenende 204. Der Hals oder das Oberteil der Flasche, der mit dem Verschluß oder der Kappe in Eingriff kommt, wird hier allgemein als das Ende bezeichnet. Die Figuren 2 und 2A zeigen Abdreh-Enden. Die Erfindung kann jedoch auch bei Kron-Enden oder anderen Enden eingesetzt werden. Die Dimension E ist der Durchmesser des Gewindekerns des Endes. Alternativ kann die Neigung wie folgt berechnet werden. Nach Figur 2A, die das Flaschenende zeigt, kann dieDimension T bei jedem gegebenen Drehwinkel berechnet werden, indem man die Dimension (a) von der Dimension (d) subtrahiert, d.h. T = (d) - (a), worin (d) der größte Spalt plus der Durchmesserdimension zwischen dem oberen Ende 210 und dem Schließring 205 ist und (a) die kleinste Spaltdimension zwischen dem oberen Ende 210 und dem Schließring 205 ist. In ähnlicher Weise kann die Dimension E bei irgendeinem gegebenen Drehwinkel berechnet werden, indem man die Dimension (c) von der Dimension (b) subtrahiert, d.h. E = (c) - (b), worin (c) der kleinste Spalt plus der Durchmesserdimension zwischen dem oberen Ende 210 und dem Schließring 205 ist und (b) die größte Spaltdimension zwischen dem oberen Ende 210 und dem Schließring 205 ist.
Nach der Figur 2 ist die Diemsion A der Außendurchmesser des Schließrings 205, der im allgemeinen mit dem Schließring der Kappe in Eingriff kommt. Die Dimension D ist die Höhe des Endes von der Oberseite 201 bis zum Boden des Schließrings 205. Die Dimension H ist die Höhe der Flasche, gemessen von der Oberfläche, auf der die Flasche steht (z.B. Plattform 318 in Figur 3) bis zur Oberseite der Dichtungsfläche 201 an der Flaschenmündung. Die Dimension B ist der Außendurchmesser des Körpers der Flasche 102 im Bereich von der Flaschenschulter bis zur Flaschenbasis. Die Dimension h ist die Höhe des Gewindes, in der es von dem Flaschenende vorsteht.
In Figur 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Profilmeßvorrichtung gezeigt. Die Vorrichtung 100 umfaßt ein optisches Mikrometer 300, eine zentrale Verarbeitungseinheit ZE 301 und Mittel zur Ausrichtung der Teile des Artikels, deren Profil zu bestimmen ist, mit einer vordefinierten Ebene, wie etwa Mittel zur Bewegung der Flasche 102 durch eine vordefinierte Ebene, die als Ebene 350 bezeichnet ist, so daß jeder Flaschenteil, dessen Profil zu bestimmen ist, durch die vordefinierte Ebene fährt, wobei diese Mittel allgemein mit der Bezugszahl 302 bezeichnet sind. Alternativ kann die Meßebene 350 die Flasche 102 abtasten, so daß die Meßebene 350 optisch über die Flasche 102 bewegt wird.
Der spezifische Aufbau und die Arbeitsweise einer Ausführungsform des optischen Mikrometers 300 sind in den US-Patenten Nr. 4,074,938, 4,082,463 und 4,097,158 beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird. Im allgemeinen umfaßt das optische Mikrometer 300 einen Laser 303, der einen Strahl 304 aus parallelem Licht liefert. Der Strahl 304 ist auf einen Drehspiegel 305 gerichtet. Der Spiegel 305 kann ein Spiegel mit einer einzigen Oberfläche sein, wie er in den oben angegebenen Patenten dargestellt ist, oder er kann ein Spiegel mit vielen Oberflächen sein. Wie in der Figur 3 dargestellt ist, ist der Spiegel 305 ein sechsseitiger Spiegel.
Der Spiegel 305 ist auf einer Welle 306 gelagert, die durch einen Motor 307 gedreht wird. Wenn der Spiegel gedreht wird, wird der Strahl 304 zur Schaffung eines Abtaststrahls 308 reflektiert, der in der im allgemeinen horizontalen Abtastebene 350 liegt. Im einzelnen bewegt sich der Abtaststrahl 308 von dem ersten Photodetektor 309 zum zweiten Photodetektor 310, zwischen denen der Abtastsektor liegt, der häufig als Meßzone bezeichnet wird. Der Abtaststrahl 308 gelangt durch eine erste Abtastlinse 311, die jegliche Divergenz in dem Strahl infolge einer Reflektion durch den Spiegel 305 korrigiert. Der Brennpunkt der ersten Abtastlinse 311 liegt an der Stelle, wo der Strahl 304 auf den Drehspiegel 305 trifft, so daß der Abtaststrahl 308a einen kontinuierlich abtastenden Strahl innerhalb der Abtastebene 350 umfaßt. Der Abtaststrahl 308a ist an jedem Punkt innerhalb der Meßzone im wesentlichen parallel zu dem Abtaststrahl in irgendeinem anderen Punkt in der Meßzone.
Der Abtaststrahl 308a streicht über die Flasche 102 und wird durch den innerhalb der Abtastebene 350 befindlichen Flaschenteil unterbrochen. Der nicht unterbrochene Teil des Abtaststrahls 308a gelangt durch die zweite Abtastlinse 312, die den parallelen Abtaststrahl auf den Photodetektor 313 fokussiert. Die Ausgangsgröße des Photodetektors 313 gelangt über die Leitung 314 auf die zentrale Verarbeitungseinheit ZE 315 des optischen Mikrometers 300. Der Photodetektor 313 befindet sich im Brennpunkt der zweiten Abtastlinse 312, so daß die durch diese Linse fallenden parallelen Lichtstrahlen 308a auf der Oberfläche des Photodetektors 313 fokussiert werden.
Damit der Abtaststrahl 308a das gesamte Profil der Flasche 102 abtasten kann, muß diese gedreht und aufwärts und/oder abwärts bewegt werden, so daß die gesamte Flasche oder die abzutastenden Teile (horizontale Scheiben) der Flasche durch die Abtastebene 350 bewegt werden. Eine Bewegungseinrichtung 302 ist für die Flaschenbewegung vorgesehen und umfaßt insbesondere eine zu der Ebene 350 im wesentlichen parallele Basis oder Plattform 316 mit einer Oberseite 317, auf der sich die Flasche 102 befindet, und einer Unterseite 318, die mit der zu der Schnittachse 320 parallelen Welle 319 verbunden ist. Zur vollständigen Abtastung der Flasche 102 wird diese längs der Schnittachse 320 so bewegt, daß der Abtaststrahl 308a die auf der Plattform 316 befindliche Flasche von ihrem oberen Ende bis zur Basis abtastet, oder die Meßebene wird optisch bewegt, um das gleiche Resultat zu erzielen.
Vorzugsweise ist die Schnittachse 320 koaxial mit der Welle 319 und senkrecht zur Abtastebene 350. Die Welle 319 wird von einem Servosystem oder (ersten) Drehschrittmotor 321 gehalten, der die Welle 319 drehen kann. Die Plattform 316, die Welle 319 und der Motor 321 sind Mittel zur Drehung derFlasche (des Artikels) um eine Achse, die die vordefinierte Abtastebene 350 innerhalb des Abtastbereiches desStrahls 308a schneidet.
Der Motor 321 ist in einer im wesentlichen vertikalen Ausrichtung durch eine verfahrbare Mutter 322 gehaltert, die mit den Gewindegängen einer Spindel 323 in Eingriff ist und auf ihr abgestützt ist. Die Längsachse 324 der Spindel 323 verläuft parallel zur Schnittachse 320. Ein anderes Servosystem oder ein (zweiter) vertikaler Schrittmotor 325 dient zur axialen Bewegung der Plattform 316 längs einer zur Schnittachse 320 parallelen Achse. Insbesondere ist der Motor 325 mit der Spindel 323 in Eingriff, um diese um ihre Längsachse 324 zu drehen und so die verfahrbare Mutter 322, den ersten Schrittmotor 321 und die Plattform 316 längs der Schnittachse 320 zu bewegen. Die Spindel 323 und der Motor 325 sind Mittel zur axialen Bewegung der Flasche (des Artikels) längs einer Achse, die parallel zur Schnittachse 320 innerhalb des Abtastbereiches des Strahls 308a ist. Wahlweise wird ein zweiter (horizontaler) Bezug, wie etwa Stab 326, von dem Schrittmotor 321 gehalten und um die und oberhalb der Flasche 102 angeordnet, um einen horizontalen Bezug für das optische Mikrometer zu schaffen. Der Stab 326 ist U-förmig und mit einem Schenkel durch die verfahrbare Mutter 322 im wesentlichen parallel zur Schnittachse 320 gehalten und mit dem anderen Schenkel oberhalb der Plattform 316 angeordnet, so daß die Flasche 102 koaxial zu dem zweiten Schenkel zwischen diesem und der Plattform 316 angeordnet ist. Dieser Bezugsstab 326 ermöglicht dem optischen Mikrometer, die Höhe des Objekts (d.h. der Flasche), dessen Profil bestimmt wird, festzustellen, da sein Ende einen Bezugspunkt in bekanntem Abstand von der Abtastebene 350 schafft, d.h. je nach der vertikalen Position der Plattform 316 ist der Abstand zwischen der Abtastebene 350 und dem Ende der Stange 326 bekannt oder kann wie unten angegeben bestimmt werden. Alternativ kann die Höhe in Bezug auf die Oberseite 317 der Plattform 316 bestimmt werden.
Der Betrieb der Schrittmotoren 321 und 325 wird durch die zentrale Verarbeitungseinheit 301 gesteuert. Um die Flasche 102 aufwärts und abwärts durch die Abtastebene 350 zu bewegen, liefert die ZE 301 über die Leitung 327 Steuersignale oder -impulse an den vertikalen Schrittmotorantrieb 328, der seinerseits Antriebssignale oder -impulse über die Leitung 329 an den vertikalen Schrittmotor 325 liefert. Zwecks maximaler vertikaler Auflösung erhält der vertikale Schrittmotor 325 den Befehl, um einen Minimalbetrag zu fahren. Zur Drehung der Plattform 316 und dadurch der Flasche 101 innerhalb der Abtastebene liefert die ZE 301 Steuersignale oder -impulse über die Leitung 330 an den Drehschrittmotorantrieb 331, der seinerseits Antriebssignale über die Leitung 332 an den Drehschrittmotor 321 liefert.
Der Vertikalzähler 333 zählt die Steuersignale, die von der ZE 301 über die Leitung 327 an den vertikalen Schrittmotorantrieb 328 geliefert wurden, und liefert eine Zählinformation an ZE 301. In ähnlicher Weise zählt der Drehzähler 334 die Steuersignal-Drehinformation. Die Zähler 333 und 334 können ein integraler Teil der ZE 301 sein, etwa ein interner Speicher mit direktem Zugriff.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 2, 4 und 5 wird der Betrieb der optischen Profilmeßvorrichtung 100 einschließlich des optischen Mikrometers 300 beschrieben. Die Profilanalyse beginnt (Stufe 501) entweder automatisch mit Ingangsetzung des Herstellungszyklus der Flaschen durch das in Figur 1 dargestellte System oder von Hand durch eine Befehlseingabe eines Bedienungsmannes. Beispielsweise kann der Bedienungsmann von einer Tastatur einen Startbefehl an die ZE 301 geben. Der Festspeicher (ROM) 361 wird mit Befehlen zur Durchführung der Profilanalyse programmiert, wie in Figur 5 dargestellt ist. In Antwort liefert die ZE 301 ein Signal oder eine Serie von Steuerimpulsen über die Leitung 327 an den vertikalen Schrittmotorantrieb 328, um den vertikalen Schrittmotor 325 zu aktivieren, damit dieser die Plattform 318 in die vertikale Anfangsposition fährt. (Wenn die Antriebe 328 und 331 auf analoge Steuersignale ansprechen und die ZE 301 über die Leitungen 327 bzw. 330 digitale Steuersignale liefert, können zwischen der ZE 301 und den Antrieben 328 und 331 Digital-in Analog-(D/A)-Konverter eingesetzt werden). Der Antrieb 328 liefert die gemäß Befehl von ZE geeignete Anzahl von Steuerimpulsen an den vertikalen Schrittmotor 325, um die verfahrbare Mutter 322 und die Plattform 318 in ihre oberste oder unterste Position zu fahren, so daß die Profilanalyse beginnen kann. Die ZE 301 stellt dann den vertikalen Zähler 333 und den Drehzähler 334 auf null. Dies beendet die Stufe 502. Die ZE 301 aktiviert dann der Reihe nach die Pneumatikzylinder 120,117 und 114 und wiederholt diesen Zyklus, bis sich ein Objekt, dessen Profil zu bestimmen ist, in der Meßzone, d.h. auf der Plattform 318, befindet (Stufe 503). Wahlweise könnte die ZE 301 dann einen oder mehrere Steuerimpulse an den vertikalen Schrittmotorantrieb 328 liefern, wodurch der Vertikalzähler 333 (Stufe 504) erhöht und der Motor 325 gedreht wird. Für die Anfangsabtastung ist die Stufe 504 unnötig. Wahlweise kann die ZE 301 auch einen oder mehrere Steuerimpulse an den Drehschrittmotorantrieb 331 liefern, wodurch der Drehzähler 334 (Stufe 505) erhöht und der Motor 321 gedreht wird. Die Stufe 505 ist zu Beginn der Profilanalyse ebenfalls unnötig.
Die ZE 301 aktiviert dann über die zwischen ihnen befindliche serielle Schnittstelle 340 das optische Mikrometer 300, so daß die ZE 315 den Abtastzyklus des optischen Mikrometers 300 beginnt. Die ZE 315 aktiviert den Motor 307 zurDrehung des Spiegels 305 und den Laser 303 zur Lieferung des Abtaststrahls (Schritt 506). Wie in der Figur 4 beispielhaft gezeigt, trifft der Strahl 401 anfangs auf den im Uhrzeigerdrehsinn rotierenden Spiegel 305 und wird als Strahl 402 reflektiert, der auf den Photodetektor 314 trifft. Da der Spiegel 305 sich in fortgesetzter Drehung im Uhrzeigerdrehsinn befindet, bewegt sich der Strahl 402 in der Richtung des Pfeils 403 und trifft auf den ersten Bezugsphotodetektor 309, der über die Leitung 404 der ZE 315 signalisiert, daß der Strahl 402 die Abtastung innerhalb der Meßzone 410 begonnen hat. Bei Empfang eines Signals von dem Photodetektor 309 beginnt die ZE 315 mit der Zählung der Taktimpulse von einem internen Taktgeber. Der Zählbetrieb ist im einzelnen in den US-Patenten Nr. 4,082,463, 4,074,398 und 4,097,158 beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird. Die von den Photodetektoren 309, 310 und 313 an die ZE 315 gelieferten analogen Signale können durch einen Analog-in-Digital-Konverter oder durch Schwellendetektoren (nicht gezeigt) in digitale Signale umgesetzt werden.
Da der Strahl 402 zur Abtastung in der Richtung des Pfeils 403 weitergeht, wird er eventuell unterbrochen, wenn er auf die erste Kante 411 der Flasche 102 trifft und den Photodetektor nicht erreicht. Diese Unterbrechung wird durch die ZE 315 festgestellt, und die Anzahl der Taktimpulse, die während der Zeit gezählt wurden, in der Strahl 402 den Spalt zwischen dem ersten Photodetektor 309 und der ersten Kante 411 der Flasche 102 abgetastet hat, wird im Speicher, etwa einem internen Speicher oder einem Speicher mit direktem Zugriff, gespeichert. Die ZE 315 fährt fort, die Taktimpulse zu zählen und abzutasten, bis der Strahl 402 schließlich an der zweiten Kante 412 der Flasche 102 vorbeigeht und dann nicht mehr unterbrochen wird, so daß der Strahl wieder von dem Photodetektor 314 festgestellt wird. Die ZE 315 stellt dann fest, daß der Strahl 402 nicht mehr unterbrochen wird, weil der Photodetektor 314 wiederum ein Ausgangssignal an sie liefert. Die ZE 315 speichert dann die Anzahl der Taktimpulse, die während der Abtastunterbrechung zwischen der ersten Kante 411 und der zweiten Kante 412 eingingen, wobei diese Anzahl dem Durchmesser des Flaschenteils in der Abtastebene entspricht. Der Strahl 402 fährt fort in der Bewegung in Richtung des Pfeils 403, bis er durch den zweiten Bezugsphotodetektor 310 unterbrochen wird, der anzeigt, daß der Strahl die Abtastung der Meßzone 410 beendet hat. Die ZE 315 speichert dann in dem Speicher 413 die Gesamtzahl der Taktimpulse während der Abtastung in der Meßzone 410 von dem ersten Bezugsphotodetektor 308 bis zum zweiten Bezugsphotodetektor 310. Die ZE 315 kann in dem Speicher 413 auch die Anzahl der Taktimpulse zwischen der zweiten Kante 412 und dem Photodetektor 310 speichern, oder diese Zahl kann durch Subtraktion der Anzahl der Taktimpulse in dem Spalt und zwischen den Kanten 411 und 412 von der Gesamtzahl der Taktimpulse berechnet werden.
Wenn der abzutastende Artikel durchsichtig oder durchscheinend ist, wie etwa eine klare Flasche, wird die Abtastung des Strahls 402 nicht durch die klare Flasche unterbrochen, weil der Strahl durch sie hindurchgeht. Wenn die klare Flasche einen Linseneffekt schafft, kann das den Artikel passierende, auf den Photodetektor 313 auftreffende Licht einen Intensitätsanstieg zeigen, da die klare Flasche den Strahl auf den Photodetektor fokussieren würde. Auf jeden Fall kann die ZE 301 darauf programmiert werden, Stufenübergänge des von dem Photodetektor 314 an sie gelieferten Signals festzustellen. Ein Stufenübergang in der Intensität des Strahls 402 tritt ein, wenn er die erste Kante und die zweite Kante der klaren Flasche abzutasten beginnt, was einen Schrittübergang des Signals zur Folge hat, das der Photodetektor 314 an die ZE 315 liefert, so daß der Durchmesser des abgetasteten Teils der klaren Flasche bestimmt werden kann.
Das optische Mikrometer 300 kann gemäß US-Patent Nr. 4,082,463 geeicht werden. Die ZE 315 hat die Anzahl der Taktimpulse in dem Spalt, die Anzahl der Taktimpulse während der durch die Flasche 102 verursachten Unterbrechung (d.h. zwischen den Kanten 411 und 412) und die Gesamtzahl der Taktimpulse in der Meßzone zwischen den Photodetektoren 309 und 310 gespeichert. Daher kann die ZE 315 die Spaltdimension und den Durchmesser der Flasche 102 in der Abtastebene berechnen, weil der Abstand zwischen den Photodetektoren 309 und 310 bekannt und so festgelegt ist, daß die Dimensionen und Taktimpulse direkt korrelieren. Beispielsweise soll eine lineare Abtastgeschwindigkeit angenommen werden und ferner, daß die Meßzone 410, wie sie in Figur 4 durch die Bezugszahl 420 bezeichnet wird, gleich einem Abstand von 10 cm ist und daß 1000 Taktimpulse der Abtastzeit zwischen den Photodetektoren 309 und 310 entsprechen. Wenn 100 Impulse der Abtastzeit innerhalb des Spalts (d.h. von dem Photodetektor 309 bis zur Kante 411) entsprechen, ist der Spalt gleich gleich 1,0 cm. Wenn 650 Impulse der Abtastzeit zwischen den Kanten 411 und 412 entsprechen, dann ist der Durchmesser des Teils der Flasche 102 in der Abtastebene 350 gleich 6,5 cm. Diese Information kann in dem Speicher 413 gespeichert und/oder über die Leitung 341 an die ZE 301 geliefert werden. Im Ergebnis hat das optische Mikrometer 300 die Stufe der Laserabtastung durchgeführt, wobei die Taktimpulse innerhalb des Spalts und innerhalb der abgetasteten Horizontaldimension des abzutastenden Objekts gezählt wurden (Stufe 506). Ferner hat die ZE 315 den Schritt der Berechnung und der Speicherung der Durchmesser- (horizontal abgetastet) und Spaltdimensionen durchgeführt (Stufe 507).
Nachdem diese Stufen beendet sind, zeigt die ZE 315 über die Leitung 341 der ZE 301 die Beendigung der Stufen an. Die ZE 301 fragt dann den Drehzähler 334 ab, um zu bestimmen, ob die Drehzähleranzeige gleich dem Grenzwert ist (Stufe 508). Wenn beispielsweise eine Zähleranzeige von 400 gleich 360 mechanischen Graden ist, würde eine Zähleranzeige von 200 in dem Drehzähler 334 anzeigen, daß das Objekt um 180º gedreht wurde und zur nächsten Abtastposition bewegt werden kann.
Wenn die Zähleranzeige in dem Drehzähler nicht gleich dem Grenzwert ist, kehrt ZE 301 zu der Stufe 505 zurück und liefert einen Steuerimpuls an den Drehschrittmotorantrieb 328, um den Drehzähler 333 zu erhöhen. Die ZE 315 führt dann eine weitere Abtastung aus, während die Taktimpulse in dem Spalt, in der abgetasteten Horizontaldimension der Flasche 102 (d.h. zwischen den Kanten 411 und 412) und in der Meßzone 410 gezählt werden. Die ZE 315 berechnet und speichert dann die abgetastete Horizontaldimension und Spaltdimension (Stufe 506). Jede Iteration der Drehung mit folgender Abtastung misst den Spalt und den Flaschendurchmesser von einer unterschiedlichen Seitenperspektive. Dieser Prozess setzt sich fort, bis derDrehzähler dem Grenzwert gleich ist, bei dem er durch die ZE 301 (Stufe 509) auf null gestellt und der Vertikalzähler 333 abgefragt wird (Stufe 510). Wenn der Zählerwert in dem Vertikalzähler 333 gleich der Impulszahl zwischen dem untersten und obersten Punkt der Bewegung der Plattform 318 ist, wird die vertikale Dimension von der ZE 301 berechnet und gespeichert (Stufe 511), und die Profilanalyse ist beendet (Stufe 512). Wenn der vertikale Zählwert nicht gleich dem Grenzwert ist, kehrt die ZE 301 zur Stufe 504 zurück und liefert einen Steuerimpuls an den vertikalen Schrittmotorantrieb 328, wodurch der vertikale Zähler 333 erhöht wird und die Drehabtastschleife (Stufen 505, 506, 507) dann wieder durchgeführt wird.
Alternativ kann die ZE 301 auf eine selektive Abtastung nur von Teilen eines Artikels programmiert werden. Beispielsweise braucht die Flasche 102 nicht durchgehend zwischen den Punkten L und M abgetastet zu werden, wenn eine Abtastung eines oder mehrerer Punkte zwischen L und M zeigt, daß die Dimension B in den gewünschten Toleranzen liegt. Auch kann die Abtastung zwischen den Punkten L und M gleichzeitig mit der kontinuierlichen Aktivierung der Schrittmotoren erfolgen, um eine rohe Abschätzung der Dimensionen zu erhalten, in welchem Falle das optische Mikrometer 300 kontinuierlich arbeitet und die ZE 315 Information nur zu bestimmten Zeitpunkten während der fortschreitenden Abtastung aufnimmt.
Die ZE 301 fragt dann ihren Speicher, z.B. ihren internen Speicher oder Speicher mit direktem Zugriff 360 ab, in dem alle dimensionsmäßigen Informationen gespeichert sind, um das Minimum, Maximum und die Differenz zwischen den Horizontaldimensionen F, E, A und B gemäß Figur 2 zu bestimmen. Vorzugsweise wurde ZE 301 mit der Information der spezifischen Gestalt des Objekts, dessen Profil festzustellen ist, so programmiert, daß diese Dimensionen durch einen integralen Komparator 375 mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden kann, um zu bestimmen, ob die Flaschendimensionen innerhalb der Toleranzgrenzen liegen. Wenn das Profil des Gegenstands generell unbekannt ist, kann die ZE 301 einen Ausdruck oder eine Anzeige der minimalen und maximalen Dimension des Objekts bei jeder horizontalen Abtastung liefern.
Ferner kann die Vorrichtung 100 nach verschiedenen Punkten längs eines Objekts suchen, wie etwa dem minimalen oder maximalen Durchmesser, und dann die Dimension des einen oder anderen Punktes in Bezug auf sie bestimmen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 ein Objekt abtasten, um seine Maximaldimension zu bestimmen, und dann den Abstand zwischen dem oberen Ende des Objekts und der Maximaldimension bestimmen.
Zur Berechnung der Vertikaldimensionen liefert das Ende der Stange 326 einen horizontalen Bezugspunkt, von dem aus die vertikale Höhe des Objekts bestimmt werden kann. Insbesondere ist der vertikale Abstand zwischen der Plattform 318 und dem Ende der Stange 326 auf eine bekannte Dimension geeicht. Diese Information wird in die ZE 301 eingegeben, so daß sie dann die Reihe der vertikalen Abtastungen zwischen der Plattform 316 und dem Ende der Stange 326 zu diesem bekannten Abstand in Relation setzen kann. Im Ergebnis können dann die Höhe H und die Dimension D der Flasche berechnet werden.
Die Neigung L der Flasche kann aus der abgetasteten Information berechnet werden durch Auswahl einer Drehposition der Plattform 318 und Vergleich der Dimension des Spalts (L&sub1;) plus 1/2 der Dimension F mit der Dimension des Spalts plus 1/2 der Dimension B (L&sub2;), so daß die Neigung L = L&sub1; - L&sub2;. Wenn die Flasche die Neigung null hat, würden diese Dimensionen alle gleich sein.
Das Ende der Stange 326 kann auch zur Verifizierung der Eichung dienen. Der Durchmesser der Stange ist bekannt, so daß die ZE 301 periodisch die Plattform 318 so absenken kann, daß die Stange 326 innerhalb der Meßzone 410 ist. Das Mikrometer 300 misst dann den Durchmesser der Stange 26 und liefert die Meßinformation an die ZE 301, die sie mit dem bekannten Durchmesser vergleicht. Falls die Differenz zwischen dem gemessenen und dem bekannten Durchmasser der Stange 326 eine vorgegebene Grenze überschreitet, liefert die ZE 301 ein Kennzeichen an den Bedienungsmann, oder sie kann ein Nacheichungsprogramm ausführen.
Eine bevorzugte Methode zur Bestimmung der Dimension D ist wie folgt. Die ZE 301 würde die Plattform 316 auf ihre unterste Position fahren, so daß die Stange 326 in der Meßzone wäre. Dann würde die ZE 301 den vertikalen Schrittmotor 325 aktivieren, um die Plattform 316 bei abtastendem Mikrometer 300 schnell aufwärts zu fahren. Diese schnelle Bewegung würde fortgesetzt, bis eine deutliche Änderung in der Durchmesserdimendion in der Meßzone erscheint, was anzeigt, daß der Strahl auf die Oberkante 201 der Flasche 102 getroffen ist. Nach Lokalisierung der Oberkante der Flasche speichert die ZE 301 den vertikalen Zählwert, und sie kann nun die Plattform 316 und die Flasche 102 abwärts fahren, bis der Schließring 205 innerhalb der Abtastebene liegt. Die ZE 301 könnte den Ring 205 durch Abtastung lokalisieren, oder die ZE 301 könnte vorher mit den angenäherten oder gewünschten Dimensionen der Flasche 102 programmiert worden sein. Die Flasche 102 wird dann aufwärts bewegt und abgetastet, bis eine deutliche Änderung in der Durchmesserdimension erscheint, die anzeigt, daß der Strahl 402 die Stufenübergang 206 zwischen dem Schließring 205 und dem unteren Ende 207 getroffen hat. Die Höhen des Anfangs und Endes des Übergangs 206 werden dann durch Abtastung bestimmt und gemittelt, um die Höhe des unteren Punktes der Dimension D zu bestimmen. Da der obere Punkt der Dimension D d.h. die Oberkante der Flasche 102 schon aufgesucht und in Bezug auf die Stange 326 gemessen wurde, kann die Dimension D nun durch ZE 301 bestimmt werden. Die Dimension D kann von einer oder von mehreren Seiten der Flasche 102 bestimmt werden, die dem Abtaststrahl zugewandt sind. Um die Dimension D von einer anderen Seitenperspektive zu bestimmen, wird derDrehschrittmotor 321 gedreht und das obige Verfahren wiederholt. Alternativ kann die Flasche 102 bei der Aufwärtsbewegung gedreht werden, um einen Mittelwert der Dimension D zu bestimmen.
In Figur 6 ist eine Tabelle dargestellt, die einige der verschiedenen Dimensionen zeigt, die man im typischen Falle unter Benutzung einer optischen Profilmeßvorrichtung 100 erhalten würde. Diese Daten würden mit dem Profil der in Figur 2 gezeigten Flasche korrespondieren. Jede Spalte stellt eine vertikale Position der Plattform 318 dar, wobei 0,05 cm gleich 100 vertikalen Steuerimpulsen oder -zählern zum vertikalen Schrittmotorantrieb 328 ist. Jede Reihe stellt eine Drehposition der Plattform 316 dar, wobei eine volle Drehung von 360º der Plattform 400 Steuerimpulsen oder -zählern zum Drehschrittmotorantrieb 331 entspricht. Wie oben angegeben, erzeugt jede Abtastung der Meßzone 410 eine Zählung von Taktimpulsen in dem Spalt und eine Zählung der Taktimpulse, die dem Durchmesser des Teils der Flasche 102 in der Abtastebene 350 entsprechen. Der Oberteil derTabelle der Figur 6 erläutert die Spaltdimensionen (in cm) und der untere Teil die Durchmesserdimensionen (in cm). Beispielsweise zeigt die mit dem Bezugszeichen C bezeichnete zweite Spalte die verschiedenen Spalt- und Durchmessergroßen bei Flaschendrehung in einer vertikalen Position an, die von der Startposition aus 100 Steuerimpulsen auf den vertikalen Schrittmotorantrieb 328 entspricht. Als weiteres Beispiel zeigen die zweite, durch das Bezugszeichen GR bezeichnete Spaltreihe und der zweite, nun durch das Bezugszeichen DR bezeichnete Durchmesser die verschiedenen Spalt- bzw. Durchmesserdimensionen längs der Flaschenhöhe an, wenn dieFlasche unter einem Drehwinkel betrachtet wird, der von der Startposition ausgehend zwei Steuerimpulsen auf den Drehschrittmotorantrieb 331 entspricht.
Die erste Spalte stellt die Dimensionen dar, die bei der ersten Ausführung der Drehschleife aus den Stufen 505, 506, 507 und 508 resultieren. Ein erster Steuerimpuls wird an den Drehschrittmotorantrieb 331 geliefert, und die Abtastung wird in Gang gesetzt, um eine Taktimpulszählung zu liefern, die anzeigt, daß der Spaltabstand bei dem abgetasteten Teil gleich 1,1374 cm ist, und eine Taktimpulszählung, die anzeigt, daß der Durchmesser des abgetasteten Flaschenteils gleich 3,5162 cm ist. Der Drehschrittmotorantrieb 331 wird dann um einen Steuerimpuls erhöht mit dem Ergebnis, daß die Dimensionen der Reihe 2 (bezeichnet durch GR und DR) zeigen, daß die Spaltgröße gleich 1,1391 und die Durchmessergröße gleich 3,5167 ist. Blickt man die erste Spalte abwärts, entsprechend einer vertikalen Zählung null, nehmen die Dimensionen von dem Drehzahlenwert 1 zum Drehzahlenwert 4 für den Spalt zu, wodurch angezeigt wird, daß die Flasche exzentrisch positioniert ist und sich bei ihrer Drehung der Spalt vergrößert. Die zweite Spalte C entspricht der nächsten Serie von Abtastungen nach der ersten vollständigen Drehung der Plattform 316.
Blickt man die erste Spalte für die Durchmesserdimensionen abwärts, ist ersichtlich, daß der Basisdurchmesser der Flasche von einem Minimum von 3,5161 cm bis zu einem Maximum von 3,5169 cm variiert. Betrachtet man den Körperdurchmesser (Dimension B) in den Spalten 0, 100 und 6000, variiert der Durchmesser von einem Minimum von 3,5149 bis zu einem Maximum von 3,5169. Die ZE 301 vergleicht diese Maxima und Minima mit vorgegebenen Toleranzen, um zu bestimmen, ob der Körperdurchmesser in den gewünschten Grenzen liegt oder nicht. Die Dimension B kann auch bestimmt werden durch die Mittelwertbildung aller Dimensionen der Durchmesser on den Spalten 0, 100 und 6000 und der Reihen 1-400, und dieser Mittelwert kann durch den Komparator 375 mit einem gewünschten Mittelwert verglichen werden.
Die Spalten 12400 und 12500 und die Reihen 1-400 der Durchmesserdimensionen zeigen, daß die maximale E-Dimension 1,1499 ist und die minimale E-Dimension des unteren Endes 207 1,1479 ist. Bezugnehmend auf die Reihen 1-400 der Spaltdimension ist zu bemerken, daß die Spaltdimensionsübergänge von etwa 1,138 auf etwa 2,316 anzeigen, daß der Spalt neben der Dimension D kleiner als der Spalt neben der Dimension E ist. Diese Anzeige liefert die notwendige Information, um die Rekonstruktion des Flaschenprofils aus den Dimensionen aus der Tabelle zu ermöglichen.
Die Spalte 16,900 zeigt in den Reihen 1-400 entsprechend dem Durchmesser, daß die Dimension A ein Minimum von 1,2031 und ein Maximum von 1,2037 hat. In ähnlicher Weise liefern Spalte 17,000, Reihen 1-400 der Durchmesserdimensionen Werte für die Dimension E zwischen der Dimension A und der Dimension T des mittleren Endes 204. Die Spalte 17,200 entspricht der Dimension T/2 + E/2. Die Spalte 17,400 entspricht der Dimension E/2 + T/2. Die Dimension T kann auf einem von mehreren Wegen berechnet werden. Beispielsweise können die Spalten zusammenaddiert werden, und die Spalte 17,000, die die Dimension E an dem mittleren Ende 204 darstellt, kann von dem Gesamtwert subtrahiert werden. Alternativ könnte die Spalte, die die Dimension E am oberen Ende 210 darstellt (z.B. Spalte 17,600, nicht gezeigt),von dem Geamtwert subtrahiert werden. Alternativ könnte die halbe Spalte 17,000, die die Dimension E/2 darstellt, von der Spalte 17,200 subtrahiert werden, um T/2 zu erhalten. Die Hälfte der Spalte 17,600, die die Dimension E/2 darstellt, könnte auch von der Spalte 17,400 subtrahiert werden, um T/2 zu erhalten. Alternativ könnte ein Teil oder eine oder mehrere Spalten der E-Dimensionen (z.B. Spalte 12,400, 12,500, 17,000) gemittelt werden, um eine E-Dimension oder eine E/2-Dimension zu liefern. Die Differenz zwischen den Spaltdimensionen der Spalte 17,200 und der Spalte 17,400 (d.h. etwa 0,1 cm) definiert auch die Höhe h des Gewindes. Die Spalte 19,300 entspricht der Dimension F.
Aus der Tabelle der Figur 6 können die Dimensionen D und H in der folgenden Weise bestimmt werden. Aus der Reihe 1 der Spaltdimensionen ist zu entnehmen, daß die Spaltdimensionen bei 12,400 deutlich zunehmen, wodurch ein Übergang zu dem Ende 207 angezeigt wird und die Dimension E geliefert wird. Bei 16,900 nimmt die Spaltdimension auf 2,3005 ab, was einen Übergang auf den Verschlußring 205 anzeigt. In Spalte 17,000 nimmt die Spaltdimension auf 2,3164 zu, wodurch ein Übergang von dem Verschlußring 205 zu dem mittleren Endteil 204 angezeigt wird. Die Höhe aus der Sicht der Drehposition 1 ist gleich 19,300 x 0,05"/100 = 9,65". Wenn dagegen die Höhe der Endes des Stabs 326 bekannt ist, etwa 9,75", kann die Höhe durch Bezug hierauf bestimmt werden, wie durch das Bezugszeichen H' angegeben, d.h. 9,75" - (19,600 - 19,300) X 0,05"/100 = 9,60". Die Kippung aus der Sicht der Drehpositionen 1 und 4 ist gleich der Differenz der Höhen an diesen beiden Positionen. In der angegebenen Tabelle wurde keine Kippung angenommen.
In Spalte 19,300 geht die Spaltdimension für die Reihe 1 von 2,4158 auf 5,5071 über, was das obere Ende 201 der Flasche anzeigt. Demgemäß ist die Dimension D gleich 19,300 Steuerimpulsen minus 16,900 Steuerimpulsen oder 2,400 Steuerimpulsen, was 1,2000 cm entspricht. Die Dimension D ist gleich 19,300 Steuerimpulsen minus null Impulsen, was 9,6500 cm entspricht.
In der Spalte 19,600 gehen die Spaltdimensionen wiederum von 5,5070 über auf 2,5130, wodurch angezeigt wird, daß der Stab 326 nun die Abtastebene gekreuzt hat und in der Meßzone liegt. Die entsprechenden Durchmesserdimensionen zeigen, daß der Stab einen Durchmesser von etwa 0,500 cm hat. Diese gemessene Dimension kann mit dem Bezugsdurchmesser für die Stange verglichen werden, der in Speicher 360 gespeichert ist, um die Eichung und die Genauigkeit des optischen Mikrometers 300 zu verifizieren.
Die Neigung der Flasche kann auch bestimmt werden. Im allgemeinen ist die Neigung gleich der Differenz zwischen dem Abstand des axialen Mittelpunkts von einem vertikalen Bezug von zwei verschiedenen horizontal abgetasteten Flaschenteilen. Beispielsweise ist der Mittelpunkt der horizontalen Abtastung bei vertikaler Zählung 100 aus einer Sicht der Drehzählung 3 gleich 1,1396 cm + (1/2)(3,5151 cm) = 2,8971 cm von dem vertikalen Bezug (d.h. Photodetektor 309). Der Mittelpunkt der horizontalen Abtastung bei vertikaler Zählung 17,000 aus einer Sicht mit Drehzählung 3 ist 2,3169 cm + (1/2)(1,1485 cm) = 2,8911 cm von dem vertikalen Bezug. Daher ist die Neigung zwischen den horizontalen Abtastungen bei vertikalen Zählungen 100 und 17,000 aus einer Sicht der Drehzählung 3 gleich 2,8971 cm - 2,8911 cm = 0,0060 cm. Die Neigung zwischen den horizontalen Abtastungen bei den vertikalen Zählungen 6,000 und 19,300 aus einer Sicht der Drehzählung 4 ist 1,1398 cm + (1/2)(3,5155 cm) - 2,4166 cm + (1/2)(0,9490 cm) = 0,0064 cm. Alternativ kann die Neigung wie oben mit Bezug auf die Figur 2A angegeben berechnet werden.
Aus dem obigen ist ersichtlich, daß die verschiedenen Aufgaben der Erfindung erreicht wurden und andere vorteilhafte Ergebnisse erzielt wurden.

Claims

1. Vorrichtung zur Vermessung des Profils von Teilen eines aus verschiedenen Formen (103) hergestellten Gegenstands (102) durch Bestimmung des räumlichen Verhältnisses zwischen den Teilen, wobei die genannte Vorrichtung (Fig. 1)

Mittel (302) zur Ausrichtung der Teile des Gegenstands (102), dessen Profil zu vermessen ist, mit einer vordefinierten Ebene (350),

einen ersten Bezug, und

optische Profilmittel (100) für die Messung der Breite jedes Teils des mit der vordefinierten Ebene (350) ausgerichteten Gegenstands (102) und für die Messung des Abstands jedes Teils des Gegenstands (102) von dem ersten Bezug (309) hat, wobei das genannte optische Profilmittel (100) Mittel (303-308) mit einem Spiegel (305) zur Abtastung jedes Teils des in der vordefinierten Ebene (350) befindlichen Gegenstands (102) mit einem Strahl (308) aus Strahlungsenergie und Mittel zur Abtastung des Strahls in der vordefinierten Ebene quer über den Spalt zwischen jedem Teil und dem ersten Bezug (309), wobei ein erster Bezugsphotodetektor (309) so angeordnet ist, daß der Strahl (308) auf ihn auftrifft, sowie eine ZE (315) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß

der Abtastmittel-Spiegel (305) von einer Welle (306) zwecks Drehung durch einen Motor (307) getragen wird, so daß sich der Strahl (308) dreht, um die Teile des in der vordefinierten Ebene (350) befindlichen Gegenstands (102) kontinuierlich abzutasten, und

der genannte erste Bezugsphotodetektor der ZE (315) signalisiert, daß der Strahl (308) die Abtastung begonnen hat, so daß die genannte ZE (315) die von einer inneren Uhr in Reaktion auf das genannte erste Photodetektorsignal gelieferten Taktimpulse zu zählen beginnt, wobei die Zählung in einem Speicher (413) aufgenommen wird, wenn der Strahl zuerst durch den Gegenstand unterbrochen wird, und wiederim in einem Speicher aufgenommen wird, wenn der Strahl durch einen Photodetektor (314) erfaßt wird, wodurch das Profil der abgetasteten Teile des Gegenstands aus den Anzahlen der aufgenommenen Impulse berechnet werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (302) zur Ausrichtung Mittel (316, 319, 321) zur Drehung des Gegenstands (102) um eine Achse (320), die die vordefinierte Ebene (350) in dem Abtastbereich des Strahls (308) schneidet, und Mittel (322, 325) zur Axialbewegung des Gegenstands (102) in dem Abtastbereich des Strahls (308) längs einer zu der Schnittachse (320) parallelen Achse umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel (303-308) für die Abtastung ein optisches Mikrometer (300) einschließlich einer Lichtquelle (303) umfassen, die ausgeblendetes Licht (304) als Abtaststrahl (308) aus Strahlungsenergie liefert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel (316, 319, 321) zur Drehung eine Basis (316), die im wesentlichen senkrecht zu der Schnittachse (320) steht und den Gegenstand (102) tragen kann, und ein erstes Servosystem (321) umfassen, das zur Axialdrehung der Basis (316) um eine zur Schnittachse (320) parallele Achse befähigt ist, wobei die genannten Mittel (322,325) zur Axialbewegung ein zweites Servosystem (325) umfassen, das die Basis (316) längs einer zu der Schnittachse (320) parallelen Achse bewegen kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel (316, 319, 321) zurDrehung eine Basis (316), die im wesentlichen senkrecht zu der Schnittachse (320) steht und den Gegenstand tragen kann, und einen ersten Schrittmotor (321) umfassen, der zur Axialdrehung der Basis (316) um eine zur Schnittachse (320) parallele Achse befähigt ist, wobei die genannten Mittel (322,325) zur Axialbewegung einen zweiten Schrittmotor (325) umfassen, der die Basis (316) längs einer zu der Schnittachse (320) parallelen Achse bewegen kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet ferner durch eine Welle (319), die die Basis (316) trägt und zwecks Axialdrehung mit dem ersten Schrittmotor (321) in Eingriff ist, eine den ersten Schrittmotor (321) tragende Wandermutter (322) und eine mit der Wandermutter (322) in Eingriff befindliche Gewindewelle (323), deren Längsachse (324) parallel zu der Schnittachse (320) verläuft, wobei der zweite Schrittmotor (325) in Eingriff mit der Gewindewelle (323) ist und sie um ihre Längsachse (324) drehen kann und wobei die genannte Basis (316) eine Plattform mit einer Oberseite (317) zu Tragen des Gegenstands (102) und einer an die genannte Welle (319) angeschlossenen Unterseite (318) umfaßt, wobei die Wandermutter (322), der erste Schrittmotor (321) und die Plattform (316) sich längs der Schnittachse (320) bewegen, wenn der zweite Schrittmotor (325) die Gewindewelle (323) dreht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, weiter gekennzeichnet durch Bezugsmittel (309, 310, 326) zur Schaffung eines in einem bekannten räumlichen Abstand von der vordefinierten Ebene (350) gehaltenen Bezugs (309).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet ferner dadurch, daß eine Stange (326) als Bezug von der Wandermutter (322) getragen wird und im wesentlichen parallel zu der Schnittachse (320) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Stange (326) U-Form hat, wobei ein Schenkel von der Wandermutter (322) getragen wird und der zweite Schenkel über der Plattform (316) koaxial zur Schnittachse (320) angeordnet ist, so daß der Gegenstand (102) sich zwischen dem zweiten Schenkel und der Plattform (316) befindet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, ferner gekennzeichnet durch

Mittel (301) zur Steuerung der genannten Mittel (302) zur Ausrichtung und der genannten Mittel (300) zur Messung, so daß der erste und zweite Schrittmotor (321, 325) und das optische Mikrometer (300) synchron arbeiten, um eine Mehrzahl von Teilen und Spaltabständen des Gegenstands (102) abzutasten,

Mittel (315) zur Bestimmung des Profils des Gegenstands (102) aus den abgetasteten Teilen und den abgetadteten Spaltabständen, und

Mittel (375) zum Vergleichen des bestimmten Profils mit einem gewünschten Profil.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Steuerungsmittel (301) eine Zentraleinheit (ZE) (301) umfaßen, und ferner gekennzeichnet durch einen ersten Schrittmotorantrieb (331), der Impulse von der ZE (301) empfangen und in Reaktion darauf den ersten Schrittmotor (321) antreiben kann, und einen zweiten Schrittmotorantrieb (328), der Impulse von der ZE (301) empfangen und in Reaktion darauf den zweiten Schrittmotor (325) antreiben kann.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner gekennzeichnet durch einen ersten Zähler (334) zum Zählen der von der ZE (301) an den ersten Schrittmotor (321) gelieferten Impulse und einen zweiten Zähler (333) zum Zählen der von der ZE (301) an den zweiten Schrittmotor (325) gelieferten Impulse.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte ZE (301) einen an sie angeschlossenen Speicher mit direktem Zugriff (360) zur Speicherung der Dimensionen umfaßt und ferner gekennzeichnet durch einen an die ZE (301) angeschlossenen Nur-Lese-Speicher (361) zwecks Befehlsgabe an die ZE (301), den ersten und zweiten Schrittmotor (321, 325) aufeinanderfolgend zu betreiben und den Betrieb des optischen Mikrometers (300) zu überwachen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner gekennzeichnet durch Bezugsmittel (309, 310, 326) zur Schaffung eines Bezugs (326) in einem bekannten räumlichen Abstand von der vordefinierten Ebene (350).

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Mittel (302) zum Ausrichten Mittel (322, 325) zur Bewegung des Gegenstands (102) durch die vordefinierte Ebene (350) umfaßt, so daß die Teile des Gegenstands (102), deren Profil aufzunehmen ist, durch die vordefinierte Ebene (350) hindurchbewegt werden.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Mittel (302) zur Ausrichtung Mittel (319, 321) zur Bewegung der vordefinierten Ebene (350) gegenuber den Teilen des Gegenstands (102) umfaßt, deren Profil aufzunehmen ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel (302) zur Ausrichten Mittel zur Bewegung der vordefinierten Ebene (350) quer zu den Teilen des Gegenstands (102), deren Profil aufzunehmen ist, umfaßt, so daß sich die vordefinierte Ebene (350) über die Teile des Gegenstands (102) bewegt, deren Profil aufzunehmen ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, ferner gekennzeichnet durch

Mittel (105) zur Identifizierung der Hohlform, aus der der Gegenstand (102) entformt wurde, und Mittel (375) zum Vergleichen des gemessenen Profils mit dem Bezugsprofil.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, ferner gekennzeichnet durch Mittel, die auf die Identifizierungsmittel (105) ansprechend die Gegenstände (102) auswählen, deren Profil aufzunehmen ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Mittel für die Auswahl auf die Mittel (375) zum Vergleichen anspricht.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, ferner gekennzeichnet durch auf die Vergleichsmittel (375) ansprechende Mittel zum Auswählen von Gegenständen (102), deren Profile nicht innerhalb der voreingestellten Grenzen des ersten Bezugsprofils liegen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand (102) eine Flasche ist und das genannte Mittel (300) zur Messung Mittel (303-308) zur Abtastung der Flasche (102) umfaßt zwecks Bestimmung ihres Körperdurchmessers und ihrer Höhe, des Außendurchmessers an der Oberseite der Verschließfläche (201) an der Mündung der Flasche (102), des Außendurchmessers des Gewindes (203) auf der Fertigfläche (204) der Flasche (102), des Durchmessers an der Gewindewurzel, die den Übergang zwischen dem Gewinde (203) und der Fertigfläche (204) der Flasche (102) bildet, des Außendurchmessers des Verschlußrings (205) auf der Fertigfläche (204) der Flasche (102), der Höhe der Fertigfläche (204) auf der Flasche (102), der Neigungen der Flasche (102) und der Schräge des Oberteils der Flasche (102).