WO1981003706A1 - Optical control method for controlling the quality of transparent articles and apparatus for implementing such method - Google Patents

Optical control method for controlling the quality of transparent articles and apparatus for implementing such method Download PDF

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WO1981003706A1
WO1981003706A1 PCT/CH1981/000066 CH8100066W WO8103706A1 WO 1981003706 A1 WO1981003706 A1 WO 1981003706A1 CH 8100066 W CH8100066 W CH 8100066W WO 8103706 A1 WO8103706 A1 WO 8103706A1
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PCT/CH1981/000066
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Inventor
P Hermann
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P Hermann
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/90—Investigating the presence of flaws or contamination in a container or its contents

Definitions

  • the invention relates to a method for the semi-automatic or fully automatic quality inspection of transparent media, in which the change in a beam path through the interference points is used to detect them, and a device (device system) with which
  • a special application of the method and the device lies in the testing of glasses, especially hollow glasses, which are checked for cracks and other defects.
  • the optical crack test method which is mainly dealt with here, was based on a highly variable, individual arrangement of a plurality of lighting bodies of the same type and a number of individual detectors, only by their sensitivity, which is usually relatively undefined solid angle zones Secondary beam detected and which reacted to all radiators of the same ace. It is still the most common method in production control today. If you want to achieve reasonably acceptable results, long and tedious adjustment work by experienced, qualified employees is necessary for every type of test work and the amount of equipment increases enormously with the requirements.
  • radiators with different colors or with the same type of radiation but different modulation frequencies are used.
  • the method partially simplifies the setup of a test head, but is limited in terms of expenditure (FR-PS 1 588 308).
  • radiators and detectors In practice, the need has arisen to place radiators and detectors at a greater distance from the measurement object in order to improve the space available, to make the device less dependent on the position accuracy of the measurement object and to improve the ratio of useful signal to interference signal. (In most cases, the scattered light decreases quadratically, while the useful light in certain areas decreases linearly with the distance.) In conventional systems, however, a small distance is unavoidable (detection angle range, scattered light accumulation, mutual influence of different arrangements).
  • test heads which have been built with a lot of effort, are very individual and make it impossible to standardize the arrangement.
  • a partial solution for standardizing the structure gives the following method. Fixed sub-units with emitters and detectors can be suitably joined together as building blocks, which reduces the time required for the installation. The space problem is only partially solved (DE 28 02 107 AI).
  • the present invention goes in detail and in the conception new ways to substantially reduce the above-mentioned problems with the aim of reducing the outlay on equipment and increasing the test quality and also includes the necessary equipment with which this (and analog) Process can be carried out economically.
  • the method according to the invention assumes that a beam emanating from an emitter irradiates a measuring point on the measurement object in the appropriate form. If there is a disturbance at this point, in the case specifically described here, a crack, a reflected beam is thrown from there into a limited solid angle range.
  • the method based on the fact is arranged that in a relatively large distance from the measurement object door surface a standard stocked Detek ⁇ which stanchions without mechanical Verillone-, can be divided by programming in detector zones which cover enough 'room angle to cracks with certain Capture orientation and location.
  • detector zones which cover enough 'room angle to cracks with certain Capture orientation and location.
  • a single detector-emitter system is each intended for a (possibly a few) measuring zone on the glass and for a limited range of crack angles.
  • the superimposition of several such systems then leads to a complete inspection of the measurement object.
  • the measuring zones of the different systems can partially overlap, which results in multiple use of the mostly standard arranged detector elements.
  • the sensitivity can be changed within a zone. Surface elements that belong to different systems at the same time can adopt an optimal sensitivity for each system separately by programming.
  • Fig. 1 beam path and detection area
  • Fig. 4 signal block diagram of the electro-optical device system.
  • FIG. 1 shows a cylindrical glass body 1 with a crack 2, which reflects 5 the beam 4 emanating from the radiator 3 and throws it onto the detector surface 6.
  • Test object and measuring device instead.
  • this can be used in such a way that the detection surface 6 in FIG. 1 is not completely occupied with detection elements, but rather is reflected only on strips 8 transverse to the direction of movement of the reflection point 9 of the
  • Such detection strips are summarized in terms of apparatus in detector blocks 7, which are connected to the evaluating device.
  • a large number of emitters are normally used to adequately detect different types of cracks at different locations, which in turn can be arranged regularly and in a standardized manner.
  • system separation is carried out using a sequential method, ie all elements belonging to a subsystem are activated simultaneously for a certain time interval in a sufficiently rapid sequence, but different subsystems are never activated at the same time.
  • the response sensitivities of a detector can also be selected differently depending on the subsystems in which it works, ie it has quasi different system-related sensitivities at the same time.
  • the device is provided with memories in which the assignment of the detector elements to the different systems and the different sensitivities of the detector elements in the different systems are programmed. Programming can be carried out with buttons or with a data carrier (punch cards, punched tape, magnetic tape, magnetic disks) which is customary in data technology.
  • a device If a device is sufficiently equipped with emitters and detectors, it is possible to adapt a measuring device to a certain type of glass practically exclusively by programming. This opens up the possibility of generating the programming semi-automatically (interactively) or fully automatically.
  • a small computer determines e.g. the assignments and sensitivities in a learning process with good and faulty glasses.
  • the emitters of the individual systems are periodically briefly switched on (pulsed) at certain time intervals. See 42 of FIG. 4 for this.
  • the detectors assigned to this system are activated and measure the increase in radiation compared to the time before the emitters were switched on. If the
  • OMPI If the value specified by the programming for this system and the corresponding detector grows, a corresponding signal is forwarded to the evaluation logic, which effects a necessary action (display, ejection of the glass).
  • the evaluation logic can make an action dependent on further information (for example, designation of a glass).
  • the evaluation logic can be expanded as required (e.g. small computer), evaluate the data statistically and forward them in a suitable form.
  • the specified type of channel separation also results in a very strong suppression of radiation which results from the environment, even if this radiation is not constant over time (e.g. fluctuations of 100 Hz in the case of incandescent lamps)
  • Another component of the present invention is the relationship between the distance between the detection elements and their size, because it enables a better distinction to be made between reflecting or refractive zones and scattering zones.
  • the signal-technical system separation provides the necessary prerequisites for choosing a suitable distance. 2
  • the surface 21 is exposed to a uniform interference or scattered radiation
  • zone 22 the brightness is determined by a useful signal, e.g. the radiation reflected by a crack with a curvature is increased approximately uniformly. In this situation it is clear that the ratio of
  • Radiation intensity on detector 23 in detector block 7 z is the greatest on detector 24 when detector 23 is completely in zone 22.
  • the distance of the detectors from the radiating point should be at least so large that it can be completely immersed in the diverging beam of the signal.
  • OI be used if the detectors have separate signal paths up to the response threshold.
  • This method achieves a maximum useful / interference signal ratio for a given radiation.
  • a cylindrical hollow glass 31 rotates around the axis 32 during the test.
  • the opening zone is irradiated by the emitters 33 and by the emitter 34 by means of reflection on the inner wall.
  • Radiators 35 and 36 irradiate a deeper lying zone from different angles in such a way that as far as possible all occurring cracks throw evaluable bundles of rays into the cylindrical detection area.
  • 38 and 39 are possible axes for detection cylinders which are occupied by detector blocks 7.
  • Typical beam areas of the reflected useful signals are indicated by the line pairs 33 and 37, the areas belonging to 33 and 37 belonging to different independent subsystems.
  • a clock oscillator 41 drives a coding logic 42 which, on the one hand, emits the time-staggered pulses for the power amplifiers 43 of the semiconductor infrared emitters with a wavelength of approximately 0.9 ⁇ m for the radiators S1 to S16, and on the other hand generates the associated system code 44 for activating the detectors in the detector blocks 7, which are each equipped with 8 detectors D1 to ⁇ D8.
  • the repetition rate is 1000 / s, with a switch-on period of the emitter of 5 us.
  • the emitted radiation 55 is received at a wide angle by the sensitive semiconductor detectors 45, converted into an electrical signal, filtered and amplified.
  • the subsequent stage 46 compares this with an analog signal from the digital / analog converter 47, which depends on the system code and the programming from the selector logic gik 48 is controlled.
  • the digital signals resulting from the comparison are selected in the selector 48 in accordance with the system code and the programming, reduced by OR circuits and then stored in the memory 49 until further evaluation.
  • the signals are already linked in the detector block 7 in order to save on connecting lines.
  • the evaluation part 51 a micro-computer
  • the signals are stored, further reduced, evaluated and prepared for the displays on counters 55, lamp formers 56 and screens 53.
  • the definition of the systems is done on a switch panel 50 performed.
  • this preselection can also be input to the evaluation part 51 via a keyboard 54 or by means of one of the usual data carriers.
  • the cylindrically constructed spotlights 3 can be easily assembled and disassembled by means of a snap lock> and, for test purposes, replaced by spotlights with visible light which have the same beam geometry.
  • the rays emanating from a semiconductor infrared emitter are bundled by means of a bi-convex lens in such a way that the imaging plane of the emitter lies further away than the measurement object and that a suitable cross-sectional area of the beam on the measurement object arises, which is approximately the same Lens cross section corresponds.

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Description

Titel: Verfahren zur optischen Ueberwachung der Qualität von transparenten Körpern sowie ein Gerät zur Ausführung des Verfahrens
B E S C H R E I B U N G
Technisches Gebiet der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur halb- oder vollautomatischen Qualitätsprüfung von transparen¬ ten Medien, bei welchem die Veränderung eines- Strahlen¬ ganges durch die Störstellen zu deren Erkennung herange- zogen wird sowie ein Gerät (Gerätesystem) , init dessen
Hilfe dieses Verfahren wirtschaftlich durchgeführt wer¬ den kann, welches Gerät aber auch bei konventionelleren Methoden der optischen Qualitätsprüfung sowie bei prin¬ zipiell analogen optischen Verfahren mit Vorteil einge- setzt werden kann. Stand der Technik
Eine spezielle Anwendung des Verfahrens und des Gerätes liegt in der Prüfung von Gläsern', speziell Hohlgläsern, welche auf Risse und andere Fehler geprüft werden. Ur- sprünglich beruhte das optische Rissprüfverfahren, auf wel ches hier hauptsächlich eingegangen wird, auf einer stark variablen, individuellen Anordnung von mehreren Beleuch¬ tungskörpern gleicher Art und einer Anzahl einzelner, nur durch deren Empfindlichkeit verschiedener Detektoren, wel- ehe meist relativ Undefinierte Raumwinkelzonen eines Se- kundär-Strahles erfassten und welche auf alle Strahler gleicher assen reagierten. Es ist auch heute noch das ver- breitetste Verfahren in der Produktionskontrolle. Will man damit einigermassen akzeptable Resultate erzielen, so ist eine langwierige und mühsame Einstellarbeit von erfahrenen, qualifizierten Mitarbeitern für jede Art von Prüfarbeit notwendig und der apparative Aufwand steigt enorm mit den Anforderungen.
Die auf der Totalreflexion basierende Rissprüfung war in der bisherigen Anwendungstechnik ein äussers.t komplexes
Verfahren. Risse treten am Hohlglas in allen Behälterberei¬ chen, wie Mündung, Schulter, Körper und Boden ; wenn auch mit unterschiedlicher Verteilung auf. Grob wird meist von Horizontal- oder Vertikalrissen gesprochen. Es kommen aber die verschiedensten Schräglagen sowie auch VerWindungen der Rissflachen vor. Die Hauptorientierung eines Risses kann durch 2 Winkel definiert werden. Numerische Auswertungen durch Computer-Simulation auf Basis von Bereichen, welche diese Winkel überstreichen können, zeigen, dass eine gute Rissprufung nur dann möglich ist-, wenn mehrere, definierte und relativ grosse Winkelzonen auf der Detektionsseite ge¬ bildet werden können, welche ohne gegenseitige Beeinflus¬ sung unabhängig voneinander arbeiten. Nur so können Anord- nungen erreicht werden, welche im statistischen Mittel op¬ timale Resultate ergeben. Dieses Konzept war mit den bishe¬ rigen apparativen Mitteln nicht realisierbar. Bestehende Lösungen, bei welchen die Messapparatur auf- mehrere, hin- tereinander angeordnete Stationen verteilt wird, sind ein erster, aber aufwendiger Schritt zur Trennung von Detek- tionsbereichen.
Richtet man einen Strahler auf ein Glas, so werden immer bestimmte Zonen so stark aufgehellt, dass dort mit konven- tionellen Methoden keine Rissdetektion mehr vorgenommen werden kann. Es können aber auch bestimmte Zonen von. einer Summe an sich schwächeren Streustrahlungen zu stark aufge¬ hellt werden (Kummulati-on) . Diese Problematik wird dadurch verstärkt, dass diese Streustrahlen von Glas zu Glas sehr unterschiedlich auftreten und sich erst recht mit dem Glas¬ typ ändern (Nähte , Gewinde usw. ) .
Ein weiterer, störender Effekt ist die Veränderung des Um- lichts, wenn mit sichtbaren Strahlen gearbeitet wird. Die Kompensation dieses Effektes durch Anpassung der-Empfind- lichkeit ist kein gangbarer Weg.
Verschiedene Verbesserungen sind bekannt geworden. Um den störenden Einfluss von Streu-Strahlen auf gewisse Detekto¬ ren zu eliminieren, werden Strahler mit verschiedenen Far¬ ben oder mit derselben Art von Strahlung aber verschiedener Modulationsfrequenz verwendet. Die Methode vereinfacht die Einrichtung eines Prüfkopfes teilweise, ist aber vom Auf¬ wand her limitiert (FR-PS 1 588 308).
Gewisse Verbesserungen der Resultate, vor allem durch Un¬ terdrückung des Streulichts, werden erreicht, wenn die De- tektoren nicht auf absolute Werte reagieren, sondern auf -
OMPI die Aenderungsgeschwindigkeit des Strahles . Die Methode ist aber nur teilweise wirksam, da auch Streulichter modu¬ liert sind.
Von der Praxis her ist das Bedürfnis entstanden, Strahler und Detektoren in einem grösseren Abstand vom Messobjekt anzubringen, um die Platzverhältnisse zu verbessern, die Einrichtung weniger abhängig von der Positionsgenauigkeit des Messobjektes zu machen und das Verhältnis von Nutz- zu Störsignal zu verbessern. (In den meisten Fällen nimmt das Streulicht quadratisch, das Nutzlicht dagegen in bestimmten Bereichen linear mit der Distanz ab.) In konventionellen Anlagen ist aber ein kleiner Abstand unumgänglich (Detek- tions-Winkelbereich, Streulichtkummulation, gegenseitige Beeinflussung verschiedener Anordnungen) .
Die vielen Schwierigkeiten haben dazu geführt, dass die mit viel Mühe aufgebauten Prüfköpfe sehr individuell ausfallen und eine Standardisierung der Anordnung verunmöglicht. Ei¬ ne Teillösung zur Standardisierung des Aufbaues gibt fol¬ gendes Verfahren. In sich feste Untereinheiten mit Strah- lern und Detektoren können als Bausteine geeignet zusammen¬ gefügt werden, was den Zeitaufwand für die Einrichtung re¬ duziert. Das Platzproblem ist aber nur teilweise gelöst (DE 28 02 107 AI) .
Erfindung Die vorliegende Erfindung geht in Einzelheiten sowie in der Konzeption neue Wege zur wesentlichen Reduktion der oben genannten Probleme mit dem Ziel der Verringerung des Ein¬ richtungs-Aufwandes und der Steigerung der Prüfqualität und umfasst auch die notwendige Apparatur, mit welcher dieses (und analoge) Verfahren wirtschaftlich durchgeführt werden kann. Das erfindungsgemässe Verfahren geht davon aus, dass ein von einem Strahler ausgehender Strahl eine Messstelle am Messobjekt in der geeigneten Form bestrahlt. Ist an dieser Stelle eine Störung, im hier speziell beschriebenen Fall ein Riss, vorhanden, so wird ein reflektierter Strahl von da aus in einen limitierten Raumwinkelbereich geworfen. Das Verfahren beruht nun darauf, dass in einem relativ grossen Abstand vom Messobjekt eine standardmässig bestückte Detek¬ torfläche angeordnet ist, welche ohne mechanische Verände- rungen, durch Programmierung in Detektor-Zonen unterteilt werden kann, welche genügende 'Raumwinkel abdecken, um Risse mit bestimmter Orientierung und Lage zu erfassen. Dabei können signaltechnisch gesehen mehrere, voneinander unab¬ hängige Systeme, bestehend je aus einem oder wenigen Strah- lern und einer auf Strahler und Riss abgestimmten Detektor- Zone gebildet werden. Ein einzelnes Detektor-Strahler-Sy¬ stem ist jeweils für eine (ev. wenige) Messzone am Glas und für einen limitierten Bereich von Risswinkeln bestimmt. Die Ueberlagerung mehrerer solcher Systeme führen dann zu einer vollständigen Prüfung des Messobjekts. Die Messzonen der verschiedenen Systeme können sich teilweise überlappen, was eine vielfachte Ausnutzung der grösstenteils standardmässig angeordneten Detektorelemente ergibt. Die Empfindlichkeit kann innerhalb einer Zone verändert werden. Flächenele en- te, welche verschiedenen Systemen gleichzeitig angehören, können für jedes System separat durch Programmierung eine optimale- Empfindlichkeit annehmen.
Dieses Verfahren hat zur Folge, dass eine komplexe Messap¬ paratur unterteilt werden kann in eine Anzahl einfach und unabhängig voneinander einstellbarer Teilsysteme. Aufhel¬ lungen, welche durch die notwendige Bestrahlung in einem System entstanden sind, sind in anderen Systemen unwirksam und eine Kummulation von Streulicht findet nicht statt.
VflΫO Die beigelegten Figuren zeigen:
Fig. 1 Strahlengang und Detektionsflache;
Fig. 2 Projektion eines Risses im Glas in die Detektions- flache, mit Detektoren;
Fig. 3 einige Strahlengänge mit Strahlern und Detektor¬ blöcken bei der Inspektion von zylindrischen Glasge¬ hältern;
Fig. 4 signaltechnisches Blockschema des elektro-optischen Geräte-Systems.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungs-Möglichkeit zeigt einen zylindrischen Glaskörper 1 mit einem Riss 2 , welcher den vom Strahler 3 ausgehenden Strahl 4 reflektiert 5 und auf die Detektorfläche 6 wirft.
In automatischen Testsystemen findet während der Messungen normalerweise eine Verschiebung (oder Drehung) zwischen
Testobjekt und Messgerät statt. Dies kann zur Vereinfachung der Apparatur derart ausgenutzt werden, dass die Detekti- onsflache 6 in Fig. 1 nicht vollständig mit Detektionsele- menten besetzt ist, sondern nur auf Streifen 8 quer zur Be- wegungsrichtung des Auf reffpunktes 9 des reflektierten
Strahles. Solche Detektionsstreifen werden apparativ zusam- mengefasst in Detektor-Blöcke 7, welche mit dem auswerten¬ den Gerät verbunden sind.
Zur genügenden Erfassung verschiedenartiger Risse an ver- schiedenen Orten werden normalerweise eine grössere Anzahl von Strahlern eingesetzt, welche ihrerseits wieder regel- mässig und standardisiert angeordnet werden können. Die Sy- stemtrennung wird apparativ erfindungsgemäss mit einem se¬ quentiellen Verfahren durchgeführt, d.h., dass in zeitlich genügend schneller Folge alle zu einem Teilsystem gehören¬ den Elemente für ein bestimmtes Zeitintervall gleichzeitig aktiviert werden, verschiedene Teilsysteme aber nie gleich¬ zeitig aktiviert werden. Zusätzlich können auch die An¬ sprechempfindlichkeiten eines Detektors abhängig von den Teilsystemen, in welchen er arbeitet, verschieden gewählt werden, d.h. er hat quasi gleichzeitig verschiedene system- bezogene Empfindlichkeiten. Das Gerät ist mit Speichern versehen, in welche die Zuordnung der Detektor-Elemente zu den verschiedenen Systemen sowie die verschiedenen Empfind¬ lichkeiten der Detektor-Elemente in den verschiedenen Sy¬ stemen programmiert werden. Die Programmierung kann mit Ta- sten oder mit einem in der Datentechnik üblichen Datenträ¬ ger (Lochkarten, Lochband, Magnetband, Magnetplatten) er¬ folgen.
Bei ausreichender Bestückung eines Gerätes mit Strahlern und Detektoren ist es möglich, eine Messapparatur praktisch ausschliesslich durch Programmierung an einen bestimmten Glastyp anzupassen. Somit eröffnet sich die Möglichkeit, die Programmierung teilautomatisch (interaktiv) oder voll¬ automatisch zu erzeugen. Ein Kleincomputer ermittelt dazu z.B. in einem Lernprozess mit guten und fehlerhaften Glä- sern die Zuordnungen und Empfindlichkeiten.
Zur Erzielung der Kanaltrennung werden die Strahler der einzelnen Systeme nacheinander in bestimmten Zeitabständen periodisch kurz eingeschaltet (gepulst) . Siehe dazu 42 von Fig. 4. Während der Einschaltdauer der Strahler eines Sy- stemes sind die diesem System zugeordneten Detektoren akti¬ viert und messen den Strahlungszuwachs gegenüber der Zeit vor dem Einschalten der Strahler. Ueberschreitet der Zu-
ΓOREX
OMPI wachs den durch die Programmierung für dieses System und den entsprechenden Detektor vorgegebenen Wert, so wird ein entsprechendes Signal an die Auswertelogik weitergeleitet, welche eine nötige Aktion (Anzeige, Auswurf des Glases) be wirkt. Die -Auswertelogik kann eine Aktion noch von weitere Informationen abhängig machen (z.B. Bezeichnung eines Gla¬ ses). Die Auswertelogik kann nach Bedarf erweitert werden (z.B. Kleinrechner) , die Daten statistisch auswerten und i geeigneter Form weiterleiten.
Die angegebene Art der Kanaltrennung bewirkt auch eine seh starke Unterdrückung von Strahlungen, welche von der Umge¬ bung herrühren, auch wenn diese Strahlung zeitlich nicht konstant ist (z.B. Schwankungen von 100 Hz bei Glühlampen)
Ein weiterer Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist de Zusammenhang zwischen dem Abstand der Detektionselemente und ihrer Grosse, weil damit eine bessere Unterscheidung zwischen reflektierenden oder brechenden Zonen und streuen den Zonen erreicht werden kann. Durch die signaltechnische Systemtrennung sind die nötigen Voraussetzungen für die Wahl eines geeigneten Abstandes gegeben. In Fig. 2 sei die Fläche 21 mit einer gleichmässigen Stör- oder Streustrah¬ lung beaufschlagt, in der Zone 22 ist die Helligkeit durch ein Nutzsignal, z.B. die durch einen Riss mit einer Krüm¬ mung reflektierte Strahlung, etwa gleichmässig erhöht. In dieser Situation zeigt sich klar, dass das Verhältnis der
Strahlungsintensität auf Detektor 23 im Detektor-Block 7 z derjenigen auf Detektor 24 dann am grössten ist, wenn sich Detektor 23 völlig in der Zone 22 befindet. Somit soll der Abstand der Detektoren von der strahlenden Stelle möglichs mindestens so gross sein, dass er völlig in den divergie¬ rend angenommenen Strahl des Signales eintauchen kann. Selbstverständlich kann dieser Effekt nur dann voll ausge-
O I nutzt werden, wenn die Detektoren bis zur Ansprechschwelle getrennte Signalwege haben. Durch dieses Verfahren wird für eine gegebene Bestrahlung ein maximales Nutz/Störsignal- Verhältnis erreicht. Im Beispiel von Fig. 3 dreht sich ein zylindrisches Hohlglas 31 während der Prüfung um die Achse 32. Die Mündungszone wird von den Strahlern 33 im Durch¬ licht, und vom Strahler 34 mittels Reflexion an der Innen¬ wand bestrahlt. Strahler 35 und 36 bestrahlen eine tiefer liegende Zone von verschiedenen Winkeln derart, dass mög- liehst alle vorkommenden Risse auswertbare Strahlenbündel in die zylindrische Detektionsflache werfen. 38 und 39 sind mögliche Achsen für Detektionszylinder, welche mit Detek¬ torblöcken 7 besetzt sind. Durch die Linienpaare 33 bzw. 37 werden typische Strahlenbereiche der reflektierten Nutzsi- gnale angegeben, wobei die Bereiche zu 33 und 37 verschie¬ denen unabhängigen Teilsystemen angehören.
Fig. 4 'zeigt das signaltechnische Blockschaltbild eines - Ausführungsbeispiels eines elektrischen Gerätes zur Durch¬ führung des Verfahrens. Ein Taktoszillator 41 treibt eine Codier-Logik 42, welche einerseits die zeitlich gestaffel¬ ten Impulse für die Leistungsverstärker 43 der Halbleiter- Infrarotemitter mit ca. 0,9 um Wellenlänge der Strahler S1 bis S16 abgibt, andererseits .den zugehörigen System-Code 44 erzeugt zur Aktivierung der Detektoren in den Detektorblök- ken 7, welche je mit 8 Detektoren D1 bis ~D8 bestückt sind. Die Repetitionsrate beträgt 1000/s, mit einer Einschaltdau¬ er der Emitter von 5 us. Die emittierte Strahlung 55 wird nach Durchlauf der Messzone von den empfindlichen Halblei¬ ter-Detektoren 45 weitwinklig empfarigen, in ein elektri- sches Signal umgewandelt, gefiltert und verstärkt. Die nachfolgende Stufe 46 vergleicht dieses mit einem Analog- Signal aus dem Digital/Analog-Wandler 47, welcher abhängig vom Systemcode und der Programmierung aus der Selektor-Lo- gik 48 angesteuert wird. Die aus dem Vergleich resultieren¬ den digitalen Signale werden im Selektor 48 entsprechend dem Systemcode und der Programmierung ausgewählt, durch Oder-Schaltungen reduziert und anschliessend bis zur weite- ren Auswertung im Speicher 49 gespeichert. In einer Varian¬ te werden die Signale bereits im Detektor-Block 7 ver¬ knüpft, um Verbindungsleitungen einzusparen. Im Auswerte¬ teil 51 (ein Micro-Computer) werden die Signale gespei¬ chert, weiter reduziert, ausgewertet und vorbereitet für die Anzeigen an Zählern 55, Lampenbildem 56 und Bildschir¬ men 53. Die Definition der Systeme wird an einem Schalter- Tableau 50 vorgenommen. Alternativ kann diese Vorwahl auch über eine Tastatur 54 oder mittels eines der üblichen Da¬ tenträger dem Auswerteteil 51 eingegeben werden.
Die zylindrisch aufgebauten Strahler 3 (siehe Fig. 1 und 3) können mittels eines Schnappverschlusses leicht montiert und demontiert werde > sowie für Testzwecke ersetzt werden durch Strahler mit sichtbarem Lich , welche die gleiche Strahlgeometrie aufweisen. Die von einem Halbleiter-Infra- rot-Emitter ausgehenden Strahlen werden mittels einer bi¬ konvexen Linse derart gebündelt, dass die Abbildungs-Ebene des Emitters weiter entfernt liegt als das Messobjekt und dass damit eine geeignete Querschnittsfläche des Strahles am Messobjekt entsteht, welche ungefähr dem Linsenquer- schnitt entspricht.
O PI IPO

Claims

P a t e n t a n s pr ü c h e
1. Verfahren zur Erkennung von Uregelmässigkeiten, Fehl¬ stellen, insbesondere Risse, in transparenten Medien auf optischem Wege mit Strahlern, Detektoren und Auswertung, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektions-Seite und die Strahlerseite vorwiegend standardisiert aufgebaut sind, d.h., dass, unabhängig von der exakten Art der Messobjekte, eine Detektionsflache geeigneter Form für einen grösseren Winkelbereich angeordnet ist und dass auf einfache Weise (z.~B. im Auswertungs-Gerät) getrennte wie auch angrenzende und überlappende Detektionsfeider in dieser Fläche gebildet und den einzelnen Strahlern zugeordnet werden können derart, dass ein Strahler/De¬ tektorfeld-System praktisch unbeeinflusst von einem an¬ deren Strahler/Detektorfeld-System wirken kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsflache in eine grössere Anzahl Detektions- elemente aufgelöst wird, deren Signal soweit separat weiterverarbeitet wird, dass sich die-Wirkung des uner¬ wünschten Streulichts , welches auf verschiedene Elemente fällt, nicht kumuliert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Detektionsflachen vorwiegend eben, kugel- oder zylinderförmig sind und deren Abstand vom Messob¬ jekt mindestens so gross ist, dass die einzelnen Detek- tionselemente mit ihrer aktiven Fläche grösstenteils in den von der zu detektierenden Störstelle ausgehenden (und divergierend angenommenen) Signalstrahl einzutau¬ chen vermögen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass, unter Ausnützung der Tatsache, dass sic der zu detektierende Strahl bewegt (z.B. durch Rotation des Messobjektes) , die Detektionsflache nur in zur Bewe gungs-Richtung senkrechten Linien in möglichst grossem Abstand voneinander mit Detektoren versehen ist, um ei¬ nerseits den Aufwand zu reduzieren und andererseits um die Raumverhältnisse zu verbessern.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , 2, 3 oder 4, dadurch gekenn- zeichnet,- dass der von einem Strahler ausgehende Strahl in einem angemessenen Bereich vor und nach dem Messob¬ jekt einen möglichst gleichen, begrenzten, der vorgese¬ henen Messzone entsprechenden Querschnitt (Kreis, Ellip se, Rechteck) aufweist, welcher eine gleichmässige Strahlungsdichte aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Empfindlichkeit eines Detektions elementes bezüglich der verschiedenen Strahler, denen e zugeordnet werden kann, verschieden gewählt werden kann.
7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenseitige Zuordnung von De¬ tektoren und Strahlern, sowie die Einstellung der Emp¬ findlichkeit mit Hilfe eines zugeschalteten datenverar¬ beitenden Gerätes teil- oder vollautomatisiert wird, wo bei fehlerfreie und fehlerbehaftete Messobjekte vergli¬ chen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , 2, 3 , 4, 5 , 6 oder 7 , dadurc gekennzeichnet, dass der Abstand der Detektorfläche vom Messobjekt relativ gross ist, d.h. mehrere Zentimeter (typisch 4 cm) gewählt wird und Grosse und Abstand der Detektionselemente diesen Verhältnissen entsprechend an- gepasst werden, so dass folgende Ziele erreicht werden: bessere Platzverhältnisse für Anordnung von Strahler und Detektoren; relative Unabhängigkeit von der exakten Po- sition des Messobjektes; klare Trennung der in verschie¬ denen Winkeln austretenden Strahlen; genügend Platz für Auswerteelektronik an der Strahlerfassungsstelle.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 , da¬ durch gekennzeichnet, dass die automatische Erkennung der Mängel mittels einer unsichtbaren Strahlung durchge¬ führt wird, dass aber zu Aufbau, Einstellung und Ueber- prüfung eines Systems ein genügend genau äquivalentes System, welches mit sichtbarem Licht arbeitet, benützt wird, wobei die Detektoren durch Mattscheiben ersetzt werden können.
10. Gerät mit mehreren signaltechnisch getrennten, offenen optischen (Licht, Ultraviolett-Strahlung, Infrarotstrah¬ lung) Kanälen (entsprechend den Strahler/Detektorfeld- Systemen) zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, aber auch allgemei¬ ner anwendbar zur Messung, Prüfung und Ueberwachung von Form, Struktur und Lage von Objekten, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die signaltechnische Trennung der Detek- • tor-Strahler-Systeme dadurch zustande kommt, dass die Kanäle oder Systeme nacheinander und periodisch in genü¬ gend kurzen Intervallen durchgeschaltet werden.
11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ei¬ ne Gruppe von elektronischen, strahlungsempfindlichen Komponenten kombiniert mit einem signalvorverarbeitenden Teil in einem beweglichen Block (mehrere Blöcke möglich) zusammengefasst sind, welcher durch ein Kabel mit den übrigen Teilen des Gerätes verbunden ist.
12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Block Signalvergleicher befinden, wobei das Ver¬ gleichssignal (Schwellwert) von aussen in analoger oder digitaler Form eingespiesen wird.
13. Gerät nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Detektionselemente einzeln oder in Gruppen keinem, einem oder mehreren Strahlern wahlweise zugeord¬ net werden können zur Bildung von signaltechnisch unab- hängigen Systemen und dass die Empfindlichkeit eines
Elementes ebenfalls "gleichzeitig" in verschiedenen Sy¬ stemen verschieden gewählt werden kann.
14. Gerät nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der von den Strahlern ausgehende Strahl über eine relevante Strecke angenähert gleiche Eigen¬ schaften beibehält, z.B. runder, elliptischer oder läng¬ licher Querschnitt. Die Querschnittsfläche wird dabei derart gewählt, dass vorwiegend eine für die Messung ge¬ eignete, limitierte Zone am Messobjekt bestrahlt wird.
15. Gerät nach Anspruch 10, 11 , 12, 13 oder 14, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Strahler kompakte, bewegliche, mit einem elektrischen Kabel angeschlossene Einheiten bilden, welche je einen Halbleiter-Emitter enthalten oder dass die Strahler-Einheiten mit einem Lichtleiter mit einer gepulsten Quelle (modulierte Laser; Kerrzelle mit konstanter Strahlungsquelle; Lochscheibe mit kon¬ stanter Strahlungsquelle) verbunden werden.
16. Gerät nach Anspruch 10, 11, 12, 13, 14 oder 15 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung und Auswertung von
O PI Strahlern, Detektoren, Empfindlichkeiten usw. über eine zentrale Logik (ev. programmierbare Logik) vorgenommen werden und .dass auf einem Sichtgerät Zuordnungen und Si¬ gnale in direkter oder ausgewerteter Form eingesehen werden oder Zuordnungen definiert werden können.
17. Gerät nach einem der Ansprüche 1,0 bis 16, derart mit ei¬ nem Kanalwähler versehen, dass damit irgend ein Teilsy¬ stem gewählt werden kann, so. dass sich der- Grossteil der Bedienungselemente (Anzeigen, Tasten usw.) nur auf die- ses System beziehen.
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