DD203393B1

DD203393B1 - DEVICE FOR DETECTING INHOMOGENITIES OF A CYLINDER OF HOLLOW BODY

Info

Publication number: DD203393B1
Application number: DD23529881A
Authority: DD
Inventors: Guenther Heuthe; Hardo Knoch
Original assignee: Guenther Heuthe; Hardo Knoch
Priority date: 1981-12-02
Filing date: 1981-12-02
Publication date: 1987-05-06
Also published as: DD203393A1

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Inhomogenitäten eines zylindrischen Hohlglaskörpers unter Verwendung einer Lichtquelle und eines lichtelektrischen Empfängers und bei der eine an sich bekannte Lichtumlenkeinrichtung im Inneren des Prüflings sowie eine Projektionsoptik zwischen dem Objekt und dem fotoelektrischen Empfänger angeordnet sind.The invention relates to a device for detecting inhomogeneities of a cylindrical hollow glass body using a light source and a photoelectric receiver and in which a known Lichtumlenkeinrichtung inside the specimen and a projection optics between the object and the photoelectric receiver are arranged.

Characteristic of the known technical solutions

Für die Prüfung der Inhomogenität von optischen Medien und im speziellen von Glas werden Verfahren verwendet, die auf verschiedenen optisch-physikalischen Prinzipien beruhen und stets zum Ziel haben, die Inhomogenitäten sichtbar zu machen oder quantitativ zu erfassenFor the examination of the inhomogeneity of optical media, and in particular of glass, methods are used which are based on different optical-physical principles and always aim to visualize or quantitatively detect the inhomogeneities

Im wesentlichen lassen sich die bekannten Verfahren in die folgenden Gruppen einteilen: Essentially, the known methods can be divided into the following groups:

— Die Schattenverfahren, bei denen ein weißer Schirm von einer Lichtquelle beleuchtet und der Prüfling in den Lichtkegel gebracht wird. Stellen unterschiedlicher Brechzahl und andere Inhomogenitäten lenken das Licht ab und verursachen Lichtintensitätsunterschiede, sogenannte Schattenbilder, die auf einem Schirm abgebildet werden. (Beispiel DE-AS 2318532) Ähnlich arbeiten die bekannten Verfahren mitprojizierten regelmäßigen Mustern, die durch inhomogenes Glas im Strahlengang verzerrt werden.- The shadow method in which a white screen is illuminated by a light source and the specimen is placed in the cone of light. Sites of different refractive indices and other inhomogeneities deflect the light and cause differences in light intensity, so-called shadow images, which are imaged on a screen. (Example DE-AS 2318532) Similarly, the known methods work with projected regular patterns, which are distorted by inhomogeneous glass in the beam path.

— Die Schlierenverfahren, bei denen der Prüfling im parallelen Strahlengang beobachtet wird.- The Schlieren methods, in which the test object is observed in the parallel beam path.

Durch Brechzahlunterschiede im Glas wird die Parallelität gestört. Mittels der sogenannten Schlierenblende kann man entweder das parallele oder das abgelenkte Licht ausblenden, wodurch die inhomogenen Stellen des Glases entweder als helle Stellen auf dunklem Grund oder umgekehrt als dunkle Stellen auf hellem Grund erscheinen. (Beispiel DE-AS 1115050)By difference in refractive index in the glass, the parallelism is disturbed. By means of the so-called Schlieren diaphragm one can hide either the parallel or the deflected light, whereby the inhomogeneous places of the glass appear either as light spots on a dark background or conversely as dark places on a light background. (Example DE-AS 1115050)

— Die Interferenzverfahren arbeiten nach dem Prinzip, daß der Strahlengang einer Lichtquelle in zwei Teilstrahlengänge aufgespalten wird. Bei ihrer Vereinigung werden Streifen beobachtbar, die durch Unterschiede in den optischen Weglängen der beiden Teilstrahlengänge hervorgerufen werden und gezielt veränderbar sind. Bei Einbringen eines Prüflings in einender Teilstrahlengänge ändert sich der Gangunterschied zwischen beiden, und Inhomogenitäten werden durch Verbiegen der geraden Streifen sichtbar. (Beispiel H. Jebsen-Marwedel „Glastechnische Fabrikationsfehler", Springerverlag Berlin, 1959, S.88ff).- The interference method work on the principle that the beam path of a light source is split into two partial beam paths. In their union, stripes become observable, which are caused by differences in the optical path lengths of the two partial beam paths and can be selectively changed. When a specimen is introduced into one of the partial beam paths, the path difference between them changes, and inhomogeneities become visible by bending the straight strips. (Example H. Jebsen-Marwedel "Glastechnische Fabrikationsfehler", Springerverlag Berlin, 1959, S.88ff).

Die Erfindung ist der ersten dieser Gruppen zuzuordnen.The invention is assigned to the first of these groups.

Die bei diesem Verfahren ohne optische Hilfsmittel projizierten Schattenbilder der Inhomogenitäten lassen meist nur in zeitaufwendigen Auswertungen eine subjektive Qualitätsbewertung des Prüflings zu, wie etwa das standardisierte Verfahren zur „Bestimmung der Schlierenhaltigkeit von optischem Glas" (TGL 21790/01). Gleiches trifft für fotografische AuswerteverfahrenThe shadow images of the inhomogeneities projected in this process without optical aids usually allow a subjective quality evaluation of the test object only in time-consuming evaluations, such as the standardized method for "determining the schlieren-content of optical glass" (TGL 21790/01) The same applies to photographic evaluation methods

Die Schattenbilder sind unscharf und weisen unzureichenden Kontrast auf.The silhouettes are blurred and have insufficient contrast.

Es ist vorgeschlagen worden, eine größere Fläche des Prüflings mittels einer Beleuchtungseinrichtung mit angenähert parallelem Strahlengang und einer Projektionsoptik verkleinert abzubilden, dieses Schattenbild durch einen oszillierenden lichtelektrischen Empfänger mit Lichteintrittsspait abzutasten und mittels einer elektronischen Schaltung einen der Anzahl und Intensität der Inhomogenitäten proportionalen Meßwert zu bilden. Mit einer derartigen Vorrichtung wurde die Qualität eines Glasrohres beim Ziehprozeß bewertet.It has been proposed to image a larger area of the test object by means of a lighting device with approximately parallel beam path and a projection optics zoomed, scan this silhouette by an oscillating photoelectric receiver with Lichteintrittsspait and to form an electronic circuit proportional to the number and intensity of the inhomogeneities measured value. With such a device, the quality of a glass tube was evaluated in the drawing process.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der integrierenden Bewertung, was durch die doppelte Durchstrahlung der Rohrwand verstärkt wird. Es isv keine Aussage über die örtliche Verteilung und die Art der optischen Fehler möglich.The disadvantage of this method is the integrating evaluation, which is reinforced by the double radiation of the pipe wall. It is not possible to make any statements about the local distribution and the type of optical errors.

Nachteilig ist ferner das Erzeugen der oszillierenden Bewegung und die aufwendige elektronische Einrichtung.Another disadvantage is the generation of the oscillating movement and the complex electronic device.

Object of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, mit geringem apparativem Aufwand eine objektivierte Qualitätsbewertung von inhomogenem Glas zu ermöglichen.It is the object of the invention to allow an objectified quality assessment of inhomogeneous glass with little equipment expense.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erzeugung und Auswertemöglichkeit von Schattenbildern inhomogener Glasprüflinge so zu verbessern, daß auf Grund der typischen optischen Wirkungen solcher Inhomogenitäten wie Schlieren und Knoten, die einen anderen Brechwert als das Grundglas aufweisen, Blasen, die eine Reflexionswirkung ausüben, EntglasungenThe invention has for its object to improve the generation and evaluation of shadows inhomogeneous Glasprüflinge so that due to the typical optical effects of such inhomogeneities such as streaks and nodes that have a different refractive index than the base glass, bubbles that exert a reflection effect devitrifications

und Steinchen, die das Licht absorbieren und darüber hinaus solcher Oberflächenunejpenheiten wie Kratzer, Risse und Ziehstreifen, in Größe, Anzahl und weitgehend in der Art und auch Fehler mit geringer optischer Wirkung sicher erfaßt werden können.and pebbles which can absorb the light and, moreover, can be securely detected in such surface irregularities as scratches, cracks and streaks, in size, number and largely in the manner and also defects with little optical effect.

Die Aufgabe wird gelöst, wenn die Brennweite der Projektionsoptik zur zu durchstrahlenden Dicke der Wand des Prüflings in einem Verhältnis größer gleich 1:1 steht und die Projektionsoptik zu dem Prüfling derart angeordnet ist, daß eine Vergrößerung bis maximal 10fach erreicht wird.The object is achieved if the focal length of the projection optics to be irradiated thickness of the wall of the specimen in a ratio greater than or equal to 1: 1 and the projection optics is arranged to the DUT so that an enlargement is achieved to a maximum of 10 times.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die Projektion eines Flächenausschnittes der Wandung eines zylindrischen Hohlglasprüflings mit einer für die Auswertung günstigen Vergrößerung und Defokussierung erfolgt, wodurch Inhomogenitätsschattenbilder erzielt werden, die relativ scharfe Konturen, starke Hell-Dunkel-Kontraste und hohe Auflösung aufweisen. Damit ist die Möglichkeit gegeben, die Inhomogenitätsarten, wie Blasen, Schlieren, Steinchen usw., zu unterscheiden, da diese ganz charakteristische Schattierungen aufweisen.By these measures it is achieved that the projection of a surface section of the wall of a cylindrical hollow glass test specimen takes place with a favorable for the evaluation magnification and defocusing, whereby inhomogeneity silhouettes are achieved, which have relatively sharp contours, strong light-dark contrasts and high resolution. This gives the possibility to distinguish the inhomogeneity types, such as bubbles, streaks, pebbles, etc., since they have quite characteristic shades.

embodiment

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels zum Prüfen der Qualität von im Vertikalverfahren gezogenen Glasrohr-PrüfTingen mit 130 mm Durchmesser und 5mm Wanddicke, in denen iängsorientierte Schweren geringer intensität undzahireiche langgezogene Blasen gleichmäßiger Verteilung in der Wanddicke enthalten sind, erläutert.The invention will be elucidated with reference to an embodiment for testing the quality of vertically drawn 130 mm diameter, 5mm wall thickness glass tube specimens containing low intensity, longitudinally oriented, heavy, and uniformly sized, uniform wall thickness bubbles.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1: die schematische Anordnung des Ausführungsbeispiels;Fig. 1: the schematic arrangement of the embodiment;

Fig. 2: eine diagrammartige Darstellung der registrierten Inhomogenitäten.2 shows a diagrammatic representation of the registered inhomogeneities.

Das Licht einer Beleuchtungseinrichtung 1 mit angenähert parallelem Strahlengang und Lichtaustrittsblende gelangt über die in den Prüfling 3 eingeführte Lichtumlenkeinrichtung 2, im Beispiel ein Spiegel, durch die Wand des Prüflings 3 in die Projektionsoptik 4. Von dieser werden die Inhomogenitäten durch den Neutralfilter 5 als Schattenbild 6 auf die Ebene der Lichteintrittsöffnung 7 abgebildet. Die Vergrößerung ist etwa 5fach. Als Projektionsoptik 4 findet ein MF-Projektionsobjektiv K 3,2:1, f = 12 mm Verwendung. Das Verhältnis von Brennweite zu Wanddicke des Prüflings 3 beträgt daher 2,4:1. Die Projektionsoptik 4 wird auf die Hälfte der Wand des Prüflings 3 eingerichtet. Während der Rotation wird mit einer Hilfsvorrichtung ein konstanter Abstand zwischen Prüfling 3 und Projektionsoptik 4 eingehalten.The light of an illumination device 1 with approximately parallel beam path and light exit aperture passes through the introduced into the specimen 3 Lichtumlenkeinrichtung 2, in the example a mirror, through the wall of the specimen 3 in the projection optics 4. From this, the inhomogeneities through the neutral filter 5 as a silhouette. 6 imaged on the plane of the light entry opening 7. The magnification is about 5 times. As the projection optics 4 is an MF projection lens K 3.2: 1, f = 12 mm use. The ratio of focal length to wall thickness of the specimen 3 is therefore 2.4: 1. The projection optics 4 is set up on the half of the wall of the test object 3. During rotation, a constant distance between specimen 3 and projection optics 4 is maintained with an auxiliary device.

Die übrigen Wanddickenbereiche weisen durch die begrenzte Tiefenschärfe der Projektionsoptik 4 eine gewisse Unscharfe auf, die aber zur Hervorhebung des Schatteneffektes gewollt ist. Die Reproduzierbarkeit der erzielten Auflösung und des Kontrastes, die eine Unterscheidung zwischen Schlieren, Blasen und Einschlüssen ermöglichen, ist abhängig von der genauen Einhaltung der optischen Einstellung.Due to the limited depth of focus of the projection optics 4, the remaining wall thickness ranges have a certain fuzziness, which, however, is intended to emphasize the shadow effect. The reproducibility of the achieved resolution and contrast, which allow a distinction between streaks, bubbles and inclusions, depends on the exact observance of the optical adjustment.

Im Beispiel des zu prüfenden Rohres sind die Schlieren und Blasen in Ziehrichtung, also längs orientiert.In the example of the pipe to be tested, the streaks and bubbles are oriented in the drawing direction, ie longitudinally.

Die Lichteintrittsöffnung 7 ist ein parallel dazu angeordneter Spalt ausreichender Feinheit.The light entry opening 7 is a gap of sufficient fineness arranged parallel thereto.

Das ist wesentlich, um die optisch erzielte Auflösung des streifenförmigen Schattenbildes ohne Informationsverlust im lichtelektrischen Empfänger 8, im Beispiel eine gasgefüllte Fotozelle, in proportionale elektrische Signale umwandeln zu können.This is essential in order to be able to convert the optically achieved resolution of the strip-shaped shadow image into informational electrical signals without loss of information in the photoelectric receiver 8, in the example a gas-filled photocell.

Die Aufzeichnung dieser Signale in der angeschlossenen elektrisch/elektronischen Einrichtung 9 liefert bei der Rotation des Rohres mittels der Bewegungsvorrichtung 10 das in Fig.2 dargestellte Diagramm.The recording of these signals in the connected electrical / electronic device 9 delivers during the rotation of the tube by means of the moving device 10, the diagram shown in Figure 2.

Schlieren zeigen sich in einer symmetrischen Intensitätsänderung von einer mittels Neutralfilter 5 eingestellten Intensität aus.Streaks appear in a symmetrical change in intensity from an intensity set by means of neutral filter 5.

Blasen durch eine unsymmetrische Intensitätsänderung und Einschlüsse, die das Licht absorbieren, in einer einseitigen Änderung. Die Amplitude der Änderungen ist der Größe und Stärke der Inhomogenitäten proportional. Die Bewegung des Prüflings 3 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt abhängig von dessen Geometrie und der Art und Verteilung der Inhomogenitäten. Bei Rohren mit in axialer Richtung orientierten und langgezogenen Schlieren und Blasen, wie im Beispiel, genügt eine einmalige Umdrehung mit Hilfe einer rotierenden Bewegungsvorrichtung 10, wobei das Rohr nur längs einer einzigen Mantellinie geprüft wird.Bubbles by an asymmetrical change in intensity and inclusions that absorb the light, in a one-sided change. The amplitude of the changes is proportional to the size and intensity of the inhomogeneities. The movement of the specimen 3 in the method according to the invention is dependent on its geometry and the nature and distribution of the inhomogeneities. For tubes with axially oriented and elongated streaks and bubbles, as in the example, a single turn is sufficient with the aid of a rotating mover 10, the tube being tested only along a single mantle line.

Bei anderen geradzylindrischen Hohlkörpern mit regelloser Fehlerverteilung muß die gesamte Fläche des Zylinders geprüft werden. Dies geschieht durch schraubenlinienförmiges oder linienförmiges Abfahren der Mantelfläche in einzelnen Stufen über die gesamte zu untersuchende Höhe des Zylinders. Bei ebenen, planparallelen Prüflingen mit regelloser Fehlerverteilung erfolgt ein zellenförmiges Abfahren der gesamten ?_u untersuchenden Fläche. Dies geschieht mit Hilfe einer Vorrichtung, die eine Prüflingsbewegung in zwei Koordinaten ermöglicht.For other straight-cylindrical hollow bodies with random error distribution, the entire surface of the cylinder must be tested. This is done by helical or linear descending the lateral surface in individual stages over the entire height of the cylinder to be examined. In flat, plane-parallel test specimens with random error distribution is a cell-shaped shutdown of the entire? _u examining area. This is done by means of a device that allows a Prüflingsbewegung in two coordinates.

Eine oder beide erforderlichen Bewegungen können auch von der optischen Einrichtung ausgeführt werden.One or both required movements may also be performed by the optical device.

Die bei der Prüfung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehende Aufzeichnung liefert als erstes direktes Ergebnis einen grafischen Überblick über die Häufigkeit und Verteilung der Inhomogenitäten sowie auch über deren Größe bzw. Intensität.The recording produced during the test according to the method according to the invention provides as the first direct result a graphical overview of the frequency and distribution of the inhomogeneities as well as of their size or intensity.

Dieser Schreibstreifen kann als Kontrolldokument bei der Qualitätssicherung im Produktions- oder Versuchsbetrieb direkt herangezogen werden. Er kann auch zur Gewinnung quantitativer Kennziffern zur Charakterisierung des Inhomogenitätszustandes und damit der Qualität nach verschiedenen Gesichtspunkten bewertet werden, beispielsweiseThis writing strip can be used directly as a control document for quality assurance in production or trial operation. It may also be evaluated for obtaining quantitative indicators for characterizing the inhomogeneity state and thus quality from various viewpoints, for example

— Zahl und Art der Inhomogenitäten;- number and type of inhomogeneities;

— Verteilung der Inhomogenitäten nach Größen bzw. Intensitätsklasen;- Distribution of inhomogeneities by size or intensity classes;

— Ermittlung der umschriebenen Fläche mit einem elektronischen Integrator; - Determination of the circumscribed area with an electronic integrator;

— Ableitung weiterer Kennziffern aus den genannten Größen wie beispielsweise Quotient aus Prüflänge und Fehlerzahl. Die Gewinnung solcher Kennziffern zur Kennzeichnung der Qualität erfolgt zweckmäßig durch Eingabe der angepaßten oder gewandelten elektrischen Signale in entsprechende elektronische Einrichtungen oder eine entsprechend programmierte EDV-Anlage.- Derivation of other codes from the mentioned variables such as quotient of test length and number of errors. The acquisition of such codes for characterizing the quality is expediently carried out by entering the adapted or converted electrical signals in corresponding electronic devices or a correspondingly programmed computer system.

Claims

Claim:

Apparatus for detecting inhomogeneities of a cylindrical hollow glass body using a light source and a directional electrical receiver and in which a known Lichtumlenkeinrichtung inside the specimen and a projection optics between the object and the photoelectric receiver are arranged, characterized in that the focal length of the projection optics (4 ) is to be irradiated thickness of the wall of the specimen (3) in a ratio greater than or equal to 1: 1 and that the projection optics (4) to the specimen (3) is arranged such that an enlargement is achieved to a maximum of 10 times.

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