DE102014011186B3

DE102014011186B3 - Verfahren zur berührungslosen Überprüfung von Hohlglasartikeln, Aufnahmesystem zur Durchführung des Verfahrens und Anordnung bestehend aus wenigstens einem Aufnahmesystem

Info

Publication number: DE102014011186B3
Application number: DE102014011186.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Schmidt; Hartwin Stüwe; Claudia Link; Ulrich PAHL
Original assignee: Heye International GmbH
Current assignee: Heye International GmbH
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2015-12-03
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: WO2016015790A1

Abstract

Ein Aufnahmesystem zur berührungslosen Überprüfung von Hohlglasartikeln (4) auf ein Vorhandensein von Spannungsbereichen besteht aus einer, den Hohlglasartikel (4) von einer Seite bestrahlenden Lichtquelle (1), zwei, auf eine Stelle (11) einer gemeinsame Objektebene (25) ausgerichteten Strahlengängen, von denen ein erster durch eine erste Eingangsoptik (7) gekennzeichneter Strahlengang eine Hellfeldanordnung bildet und von denen ein zweiter, durch eine zweite Eingangsoptik (8) gekennzeichneter Strahlengang eine Dunkelfeldanordnung bildet, wobei beide Strahlengänge jeweils über Strahlumlenksysteme (36) in der Bildebene eines Kamera-Chips (17) einer Kamera (18) zusammengeführt werden, hierbei ein Durchlichtbild (21) und ein Durchlichtstressbild (23) nebeneinander abbildend. Die Strahlumlenksysteme (36) befinden sich zwischen den Eingangsoptiken (7, 8) und der Bildebene der Kamera (18). Die Auswertung des Durchlichtbildes (21) und des Durchlichtstressbildes (23) ist auf die Identifizierung und Lokalisierung von Spannungsbereichen in der Substanz des Hohlglasartikels (4) gerichtet. Wesentliche Komponenten des Aufnahmesystems sind in einer Baueinheit zusammengefasst.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur berührungslosen Überprüfung von Hohlglasartikeln auf ein Vorhandensein von Spannungsbereichen, auf ein Aufnahmesystem zur Durchführung dieses Verfahrens sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens unter Einbeziehung zumindest eines Aufnahmesystems.
Die Nutzung der Spannungsdoppelbrechung zur visuellen Erkennung von Spannungszuständen, z. B. Eigenspannungen in verschiedenen, im spannungsfreien Zustand optisch isotropen Werkstoffen, z. B. Glas ist als solche bekannt. Hierbei wird ein zu untersuchender Gegenstand in den Strahlengang zwischen zwei Polarisationsfilter gebracht, deren Polarisationsrichtungen senkrecht zueinander verlaufen, wobei im einfachsten Fall weißes Licht benutzt werden kann. Aufgrund der Dunkelfeldausrichtung der beiden Polarisationsfilter kommt es zu einer maximalen Schwächung des aus dieser Anordnung aufnahmeseitig austretenden Lichts an den Stellen des Gegenstands, an denen dieser spannungsfrei ist. Liegen jedoch zumindest bereichsweise Spannungszustände vor, wird der Werkstoff an diesen Stellen optisch anisotrop und es kommt zu einer Doppelbrechung, deren Ursache durch zwei Lichtwellen mit unterschiedlicher Ausbreitungsgeschwindigkeit darstellbar ist, die mit einer Phasenverschiebung aus dem Gegenstand austreten, welche als ein System von Linien visuell wahrnehmbar ist und als Grundlage einer quantitativen Ermittlung örtlicher Spannungszustände nutzbar sind.
Bei der Herstellung von Hohlglasartikeln mittels einer I.S.-Maschine treten bisweilen Artikel mit örtlichen Spannungszuständen auf, die aufgrund dieser Eigenschaft als mechanisch instabil anzusehen und nach Maßgabe des festgestellten Spannungszustandes gegebenenfalls auszusondern sind. Diese örtlichen Spannungszustände können thermisch durch den Herstellungsprozess bedingt sein – es kann sich jedoch auch um Einschlüsse von Fremdkörpern innerhalb des Glases handeln, welche örtliche Spannungszustände erzeugen. Das Prinzip der Spannungsoptik ermöglicht es, in einer Dunkelfeldausrichtung von zwei Polarisationsfiltern von einem zu untersuchenden Hohlglasartikel ein Durchlichtstressbild in der Form eines Seitenwandbildes zu erstellen und in diesem, falls tatsächlich vorhanden, Spannungsbereiche visuell wahrnehmbar darzustellen.
Aus der DE 19 60 326 B ist eine Vorrichtung zur Feststellung von Unregelmäßigkeiten in Hohlglasgegenständen bekannt, bei welcher ein um seine Längsachse drehbarer Prüfkopf mit Lichtleitern versehen ist, der in den Hohlglasgegenstand einführbar ist, wobei den Enden der Lichtleiter jeweils ein Fotodetektor gegenüber liegt. Das durch den Fotodetektor erfasste Signal wird nach Verstärkung einer Fehlerauswertevorrichtung zugeführt, wobei diese Vorrichtung im Wesentlichen zur Überprüfung des Mündungsbereichs des Hohlglasartikels eingerichtet ist. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird keine Kamera benutzt und es ist diese lediglich zur Risserkennung und nicht zur Erkennung von Spannungszuständen bestimmt und eingerichtet.
Aus der DE 101 64 058 A1 ist eine Inspektionsvorrichtung bekannt, welche zur Abbildung eines Hohlglasartikels bzw. eines Teiles desselben sowohl in einer Hellfeld- als auch in einer Dunkelfeldanordnung eingerichtet ist. Zu diesem Zweck wird das, einen Hohlglasartikel bodenseitig durchdringende, linear polarisierte Licht über einen Strahlteiler in einer ersten Kamera in einer Hellfeldanordnung und einer zweiten Kamera in einer Dunkelfeldanordnung abgebildet, so dass Spannungszustände erkennbar werden. Insbesondere aufgrund der Notwendigkeit von zwei unterschiedlichen Kameras ergibt sich jedoch ein vergleichsweise komplizierter Aufbau dieser Vorrichtung.
Ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und gleichermaßen eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind im Hause der Anmelderin bekannt. Bei diesen werden beide Strahlengänge über eine gemeinsame abbildende Eingangsoptik in der Bildebene eines Kamera-Chips einer Kamera abgebildet und einer weiteren Auswertung zugeführt. Eine differenzierte Behandlung eines Hellfeldbildes bzw. eines Durchlichtbildes und eines Dunkelfeldbildes bzw. eines Durchlichtstressbildes ist hierbei nicht vorgesehen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur berührungslosen Überprüfung von Hohlglasartikeln auf ein Vorhandensein von Spannungsbereichen zu entwerfen, welches differenziertere Einstellmöglichkeiten eröffnet und durch einen automatisiert einrichtbaren Ablauf gekennzeichnet ist. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem solchen Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Von dem zu untersuchenden Hohlglasartikel werden zumindest zwei Seitenwandbilder erstellt werden, und zwar ein Durchlichtbild in einem ersten Strahlengang und ein Durchlichtstressbild in einem zweiten Strahlengang, wobei beide Bilder in der Bildebene einer Kamera zusammengeführt und abgebildet werden. Anhand dieser beiden Bilder wird die weitere Auswertung durchgeführt, nämlich die Untersuchung auf eventuelle Spannungsbereiche hin sowie deren Lokalisierung. Spannungsbereiche sind in dem Durchlichtstressbild visuell erkennbar, wobei es im Regelfall ausreichend ist, lediglich einen ausgewählten Bereich des Durchlichtstressbildes zu betrachten. Ziel der Auswertung der beiden Bilder ist es, das Vorhanden-sein von Spannungsbereiche in dem Durchlichtstressbild erkennen und in dem Durchlichtbild positionsexakt darzustellen, wobei sich für diesen Verfahrensschritt ausgehend von den bekannten Abbildungsmaßstäben, der Lage beider Bilder sowie der punktgenauen Zuordnung von Bildabschnitten beider Bilder unterschiedliche Möglichkeiten anbieten. Beispielsweise kann das Auswerteverfahren der beiden Bilder ausschließlich softwaremäßig durchgeführt werden. In Betracht kommt jedoch auch ein optisches Verfahren nach Art einer Überlagerung. Erfindungswesentlich ist, dass in Abweichung von dem eingangs dargelegten Stand der Technik jedem Strahlengang eine abbildende Eingangsoptik zugeordnet ist. Dies ermöglicht es, die optischen Parameter der Hellfeld- und gleichermaßen der Dunkelfeldabbildung differenziert unter Anpassung an den Einzelfall anzupassen, unter anderem mit dem Ziel einer optimalen Erkennbarkeit von Spannungsbereichen. Zur Herstellung eines Durchlichtbildes sowie eines Durchlichtstressbildes werden in an sich bekannter Weise Polarisationsfilter benutzt, und zwar entweder zwei Polarisationsfilter, die zur Darstellung linear polarisierten Lichts bestimmt sind, deren Polarisationsebenen um π/2 relativ zueinander verdreht sind, oder zwei Polarisationsfilter, die zur Darstellung zirkular polarisierten Lichts eingerichtet sind.
Beide Strahlengänge sind entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 2 mit wenigstens einem Strahlumlenksystem versehen, um die in diesen erstellten Abbildungen in der Bildebene der Kamera zusammenzuführen. Im einfachsten Fall werden hierbei ein Durchlichtbild und ein Durchlichtstressbild zunächst nebeneinander abgebildet und anschließend einer weiteren Verarbeitung zugeführt.
Beide Strahlengänge werden entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 3 in der Bildebene eines Kamera-Chips einer Matrix Kamera zusammengeführt, so dass nebeneinander ein Durchlichtbild und ein Durchlichtstressbild abgebildet werden. Als Kamera kommen beispielsweise eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera in Betracht. Auf einem Monitor können beispielsweise entweder beide Bilder und/oder ein Auswertungsergebnis nebeneinander visuell dargestellt werden. Beide Bilder können auch jeweils durch einen digitalen Datensatz dargestellt und in dieser Form einer weiteren rechnergestützten Auswertung zugeführt werden.
Die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 sind auf unterschiedliche Abbildungstechniken gerichtet, und zwar hinsichtlich der Bildebene des abzubildenden Hohlglasartikels. Sind beide Strahlengänge auf die Abbildung lediglich einer Bildebene gerichtet, sind – eine Symmetrie beider Strahlengänge bezüglich einer Mittenebene vorausgesetzt – in einfacher Weise gleiche Abbildungsmaßstäbe und damit Größenverhältnisse des abzubildenden Gegenstands darstellbar, welche einen einfachen Vergleich von Durchlicht- und Durchlichtstressbild zwecks Lokalisierung von Spannungsbereichen des untersuchten Hohlglasartikels ermöglichen. Unterschiedliche Bildebenen der beiden Strahlengänge hingegen bedingen unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe und erfordern zur Darstellung gleicher Größenverhältnisse und damit einer Vergleichbarkeit der über beide Strahlengänge aufgezeichneten Bilder dementsprechende Einstellungen der abbildenden Eingangsoptiken. Im Bedarfsfall können jedoch auch Bilder unterschiedlicher Größenverhältnisse erstellt werden.
Die Merkmale des Anspruchs 6 sind auf eine Darstellung unterschiedlicher Helligkeitswerte des Durchlichtbildes sowie des Durchlichtstressbildes gerichtet. Zu diesem Zweck sind beide Strahlengänge mit vorzugsweise einstellbaren Mitteln zur Steuerung der im Rahmen der Abbildungen benutzten Lichtmengen ausgerüstet. Auf diese Weise kann die Erkennbarkeit kleiner und kleinster, jeweils Spannungsbereiche darstellender flächiger Strukturen im Bedarfsfall verbessert werden.
Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nutzbares Aufnahmesystem bereitzustellen, welches eine flexible Arbeitsweise ermöglicht, sich durch ein einfachen übersichtlichen Aufbau auszeichnet und nur ein geringes Bauvolumen beansprucht. Gelöst ist diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 7.
Es ist hiernach eine flächige, zur Emission von flächigem linear polarisiertem Licht eingerichtete Lichtquelle vorgesehen, welche den Ausgangspunkt von zwei Strahlengängen bildet, nämlich einem ersten, auf eine erste abbildende Eingangsoptik gerichteten und einem zweiten, auf eine zweite abbildende Eingangsoptik gerichteten, wobei von dem zu untersuchenden Hohlglasartikel zumindest zwei Seitenwandbilder aufgenommen werden, und zwar entsprechend den beiden Strahlengängen ein Durchlichtbild und ein Durchlichtstressbild, welche in der Bildebene einer Kamera zusammen-geführt werden, wobei mittels einer Bildverarbeitungseinheit eine Auswertung auf ein Auftreten sowie die Lage von Spannungs-bereichen durchgeführt wird. Im allgemeinen ist es ausreichend, bei der Betrachtung des Durchlichtstressbildes nur Bereiche (areas of interest) zu verwenden, in denen eventuell Spannungsbereiche zu erwarten sind. Diese sind anhand von Aufhellungen visuell wahrnehmbar, wobei die exakte Lage der Spannungsbereiche im Durchlichtbild anhand der benutzten bekannten Abbildungsmaßstäbe von Durchlichtbild und Durchlichtstressbild in einfacher Weise feststellbar ist. Die technische Darstellung einer Hellfeldanordnung zur Herstellung eines Durchlichtbildes bzw. einer Dunkelfeldanordnung zur Herstellung eines Durchlichtstressbildes kann in an sich bekannter Weise mittels einer Anordnung von Polarisationsfiltern geschehen, und zwar entweder zweier Polarisationsfilter zur Darstellung linear polarisierten Lichts mit Polarisationsebenen, die relativ zueinander um π/2 verdreht sind oder mittels zweier Polarisationsfilter, die zur Darstellung von zirkular polarisiertem Licht eingerichtet sind.
Die Lichtquelle sowie die abbildenden Eingangsoptiken weisen in einer Draufsicht einen hinsichtlich einer Mittenebene vorzugsweise symmetrischen Aufbau auf. Nachdem aufgrund dieser Symmetrieeigenschaft insbesondere in Verbindung mit einem bekannten Abstand der optischen Mitten der Hell- und Durchlichtstressbilder, dem Umstand, dass die Bilder zur gleichen Zeit aufgezeichnet worden sind und den benutzten Abbildungsmaßstäben in der Bildebene der Kamera eine einfache, insbesondere maßstabgerechte Übertragbarkeit von auszuwertenden Bereichen des Dunkelfeldbildes auf das Durchlichtbild möglich ist, kann anhand von definierten, somit ausgewählten Pixelgruppen beider Bilder eine exakte Lokalisierung von Spannungsbereichen in dem Durchlichtbild vorgenommen werden. Aufgrund des weiteren Umstands, dass beide Strahlengänge unabhängig voneinander mit einer abbildenden Eingangsoptik versehen sind, kann die Darstellung des Durchlichtbildes und des Durchlichtstressbildes wahlweise mit gleichen oder unterschiedlichen Maßstäben erfolgen.
Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 8 und 9 werden beide Strahlengänge kameraseitig in der Bildebene eines Kamera-Chips zusammengeführt, wobei die die weitere Auswertung in einer Bildverarbeitungseinheit darstellbar ist.
Die Merkmale der Ansprüche 10 und 11 sind auf eine weitere Ausgestaltung des Aufnahmesystems gerichtet. Vorzugsweise sind bei Polarisationsfiltern zur Darstellung linear polarisiertem Licht die Polarisationsebenen der in Verbindung mit der Lichtquelle und/oder in dem zweiten Strahlengang eingesetzten Polarisationsfilter einstellbar ausgebildet, so dass im Bedarfsfall auch eine Verdrehung bzw. Einstellung der Polarisationsebenen beider Strahlengänge um einen von π/2 abweichenden Winkel möglich ist. Der erste der beiden Polarisationsfilter ist unmittelbar ausgangsseitig bezüglich der Lichtquelle angeordnet, wobei der zweite Polarisationsfilter der zweiten Eingangsoptik vorgeordnet ist. Über ein den beiden Eingangsoptiken jeweils nachgeordnetes Strahlumlenksystem werden beide Strahlengänge in der Bildebene eines Kamera-Chips einer Matrix Kamera zusammengeführt, hierbei ein Durchlichtbild und ein Durchlichtstressbild nebeneinander darstellend. Zusätzlich können in wenigstens einen der beiden Strahlengänge noch Farbfilter eingesetzt sein, um die Erkennbarkeit auch kleinster Spannungsbereiche weiter zu verbessern.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12 sind beide abbildenden Eingangsoptiken einstellbar ausgebildet. Dies ermöglicht im Bedarfsfall eine andere Einstellung der Abbildungsmaßstäbe bzw. der Größenverhältnisse von Durchlicht- und Durchlichtstressbild.
Die Merkmale der Ansprüche 13 und 14 sind auf eine bauliche Ausgestaltung des Aufnahmesystems gerichtet. Hiernach ist eine zumindest die beiden abbildenden Eingangsoptiken aufnehmende Baueinheit vorgesehen. Vorteilhafterweise umfasst diese Baueinheit neben den Eingangsoptiken auch die Strahlumlenksysteme, den Kamera-Chip sowie eine Matrix Kamera, so dass eine kompakte, alle wesentlichen Funktionen zusammenfassende Baueinheit entsteht, welche in einfacher Weise in einen laufenden Glasformprozess integrierbar ist. Im Bedarfsfall kann diese Baueinheit hierüber hinausgehend auch eine Bildverarbeitungseinheit und einen Monitor umfassen.
Die Merkmale der Ansprüche 15 und 16 sind auf eine Ausgestaltung des Strahlumlenksystems gerichtet. Dieses ist durch eine beliebige Kombination von Spiegeln oder auch von solchen Spiegeln und einem Prisma darstellbar, welche in jedem Fall mit der Maßgabe eingerichtet sind, dass der jeweilige Strahlengang in der Bildebene eines Kamera-Chips einer Kamera zwecks weiterer Auswertung der aufgenommen Durchlicht- und Durchlichtstressbilder abbildbar ist.
Die Merkmale der Ansprüche 17 bis 19 sind auf die Ausgestaltung einer Blendenanordnung gerichtet, deren Blenden vorzugsweise innerhalb der beiden abbildenden Eingangsoptiken angeordnet ist. Diese Blenden sind individuell steuerbar, so dass im Bedarfsfall unterschiedliche Helligkeitsverhältnisse des Durchlicht- und des Durchlichtstressbildes einstellbar sind. Diese unterschiedlichen relativen Helligkeitsverhältnisse kommen quantitativ in einem Überblendfaktor zum Ausdruck und sind geeignet, die visuelle Wahrnehmbarkeit von Spannungsbereichen weiter zu verbessern. Wesentlich ist hierbei, dass die Helligkeiten des Durchlicht- und des Durchlichtstressbildes unabhängig voneinander einstellbar sind.
Die Helligkeitswerte des Durchlichtbildes und des Durchlichtstressbildes fallen aufgrund der lichtabsorbierenden Wirkung des in dem zur Darstellung des Durchlichtstressbildes benutzten Strahlenganges eingesetzten Polarisationsfilters unterschiedlich aus. Dieser störende Effekt kann durch Einsatz eines Neutralfilters in dem zur Darstellung des Durchlichtbildes benutzten Strahlengangs grundsätzlich ausgeglichen werden. Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 20 werden die Einstellungen der beiden Blenden nach Maßgabe eines festen Öffnungsverhältnisses vorgenommen, welches auf die Darstellung gleicher Helligkeitswerte des Durchlichtbildes und des Durchlichtstressbildes gerichtet ist. Dieses Öffnungsverhältnis kann über den gesamten Verstellbereich der Blenden benutzt werden.
Die genannten Strahlumlenksysteme eines jeden Strahlengangs befinden sich entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 21 zwischen den Eingangsoptiken und der Bildebene der Kamera.
Die Merkmale der Ansprüche 22 und 23 sind auf eine weitere Ausgestaltung der beiden Strahlengänge gerichtet. Diese können gemäß einer ersten Alternative auf die Abbildung einer gemeinsamen Objektebene des zu untersuchenden Hohlglasartikels gerichtet sein, so dass sich bei einem zu einer Mittenebene symmetrischen Aufbau des Aufnahmesystems über beide Strahlengänge bei ansonsten unveränderten Verhältnissen ein gleicher Abbildungsmaßstab ergibt. Im Bedarfsfall sind jedoch auch unterschiedliche Objektebenen des Hohlglasartikels für beide Strahlengänge einstellbar, so dass sich bezüglich einer Mittenebene ein unsymmetrischer Aufbau des Aufnahmesystems ergibt. Zu diesem Zweck sind die abbildenden Eingangsoptiken in einer Draufsicht gesehen um eine Hochachse schwenkbar angeordnet, so dass deren optische Achsen jeweils auf einen mittigen Bereich der gewünschten Objektebene hin ausgerichtet werden können. Um im Fall unterschiedlicher Objektebenen zu einer Darstellung gleicher Abbildungsmaßstäbe in beiden Strahlengängen zu gelangen, sind ergänzende Einstellungen der abbildenden Eingangsoptiken erforderlich. Die Objektebenen verlaufen parallel zueinander.
Das Aufnahmesystem umfasst entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 24 eine Bildverarbeitungseinheit und einen Monitor, welche im Rahmen einer Baueinheit, welche auch zur Aufnahme einer Matrix Kamera eingerichtet ist, untergebracht sind. Diese Komponenten, nämlich die Bildverarbeitungseinheit und der Monitor können jedoch auch getrennt und entfernt von der genannten Kamera angeordnet sein. Ausgangsseitig bezüglich der Bildverarbeitungseinheit kann ein, die aufgenommenen Bilder beschreibender digitaler Datensatz generiert werden, der für eine weitere rechnergestützte Auswertung nutzbar ist, und zwar mit dem Ziel, Spannungsbereiche des Hohlglasartikels zu erkennen und insbesondere zu lokalisieren.
Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 25 sind weitere Eingangsoptiken vorgesehen, die weiteren Strahlengängen zugeordnet sind und beispielsweise dazu bestimmt sind, weitere Objektebenen des Hohlglasartikels abzubilden, und zwar mit dem Ziel, Spannungsbereiche zu erkennen, wobei in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben, verfahren werden kann.
Gemäß einer Variante können anstelle der genannten Polarisationsfilter auch Farbfiltereigenschaften aufweisende Polarisationsfilter eingesetzt werden, wobei in diesem Fall anstelle einer Matrix Kamera eine Matrix Farbbildkamera Anwendung findet.
Man erkennt, dass mit dem erfindungsgemäßen Aufnahmesystem eine Baueinheit zur Verfügung gestellt wird, welche baulich unterschiedliche Komponenten zusammenfasst, die zur Gewinnung von Informationen über das Vorhandensein von Spannungsbereichen in Hohlglasartikeln benötigt werden. Diese Komponenten können baulich in einer Einheit zusammengefasst sein, so dass eine sehr kompakte, nur ein geringes Einbauvolumen benötigende Baueinheit entsteht.
Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur berührungslosen Überprüfung von Hohlglasartikeln auf ein Vorhandensein von Spannungsbereichen unter Verwendung von wenigstens einem erfindungsgemäßen Aufnahmesystem zu konzipieren, welche einen übersichtlichen Aufbau aufweist und zur einfachen Integration in einen quasikontinuierlichen Glasformprozess geeignet ist. Gelöst ist diese Aufgabe alternativ durch die Merkmale der Ansprüche 26 und 27.
Der zu untersuchende Hohlglasartikel rotiert während der Untersuchung vorzugsweise auf einer Unterlage aufstehend um seine sich senkrecht erstreckende Längsachse, wobei mehrere Durchlicht- und Durchlichtstressbilder erstellt werden, somit jeweils unterschiedliche Umfangsbereiche des Hohlglasartikels erfassend. Die Bilder werden in einer Anzahl erstellt, welche zur Gewinnung einer vollständigen Information betreffend das Vorhandensein von Spannungsbereichen erforderlich ist. Für diese erste Variante wird zwar nur ein ortsfest aufzustellendes Aufnahmesystem benötigt – es sind jedoch gegebenenfalls Maßnahmen zur Darstellung einer Rotation des Hohlglasartikels um seine Längsachse erforderlich.
Der zu untersuchende Hohlglasartikel steht entsprechend einer zweiten Variante während der Untersuchung auf einem Förderband auf und wird in einer Prüfstation durch eine Anordnung mehrerer in Umfangsrichtung hinsichtlich des Hohlglasartikels gleichförmig verteilter ortsfest angeordneter Aufnahmesysteme geführt, wobei mittels der Aufnahmesysteme gleichzeitig eine Anzahl von Durchlicht- und Durchlichtstressbildern erstellt werden. Beispielsweise können sechs Aufnahmesysteme bei dieser Variante eingesetzt werden.
Die Aufnahmesysteme sind bei dieser zweiten Variante entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 28 in gleichförmiger Umfangsverteilung um den zu untersuchenden Hohlglasartikel angeordnet. Eine Rotation des Hohlglasartikels um seine Längsachse wird in diesem Fall zwar nicht benötigt – es sind jedoch mehrere Aufnahmesysteme erforderlich, die ausgangsseitig hinsichtlich der gewonnenen Informationen zusammengefasst werden müssen. Außerdem muss das Einbauvolumen zur Unterbringung der mehreren Aufnahmesysteme zur Verfügung stehen.
Grundsätzlich sind beide der vorstehend dargelegten Varianten zur Integration in einen quasikontinuierlichen Glasformprozess, der auf die Herstellung von Hohlglasartikeln gerichtet ist, geeignet.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Aufnahmesystems in einer Draufsicht;
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Aufnahmesystems in einer Draufsicht;
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Aufnahmesystems in einer Draufsicht;
4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels in einer Seitenansicht.
Mit 1 ist in 1 eine flächige Lichtquelle bezeichnet, deren Strahlengang über einen Diffusor 2 und ein erstes Polarisationsfilter 3 auf einen zu prüfenden Hohlglasartikel 4 mit einer Achse 5 trifft, der auf ein Vorhandensein von örtlichen Spannungszuständen zu prüfen ist.
Mit 6 ist eine Objektiveinheit bezeichnet, die mit zwei abbildende Eingangsoptiken 7, 8 ausgerüstet ist, deren optische Achsen 9, 10 auf eine Stelle 11 des Querschnitts des Hohlglasartikels ausgerichtet sind. Die Abbildungsgeometrie der beiden Eingangsoptiken 7, 8 ist mit der Maßgabe angelegt, das über beide zumindest ein Teil eines vollständigen Seitenwandbildes des Hohlglasartikels 4 abgebildet wird. Im vorliegenden Fall sind beide Eingangsoptiken 7, 8 auf die gleiche Stelle 11 einer gemeinsamen Objektebene 25 gerichtet.
Mit 12 ist ein zweites Polarisationsfilter bezeichnet, dessen Polarisationsrichtung gegenüber derjenigen des ersten Polarisationsfilters 3 um π/2 verdreht ist. Ein erster Strahlengang ausgehend der Lichtquelle 1 über das erste Polarisationsfilter 3 und die Eingangsoptik 7 bildet eine Hellfeldanordnung, wohingegen ein zweiter Strahlengang ausgehend von der Lichtquelle 1 über das erste Polarisationsfilter 3 und das zweite Polarisationsfilter 12 sowie die Eingangsoptik 8 eine Dunkelfeldanordnung bildet.
Ein jeder der beiden so definierbaren Strahlengänge führt über eine Blende 13, 14 und ein Strahlumlenksystem 36, bestehend jeweils aus einer Anordnung von Spiegeln 15, 16 auf die Bildebene eines Kamera-Chips 17 einer Matrix Kamera 18. In der Bildebene des Kamera-Chips 17 können somit stets zwei Seitenwandbilder des Hohlglasartikels 4 gleichzeitig abgebildet werden. Die beiden Anordnungen von Spiegeln 15, 16 bilden jeweils ein Strahlumlenksystem 36, welche die beiden Strahlengänge in der genannten Bildebene zusammenführen. Als Kamera, insbesondere Matrix Kamera kann im Rahmen des Erfindungsgegenstands beispielsweise eine CCD-Kamera oder CMOS-Kamera Verwendung finden.
Die Matrix Kamera 18 steht mit einer Bildverarbeitungseinheit 19 in Verbindung, und zwar derart, dass deren Monitor 20 zur Abbildung beider aufgenommener Seitenwandbilder eingerichtet ist. Hierbei handelt es sich für den Fall, dass der Hohlglasartikel 4 mit Spannungsbereichen versehen ist um ein Durchlichtbild 21 und um ein Durchlichtstressbild 22, wobei in schematischer Weise davon ausgegangen wird, dass der gesamte Hohlglasartikel 4 mit Spannungsbereichen versehen ist. Ist der gesamte Hohlglasartikel 4 hingegen gänzlich frei von Spannungsbereichen, ergibt sich ein Durchlichtstressbild 23, auf dem keinerlei Strukturen visuell wahrnehmbar sind.
Wesensmerkmal dieses ersten Ausführungsbeispiels ist, dass beide der vorstehend definierten Strahlengänge symmetrisch beiderseits einer Mittenebene 24 verlaufen, und dass die optischen Achsen 9, 10 der beiden Strahlengängen auf die gleiche Objektebene 25 ausgerichtet sind, so dass aufgrund der gleichen Länge beider Strahlengänge und gleichen Einstellungen der Eingangsoptiken 7, 8 identische Größenverhältnisse beider Seitenwandbilder in der Bildebene des Kamera-Chips 17 vorliegen.
In den Zeichnungsfiguren 2 bis 4 sind Funktionselemente, die mit denjenigen der 1 übereinstimmen auch entsprechend bezeichnet, so dass insoweit auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet werden kann.
Das in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ist in Abweichung von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Achsen 9, 10 der beiden Eingangsoptiken 7, 8 unsymmetrisch bezüglich der Mittenebene 24 verlaufen und dementsprechend auf zwei entlang der Mittenebene 24 voneinander in Richtung auf die Lichtquelle 1 hin beabstandete, zueinander parallele Objektebenen 25, 26 ausgerichtet sind. Auf diese Weise ergeben sich unterschiedlich lange erste und zweite Strahlengänge und dementsprechend unterschiedliche Größenverhältnisse der beiden Seitenwandbilder in der Bildebene des Kamera-Chips 17.
Durch entsprechende Auslegung der optischen Parameter der Eingangsoptiken 7, 8 bzw. Einstellung ist auch bei unterschiedlichen optischen Längen der beiden Strahlengänge eine Darstellung gleicher Größenverhältnisse der beiden Seitenwandbilder möglich.
Anstelle der Spiegel 15, 16 wird zur anfänglichen Umlenkung bei dem zweiten Ausführungsbeispiel jeweils ein Spiegel 27, 28 benutzt, wobei beide Strahlengänge über ein Prisma 29 in der Bildebene des Kamera-Chips 17 abgebildet werden. In diesem Fall bilden die Spiegel 27, 28 in Verbindung mit dem Prisma 29 ein Strahlumblenksystem 36 zum Zusammenführen der beiden Strahlengänge in der Bildebene der Kamera 18.
Die Blenden 13, 14 sind in jedem Fall insbesondere individuell einstellbar, um im Bedarfsfall die Helligkeit der Durchlicht- und Durchlichtstressbilder auf dem Monitor 20 unterschiedlich einstellen zu können. Die Blenden 13, 14 sind innerhalb des Eingangsoptiken angeordnet, so dass sich abbildende Linsen des Strahlenganges vor und hinter der Blende befinden.
Auf den Durchlichtstressbildern sind im allgemeinen nur die Bereiche des Hohlglasartikels visuell wahrnehmbar, die durch Spannungen gekennzeichnet sind. Diese Bereiche treten regelmäßig nur in definierten Abschnitten des Hohlglasartikels 4 auf, so dass im Rahmen einer automatisierten Bildverarbeitung eine Auswertung auf diese Bereiche (areas of interest) beschränkt werden kann.
3 zeigt ein Durchlichtstressbild 30, in dem zwei Bereiche 30, 31 gekennzeichnet sind, in denen möglicherweise Spannungen zu erwarten sind und die einer genaueren Betrachtung bedürfen. Sind Spannungen tatsächlich vorhanden, sind diese somit in den Bereichen 31, 32 visuell beispielsweise als Linienmuster wahrnehmbar.
Im Rahmen der Auswertung von Durchlicht- und Durchlichtstressbildern werden nunmehr die Bereiche 31, 32 eines jeden aufgenommenen Durchlichtstressbildes benutzt, um die Lage eventueller Spannungsbereiche zu lokalisieren, welche auf das Durchlichtbild 33 übertragbar sind, so dass sich eine visuelle Anzeige der durch innere Spannungen gekennzeichneten Bereiche des Hohlglasartikels 4 ergibt, die einer weiteren Auswertung zugeführt werden. Eine solche Auswertung ist möglich, nachdem der Abstand der Achsen der Hohlglasartikel auf den Durchlicht- und Durchlichtstressbildern ebenso bekannt ist wie die Symmetrieeigenschaften beider Bilder hinsichtlich der Mittenebene 24. Insbesondere in Verbindung mit Durchlicht- und Durchlichtstressbildern gleicher Größe gestaltet sich eine genaue Lokalisierung von Spannungsbereichen in dem Hohlglasartikel verhältnismäßig einfach.
Ein wie vorstehend beschriebenes Aufnahmesystem kann in einem kontinuierlich Herstellungsprozess einer Glasformmaschine eingesetzt werden, wobei die Hohlglasartikel auf einem Förderband 34 aufstehen. Der Bildverarbeitungseinheit 19 ist eine Steuerung 35 zugeordnet, über welche die während der Bildbearbeitung erforderlichen Schritte koordiniert und nach Maßgabe eines Maschinentaktes, der von dem Prozess der Glasformgebung abhängig ist, gesteuert werden.
Bezugszeichenliste

1: Lichtquelle
2: Diffusor
3: Polarisationsfilter
4: Hohlglasartikel
5: Achse
6: Objektiveinheit
7: Eingangsoptik
8: Eingangsoptik
9: Achse
10: Achse
11: Stelle
12: Polarisationsfilter
13: Blende
14: Blende
15: Spiegel
16: Spiegel
17: Kamera-Chip
18: Matrix Kamera
19: Bildverarbeitungseinheit
20: Monitor
21: Durchlichtbild
22: Durchlichtstressbild
23: Durchlichtstressbild
24: Mittenebene
25: Objektebene
26: Objektebene
27: Spiegel
28: Spiegel
29: Prisma
30: Durchlichtstressbild
31: Bereich
32: Bereich
33: Durchlichtbild
34: Förderband
35: Steuerung
36: Strahlumlenksystem

Claims

Verfahren zur berührungslosen Überprüfung von Hohlglasartikeln (4) auf ein Vorhandensein von Spannungsbereichen, wobei ausgehend von einer flächigen Lichtquelle (1) zwei den zu untersuchenden Hohlglasartikel (4) durchdringende Strahlengänge gebildet werden, wobei der Hohlglasartikel (4) in einem ersten der beiden Strahlengänge in einer Hellfeldanordnung unmittelbar abgebildet wird, hierbei ein Durchlichtbild (21) generierend und in einem zweiten der beiden Strahlengänge in einer Dunkelfeldanordnung abgebildet wird, hierbei ein Durchlichtstressbild (23) generierend, wobei beide Strahlengänge in der Bildebene einer Kamera (18) zusammengeführt werden, wobei anhand zumindest eines Bereiches (31, 32) des Durchlichtstressbildes (23) Spannungsbereiche des Hohlglasartikels (4) detektiert, lokalisiert und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildung des Durchlichtbildes (21) und des Durchlichtstressbildes (23) in der Bildebene der Kamera (18) mit voneinander getrennten Eingangsoptiken (7, 8) der beiden Strahlengänge durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Strahlengänge jeweils mittels wenigstens einem Strahlumlenksystem (36) in der Bildebene der Kamera (18) abgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Strahlengänge in der Bildebene eines Kamera-Chips (17) zusammengeführt werden, hierbei das Durchlichtbild (21) und das Durchlichtstressbild (23) nebeneinander abbildend.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beiden Strahlengängen eine gemeinsame Objektebene (25) des Hohlglasartikels (4) zugeordnet wird, so dass beide Strahlengänge eine gleiche Länge aufweisen und in der Bildebene der Kamera (18) jeweils ein Durchlichtbild (21) und ein Durchlichtstressbild (23) in gleicher Größe generieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beiden Strahlengängen jeweils unterschiedliche Objektebenen (25, 26) des Hohlglasartikels (4) zugeordnet werden, so dass beide Strahlengänge unterschiedliche Längen aufweisen und in der Bildebene der Kamera (18) jeweils ein Durchlichtbild (21) und ein Durchlichtstressbild (23) in gleicher oder unterschiedlicher Größe generieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überlagerung von Durchlichtbild (21) und Durchlichtstressbild 23) nach Maßgabe eines einstellbaren Überblendfaktors eingerichtet wird.
Aufnahmesystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 6, mit einer flächigen, über ein erstes Polarisationsfilter (3) zur Generierung eines ersten Strahlengangs eingerichteten Lichtquelle (1), wobei der erste Strahlengang zwischen der Lichtquelle (1) und zumindest einer ersten abbildenden Eingangsoptik (7) verläuft, mit einem zweiten, über ein zweites Polarisationsfilter (12) geführten Strahlengang zwischen der Lichtquelle (1) und zumindest einer zweiten abbildenden Eingangsoptik (8), wobei jedem Strahlengang zumindest ein Strahlumlenksystem (36) zur Zusammenführung beider Strahlengänge in der Bildebene einer Kamera (18) zugeordnet ist, wobei ein auf ein Vorhandensein von Spannungsbereichen zu untersuchender Hohlglasartikel (4) mit der Maßgabe innerhalb der Strahlengänge positioniert ist, dass über den ersten Strahlengang ein Seitenwandbild des Hohlglasartikels (4) in der Form eines Durchlichtbildes (21) und über den zweiten Strahlengang in der Form eines Durchlichtstressbildes (23) generierbar ist, und mit einer zur Auswertung des Durchlichtbildes (21) und des Durchlichtstressbildes (23) mit Hinblick auf ein Vorhandensein von Spannungsbereichen eingerichteten Bildverarbeitungseinheit (19).
Aufnahmesystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet ferner durch einen Monitor (20) zur visuellen Wiedergabe des Durchlichtstressbildes (23) und des Durchlichtbildes (21).
Aufnahmesystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass beide Strahlengänge in der Bildebene eines Kamera-Chips (17) einer Matrix-Kamera (18) zusammengeführt sind.
Aufnahmesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquelle (1) ausgangsseitig das erste Polarisationsfilter (3) zugeordnet ist, dass der aus dem Hohlglasartikel (4) austretende erste Strahlengang, eine Hellfeldanordnung bildend, in die erste Eingangsoptik (7) eintritt, und dass der aus dem Hohlglasartikel (4) austretende zweite Strahlengang über das zweite Polarisationsfilter (12), eine Dunkelfeldanordnung bildend, in die zweite Eingangsoptik (8) eintritt.
Aufnahmesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung linearer Polarisationsfilter die Polarisationsebene zumindest eines der beiden Polarisationsfilter (3, 12) einstellbar ist.
Aufnahmesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass beide Eingangsoptiken (7, 8) unabhängig voneinander einstellbar sind.
Aufnahmesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass beide Eingangsoptiken (7, 8) in einer Baueinheit gegenständlich aufgenommen sind.
Aufnahmesystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass beide Eingangsoptiken (7, 8), das Strahlumlenksystem (36), der Kamera-Chip (17) sowie die Kamera oder Matrix-Kamera (18) in einer Baueinheit zusammengefasst angeordnet sind.
Aufnahmesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlumlenksystem (36) durch eine Anordnung von ebenen Spiegeln (15, 16) dargestellt ist.
Aufnahmesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlumlenksystem (36) durch eine Anordnung von ebenen Spiegeln (27, 28) in Verbindung mit einem Prisma (29) dargestellt ist.
Aufnahmesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der beiden Strahlengänge eine Blende (13, 14) angeordnet ist.
Aufnahmesystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (13, 14) innerhalb der Eingangsoptik (7, 8) angeordnet ist.
Aufnahmesystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden (13, 14) unabhängig voneinander einstellbar sind.
Aufnahmesystem nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden (13, 14) unter Zugrundelegung eines zur Darstellung einer gleichen Helligkeit des Durchlichtbildes (21) und des Durchlichtstressbildes (23) eingerichteten Öffnungsverhältnisses eingestellt sind.
Aufnahmesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlumlenksystem (36) oder die Strahlumlenksysteme (36) der beiden Strahlengänge zwischen den abbildenden Eingangsoptiken (7, 8) und der Bildebene der Kamera oder Matrix-Kamera (18) angeordnet sind.
Aufnahmesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strahlengänge auf eine gemeinsame Objektebene (25) des Hohlglasartikels (4) gerichtet sind und symmetrisch bezüglich einer Mittenebene (24) verlaufen.
Aufnahmesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strahlengänge auf zwei voneinander getrennte Objektebenen (25, 26) des Hohlglasartikels (4) gerichtet sind und unsymmetrisch bezüglich einer Mittenebene (24) verlaufen.
Aufnahmesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera oder Matrix-Kamera (18) mit einer zum Auswerten des Durchlichtbildes (21) und des Durchlichtstressbildes (23) mit Hinblick auf ein Vorhandensein von Spannungsbereichen eingerichteten Bildverarbeitungseinheit (19) und einem Monitor (20) zur visuellen Darstellung des Auswertungsergebnisses in Verbindung steht.
Aufnahmesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 24 gekennzeichnet durch mehr als zwei Eingangsoptiken (7, 8) mit Strahlumlenksystemen (36).
Anordnung zur berührungslosen Überprüfung von Hohlglasartikeln (4) auf ein Vorhandensein von Spannungsbereichen unter Verwendung eines Aufnahmesystems entsprechend einem der Ansprüche 7 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlglasartikel (4) während der Überprüfung um seine Achse (5) rotiert.
Anordnung zur berührungslosen Überprüfung von Hohlglasartikeln (4) auf ein Vorhandensein von Spannungsbereichen unter Verwendung von mehreren Aufnahmesystemen entsprechend einem der Ansprüche 7 bis 25, wobei deren Kameras oder Matrix-Kameras (18) ausgangsseitig in der Bildverarbeitungseinheit (19) zusammengefasst sind.
Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmesysteme in gleichförmiger Umfangsverteilung um den zu überprüfenden Hohlglasartikel (4) angeordnet sind.