DE69116880T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Prüfen der Wanddicke von Glasbehältern - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochgeschwindigkeitsvorrichtung zur Messung der Dicke einer Behälterwand unter Verwendung einer Vielzahl von Sensorelementen, die zusammenwirken, um den Behälter zu prüfen, und ein zugeordnetes Verfahren.
2. Beschreibung des Standes der Technik
• Die Bedeutung der Untersuchung von Behältern, wie Glas- oder Kunststoffflaschen oder -gefäßen zur Sicherstellung, daß eine unerwünschte Dicke nicht zu Problemen während des Füllens, der Handhabung, des Gebrauchs durch den Konsumenten und des Wiederbefüllens führt, ist seit langem bekannt. Die gewünschte Dicke ist eine Funktion des Materials, aus dem der Behälter gemacht ist, aus dem beabsichtigten Inhalt des Behälters und anderen Faktoren, die bei der Handhabung, dem Füllen, dem Gebrauch und dem Wiederbefüllen des Containers beteiligt sind.
• Die Variationen in der Dicke können sich ergeben aus solchen Faktoren, wie Temperaturvariationen in der Form, uneinheitlichem End-Blasdruck und anderen prozeßbezogenen Funktionen und auch aus Säumen der Form, d.h. den Bereichen, wo die beiden zur Herstellung der Flasche in der Formgebungsmaschine benutzten Formen verbunden worden sind.
• In den letzten Jahren sind neue Herstellungstechniken entwickelt worden, die dünnere Behälter unter Beibehaltung der den Glasbehältern eigenen Festigkeit herstellen können. Bei diesen Behältern ist es sogar noch entscheidender, daß die Dicke nicht unter einen vorbestimmten gewünschten Wert fällt.
• Bei Prüfungen dieses Typs ist es notwendig, jeden Behälter zu prüfen anstatt sich auf eine Stichprobentechnik zu verlassen, bei der nur eine ausgewählte Prozentzahl der gesamten Anzahl von Behältern geprüft wird.
• Es ist bekanntgewesen, Kapazitätsänderungen zu nutzen, die anschließend durch ein Oszillatormittel in entsprechende Spannungen umgewandelt werden, die sich auf die Wanddicke beziehen. Siehe allgemein US-Patente 4,820,972; 4,862,062; 4,870,342; 4,888,824; und 3,684,089.
• US-Patent 3,684,089 offenbart ein System, bei dem ein einzelner Behälter um seine stationäre vertikale Achse gedreht wird, während eine Vielzahl vertikal übereinander angebrachter Kapazitätssensoren in Reibungskontakt mit der Behälterwand eine Umfangsprüfung der Behälterwand ausführt.
• Im US-Patent 4,862,062 und der entsprechenden EP-A-0 363 113 ist ein System offenbart, bei dem eine Anzahl von Änderungen in der Kapazität entlang der Peripherie der Wandung eines Behälters als Ergebnis davon gemessen wird, daß der Behälter im engen Kontakt mit einzelnen, langgestreckten, in drei Niveaus angeordneten Sensoren gezwungen und entlang dieser gerollt wird. Die Kapazität wird dann in eine Spannung umgewandelt, die genutzt wird, um die Wanddicke zu bestimmen. Die Sensoren oder Fühler sind typischerweise biegsam, um zu ermöglichen, daß die Flasche durch eine in diesem Patent gezeigte Zuführschnecke (feed screw) in einen engen Kontakt mit dem Sensor gezwungen wird. Allgemein ähnliche Systeme sind in den US- Patenten 4,870,342; 4,820,972; und 4,888,824 gezeigt. Eine der Schwierigkeiten mit diesem Typ von Systemen ist die Tatsache, daß diese Prüfvorrichtungen relativ langsam sind, weil die Einrichtung jeweils nur einen einzelnen Behälter zu einer gegebenen Zeit handhaben kann. Die tatsächliche Durchsatzgeschwindigkeit in Behältern pro Minute wird in Abhängigkeit von der Umfangsgröße der Behälter variieren. Weil die Geschwindigkeiten dieser Typen von Prüf systemen, die in der Größenordnung von 100 bis 300 Flaschen pro Minute sein können, wesentlich geringer ist als die Geschwindigkeit derzeitiger Flaschenformmaschinen, ist es generell notwendig, zwei oder drei solcher Einrichtungen mit jeder Formmaschine zu verbinden, um eine Prüfung aller Behälter zu erreichen. Dies führt zu zusätzlichen Kosten von Ausrüstung und zugeordneten Verbindungsvorrichtungen, wie Förderbändern, und zu der Notwendigkeit der Wartung zusätzlicher Ausrüstung. Eine moderne Formmaschine kann sehr wohl, abhängig von der Größe, Behälter mit einer Rate von 500 pro Minute oder mehr herstellen.
• Es wird daher anerkannt werden, daß es einen wirklichen und wesentlichen Bedarf für eine Behälterwanddicken-Meßvorrichtung gibt, die in der Lage ist, Behälterwanddicken bei hoher Geschwindigkeit genau zu messen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung ist dem obengenannten Bedarf durch Bereitstellung kapazitiver Fühlmittel, die aus einem oder mehreren linearen Feldern von relativ zueinander beabstandeten kapazitiven Sensoren bestehen, gerecht geworden. Eine Flasche wird an dem Feld von Sensoren vorbeigeführt unter Beibehaltung eines engen Kontaktes mit diesen. Auf diese Weise kann das Fühlfeld gleichzeitig Abschnitte von mehreren Containern prüfen. Die individuellen Ablesungen mit Bezug auf einen gegebenen Behälter bei den aufeinanderfolgenden Sensoren werden dann kombiniert, um eine Dickenablesung zu schaffen.
• Oszillatormittel, die bei der bevorzugten Ausführung einen an dem Sensor befestigten Induktor haben anstatt mit diesem durch ein Koaxialkabel verbunden zu sein, sind vorgesehen, um die Kapazitätsänderungen in entsprechende Spannungen umzuwandeln. Ein Mikroprozessor kombiniert die entsprechenden Ablesungen der Sensorelemente an einem gegebenen Behälter, um die Dicke zu bestimmen und um zu bestimmen, ob diese der gewünschten Dicke entspricht. Generell wird eine Bestimmung durchgeführt, ob die Mindestdicke erreicht worden ist. Wenn dies gewünscht ist, könnte eine Bestimmung der Maximaldicke und des Verhältnisses von Minimal- zu Maximaldicke durchgeführt werden.
• Wenn dies gewünscht wird, können mehrere relativ zueinander vertikal beabstandete lineare Felder von Sensorelementen verwendet werden, um den Umfang des Containers in verschiedenen Niveaus zu prüfen.
• Nach dem zugeordneten Verfahren werden Abschnitte des Umfangs jedes Containers durch verschiedene Sensorelemente in dem Feld untersucht.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur genauen und schnellen Messung von Behälterwanddicken und ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen.
• Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein solches System zu schaffen, das mit Behältern arbeitet, die sich mit im Vergleich zu gegenwärtigen Systemen reduzierter Geschwindigkeit bewegen, während eine erhöhte Geschwindigkeit der Behälterprüfung geschaffen wird.
• Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein solches System bereitzustellen, das die gleichzeitige Prüfung einer Vielzahl von Behältern erleichtert.
• Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Induktionselement zu schaffen, das dem Sensorelement eng zugeordnet ist, um die Genauigkeit der Ablesung zu verbessern.
• Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches System zu schaffen, das effektiv mit existierenden Hochgeschwindigkeits-Formungsmaschinen eingesetzt werden kann.
• Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden vollständiger verstanden werden aus der folgenden Beschreibung der Erfindung mit Bezug auf die hinzugefügten Abbildungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Figur 1 ist eine schematische Draufsicht eines Abschnittes einer Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
• Figur 2 ist eine Vorderansicht eines Typs eines Sensors der vorliegenden Erfindung.
• Figur 3 ist eine schematische Abbildung der elektronischen und der Fühl-Komponenten der Erfindung.
• Figur 4 ist eine schematische Repräsentation der Computerspeicherung von Behälter-Prüfsequenzen.
• Figur 5 ist eine Auftragung von Spannung gegen Zeit, die die Ausgabe von zwei benachbarten Sensorelementen zeigt.
• Figur 6 (a) und 6 (b) zeigen zwei Formen von Sensorelementen. Figur 7 zeigt einen Behälter in Kontakt mit drei Feldern von Sensorelementen.
• Figur 8 zeigt einen Behälter in Kontakt einzigartig konfigurierten Sensorelementen.
• Figur 9 ist eine Querschnittsabbildung einer Form des Sensorelementes von Figur 8.
• Figur 10 ist ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Schaltung der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Der Begriff "Behälter", wie er hier benutzt wird, meint ein Gefäß zur Lagerung eines Produktes und umfaßt, ist aber nicht begrenzt auf, Behälter, die für Nahrung und Getränke geeignet sind, wie sie im Einzelhandel verkauft werden, oder von größerer Gr:ße, wie sie an Restaurants oder Nahrungsmittelversorger verkauft werden, und soll ausdrücklich Glas- oder Kunststoffflaschen oder -gefäße umfassen, aber nicht auf diese beschränkt sein.
• Mit Bezug besonders auf Figur 1 ist dort das stationäre kapazitive Sensormittel 2 und das benachbarte Fördermittel 4 gezeigt, das sich in die durch den Pfeil A bezeichnete Richtung bewegt. Ein endloses Band 16, das sich in die Richtung des Pfeiles B bewegt, zwingt die Behälter 6, 10, 12 in engen Kontakt mit dem Sensormittel 2. Die Behälter 6, 10, 12 werden in die durch den Pfeil A bezeichnete Richtung fortbewegt und werden einer axialen Rotation, in die auf den Behältern 6, 10, 12 angezeigte Richtung unterworfen, wobei fortschreitend ein enger Oberfläche-zu-Oberfläche-Kontakt zwischen dem Sensormittel 2 und einem Abschnitt des Behälters geschaffen wird.
• Das Sensormittel 2 hat in der dargestellten Form einen kapazitiven Fühlstreifen 20 in Kontakt mit den Behältern 6, 10, 12 und ein elastisch komprimierbares Material 22, das an dem Sensorstreifen 20 befestigt ist, und einen rückseitig angeordneten, im wesentlichen starren Träger 24, an dem das elastisch komprimierbare Material 22 befestigt ist. Es wird erkannt werden, daß auf diese Weise die Behälter 6, 10, 12 durch die Bandmittel 16 in engen Kontakt mit dem Sensormittel 2 gezwungen werden, wobei die Enge des Kontaktes als Folge des elastischen Unterstützungsmaterials 22 verstärkt wird.
• Mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 wird ein besonderes Merkmal der Erfindung betrachtet. Das Sensormittel 2 besteht aus einer Vielzahl von Sensorelementen 30, 32, 34, 36, 38, von denen jedes unabhängig mit Oszillatormitteln verbunden ist, die das Kapazitätsänderungs-Ausgangssignal der Sensorelemente 30, 32, 34, 36, 38 in eine entsprechende Spannung umwandeln, die wiederum mittels eines Computers in entsprechende Dicken umgewandelt wird. Die Sensorelemente 30, 32, 34, 36, 38 sind alle vorzugsweise von derselben Größe und Form und sind zueinander ausgerichtet und sind in einem linearen Feld angeordnet. In der gezeigten Form besteht das Feld aus fünf Sensorelementen, obwohl, wenn gewünscht, weniger oder mehr verwendet werden könnten. Es ist generell bevorzugt, ungefähr drei bis fünf solcher Sensorelemente in einem Feld zu verwenden.
• Es wird verstanden werden, daß, wie in Figur 1 gezeigt, drei Behälter 6, 10, 12 gleichzeitig geprüft werden im Gegensatz zu Systemen des Standes der Technik dieses generellen Typs, bei denen nur ein einzelner Container zu einer gegebenen Zeit geprüft werden konnte. Um die Unabhängigkeit der einzelnen Sensorelemente und der von diesen erhaltenen Daten zu erhalten, sind geeignete Zwischenräume zwischen diesen vorgesehen. Zum Beispiel ist, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, ein Zwischenraum 40 zwischen den Sensorelementen 30 und 32 angeordnet, und Zwischenräume 42, 44 bzw. 46 trennen 32-34, 34- 36 und 36-38. Diese Zwischenräume müssen nur in dem Fühlstreifenmuster vorhanden sein. Es ist bevorzugt, daß diese Zwischenräume ungefähr 0,79 bis 3,97 mm betragen, um effektiv einen unerwünschten Überlauf von einem Sensor zum anderen zu verhindern und um gleichzeitig nicht so groß zu sein, daß der Betriebs-Wirkungsgrad des Prüfsystemes gestört wird.
• Ein derzeit bevorzugtes Fühlstreifenmuster wird erzeugt durch Anbringen eines Musters von Silberfarbe auf einen Streifen von Kunststoffmaterial, um eine Kapazität zu bilden. Die innere rechtwinklige Fläche eines Musters, wie zum Beispiel 30, ist eine Platte der Kapazität, die getrennt ist von der anderen Platte, die aus dem Rest des Streifens (balance of the strip) besteht. Die totale Kapazität des Sensorstreifens 20 ist eine Funktion der dielektrischen Konstante des Kunststoffmateriales und der Abmessungen des Musters. Die Kapazität wird erhöht durch jedes Material, das in dem umrahmenden Feld vor dem Sensorstreifen 20 angeordnet wird. Wenn zum Beispiel Glas gegen den Sensorstreifen 20 plaziert wird, ist der Anstieg der Kapazität eine Funktion von (a) der Dicke des Glases, (b) der dielektrischen Konstante des Glases und (c) dem Abstand zwischen der Vorderseite des Sensorsteifens 20 und dem Glas. Da die dielektrische Konstante sich nicht ändert und der Abstand kontrolliert wird, wird die Kapazitätsänderung eine Funktion der Glasdicke. Der Sensorstreifen 20 kann zum Beispiel eine Kapazität von 6 Picofarad (6 pf) haben.
• Das Material des Fühlstreifens 20 kann vorzugsweise ausgewählt werden aus einer Gruppe bestehend aus Polypropylen und Polycarbonat, wie das, was unter der Marke Lexan durch General Electric angeboten wird. Das elastische Abstützmaterial 22 kann vorzugsweise Urethanschaum sein, und der im wesentlichen starre Träger 24 kann aus Metall bestehen, wie zum Beispiel Stahl. Der Träger 24 wird in einer dem Fachmann wohlbekannten Art an einem geeigneten Trageglied durch irgendein geeignetes Mittel befestigt sein.
• Wie weiter von der folgenden Offenbarung verstanden werden wird, würde der Behälter 12 im Betrieb sich anfänglich drehen und würde einen Abschnitt seines Umfanges in einer bestimmten Höhe in Kontakt mit dem Sensorelement 30 haben. Er würde dann fortfahren, sich über die Sensorelemente 32, 34, 36, 38 zu drehen mit dem Nettoergebnis, daß der gesamte Umfang des Behälters entlang eines bestimmten Höhenbandes, an dem Elemente 30, 32, 34, 36, 38 vorhanden sind, geprüft sein wird. Die vorliegende Erfindung bietet jedoch den Vorteil, daß, anstatt daß nur Behälter 12 während seiner Bewegungsperiode auf dem Fördermittel 4 durch die Sensormittel 2 untersucht wird, zusätzlich die Container 6 und 10 in richtig indizierter Weise unmittelbar nachfolgend fortgeschritten sein werden.
• In der in Figur 1 gezeigten bevorzugten Form der Erfindung sind die Behälter 6, 10 und 12 jeweils in Kontakt mit Sensorelementen 30, 34 bzw. 38 angeordnet. Die dazwischenliegenden Elemente 32, 36 sind ohne sie kontaktierende Behälter belassen. Durch Belassen eines ungenutzten Sensorelementes zwischen jedem Paar von Behältern wird die effektive Nutzung von Überkreuz-Daten in einer Weise, wie sie im folgenden diskutiert werden wird, erleichtert.
• Mit Bezug auf die Figuren 3 und 4 wird die Art und Weise, in welcher diese Information verarbeitet wird, in größerem Detail betrachtet. Die Ausgabe der Sensorelemente 30, 32, 34, 36, 38 geht entsprechend zu Oszillatoren 47 bis 53, die die Kapazitätsänderung in entsprechende Spannungssignale umwandeln. Obwohl es, wenn dies gewünscht ist, möglich ist, einen einzelnen Oszillator mit einem Multiplexerkonzept zu verwenden, durch den jedes Sensorelement sequentiell abgefragt wird, ist dies derzeit nicht der bevorzugte Weg. Ein elektrisches Prozessormittel, das die Form jedes geeigneten Computers annehmen kann, nimmt die Spannungs-Ausgangssignale der Oszillatoren 47, 48, 49, 51, 53 durch den Multiplexer 52 auf und sie werden in ein Digitalsignal umgewandelt durch einen Analog-Digital-Wandler 56, der über eine Leitung 58 mit dem Computer verbunden ist.
• Der Computer 50, der in jeder beliebigen, dem Fachmann wohlbekannten Art und Weise programmiert sein kann, um dieses Ziel zu erreichen, muß nur die Ausgabe jedes Signalelementes aufnehmen und speichern in einer Art und Weise, die mit dem speziell gerade abgetasteten Behälter koordiniert ist. Mit Bezug auf Figur 4 zum Beispiel, wie gezeigt bei Behälter 12, der bei Vervollständigung seines Durchlaufes den Sensoren 30, 32, 34, 36, 38 ausgesetzt worden sein wird, wobei die soliden Rechtecke anzeigen, daß der Computer fünf diskrete Elemente von Daten hat, die Dickeabfühlungen über ein Umfangsband bei einer gegebenen Höhe, d.h. der Höhe, bei der das Sensormittel 2 angeordnet ist, für mindestens einen vollen Umfang der Drehung des Behälters repräsentieren. Eine Kombination dieser fünf Blocks wird vollständige Daten über die Dicke der Behälterwand innerhalb dieses Bandes ergeben. Entsprechend wird am Ende des derzeitigen Umlaufs der Prüfung der Container 10 den Sensoren 30, 32 und 34 ausgesetzt worden sein, was drei Blocks von Daten liefert. Container 6 ist nur dein Sensor 30 ausgesetzt worden. Es wird verstanden werden, daß auf diese Weise drei Container gleichzeitig auf Wanddicke untersucht werden.
• Wie vorher angezeigt, ist, um eine Vielzahl von Sensorelementen in einem Feld in dieser Weise zu nutzen, ein Zwischenraum zwischen benachbarten Sensorelementen vorgesehen, der vorzugsweise ungefähr 0,79 bis 3,97 mm beträgt. Der Zwischenraum sollte vorsichtig ausgewählt werden, um eine maximale Effektivität des Betriebes des Systems zu ermöglichen. Wie in der in Figur 5 gezeigten Auftragung der Spannung gegen die Zeit gezeigt ist, hat eine erste Kurve, die mit 60 bezeichnet ist, einen Aufbau-Zeitabschnitt, einen generell horizontalen Spannungs-Zeitabschnitt und dann einen Reduktions-Zeitabschnitt. Eine ähnliche Kontur existiert in Bezug auf Kurve 62, die verstanden werden kann als Repräsentation zweier benachbarter Elemente, wie zum Beispiel der Sensorelemente 30, 32. Der Zeitabschnitt von festem Kontakt zwischen einem Flaschenumfang und einem einzelnen Fühlelement ist der Abschnitt jeder Kurve 60, 62, der durch den generell horizontalen Sektor repräsentiert ist. Der Zeitabschnitt X zwischen den Kurven 60, 62 zeigt generell den Überlappungsbereich zwischen dem Zeitabschnitt, wenn die Flasche ein Sensorelement verläßt und ein anderes betritt, an. Wenn der Überlappungs-Zeitabschnitt und der Zwischenraum bekannt sind, kann der Mikroprozessor 50 so programmiert werden, daß dieser Zeitabschnitt der Bewegung des Behälters berücksichtigt werden kann, wenn die Dicke berechnet wird. Es ist bekannt, daß, wenn die Flasche völlig auf einem Segment ist, so wie in dem horizontalen Abschnitt von Kurve 60, 62, das Signal proportional zu der Dicke der Behälterwandung ist. Eine Kalibrierung dieser Beziehung zwischen einer gegebenen Spannungablesung, die von einer Kapazitätsänderung abgeleitet ist, und der entsprechenden Abmessung wird leicht erreicht durch Messung bekannter Standard-Glas- oder Kunststoff-Dicken. Da der dielektrische Koeffizient von Glas sich von dem von Kunststoff unterscheidet, werden verschiedene Koeffizienten für verschiedene Materialien angewendet. Das diesem System zugrundeliegende Prinzip ist die Tatsache, daß die dielektrische Konstante von jedem der Materialien sich wesentlich unterscheidet von der eines freien Luftzwischenraumes. Dies ermöglicht eine genaue Korrelation zwischen Kapazitätsänderung und Wanddicke.
• Wenn die Flasche in dem Übergangsbereich ist, wird Information von zwei Sensoren aufgenommen. Ein Ansatz zur Lösung dieses Problemes würde es sein, die Zwischenraumgröße und die Sensorelement-Konfigurationen so zu wählen, daß die Summe der Signale der beiden Segmente während der Übergangszeit eine gerade Linie schaffen würde, wenn der Behälter eine einheitliche Wanddicke hätte. Ein anderer Ansatz zur Behandlung der Übergangssituation würde es sein, eine Standarddicke zu messen, indem diese von einem Sensorelement zu dem anderen gerollt würde, und dies als eine Referenz bei der Messung des unbekannten, gerade geprüften Behälters zu verwenden. Ein weiterer Ansatz würde es ein, die Krümmung in dem Übergangsbereich mathematisch zu charakterisieren und dies als Bezugsbasis für einen Vergleich zu benutzen.
• In Bezug auf Figur 6 (a) ist dort ein Paar von Sensorelementen 70 bzw. 72 gezeigt, die in der Konfiguration generell rechtwinklig sind und einen Zwischenraum zwischen sich haben. Die Sensorelemente 70, 72 werden generell in ihrer Größe gleich sein, mit der Ausnahme, daß der erste und der letzte Sensor in einem Sensorfeld, wenn dies gewünscht ist, länger als die anderen sein können, weil dort keine Übergangsdaten an den Eingangs- und Ausgangsenden des Feldes existieren würden. In einer typischen Einrichtung können die Sensorelemente 70, 72 eine Länge von ungefähr 63,5 bis 88,9 mm (2 1/2" bis 3 1/2" Zoll) und eine Höhe von ungefähr 6,3 bis 12,7 mm (1/4" bis 1/2" Zoll) und einen Zwischenraum von ungefähr 0,79 bis 3,97 mm (1/32" bis 5/32" Zoll) haben.
• In Figur 6 (a) haben die Sensorelemente eine generell rechtwinklige Konfiguration.
• Ein größerer Zwischenraum wird bewirken, daß das Spannungssignal von dem Sensorelement früher abfällt.
• In der in Figuren 6 (b) gezeigten Ausführungsforin haben die Sensorelemente 76, 78 konisch erweiterte Enden. Dies dient dazu, den gekrümmten Abschnitt der Kurve für eine gegebene Zwischenraumgröße zu verändern, wodurch die Abfallrate der Kurve erhöht wird.
• In Bezug auf Figur 7 wird ein weiteres Merkmal der Erfindung betrachtet werden. Es wird verstanden werden, daß die Erfindung nicht beschränkt ist auf die Benutzung eines einzigen langgestreckten Feldes von Sensorelementen, sondern daß auch eine Vielzahl von relativ zueinander vertikal beabstandeten Feldern genutzt werden kann, um die Dicke in mehreren verschiedenen Höhen des Behälters um dessen Umfang zu überwachen. Wie in Figur 7 gezeigt, wird eine Flasche 90 durch ein Antriebsband 92 in engen Kontakt mit den Sensormitteln gezwungen. In dieser Form besteht das Sensormittel aus drei linearen Feldern 94, 96, 98, von denen jedes eine Vielzahl von Sensorelementen enthält. Die Felder sind vorzugsweise generell parallel zueinander und jedes ist in engem Kontakt mit dem Container 90 gehalten, der bei der gezeigten Form eine Flasche ist.
• Bei solch einem System wird der Computer Ausgangssignale von den einzelnen Oszillatoren durch einen Multiplexer und Analog-Digital-Wandler (nicht gezeigt) erhalten und wird Information betreffend die Dicke bei drei Höhen bereitstellen.
• In dem Fall, daß die Dicke nicht den Minimum-Standard oder andere in den Computer einprogrammierte Standards erreicht, können geeignete, dem Fachmann wohlbekannte Mittel bereitgestellt werden, um ein Ausgangssignal von dem Mikroprozessor oder Computer 50 zur Aktivierung eines Aussortierungsmechanismus zu ermöglichen, der den unzureichenden Behälter hinter der Prüfstation von dem Transportmittel entfernen wird.
• In Bezug auf Figur 8 wird dort ein Behälter 100 gezeigt, der in der gewünschten Prüfposition gehalten wird durch ein Antriebsband 102 und ein lineares Paar von Sensorfeldern 104, 106, von denen jedes aus einer Vielzahl von Sensorelementen besteht. In diesen Ausführungsformen haben die Sensorelemente, anstatt generell flache Oberflächen zu haben, die elastisch in Kontakt mit einer zylindrischen Oberfläche des Behälters gezwungen werden, eine nicht-planare Oberfläche, die generell eine komplementäre Konfiguration zu dem Abschnitt des Behälters haben, mit dem sie in Kontakt sein werden. Ein Sensor des bei 104 in Figur 8 gezeigten Typs ist in Figur 9 gezeigt, wobei ein im wesentlichen starres Unterstützungsglied 110 an einem elastisch komprimierbaren Material 112 befestigt ist, das wiederum an dem Sensorelement 114 befestigt ist, das eine Vorderf läche 116 hat, die generell konkav ist und eine komplementäre Konfiguration zu dem Behälterabschnitt aufweist.
• Das Kapazitäts-Sensorsystem der vorliegenden Erfindung mißt Behälterdicken durch Überwachung der Effekte von Kapazitätsänderungen auf die Frequenz eines Schwingkreises. Die Schwingkreise können typischerweise zwei frequenzbestimmende Komponenten haben, von denen eine die durch das Sensorelement repräsentierte Kapazität ist und die andere die Induktivität ist, die durch einen Induktor mit einem festgelegten Wert bereitgestellt wird. Diese zwei Elemente kombinieren zu einem Resonanzkreis, dessen natürliche Resonanzfrequenz durch den Wert der Komponenten bestimmt ist. Es ist wichtig, daß die Masse der Sensoranordnung so gering wie möglich gehalten wird, damit die Nachgiebigkeit des Sensorstreifens, die den engen Kontakt mit dem Behälter erlaubt, nicht beeinträchtigt wird. Dies wird generell dadurch erreicht, daß die Oszillatorelektronik getrennt von der Sensoranordnung gehalten wird. Systeme des Standes der Technik haben ein Koaxialkabel benutzt, das das kapazitive Element des Sensors mit dem induktiven Element des Resonanzkreises verbindet. Das induktive Element war typischerweise in der externen Anordnung mit dem Rest der Oszillatorelektronik gelegen. Weil die gemessene Kapazität sehr klein ist und in der Größenordnung von Picofa rad pro 24,5 mm (thousandths of a picofarad per mil) von Glasausdehnung sein kann, hat diese Anordnung zur Folge, daß das Koaxialkabel eine kritische Komponente wird, weil seine kapazitiven und induktiven Eigenschaften effektiv Teil des Resonanzkreises sind. Als Ergebnis können jegliche Bewegungen oder Klingneigung (microphonic tendencies) des Kabels einen schädlichen Effekt auf die Genauigkeit der Messungen haben.
• In der vorliegenden Erfindung ist der bevorzugte Resonanzkreis, wie er in Figur 10 gezeigt ist, dadurch modifiziert, daß das induktive Element direkt auf dem Sensorelement befestigt ist. Dies wird generell angezeigt durch Bezugsnummer 120 in Figur 10.
• Bei einer Ausführungsform ist eine Sekundärwindung um die Außenseite eines eingekapselten Induktors gewickelt, um das Signal durch übertragungsaktion zwischen den Windungen zu koppeln. Der Induktor ist innerhalb einer Umhüllung befestigt und innerhalb einer Ausnehmung in dem elastisch komprimierbaren Material 22 positioniert. Die Einheit ist dann elektrisch mit einem Sensorelement verbunden und mit einem Koaxialkabel, das wiederum mit der Oszillatorelektronik verbunden ist.
• Der Induktor ist so, daß er keinen nachteiligen Effekt auf die Biegsamkeit und die Verläßlichkeit des Sensorelementes hat. Das Koaxialkabel 122, das den Induktor mit dem Rest der Oszillatorelektronik 124 koppelt, wird dann eine Verbindung mit niedriger Impedanz zu dem Rest der Elektronik 124. Dies beseitigt den Bedarf für kritisch kalibrierte Kabel und macht die Schaltung immun gegen Probleme der Bewegung oder Toleranzen des Kabels.
• Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wendet die Merkmale des vorhergehenden Systemes an. Es bewegt einen zu prüfenden Behälter sequentiell translatorisch durch den Bereich der Sensoren und drehend im engen Kontakt über diese ohne Durchrutschen, so daß jedes Sensorelement in einem linearen Sensorfeld einen Umfangsabschnitt der Behälterwanddicke untersucht und damit der Oszillator die Auslesungen in entsprechende Spannungen umwandelt, wobei der Computer die individuellen Ablesungen für den Behälter in eine Dickenbestimmung für den gesamten Umfang des Höhenabschnittes des Behälters, der untersucht worden ist, kombiniert.
• Das lineare Sensorfeld der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel zwei oder mehr, und vorzugsweise vier bis fünf, individuelle Sensorelemente haben und kann eine Gesamtlänge von ungefähr 45 bis 59 cm (18" bis 23" Zoll) haben.
• Eine einzige Prüflinie dieses Typs kann in der Größenordnung von ungefähr 400 bis 500 Flaschen pro Minute prüfen. Es wird verstanden werden, daß dies ermöglicht, daß die zu untersuchenden Flaschen relativ nahe zueinander sein können anstatt daß der große relative Abstand des Standes der Technik erforderlich ist. Dies erlaubt es, die Geschwindigkeit des die Flaschen zu der Prüfzone transportierenden Antriebsbandes signifikant zu reduzieren und vereinfacht den Verlangsamungsmechanismus, der für die aus der Prüfstation austretenden Flaschen angewendet wird und ermöglicht auch die Reduzierung von Verschleiß.
• Im allgemeinen wird jeder Sensor ein vertikales Band entlang des Umfangs des Behälters untersuchen, wobei das Band ungefähr 6,3 bis 12,7 mm (1/4" bis 1/2" Zoll) hoch ist.
• Es wird daher verstanden werden, daß die vorliegende Erfindung ein effektives Mittel zur gleichzeitigen Prüfung einer Vielzahl von Behältern durch ein einziges Sensormittel schafft, das mindestens ein lineares Feld von Sensorelementen enthält. Dies wird in einer schnellen und exakten Art und Weise getan, so daß eine wirtschaftliche Annahme und Gebrauch eines solchen Systems erleichtert wird, das mit modernen Hochgeschwindigkeits-Behälterformungsmaschinen kompatibel sein wird.
• Obwohl zum Zwecke der Erläuterung Behälter mit bestimmten Konfigurationen und auch Sensorelemente mit bestimmten Konfigurationen zum Zwecke der Einfachheit und Klarheit der Offenbarung offenbart wurden, wird es vom Fachmann verstanden werden, daß die Erfindung angepaßt ist für den Gebrauch mit zahlreichen Typen von Behältern verschiedener Formen und daß Variationen in den Formen der Sensormittel und Sensorelemente und auch deren Größe gemacht werden können, ohne die Grenzen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Obwohl spezielle Ausführungsformen der Erfindung zum Zwecke der Erläuterung oben beschrieben wurden, ist es für den Fachmann offensichtlich, daß zahlreiche Variationen und Details gemacht werden können, ohne die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims (24)

1. Vorrichtung zum Prüfen der Dicke von Behälterwänden von Behältern mit

Mitteln zur Erzeugung einer Translationsbewegung der Behälter zwischen Sensormitteln und Mitteln, um die Behälter in Kontakt mit den Sensormitteln zu drängen,

mit den Sensormitteln operativ verbundenen Oszillatormitteln zum Empfang von Dickeninformation in Form von Kapazitätsänderungen (changes in capacitance) und zur Erzeugung entsprechender Spannungssignale,

elektronischen Prozessormitteln zum Empfang der Spannungssignale und zu deren Vergleich mit gewünschten Dickewerten bei der Bestimmung, ob die gewünschte Dicke vorhanden ist,

gekennzeichnet durch

die Sensormittel, die langgestreckte kapazitive Sensormittel mit einer Vielzahl von Sensorelementen sind, die in relativ voneinander beabstandeter End-zu-End-Beziehung angeordnet sind,

Mittel, um die Behälter aufeinanderfolgend in engen Rollkontakt mit den relativ voneinander beabstandeten End-zu-End-Sensorelementen zu drängen,

elektronische Prozessormittel zum Empfang von Spannungssignalen von den Sensorelementen und zu deren Vergleich mit gewünschten Dickewerten bei der Bestimmung, ob die gewünschte Dicke bei jedem der Behälter vorhanden ist und dadurch, daß die Oszillatormittel Mittel zum Empfang der Dickeninformation von mindestens zwei der Sensorelemente für jeden geprüften Behälter aufweisen.

2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mindestens drei Sensorelemente aufweist und daß die Oszillatormittel Mittel zum Empfang der Dickeninformation von einer Vielzahl der Sensorelemente für jeden der untersuchten Behälter aufweist.

3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung kalibriert ist zur Prüfung eines Behälters, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Glasbehältern und Plastikbehältern besteht.

4. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch an den Sensormitteln befestigte und operativ mit diesen verbundene Induktormittel und durch Kabelmittel, die die Induktormittel mit dem Rest der Oszillatormittel verbinden.

5. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Sensorelementen ein erstes Sensorfeld und ein zweites Sensorfeld ist, das in beabstandeter, im allgemeinen überlagernder Beziehung in Bezug auf das erste Sensorfeld angeordnet ist, wobei die Vorrichtung den Behälter an Abschnitten prüfen wird, die auf verschiedenen Höhen angeordnet sind.

6. Prüfvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens ein zusätzliches Sensorfeld, das in beabstandeter, im allgemeinen überlagernder Beziehung relativ zu dem ersten und dem zweiten Sensorfeld angeordnet ist.

7. Prüfvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Sensorfelder Sensoren mit einer Querschnittsform hat, die verschieden ist von den Sensorelementen von mindestens einem der anderen Sensorfelder.

8. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung einer Behälterbewegung Mittel zur gleichzeitigen Herstellung von Kontakt zwischen jedem einer Vielzahl von Behältern und einem entsprechenden Sensorelement aufweist.

9. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung einer Behälterbewegung Mittel zur aufeinanderfolgenden Bewegung von jedem der Behälter in Kontakt mit jedem der Sensorelemente aufweist.

10. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessormittel Mittel zur Kombination der Oszillatorausgabesignale für einen Behälter von jedem der den Behälter prüfenden Sensorelemente aufweist.

11. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatormittel separate Oszillatorkreise für jedes der Sensorelemente aufweisen.

12. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatormittel Multiplexermittel zum aufeinanderfolgenden Empfang von Information von jedem der Sensorelemente aufweisen.

13. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge der aktiven Abschnitte der Sensorelemente in einem Sensorfeld mindestens so lang ist wie der Umfang des zu prüfenden Behälters.

14. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente einen kapazitiven Abtaststreifen aufweisen, ein rückfedernd komprimierbares Material, das rückwärtig an den Abtaststreifen angeordnet und an diesem befestigt ist und einen im wesentlichen starren Träger, an dem das rückfedern komprimierbare Material befestigt ist.

15. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Felder im allgemeinen konkav geformte Sensoren hat.

16. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen benachbarten Sensorelementen etwa 0,79 bis 3,97 mm (1/32" bis 5/32" Inch) beträgt.

17. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktormittel eine Vielzahl von Induktoreinheiten aufweisen, von denen jede eine Primärspule und eine Sekundärspule aufweist, die in im allgemeinen diese umgebender Beziehung um die Primärspule gewickelt ist und die induktiv mit dieser gekoppelt ist.

18. Prüfvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Induktoreinheiten innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist und benachbart zu den Sensorelementen, mit denen es gekoppelt ist, angeordnet ist.

19. Ein Verfahren zur Prüfung von Wanddicken von Behältern unter Verwendung von kapazitiven Sensormitteln, Oszillatormitteln zur Umwandlung von Signalen der Sensormittel zu entsprechenden Spannungsignalen und elektronischen Prozessormitteln zum Vergleich der Spannungssignale mit einer vorbestimmten gewünschten Dicke, gekennzeichnet durch

die Bereitstellung von kapazitiven Sensormitteln mit einem linearen Feld von Sensorelementen zur Abgabe von einem Signal, das Kapazititätsänderungen entspricht, Oszillatormitteln zur Umwandlung der Signale zu entsprechenden Spannungssignalen und elektronischen Prozessormitteln zum Vergleich der Spannungssignale mit einer vorbestimmten gewünschten Dicke,

eine aufeinanderfolgende (sequentielle) Bewegung der Behälter in engen Kontakt mit den Sensorelementen und Prüfung nur eines Abschnittes des Umfanges von jedem der Behälter durch ein Sensorelement, Umwandlung der kapazitiven Änderungen von Variationen in den Dicken des Behälters von jedem der Sensorelemente in entsprechende Spannungssignale,

Kombination der einem Behälter entsprechenden Spannungssignale in einen entsprechenden Dickenwert und Vergleich der Dickenmessungen mit der gewünschten Dicke.

20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch gleichzeitige Prüfung einer Vielzahl von Behältern, von denen jeder in Kontakt mit einem der Sensorelemente ist, und nachfolgende Bewegung der Behälter bei jedem der Sensorelemente mit Ausnahme des letzten Sensorelementes zu dem nächsten darauffolgenden Sensorelemente zur weiteren Prüfung.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch die Bereitstellung einer Vielzahl von im allgemeinen vertikal beabstandeter Sensorelementfelder und gleichzeitig an jeder der Sensorelementstationen erfolgende Prüfung von Wandstärken an zwei oder mehr vertikal voneinander beabstandeten Abschnitten des Behälters.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, gekennzeichnet durch eine während der Prüfung des Behälters erfolgende Erzeugung eines Rollens des Behälters über ein Sensorelement unter Aufrechterhaltung einer Enge des Kontaktes zwischen ihnen.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, gekennzeichnet durch die Bereitstellung von Sensorelementen einer solchen Länge, daß sie insgesamt mindestens gleich lang mit dem Umfang des Abschnittes des Behälters sind, den die Sensorelemente prüfen werden.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß während der Prüfung zwischen zwei Sensorelementen, die Kontakt mit Behältern haben, ein Sensorelement ohne Behälterkontakt gehalten wird.