DE29901727U1 - Device for checking objects for shape, dimensional accuracy and / or material defects - Google Patents
Device for checking objects for shape, dimensional accuracy and / or material defectsInfo
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u.Z.: GM 9059/3-98 DE Jena, 28. Januar 1999o.Z.: GM 9059/3-98 DE Jena, 28 January 1999
OTTO GmbHOTTO GmbH
Computer Vision Systems Wildenbruchstraße 1 5Computer Vision Systems Wildenbruchstrasse 1 5
07745 Jena07745 Jena
„Vorrichtung zur Prüfung von Gegenständen auf Form, Maßhaltigkeit"Device for testing objects for shape, dimensional accuracy
und/oder Materialfehler"and/or material defects"
GEYER, FEHNERS & PARTNER (G.b.R.)GEYER, FEHNERS & PARTNER (G.b.R.)
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OTTO GmbH Computer Vision Systems Jena, 28.01.1999OTTO GmbH Computer Vision Systems Jena, 28.01.1999
u.Z.: CM 9059/3-98 DEo.Z.: CM 9059/3-98 DE
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Form- und/oder Maßhaltigkeitsprüfung von Gegenständen und/oder zum Feststellen von Materialfehlern, insbesondere von Behältern aus Glas, glasähnlichen Werkstoffen oder transparenten Kunststoffen, wobei Licht auf einen sich in einer Prüfposition befindenden Gegenstand gerichtet und im Strahlengang hinter dem Gegenstand mindestens eine Lichtempfangseinrichtung vorgesehen ist, deren Signalausgang mit einer Auswerteeinheit in Verbindung steht. Optional kann eine Fördereinrichtung vorgesehen sein, die der Zuführung und dem Abtransport der Gegenstände zur bzw. von der Prüfposition dient. Die Erfindung bezieht sich auch auf derartige Vorrichtungen, die mit einer Sortier- oder Markiereinrichtung ausgestattet sind, durch die fehlerbehaftete Gegenstände aussortiert oder gekennzeichnetwerden. The invention relates to a device for checking the shape and/or dimensional accuracy of objects and/or for detecting material defects, in particular containers made of glass, glass-like materials or transparent plastics, whereby light is directed at an object in a test position and at least one light receiving device is provided in the beam path behind the object, the signal output of which is connected to an evaluation unit. Optionally, a conveyor device can be provided which serves to feed and transport the objects to and from the test position. The invention also relates to such devices which are equipped with a sorting or marking device by which defective objects are sorted out or marked.
Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die vollautomatische berührungslose Messung und Prüfung im Rahmen der Produktionsüberwachung in der Heißzone des Glasherstellungsprozesses, insbesondere bei der Erzeugung von Glasflaschen, Formartikeln, Trink- und anderen gläsernen Behältern, jedoch ohne Beschränkung auf die hier aufgezählten Produkte. Es ist aber auch der Einsatz im Kaltbereich, zum Beispiel bei der Stichproben- oder inline-Kontrolle, möglich sowie bei der Herstellung von glasähnlichen Werkstoffen oder transparenten Kunststoffen. Dabei erfolgt die Prüfung der geometrischen Form und/oder der Maßhaltigkeit sowohl im Bereich der Behälteröffnungen (bei Flaschen, Trinkgefäßen oder ähnlich) sowie bezogen auf das Profil der Gegenstände. Außerdem können je nach Ausbildung der Vorrichtung Blasen, Risse, Schlieren und andere Materialfehler detektiert werden.The preferred application area of the invention is fully automatic, contactless measurement and testing as part of production monitoring in the hot zone of the glass production process, in particular in the production of glass bottles, molded articles, drinking and other glass containers, but without limitation to the products listed here. However, it can also be used in the cold area, for example in random sampling or inline inspection, as well as in the production of glass-like materials or transparent plastics. The geometric shape and/or dimensional accuracy is checked both in the area of the container openings (in bottles, drinking vessels or similar) and in relation to the profile of the objects. In addition, depending on the design of the device, bubbles, cracks, streaks and other material defects can be detected.
••G EYER^EPfNERSX PATfTN ER 7t.b.ft*)••G EYER^EPfNERSX PATfTN ER 7t.b.ft*)
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Aus DE-OS 195 38 013 Al ist eine Glasbehälterprüfmaschine bekannt, bei der vertikal ausgerichtete Glasbehälter unter Verwendung eines Förderers auf einer horizontal ausgerichteten Förderbahn durch zwei aufeinanderfolgende Prüfbereiche transportiert werden. Im ersten Prüfbereich ist einerseits der Bahn ein erstes Paar Lichtquellen angeordnet, während sich andererseits eine erste Kamera befindet. Im zweiten Prüfbereich dagegen sind ein weiteres paar Lichtquellen und eine zweite Kamera im entgegengesetzten Sinne positioniert.A glass container testing machine is known from DE-OS 195 38 013 A1, in which vertically aligned glass containers are transported on a horizontally aligned conveyor track through two consecutive testing areas using a conveyor. In the first testing area, a first pair of light sources is arranged on one side of the track, while a first camera is located on the other. In the second testing area, on the other hand, another pair of light sources and a second camera are positioned in the opposite direction.
Bei dieser Anordnung der für die Prüfung funktionswesentlichen Baugruppen (Lichtquellen, Kameras) zu beiden Seiten der Förderbahn ist es von Nachteil, daß die zu prüfenden Glasbehälter wie auch die Transportbahn während des Betriebes für das Bedienungspersonal der Anlage bzw. für den Einrichter nur schlecht beobachtbar und nicht gut zugänglich sind. Denn sowohl die Lichtquellen einerseits als auch die Kameras andererseits behindern die Zugänglichkeit im Hinblick auf gelegentliche visuelle Funktionskontrollen der Anlage, im Falle von notwendigen Eingriffen bei Transportstörungen, bei verklemmtem Prüfgut, zum Einsetzen oder zur Entnahme von Proben usw.With this arrangement of the functionally essential components for the test (light sources, cameras) on both sides of the conveyor track, it is disadvantageous that the glass containers to be tested and the conveyor track are difficult to observe and difficult to access for the system operators or the setter during operation. This is because both the light sources on the one hand and the cameras on the other hand hinder accessibility with regard to occasional visual functional checks of the system, in the event of necessary interventions in the event of transport faults, when test material is jammed, for inserting or removing samples, etc.
Hinzu kommt, daß die Zuordnung von Lichtquellen und Lichtempfangseinrichtungen zu gesonderten Baugruppen einen erheblichen Montage- und Justieraufwand beansprucht. Das hat darüber hinaus einen erheblichen Platzbedarf und auch erheblichen Aufwand im Hinblick auf die Einhausung und Wärmeisolation bei Einsatz in der Heißzone des Glasherstellungsprozesses zur Folge.In addition, the allocation of light sources and light receiving devices to separate assemblies requires considerable assembly and adjustment effort. This also requires a considerable amount of space and also requires considerable effort in terms of housing and thermal insulation when used in the hot zone of the glass production process.
In DE-GM 295 04 073.4 Ul ist eine weitere Prüfvorrichtung beschrieben, die zur Ermittlung Licht reflektierender Materialfehler von Erzeugnissen aus Glas und ähnlichen Stoffen vorgesehen ist. Auch hier werden die Prüflinge entlang einer Bahn durch Prüfstationen gefördert. Jede Prüfstation enthält eine Beleuchtungseinrichtung mit wenigstens einer Lichtquelle, die auf den Prüfling gerichtet ist, sowie eine stationäre Empfangseinrichtung mit mehreren Lichtempfängern zur Aufnahme von Fehlerreflexen. Die Ausgänge der Empfänger sind mit einer Auswerteschaltung verbunden.DE-GM 295 04 073.4 Ul describes another test device that is intended for determining light-reflecting material defects in products made of glass and similar materials. Here too, the test objects are conveyed along a track through test stations. Each test station contains a lighting device with at least one light source that is directed at the test object, as well as a stationary receiving device with several light receivers for recording defect reflections. The outputs of the receivers are connected to an evaluation circuit.
In einer Ausführungsvariante dieser Vorrichtung ist zwischen dem Prüfling und jedem der Lichtempfänger ein die Fehlerreflexe aufnehmendes und zu dem Lichtempfänger hin umlenkendes optisches Umlenkelement fest angeordnet.In a variant of this device, an optical deflection element is fixed between the test object and each of the light receivers, which absorbs the error reflections and deflects them towards the light receiver.
Dieser Vorrichtung haften sinngemäß ebenfalls die oben beschriebenen Nachteile an, da jeder Lichtquelle die zugeordneten Lichtempfänger gegenübergestellt und die Prüf-This device also suffers from the disadvantages described above, since each light source is placed opposite the associated light receivers and the test
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linge dazwischen angeordnet sind. Die Zugänglichkeit und visuelle Beobachtbarkeit des Prüfbereichs sind nur eingeschränkt gegeben. Der gerätetechnische Aufwand ist verhältnismäßig hoch. Die optischen Umlenkelemente dienen weder der Verbesserung der Platzverhältnisse noch der Prüfergebnisse.lings are arranged in between. Accessibility and visual observability of the test area are only limited. The technical equipment required is relatively high. The optical deflection elements serve neither to improve the space available nor the test results.
Aus der Veröffentlichung US 4.500.203 A sind weiterhin ein Verfahren und ein Gerät zur Prüfung von Behältern aus Glas in Bezug auf Unregelmäßigkeiten der Formgebung bekannt. Dabei werden die Prüflinge mit Hilfe einer Fördereinrichtung entlang einer Förderbahn bewegt. Auf der einen Seite der Förderbahn sind drei Lichtquellen positioniert, deren Lichtbündel durch Fresnel-Linsen hindurch auf die Prüflinge gerichtet sind, diese durchdringen und auf der gegenüberliegenden Seite der Förderbahn von drei Array-Kameras empfangen werden, von denen jeweils eine einer der Lichtquellen zugeordnet ist. Die durch Reflexion und Lichtbrechung an den Glasbehältern verursachten Informationen werden von den Kameras aufgenommen und geben Aufschluß über die Profilschnitte der Behälter. Diese Profilschnitte werden elektronisch verarbeitet und mit in einer Zentralprozessoreinheit gespeicherten Daten verglichen.From publication US 4,500,203 A, a method and a device are also known for testing glass containers for irregularities in their shape. The test objects are moved along a conveyor track using a conveyor system. Three light sources are positioned on one side of the conveyor track, the light beams of which are directed through Fresnel lenses onto the test objects, penetrate them and are received on the opposite side of the conveyor track by three array cameras, each of which is assigned to one of the light sources. The information caused by reflection and refraction of light on the glass containers is recorded by the cameras and provides information about the profile sections of the containers. These profile sections are processed electronically and compared with data stored in a central processing unit.
Auch diese Anordnung weist die bereits dargelegten Nachteile auf, da auch hier Lichtquellen bzw. Kameras beidseitig der Fördereinrichtung angeordnet sind.This arrangement also has the disadvantages already described, since here too light sources or cameras are arranged on both sides of the conveyor.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der eine weitestgehend ungehinderte manuelle wie auch visuelle Zugänglichkeit des Prüflings gewährleistet ist und mit der außerdem genauere Meß- bzw. Prüfergebnisse erzielbar sind.Based on this state of the art, the invention is based on the object of creating a device of the type described above, in which largely unhindered manual and visual accessibility of the test object is guaranteed and with which more precise measurement or test results can also be achieved.
Erfindungsgemäß ist mindestens eine Lichtquelle so positioniert, daß das von ihr abgestrahlte Licht zunächst auf ein Reflexionselement gelangt und von diesem in die Richtung gelenkt wird, in der sich der zu prüfende Gegenstand sowie mindestens eine Lichtempfangseinrichtung befinden, wobei Lichtquelle und Lichtempfangseinrichtung auf derselben Seite einer Ebene angeordnet sind, in der sich die Prüfposition des Prüflings bzw. des zu prüfenden Gegenstandes befindet, während auf der der Lichtquelle und der Lichtempfangseinrichtung gegenüberliegenden Seite dieser Ebene das Reflexionselement angeordnet ist.According to the invention, at least one light source is positioned in such a way that the light emitted by it first reaches a reflection element and is directed by this in the direction in which the object to be tested and at least one light receiving device are located, the light source and light receiving device being arranged on the same side of a plane in which the test position of the test object or the object to be tested is located, while the reflection element is arranged on the side of this plane opposite the light source and the light receiving device.
Reflexionselemente, Lichtquellen und Lichtempfangseinrichtungen sind also so angeordnet, daß das von der jeweiligen Lichtquelle ausgehende Licht, die Ebene mit der Prüfposition schneidend, zunächst zum Reflexionselement gelangt und von diesem aufReflection elements, light sources and light receiving devices are arranged in such a way that the light emitted by the respective light source, intersecting the plane with the test position, first reaches the reflection element and from there to
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den Prüfgegenstand und, dabei die Ebene wiederum schneidend, in Richtung auf mindestens eine der Lichtempfangseinrichtungen reflektiert wird.the test object and, again intersecting the plane, in the direction of at least one of the light receiving devices.
Mit dieser Anordnung ist vorteilhafterweise die Seite der Prüfpositionen der Gegenstände weitestgehend frei zugänglich, auf der sich lediglich ein oder auch mehrere Reflexionselemente befinden. Diese behindern den Zugang zu den Prüfpositionen bzw. zum gesamten Prüfbereich nur unwesentlich, wodurch beispielsweise Transportstörungen, die ihre Ursache im Prüfbereich haben, ohne nennenswerte Behinderungen leicht behoben werden können. Auch ist hierdurch der Prüfbereich gut einsehbar, so daß sowohl der Prüfablauf als auch die Prüflinge selbst visuell beobachtbar sind.With this arrangement, the side of the test positions of the objects is advantageously freely accessible, on which only one or more reflection elements are located. These only impede access to the test positions or the entire test area to a negligible extent, meaning that, for example, transport problems that have their origin in the test area can be easily remedied without significant obstructions. This also makes the test area easy to see, so that both the test procedure and the test objects themselves can be visually observed.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß strom- bzw. signalführende Leitungen nur auf der Seite verlegt werden müssen, auf der sich die energieverbrauchenden Baugruppen, wie Lichtquellen und Kameras, befinden. Damit ergibt sich ein geringerer Installationsaufwand und es wird außerdem vermieden, stromführende Kabel durch Bereiche hoher Temperatur hindurchführen zu müssen.Another significant advantage is that power or signal cables only need to be laid on the side where the energy-consuming components, such as light sources and cameras, are located. This results in less installation effort and also avoids having to run power cables through high-temperature areas.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht gemäß Anspruch 2 darin, daß jeweils eine Lichtquelle und eine zugeordnete Lichtempfangseinrichtung als Baueinheit ausgebildet und als Montagebaugruppe in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Dadurch wird ein modularer Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Optionen zum Hinzufügen oder Entfernen einzelner mit Lichtquellen und Lichtempfangseinrichtungen versehener Baueinheiten ermöglicht. Denkbar ist es natürlich auch, in einer Baueinheit mehrere Lichtquellen und eine zugeordnete Lichtempfangseinrichtung oder umgekehrt eine Lichtquelle und mehrere dieser Lichtquelle zugeordnete Lichtempfangseinrichtungen unterzubringen, wobei der Vorteil der modularen Bauweise jeweils erhalten bleibt.An advantageous embodiment of the invention according to claim 2 is that a light source and an associated light receiving device are each designed as a structural unit and are housed as an assembly in a common housing. This enables a modular construction of the device according to the invention with options for adding or removing individual structural units provided with light sources and light receiving devices. It is of course also conceivable to accommodate several light sources and an associated light receiving device or vice versa a light source and several light receiving devices associated with this light source in one structural unit, whereby the advantage of the modular construction is retained in each case.
Für den Einsatz im Heißendbereich sind diese Baueinheiten zweckmäßigerweise wärmeisoliert ausgeführt, was mit geringem technischen Aufwand durch Isolierung des gemeinsamen Gehäuses möglich ist. Dabei sind in Ausgestaltungsvarianten die Lichtaustritts- und die Lichteintrittsöffnungen im Gehäuse durch transparentes Wärmeschutzglas verschlossen.For use in the hot end area, these units are designed to be thermally insulated, which can be achieved with little technical effort by insulating the common housing. In some design variants, the light exit and light entry openings in the housing are closed with transparent heat-insulating glass.
Nach Anspruch 4 ist das Gehäuse vorteilhafterweise zusätzlich an eine Kühleinrichtung angeschlossen, so daß bei Einsatz im Heißendbereich Wärmestau im GehäuseinnerenAccording to claim 4, the housing is advantageously additionally connected to a cooling device so that when used in the hot end area, heat build-up inside the housing
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mit schädlichen Folgen für die im Gehäuse untergebrachten temperaturempfindlichen Bauteile vermeidbar ist.with harmful consequences for the temperature-sensitive components housed in the housing.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen nach Ansprüchen 5 und 6 ist eine Fördereinrichtung vorgesehen, die der Zuführung und dem Abtransport der Gegenstände zur bzw. von der Prüfposition dient. Die Fördereinrichtung kann beispielhaft als Bandförderer ausgebildet und mit einer ansteuerbaren Sortier- und/oder Markiereinrichtung ausgestattet sein, deren Steuereingang mit dem Ausgang der elektronischen Auswerteeinheit verknüpft ist. Damit ist es möglich, in Auswertung des jeweiligen Prüfergebnisses die Gegenstände auszusortieren bzw. zu markieren, welche die Prüfkriterien nicht erfüllen. Die Fördereinrichtung kann sowohl zum schrittweisen als auch zum kontinuierlichen Transport der Prüfgegenstände ausgelegt sein.In particularly preferred embodiments according to claims 5 and 6, a conveyor device is provided which serves to feed and transport the objects to and from the test position. The conveyor device can be designed, for example, as a belt conveyor and equipped with a controllable sorting and/or marking device, the control input of which is linked to the output of the electronic evaluation unit. This makes it possible, in evaluating the respective test result, to sort out or mark the objects which do not meet the test criteria. The conveyor device can be designed for both step-by-step and continuous transport of the test objects.
Gemäß Anspruch 7 sind weiterhin innerhalb des Gehäuses oder auch am Gehäuse Temperatursensoren vorgesehen, die bei der Überschreitung eines Temperaturgrenzwertes mit Hilfe einer angeschlossenen Warnanlage ein Warnsignal auslösen. Alternativ zur Auslösung des Warnsignales oder auch zusätzlich ist die Ansteuerung eines Regelkreises für die Kühleinrichtung denkbar.According to claim 7, temperature sensors are also provided inside the housing or on the housing, which trigger a warning signal when a temperature limit is exceeded using a connected warning system. As an alternative to triggering the warning signal or in addition to this, it is conceivable to control a control circuit for the cooling device.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante nach Anspruch 8 befinden sich die Strahlungsrichtungen bzw. die Verbindungsgeraden zwischen einer Lichtquelle und zugeordnetem Reflexionselement einerseits und Reflexionselement und Lichtempfangseinrichtung andererseits in verschiedenen Ebenen. Diese schneiden sich unter einem Winkel &bgr; in der reflektierenden Fläche des Reflexionselements, wobei die Ebene, in der die Lichtempfangseinrichtung liegt, den zu prüfenden Gegenstand etwa rechtwinklig schneidet. Dabei ist die Winkeleinstellung des Reflexionselements relativ zu den Strahlungsrichtungen so gewählt, daß das von der Lichtquelle kommende Licht in Richtung auf den Prüfling trifft und auch in Richtung auf die Lichtempfangseinrichtung gelenkt wird. Diese Variante ist besonders zweckmäßig bei der Prüfung von Gegenständen mit größeren Abmessungen, da so das von der Lichtquelle ausgehende Lichtbündel zunächst am Prüfling vorbei auf das Reflexionselement gerichtet werden kann.In an advantageous embodiment according to claim 8, the radiation directions or the connecting lines between a light source and associated reflection element on the one hand and reflection element and light receiving device on the other hand are in different planes. These intersect at an angle β in the reflecting surface of the reflection element, whereby the plane in which the light receiving device is located intersects the object to be tested at approximately a right angle. The angle setting of the reflection element relative to the radiation directions is selected so that the light coming from the light source hits the test object in the direction of the light source and is also directed in the direction of the light receiving device. This variant is particularly useful when testing objects with larger dimensions, since the light beam emanating from the light source can initially be directed past the test object to the reflection element.
Abweichend davon ist selbstverständlich auch eine Ausgestaltung denkbar, bei der die Strahlungsrichtungen bzw. die Verbindungsgeraden zwischen der Lichtquelle und dem zugeordneten Reflexionselement und zwischen Reflexionselement und Lichtempfangseinrichtung in derselben Ebene verlaufen, wobei das Reflexionselement senkrecht zu dieser Eben ausgerichtet ist. Damit wird zwar eine platzsparende Bauweise bezüglichDeviating from this, a design is of course also conceivable in which the radiation directions or the connecting lines between the light source and the associated reflection element and between the reflection element and the light receiving device run in the same plane, with the reflection element being aligned perpendicular to this plane. This allows for a space-saving design with regard to
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der Höhe der Vorrichtung erzielt, da Lichtquelle und Lichtempfangseinrichtung bei horizontaler Abstrahl- und Empfangsrichtung unmittelbar benachbart angeordnet sein können, jedoch ist hierbei der Abstand zweier Prüflinge in Transportrichtung voneinander zu beachten. Bei zu geringem Abstand ist es problematisch, das Licht zunächst an den Prüflingen vorbei auf den Reflektor zu richten.the height of the device, since the light source and light receiving device can be arranged directly next to each other with a horizontal radiation and reception direction, but the distance between two test objects in the transport direction must be taken into account. If the distance is too small, it is difficult to direct the light past the test objects to the reflector.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsmöglichkeit gemäß Anspruch 8 sind auf einer Seite der Vertikalebene, in der die Prüfposition liegt, drei Lichtquellen auf der einen Hälfte der Umfangslinie eines zur Prüfposition konzentrischen Kreises angeordnet, wobei die Bogenlängen zwischen den Lichtquellen etwa gleich groß sind. Dem entsprechend sind drei Lichtempfangseinrichtungen vorhanden, von denen jeweils eine einer der Lichtquellen zugeordnet ist. Auf der gegenüberliegenden Seite der Ebene befinden sich drei Reflexionselemente, von denen jeweils eines einer Lichtquelle und einer Lichtempfangseinrichtung zugeordnet ist. Mit dieser Anordnung kann je nach Größe des Prüflings entweder der gesamte Prüfling oder, sofern die Höhe des Prüflings einen Grenzwert überschreitet, ein erster Höhenabschnitt und damit ein erster Prüfbereich erfaßt werden.In a further advantageous embodiment according to claim 8, on one side of the vertical plane in which the test position is located, three light sources are arranged on one half of the circumference of a circle concentric with the test position, with the arc lengths between the light sources being approximately the same. Accordingly, there are three light receiving devices, one of which is assigned to one of the light sources. On the opposite side of the plane there are three reflection elements, one of which is assigned to a light source and one of which is assigned to a light receiving device. With this arrangement, depending on the size of the test object, either the entire test object or, if the height of the test object exceeds a limit value, a first height section and thus a first test area can be detected.
So ist die Gewinnung von Bildern des gesamten zu prüfenden Gegenstandes bzw. des erfaßten Höhenabschnittes aus drei unterschiedlichen Richtungen möglich, so daß Formabweichungen von der Rotationssymmetrie sowie Werkstoff-, insbesondere Glasfehler gut erkennbar sind und registriert werden können.This makes it possible to obtain images of the entire object to be tested or of the recorded height section from three different directions, so that deviations in shape from rotational symmetry as well as material defects, especially glass defects, can be easily identified and recorded.
Für die Prüfung von Gegenständen, die eine Höhe von beispielsweise über 100mm aufweisen, ist es denkbar, einen zweiten analogen Aufbau mit weiteren drei Lichtquellen, drei Lichtempfangseinrichtungen und drei Reflexionselementen vorzusehen, der einen zweiten Höhenabschnitt bzw. Prüfbereich des Prüflings erfaßt. Aus den Prüfergebnissen beider Prüfbereiche ist dann mit Hilfe der Auswerteeinheit auf das Gesamtprüfergebnis zu schließen. Besonders bevorzugt können die Baugruppen der beiden Prüfbereiche im Hinblick auf ihren horizontalen Abstand zueinander justierbar sein.For testing objects that are over 100mm high, for example, it is conceivable to provide a second analog setup with three additional light sources, three light receiving devices and three reflection elements, which covers a second height section or test area of the test object. The overall test result can then be determined from the test results of both test areas using the evaluation unit. It is particularly preferred that the assemblies of the two test areas be adjustable with regard to their horizontal distance from one another.
Außer der bereits beispielhaft angegebenen Anordnung von sechs Lichtquellen, sechs Reflektoren und sechs Lichtempfangseinrichtungen in zwei Meß- bzw. Prüfebenen können selbstverständlich weitere Lichtquellen, Lichtempfangseinrichtungen und vorgesehen sein.In addition to the arrangement of six light sources, six reflectors and six light receiving devices in two measuring or test planes already given as an example, further light sources, light receiving devices and can of course be provided.
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So besteht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 12 darin, zur Messung und/oder Prüfung der Mündung von behälterförmigen Prüflingen mindestens eine weitere Lichtquelle, mindestens eine weitere Lichtempfangseinrichtung und gegebenenfalls auch weitere Reflexionselemente vorzusehen und diese so anzuordnen, daß durch die Lichtempfangseinrichtung die Mündung aus der Draufsicht im Auflichtverfahren erkennbar ist. Zweckmäßigerweise ist dabei die Neigung der Reflexionselemente relativ zur Strahlungsrichtung einstellbar, um erforderlichenfalls verschiedene Reflexionswinkel vorwählen zu können.Thus, a further embodiment of the invention according to claim 12 consists in providing at least one further light source, at least one further light receiving device and, if necessary, also further reflection elements for measuring and/or testing the mouth of container-shaped test objects and arranging these in such a way that the mouth can be seen from above using the incident light method through the light receiving device. The inclination of the reflection elements is expediently adjustable relative to the direction of radiation in order to be able to preselect different reflection angles if necessary.
Weiterhin sollten mindestens einige der Lichtempfangseinrichtungen in ihrer Höhenlage relativ zu der jeweiligen Prüfebene justierbar sein. Damit ist eine Feineinstellung des zu prüfenden Bereiches möglich.Furthermore, at least some of the light receiving devices should be adjustable in height relative to the respective test plane. This allows fine adjustment of the area to be tested.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besteht mindestens eine der Lichtempfangseinrichtungen aus einer CCD-Matrixkamera mit vorgeordneter telezentrischer Optik. Deren Ausgangssignale werden der elektronischen Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt und dort bildpunktweise digital verarbeitet. Die elektronische Auswerteeinheit umfaßt mindestens einen Rechner, der zur digitalen Bildverarbeitung ausgelegt ist. Die Ergebnisse werden unter Verwendung von Meßprogrammen und vorgegebener Toleranzwerte analysiert, wobei Gut-Schlecht-Signale zur Ansteuerung beispielsweise an eine Auswurfstation, an eine Einrichtung zur Gut-Schlecht-Markierung der Prüflinge oder an ähnliche Einrichtungen ausgegeben werden.In a further advantageous embodiment, at least one of the light receiving devices consists of a CCD matrix camera with a telecentric optics arranged in front of it. Its output signals are made available to the electronic evaluation unit and are digitally processed there pixel by pixel. The electronic evaluation unit comprises at least one computer that is designed for digital image processing. The results are analyzed using measurement programs and specified tolerance values, with good/bad signals being output for controlling, for example, an ejection station, a device for marking the test items as good/bad, or similar devices.
Auch können mit Hilfe der Rechnereinheiten relevante Daten zur Einflußnahme auf die Herstellungsparameter für die Behälter genutzt werden, so daß bereits auf die Ursprungsform und/oder Materialqualität eingewirkt wird.The computer units can also be used to use relevant data to influence the manufacturing parameters for the containers, so that the original shape and/or material quality can already be influenced.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausgestaltungsvariante der Erfindung mit dreiFig. 1 is a plan view of a variant of the invention with three
Lichtquellen, drei Lichtempfangseinrichtungen und drei zugeordneten Reflexionselementen Light sources, three light receiving devices and three associated reflection elements
Fig.2 eine Seitenansicht aus Fig.l, teilweise im Schnitt dargestelltFig.2 a side view of Fig.l, partly shown in section
In Fig. 1 und Fig.2 ist eine Vorrichtung zur Prüfung der Form und der Maßhaltigkeit sowie zu Ermittlung von Materialfehlern von Gegenständen, beispielhaft von BehälternIn Fig. 1 and Fig. 2, a device is shown for checking the shape and dimensional accuracy as well as for determining material defects of objects, for example containers
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1 , die aus einem Ciaswerkstoff bestehen, dargestellt. Die Vorrichtung ist mit einer Fördereinrichtung 2 ausgestattet, mit der die Behälter 1 in Transportrichtung 3 sowohl kontinuierlich als auch taktweise transportiert werden können. Die dargestellte Vorrichtung sei nach dem letzten Formnest, d.h. nach dem letzten formgebenden Werkzeug für die Behälter 1, noch im Heißbereich installiert und in die Steuerung der Produktionsanlage eingebunden.1 , which consist of a Cias material. The device is equipped with a conveyor device 2 with which the containers 1 can be transported in the transport direction 3 both continuously and intermittently. The device shown is installed in the hot area after the last mold cavity, i.e. after the last shaping tool for the containers 1, and is integrated into the control system of the production system.
Die Behälter 1 werden von der Fördereinrichtung 2, beispielsweise einem Bandförderer, vom Formnest zur erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung transportiert. Sie können dabei auf einem Förderband in einem Abstand zueinander positioniert sein, der durch den Abstand benachbarter Formnester bestimmt ist. Demgemäß sei der Mittenabstand zweier Behälter 1 in Transportrichtung 3 größer als der doppelte Behälterdurchmesser. Am Ort der Prüfung weist das Material, aus dem die Behälter 1 gefertigt sind, noch eine Temperatur im Bereich von 300* C bis 500' C auf.The containers 1 are transported by the conveyor device 2, for example a belt conveyor, from the mold cavity to the test device according to the invention. They can be positioned on a conveyor belt at a distance from each other that is determined by the distance between adjacent mold cavities. Accordingly, the center distance between two containers 1 in the transport direction 3 is greater than twice the container diameter. At the location of the test, the material from which the containers 1 are made still has a temperature in the range of 300* C to 500' C.
Stellt man sich eine Ebene 4 (mit der Ziffer 4 ist in Fig.l und Fig.2 deren Spur bezeichnet) vor, in der die Transportrichtung 3 liegt, so befindet sich auf einer Seite dieser Ebene 4 ein Gehäuse 5, in dem drei Lichtquellen 6 (vgl. Fig.2), beispielhaft ausgeführt als halogene Metalldampflampen, untergebracht sind. Die Hauptabstrahlungsrichtungen der Lichtquellen 6 sind an den Behältern 1 vorbei auf Reflexionselemente 13.1 ;13.2-13.3 gerichtet.If one imagines a plane 4 (the number 4 in Fig.1 and Fig.2 indicates its track) in which the transport direction 3 lies, then on one side of this plane 4 there is a housing 5 in which three light sources 6 (see Fig.2), designed as halogen metal vapor lamps for example, are housed. The main radiation directions of the light sources 6 are directed past the containers 1 to reflection elements 13.1; 13.2-13.3.
Nach Fig.l sind die Lichtquellen 6 auf der Umfangslinie eines durch die Transportrichtung 3 geteilten Kreises (nicht dargestellt) positioniert, der konzentrisch zur Vertikalachse eines in Prüfposition befindlichen Behälters 1 ausgerichtet ist.According to Fig. 1, the light sources 6 are positioned on the circumference of a circle (not shown) divided by the transport direction 3, which is aligned concentrically to the vertical axis of a container 1 in the test position.
Dabei schließen die in die Zeichenebene der Fig.l projizierten Hauptabstrahlungsrichtungen der Lichtquellen 6 miteinander jeweils einen Winkel von 45* ein, d.h. die Lichtquellen 6 sind mit gleichen Bogenabständen auf dem Umfang eines Halbkreises angeordnet. The main radiation directions of the light sources 6 projected into the drawing plane of Fig. 1 each enclose an angle of 45* with each other, i.e. the light sources 6 are arranged with equal arc spacing on the circumference of a semicircle.
Ebenfalls im Gehäuse 5 angeordnet und unterhalb der Lichtquellen 6 befestigt sind drei CCD-Matrixkameras 7.1,7.2,7.3 als Lichtempfangseinrichtungen, denen jeweils eine telezentrische Optik vorgeordnet ist. In der dargestellten Weise ist jeder Lichtquelle 6 eine CCD-Matrixkamera 7.1,7.2,7.3 zugeordnet, wobei die Empfangsrichtungen zweier benachbarter CCD-Matrixkameras 7.1,7.2,7.3 wie die Lichtquellen 6 einen Winkel von 45' miteinander einschließen.Also arranged in the housing 5 and attached below the light sources 6 are three CCD matrix cameras 7.1, 7.2, 7.3 as light receiving devices, each of which is preceded by a telecentric optic. In the manner shown, each light source 6 is assigned a CCD matrix camera 7.1, 7.2, 7.3, whereby the receiving directions of two adjacent CCD matrix cameras 7.1, 7.2, 7.3, like the light sources 6, enclose an angle of 45' with one another.
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Die CCD-Matrixkameras 7.1,7.2,7.3 sind an einem Führungsschlitten 8 im Gehäuse 5 befestigt und mit diesem so justiert, daß die Empfangsrichtungen senkrecht zur Transportrichtung 3 und auch senkrecht zur Längsachse des zu prüfenden Behälters 1 ausgerichtet sind. Der Führungsschlitten 8 ist beispielsweise entlang vertikaler Führungssäulen 9 über einen nicht dargestellten Schraubtrieb höhenverstellbar.The CCD matrix cameras 7.1, 7.2, 7.3 are attached to a guide carriage 8 in the housing 5 and are adjusted with it so that the reception directions are aligned perpendicular to the transport direction 3 and also perpendicular to the longitudinal axis of the container 1 to be tested. The guide carriage 8 can be adjusted in height, for example, along vertical guide columns 9 using a screw drive (not shown).
Das Gehäuse 5 ist seitlich zum Förderband der Fördereinrichtung 2 angeordnet und beispielhaft auf in der Höhe ein- und feststellbaren Stützelementen 10 gelagert. Die Wände des Gehäuses 5 sind gegen Wärme isoliert. Dabei sind die Lichtaustrittsflächen und die Lichteintrittsflächen durch Wärmeschutzscheiben 11 gebildet. Das Gehäuse 5 ist an eine nicht dargestellte Kühleinrichtung angeschlossen, wodurch die im Gehäuseinneren untergebrachten wärmeempfindlichen Bauteile vor den schädlichen Folgen eines Hitzestaus geschützt sind.The housing 5 is arranged to the side of the conveyor belt of the conveyor device 2 and is mounted, for example, on support elements 10 whose height can be adjusted and locked. The walls of the housing 5 are insulated against heat. The light exit surfaces and the light entry surfaces are formed by heat protection panels 11. The housing 5 is connected to a cooling device (not shown), whereby the heat-sensitive components housed inside the housing are protected from the harmful consequences of heat build-up.
Auf der dem Gehäuse 5 abgewandten Seite der Vertikalebene 4 sind seitlich neben der Fördereinrichtung 2 die Reflexionselemente 13.1 ;13.2;13.3 derart angeordnet, daß jeder Lichtquelle 6 - und dementsprechend auch jeder CCD-Matrixkamera 7.1,7.2,7.3 eines der Reflexionselemente 13.1,13.2,13.3 zugeordnet ist. Die Reflexionselemente 13.1 ;1 3.2,1 3.3 sind bezüglich ihrer Neigung einstellbar, so daß der jeweils erforderliche Reflexionswinkel einjustiert werden kann. Die Reflexionselemente dienen dazu, das von der zugeordneten Lichtquelle 6 kommende Licht in Richtung auf den in Prüfposition befindlichen Behälter 1 so zurückzuwerfen, daß dessen Außenkontur bei Hintergrundbeleuchtung kontrastreich auf die entsprechende CCD-Kamera 7.1,7.2,7.3 abgebildet wird.On the side of the vertical plane 4 facing away from the housing 5, the reflection elements 13.1; 13.2; 13.3 are arranged to the side of the conveyor device 2 in such a way that one of the reflection elements 13.1, 13.2, 13.3 is assigned to each light source 6 - and accordingly also to each CCD matrix camera 7.1, 7.2, 7.3. The reflection elements 13.1; 13.2, 13.3 are adjustable in terms of their inclination so that the required angle of reflection can be adjusted. The reflection elements serve to reflect the light coming from the assigned light source 6 in the direction of the container 1 in the test position in such a way that its outer contour is imaged with high contrast on the corresponding CCD camera 7.1, 7.2, 7.3 when background-lit.
In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, nicht nur die Lichtquelle 6 und die CCD-Matrixkameras 7.1,7.2,7.3 in ein gemeinsames Gehäuse 5 einzubauen, sondern auch die Reflexionselemente 13.1,13.2,13.3 in die Baueinheit einzubeziehen, bei der beispielsweise das Gehäuse 5 um ein Gehäuseteil 12 (in Fig.2 durch gestrichelte Linie angedeutet) erweitert ist, das die Prüfposition umgreift und an dem die Reflexionselemente 13.1,13.2,13.3, gegebenenfalls bezüglich ihrer Neigung verstellbar, befestigt sind.In an alternative embodiment, it can be provided not only to install the light source 6 and the CCD matrix cameras 7.1, 7.2, 7.3 in a common housing 5, but also to include the reflection elements 13.1, 13.2, 13.3 in the structural unit, in which, for example, the housing 5 is extended by a housing part 12 (indicated in Fig. 2 by a dashed line) that encompasses the test position and to which the reflection elements 13.1, 13.2, 13.3 are attached, if necessary adjustable in terms of their inclination.
Das von den Reflexionselementen 13.1,1 3.2,1 3.3 auf den zu prüfenden Behälter 1 gerichtete Licht erreicht je nach Transparenz des Behälters 1 die telezentrische Optik bzw. die zugeordnete CCD-Matrixkamera 7.1,7.2,7.3, von der es aufgefangen wird.Depending on the transparency of the container 1, the light directed by the reflection elements 13.1,1 3.2,1 3.3 onto the container 1 to be tested reaches the telecentric optics or the associated CCD matrix camera 7.1,7.2,7.3, by which it is captured.
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Durch diese Anordnung von drei Lichtquellen 6, drei Reflexionselementen 1 3 und drei CCD-Matrixkameras 7 sei ein erster, den zu prüfenden Behälter 1 erfassender Prüfbereich definiert. Abweichend hiervon kann zur Erfassung dieses ersten Prüfbereiches auch jede andere zweckmäßige Anzahl von Lichtquellen 6, Reflexionselementen 13 und CCD-Matrixkameras 7 vorgesehen werden, jedoch ist die Prüfung aus drei Richtungen hinreichend genau und effektiv.This arrangement of three light sources 6, three reflection elements 13 and three CCD matrix cameras 7 defines a first test area covering the container 1 to be tested. As an alternative to this, any other suitable number of light sources 6, reflection elements 13 and CCD matrix cameras 7 can be used to cover this first test area, but testing from three directions is sufficiently accurate and effective.
Zur Form- und/oder Maßhaltigkeitsprüfung und/oder zum Feststellen von Materialfehlern erfolgt die Bildaufnahme von dem zu prüfenden Behälter 1 in den drei Richtungen. Aus der Kantendetektion können z.B. die Flaschenhöhe, der Behälterdurchmesser, die Durchmesserschwankungen im Behälterbereich (Welligkeit) und Abweichungen von der gleichmäßigen Krümmung des Behälterumfangs bestimmt werden. Außerdem können z.B. Kern- und Außendurchmesser eines Gewindes im Mündungsbereich, Versatz zwischen Mündung und Boden sowie ein gegebenenfalls vorhandener Winkel zwischen Mündung und Behälterhauptachse ermittelt werden.To check the shape and/or dimensional accuracy and/or to detect material defects, images of the container 1 to be tested are taken in three directions. The edge detection can be used to determine, for example, the bottle height, the container diameter, the diameter fluctuations in the container area (waviness) and deviations from the uniform curvature of the container circumference. In addition, the core and outer diameter of a thread in the mouth area, offset between the mouth and the base and any angle between the mouth and the main axis of the container can be determined.
Sofern die Höhe der zu prüfenden Behälter 1 einen bestimmten Grenzwert (beispielhaft 100mm) überschreitet und deshalb mit der beschriebenen Anordnung unter Verwendung der telezentrischen Optiken nur ein begrenzter Höhenabschnitt des Behälters 1 erfaßt wird, kann, wie weiter oben bereits verbal dargestellt, ein zweiter derartiger Aufbau für einen zweiten, höhenversetzten Prüfbereich am Behälter 1 vorgesehen werden. Dieser kann beispielhaft in einem analogen Aufbau aus drei weiteren Lichtquellen, Reflexionselementen und CCD-Matrixkameras (nicht gezeichnet) bestehen, wobei dieser Aufbau höhenversetzt zu dem in Fig.l und Fig.2 gezeichneten Aufbau und vorzugsweise in der Höhe justierbar angeordnet ist.If the height of the container 1 to be tested exceeds a certain limit value (for example 100mm) and therefore only a limited height section of the container 1 is detected with the described arrangement using the telecentric optics, a second such structure can be provided for a second, height-offset test area on the container 1, as already verbally explained above. This can, for example, consist of an analogous structure made up of three further light sources, reflection elements and CCD matrix cameras (not shown), whereby this structure is arranged at a height offset from the structure shown in Fig. 1 and Fig. 2 and is preferably adjustable in height.
Sofern dieser zweite Aufbau über dem ersten angeordnet wird, dient dieser der Kontrolle des Bereiches nahe der Mündung der Behälter 1, während der erste Aufbau dem unteren bodennahen Bereich der Behälter 1 zugeordnet ist.If this second structure is arranged above the first, it serves to control the area near the mouth of the containers 1, while the first structure is assigned to the lower area of the containers 1 near the ground.
Zur sicheren Detektion von Glasfehlern, insbesondere bei Behältern 1, bei denen Glasfehler mit dem bereits dargestellten Aufbau nicht erkannt werden können, sind zwischen den bereits beschriebenen Reflexionselementen 13.1,13.2,13.3 zwei weitere Reflexionselemente 15 und zwischen den CCD-Matrixkameras 7.1,7.2,7.3 zwei weitere CCD-Matrixkameras 14 vorgesehen (vgl. Fig.l). Damit können unter Ausnutzung derFor the reliable detection of glass defects, especially in containers 1, where glass defects cannot be detected with the structure already shown, two further reflection elements 15 are provided between the already described reflection elements 13.1, 13.2, 13.3 and two further CCD matrix cameras 14 are provided between the CCD matrix cameras 7.1, 7.2, 7.3 (see Fig.l). This allows the
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diffusen Beleuchtung mit den vorhandenen Lichtquellen 6 Blasen, Risse, Deformationen und sonstige Fehler im Behälter 1 zuverlässig angezeigt werden.diffuse lighting with the existing light sources 6, bubbles, cracks, deformations and other defects in the container 1 can be reliably displayed.
Des weiteren dient eine zusätzlich im Gehäuse 5 untergebrachte Kamera 16 der Kontrolle des Mündungsbereichs von insbesondere flaschenförmigen Behältern 1 (vgl. Fig.1). Dabei wird das von einer nicht dargestellten Lichtquelle ausgesandte Licht direkt auf die Mündung gerichtet und von einem weiteren über der Mündung angeordneten Reflexionselement 17 zur Kamera 16 reflektiert.Furthermore, a camera 16 additionally housed in the housing 5 serves to monitor the mouth area of, in particular, bottle-shaped containers 1 (see Fig. 1). The light emitted by a light source (not shown) is directed directly onto the mouth and reflected to the camera 16 by a further reflection element 17 arranged above the mouth.
Mit diesen zusätzlichen Anordnungen können beispielsweise weiterhin bestimmt werden:
- Vollständigkeit der Ausformung der Mündung,These additional arrangements can, for example, still be used to determine:
- Completeness of the mouth shape,
Überränder bzw. Gratbildungen,Over-edges or burrs,
Duchgängigkeit der Mündungsöffnung bzw. Pfropfenbildung undPermeability of the mouth opening or plug formation and
Öffnungsdurchmesser.opening diameter.
Die Ausgangssignale der CCD-Matrixkameras 7,14,16 werden bei allen vorbeschriebenen Ausführungsvarianten auf eine elektronische Auswerteeinheit (nicht gezeichnet) übertragen. Diese besteht aus mindestens einer Rechnereinheit. Sofern mehrere Rechnereinheiten vorgesehen sind, arbeiten diese mit einem Leitrechner zusammen, der die Verwaltung der Meßergebnisse und die Steuerung der Rechnereinheiten übernimmt. Diese verfügen dann über dieselbe Bibliothek von Meßprogrammen, so daß bei technisch bedingtem Ausfall eines Rechners in Abhängigkeit von den Nutzeranforderungen der Betrieb der Prüfvorrichtung in eingeschränktem Maße aufrechterhalten werden kann.The output signals of the CCD matrix cameras 7, 14, 16 are transmitted to an electronic evaluation unit (not shown) in all the above-described design variants. This consists of at least one computer unit. If several computer units are provided, they work together with a master computer, which manages the measurement results and controls the computer units. These then have the same library of measurement programs, so that if a computer fails for technical reasons, the operation of the test device can be maintained to a limited extent, depending on the user requirements.
Über eine Bedieneroberfläche können Maße und Toleranzwerte eingegeben und modifiziert sowie neue Behälterabmessungen und -formen eingelernt werden. Nach Bildaufnahme und -analyse werden in der Auswerteeinheit die Maße bezüglich der Toleranzen bewertet und Gut-Schlecht-Signale beispielsweise zur Ansteuerung einer Auswurfstation ausgegeben. Die Zuordnung der Meßergebnisse auf die produzierenden Werkzeuge (Formnester) gestattet zudem eine fortlaufende Kontrolle der Werkzeugbeschaffenheit und dient somit zur Minimierung der Anzahl fehlerbehafteter Prüflinge.Dimensions and tolerance values can be entered and modified via a user interface and new container dimensions and shapes can be taught. After image capture and analysis, the dimensions are evaluated in the evaluation unit with regard to the tolerances and good/bad signals are issued, for example to control an ejection station. The allocation of the measurement results to the producing tools (mold cavities) also allows continuous monitoring of the tool properties and thus serves to minimize the number of faulty test items.
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