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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen von
Artikeln, beispielsweise Flaschen.
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Es ist bekannt, die Abmessungen einer Flasche zu messen, um
sicherzugehen, daß diese eine vorbestimmte Größe innerhalb vorbestimmter
Toleranzen aufweist. Natürlich ist es wichtig, daß das oben offene Ende einer
Flasche die richtige Größe hat, um mit einer Kappe oder einem Deckel der
Flasche zusammenwirken zu können, daß die Flasche senkrecht zu ihrer
vertikalen Achse (oder in einer anderen vorbestimmten Orientierung)
eingestellt ist, so daß sich das offene Ende in der richtigen Stellung befindet,
wenn die Flasche zu einer Füllstation bewegt wird, und daß die
Etikettaufnahmeseite auf der Flasche richtig bemessen und orientiert ist. Zahlreiche
weitere Parameter und Merkmale können eine Messung erforderlich
machen.
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Derzeit werden aus der Produktion kommende Flaschen von Hand durch
geschultes Qualitätsprüfpersonal ausgemessen. Die Meßperson mißt
ausgewählte Abmessungen mit Hilfe von Handmeßgeräten, beispielsweise
Rachenlehren, einem Mikrometer oder einer elektronischen Meßeinrichtung.
Beim Messen nicht starrer Flaschen, beispielsweise von Plastikflaschen,
kann der durch die Prüfperson auf die Flasche beim Messen ausgeubte
Druck die Flasche verformen, und das Meßergebnis beeinflussen. Dies
steigert die Anforderungen an die Kenntnisse, die zum Messen der Artikel
erforderlich sind.
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Es ist bekannt, Artikel in dreiaxialen Meßvorrichtungen auszumessen, die
eine Meßsonde besitzt, die sich entlang dreier verschiedener Achsen
bewegt, um jede Dimension ausmessen zu können. Die Sonde ist
üblicherweise an einem massiven Granitblock gelagert, um die Prüfunterlage starr zu
halten und die Stellung der Sonde in Bezug auf eine Nullposition (0, 0, 0)
zu gewährleisten. Dann kann man die (X-, Y-, Z-)Koordinaten jedes Teils
des Artikels messen, wobei die Entfernung zwischen zwei Meßpositionen
den Durchmesser des Halses einer Flasche liefern kann. Maschinen zur
dreiaxialen Messung sind sehr teuer.
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Zum Stand der Technik gehörige Meßvorrichtungen unterschiedlicher Arten
sind in der EP-A-0 026 621, der JP-A-57-142510 und in
Fertigungsmeßtechnik, Handbuch für Industrie und Wissenschaft, H.J. Warnecke und W.
Dutschke, Springer-Verlag 1984, Seiten 290-291 beschrieben. Die EP-A-0
157 176 beschreibt eine Meßvorrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer zweiaxialen
Meßvorrichtung, die sich zum Abmessen von Artikeln, wie zum Beispiel
Flaschen eignet.
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Die Erfindung schafft eine Meßvorrichtung zum Messen der Abmessungen
eines Artikels in zwei geneigten Richtungen, umfassend ein Paar Meßköpfe
mit jeweils einer Meßsonde und einem eine Berührung signalisierenden
Auslöser, welcher der Sonde betrieblich zugeordnet ist, ein Untergestell mit
einer ebenen Aufstellfläche für den zu messenden Artikel, einer ersten und
einer zweiten Antriebseinrichtung, von denen die erste Antriebseinrichtung
dazu ausgebildet ist, jeden der Meßköpfe unabhängig voneinander
gegenläufig entlang einer ersten Richtung soweit zu bewegen, bis die Sonden die
Auslöser betätigen, um Berührung mit dem Artikel zu signalisieren, wobei
die erste Richtung parallel zu der Ebene des Untergestells ist, und wobei die
zweite Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Meßköpfe entlang einer
zweiten Richtung so lange zu bewegen, bis die Sonden die Auslöser
betätigen, um Berührung mit dem Artikel zu signalisieren, wobei die zweite
Richtung relativ zu der ersten Richtung geneigt ist, die erste und die zweite
Richtung in einer gemeinsamen Meßebene liegen, wobei die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet ist, daß das Untergestell winkelbeweglich um eine
Achse senkrecht zur Ebene des Untergestells ist, um Teile des zu
messenden Artikels in die Meßebene zu bringen, wobei die Anordnung derart
beschaffen ist, daß verschiedene Teile des Artikels in die Meßebene bringbar
sind, jede Meßsonde derart angeordnet ist, daß sie im Winkel relativ zu dem
Meßkopf bewegbar ist, damit sie ihren zugehörigen Auslöser dann auslöst,
wenn sie den Artikel bei der Bewegung des Meßkopfs entlang der ersten
Richtung berührt, und um im Winkel innerhalb der Meßebene in einer
entgegengesetzten Richtung bewegt zu werden, um den Auslöser zu betätigen,
wenn sie den Artikel bei der Bewegung des Meßkopfs entlang der zweiten
Richtung berührt.
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Eine derartige Vorrichtung kann wesentlich billiger gebaut werden als eine
dreiaxiale Meßvorrichtung.
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Die erste und die zweite Richtung stehen vorzugsweise senkrecht
aufeinander, vorzugsweise verlaufen sie horizontal bzw. vertikal.
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Der Meßkopf wird vorzugsweise in einer von den genannten Richtungen
durch die eine Antriebseinrichtung angetrieben, die auf einem Schlitten
getragen wird, wobei der Schlitten in die andere der Richtungen von der
anderen Antriebseinrichtung angetrieben wird.
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Die Antriebseinrichtung kann aus Schrittmotoren bestehen.
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Die Meßsonde ist vorzugsweise druckempfindlich und kann einen Schalter
beinhalten.
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Vorzugsweise wird die Sonde entlang einem Umfangsbogen zwangsgeführt,
der sich auf den Meßkopf bezieht, wenn sie eine Oberfläche berührt und
sich der Meßkopf entlang der ersten Richtung bewegt, und vorzugsweise
wird sie entlang des gleichen Umfangsbogens relativ zu dem Meßkopf
geführt, wenn sie eine Oberfläche berührt und der Meßkopf sich entlang der
zweiten Richtung bewegt.
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Der Meßkopf bewegt sich vorzugsweise entlang der ersten oder der zweiten
Richtung lediglich zu einem Zeitpunkt.
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Die Meßsonde ist vorzugsweise ein langgestrecktes Glied, welches für eine
Winkelbewegung in der Meßebene empfindlich ist.
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Die Antriebseinrichtung und die Meßsonde werden vorzugsweise von einem
Rechner oder einer anderen automatischen Steuereinrichtung gesteuert und
überwacht. Der Rechner ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß er
automatisch eine vorbestimmte Testroutine durchführt, und er kann die
Testergebnisse darstellen oder ausdrucken.
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Im folgenden wird lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die
begleitenden Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung erläutert. Es
zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Meßvorrichtung;
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Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Meßvorrichtung nach Fig. 1;
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Fig. 3 einen zu messenden Artikel;
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Fig. 4 schematisch einen Meßkopf der Vorrichtung nach Fig. 1; und
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Fig. 5 schematisch modifizierte Meßköpfe.
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Figuren 1 bis 4 zeigen eine Meßvorrichtung 1 für Artikel 1', die ein
Meßgerät 2 enthält, welches von einem Rechner 3, betrieben wird. Das Meßgerät
2 enthält ein Untergestell 3, welches drehbar an einer starren Plattform 4
gelagert ist, und ein Paar Mebköpfe 5 und 6, die zur Ausführung einer
horizontalen Bewegung an einem Schlitten 7 gelagert sind, der seinerseits auf
einem Trägerrahmen 8 zur Ausführung einer Vertikalbewegung gelagert ist.
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Der Trägerrahmen 8 enthält zwei vertikale Stäbe 9 und 10, die an der
Plattform 4 befestigt und mit ihren oberen Enden über eine Querstange 11
verbunden sind. Ein Schrittmotor 12 ist an der Querstange 11 gelagert und
steuert die Drehung einer vertikalen Gewindespindel 13, an deren oberem
Ende der Schrittmotor angebracht ist, und die mit ihrem unteren Ende in
einem Lager innerhalb der Plattform 4 sitzt. Der Schrittmotor 12 wird von
dem Rechner 3' gesteuert.
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Der Schlitten 7 enthält zwei Endzonen 14 und 15 mit mittigen
Durchgangsbohrungen, durch die sich die Stäbe 9 erstrecken, wodurch der Schlitten 7
vertikal geführt wird, und er enthält eine Verbindungszone 16, welche die
Endzonen 14 und 15 miteinander verbindet. Zwei horizontale
Führungsstangen 17 und 18 verlaufen zwischen den Zonen 14 und 15 und werden
von diesen getragen. Getrennt gesteuerte Schrittmotoren 19 und 20 sind an
dem Schlitten 7 an den Endzonen 14 gelagert. Zwei Gewinde-Halbspindeln
21 und 22 verlaufen horizontal von den Schrittmotoren 19 und 20
ausgehend aufeinander zu und sind miteinander gekoppelt, um an ihren zentralen
Enden über eine Hülse 23 gekoppelt zu werden. Die Halbspindeln 21 und
22 werden von den Schrittmotoren unabhängig angetrieben.
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Jeder Meßkopf 4 oder 6 besitzt ein Paar paralleler Durchgangsbohrungen,
durch die hindurch die Führungsstangen 17 und 18 laufen, wodurch die
Meßköpfe zur Ausführung einer Horizontalbewegung in Bezug auf den
Schlitten 7 geführt werden. Die Köpfe 5 und 6 besitzen
Schraubgewindeeinrichtungen, die mit den Gewinden der Spindel 21 bzw. 22
zusammenwirken, um die Köpfe entlang ihrer zugehörigen Halbspindel anzutreiben. Die
Köpfe 5 und 6 besitzen vorstehende Zylinderabschnitte 24 und 25, in denen
Kontaktschalter 26 und 27 vorgesehen sind. Die Schalter 26 und 27 werden
aktiviert durch die Bewegung von Kontaktsonden 28 und 29, die von einer
federbelasteten zentralen, neutralen Stellung ausgeht. Die Schalter sind
Konstantdruck-Schalter, die etwa 35g (etwa 0,35 N) zur Aktivierung
erfordern. Jede Sonde 28 und 29 enthält ein längliches Glied 30, welches
schwenkbar an einem Zylinderabschnitt 24 oder 25 gelagert ist, um in einem
Bogen innerhalb einer Ebene bewegbar zu sein, die durch die vertikale und
horizontale Bewegungsrichtung der Köpfe 5 und 6 definiert wird. Die
länglichen Glieder 30 haben einen Querkontaktkopf 31.
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Das Untergestell 3 ist um eine vertikale Mittelachse drehbar und wird von
einem weiteren Schrittmotor 32 gesteuert. Das Untergestell 3 enthält eine
Vakuum-Einspannung 33 (alternativ eine mechanische Einspannung), die
von dem Rechner 3, gesteuert wird.
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Der Rechner 3, enthält eine Tastatur 35, einen Anzeigeschirm 36 und einen
(nicht dargestellten) Drucker.
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Ein Benutzer, der die Abmessungen einer Flasche (zum Beispiel der in Figur
3 gezeigten Flasche 40) prüfen will, gibt in den Rechner die zu messenden
Spezifikationen, das zu erwartende Ergebnis und akzeptierbare Toleranzen
ein. Beispielsweise kann der Benutzer eingeben: "Höhe a mm"; "Höhe an
Schulter b mm"; "Höhe der Unterseite des oberen Flansches d mm"; "Breite
des oberen Flansches e mm"; "Breite des Halses f mm"; "Breite des Körpers
g mm"; "Breite der Etikettierfläche h mm"; "Tiefe des Körpers
einschließlich der Etikettierfläche i mm"; und "Tiefe des Körpers ohne die
Etikettierfläche j mm". Diese Abstände sind in Figur 3 skizziert. Der Benutzer gibt
ebenfalls ein, von wo die beiden Sonden 28 und 29 eine geradlinige
Meßbewegung beginnen.
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Der Benutzer leitet eine Kalibrierprüfüng ein (zum Beispiel dadurch, daß er
einen Standard-Block auf die Vakuumeinspannung setzt und den Rechner
diesen Block messen läßt). Wenn die Nullstellung des Systems
ordnungsgemäß ist, bringt der Benutzer die Flasche 40 etwa auf die Mitte der
Vakuumeinspannung 33, wie in Figur 1 dargestellt ist, um anschließend den
Meßablauf in Gang zu setzen.
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Dann aktiviert der Rechner automatisch die Vakuumeinspannung (nur
solche Düsen der Einspannung, die den Boden der Flasche erfassen) und bringt
die beiden Meßsonden in die Stellungen, in denen sie ihre erste
Meßbewegung beginnen, im vorliegenden Beispiel eine Stellung, die in Figur 3 mit P1
bzw. P2 markiert ist. Diese Startpunkt-Positionen sind derart gewählt, daß
eine gewisse Fehlausrichtung der Flasche auf dem Untergestell 3 zulässig
ist. Die Köpfe und die Sonden werden dann von dem Schrittmotor 12 in
jeweiligen geraden Linien (vertikal nach unten) so lange bewegt, bis ihre
Schalter 26 und 27 aktiviert werden. Die Schalter 26 und 27 werden
aktiviert durch die Kollision der Kontaktköpfe 31 mit der Oberseite des
Flansches oben an dem Flaschenhals, wenn die Köpfe 5 und 6 sich nach unten
bewegen und bewirken, daß die Sonden sich nach oben verschwenken und
dadurch die Schalter 26 und 27 schließen. Der Rechner zeichnet die
Messungen a1 und a2 auf (entsprechend den Positionen des Schrittmotors 12).
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Dann betätigt der Rechner die Schrittmotoren, um die Sonden in die
Stellungen (P3 und P4) zu bringen, aus denen heraus sie die zweite
Meßbewegung beginnen. Dann bewegen sich die Sonden in einer geraden Linie so
weit, bis die Schalter 26 und 27 aktiviert werden, und es werden die
zweiten Messungen (Messung b) abgegriffen.
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Der Rechner mißt die vertikalen Höhen, die nach unten verlaufen, dann die
vertikalen Höhen, die nach oben verlaufen, anschließend die Breiten e1-e2;
f1-f2; g1-g2 und h1-h2. Dann treibt der Rechner den Schrittmotor 32 an,
um das Untergestell 3 und die Flasche 40 so zu drehen, daß die Vorderseite
und die Rückseite der Flasche in eine Position gelangen, in der sie
rechtwinklig bezüglich der horizontalen Meßrichtung verlaufen. Dann werden die
Strecken i1-i2 und j1-j2 gemessen.
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Natürlich können die Sonden dann in die Mündungsöffnung einer Flasche
eintauchen, um deren Innendurchmesser zu vermessen.
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Man sieht, daß die Ausgestaltung der winkelbeweglichen Sonden, die
entweder nach oben oder nach unten verschwenken, wenn sie mit einer Fläche
in Berührung gelangen, der Sonde auch gestatten, unter Verwendung des
gleichen Schalters in senkrechten Richtungen zu messen. Ein und dieselbe
Sonde kann in X- und in Z-Achsen-Richtung messen: sie kann horizontale
und vertikale Flächen nachweisen.
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Wenn die Sonden horizontal bewegt werden, bewegen sie sich als Tandem
in entgegengesetzte Richtungen. Dies hat zum Ergebnis, daß die
Horizontalkräfte,
die auf die Sonden einwerken, einander entgegengesetzt sind und
es keine resultierende Kraft gibt, die auf die zentrierte Flasche einwirkt.
Während der ersten Horizontalmessung gelangt möglicherweise eine der
Sonden mit der Flasche vor der anderen Sonde in Berührung, falls die
Flasche nicht zentriert ist. Um zu vermeiden, daß die Flasche am Anfang
verrutscht oder kippt, beinhalten die Schalter 26 und 27 eine
Anschlageinrichtung, welche die Bewegung des entsprechenden Kopfs und der Sonde
sofort anhält, wenn der Schalter schließt. Die Anschlageinrichtung ist
vorzugsweise ein mechanischer Anschlag. Die Messung erfolgt in der
endgültigen (zentrierten) Ruhestellung der Flasche. Wenn die Mittellinie der Flasche
sich nicht dort befindet, wo der Rechner sie nach der ersten
Horizontalmessung erwartet, kann der Rechner seine Befehle für die Schrittmotoren 19
und 20 auch so einstellen, daß die nachfolgenden Messungen auf die
ermittelte Mittelstellung zentriert werden.
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Wenn der Meßablauffertig ist, prüft der Rechner die Meßwerte, um
sicherzustellen, daß diese sich innerhalb akzeptierbarer Toleranzen der
Erwartungswerte befinden. Falls nicht, wird automatisch ein Alarm aktiviert.
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Ein Ausdruck der Meßwerte, gegebenenfalls verglichen mit den
Erwartungswerten, wird erstellt, um eine Ladung Flaschen für einen Kunden zu
begleiten und so dem Kunden die Normgerechtigkeit der Flaschen zu
garantieren. Der Rechner kann auch die Prüfgeschichte vorhergehender Tests
für den gleichen Flaschentyp anzeigen, um mögliche Trends nachzuweisen,
beispielsweise eine fortschreitende Anderung einer Abmessung aufgrund
eines Formverschleißes. Er könnte sogar automatisch derartige Trends
nachweisen und den Benutzer vor einem nicht akzeptierbaren
Verschlechterungs-Trend warnen.
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Der Rechner ist so programmiert, daß er viele unterschiedliche Flaschen,
Töpfe und andere Behälter mißt, wobei auf den Meßablauf und die
erwarteten Werte durch eine Teile-Bezugsnummer zugegriffen werden kann.
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Die Schrittmotoren drehen sich in Schritten von 1,8º, was unter
Berücksichtigung der Gewinde der Gewindespindeln bedeutet, daß die Sonden
horizontal und vertikal in Schritten von etwa 10µm bewegt werden.
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Natürlich kann das System andere Artikel als Flaschen messen oder Prüfen.
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Figur 5 zeigt alternative Meßköpfe 50, bei denen eine Sonde 51 starr mit
einer Mittelspindel 52 über abgeknickte Arme 53 gekoppelt ist, wobei die
gesamte Spindel 50 im Winkel um einen geringen Betrag bewegt wird,
wenn die Sonde 51 etwas berührt.