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Die Erfindung betrifft eine Inspektionsanordnung für Behältermündungen von Behältern, insbesondere von Vorformlingen und aus Vorformlingen hergestellten Flaschen. Die Inspektionsanordnung weist eine Kamera und eine Beleuchtungsvorrichtung auf und ist an einer Transportstrecke für zu inspizierende Behälter angeordnet, wobei die Kamera wenigstens einen Bildaufnehmer und wenigstens ein Objektiv aufweist, und wobei die Beleuchtungsvorrichtung wenigstens eine Lichtquelle aufweist. Die Inspektionsanordnung weist zudem eine Bildauswerte- und Steuereinrichtung auf, um die als fehlerhaft erkannten Behälter durch die entsprechende Ansteuerung einer Ausschleuseinrichtung aus dem Strom der weitertransportieren Behälter zu entfernen.
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Solche Inspektionsanordnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden z. B. in Blasmaschinen für Kunststoffflaschen dazu eingesetzt, die ordnungsgemäße Ausformung der fertig geblasenen Kunststoffflaschen und/oder der Vorformlinge vor dem Blasformungsschritt zu prüfen. Beispiele von Inspektionsanordnungen sind z. B. aus der
DE 699 38 274 T2 , der
US 4,958,223 A und der
EP 0 676 634 A1 bekannt.
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In einer Blasmaschine werden Vorformlinge aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise Vorformlinge aus PET (Polyethylenterephthalat), durch Blasdruckeinwirkung zu Behältern umgeformt, und dazu unterschiedlichen Bearbeitungsstationen zugeführt. Typischerweise weist eine derartige Blasmaschine eine Heizeinrichtung sowie eine Blaseinrichtung auf, in deren Bereich der zuvor temperierte Vorformling durch biaxiale Orientierung zu einem Behälter expandiert wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe von Druckluft, die in den zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird in der
DE-OS 43 40 291 erläutert. Die einleitend erwähnte Einleitung des unter Druck stehenden Gases umfasst auch die Druckgaseinleitung in die sich entwickelnde Behälterblase sowie die Druckgaseinleitung in den Vorformling zu Beginn des Blasvorganges.
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Der grundsätzliche Aufbau einer Blasstation zur Behälterformung wird in der
DE-OS 42 12 583 beschrieben. Möglichkeiten zur Temperierung der Vorformlinge werden in der
DE-OS 23 52 926 erläutert.
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Innerhalb der Vorrichtung zur Blasformung können die Vorformlinge sowie die geblasenen Behälter mit Hilfe unterschiedlicher Handhabungseinrichtungen transportiert werden. Bekannt ist die Verwendung Von Transportdornen, auf die die Vorformlinge aufgesteckt werden. Die Vorformlinge können aber auch mit anderen Trageinrichtungen gehandhabt werden. Die Verwendung von Greifzangen zur Handhabung Von Vorformlingen und die Verwendung von Klemmdornen, die zur Halterung in einen Mündungsbereich des Vorformlings einführbar sind, gehören ebenfalls zu den verfügbaren Konstruktionen.
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Eine Handhabung Von Behältern und Vorformlingen unter Verwendung von Übergaberädern wird beispielsweise in der
DE-OS 199 06 438 bei einer Anordnung eines Übergaberades zwischen einem Blasrad und einer Ausgabestrecke und eines weiteren Übergaberades zwischen der Heizstrecke und dem Blasrad beschrieben.
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Die bereits erläuterte Handhabung der Vorformlinge erfolgt zum einen bei den sogenannten Zweistufenverfahren, bei denen die Vorformlinge zunächst in einem Spritzgussverfahren hergestellt, anschließend zwischengelagert und erst später hinsichtlich ihrer Temperatur konditioniert und zu einem Behälter aufgeblasen werden. Zum anderen erfolgt eine Anwendung bei den sogenannten Einstufenverfahren, bei denen die Vorformlinge unmittelbar nach ihrer spritzgusstechnischen Herstellung und einer ausreichenden Verfestigung geeignet temperiert und anschließend aufgeblasen werden.
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Im Hinblick auf die verwendeten Blasstationen sind unterschiedliche Ausführungsformen bekannt. Bei Blasstationen, die auf rotierenden Transporträdern angeordnet sind, ist eine buchartige Aufklappbarkeit der Formträger häufig anzutreffen. Es ist aber auch möglich, relativ zueinander verschiebliche oder andersartig geführte Formträger einzusetzen. Bei ortsfesten Blasstationen, die insbesondere dafür geeignet sind, mehrere Kavitäten zur Behälterformung aufzunehmen, werden typischerweise parallel zueinander angeordnete Platten als Formträger verwendet.
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Ausgangsprodukt bei der Herstellung von blasgeformten Kunststoffflaschen ist der in einem Spritzgussverfahren hergestellte Vorformling, welcher im Mündungsbereich bereits vollständig ausgeformt ist, also bereits dem Mündungsbereich der fertig geblasenen Flasche entspricht. Erst anschließend wird der Flaschenkörper durch Blasformen fertiggestellt. Eine Maschine und ein Verfahren zur Herstellung blasgeformter Kunststoffflaschen ist beispielsweise aus der
EP 1 858 689 A1 der Anmelderin bekannt. Die Inspektion der korrekten Ausformung des Mündungsbereichs kann in solchen Maschinen entweder vor oder nach dem eigentlichen Blasformen erfolgen.
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Der Mündungsbereich üblicher Kunststoffflaschen weist mehrere charakteristische Formabschnitte auf, die durch die Inspektionsanordnung geprüft werden sollten. Dies sind ein sogenannter Neck-Ring, welcher hauptsächlich der maschinellen Handhabung der Vorformlinge und der fertig geblasenen Flaschen dient, ein Garantiering, welcher mit dem Flaschenverschluss als Siegel zusammenwirkt, ein aus einem oder mehreren Gewindegängen bestehendes Verschlussgewinde, sowie eine Dichtfläche, welche mit einer Dichtung im Flaschendeckel zum Abdichten der gefüllten Flasche zusammenwirkt.
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Bei der Inspektion der Behältermündung, also der Mündung des Vorformlings oder der Mündung der fertig geblasenen Flasche mittels einer eine Kamera aufweisenden Inspektionsanordnung tritt nun das Problem auf, dass gerade die für die Qualität der Abdichtung entscheidende Dichtfläche nicht immer zufriedenstellend überprüft werden kann. Typische Fehler der Dichtfläche können z. B. Kratzer und Ausbrüche sein. Aus Bildaufnahmen von einer von oben auf die Dichtfläche blickenden Kamera ist schwer zu unterscheiden, ob es sich bei auf der Dichtfläche zu beobachtenden Fehlern um unschädliche Kratzer handelt, welche die Qualität der Dichtung nicht beeinflussen, oder um Ausbrüche, welche die Flasche bzw. den Vorformling unbrauchbar machen. Wird die Inspektionsanordnung empfindlich eingestellt, werden auch intakte Flaschen bzw. Vorformlinge zu unrecht aussortiert. Wird die Inspektionsanordnung unempfindlich eingestellt, werden defekte Flaschen bzw. Vorformlinge nicht erkannt und nicht ausgesondert.
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Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Inspektionsanordnung für Behältermündungen bereitzustellen, welche eine zuverlässigere Inspektion der Behältermündungen ermöglicht, und mittels der eine geringere Fehlsortierung möglich ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Inspektionsanordnung für Behältermündungen mit mindestens einer Kamera und mindestens einer Beleuchtungsvorrichtung, wobei die mindestens eine Kamera wenigstens einen Bildaufnehmer und wenigstens ein Objektiv aufweist, und wobei die mindestens eine Beleuchtungsvorrichtung wenigstens eine Lichtquelle aufweist, Die Inspektionsanordnung beobachtet auf einem Transportweg an ihr vorbeigeführte Behälter, und steuert eine Ausleiteinrichtung an, wenn die Auswerte- und Steuereinrichtung feststellt, dass ein inspizierter Behälter schadhaft ist. Es können z. B. zwei herkömmliche Kameras verwendet werden, die für sich genommen ein zweidimensionales Bild aufnehmen. Die Kameras betrachten die Dichtfläche aus unterschiedlichen Perspektiven, sodass aus den beiden Kamerabildern in Kenntnis der relativen Position der Kameras zueinander in der Auswert- und Steuereinrichtung ein 3-dimensionales Gesamtbild bzw. eine Tiefeninformation für den Fehler errechnet werden kann.
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Bevorzugt ist das Objektiv dabei als stereoskopisches Objektiv ausgeführt. Die Kamera ist als 3D-Kamera ausgeführt. Durch die Ausführung des Objektivs als stereoskopisches Objektiv ist es möglich, von der zu prüfenden Behältermündung ein dreidimensionales Bild aufzunehmen, und aus dem dreidimensionalen Bild eine bessere Unterscheidung zwischen unschädlichen Kratzern, die eine geringe Tiefe haben, und Ausbrüchen, die eine größere Tiefe aufweisen, vornehmen zu können. Die Fehlausleitrate kann dadurch verringert werden.
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Bevorzugt wird dabei aus den Bildinformationen ein 3D-Modell des Mündungsbereiches generiert, und dieses 3D-Modell als Basis für die Entscheidung genommen, ob ein Behälter auszuleiten ist oder im Behälterstrom verbleiben kann. Die Generierung eines Modells und die Entscheidung anhand des Modells bietet den Vorteil, dass eine exaktere Klassifizierung eines Fehlers möglich ist als bei der Auswertung eines nur zweidimensionalen Bildes. Es lassen sich dadurch Grenzen für nach tolerierbare Fehler enger fassen, und somit die Fehlausleitrate weiter verringern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Objektiv eine gemeinsame Frontlinse und zwei gegeneinander versetzte sensorseitige Objektivbaugruppen auf. Diese Konstruktion von Stereoobjektiven ist als Abbé- oder Fernrohr-Typ bekannt.
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Stereoskopische Objektive zeichnen sich dadurch aus, dass von einem Objektpunkt ausgehende Strahlenbündel in zwei unterschiedlichen Strahlengängen in zwei Bildpunkte abgebildet werden. Auf diese Art entstehen zwei Bilder aus etwas unterschiedlichen Richtungen, zwischen denen für gewöhnlich ein Winkel von 11° bis 16° liegt, wenn die Einzelbilder als 3D-Bild einem Betrachter gezeigt werden sollen. Dieser Winkel entspricht ungefähr den Verhältnissen bei den menschlichen Augen. Für eine automatische Bildverarbeitung kann der Winkel abweichend gewählt werden, da die Bildverarbeitung dies rechnerisch kompensieren kann. Prinzipiell sind zwei unterschiedliche Typen von stereoskopischen Objektiven bekannt, nämlich der Abbé- oder Fernrohr-Typ und der Greenough-Typ. Der Greenough-Typ zeichnet sich durch komplett voneinander getrennte Objektive aus, die in dem entsprechenden Winkel zueinander angeordnet sind. Dies bedingt gerade bei kurzen Brennweiten eine kurze Distanz zwischen den beiden objektseitigen Frontlinsen, die daher sehr klein ausgeführt sind. Das Objektiv ist dadurch eher lichtschwach, was für die Inspektionsanordnung von Nachteil ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Objektiv dagegen eine gemeinsame Frontlinse und zwei gegeneinander versetzte sensorseitige Objektivbaugruppen auf. Diese Konstruktion von Stereoobjektiven ist als Abbé- oder Fernrohr-Typ bekannt und ermöglicht die Verwendung einer großen Frontlinse, wodurch ein lichtstarkes Objektiv aufgebaut werden kann. Ein weiterer Vorteil dieses Objektivaufbaus ist die parallele Anordnung der Strahlengänge zueinander, was den Aufbau und die Justage eines solchen Objektivs vereinfacht.
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Gemäß einer Ausführung der Erfindung sind die beiden sensorseitigen Objektivbaugruppen symmetrisch zu der optischen Achse der gemeinsamen Frontlinse angeordnet. Auf diese Art wird die automatische Auswertung der beiden Teilbilder vereinfacht.
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In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fällt die optische Achse der einen der beiden sensorseitigen Objektivbaugruppen mit der optischen Achse der gemeinsamen Frontlinse zusammen, während die optische Achse der anderen der beiden sensorseitigen Objektivbaugruppen gegenüber der optischen Achse der gemeinsamen Frontlinse versetzt angeordnet ist. Durch diese Ausführung des Objektivs nutzt die eine sensorseitige Objektivbaugruppe hauptsächlich die zentralen Strahlen der Frontlinse und erzeugt daher ein möglichst verzeichnungsfreies Teilbild. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn neben der dreidimensionalen Inspektion der Dichtfläche des Behälters andere Kriterien anhand dieses Teilbildes geprüft werden sollen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Durchmesser der gemeinsamen Frontlinse wesentlich größer als die Summe der Durchmesser der beiden sensorseitigen Objektivbaugruppen. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der Lichtstärke des Objektivs. Bevorzugt ist der Durchmesser mehr als doppelt so groß.
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Gemäß einer besonders hervorzuhebenden Weiterbildung der Erfindung, der ein eigenständiger erfinderischer Rang zukommt, ist das Objektiv als hyperzentrisches Objektiv ausgeführt. Unter einem hyperzentrischen Objektiv wird im Sinne der Erfindung ein Objektiv verstanden, bei dem das objektseitige Bild einer den Bildstrahlengang begrenzenden Systemblende vom Objektiv aus gesehen hinter der optimalen Objektweite liegt. Das hat zur Folge, dass ein lateraler Objektpunkt hauptsächlich durch Strahlen abgebildet wird, die vom Objektpunkt zunächst von der optischen Achse des Objektivs weg verlaufen und erst beim Durchtritt durch die Frontlinse wieder zur optischen Achse hin gebrochen werden. Es können somit auch Objektpunkte gut abgebildet werden, die auf parallel zur optischen Achse verlaufenden Oberflächen liegen, z. B kann die Mantelfläche eines um die optische Achse verlaufenden Zylinders durch ein solches Objektiv komplett abgebildet werden. Durch diese Weiterbildung kann die erfindungsgemäße Inspektionsanordnung gleichzeitig eine dreidimensionale Inspektion der besonders kritischen Dichtfläche einer Behältermündung durchführen sowie eine zweidimensionale Inspektion der weniger kritischen, ansonsten aber schwer zu erfassenden Elemente wie Neck-Ring, Garantiering und Gewinde. Dies war bislang nicht möglich. Es ist dabei bevorzugt, die Auswertung mit unterschiedlicher Auflösung zu betreiben. Die Dichtfläche kann z. B. mit hoher Auf lösung betrachtet werden, der Garantiering hingegen in einer schlechteren Auflösung. Dies spart Rechenaufwand dort, wo Mündungsfehler wenig kritisch sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Beleuchtungsvorrichtung einen Beleuchtungsstrahlengang auf, der zumindest abschnittweise mit einem Beobachtungsstrahlengang des Objektivs zusammen fällt. Bevorzugt wird der Beleuchtungsstrahlengang durch einen halbdurchlässigen Spiegel mit dem Beobachtungsstrahlengang des Objektivs zusammengeführt. Auf diese Weise wird eine platzsparende und gleichmäßige Ausleuchtung des Blickfeldes der Inspektionsanordnung ermöglicht.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Beleuchtungsvorrichtung ring- oder teilringförmig um den Beobachtungsstrahlengang des Objektivs herum angeordnet. Durch eine solche Anordnung kann das Objektiv besonders dicht an dem Objekt platziert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine Lichtquelle zur Erzeugung monochromatischen Lichts ausgeführt. Besonders bevorzugt umfasst die wenigstens eine Lichtquelle wenigstes eine LED. Dadurch kann bei der Entwicklung des Objektivs auf eine Korrektur der chromatischen Aberration verzichtet werden. Gerade bei stark brechenden Linsen bewirkt die Dispersion, dass Licht unterschiedlicher Wellenlänge unterschiedlich gebrochen wird, es kommt so zu farbabhängigen Abbildungsfehlern. Bei Abbildung von mit weißem Licht beleuchteten Objekten bewirkt insbesondere der sog. Farbvergrößerungsfehler einen Schärfe- und Kontrastverlust, welcher die automatische Bildverarbeitung erschwert. Um die Abbildungsqualität zu verbessern werden gewöhnlich Achromate eingesetzt. Dadurch werden Objektive jedoch teuer und groß. Durch die Verwendung von monochromatischem, also einfarbigem Licht, braucht das Objektiv nur für diese eine Farbe optimiert zu werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Beleuchtungsvorrichtung zur Projektion eines Musters, insbesondere eines Punkt- oder Linienmusters ausgeführt. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Beleuchtungsvorrichtung wenigstens eine Laserdiode. Durch die Projektion eines Punkt- oder Linienmusters (oder eines beliebigen anderen Musters) auf die zu inspizierende Behältermündung kann deren Kontur noch besser bestimmt werden. In dem Bereich der Behältermündung, welcher durch das stereoskopische Objektiv in zwei Teilbildern abgebildet wird, bieten die Strukturen des Punkt- oder Linienmusters Landmarken, welche z. B. die Korrelation der Teilbilder zueinander durch eine automatische Bildverarbeitung erleichtern. Somit wird die Berechnung der Oberflächenkontur des entsprechenden Abschnitts der Behältermündung vereinfacht. Zusätzlich werden die Linien bzw. Punkte des Punkt- oder Linienmusters durch die Oberflächenkontur der Behältermündung verzerrt in den Teilbildern der Inspektionsanordnung abgebildet. Diese Verzerrung kann ebenfalls durch eine Bildverarbeitung genutzt werden, um die Oberflächenkontur der Behältermündung zu ermitteln. Ein solches Verfahren ist auch als 'Lichtschnittverfahren' bekannt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Inspektionsanordnung ein wenigstens die optischen Komponenten umgebendes Schutzgehäuse. Durch ein solches Schutzgehäuse wird verhindert dass Staub, Schmutz und Kondensat in die Inspektionsanordnung gelangen und deren Funktion beeinträchtigen. Vorzugsweise weist das Schutzgehäuse ein Beobachtungsfenster auf. Die optische Achse des Beobachtungsstrahlenganges sollte durch dieses Fenster verlaufen, ebenso die optische Achse des Beleuchtungsstrahlenganges, wenn die Beleuchtungsvorrichtung innerhalb des Schutzgehäuses angeordnet ist. Das Schutzgehäuse kann somit komplett geschlossen ausgeführt sein.
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Mit Vorteil wird keine Dauerlichtquelle verwendet, sondern die Beleuchtungsvorrichtung sendet Lichtblitze aus, insbesondere solche mit hoher Lichtintensität, z. B. dann ausgelöst, wenn eine Behältermündung eine Inspektionsstellung unterhalb der Inspektionsanordnung erreicht. Es lassen sich dadurch Überhitzungsprobleme vermeiden.
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Die Genauigkeit der Inspektion kann noch dadurch erhöht werden, dass die Ausleitentscheidung nicht durch Auswertung der Bilder gebildet wird, sondern dass die Auswerte- und Steuereinheit mit Vorteil aus den Bildpunkten der Bildaufnahme des Mündungsbereiches ein 3D-Modell des Mündungsbereiches errechnet. Die Ansteuerung der Ausleiteinrichtung erfolgt dann nach Auswertung des 3D-Modells.
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Die Inspektionsanordnung kann mit Vorteil vor der Blasstation angeordnet sein, z. B. bereits vor dem Heizofen zur Konditionierung des Vorformlings oder auf der Transportstrecke zwischen Heizofen und Blasstation. Die Inspektionsanordnung kann aber alternativ oder zusätzlich auch hinter der Blasstation angeordnet sein.
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Es sind verschiedene Ausleiteinrichtungen im Stand der Technik bekannt, z. B. Transportdorne mit Abwurfmechanismen, Ausblasdüsen, mechanische Auswerfer etc..
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einiger schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer Blasstation zur Herstellung von Behältern aus Vorformlingen;
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2 einen Längsschnitt durch eine Blasform, in der ein Vorformling gereckt und expandiert wird;
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3 eine Skizze zur Veranschaulichung eines grundsätzlichen Aufbaus einer Vorrichtung zur Blasformung von Behältern;
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4: eine Schnittdarstellung eines Vorformlings;
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5: eine prinzipielle Darstellung eines Abschnitts einer Blasformmaschine;
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6: eine Schnittdarstellung einer Inspektionsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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7 eine prinzipielle Darstellung einer Inspektionsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
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8 eine prinzipielle Darstellung eines Objektivs gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung
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Der prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung zur Umformung von Vorformlingen 1 in Behälter 2 ist in 1 und in 2 dargestellt. Die Vorrichtung zur Formung des Behälters 2 besteht im Wesentlichen aus einer Blasstation 3, die mit einer Blasform 4 versehen ist, in die ein Vorformling 1 einsetzbar ist. Der Vorformling 1 kann ein spritzgegossenes Teil aus Polyethylenterephthalat (PET) sein. Zur Ermöglichung eines Einsetzens des Vorformlings 1 in die Blasform 4 und zur Ermöglichung eines Herausnehmens des fertigen Behälters 2 besteht die Blasform 4 aus Formhälften 5, 6 und einem Bodenteil 7, das von einer Hubvorrichtung 8 positionierbar ist. Der Vorformling 1 kann im Bereich der Blasstation 3 von einem Halteelement 9 fixiert sein. Es ist beispielsweise möglich, den Vorformling 1 über Zangen oder andere Handhabungsmittel direkt in die Blasform 4 einzusetzen.
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Zur Ermöglichung einer Druckluftzuleitung ist unterhalb der Blasform 4 ein Anschlußkolben 10 angeordnet, der dem Vorformling 1 Druckluft zuführt und gleichzeitig eine Abdichtung vornimmt. Bei einer abgewandelten Konstruktion ist es grundsätzlich aber auch denkbar, feste Druckluftzuleitungen zu verwenden.
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Eine Reckung des Vorformlings 1 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer Reckstange 11, die von einem Zylinder 12 positioniert wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird eine mechanische Positionierung der Reckstange 11 über Kurvensegmente durchgeführt, die von Abgriffrollen beaufschlagt sind. Die Verwendung von Kurvensegmenten ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von Blasstationen 3 auf einem rotierenden Blasrad 25 angeordnet sind
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Recksystem derart ausgebildet, dass eine Tandem-Anordnung von zwei Zylindern 12 bereitgestellt ist. Von einem Primärzylinder 13 wird die Reckstange 11 zunächst vor Beginn des eigentlichen Reckvorganges bis in den Bereich eines Bodens 14 des Vorformlings 1 gefahren. Während des eigentlichen Reckvorganges wird der Primärzylinder 13 mit ausgefahrener Reckstange gemeinsam mit einem den Primärzylinder 13 tragenden Schlitten 15 von einem Sekundärzylinder 16 oder über eine Kurvensteuerung positioniert. Insbesondere ist daran gedacht, den Sekundärzylinder 16 derart kurvengesteuert einzusetzen, dass von einer Führungsrolle 17, die während der Durchführung des Reckvorganges an einer Kurvenbahn entlang gleitet, eine aktuelle Reckposition vorgegeben wird. Die Führungsrolle 17 wird vom Sekundärzylinder 16 gegen die Führungsbahn gedrückt. Der Schlitten 15 gleitet entlang von zwei Führungselementen 18.
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Nach einem Schließen der im Bereich von Trägern 19, 20 angeordneten Formhälften 5, 6 erfolgt eine Verriegelung der Träger 19, 20 relativ zueinander mit Hilfe einer Verriegelungseinrichtung 40.
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Zur Anpassung an unterschiedliche Formen eines Mündungsabschnittes 21 des Vorformlings 1 ist gemäß 2 die Verwendung separater Gewindeeinsätze 22 im Bereich der Blasform 4 vorgesehen.
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2 zeigt zusätzlich zum geblasenen Behälter 2 auch gestrichelt eingezeichnet den Vorformling 1 und schematisch eine sich entwickelnde Behälterblase 23.
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3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Blasmaschine, die mit einer Heizstrecke 24 sowie einem rotierenden Blasrad 25 versehen ist. Ausgehend von einer Vorformlingseingabe 26 werden die Vorformlinge 1 von Übergaberädern 27, 28, 29 in den Bereich der Heizstrecke 24 transportiert. Entlang der Heizstrecke 24 sind Heizstrahler 30 sowie Gebläse 31 angeordnet, um die Vorformlinge 1 zu temperieren. Nach einer ausreichenden Temperierung der Vorformlinge 1 werden diese von einem Übergaberad 35 an das Blasrad 25 übergeben, in dessen Bereich die Blasstationen 3 angeordnet sind. Die fertig geblasenen Behälter 2 werden von weiteren Übergaberädern 37, 28, 38 einer Ausgabestrecke 32 zugeführt. Das Übergaberad 37 ist dabei als ein Entnahmerad, das Übergaberad 38 als ein Ausgaberad ausgebildet.
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Um einen Vorformling 1 derart in einen Behälter 2 umformen zu können, dass der Behälter 2 Materialeigenschaften aufweist, die eine lange Verwendungsfähigkeit von innerhalb des Behälters 2 abgefüllten Lebensmitteln, insbesondere von Getränken, gewährleisten, müssen spezielle Verfahrensschritte bei der Beheizung und Orientierung der Vorformlinge 1 eingehalten werden. Darüber hinaus können vorteilhafte Wirkungen durch Einhaltung spezieller Dimensionierungsvorschriften erzielt werden.
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Als thermoplastisches Material können unterschiedliche Kunststoffe verwendet werden. Einsatzfähig sind beispielsweise PET, PEN oder PP.
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Die Expansion des Vorformlings 1 während des Orientierungsvorganges erfolgt durch Druckluftzuführung. Die Druckluftzuführung ist in eine Vorblasphase, in der Gas, zum Beispiel Preßluft, mit einem niedrigen Druckniveau zugeführt wird und in eine sich anschließende Hauptblasphase unterteilt, in der Gas mit einem höheren Druckniveau zugeführt wird. Während der Vorblasphase wird typischerweise Druckluft mit einem Druck im Intervall von 10 bar bis 25 bar verwendet und während der Hauptblasphase wird Druckluft mit einem Druck im Intervall von 25 bar bis 40 bar zugeführt.
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Aus 3 ist ebenfalls erkennbar, dass bei der dargestellten Ausführungsform die Heizstrecke 24 aus einer Vielzahl umlaufender Transportelemente 33 ausgebildet ist, die kettenartig aneinandergereiht und entlang von Umlenkrädern 34, 36 geführt sind. Insbesondere ist daran gedacht, durch die kettenartige Anordnung eine im wesentlichen rechteckförmige Grundkontur aufzuspannen. Bei der dargestellten Ausführungsform werden im Bereich der dem Übergaberad 27 zugewandten Ausdehnung der Heizstrecke 24 ein einzelnes relativ groß dimensioniertes Umlenkrad 34 und im Bereich von benachbarten Umlenkungen zwei vergleichsweise kleiner dimensionierte Umlenkräder 36 verwendet. Grundsätzlich sind aber auch beliebige andere Führungen denkbar, Zur Ermöglichung einer möglichst dichten Anordnung des Übergaberades 27 und des Blasrades 25 relativ zueinander erweist sich die dargestellte Anordnung als besonders zweckmäßig, da im Bereich der entsprechenden Ausdehnung der Heizstrecke 24 drei Umlenkräder 34, 36 positioniert sind, und zwar jeweils die kleineren Umlenkräder 36 im Bereich der Überleitung zu den linearen Verläufen der Heizstrecke 24 und das größere Umlenkrad 34 im unmittelbaren Übergabebereich zum Übergaberad 27 und zum Blasrad 25. Alternativ zur Verwendung von kettenartigen Transportelementen 33 ist es beispielsweise auch möglich, ein rotierendes Heizrad zu verwenden.
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Nach einem fertigen Blasen der Behälter 2 werden diese vom Übergaberad 38 aus dem Bereich der Blasstationen 3 herausgeführt und zur Ausgabestrecke 32 transportiert.
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Ein Transport der Vorformlinge 1 und der Behälter 2 durch die Blasmaschine kann in unterschiedlicher Art und Weise erfolgen. Gemäß einer Ausführungsvariante werden die Vorformlinge zumindest entlang des wesentlichen Teiles ihres Transportweges von Transportdornen getragen. Es ist aber auch möglich, einen Transport der Vorformlinge unter Verwendung von Zangen durchzuführen, die außenseitig am Vorformling angreifen, oder Innendorne zu verwenden, die in einen Mündungsbereich des Vorformlings eingeführt werden. Ebenfalls sind hinsichtlich der räumlichen Orientierung der Vorformlinge unterschiedliche Varianten denkbar.
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Gemäß einer Variante wird der Vorformling im Bereich der Vorformlingseingabe 26 mit seiner Mündung in lotrechter Richtung nach oben orientiert zugeführt, anschließend gedreht, entlang der Heizstrecke 24 und des Blasrades 25 mit seiner Mündung in lotrechter Richtung nach unten orientiert gefördert und vor einem Erreichen der Ausgabestrecke 32 wieder gedreht. Gemäß einer anderen Variante wird der Vorformling 2 im Bereich der Heizstrecke 24 mit seiner Mündung in lotrechter Richtung nach unten orientiert beheizt, vor Erreichen des Blasrades 25 jedoch wieder um 180° gedreht.
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Gemäß einer dritten Ausführungsvariante durchläuft der Vorformling den gesamten Bereich der Blasmaschine ohne Durchführung von Wendevorgängen mit seiner Mündung in lotrechter Richtung nach oben orientiert.
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In 4 ist ein typischer Vorformling 101 dargestellt, wie er als Ausgangsprodukt bei der Herstellung blasgeformter Kunststoffflaschen Verwendung findet. Der Vorformling besteht aus einem hohlen Körper 102 mit ausreichend hoher Wandstärke, um beim biaxialen Strecken während des Blasformens nicht zu reißen oder so dünn zu werden, dass die entstehende Flasche nicht mehr gebrauchstauglich ist. Das geschlossene Ende des hohlen Körpers 102 ist halbkugelförmig abgerundet verschlossen.
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Im offenen Endabschnitt 103 des Vorformlings 101 verjüngt sich dieser in Richtung des Mündungsbereichs 104. Dieser verjüngte Bereich 103 wird beim Blasformen zu dem ebenfalls verjüngten oberen Abschnitt der fertigen Kunststoffflasche umgeformt, nämlich zur Flaschenschulter Der Mündungsbereich 104 des Vorformlings 101 ist bereits fertig ausgeformt und wird während des Blasformens nicht gestreckt. In der Figur sind die Dichtfläche 105, das Gewinde 106, der Garantiering 107 und der Neck-Ring 108 zu erkennen. Die Dichtfläche 105 ist entweder plan oder leicht konvex geformt und wird beim Schließen der Kunststoffflasche gegen eine elastische Dichtung im Flaschenverschluss gedrückt, um einen gas- und flüssigkeitsdichten Abschluss der Kunststoffflasche zu gewährleisten. Das Gewinde 106 dient dem Aufschrauben des nicht dargestellten Verschlusses bis über den Garantiering 107. Dabei bilden der Verschluss und der Garantiering 107 ein Siegel, welches beim ersten Öffnen des Verschlusses sichtbar zerstört wird.
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Der Neck-Ring 108 dient der Handhabung des Vorformlings 101 und der fertigen Kunststoffflasche in der Blasformmaschine. Von besonderer Wichtigkeit ist der Neck-Ring 108 jedoch auch während des eigentlichen Blasvorgangs, bei welchem der Vorformling 101 fest in der Blasstation 3 gehalten werden muss, um die auftretenden Kräfte aufzufangen. Dies erfolgt im Wesentlichen über den Neck-Ring 108.
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In 5 ist ein Abschnitt 201 einer Blasformmaschine dargestellt. In diesem Abschnitt 201 werden Vorformlinge 1 von einer nicht dargestellten Zuführeinheit in die Blasformmaschine übergeben. Dazu werden die Vorformlinge 1 aufrecht stehend einem als Transportstern 203 ausgeführten Übergaberad zugeführt, Der Transportstern 203 trägt an seinem Umfang Vereinzelungstaschen 204, welche jeweils einen Vorformling 1 aus dem Zuführstrom greifen und in Richtung einer Führung 205 transportieren. Wegen der beschriebenen Funktion wird der Transportstern 203 auch als Vereinzelungsstern bezeichnet. Durch weiteres Drehen des Transportsterns 203 werden die Vorformlinge 1 in den Bereich einer Führung 206 gefördert, wo die Vorformlinge 1 aus dem Transportstern 203 entnommen und an einen Heiztunnel 207 abgegeben werden, z. B. indem nicht dargestellte Transportdorne in die Vorformlinge 1 einfahren und diese ergreifen.
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Im Bereich des Transportsterns 203 ist eine Inspektionsanordnung 208 gemäß der Erfindung angeordnet, welche die Mündungen der Vorformlinge auf korrekte Ausformung prüft. Vorformlinge 1 mit defekten Mündungen werden mit einer nicht dargestellten Ausleiteinrichtung ausgeschleust.
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6 zeigt die Inspektionsanordnung 208 in einer Schnittdarstellung. Oberhalb des Transportsterns 203, welcher einen Vorformling 101 trägt, ist die Inspektionsanordnung 208 schematisch im Schnitt zu erkennen. Innerhalb eines mehrere Wandbleche 301 aufweisenden Gehäuses 302 ist eine Kamera 303 angeordnet, welche über eine Leitung 304 mit einer Auswerte- und Steuereinheit 305 verbunden ist. Die Kamera 303 beinhaltet einen Bildaufnehmer 306 und ein stereoskopischen Objektiv 307, welches zwei unter unterschiedlichen Winkeln aufgenommene Teilbilder des Mündungsbereichs des Vorformlings 101 auf dem Bildaufnehmer 307 abbildet. Die Teilbilder werden dann zur Auswertung an die Auswerte und Steuereinheit 305 übertragen. Die Auswerte- und Steuereinheit 305 ist mittels einer weiteren Leitung 308 mit einer Beleuchtungsvorrichtung 309 verbunden, welche Licht senkrecht zu einer optischen Achse des Objektivs 307 abstrahlt. Die Strahlengänge der Beleuchtungsvorrichtung 309 und des Objektivs 307 werden durch einen teildurchlässigen Spiegel 310 vereinigt, so dass die Beleuchtungsrichtung und die Beobachtungsrichtung der Inspektionsanordnung objektseitig des Spiegels 310 zusammenfallen, ohne dass es Abschattungen gibt.
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Das Gehäuse 302 ist in Beobachtungsrichtung der Kamera 303 durch ein transparentes Fenster 311 abgeschlossen. Ein Kabelstutzen 313 ermöglicht die Verbindung der Auswerte- und Steuereinheit 305 mit einer Maschinensteuerung der Blasformmaschine.
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Um ein gutes Inspektionsergebnis zu erhalten muss die Beleuchtungseinrichtung 309 intensitätsstarkes Licht aussenden. Um dennoch eine starke Erwärmung der Beleuchtungsvorrichtung 309 und von dessen Umgebung zu vermeiden ist diese daher zur Abgabe kurzer Lichtblitze ausgeführt. Die Synchronisation dieser Lichtblitze mit der Förderbewegung der Vorformlinge 101 erfolgt z. B. über die Auswerte- und Steuereinheit 305. Die Beleuchtungsvorrichtung 309 weist zwei monochromatisches Licht emittierende Leuchtdioden 312 auf.
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Die Auswerte- und Steuereinheit 305 errechnet aus den aufgenommenen Teilbildern des Mündungsbereichs des Vorformlings 1 ein 3D-Modell und ermittelt darin fehlerhafte Strukturen, welche z. B. Kratzer oder Ausbrüche sein können. Die in den Bilddaten und in dem daraus gewonnene 3D-Modell enthaltene Tiefeninformation ermöglicht die Unterscheidung störender Ausbrüche von unschädlichen Kratzern.
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In 7 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Inspektionsanordnung 208' schematisch dargestellt. Wiederum ist ein Vorformling 101 erkennbar, welcher in einem Transportstern 203 gehalten wird. Von dem Gehäuse der Inspektionsanordnung 208' ist der besseren Übersichtlichkeit halber nur ein Fenster 311' dargestellt, alle anderen Teile sind weggelassen.
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Vorformlingsseitig des Fensters 311' ist eine Beleuchtungsvorrichtung 309' ringförmig um die Längsachse 404 des zu prüfenden Vorformlings 101 angeordnet. An ihrer Innenseite trägt die Beleuchtungsvorrichtung 309' eine große Anzahl monochromatisches Licht emittierende Leuchtdioden 312', welche den Mündungsbereich des Vorformlings 101 mit Blitzlicht beleuchten. Zusätzlich zu den Leuchtdioden 312' trägt die Beleuchtungsvorrichtung 309' mehrere Laserdioden 401, welche den Mündungsbereich des Vorformlings 101 mit einem Punkt- und/oder Linienmuster beleuchten.
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Auf der vorformlingsabgewandten Seite des Fensters 311' und dicht am Fester 311' ist eine Kamera 303' mit einem Objektiv 307' angeordnet, welches eine große Frontlinse 402 aufweist, deren optische Achse 403 mit der Längsachse 404 des Vorformlings 101 zusammen fällt. Kameraseitig der Frontlinse 402 sind zwei sensorseitige Objektivteile 405 gegeneinander versetzt angeordnet. Diese Objektivteile 405 sind als jeweils eine einzige Linse dargestellt, können aber auch aus mehreren Linsen bestehen und weitere optische Elemente wir Blenden, Filter o. ä. beinhalten. Hinter den sensorseitigen Objektivteilen 405 sind zwei Bildsensoren 306' angeordnet. Der Durchmesser der Frontlinse 402 ist größer als die Summe der sensorseitigen Objektivteile 405. Die zwei Bildsensoren 306' können z. B. auch als Teilbereiche eines einzigen großen Bildsensors ausgebildet sein.
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Die Funktion der in 7 dargestellten Inspektionsanordnung 208' unterscheidet sich prinzipiell kaum von der in 6 dargestellten Inspektionsanordnung 208. Allerdings ermöglicht das durch die Laserdioden 401 projizierte Punkt- und/oder Linienmuster eine Konturbestimmung auch solcher Abschnitte des Mündungsbereichs des Vorformlings 101, die wegen ihrer Position nur auf einem der aufgenommenen Teilbilder sichtbar sind, Diese Konturbestimmung funktioniert z. B. nach dem sogenannten Lichtschnittverfahren, bei welchem eine Laserlinie auf eine Oberfläche projiziert wird und unter einem vom Projektionswinkel unterschiedlichen Winkel betrachtet wird. Die Linie erscheint in dem Bild dann abhängig von der Oberflächenkontur verzerrt oder verschoben, so dass aus der Form und Lage der Linie die Form und Lage der Oberfläche berechnet werden kann. Eine noch feinere Bestimmung der Oberflächenform ist durch die Projektion eines runden Lichtflecks und Auswertung der Kontur des Lichtflecks im aufgenommenen Bild möglich. Auf diese Art lässt sich z. B. die korrekte Wölbung einer konvex geformten Dichtfläche prüfen.
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In 8 ist ein Objektiv gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt, wobei alle zum Verständnis der Ausführungsform nicht erforderlichen Elemente weggelassen wurden. Dicht an dem Mündungsbereich 104 eines Vorformlings 101 ist eine gemeinsame Frontlinse 402' angeordnet, deren optische Achse 403' mit der Längsachse 404 des Vorformlings 101 zusammenfällt. Ein erstes sensorseitiges Objektivteil 501 ist so hinter der Frontlinse 402' angeordnet, dass ihre optische Achse 502 mit der optischen Achse 403' der Frontlinse 402' zusammenfällt. Ein zweites sensorseitiges Objektivteil 503 ist so hinter der Frontlinse 402' angeordnet, dass ihre optische Achse 504 seitlich zu der optischen Achse 403' der Frontlinse 402' parallelversetzt ist. Der Durchmesser der Frontlinse 402' ist wiederum größer als die Summe der Durchmesser der sensorseitigen Objektivteile 501, 503. Hinter den sensorseitigen Objektivteilen 501, 505 sind wiederum Bildsensoren 306'' angeordnet. Die zwei Bildsensoren 306'' können, wiederum z. B. auch als Teilbereiche eines einzigen großen Bildsensors ausgebildet sein.
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Anhand der beispielhaft dargestellten Strahlenverläufe 504, 505 durch die Frontlinse 402' und das Objektivteil 501 ist erkennbar, dass mit diesem Abschnitt des Objektivs sowohl die in Richtung des Objektivs weisende Dichtfläche 105 des Vorformlings 101 als auch die komplette äußere Mantelfläche des Mündungsbereichs 104 des Vorformlings 101 auf einem der Bildsensoren 306'' abgebildet wird. Diese Art der Abbildung wird als hyperzentrische Perspektive und das entsprechende Objektiv als hyperzentrisches Objektiv bezeichnet.
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Anhand des beispielhaft dargestellten Strahlenverlaufs 506 durch die Frontlinse 402' und das Objektivteil 503 ist erkennbar, dass mit diesem Abschnitt des Objektivs zwar die gesamte Dichtfläche 105, aber nur ein kleiner Teil der äußeren Mantelfläche des Mündungsbereichs 104 des Vorformlings 101 auf dem zugeordneten Bildsensor 306'' abgebildet wird. Dies reicht aber völlig aus, um die besonders kritische Dichtfläche 105 dreidimensional zu vermessen und zu prüfen, während die weniger kritischen Abschnitte des Mündungsbereichs 105 anhand eines hyperzentrisch aufgenommenen Bildes ausreichend genau inspiziert werden können, zumal auch hier mittels der bezüglich 7 beschriebenen besonderen Art der Beleuchtung eine Konturbestimmung möglich ist.