DD239475A5 - Verfahren und vorrichtung zum pruefen transparenter gegenstaende auf lichtbrechungsfehler - Google Patents

Abstract

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, ein wirtschaftliches Verfahren und eine Vorrichtung zum Pruefen transparenter Gegenstaende auf Lichtbrechungsfehler zur Verfuegung zu stellen. Erfindungsgemaess wird eine planare Quelle diffusen Lichtes mit gleichmaessiger Helligkeit und eine Linse mit einer Brennweite, die groesser als Null ist, vor der Quelle verwendet. Damit werden vor der Linse parallele Strahlen erzeugt, die von Punkten auf der Quelle herruehren, die dieselbe Lichtstromdichte aufweisen. Ueber die Quelle wird eine Maske angebracht, um das winkelfoermige Spektrum der Beleuchtung vor der Linse auf Winkel zu begrenzen, wo die Intensitaetsverteilung gleichfoermig und gleich oder geringer als der Winkel zwischen einer Linie, die sich von dem Rand der Maske durch die Mitte der Linse und deren Achse erstreckt, ist. Die Bewegung der zu pruefenden Gegenstaende erfolgt senkrecht zur Linsenachse vor der Linse, wodurch Lichtbrechungsfehler und Messfehler bei stufenweisen Lichtbrechungsschwankungen optisch verstaerkt werden.

Description

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen transparenter Gegenstände auf Lichtbrechungsfehler. Die Erfindung kann in der Glasindustrie angewendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Ermittlung optischer Fehler in Glasgegenständen, beispielsweise Flächen oder Gefäßen, ist es üblich, die Gefäße gewöhnlich mit einem diffusen Gegenlicht zu beleuchten und das Behältnis mit einem optischen oder lichtempfindlichen Meßwandler zu betrachten.

Eine derartige Anordnung ist in der US-PS 4378493, datiert vom 29. März 1983, offenbart. In diesem Patent ist ein System zur Beleuchtung der gesamten Höhe eines in einer Kontrollposition angeordneten Behälters offenbart. Die offenbarte Quelle besteht aus einer Vielzahl von Glühlampenkolben hinter einer Mattglasplatte. Auf diese Weise wird im allgemeinen eine relativ große diffuse Quelle zum Beleuchten des Behälters mit Gegenlicht in der Kontrollposition erzeugt. Mit dieser Anordnung für diffuses Gegenlicht tritt die Seite des Behälters, die sich in der Nähe des Lichtes befindet, die Lichtbrechungsfehler in sich aufweisen kann, nicht in die Lichtstrahlung ein oder beeinflußt diese von der Vorderseite oder

der entgegengesetzten Wand des Behälters bis zu einem beliebigen und beträchtlichen Umfang. Eine vertikale, lineare Anordnung des Aufnahmegerätes, die auf die Vorderwand des Behälters fokussiert ist, liefert auf der vertikalen Pixel-Anordnung in dem Aufnahmegerät ein Bild der Wand. Die Pixel werden dann seriell abgefragt, und benachbarte Pixel werden bezüglich ihres Ausgangs verglichen, welcher eine Funktion des darauf empfangenen Lichts ist. Auf diese Art und Weise wird das Licht, welches durch Fehler in der Behälterwand in der Sicht des Aufnahmegerätes reflektiert wird, durch den Ausgang der Linearanordnung sichtbar gemacht. Natürlich erfordert diese besondere Anordnung eine Drehung des Behälters um seine vertikale Achse, um eine periphere Abtastung der gesamten Behälterseitenwand und des Lichtbereiches zu gewährleisten, welcher auch den Hals- und Schulterbereich des Behälters umfassen kann. Wenn ein Lichtbrechungsfehler, beispielsweise ein Haarriß oder ein absorptiver Fehler, wie etwa ein Stein, in der Behälterwand vorkommt, und wenn sich dieser Teil der Wand durch den Sichtbereich des Aufnahmegerätes bewegt, sehen die Pixel, auf welche die Wand fokussiert ist, in diesem System Bereiche der Dunkelheit, die durch die Reflexion des Beleuchtungslichtes der Visierlinie des Wandlers verursacht werden. Auf diese Weise kann, wie zuvor dargelegt, durch Vergleich des Ausgangs benachbarter Pixel bestimmt werden, wo sich der Fehler in einer vertikalen Fläche befindet, und es kann auch ebenso gut in einem großen Bereich die Abmessung des Fehlers bestimmt werden. Die Pixel werden bei einer hinreichenden Geschwindigkeit abgetastet, so daß im wesentlichen jeder Bereich der Flasche betrachtet wird. Die meisten Fehler überbrücken tatsächlich mehr als eine einzelne Abtastung und erscheinen bei mehreren aufeinanderfolgenden Abtastungen.

Es wird jedoch daran erinnert, daß das Licht, welches die vordere Wand des Behälters erreicht, von einer diffusen Quelle herkommt und deshalb durch die meisten lichtbrechenden Effekte in dem Gegenstand nicht beeinflußt werden. Das wird insbesondere dann klar, wenn man betrachtet, daß die meisten optischen Prüfsysteme, die für das Untersuchen auf Schmutz in dem Behälter bestimmt sind, eine diffuse Quelle verwenden, die unterhalb des aufrecht stehenden Behälters angeordnet ist, so daß die Beschriftung, beispielsweise der Betrieb und die Gießnummern, oberhalb des Behälters nicht sichtbar sind, wo der optische Durchlässigkeitsanalysator angeordnet ist.

Es ist bisher auch üblich, optische Fehler, beispielsweise Haarrisse, in verschiedenen Teilen von Glasgegenständen durch Fokussierung eines Lichtstrahls auf eine Fläche des Gegenstandes unter einem bestimmten Winkel zu ermitteln und dann einen Wandler, beispielsweise eine Fotozelle, bei einem Winkel von annähernd 90° bezüglich der Richtung des fokussierten Lichtes in Stellung zu bringen. In dieser Anordnung, die beispielsweise in der US-PS 3245533 dargestellt ist, wird das Licht von dem Fehler auf die Fotozelle reflektiert und damit das Vorhandensein eines lichtbrechenden Fehlers angezeigt. Dies war das typische System zur Prüfung der Oberfläche und der Kantenteile der Glasbehälter in der Vergangenheit. Das fokussierte Licht wird durch einen Haarriß in die Fotozelle reflektiert, wenn sich der Behälter um seine vertikale Achse an der Meßstelle dreht, wo Fehler, welche ermittelt werden, jene typisch bezeichneten Haarrisse sind, die üblicherweise durch Wärmebeanspruchung während der Bildung des Behälters im allgemeinen durch Berühren des heißen Glases nach der Formung durch ein kaltes Teil der Handhabeeinrichtung verursacht werden. Im allgemeinen sagt man, Haarrisse sind reflektierend, wenn ihre entgegengesetzte Oberflächenseparation mindestens eine halbe Wellenlänge beträgt. Beträgt die Separation weniger als eine halbe Wellenlänge, würde das Licht hindurchdringen, und der Fehler würde kein Licht reflektieren und deshalb nicht zu ermitteln sein. Ein anderer Fehler, welcher durch die Anwendung eines spiegelnden, fokussierten Lichts aufgenommen wird, gehört zu jenen Oberflächenfehlern, die in Glasbehältern erzeugt werden und verursachen, daß das fokussierte Licht aus der Richtung gebrochen wird, in welche es zu dem Behälter durchgelassen wird. Die Wandler sind an bestimmten Stellen angebracht, so daß die Brechung, beispielsweise von einer Linie über dem Oberflächenfehler, wie dies beispielhaft in der US-PS 3302787 dargestellt ist, nachgewiesen wird.

Bei der Prüfung von Flachglasgegenständen, beispielsweise Fernsehbildschirmen oder Architekturglas, ist es kostspielig, den Gegenstand mit einem fokussierten Lichtstrahl zu beleuchten und anschließend das fokussierte Licht über die Breite des Gegenstandes zu durchlaufen, während sich der Gegenstand im rechten Winkel zum Abtaststrahl bewegt. Auf diese Weise werden fast die gesamten Glasoberflächen ausgeleuchtet. Das den Gegenstand passierende Licht wird von einer komplementären Abtastfotozelle aufgenommen. Ein derartiges System ist in der US-PS 3199401 dargestellt. Es ist festzustellen, daß es dieses System erforderlich macht, eine winkelförmige Beleuchtung zu verwenden, um Reflexionen zu vermeiden, die fehlerhafte Anzeigewerte ergeben könnten. Die Bewegung leicht wellig erscheinender Oberflächen in der Sichtrichtung des Lichtes und des Wandlers bewirkt eine Brechung des fokussierten Lichtes und resultiert in einem Wandler ohne Beleuchtung während dieser Perioden. Ob diese kommerziell nicht vertretbar sind, ist eine Angelegenheit des Geschäfts. Es wäre vorteilhaft, über ein Prüfsystem zu verfügen, bei dem die Fehler, die das Erzeugnis für ihren beabsichtigten Zweck unbefriedigend machen, von jenen lichtbrechenden Effekten vergrößert und getrennt sind, die ihrerseits nicht exakt sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein wirtschaftliches Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen transparenter Gegenstände auf Lichtbrechungsfehler zu schaffen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen transparenter Gegenstände auf Lichtbrechungsfehler zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird eine im allgemeinen planare Quelle diffusen Lichtes mit gleichmäßiger Helligkeit und eine Linse mit einer Brennweite F, die größer Null ist, vor der Quelle verwendet. Auf diese Weise werden vor der Linse parallele Strahlen erzeugt, die von Punkten auf der Quelle herrühren, die dieselbe Lichtstromdichte aufweisen. Über der Quelle wird eine Maske angebracht, um das winkelförmige Spektrum der Beleuchtung vor der Linse auf Winkel zu begrenzen, wo die Intensitätsverteilung gleichförmig und gleich oder geringer als der Winkel zwischen einer Linie, die sich von dem Rand der Maske durch die Mitte der Linse und deren Achse.erstreckt, ist. Die Bewegung der zu prüfenden Gegenstände erfolgt senkrecht zur Linsenachse vor der Linse, wodurch Lichtbrechungsfehler und Meßfehler bei stufenweisen Lichtbrechungsschwankungen optisch verstärkt werden.

Die Betrachtung der Gegenstände wird mit einem linear angeordneten Aufnahmegerät, das auf die Oberfläche des Gegenstandes fokussiert ist, vorgenommen, um Lichtbrechungsfehler durch Änderungen des Pegels des durch das Aufnahmegerät empfangenen Lichtes zu ermitteln.

Die zu prüfenden Gegenstände werden von hinten beleuchtet, wobei sie in einer linearen, aufrecht verlaufenden Bahn vor einem Betrachtungsgerät mit einer vertikalen linearen Anordnung von Pixeln zur Aufnahme des von der vertikalen Wand des Gegenstandes fokussierten Lichtes bewegt werden. Die Verbesserung der Gegenlichtbeleuchtung des Gegenstandes umfaßt die Schritte zur Bildung einer breiten Quelle diffuser Beleuchtung des Gegenstandes von hinten, wobei die Quelle über ihrer Oberfläche eine gleichmäßige Helligkeit aufweist. In einem Abstand vor der Quelle ist eine konvexe Fläche auf einer Fresnellinse angeordnet, so daß ein Spektrum parallelen Lichtes, das von der Linse in der Richtung der Bewegungsbahn des Gegenstandes kommt, zur Verfügung steht. Der Beleuchtungswinkel der Quelle bezüglich der Linse ist begrenzt. Die Vorrichtung zum Prüfen von Glasgegenständen auf Lichtbrechungsfehler ist dadurch gekennzeichnet, daß die Glasgegenstände von hinten beleuchtet werden, wenn sie sich durch eine Prüfzone bewegen, wobei sie von vorn durch ein Aufnahmegerät mit einer linearen, vertikalen Anordnung von lichtempfindlichen Pixeln betrachtet werden. Eine Verbesserung der Beleuchtung der Lichtbrechungsfehler führt zu einer Verstärkung der Störungen. Die Vorrichtung besteht aus einer Quelle diffusen Lichtes, die eine Oberfläche mit gleichmäßiger Helligkeit aufweist, einer konvexen Linse vor der Quelle, die von dieser in einem Abstand angeordnet ist, um ein Spektrum parallelen Lichtes zu erzeugen, das sich von der Linse durch die Prüfzone erstreckt, um dadurch die Beleuchtung eines fehlerhaften Gegenstandes zu gewährleisten, welcher im Betrachtungsbereich des Aufnahmegerätes infolge des Lichtbrechungsfehlers gebrochen wird. Über den peripheren Teilen der genannten Quelle enthält die Vorrichtung eine Maske, die den Winkel der Bündelung des Lichtspektrums begrenzt, um die Beleuchtung bezüglich der stufenweisen Lichtbrechungsschwankungen in dem Gegenstand weniger empfindlich zu gestalten. Die zu prüfenden Glasgegenstände sind Fernsehbildschirme. Die Vorrichtung enthält eine Vielzahl von Quellen diffusen Lichtes, wobei mit jeder Quelle ein Teil des Bildschirmes beleuchtet wird. Des weiteren enthält die Vorrichtung eine Vielzahl von Aufnahmegeräten, wobei jedes einen beleuchteten Teil des Bildschirmes betrachtet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1: eine schematische, perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung,

Fig. 2: eine vertikale Querschnittsdarstellung des Beleuchtungssystems, vorgenommen an der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 a: eine Teilschnittzeichnung im vergrößerten Maßstab des Teils der Fig. 2, der entlang der Linie 3-3 betrachtet wird, Fig. 3 b: ein vergrößertes, bruchstückhaftes, schematisches Diagramm, das das optische Betrachtungssystem der Fig. 1

darstellt, wenn es längs der Linie 3-3 der Fig. 2 gesehen wird, Fig. 3 c: eine grafische Darstellung der Meßwerte der optischen Durchlässigkeit, die beim Betrachten der Fig. 3 b gebildet wird,

Fig. 4 a: eine Schnittzeichnung im vergrößerten Maßstab eines Teils des längs der Linie 4-4 der Fig. 2 betrachteten Gegenstandes, Fig. 4 b: eine vergrößerte schematische Ansicht, ähnlich der Fig. 3 a, die sich beim Betrachten des Teils der Fig. 2 längs der

Linie 4-4 darstellt, Fig. 4c: eine grafische Darstellung der Meßwerte der optischen Durchlaßfähigkeit, die sich beim Betrachten der Fig. 3 b

ergibt, Fig. 5: eine grafische Darstellung, die bei der Erklärung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden optischen

Theorie hilfreich ist, Fig. 6: eine schematische perspektische Ansicht des Kontrollsystems der Erfindung, der Fig. 1 ähnlich, bei Betrachtung

eines Glasbehälters

Fig. 7 a: eine Schnittzeichnung im vergrößerten Maßstab, vorgenommen an der Linie 7-7 der Fig. 6, die eine eingeschlossene

Blase darstellt, Fig. 7 b: ein vergrößertes schematisches Diagramm des Aufnahmegerätes beim Betrachten eines Bereiches von dem Flaschenteil der Fig. 7 a,

Fig. 7 c: ein Signalpegeldiagramm des Aufnahmegerätes entsprechend der Fig. 6 b, Fig. 8 a: eine Schnittzeichnung, und zwar im vergrößerten Maßstab an der Linie 8-8 der Fig. 2, durch den Betrachtungsbereich eines Gegenstandes mit einem darin befindlichen Stein,

Fig. 8 b: ein vergrößertes schematisches Diagramm des Aufnahmegerätes beim Betrachten eines Bereiches der Fig. 8 a, Fig. 8 c: ein Signalpegeldiagramm des Aufnahmegerätes entsprechend Fig. 8 b.

Bei der Herstellung transparenter Erzeugnisse mit typischen Glasverarbeitungsmaschinen kann in dem Erzeugnis eine Anzahl von Fehlern auftreten, die Licht nicht absorbieren. Diese Verarbeitungsfehler fallen im allgemeinen in drei Kategorien, wenn man sich mit Fehlern befaßt, die Veränderungen der Oberflächenform mit sich bringen. Ein Beispiel davon würde die Zeile über dem oben erklärten Oberflächenfehler sein. Ein anderes Beispiel sind Hohlräume, welche manchmal als Blasen oder Gasbläschen bezeichnet werden und von ihrer relativen Größe abhängig sind. Ein weiteres Beispiel sind Materialinhomogenitäten. Im allgemeinen verursachen diese Fehler Lichtstrahlen, die entweder gebrochen oder reflektiert werden.

Die Ermittlung von Lichtbrechungsfehlern in Gegenständen mit einfacher Geometrie, beispielsweise einem Flachplattenglas, kann als relativ einfach betrachtet werden. Durch Gegenlichtbeleuchtung einer solchen Platte mit einem fokussierten Lichtstrahl und anschließender Bildaufnahme im durchgelassenen Licht, wobei sich die Platte an einem optischen System mit begrenztem Aufnahmewinkel befindet, erscheinen Bereiche der Platte, die das Licht des in das optische System eintretenden Strahls brechen, dunkel. Die Empfindlichkeit eines solchen Systems gegenüber Fehlern hängt vom Aufnahmewinkel der Abbildungsoptik und der Winkelstellung der Beleuchtung ab. Der Nachweis von Lichtbrechungsfehlern in Gegenständen mit komplexeren Formen, beispielsweise Glasbehältern, stellt ein Problem von anderer Größenordnung dar. Die Behälter brechen das Licht von einem Spiegelstrahl einfach infolge ihrer geometrischen Grundform, notwendigerweise nicht infolge irgendeines spezifischen Fehlers.

Außerdem ist die Innenoberfläche des Glasbehälters frei ausgebildet, und deshalb ist diese Innenoberfläche beträchtlichen Oberflächenformveränderungen in einem fehlerlosen, brauchbaren, kommerziellen Erzeugnis ausgesetzt. Dem Auftreten dieser Oberflächenformveränderungen begegnet man im allgemeinen mit Techniken, wie beispielsweise der oben beschriebenen für die flache Platte.

Bei der Kontrolle von Fernsehbildschirmplatten auf optische Fehler von der Art, daß der Bildschirm eine nichtakzeptable Wiedergabe hat, beginnt diese bei der Endpolitur. Dabei ist insbesondere auf äußere Oberflächenhaarrisse zu achten. Haarrisse bewirken, wenn sie mit einem Strahl von begrenztem Winkelspektrum beleuchtet werden, daß das Licht in den durchgelassenen Proben infolge der Brechung abgelenkt wird.

Bei der Schaffung einer Beleuchtung, die optisch nachweisbar wäre, würde sich zeigen, daß eine winkelförmige, hochwertigere Quelle, beispielsweise eine diffuse Quelle, notwendig wäre.

Wie bereits angeführt, ist es bekannt, daß beim Feststellen von Fehlern, welche Licht absorbieren, unerwünschte Effekte infolge der Brechung in einem großen Maß durch Anwendung einer gleichmäßigen Gegenlichtbeleuchtung und Abbildung des Gegenstandes in der Durchstrahlung gemittelt werden können. Wenn ein Gegenstand zu untersuchen ist, beispielsweise die annähernd zylindrische Seitenwand eines durchsichtigen Behälters, wo sich eine Quelle auf einer Seite des die Flasche befördernden Systems befindet und das Aufnahmegerät auf der anderen Seite, soll die Beleuchtung des Behälters beobachtet werden, nachdem sie die beiden Wände des Behälters passiert hat. Wenn jedoch eine im allgemeinen diffuse Quelle verwendet wird, wird sich das Erscheinen der dem Betrachtungssystem am nächsten liegenden Behälterwand nicht wesentlich von demjenigen unterscheiden, welches sich mit der entfernten, nicht vorhandenen Wand ergibt. Deshalb kann man mit Rücksicht auf die Klarheit die ferne Wand im Geist weglassen und im wesentlichen ein Kontrollkonzept bezüglich eines Systems betrachten, in dem im wesentlichen nur eine Wand betrachtet wird. Die meisten Maschinen, die Glasbehälter herstellen, haben das, was als eine „Absetzwelle" bezeichnet wird, die im allgemeinen unter der mittleren Höhe des Behälters und noch über dem Fasenbereich erscheint. Diese Absetzwelle wird erzeugt, wenn das Glas von der Külbelform in die fertige Flaschenform geblasen wird und auf einen Zustand zurückgeführt wird, wo das Glas in einem ringförmigen Bereich des der Trennwand benachbarten Külbels kühler wird; daher dehnt es sich nicht so gleichförmig aus wie in anderen Bereichen des Külbels. Das erzeugt in der Seitenwand des Behälters einen etwas dickeren ringförmigen Bereich innerhalb des Glases. Die Absetzwelle ist im allgemeinen ein Problem des Aussehens, und wenn es nicht schwierig ist, beeinflußt dies nicht die kommerzielle Eignung des Behälters. Die „Absetzwelle" kann als eine stufenweise, lichtbrechende, optische Störung in der Seitenwand des Behälters bezeichnet werden.

Wie in Fig.5 gezeigt, ergibt sich eine zweidimensionale Darstellung der Lichtdurchlässigkeit durch einen Abschnitt eines Glasgegenstandes, wenn dieser durch ein Aufnahmegerät 10 mit einem Aufnahmewinkel Gamma betrachtet wird und die Umgebung des Punktes C abgebildet wird. Wenn die Innenoberfläche des Gegenstandes planar ist, d. h. wie es die gestrichelte Linie 12 zeigt, entsteht das Licht, das vom Punkt C zu kommen scheint, am Quellenbereich A. Wenn jedoch die Innenoberfläche nicht planar ist, wie durch die voll ausgezogene Linie 14 dargestellt, dann ist die Beobachtungsachse im wesentlichen durch einen Winkel θ gebrochen und das Licht scheint vom Punkt C zu kommen, das tatsächlich von dem Quellenbereich A' herrührt. Wenn die Quelle 16 eine gleichmäßige Helligkeit aufweist und richtungsunabhängig ist, wird die sichtbare Helligkeit des Punktes C im wesentlichen unbeeinflußt sein, und zwar bei nicht vorhandener Absorption durch die beschriebene Brechung. Andererseits könnte diese Brechung durch den Maskierungsbereich A' nachgewiesen werden, beispielsweise rechts von der Linie 18; daher ist der Bereich nicht emittierend. In diesem Fall würde die Abbildung des Punktes C gegen ein helles Gebiet dunkel erscheinen. Lichtbrechende Störungen werden dann mittels Verminderungen der sichtbaren Durchstrahlung der Punkte, beispielsweise C, nachgewiesen, als ob sie absorptionsfähige Störungen gewesen sind. Die Verwendung von Masken begrenzt jedoch die Anwendbarkeit der Störungsfeststellung, da die Verwendung von Masken räumlich nicht gleichbleibend ist. Das Sichtbarwerden einer gegebenen Störung hängt von den relativen Positionen des Punktes C und dem Rand 18 der Maske ab; daher ist das Sichtbarwerden einer Störung von deren transversaler Stelle in dem Gebiet und vom Längsabstand des Gegenstandes von der Maske abhängig. Auf diese Weise kann sogar ein mäßiger Lichtbrechungsfehler in einem Teil des Gebietes eine Verringerung der Durchlässigkeit erzeugen, die gleich derjenigen ist, die bei einem größeren Lichtbrechungsfehler in einem anderen Teil des Gebietes gebildet wird. Daher ist das System räumlich veränderlich.

Diese Einschränkungen lassen sich umgehen, jedoch dadurch absichernd, daß die sichtbare Durchstrahlung des Punktes C nur von dem Winkel θ abhängig ist, durch welchen die Beobachtungsachse gebrochen wird.

Im Hinblick auf das Vorangegangene wird vorgeschlagen, daß infolge einer Gegenlichtbestrahlung des Gegenstandes mit einer Quelle gleichmäßiger Helligkeit und nicht isotroper Intensitätsverteilung die Lichtdurchlaßintensität unabhängig von der Stelle des Punktes A' an der Quelle ist und daher die relativen Positionen der Punkte C und A' die gewünschte Rauminvarianz hervorbringen. Bei Anwendung einer neuartigen, erfundenen Technik wird auf der Diffusionsquelle eine räumliche Intensitätsverteilung erzeugt und auf der Probenseite der Linse in eine Winkelverteilung umgewandelt. Die Aufgabe einer selektiven Darstellung, wobei die allmählichen Oberflächenveränderungen unsichtbar sind, kann optisch ausgeführt werden. Da diese Veränderungen im allgemeinen die Beobachtungsachse durch kleine Winkel brechen, sind sie nicht zu beobachten, wenn die Intensitätsverteilung der Quelle oder das Winkelspektrum bei diesen kleinen Winkeln gleichmäßig ist.

Im folgenden wird insbesondere auf Fig. 2 Bezug genommen. Darin ist die optische Ausrüstung einer gezielt aufgebauten Quelle mit dem gewünschten Winkelspektrum schematisch dargestellt. Eine diffuse Quelle S in Gestalt einer mattierten Platte 16 ist vor einer Vielzahl von Glühlampen 17 in einem Abstand F von einer Linie 20 mit einer Brennweite F positioniert. Jeder nicht blockierte Punkt, beispielsweise X und Y auf der Quelle S, resultiert dann in einer Ebene vor der Linse in einem kollimierten Strahl 3 für X und 2 für Y, welcher sich parallel zu der Linie durch den Punkt und die Mitte der Linse erstreckt. Wenn die Quelle isotrop und von gleichmäßiger Helligkeit ist, enthält jeder Strahl dieselbe Flußdichte. Wenn eine Maske 22 mit der Breite a = 2F tan S₀ an der diffusen Quelle angeordnet ist, wird das Winkelspektrum der Beleuchtung vor der Linse auf solche Winkel begrenzt, die gleich oder kleiner als ± θ_ο sind. Daher ist ersichtlich, daß durch Verändern der Maskenbreiten eine Maske den Winkel θ_ο leicht verändern kann. Außerdem braucht das zweidimensionale Winkelspektrum in der Ebene vor der Linse nicht isotrop zu sein, es kann aber im wesentlichen durch Auswählen verschiedener Formen für die Masken willkürlich gestaltet werden.

Die Anwendung eines nicht isotropen Winkelspektrums ist besonders zur Kontrolle durchsichtiger Flaschen vorteilhaft, da sie im Längsprofil nicht kreisförmig symmetrisch sind. Es ist auf diese Weise ersichtlich, daß mit derTechnik, wie sie mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben ist, eine räumlich gleichbleibende Version einer Quellenmaskierung geschaffen wird, die derjenigen ähnlich ist, die für die räumlich veränderliche Situation zuvor erklärt wurde. Die wesentliche Wirkung eines Beleuchtungssystems besteht darin, eine verstärkte Beleuchtung anzugeben, so daß die Lichtbrechungsfehler eines steilen Winkels verstärkt werden und mit größerer Nachweissicherheit betrachtet werden können. Da das Aufnahmegerät 10 eine vertikale, lineare Zeilenabtastanordnung ist, fokussiert es auf eine Zeile in dem Raum, durch welchen sich der Gegenstand bewegt. Die Lichtquelle wird in der Richtung „d" der Bewegung des Gegenstandes oder senkrecht zur Achse eines Behälters breit ausgeführt, wie in Fig. 6 dargestellt, aber in der anderen Richtung kann sie schmal sein. Das Licht, das auf die Rückseite des Gegenstandes auftrifft, ist in hohem Grade winkelförmig und in seiner Beleuchtungsrichtung richtfähig, wohingegen, wenn ein Diffusor verwendet wird, es eine Beleuchtung ergäbe, die in allen Richtungen vorhanden wäre. Die winkelförmige Richtung der Beleuchtung ist auf die physikalischen und optischen Merkmale des betrachteten Gegenstandes und durch Auswählen des Aufnahmewinkels und der Brennweite der Linse mit Bezug auf die Maske individuell eingestellt, wobei die Linse die Quelle in hohem Grade in der Richtung winkelförmig ausbildet.

Jeder Punkt auf der diffusen Quelle 16 erzeugt eine Art von Strahlen, die von der gesamten Oberfläche der Linse 20 ausgehen und die parallel zu einer Linie von dem durch die Mitte der Linse gehenden Punkt verlaufen. Jeder Punkt auf der Quelle erzeugt eine solche Strahlenart mit solchen Richtungen, die durch den Unterschied der Lage des Punktes im Verhältnis zur Mitte der Linse gekennzeichnet sind. Dies führt zur Erzeugung eines winkelförmigen Spektrums des Lichtes, das für alle Lagen vor der Linse dasselbe ist, d.h. die räumlich gleichbleibende Beleuchtung. Dieses Spektrum der Lichtwinkel ist gerade die Angelegenheit, die durch das Beleuchtungssystem der Erfindung ausgewählt wird. Man wählt dieses Spektrum, um die größte Verstärkung der lichtbrechenden Störungsarten zu erhalten, die man ermitteln möchte, während die Beleuchtung der allmählich abfallenden Unregelmäßigkeiten normalerweise durch spiegelndes Licht gebrochen würde. Wenn die Quelle sehr diffus ist, werden alle lichtbrechenden Störungen ausgewaschen und man könnte gar nichts sehen. Es muß auch darauf hingewiesen werden, daß das Aufnahmegerät in der vorliegenden Beschreibung der Erfindung auf die vertikalen Scheiben des Gegenstandes gerichtet ist, wenn sich der Gegenstand durch das Sichtfeld bewegt. Die Technik des „wunschgerechten Anfertigens" der Lichtquelle kann auch in einer zweiten Abbildungslage benutzt werden.

Auf diese Weise ist aus dem vorangehenden System ersichtlich, daß das durch das Beleuchtungssystem der Erfindung erzeugte winkelförmige Spektrum zu einem hochgradig empfindlichen Beleuchtungssystem zur Bestimmung der Anwesenheit deutlicher lichtbrechender Störungen führt, während das Sichtbarwerden der abgestufteren Oberflächenunregelmäßigkeiten, die beispielsweise in einem Glasbehälter oder in einem anderen transparenten Glaserzeugnis vorhanden sein könnten und durch die Sicht des Aufnahmegerätes 10 bewegt werden, unterdrückt wird. Die folgende Beschreibung wendet sich speziell der Fig. 1 zu. Darin ist das Beleuchtungssystem der Erfindung dargestellt, das verwendet wird, um einen Fernsehbildschirm „p" zum Ermitteln selektiver lichtbrechender Störungen zu beleuchten, wie beispielsweise Steine, verdeckte Blasen, Löcher und andere Funktionsstörungen im Glas.

Da ein Fernsehbildschirm sowohl flächenmäßig groß als auch in seinen Breiten- und Längenabmessungen gekrümmt ist, wurde festgelegt, daß die Benutzung von drei Kontrollkanälen besser geeignet ist. Die Quellen 28,29 und 30, die in Fig. 1 im Detail wiedergegeben sind, sind unterhalb und über die Breite des Bildschirmes P nebeneinander liegend angeordnet. Jede Quelle ist im allgemeinen mit ihrer Mittenachse senkrecht zur Oberfläche des Bildschirmes, auf welcher dieser liegt, angeordnet. Jede Quelle 28,29 und 30 weist jeweils ein Aufnahmegerät 31,32 bzw. 33 auf, das für die Betrachtung eines linearen Bereiches des Bildschirmes entsprechend ausgerichtet ist, wobei der Bildschirm durch die Quellen beleuchtet wird. Die lineare Anordnung der jeweiligen Kamera betrachtet einen Teil einer Linie, die sich über die Breite des Bildschirms erstreckt, ausschließlich der erhöhten Kanten. In der gegenwärtigen Praxis wird der Bildschirm P in einem nicht dargestellten Gestell gehalten und in einem Bogen in der Richtung der gezeigten Pfeile 34 nach beiden Enden des Bildschirms bewegt. Die Mitte der Bewegungsbahn des Gestells entspricht im wesentlichen der Achse der Krümmung des Bildschirmes P, und zwar in ihrer kontrollierten Längsrichtung. Wenn der Bildschirm durch den Kreisbogen bewegt wird, passieren sämtliche Oberflächenbereiche des Bildschirms die Quellen 28 bis 30 und die Aufnahmegeräte 31 bis 33, und somit wird der gesamte Bereich des betrachteten Teils des Bildschirms kontrolliert. Es wird offenbar, daß durch das Aufspalten der Lichtquelle in drei Abschnitte, wie angegeben, eine größenmäßig kleinere Fresnellinse benutzt werden kann, und die Achsen der Quellen können verschoben werden, um sich der Krümmung des Bildschirms besser anzupassen. Eine einzelne Fresnellinse von ausreichender Größe könnte mit einer Quelle zerstreuten Lichtes zur Beleuchtung der gesamten Breite des Bildschirms verwendet werden.

Wie bei Betrachtung der Fig. 6 ersichtlich ist, hat die Linse 20 eine ausreichende Größe, um den gesamten zu kontrollierenden Behälter zu beleuchten. Um jedoch den gesamten Umfang des Behälters nach und nach zu betrachten, oder, wie in Fig. 6, insbesondere die Kanten zu betrachten, wäre es notwendig, den Behälter wieder durch den Betrachtungsbereich weiterzuleiten, nachdem dieser 90° um seine vertikale Achse zurückorientiert ist. Auf diese Art und Weise würde die gesamte Fläche des Behälters einer eingehenden Untersuchung des Kontrollsystems zugeführt werden. Es ist unverkennbar notwendig, irgendwelche Signale von den Pixeln in dem Aufnahmegerät elektronisch auszuschließen, wenn die Kantenbereiche des Behälters betrachtet werden. In diesem Fall kann die Maske 22, die über dem Lichtdiffusor angeordnet ist, derart in der Struktur des Behälters angefertigt werden, daß die Schulterteile und der Hals des Behälters ebenso gut kontrolliert werden können. In diesem Fall würde die Maske offenen Schmetterlingsflügeln mit der breiten Fläche entsprechend der schrägen Schulterfläche des Behälters ähneln.

Bezugnehmend auf die Fig. 3a und 4a werden darin im Schnitt zwei Arten von Oberflächenkonfigurationen dargestellt, die beim Pressen von Bildschirmen vorkommen können. In Fig. 3a gibt es in dem Glas eine Linie mit einem ziemlich spitzen Winkel G₁ an dessen oberster Spitze und eine mehr allmähliche Rückabschrägung mit einem Winkel θ₂ zur allgemeinen Ebene des Bildschirmes. In dem Fall des Winkels B₁ wird das Licht gebrochen und der Pegel des Ausgangssignals wird von der vertikalen Reihe der Pixel 35, die in Fig. 3 b schematisch dargestellt sind, abgeleitet. Da der Winkel S₁ größer als der Winkel θ₀ ist, wie dies aus der Zeichnung hervorgeht, wird das Licht gebrochen, und die Pixel, die die schräge Oberfläche betrachten, nehmen wenig Licht auf. Andererseits bricht die Schräge des Winkels θ₂, die geringer ist als θ_ο, nicht das Licht von der Quelle, und die Pixel nehmen im wesentlichen die vollständige Beleuchtung auf.

Der in Fig.4a dargestellte Oberflächenzustand ist von der Art, daß eine leicht erhöhte Fläche mit der Abschrägung der durch den Winkel θ₃ gezeigten Fläche vorhanden ist, wenn dieser geringer als θ₀ ist. Wie im Fall des unteren Teils der Fig. 3a nehmen die Pixel 35 einen gleichförmigen Beleuchtungswert auf, und das Diagramm 4c reflektiert diesen durch Darstellung des Pegels der Signale von den Pixeln der Fig.4b, die alle gleich sind.

Im folgenden werden speziell die Fig.7a bis 7c und die Fig.8a bis 8c betrachtet. Darin sind zwei Störungen im vergrößerten Maßstab dargestellt; sie sind von der Art, daß sie eine Teilmenge all derjenigen Störungsarten darstellen, die durch das vorliegende Kontrollsystem ermittelt werden können.

In Fig. 7 a stellt die Störung eine verdeckte Blase B dar, und zwar derart, daß deren Schräge oder Winkel so verläuft, daß auftreffendes Licht unter einem Winkel gebrochen wird, der größer als der Winkel des Beleuchtungsspektrums ist. Daher wird die Brechung des Lichtes von der Beleuchtungsquelle von der normalen Visierlinie einzelner Aufnahmepixel weggebrochen.

Auf diese Weise wird der Fehler ermittelt. Bei Betrachtung der Fig. 7 с geht jedoch hervor, daß die Mitte der Blase das Licht nicht ablenkt.

Fig. 7 b stellt die untere Lichtintensität dar, die am Aufnahmegerät vorhanden ist, während Fig. 7 с den Signalpegel am Aufnahmegerät für jedes der Pixel 35 wiedergibt. Es wird daran erinnert, daß der Pegel der Lichtintensität 100% beträgt, wo keine Brechung oder Absorption des Lichtes durch den betrachteten Gegenstand erfolgt. Dieser Pegel beträgt im wesentlichen Null, wo eine vollständige Brechung stattfindet, wie es in den Fig. 3 a und 7 a dargestellt ist. Der untere Teil des Fehlers in Fig. 3a ist eine eher langsam fortschreitende Abschrägung, und das Spektrum des auftreffenden Lichtes ist so ausgewählt, daß das auftretende Licht nicht durch eine solche allmähliche Abschrägung bis zu einer bestimmbaren Größe gebrochen wird.

In Fig.8a ist ein Fehler dargestellt, beispielsweise ein Stein „S", welcher das Licht vollständig sperrt, da ein Stein eine undurchlässige Inhomogenität ist, die in einigen Gläsern zu finden ist, wo die Zusatzstoffe nicht vollständig geschmolzen sind. Ein Stein weist die Eigenschaft auf, einen Spannungskonzentrator zu bilden, und daher ist er eine Bruchquelle physikalischer Zusammenstöße oder thermischer Erschütterungen. Daher sollten Glasbehältnisse mit Steinen ausgesondert werden, wenn solche festgestellt werden, um kostspielige Ausfälle zu vermeiden, entweder in einer kommerziellen Beschickungslinie oder in der Verkaufsstelle. Es ist klar, daß dann, wenn Steine in einem Fernsehbildschirm vorhanden sind, ein Funktionsfehler vorliegt, der nicht zulässig ist. Die Blase in Fig. 7 a und der Stein in Fig. 8a sind beide unerwünscht, da sie einem Fernsehzuschauer auffallen, dessen Bildschirm beide Fehler enthält.

Der Beleuchtungspegel am Aufnahmegerät ist in den Fig. 8 b und 8c dargestellt, wo die Wirkung darin besteht, daß mehr als ein Pixel 34 völlig abgedeckt wird.

Das Vorangegangene ist eine Beschreibung einiger Ausführungsformen des Systems der Erfindung, bei dem die Beleuchtung eines zu kontrollierenden Gegenstandes unveränderlich angeordnet ist, so daß ungeachtet dessen, wo sich der Gegenstand im Beleuchtungsbereich befindet, derselbe Pegel der Lichtintensität gegeben ist und der Gegenstand mit einem Aufnahmegerät betrachtet werden kann, das deshalb bezüglich der Gegenstandsposition oder -bewegung durch den Betrachtungsbereich des Aufnahmegerätes nicht empfindlich ist.

Claims (6)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zum Prüfen transparenter Gegenstände auf Lichtbrechungsfehler, gekennzeichnet durch die Bereitstellung einer im allgemeinen planaren Quelle diffusen Lichtes mit gleichmäßiger Helligkeit, die Anordnung einer Linse mit einer Brennweite F, die größer Null ist, vor der Quelle (bei einem Abstand „F"), wodurch vor der Linse parallele Strahlen erzeugt werden, die von Punkten auf der Quelle herrühren, die dieselbe Lichtstromdichte aufweisen, das Anbringen einer Maske über der Quelle, um das winkelförmige Spektrum der Beleuchtung vor der Linse auf Winkel zu begrenzen, wo die Intensitätsverteilung gleichförmig und gleich oder geringer ist als der Winkel zwischen einer Linie, die sich von dem Rand der Maske durch die Mitte der Linse und die Achse der Linse erstreckt, die Bewegung der zu prüfenden Gegenstände senkrecht zur Linsenachse vor der Linse, wodurch Lichtbrechungsfehler und Meßfehler bei stufenweisen Lichtbrechungsschwankungen optisch verstärkt werden, und die Betrachtung der Gegenstände mit einem linear angeordneten Aufnahmegerät, das auf die Oberfläche des Gegenstandes fokussiert ist, um Lichtbrechungsfehler durch Änderungen des Pegels des durch das Aufnahmegerät empfangenen Lichtes zu ermitteln.
2. 2. Verfahren zum Prüfen transparenter Gegenstände, beispielsweise Glasbehälter, auf optische Lichtbrechungsfehler mit spitzen Aufnahmewinkeln und zum Unterscheiden gegenüber stufenweise zunehmenden Lichtbrechungsschwankungen, gekennzeichnet dadurch, daß die Gegenstände von hinten beleuchtet werden, wenn sie in einer linearen, aufrecht verlaufenden Bahn vor einem Betrachtungsgerät mit einer vertikalen linearen Anordnung von Pixeln zur Aufnahme des von der vertikalen Wand des Gegenstandes fokussieren Lichtes bewegt werden, und daß die Verbesserung der Gegenlichtbeleuchtung des Gegenstandes die Schritte zur Bildung einer breiten Quelle diffuser Beleuchtung des Gegenstandes von hinten umfaßt, wobei die genannte Quelle über ihrer Oberfläche eine gleichmäßige Helligkeit aufweist, und eine konvexe Fläche auf einer Fresnellinse vor der Quelle in einem Abstand angeordnet ist, so daß ein Spektrum parallelen Lichtes, das von der Linse in Richtung der Bewegungsbahn des Gegenstandes kommt, bereitgestellt wird, wobei der Beleuchtungswinkel der Quelle bezüglich der Linse begrenzt ist.
3. 3. Vorrichtung zum Prüfen von Glasgegenständen auf Lichtbrechungsfehler, gekennzeichnet dadurch, daß die Glasgegenstände von hinten beleuchtet werden, wenn sie sich durch eine Prüfzone bewegen, wobei sie von vorn durch ein Aufnahmegerät mit einer linearen, vertikalen Anordnung von lichtempfindlichen Pixeln betrachtet werden, und daß eine Vervollkommnung der Beleuchtung der Lichtbrechungsfehler zu einer Verstärkung der Störungen führt und daß die Vorrichtung aus einer Quelle diffusen Lichtes, die eine Oberfläche mit gleichmäßiger Helligkeit aufweist, einer konvexen Linse vor der Quelle, die von dieser in einem Abstand angeordnet ist, um ein Spektrum parallelen Lichtes zu erzeugen, da sich von der Linse durch die Prüfzone erstreckt, um dadurch die Beleuchtung eines fehlerhaften Gegenstandes zu gewährleisten, welcher im Betrachtungsbereich des Aufnahmegerätes infolge des Lichtbrechungsfehlers gebrochen wird, besteht.
4. 4. Vorrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß diese außerdem eine Maske über den peripheren Teilen der genannten Quelle enthält, wobei die genannte Maske den Winkel der Bündelung des genannten Lichtspektrums begrenzt, um die Beleuchtung bezüglich der stufenweise zunehmenden Lichtbrechungsschwankungen in dem Gegenstand weniger empfindlich zu gestalten.
5. 5. Vorrichtung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die genannten Glasgegenstände Fensehbildschirme sind und daß die Vorrichtung eine Vielzahl von Quellen diffusen Lichtes enthält, wobei mit jeder Quelle ein Teil des Bildschirmes beleuchtet wird.
6. 6. Vorrichtung nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß diese außerdem eine Vielzahl von Aufnahmegeräten enthält, wobei jedes einen beleuchteten Teil des Bildschirmes betrachtet.