DE69505749T2

DE69505749T2 - Dickenmessverfahren für transparentes material

Info

Publication number: DE69505749T2
Application number: DE69505749T
Authority: DE
Inventors: Pascal F-92400 Courbevoie Grente; Jingwei F-92160 Antony Zhang
Original assignee: SGCC SAS
Current assignee: SGCC SAS
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1995-02-17
Publication date: 1999-07-01
Anticipated expiration: 2015-02-18
Also published as: ES2126255T3; JPH08509298A; ATE173082T1; FR2716531B1; WO1995022740A1; BR9506143A; EP0695414A1; NO954112L; MX9504353A; NO954112D0; CA2160802A1; CN1123570A; EP0695414B1; FR2716531A1; AU1815595A; US5657124A; AU690966B2; DE69505749D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Dicke transparenter Materialien. Sie ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf die Messung der Dicke von aus Glas bestehenden Materialien und noch spezieller auf die Messung der Dicke von gläsernen Verpackungen wie größeren oder kleineren Flaschen gerichtet.
Die von den Kunden gestellten allgemeinen Anforderungen an die Qualität und das Dünnerwerden von Flaschen erfordern eine sehr strenge Kontrolle ihrer Dicke.
Zur Dickenmessung ist es in der Glasindustrie üblich, sich auf elektrische Kapazitätsmessungen zu stützen. Da Glas ein dielektrischer Stoff ist, erlaubt es die Messung seiner Kapazität mit Hilfe von Elektroden, die Glasdicke lokal zu ermitteln.
Ein solches Verfahren ist insbesondere in den Patenten EP-A-0 300 616 und EP-A-0 363 114 beschrieben. Es besteht darin, einen Sensor in Form einer langen Elektrode an einer Flasche anzubringen, wobei diese sich um sich selbst dreht.
Ein derartiges Verfahren hat den Nachteil, daß der Sensor auf der Wand der Flasche festgehalten werden muß. Das führt unvermeidlicherweise zu seinem schnellen Verschleiß, der durch die Umdrehung der Flasche noch verstärkt wird. Auch kann dieser Sensor vollständig zerstört werden, wenn die Flasche einen großen Fehler aufweist, durch welchen er in Mitleidenschaft gezogen wird.
Ein anderes Verfahren ist in dem mit der Nummer FR-A-2 129 416 veröffentlichten französischen Patent beschrieben. Dieses Verfahren besteht darin, ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld aufzubauen und die durch die Einführung eines dielektri schen Stoffes hervorgerufene Veränderung der Stärke dieses Feldes zu messen. Die in der Sonde induzierte Spannung gibt ein Maß für die Veränderung der Feldstärke und ist proportional zur Dicke des dielektrischen Stoffes.
Durch dieses Verfahren erhält man jedoch keine gute Genauigkeit der Dickenmeßwerte. Insbesondere wird es eingesetzt, Dicken unterhalb eines Grenzwertes festzustellen, ohne dabei einen genauen Meßwert zu liefern.
Außerdem erfordert es ebenfalls einen Kontakt mit der Flasche, was zu einem vorzeitigen Verschleiß des Meßkopfes führen kann, wie er für das vorhergehende Verfahren beschrieben worden ist.
Durch diese vorzeitigen Verschleiße oder zufälligen Zerstörungen wird daher ein häufiger Ersatz der Sensoren oder Meßköpfe notwendig, der für das Kontrollsystem hohe Instandhaltungskosten verursacht.
Darüber hinaus kann jede Beschädigung und/oder jeder Ersatz eines Sensors oder Meßkopfs eine erneute Kontrolle einer Artikelserie, die schlecht kontrolliert worden ist, und eine Produktionsunterbrechung während des Stillstandes der Kontrolle bewirken, welche somit zu einer niedrigeren Produktivität führt. Aus dem Dokument FR-A-2 435 019 ist ein Verfahren zum Messen der Dicke einer dünnen Folie bekannt, das darin besteht, die dünne Folie mit einem Infrarotlicht zu bestrahlen, das durch schnelles Abtasten eines Wellenlängenbereichs spektroskopisch abgetrennt ist, der vorher in Abhängigkeit vom Charakter der Folie so festgelegt worden ist, daß man zwischen den reflektierten Strahlen ein Spektrum aus Interferenzstreifen erzeugt, wodurch die Extrempunkte bestimmt werden.
Deshalb liegt der Erfindung als erste Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen der Dicke eines transparenten Materials, speziell eines Glasartikels, zu finden, das eine gute Meßgenauigkeit ergibt.
Eine zweite Aufgabe besteht darin, die Gefahr eines vorzeitigen Verschleißes oder einer vorzeitigen Zerstörung der Meßgeräte, insbesondere bei der Reibung der vermessenen Artikel an diesen Geräten, zu beseitigen.
Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, das Meßverfahren an die Dickenmessung eines sich ununterbrochen bewegenden Artikels und über den gesamte Artikel anzupassen.
Von den Erfindern ist ein transparentes Material als einem Interferometer ähnlich angesehen worden; das senkrecht auf ein solches Material auffallende Licht wird von den beiden Materialoberflächen reflektiert. Die zwei reflektierten Strahlen interferieren mit einer Wegdifferenz, die mit 8 bezeichnet und folgendermaßen ausgedrückt wird:
δ = 2n · e (1),
worin n den Brechungsindex und e die Dicke des transparenten Materials bedeutet.
Desweiteren führen die Gesetze der optischen Interferometrie, wenn die Lichtquelle monochromatisch ist, zu einem vom Photodetektor empfangenen Interferenzsignal, das sich auf folgende Weise schreiben läßt:
Sint = I&sub0;(1 + K·cos(2π/λδ)) (2),
worin I&sub0; die Lichtintensität und λ die Wellenlänge der monochromatischen Quelle und K den Interferenzkontrast bedeutet.
Es ist dann leicht, die Dicke des transparenten Materials durch Ermittlung der Wegdifferenz zu bestimmen. Dabei tritt jedoch für die Anwendung dieses Verfahrens eine Grenze auf, die mit der Periodizität des Interferenzsignals in Abhängigkeit von der Wegdifferenz zusammenhängt. Da die Wegdifferenz aus dem Phasenmeßwert bestimmt wird, gibt es ein Mehrdeutigkeitsproblem. Zur Ermittlung der Wegdifferenz ist eine Phase von kleiner π und damit eine Wegdifferenz erforderlich, die kleiner als die Hälfte der Wellenlänge ist. Das drückt sich in Dickenmeßwerten aus, die sehr genau, aber auf Materialien beschränkt sind, deren Dicke kleiner als ein Mikrometer ist.
Dieser mit der Grenze eines solchen Meßverfahrens zusammenhängende Nachteil wird erfindungsgemäß behoben, indem ein Verfahren zum Messen der Dicke eines transparenten oder halbtransparenten Materials vorgeschlagen wird, das darin besteht, ein Lichtbündel mit modulierter optischer Frequenz auszusenden, danach zwei Lichtbündel oder -strahlen zu empfangen, die vorteilhafterweise parallel sind und von jeweils einer der Oberflächen einer Wand aus dem Material zurückgestrahlt werden, zwischen ihnen eine Interferenz zu erzeugen und die Wegdifferenz des Interferenzsignals zu ermitteln.
Die Wegdifferenz wird vorteilhafterweise aus der Anzahl der Auslenkungen des Interferenzsignals pro Modulationsperiode abgeleitet.
Das Lichtbündel wird vorteilhafterweise von einer Laserdiode ausgesendet. Bei einem Material mit parallelen Flächen verwendet man ein paralleles Bündel, während im Fall eines Materials mit nichtparallelen Flächen das Bündel vorteilhafterweise auf die Wand aus dem Material fokussiert wird.
Das Meßverfahren ist somit zum Vermessen transparenter Substrate geeignet, deren Dicke vorzugsweise mehr als 0,1 Millimeter beträgt.
Das Verfahren erlaubt damit die Messung der Dicke dieses Substrats, wobei die Dicke eines Films oder einer Oberflächenschicht wie der eines auf der Oberfläche einer Flasche aufge brachten Gleitmittels ignoriert wird. Dadurch wird die Gefahr von Meßfehlern beseitigt.
Vorteilhafterweise wird die optische Frequenz des ausgesendeten Lichtbündels moduliert, indem man den Versorgungsstrom der Laserdiode verändert.
Vorzugsweise wird eine lineare Modulation der optischen Frequenz des Lichtbündels erzeugt.
Entsprechend dieser bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Kehrwert der Wellenlänge, 1/λ, linear moduliert. Das drückt sich in einer Modulation der optischen Frequenz ωo = c/λ aus, wobei c die Lichtgeschwindigkeit bedeutet. In Analogie spricht man von 1/λ als optischer Frequenz. Diese ergibt sich bei linearer Modulation aus der Gleichung:
1/λ = 1/λ&sub0; + Δλ/λ²&sub0; · t/T (3),
worin Δλ die Veränderung der Wellenlänge ohne Modensprung und T die Modulationsperiode bedeutet. t ist die Zeit.
Zu einem Zeitpunkt t der Messung empfängt der Detektor gleichzeitig zwei von den beiden Glasflächen ausgesendete Strahlen.
Diese zwei Strahlen haben auf Grund der zwischen ihnen vorhandenen Wegdifferenz einen Zeitverzug in bezug aufeinander, sie besitzen unterschiedliche optische Frequenzen.
Das Interferenzsignal kann dann folgendermaßen geschrieben werden:
Vint = I&sub0;(1 + K·cos(φ&sub0; + ωt)) (4),
φ&sub0; = 2π/λ&sub0;δ (5),
ω = 2π(Δλ/λ²&sub0;) · δ/T (6),
worin I&sub0; die Lichtintensität und λ&sub0; die Wellenlänge der monochromatischen Lichtquelle ohne Modulation und δ die Wegdifferenz bedeutet. Mit K wird der Interferenzkontrast bezeichnet.
Gleichung (4) zeigt, daß eine lineare Modulation der optischen Frequenz der Lichtquelle ein cosinusförmiges Interferenzsignal liefert, dessen Kreisfrequenz ω ist. ω/2π ist die Differenz der optischen Frequenz der zwei interferierenden Strahlen. In diesem Fall ist die Messung gleichzeitig kohärent und überlagernd: Sie ist kohärent, da das Nutzsignal der Interferenzterm der zwei Strahlen ist, und sie ist auch überlagernd, da das, was gemessen wird, eine Differenz der optischen Frequenzen dieser zwei Strahlen ist.
In einer Abwandlung wird erfindungsgemäß eine sinusförmige Modulation der optischen Frequenz des Lichtbündels vorgeschlagen.
Die Zahl der Auslenkungen N in einer Modulationsperiode T entspricht dem Verhältnis von Kreisfrequenz ω zur Modulationskreisfrequenz und läßt sich ausdrücken zu:
N = Δλ/λ²&sub0; · δ (7).
Dieses Verhältnis und die Messung der Anzahl Auslenkungen N ergeben durch die Beziehung (7) die Wegdifferenz und durch die Beziehung (1) die Dicke "e" des Materials.
Dieses Verfahren erlaubt deshalb die Ermittlung der Dicke "e" eines transparenten Materials und liefert eine gute Meßgenauigkeit, wodurch bestätigt wird, daß ein solches Material wie ein Interferometer anzusehen ist.
Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren, welches auf der Aussendung eines Lichtsignals und dem Empfang von vom Material zurückgesendeten Signalen beruht, mit Hilfe von Sende- und Empfangsgeräten durchgeführt werden, die mit einem Abstand vom Material installiert sind, der ungleich Null ist. Das zuvor beschriebene Verfahren ermöglicht daher die Messung der Dicke "e" ohne einen Kontakt von transparentem Material und Meßgeräten und damit ohne daß für diese die Gefahr eines vorzeitigen Verschleißes wegen beispielsweise Reibung mit den Artikeln besteht.
Dieses Verfahren kann insbesondere auf das Vermessen von Glasscheiben angewendet werden, die zwei parallele Flächen besitzen. Demgegenüber sind die erhaltenen Ergebnisse bei anderen Anwendungen und speziell für die Dickenmessung von Verpackungen aus Glas wie Flaschen nicht immer zufriedenstellend.
Dabei zeigt sich, daß die lichtbrechende Qualität der Innenfläche der Wand einer kleineren oder größeren Flasche wegen der Herstellungsverfahren schlecht und sie darüber hinaus im allgemeinen zur Außenfläche nicht parallel ist. Die von dieser Fläche erhaltene Reflexion ist somit stochastisch.
Um das Meßverfahren an diesen Materialtyp und insbesondere an Glasgefäße anzupassen, wird erfindungsgemäß eine vorteilhafte Ausführungsform vorgeschlagen, in welcher von den gestreuten Lichtstrahlen, die von beiden Flächen einer Wand ausgesendet werden, zwei zueinander parallele Lichtstrahlen aufgefangen werden und eine Interferenz dieser Strahlen erzeugt wird. Zum Auffangen der gestreuten Lichtstrahlen und ihrer Interferenz ist es bevorzugt, das auffallende Lichtbündel auf die Gefäßwand zu fokussieren.
Obwohl allgemein angenommen wird, daß Glas ein wenig oder fast nicht lichtstreuendes Material ist, hat es sich gezeigt, daß diese erfindungsgemäße Ausführungsform mit guter Genauigkeit exakte Meßwerte liefert.
Die aufgefangenen gestreuten Lichtstrahlen werden vorzugsweise aus einer anderen Richtung als der des Lichtbündels, das von den Flächen der Wand aus transparentem Material reflektiert wird, ausgewählt.
Die Beziehung (1), welche die Wegdifferenz mit der Dicke verknüpft, wird dann eine andere und läßt sich ausdrücken in:
δ = e[n(1/cosα + 1/cosβ) - (tgα + tgβ)sin(Ψ - I)] (1'),
worin
α = arcsin(1/nsin I),
β = arcsin(1/nsin(Ψ - I)
und I = Einfallswinkel,
Ψ = Systemwinkel, d. h. der Winkel, der von dem auffallenden Lichtbündel und den gemessenen gestreuten Lichtstrahlen gebildet wird.
Aus dieser Beziehung (1') und der Beziehung (7) kann nach Bestimmung der Auslenkungen N pro Modulationsperiode die Dicke "e" des transparenten Materials ermittelt werden. Dabei ist es wichtig festzustellen, daß die Dicke eine Größe bleibt, die proportional zur Anzahl der Auslenkungen ist.
Wird die Dicke von Flaschen gemessen, drehen sich diese um sich selbst. Es zeigt sich dann, daß durch die Drehung eine Veränderung der Lichtintensität der Lichtstrahlen verursacht werden kann, die von den Wandflächen zurückgeschickt werden. Die Veränderung der Lichtintensität kann insbesondere auf das Vorhandensein von Staub bzw. Schmutz oder Materialunregelmäßigkeiten der Außen- bzw. Innenfläche zurückgeführt werden.
Diese Veränderung ist somit eine Funktion der Zeit.
Durch diese Veränderung wird dann das Interferenzsignal Vint gestört und die Bestimmung der Anzahl der Auslenkungen N oder der Wegdifferenz δ wird schwierig.
Um dem zu begegnen, wird erfindungsgemäß in einer Abwandlung vorgeschlagen, den Quotienten Vint/Vmod zu bilden, wobei mit Vmod das Signal der Lichtintensität der Lichtstrahlen bezeichnet wird, die von den Wandflächen des transparenten Materials kommen. Es ist dann möglich, die Wegdifferenz δ des Interferenzsignals Vint insbesondere aus der Anzahl der Auslenkungen N pro Modulationsperiode zu ermitteln.
Erfindungsgemäß wird auch eine Vorrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens vorgeschlagen.
Sie umfaßt einerseits eine monochromatische Lichtquelle mit modulierter optischer Frequenz, die vorteilhafterweise eine mit einer Fokussierlinse verbundene Laserdiode ist, und andererseits Mittel für den Empfang eines Interferenzsignals und einen Rechner, der die Anzahl der Auslenkungen des Interferenzsignals pro Modulationsperiode berechnet.
Vorzugsweise wird die Laserdiode von einer Stromquelle versorgt, die einen linear modulierten Strom liefert.
Insbesondere wenn die Dicke von Verpackungen aus Glas gemessen wird, was die Behandlung gestreuter Lichtstrahlen erfordert, sind die Empfangsmittel eine Linse und eine im Linsenbrennpunkt angeordnete Lawinenphotodiode.
Weiterhin vorzugsweise sind die Lichtquelle und die Empfangsmittel in demselben Gehäuse oder Sensor untergebracht und ist dieses/dieser während der Messungen derart angeordnet, daß das ausgestrahlte Lichtbündel mit der Außenfläche der Verpackung einen von 90º verschiedenen Winkel bildet. Auf diese Weise kann das von den Wandflächen reflektierte Lichtbündel die Interferenz der zwei Streulichtstrahlen nicht stören, die eine viel geringere Intensität besitzen.
Zur Verbesserung des Interferenzsignals ist es ebenfalls bevorzugt, eine solche Lawinenphotodiode einzusetzen, deren Verhältnis von lichtempfindlichem Durchmesser zur Linsenbrennweite klein ist. Dadurch wird ein guter Interferenzkontrast sichergestellt. In den Versuchen betrug dieses Verhältnis 1/100.
Anschließend werden weitere vorteilhafte erfindungsgemäße Merkmale und Einzelheiten an Hand der Beschreibung von erfindungsgemäß durchgeführten Versuchen und der Figuren erläutert, wobei
- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen der Dicke eines Glasartikels,
- Fig. 2 eine Messung der linearen Modulation der Lichtintensität Vmod in Abhängigkeit von der Zeit,
- Fig. 3 eine Messung des Interferenzsignals Vint in Abhängigkeit von der Zeit bei einer Dicke e = 1,67 mm,
- Fig. 4 eine Abbildung der Anzahl der Auslenkungen pro Modulationsperiode bei einer Dicke e = 1,67 mm,
- Fig. 5 eine Abbildung der Anzahl der Auslenkungen pro Modulationsperiode bei einer Dicke e = 3,85 mm und
- Fig. 6 die Gerade aus der Anzahl der Auslenkungen pro Modulationsperiode in Abhängigkeit von der Materialdicke
zeigt.
Die Ordinatenwerte in den Fig. 2, 3, 4 und 5 sind in willkürlichen Einheiten aufgetragen.
In Fig. 1 wird ein Schema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, welche für die Messung der Dicke "e" der Wand 1 einer feststehenden Glasflasche geeignet ist. In dieser Figur ist die Wand 1 der Flasche schematisch teilweise dargestellt. Sie umfaßt eine Außenfläche 2, die sich während ihrer Formgebung mit einer Form in Kontakt befindet und eine völlig zufriedenstellende lichtbrechende Qualität aufweist. Die Innenfläche 3 der Wand, die sich während ihrer Formgebung mit eingeblasener Luft in Kontakt befindet, besitzt eine schlechte lichtbrechende Qualität. Die Fehler dieser Fläche sind in der schematischen Darstellung willkürlich vergrößert, um besser zu verdeutlichen, daß die Richtung eines von der Fläche reflektierten Lichtbündels vollkommen stochastisch ist und in Abhängigkeit vom Aufpunkt auf der Fläche variiert.
Das auf die Wand treffende einfallende Lichtbündel 4 wird von einer Laserdiode 5 ausgestrahlt und durchläuft eine Linse 12, durch welche es auf die Wand 1 fokussiert wird.
Die in den anschließend beschriebenen Versuchen verwendete Laserdiode 5 ist eine longitudinale und transversale Einmoden- Laserdiode. Ihre maximale Leistung beträgt 10 mW und ihre Wellenlänge λ&sub0; = 780 nm.
Die Laserdiode 5 wird von einer Stromquelle 6 versorgt, deren Strom linear und periodisch moduliert wird. Diese Veränderung des Versorgungsstroms erlaubt es, die Wellenlänge der Laserdiode zu modulieren und verändert gleichzeitig ihre Intensität.
Andere Mittel, die aber deutlich teurer sind, ermöglichen es, nur die Wellenlänge zu modulieren, wobei die Intensität konstantgehalten wird.
Das von der Laserdiode 5 emittierte einfallende Lichtbündel 4 wird auf die Wand 1 fokussiert und fällt auf einen ersten Aufpunkt 7 auf der Außenfläche 2 und einen zweiten Punkt 8 auf der Innenfläche 3. Die Pfeile i, i', i"... und j, j', j"... symbolisieren die in allen Richtungen erfolgende Streuung des Glases.
Eine aus einer Linse 9 und einer Lawinenphotodiode 10 bestehende Empfangseinrichtung ist so angeordnet, daß sie ein Interferenzsignal von zwei Lichtstrahlen i, j empfängt, die von jeweils einer der Oberflächen 2, 3 der Wand 1 gestreut worden sind. Da die Streuung in allen Richtungen erfolgt, ist es immer möglich, zwei parallele Strahlen i, j zu empfangen, die von den Punkten 7 und 8 gestreut worden sind. Die Lawinenphotodiode 10 befindet sich, um das Interferenzsignal Vint zu empfangen, in der Brennweite der Linse 9. Die Lawinenphotodiode 10 ist mit einem Verstärker 11 verbunden, um ein leichter analysierbares Signal zu erhalten.
Glas ist dafür bekannt, daß seine Oberfläche wenig streut. Es erweist sich jedoch, daß die erfindungsgemäße Behandlung von gestreuten Strahlen gute Ergebnisse bringt. Dennoch ist es wünschenswert, daß die Empfangseinrichtung in einer anderen Richtung als der des von den Wandflächen reflektierten Lichtbündels angeordnet wird. Anderenfalls würde dieses Lichtbündel, das viel stärker als die Streustrahlen ist, gleichfalls von der Lawinenphotodiode 10 empfangen, weshalb es das Interferenzsignal Vint stören würde.
In der Praxis sind Laserdiode und Lawinenphotodiode in ein und demselben Gehäuse oder Sensor untergebracht. Dabei wird der Systemwinkel Ψ sehr klein, etwa 5º, und der Einfallswinkel vom Lot derart verschieden gewählt, daß sich die Lawinenphotodiode nicht im Weg des von den Oberflächen reflektierten Lichtbündels befinden kann.
Das Signal Vint wird über die Leitung 14 einem Rechner 13 zugeleitet, der die Berechnung vornimmt.
Das die Veränderung der Lichtintensität in Abhängigkeit von der Zeit repräsentierende Signal Vmod wird über die Leitung 15 ebenfalls auf den Rechner 13 übertragen.
In Fig. 1 wird das Signal Vmod nach der Laserdiode über das Stromversorgungssystem übertragen, da die Glasflasche feststeht. Die Veränderung der Lichtintensität des einfallenden Lichtbündels 4 ist dann proportional zu der der gestreuten Strahlen i, j. Das wäre anders, wenn die Flasche mit einer Drehbewegung bewegt würde, da, wie weiter oben ersichtlich, diese Drehbewegung eine Veränderung der Intensität in Abhängigkeit von der Zeit verursacht.
In diesem Fall ist es, um Vmod zu erhalten, möglich, die Lichtintensität der Strahlen i, j zu messen, beispielsweise indem ein halbreflektierender Trennwürfel in den Weg der Strahlen i, j eingebaut wird, bevor diese die Linse 9 erreichen, und indem sie auf eine andere Photodiode gerichtet werden, ohne dabei eine Interferenz dieser Strahlen i, j zu erzeugen.
Der Typ eines mit einer derartigen Vorrichtung erhaltenen Interferenzsignals Vint ist in Fig. 3 veranschaulicht. Ein solches Signal ist schwierig zu analysieren, da die Amplitude über eine Modulationsperiode variiert.
In Fig. 2 ist eine Messung der linearen Modulation der Intensität Vmod der Laserdiode gezeigt. Um eine Analyse des Interferenzsignals Vint durchführen zu können, ist es möglich, das Verhältnis Vint/Vmod wie in Fig. 4 dargestellt mittels eines Rechners 13 zu bilden. Das Signal Vint/Vmod erlaubt es, die Menge der Auslenkungen und damit die Dicke "e" der vermessenen Glasflasche als Zahl auszudrücken.
Dem Vorhergehenden war zu entnehmen, daß es die Analyse des Signals Vint/Vmod erlaubt, Meßfehler zu vermeiden, die von der Veränderung der Intensität während der Drehung der Flaschen verursacht werden.
Im Fall von Fig. 1 ist aber die Flasche als feststehend angesehen worden.
Das Signal Vint/Vmod ist in diesem Falls trotzdem interessant, da der gewählte Modulationstyp eine Veränderung Vmod der Intensität in Abhängigkeit von der Zeit bewirkt und auch, wie in Fig. 3 gezeigt, das Signal Vint stört.
Es wurden an Glasprobekörpern mit bekannter Dicke verschiedene Versuche durchgeführt, um das erfindungsgemäße Meßverfahren zu bestätigen.
Dabei betreffen die Fig. 3 und 4 einen Probekörper mit einer bekannten Dicke e = 1,67 Millimeter.
In Fig. 5 ist das Signal Vint/Vmod veranschaulicht, das durch Messung an einem Probekörper erhalten wurde, dessen Dicke mit e = 3,85 Millimeter bestimmt worden ist.
Diese beiden Ergebnisse und andere, die nicht in Forte der Fig. 4 und 5 dargestellt sind, werden von Fig. 6 veranschaulicht, die eine Gerade ist, in welcher die an Probekörpern mit vorgegebenen Dicken gemessenen Werte der Auslenkungen pro Modulationsperiode zusammengefaßt sind.
Fig. 6 zeigt, daß diese Kurve eine durch den Ursprung gehende Gerade ist. Die Anwendung der Gesetze der überlagernden Interferometrie wird deshalb durch diese Kurve bestätigt.
Somit ist die proportionale Relation zwischen der Anzahl der Auslenkungen pro Modulationsperiode und der Dicke "e" des vermessenen Materials nachgewiesen. Das bestätigt auch die Gleichsetzung der transparenten Materialien, insbesondere von Glas, mit einem Interferometer.
Von den Versuchen wurden einige an Probekörpern durchgeführt, deren Dicken sehr nahe beieinander lagen, genauer mit Dicken, die sich um 20 Mikrometer (1 Mikrometer = 10&supmin;&sup6; m) unterschieden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren konnten diese drei Werte gewonnen werden. Sie erscheinen in Fig. 6; dabei handelt es sich um die Dicken 2,58 mm, 2,60 mm und 2,62 mm.
Um die Arbeitsgänge während der Messungen zu vereinfachen und zu vermeiden, daß die Charakteristika Δλ, λ&sub0; und n bestimmt werden müssen, ist es möglich, eine Messung an einem Probekörper mit bekannter Dicke durchzuführen und damit die Meßvorrichtung zu kalibrieren.
Bei der Kontrolle von Flaschen ist es interessant, Dickenkontrollen an verschiedenen Flaschenteilen, insbesondere am Hals, am Übergang und an unterschiedlichen Höhen des Flaschenkörpers, durchzuführen. Weiterhin ist es bevorzugt, diese Prüfungen über den gesamten Flaschenumfang durchzuführen. Dazu laufen die Flaschen kontinuierlich vor mehreren Sensoren durch, die auf verschiedenen Höhen angeordnet sein können, wobei die Flaschen mit einer Drehbewegung um sich selbst bewegt werden.
Im anspruchsvollsten Fall ermöglicht es die vorgeschlagene Vorrichtung, je Sensor alle 0,3 Millisekunden eine Messung durchzuführen, was bei den üblichen Durchlauf- und Umdrehungsgeschwindigkeiten in Flaschenproduktionslinien am Flaschenumfang alle Millimeter eine Messung bedeutet.
Die gewonnenen Ergebnisse sind für Messungen, die an Flachglas, gegebenenfalls eingefärbten Glasflaschen sowie Kunststoffflaschen durchgeführt wurden, zufriedenstellend gewesen.

Claims

1. Verfahren zum Messen der Dicke d einer Wand aus einem transparenten Material mit einem Brechungsindex n, dadurch gekennzeichnet, daß es die Stufen

a) Fokussieren eines Lichtbündels (4) mit modulierter optischer Frequenz auf die Wand (1) aus dem Material,

b) Empfangen von zwei Lichtbündeln oder -strahlen, die jeweils von einer der Oberflächen (2, 3) der Wand (1) aus dem Material gestreut worden sind,

c) Erzeugen einer Interferenz zwischen ihnen,

d) Messen der Anzahl der Auslenkungen pro Modulationsperiode des Interferenzsignals und

e) Berechnen der Wegdifferenz δ zwischen den zwei Lichtbündeln oder -strahlen, die jeweils von einer der Oberflächen (2, 3) der Wand (1) aus dem Material gestreut worden sind, aus Stufe d) und anschließend der Dicke d durch die Relation d = δ/2n

umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei jeweils von einer der Oberflächen zurückgeworfenen Lichtbündel oder -strahlen parallel sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtbündel (4) von einer Laserdiode (5) ausgesendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Frequenz des ausgesendeten Lichtbündels moduliert wird, indem man den Versorgungsstrom der Laserdiode (5) verändert.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine lineare Modulation der optischen Frequenz des Lichtbündels (4) erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine sinusförmige Modulation der optischen Frequenz des Lichtbündels (4) erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Glas oder Kunststoff ist, das/der transparent und klar oder eingefärbt ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzsignal Vint zum Signal der Lichtintensität Vmod ins Verhältnis gesetzt wird, um die Wegdifferenz 8 zu ermitteln.

9. Vorrichtung zum Messen der Dicke eines transparenten Materials und für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine monochromatische Lichtquelle (5, 6, 12) mit modulierter optischer Frequenz (1/λ) und Mittel (9, 10, 11) für den Empfang eines Interferenzsignals Vint umfaßt, welche aus einer Linse (9) und einer Lawinenphotodiode (10) bestehen, die im Brennpunkt der Linse angeordnet und mit einem Verstärker (11) und einem Rechner (13) verbunden ist, der die Anzahl (N) der Auslenkungen des Interferenzsignals Vint pro Modulationsperiode T ermittelt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine mit einer Fokussierlinse (12) verbundene Laserdiode (5) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode (5) von einer Stromquelle (6) versorgt wird, die einen modulierten Strom liefert.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lawinenphotodiode (10) derart ist, daß das Verhältnis des lichtempfindlichen Durchmessers zur Brennweite der Linse (9) klein ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (5, 6, 12) und die Empfangsmittel (9, 10, 11) in demselben Gehäuse oder Sensor untergebracht sind und dieses/dieser so angeordnet ist, daß das ausgesendete Lichtbündel (4) mit der Außenfläche (2) der Wand (1) einen von 90º verschiedenen Winkel bildet.