DE1959815B2 - Vorrichtung zum Nachweis von Fehlstellen in schichtförmigem Material - Google Patents

Description

40

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gemäß dem bisherigen Stand der Technik bestanden die Methoden zum Nachweis von Fehlstellen in Glasscheiben in der visuellen Prüfung durch einen erfahrenen Inspektor, der jeden sichtbaren Fehler mit Kreide markierte. Ein geschulter Glasschneider entschied dann über die beste Verwendung der betreffenden Glasscheibe. Später wurden Lichtabtastvorrichtun- gen entwickelt, die in ihrer Wirksamkeit von der Unterbrechung des Lichtstrahls abhängig waren.

Aus der US-PS 33 17 738 ist eine Vorrichtung zum optischen Nachweis von Löchern, Perforierungen und Texturfehlern in blatt- bzw. blechartigem Material aus z. B. Papier, Metall und Leder, bekannt, welche eine auf einer Seite des zu prüfenden Materials angeordnete Lichtquelle zur Erzeugung eines kollimierten Lichtstrahls, einen auf der gleichen und/oder entgegengesetzten Seite wie die Lichtquelle angeordneten speziellen stabförmigen photoelektrischen Empfänger, ein rotierendes Spiegelpolygon, das von dem Lichtstrahl beaufschlagt wird und diesen über einen bestimmten Winkelbereich ablenkt, und einen konkaven Spiegel umfaßt, welcher den vom Spiegelpolygon ausgehenden Lichtstrahl zum zu prüfenden Material reflektiert Wenn die Lichtquelle und der Empfänger auf der gleichen Seite des Materials angeordnet sind, nimmt der Empfänger vom Material reflektiertes Licht auf, während er durch das Material hindurchgegangenes Licht nur dann aufnimmt, falls dieses Löcher aufweist und der Empfänger und die Lichtquelle auf entgegengesetzten Seiten des Materials angeordnet sind. Die durch das Material im Falle darin vorhandener Löcher hindurchlxetenden, vom Empfänger aufgenommenen Lichtstrahlen sind diffus, was zur Ermittlung von Löchern durch An- oder Abwesenheit von Licht auch völlig ausreichend ist

Demgegenüber sind in Glas als zu testendem, lichtdurchlässigem Material normalerweise keine Löcher, sondern konkave und konvexe Stellen als zu ermittelnde Mängel vorhanden, welche als optische Linsen wirken und die Bahn von Lichtstrahlen, die durch das Glas treten, verändern. Wenn jedoch die durch das Glas hindurchgetretenen Lichtstrahlen wie bei der bekannten Vorrichtung diffus sind, können mit dieser die vorgenannten Glasdefekte überhaupt nicht ermittelt werden, da keine hellen und dunklen Stellen in dem durch das Glas hindurchgetretenen Lichtstrahlenbündel auftreten.

Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verrichtung zum optischen Nachweis von Fehlstellen, wie insbesondere konkave und konvexe Stellen, in Glasscheiben zur Verfügung zu stellen, wobei möglichst große Bereiche der Scheiben abgetastet, und ferner auch winzige und unauffällige Fehlstellen ermittelbar sein sollen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in ihrer bevorzugten Ausführungsform, bei der der photoelektrische Empfänger auf der der Lichtquelle abgewandten Seite des Glasbandes angeordnet ist, anhand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert

F i g. 1 ist eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung;

F i g. 2 ist Vorrichtung;

Fig.3 ist eine detaillierte Draufsicht auf die Vorrichtung, während

F i g. 4 ein detaillierter Schnitt durch die Vorrichtung der F i g. 1 ist

Ein sich bewegendes Glasband G ist auf einem geeigneten, für die Lichtstrahlen durchlässigen Träger angeordnet. Eine Lichtquelle 10, die einen hochgradig kollimierten Lichtstrahl erzeugt, ist in der Nähe der Bahn des bewegten Glasbandes angeordnet Ein geeigneter lichtempfindlicher und auf Licht ansprechender photoelektrischer Empfänger 11 ist auf der anderen Seite des bewegten Glasbandes angeordnet Der Lichtstrahl wird bei dieser Ausführungsform durch ein mehrflächiges Spiegelpolygon 12, das zwischen der Lichtquelle und dem sich bewegenden Glasband angeordnet ist, unter Durchführung einer Abtastbewegung über das sich bewegende Glasband geführt Strahlen aus parallelem Licht 13 werden von der Lichtquelle auf das Spiegelpolygon gerichtet Das rotierende Spiegelpolygon 12 reflektiert das Licht auf einen konkaven Spiegelabschnitt 14, der sich zwischen der Lichtquelle und dem mehrflächigen Spiegelpolygon befindet, ohne daß jedoch der Strahlengang des Lichts von der Lichtquelle zum Polygon 12 unterbrochen wird.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird ein Lichtstrahl auf das Spiegelpolygon 12 gerichtet Durch einen Motor

eine schematische Seitenansicht der

wird dieses um seine Mittelachse gedreht. Der Lichtstrahl 13 wird von der Fläche des Spiegelpolygons 12 auf die Oberfläche des Spiegels 14 geworfen. Während das Spiegel polygon rotiert, überstreicht der Lichtstrahl die Oberfläche des Spiegels 14 von einem Rand zum anderen, wird von der Oberfläche des Spiegels reflektiert und geht auf geradem Weg zum photoelektrischen Empfänger 11. Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, hat das Überstreichen der Oberfläche des Spiegels 14 durch den Lichtstrahl zur Folge, daß der Lichtstrahl ein Segment des Glasbandes, das in der Zeichnung als Segment 15 bezeichnet ist, abtastet. Dieses Verfahren gestattet die Verwendung einer stationären Lichtquelle und eines stationären photoelektrischen Empfängers unter Erzielung eines Licht-Strahles, der einen relativ weiten Bereich des sich bewegenden Glasbandes abtastet, was durch den koüimierten Lichtstrahl ermöglicht wird. Der photoelektrische Empfänger dient als Eingab oquelle für bekannte Auszähl- und Computervorrichtungen.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Ein Werkstück aus Glas, das auf Fehler geprüft werden soll, wird auf einer Bewegungsbahn entlanggeführt. Das kollimierte Licht wird gegen eine Oberfläche des Glases gerichtet. Der Lichtstrahl überstreicht eine Zone des Glases, weiche den Bereich des prüfenden Strahles bildet. Die Intensität des Lichtstrahls wird verändert, wenn dieser durch verschiedene Fehler im Glas unterbrochen wird. Ein die Lichtintensität anzeigender Empfänger nimmt den Lichtstrahl auf, nachdem er durch das Glas hindurchgegangen ist Die Veränderung der Lichtintensität wird dann auf eine Veränderung der elektrischen Spannung, des elektrischen Stroms oder beider zur weiteren Steuerung anderer Vorrichtungen übertragen. Das Funktionsprinzip besteht darin, daß man einen Strahl aus kollimiertem Licht auf ein Werkstück aus Glas richtet, einen Teil der Oberfläche des Werkstückes mit kollimiertem Licht abtastet, wobei die Intensität des kollimierten Lichtstrahles in Abhängigkeit von der Anwesenheit oder Abwesenheit von Glasfehlern verändert wird, und den kollimierten Strahl unterschiedlicher Intensität an einem Anzeigepunkt auffängt und den sich verändernden Lichtstrahl in einen sich verändernden elektrischen Strom oder eine variierende elektrische Spannung umwandelt, um so den gesamten Funktionsablauf weiter zu steuern.

Die Breite der erfaßten Zone wird durch die Größj des Spiegelpolygons 12 gesteuert. Die Verwendung eines sechzehnflächigen Spiegelpolygons in Verbindung mit einem Spiegel 14 einer Brennweite von etwa so 3,048 m ergibt quer über das Glasband eine Abtastzone von etwa 40,64 cm. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß neun derartige Abtasteinheiten ausreichen, un: ?ine aus einem typischen Flotationsbehälter oder einer Ziehmaschine gezogene Glasscheibe vollständig abzutasten.

Die Vorrichtung wird ferner in den Fig.3 und 4 gezeigt Fig.3 stellt eine Draufsicht und Fig.4 eine Seitenansicht der Vorrichtung dar. Die Vorrichtung besteht aus drei Hauptteilen, der Lichtquelle 10, dem photoelektrischen Empfänger U und dem dazwischen angeordneten Spiegelpolygon 12. Ein Lichtstrahl 13 wird von der Quelle des kollimierten Lichts auf das Spiegelpolygon 12 projiziert. Dieses hat bei dieser Ausführungsform sechzehn Flächen, wobei die Distanz quer über jede Fläche 10,16 cm ± 0,794 mm beträgt. Das "5 Spiegelpolygon besteht aus optischem Kronglas. Die Winkelgenauigkeit der Flächen beträgt ±6 Bogenminuten. Die Oberflächengenauigkeit der Flächen entspricht einer halben Wellenlänge von grünem Quecksilberlicht. Jede Fläche ist aluminiert und anschließend mit Siliziummonoxid überzogen. Der Lichtstrahl wird dann von der Fläche des Spiegelpolygons auf die Vorderfläche des konkaven sphärischen Spiegels 14 reflektiert Der Durchmesser des Spiegels beträgt bei dieser Ausführungsform 60,96 cm ±1,588 mm. Sein Krümmungsradius beträgt 122,0 cm± 1%. Der Spiegel ist aus optischem Kronglas hergestellt und besitzt über jeden beliebigen Bereich mit einem Durchmesser von 10,16 cm eine Oberflächengenauigkeit von einer Wellenlänge des grünen Quecksilberlichts. Die Oberfläche ist ebenfalls aluminiert und mit Siliziummonoxid überzogen. Die Lichtquelle 10 ist in irgendeiner geeigneten Stellung zur transportierten Glasscheibe G angeordnet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Lichtquelle 10 oberhalb der Transportvorrichtung, d. h. oberhalb der nicht getragenen Oberfläche des Glases. Der photoelektrische Empfänger 11 ist unterhalb des Glases oder unterhalb der getragenen Glasoberfläche angeordnet. Das Spiegelpolygen 12 und der Spiegel 14 sind so angeordnet, daß der Lichtstrahl auf einer nicht unterbrochenen Bahn von der Lichtquelle 10 zur Oberfläche des Spiegelpolygons 12 gehen und dann, wie in F i g. 1 gezeigt, zum Abtastspiegel zurückgeworfen werden kann. Die Lichtquelle 10 und der Spiegel 14 können aber auch auf der gleichen Seite wie der photoelektrische Empfänger 11 angeordnet sein. Der Lichtstrahl 13 kann auch durch ein Prismensystem in einer unterbrochenen Linie von der Lichtquelle 10 zum Spiegelpolygon 12, von dort zum Spiegel 14 gerichtet sein und dann von der Oberfläche des Spiegels 14 durch die Glasscheibe G zum photoelektrischen Empfänger 11 gelenkt werden. F i g. 2 zeigt in einer Seitenansicht, wie das Spiegelpolygon seitlich von der Linie der Bewegung des Lichts vom Spiegel 14 zum photoelektrischen Empfänger versetzt ist.

Die Hauptbestandteile der Vorrichtung, d.h. die Lichtquelle 10 und der photoelektrische Empfänger 11 nehmen, bezogen auf die Linie der Glasbewegung, eine stationäre Stellung ein. Das Spiegelpolygon 12 bewirkt, indem es das Licht auf den konkaven Spiegel 14 reflektiert, daß der Lichtstrahl die Oberfläche des Spiegels abtastet, und der resultierende Weg der Bewegung des Lichts durch das Glas ergibt, wie in F i g. 1 gezeigt, eine sehr wesentliche Abtastzone. Das Spiegelpolygon wird von einem Synchronmotor mit 3600 UpM angetrieben. Eine sehr geeignete Quelle für kollimiertes Licht ist ein Laser, der auf das sechzehnflächige Spiegelpolygon ausgerichtet ist, welches sich in der Objektebene des konkaven Spiegels 14 befindet. Der Laserstrahl tastet die Oberfläche des konkaven Spiegels ab, und der Spiegel fokussiert den Strahl an einen einzigen Punkt auf der optischen Achse des Systems. Natürlich ist der photoelektrische Empfänger 11 oder Verstärker an dem Konvergenzpunkt oder in der Bildebene des Spiegels angeordnet. Dieser Empfänger spricht auf Veränderungen in der Intensität des empfangenen Lichtstrahles an. Wenn man die Glastransportvorrichtung im System relativ nahe am Abtastspiegel anordnet, kann man eine große Abtastzone eriialten.

Der photoelektrische Empfänger kann aus irgendeiner lichtempfindlichen Vorrichtung, z. B. einer lichtempfindlichen Photozelle, bestehen, die auf eine Veränderung der Intensität des Lichtstrahles anspricht: er kann als Eingabevorrichtung für eine Anzahl anschließender

Operationen, so ζ. B. für die computergesteuerte Bestimmung der wirtschaftlichsten Verfahren der Zerteilung der Glasscheibe um die Fehlstellung herum, verwendet werden. Einer der größten Vorteile der mit einem kollimierten Lichtstrahl arbeitenden Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß, im Vergleich zu bislang bekannten ähnlichen Vorrichtungen, der Lichtstrahl in einem relativ kurzen Intervall der Bewegung der Glasscheiben den Bereich der Fehlstellen relativ häufig überstreicht. Verglichen mit der Ausdehnung der üblichen im Glas auftretenden Fehlstellen hat der koüimierte Lichtstrahl eine sehr kleine Ausdehnung. Die Abtastgeschwindigkeit ist so groß, daß Tausende von Fehlern in relativ kurzer Zeit erfaßt werden. Jede Verringerung der Intensität des Lichtstrahls bewirkt ein Absinken des elektrischen Potentials und wirkt als Auslöser eines mit dem photoelektrischen Empfänger verbundenen Impulskreises. Die ausgelösten Impulse werden dann als Eingabesignal für eine Anzahl von Vorrichtungen verwendet, die für die weitere Verarbeitung des Glases geeignet sind.

Für die optimale Bestimmung der Fehlstellencharakteristika ist eine hochgradig kollimierte Lichtquelle erforderlich. Eine der wirksamsten Lichtquellen ist eine als Laser bekannte Lichtquelle mit pulsierender Emission. Die Laserquelle erzeugt einen Lichtimpuls, der sich im wesentlichen parallel fortpflanzt und mit nur geringen oder keinen Abweichungen von dem parallelen Verlauf über eine relativ große Entfernung geführt werden kann. Es kann jedoch auch eine punktförmige Lichtquelle verwendet werden, deren Licht durch ein System von Linsen unter Herstellung eines parallelen Lichtstrahls geführt werden kann.

Die Abtastvorrichtung beütehit aus einem mehrflächigen Spiegelpolygon 12, das; drehbar auf einer Welle angeordnet ist, die mit einem Antriebsmotor verbunden ist Das rotierende Spiegelpolygon der bevorzugten Ausführungsform hat sechzehn Seiten oder Flächen. Andere geometrische Formen können jedoch in Abhängigkeit von der gewünschten Länge der zu überstreichenden Zone verwendet werden.

Der Spiegel ist in einer geeigneten Stellung relativ zur Glastransportvorrichtung und zur Abtastvorrichtung angeordnet, so daß bewirkt v/ird, daß der Lichtstahl den angemessenen Bereich auf dem Glasband abtastet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Nachweis von Fehlstellen in schichtförmigem Material mit einer auf einer Seite des Materials angeordneten Lichtquelle zur Erzeugung eines kollimierten Lichtstrahls, mit einem von dem Lichtstrahl beaufschlagten rotierenden Spiegelpolygon zur Ablenkung des Lichtstrahls über einen bestimmten Winkelbereich, mit einem konkaven ι ο Spiegel, der den vom Spiegelpolygon ausgehenden Lichtstrahl zum Material hin reflektier! und mit einem photoelektrischen Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Spiegel (14) derart ausgebildet und derart bezüglich des Spiegelpolygons (12) angeordnet ist, daß die von ihm reflektierten Strahlen nach zumindest einmaligem Durchtritt durch das aus einer Glasscheibe (G) bestehende Material in einem Punkt konvergieren und daß der photoelektrische Empfänger (11) in diesem Punkt angeordnet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelpolygon (12) mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit angetrieben ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen des Spiegelpolygons (12) und des konkaven Spiegels (14) mit Siliziummonoxid überzogen sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Laser (10) ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Transport der Glasscheibe (G) vorgese- hen sind und daß die Abtastung quer zur Bewegungsrichtung erfolgt.