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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Prüfen der Innenflächen offener rotationssymmetrischer opaker Hohlkörper, die aus einer Förderstrecke mit einer Ausrichtvorrichtung und einem Auswerfer für die Hohlkörper besteht, über der ein Meßkopf mit einer im wesentlichen punktförmigen Lichtquelle und mindestens einem Fotoelement angeordnet ist, das mit einer Auswertvorrichtung in Verbindung steht. Eine solche Vorrichtung ist aus der US 31 50 266 bekannt.
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Unter dem Begriff rotationssymmetrischer Hohlkörper sind alle Körper zu verstehen, die rotationssymmetrische offene Ausnehmungen aufweisen, d. h. also, Körper, die Durchgangsbohrungen oder Sacklöcher besitzen, beispielsweise Zylinderblöcke, ebenso jedoch auch Gefäße, wie Flaschen, Konserven- oder Getränkedosen. Wegen der enormen Stückzahlen, mit denen Konserven-, bzw. Getränkedosen gefertigt werden, kommt dieser Einsatzmöglichkeit des Anmeldegegenstandes besondere Bedeutung zu, weshalb die Erfindung nachstehend am Beispiel der Getränkedosenprüfung beschrieben wird, ohne sie jedoch hierauf zu beschränken.
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Getränkedosen, insbesondere Dosen für Erfrischungsgetränke, wie kohlensäurehaltige Mineralwässer und Limonaden, aber auch Bier, werden in zwei unterschiedliche Dosentypen abgefüllt. Bei dem einen Dosentyp handelt es sich um tiefgezogene Aluminium- oder Weißblechdosen mit nach innen gewölbten Böden. Die zweite Dosenform ist mehr der üblichen Konservendose ähnlich, d. h. ist eine Weißblechdose mit gefalztem Mantel und angebördeltem Boden. Beiden Dosen ist gemeinsam, daß Fruchtsaft und/oder kohlensäurehaltige Getränke nicht direkt mit dem Metall in Berührung kommen dürfen, da diese Stoffe das Metall angreifen und sich dadurch
- 1. der Geschmack der abgepackten Waren ändert;
- 2. aber auch die Verpackung beeinträchtigt wird;
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was soweit gehen kann, daß das Gut sich durch die Verpackung, also die Dose hindurchfrißt und durch Poren austritt. Die Dosen werden deshalb innen lackiert, was wegen der hohen anfallenden Stückzahl durch Automaten erfolgt. Die Lackiervorrichtung arbeitet dabei so, daß jede Dose einzeln ergriffen wird und um ihre eigene Achse rotiert. Bei dieser Rotation senkt sich ein mit zwei Düsen besetztes Spritzrohr in die Dose, wobei eine nach unten gerichtete Düse den Dosenboden spritzt und eine zur Seite gerichtete Düse die Dosenwandung, also den Rumpf besprüht. Zu den von der Dosenfertigung herrührenden Fehlern, wie Ziehriefen oder Beulen, bzw. Schmutz, kommen jetzt noch Lackierungsfehler hinzu, die einmal auf das Verstopfen der Düsen beim Lackiervorgang zurückzuführen sind, d. h., daß der Dosenboden, der Dosenrumpf, oder evtl. beides, nicht lackiert wurden. Weitere Fehler können auf die Drehbewegung der Dose zurückzuführen sein, d. h., daß zwar das Spritzrohr in die Dose eingefahren und auch Lack gespritzt, die Dose aber nicht gedreht wurde. In diesem Fall ergibt sich ein Lackstreifen entlang Rumpf und Boden, aber keine Lackierung der Wandung bzw. des Bodens.
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Vorrichtungen zum Prüfen von Behältern sind als solche außer aus der US 31 50 266 aus zahlreichen Schriften bekannt. So beschreibt die DE-OS 26 19 615 das Prüfen von Getränkeflaschen auf Scheuerstellen. Die zu prüfenden Flaschen werden dabei durch ein Förderband einem Sternrad zugeführt, das an die Flaschenform angepaßte Taschen aufweist. Eine ortsfeste Führung fixiert die Flaschen in den Taschen des Sternrades, während sie an einer Lichtquelle frei hängend vorbeitransportiert werden. Oberhalb der Flaschenbahn ist im Bereich der Lichtquelle eine Prüfvorrichtung angeordnet, die bei Erkennen eines Fremdkörpers am beleuchteten Flaschenboden ein Fehlersignal aussendet, das zum Auswurf der beanstandeten Flaschen führt.
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Die seitliche Anordnung der Lichtquelle ist nur für die Prüfung von transparenten Behältern möglich. Die seitlich die Behälter an das Sternrad anpressende Führung führt bei dünnwandigen elastischen Behältern zur Verformung und damit zur Verfälschung des Meßergebnisses. Eine Prüfung der Innenflächen ist nur sehr bedingt möglich.
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Das DE-GM 75 01 411 beschreibt eine Vorrichtung zur Prüfung von Flaschenmündungen auf Ausbrüche, Absplitterungen usw. Die zu prüfenden Flaschen werden mit einem Förderband oder einem Transportstern unter den Meßkopf transportiert, der ein leicht kegeliges Lichtstrahlenbündel auf die unter ihm liegende Flaschenmündung wirft. Von der gleichmäßig ausgeleuchteten ringförmigen Dichtfläche der Flasche wird die auftreffende Strahlung nach oben reflektiert, entsprechend der Form der Mündung mehr oder weniger gestreut und von kreisförmig angeordneten Solarzellen, die einzeln abfragbar sind, aufgenommen. Bei gleichmäßiger Ausleuchtung der Solarzellen, die mit einer elektronischen Schalteinrichtung verbunden sind, erfolgt keine Reaktion, ungleichmäßige Ausleuchtung infolge des Ausbruchs einer Dichtfläche um einen bestimmten Betrag erzeugt ein Ausstoßsignal für die betreffende Flasche.
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Die vorbeschriebene Vorrichtung erfordert eine exakte Ausrichtung der zu prüfenden Flaschenmündung unter dem Prüfelement, da jede Bewegung der Flasche zu einer Änderung der Lichtverhältnisse bei der Reflektion auf die Solarzellen führt. Da Solarzellen außerdem relativ träge reagieren, sind keine hohen Durchsatzkapazitäten möglich. Außerdem ist das Erkennen von Fehlern auf dem Boden und den Seitenwänden der Prüflinge nicht gegeben.
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Aus der DE-OS 29 41 945 ist eine Vorrichtung zum Prüfen der Kontur aufrechtstehender Behälter bekannt, wobei diese Behälter ebenflächige Seitenwände aufweisen, die parallel zu ihrer Bewegungsrichtung während des Prüfvorganges liegen. In den Meßkopf dieser Vorrichtung sind Sender und Empfänger von Lichtschranken integriert, mit denen die Anwesenheit des Behälters festgestellt wird.
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Eine Prüfung von Innenflächen der Behälter ist mit dieser Prüfvorrichtung nicht möglich.
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Die US 31 50 266 betrifft eine Prüfvorrichtung zum Prüfen von oben offenen Behältern, insbesondere auf Glas, auf das Vorhandensein von Fehlern in der inneren Behälteroberfläche. Zur Prüfung der Seitenwände wird dabei in den Behälter eine rotierende Kombination von Spiegel und Linse abgesenkt, die zum einen während der Rotation ein Lichtstrahlenbündel auf der Wandung fokussiert und zum anderen das reflektierte Licht wieder auffängt und der darüber angeordneten Fotozelle des Meßkopfs zuführt. Zur Prüfung der Bodenfläche des Behälters wird mit Hilfe eines zweiten Meßkopfs der Behälterboden komplett ausgeleuchtet, das reflektierte Licht auf eine spiralförmige Schlitzblende geworfen, die vor einer Geradlinienschlitzblende rotiert. Das als Lichtpunkt durchgelassene reflektierte Licht wird einer Fotozelle zugeführt. Die Fotozelle beider Meßköpfe werten die Intensität aus, wobei Lichtverringerungen zu Fehlermeldungen und damit zum Aussortieren des Behälters führen.
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Die recht aufwendige Vorrichtung für das Absenken des Prüfrohres erfordert einen stillstehenden Behälter, um die Seitenwände prüfen zu können. Außerdem bedingt die mechanische Bewegung des Absenkens und anschließenden Wiederhochfahrens einen erheblichen Zeitaufwand, der noch durch die anschließende Prüfung des Bodens vergrößert wird. Die Prüfvorrichtung ist daher nur für den Durchsatz geringer Stückzahlen pro Zeiteinheit geeignet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, den Meßplatz für den Hohlkörper, nämlich seine Ausrichtvorrichtung und den Meßkopf selbst so zu verbessern, daß Prüfgeschwindigkeiten von 600 Teilen pro Minute bis über 1000 Teilen pro Minute erreicht werden können und dabei Fertigungs- oder Lackierungsfehler an der inneren Behälteroberfläche sicher erkannt werden.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Ausrichtvorrichtung aus mindestens einer Parallelführung besteht, daß um die im wesentlichen punktförmige Lichtquelle kreisförmig Fotoelemente angeordnet sind, die einzeln abfragbar oder hintereinander geschaltet sind und daß in den Meßkopf der Sender und der Empfänger einer Lichtschranke integriert sind, deren Signal die Auswertevorrichtung steuert.
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Die Förderstrecke selbst besteht aus handelsüblichen Aggregaten, beispielsweise einem Förderband, dessen Geschwindigkeit vorzugsweise variabel ist, damit diese der Stückzahl der zu prüfenden Dosen und ihrem Durchmessern angepaßt werden kann. Die Geschwindigkeit liegt zweckmäßig oberhalb 40 m/Min. und kann, insbesondere wenn Dosen mit größeren Durchmessern geprüft werden, 150 m/Min. erreichen. Eine Parallelführung, die mit der Förderstrecke verbunden ist, gewährleistet, daß die Dosen jeweils nur in einer Linie dem Prüfkopf zugeführt, d. h. ausgerichtet werden. Die lichte Weite zwischen der Parallelführung ist dabei geringfügig größer als der Außendurchmesser der Dosen, so daß nur wenig seitliches Spiel vorhanden ist, um eine genaue Positionierung der Dose unterhalb des Meßkopfes zu ermöglichen. Der Meßkopf als solcher, der zweckmäßig in seiner Höhe verstellbar ausgerüstet ist, weist eine punktförmige Lichtquelle auf, die vorteilhaft als Halogenlampe ausgeführt sein kann. Die punktförmige Lichtquelle, der zweckmäßig eine Optik, bevorzugt eine Sammellinse, zugeordnet ist, wirft auf den Boden der Dose einen Lichtfleck, der diesen zu 25 bis 80% ausleuchtet. Der Lichtfleck liegt dabei zentrisch in der Dosenmitte, wobei geringe Abweichungen von der Zentrizität, die auf die Toleranz zwischen der Parallelführung und dem Dosenaußendurchmesser zurückzuführen sind, unwesentlich sind und das Meßergebnis nicht beeinflussen. Der Lichtfleck ist andererseits in seiner Größe aber so gewählt, daß auch unter Berücksichtigung dieser Toleranzen der auf dem Boden abgebildete Lichtfleck nicht den Übergangsbereich vom Boden zum Dosenrumpf erreicht. Da das Licht aufgrund der Aufweitung des Lichtpunktes der Lichtquelle nicht rechtwinklig auf den Boden auftritt, wird es vom Boden zum Dosenrumpf reflektiert, d. h., daß die Innenwandungen des Hohlkörpers ebenfalls mit Licht beaufschlagt werden. Das von der Dose insgesamt reflektierte Licht wird über die kreisförmig um die Lichtquelle angeordneten und von der Lichtquelle durch einen Tubus abgeschirmten Fotoelemente erfaßt. Die Fotoelemente sind über Leitungen mit der Auswerteeinrichtung verbunden, in der ein Vergleich stattfindet und die ein Fehlersignal auslöst, um eine teil- oder nichtlackierte Dose auszusondern.
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Das Fehlersignal wird in eine Fehlerverschleppeinrichtung eingespeist, in die auch ein Zählimpuls eingeht. Dadurch ist es möglich, den Auswerfer so zu steuern, daß nur die fehlerhafte Dose ausgesondert wird, obwohl auf der Strecke zwischen dem Meßkopf und dem Auswerfer noch eine Vielzahl anderer Dosen gefördert werden, die ggf. fehlerfrei sein können. Der Fehlerimpuls wird solange verzögert, bis die fehlerhafte Dose die Stelle der Förderstrecke erreicht hat, an der der Auswerfer installiert ist. Der Zählimpuls wird durch die Lichtschranke ausgelöst, die auch die Auswerteeinrichtung steuert. Während die Fotoelemente kontinuierlich das jeweils reflektierte Licht aufnehmen und entsprechend die ermittelte Helligkeit weiter an die Auswerteeinrichtung melden, wird in der Auswerteeinrichtung lediglich dann der Wert ermittelt, wenn gleichzeitig von der Lichtschranke das Signal eingeht, daß die Dose auf ihrem Transportweg die Prüfposition erreicht hat. Sender und Empfänger der Lichtschranke sind zu diesem Zweck in den Meßkopf integriert. Durch die Dose wird der Impuls der Lichtschranke dann ausgelöst, wenn sie auf ihrem Weg über die Förderstrecke zentrisch unter der Lichtquelle steht, wobei ihr äußerer Rand in den Lichtstrahl des Senders der Lichtschranke eintritt.
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Zweckmäßig kann die Lichtquelle dabei gleichzeitig als Sender für die Lichtschranke dienen, wobei vorzugsweise das Licht über einen optischen Lichtleiter an die geforderte Stelle geleitet wird. Zur Ausschaltung von Fremdlichteinflüssen wird jedoch bevorzugt als Sender ein Infrarotstrahler eingesetzt, wodurch die Anlage praktisch störunanfällig wird.
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Da außer groben Lackierungsfehlern auch feinere Fehler gefunden werden sollen, werden gemäß der Erfindung die Fotoelemente einzeln abgefragt. Unterschiedliche Helligkeit in einzelnen Bereichen der Dose führt zu unterschiedlicher Reflektion und damit zu unterschiedlicher Spannung in den einzelnen Fotoelementen. Beim Spannungsvergleich in der Auswerteeinrichtung ergibt sich damit auch dann ein Fehlersignal, wenn sonst der durchschnittliche Wert innerhalb der Toleranz liegt.
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Besonders gute Ergebnisse werden erlangt, wenn die Fotoelemente mit einer Ringblende abgedeckt sind, so daß nur ein Spalt für den Eintritt des reflektierten Lichtes übrig bleibt, der in seiner Lage und Weite so angeordnet ist, daß nur diffus reflektiertes Licht ausgewertet wird, das durch diesen Spalt auf die Fotoelemente fällt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Schnittaufbruch,
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Fig. 2 die Vorderansicht in Richtung II in Fig. 1,
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Fig. 3 die Draufsicht auf eine Prüfvorrichtung gemäß der Erfindung (III in Fig. 1 und 2),
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Fig. 4 einen Meßkopf im Schnitt der Ebene IV-IV der Fig. 2.
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Die Förderstrecke (1) besteht aus einer Stahlkonstruktion aus U-Profilen (16), in die Walzen (17) eingesetzt sind, über die ein Förderband (18) läuft. Im Bereich der Prüfstation (2) ist das Förderband (18) durch einen Gleittisch (19) abgestützt, um für die Prüfung eine exakte Lage der Hohlkörper (4) zu erreichen. Die Hohlkörper (4) werden seitlich durch eine Parallelführung (20) ausgerichtet, so daß sie mit nur sehr geringem Spiel, das ungefähr den Toleranzen bei der Herstellung der Hohlkörper (4) entspricht, unter dem Meßkopf (3) hergeführt werden. Der Meßkopf (3) ist in seiner Höhe über ein Handrad (21) verstellbar an einem Rahmen (22) befestigt, der mit den U-Profilen (16) verschweißt ist.
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Die Höheneinstellung des Meßkopfes (3) erfolgt durch Betätigen des Handrades (21) über ein Kegelradgetriebe (50), Spindelmutter (51) und Gewinde-Hubspindel (52), wobei zwischen den Hohlkörpern (4) und dem Meßkopf (3) ein Abstand A von ca. 2 mm eingestellt wird. In dem Meßkopf (3) ist eine Lichtschranke (5) integriert, die seitlich den Meßkopf (3) nach unten überragt und aus einem Sender (11) und einem Empfänger (12) besteht. Der Meßkopf (3) als solcher besteht aus einem Gehäuse (23), das lösbar am Kopfträger (24) verschraubt ist. Der Kopfträger (24) ist, wie bereits ausgeführt, über das Handrad (21) und die Hubspindel (52) in der Höhe verstellbar und am Rahmen (22) durch Spindelmuffe (53) geführt.
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Das Innere des Gehäuses (23) nimmt einen Tubus (25) auf, der die Lichtquelle (7) enthält, die im Normalfall als Halogenbirne ausgeführt ist. Hinter der Lichtquelle (7) ist ein Konkavspiegel (28) angeordnet, der im Tubus (25) verstellt und damit durch Justiervorrichtung (54) justiert werden kann (Fig. 4). Er wirft das von der Lichtquelle (7) erzeugte Licht durch das optische Element (15), das aus einer bikonvexen Linse (29), einer bikonkaven Linse (55) und einer Lochblende (30) besteht, auf den Boden ( 31) des Hohlkörpers (4), von dem es reflektiert, auf den Rumpf (32) des Hohlkörpers (4) gelangt und als diffuses Licht durch die Ringblende (13) auf die Fotoelemente (8) fällt. Die Fotoelemente (8) sind über eine Leitung (9) mit der Auswertevorrichtung (6) verbunden, die so gestaltet werden kann, daß für einfache Prüfaufgaben alle Elemente gleichzeitig abgefragt werden und nur einen einzigen Helligkeitswert angeben, oder so, daß jedes Fotoelement (8) einzeln abgefragt wird und die dabei ermittelten Werte sowohl untereinander als auch mit einem Sollwert verglichen werden.
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Wird an das Prüfgerät nur die Anforderung gestellt festzustellen, ob ein Hohlkörper (4) innen lackiert ist oder nicht innen lackiert ist, so reicht die Anordnung von drei Fotoelementen (8) auf der Trägerplatte (33), die sich im Kreisring um den Tubus (25) herum erstreckt. Sollen Aussagen über eine Teilinnenlackierung gemacht werden, so ist die Anordnung von mehreren Fotoelementen (8) auf der Trägerplatte (33) erforderlich. Im vorliegenden Fall sind für diesen Zweck zehn Fotoelemente (8) eingesetzt.
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Zur Anpassung an den Innendurchmesser der Hohlkörper (4) und auch deren Höhe kann die lichte Weite der Ringblende (13) verändert werden. Dazu werden Kegelrohre (26) auf den Tubus (25) aufgesetzt und mit diesem durch Madenschraube (56) verschraubt. Desweiteren kann der Tubus (25) in seiner Höhe, also in seiner Lage gegenüber dem Gehäuse (23) bzw. gegenüber der Montageplatte (34) verstellt und durch Madenschraube (57) arretiert werden, ebenso wie der gesamte Meßkopf (3) in seiner Lage zur Förderstrecke (1) verstellt werden kann.
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Die Trägerplatte (33) ist über Stehbolzen (35) mit der Montageplatte (34) verbunden. Durch Anker (36) ist der Abstand der Montageplatte (34) zum Kopfträger (24) festgelegt. Mittels Gewindestangen (38) ist auf der Montageplatte (34) oberhalb der Lichtquelle (7) ein Lüfter (39) installiert. Über einen Filter (40) saugt der Lüfter (39) Umgebungsluft außerhalb des Meßkopfes (3) an und bläst diese durch Öffnungen (58) über die Lichtquelle (7) und auch seitlich über den Tubus (23) nach unten, wobei sie durch die Ringblende (13) austritt. Im Gehäuse (23) herrscht dadurch ein geringer Luftüberdruck, der das Eindringen von Staub und damit ein Verschmutzen des Meßkopfes (3) verhindert. Gleichzeitig wird die Lichtquelle (7) hierdurch gekühlt.
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Beim Auftreten eines Lackierfehlers in einem Hohlkörper (4) wird durch die Änderung der Lichtintensität des reflekierten Lichtes in der Auswertevorrichtung (6) ein Signal erzeugt. Dieses Signal wird so lange gespeichert, bis, getaktet durch die Lichtschranke (5), der fehlerhafte Hohlkörper (4) eine Position in Höhe des Auswerfers (10) auf der Förderstrecke (1) erreicht hat. In diesem Moment wird ein Impuls zur Betätigung des Auswerfers (10) ausgelöst, wodurch der fehlerhafte Hohlkörper (4) von der Förderstrecke (1) abgestoßen wird und in einen Ableittrichter (41) gelangt.