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(43) Veröffentlichungstag:
22.09.1999 Patentblatt 1999/38 (21) Anmeldenummer: 99104138.5 (22) Anmeldetag: 02.03.1999
European Patent Office
Office europeen des brevets (11) E P 0 9 4 3 9 1 2 A 1 EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
igstag: (51) mt. ci.6: G01 N 21/35, G01 N 33/34
(84) Benannte Vertragsstaaten: (72) Erfinder: Fink, Frank Prof.Dr.
AT BE CH CY DE DK ES Fl FR GB GR IE IT LI LU 10439 Berlin (DE) MCNLPTSE
Benannte Erstreckungsstaaten: (74) Vertreter:
AL LT LV MK RO SI Specht, Peter, Dipl.-Phys. et al
Loesenbeck, Stracke, Loesenbeck, (30) Prioritat: 05.03.1998 DE 19810163 Patentanwalte,
Jollenbecker Strasse 164 (71) Anmelder: Valco Cincinnati GmbH 33613 Bielefeld (DE)
32130 Enger (DE)
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(54) Einrichtung zum Nachweis von Wasser und wasserhaltigen Substanzen, insbesondere von wasserhaltigen Klebstoffen, auf Oberflächen beliebiger Materialien
(57) Eine Einrichtung zum Nachweis von Wasser und wasserlöslichen Substanzen, insbesondere was- serhaltigem Klebstoff, auf Oberflächen beliebiger Mate- rialien, insbesondere auf Klebeflächen aus Pappe und Papier beliebiger Farbe für die Verpackungsindustrie besteht aus einer Beleuchtungseinrichtung und zwei Detektoren. Mit der Beleuchtungseinrichtung wird Licht, dessen Spektrum die Absorptionsbande des Wassers bei 1 ,4|xm und deren spektrale Umgebung überdeckt, auf die Oberfläche abgebildet. Das von der Oberfläche zurückgesandte Licht wird über eine Optik auf den Detektor, dem ein Spektralfilter vorgeschaltet ist, das Licht bei der 1 ,4pm-Absorptionsbande durchläßt, abge- bildet. Ein Teil des von der Oberfläche zurückgesandten Lichtes wird über einen Strahlteiler auf einen zweiten Detektor geleitet, dem ein Spektralfilter vorgeschaltet ist, das Licht außerhalb der 1,4|xm Absorptionsbande durchläßt.
Beide Signale werden einem Differenzverstärker zugeführt. Der Unterschied im Differenzsignal, der sich aus der Meßsituation Oberfläche mit wasserlöslicher Substanz zur Oberfläche ohne ergibt, wird als Indikator für das Vorhandensein der wasserlöslichen Substanz
v e r w e n d e t . �
1 EP 0 943 912 A1 2 Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Nachweis von Wasser und wasserhaltigen Substanzen, insbesondere wasserhaltigen Klebstoffen, auf verschie- denen Materialien mit unterschiedlicher Oberflächenbe- schaffenheit und mit unterschiedlichen Farben, die vorzugsweise in der Verpackungsindustrie Anwendung findet.
[0002] Im Fertigungsprozeß von Verpackungen, vor- zugsweise aus Papier und Pappe, wird der ortsgenaue Auftrag von wasserhaltigen Klebstoffen auf die dafür vorgesehenen Klebeflächen der Verpackungszu- schnitte gefordert. Der Klebstoffauftrag erfolgt über gesteuerte Beleimungsdüsen, an denen die Klebeflä- chen mit hoher Geschwindigkeil (bis zu 10m/s) vorbei- geführt werden. Durch Störungen beim Auftragsprozeß kommt es vor, daß Klebeflächen falsch oder gar nicht beleimt werden. Um diese Verpackungszuschnitte rechtzeitig zu erkennen und steuernd in den Prozeß eingreifen zu können, werden Detektoren benötigt, die den Klebstoffauftrag mit der erforderlichen Geschwin- digkeit kontrollieren.
[0003] Die bekannten Detektoren zum Nachweis des Klebstoffauftrags nutzen die Fluoreszenz von Substan- zen aus, die dem Klebstoff vorab beigemischt und durch geeignete elektromagnetische Strahlung angeregt wer- den. Die Beimischung dieser fluoreszierenden Substan- zen zum Klebstoff ist bei Verpackungen, die zum Beispiel für die Lebensmittelindustrie benötigt werden, unerwünscht.
[0004] Darüber hinaus können durch die elektroma- gnetische Strahlung auch die zu beleimenden Flächen selbst zur Fluoreszenz angeregt werden. Dies tritt ins- besondere bei farbigen oder beschichteten Klebeflä- chen ein. Diese zusätzliche Fluoreszenz kann sich als Störfluoreszenz der Fluoreszenz der Klebstoffspur überlagern und zu Fehlinformationen führen.
[0005] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Nachweis von wasserhaltigen Substanzen, ins- besondere von wasserlöslichen Klebstoffen der Verpak- kungsindustrie, anzugeben, die darüber hinaus den Klebstoff ohne Beimischung zusätzlicher Substanzen nachweist und unabhängig von der Farbe und der Ober- flächenbeschaffenheit der Materialien, auf die die was- serlösliche Substanz oder der Klebstoff aufgetragen ist, arbeitet.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß über eine Optik ein Lichtfleck auf die Klebe- fläche mit der Klebstoffspur geleitet wird, dessen Spek- trum die Absorptionsbande des Wassers bei 1,4|xm überdeckt, und daß das von der Klebefläche und der Klebstoffspur zurückgeworfene Licht auf einen Photo- empfänger für Infrarotstrahlung geleitet wird, vor dem ein Filter angeordnet ist, das nur Licht bei der 1 ,4|xm- Absorptionsbande des Wassers durchläßt. Das von der Klebefläche ohne Klebstoffspur empfangene Signal unterscheidet sich deutlich von dem Signal, das von
einer Klebefläche mit Klebstoffspur empfangen wird.
Die Spur mit dem wasserlöslichen Klebstoff schwächt durch Absorption im Bereich der Wasserbande um 1 ,4|xm das auftretende Licht, so daß auch das zurück- 5 geworfene Licht im Bereich der Absorptionsbande um 1,4|xm geschwächt erscheint. Der Unterschied zwi- schen der mit dem Photoempfänger registrierten Licht- menge, die von der Klebefläche ohne und mit Klebstoffspur entsteht, dient zur Erkennung der Kleb- 10 stoffspur.
[0007] Für Materialien, die im Bereich der Absorpti- onsbande ebenfalls eine starke Absorption zeigen, wie z. B. farbige und schwarze Klebeflächen, wird bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ein zweiter 15 Detektorkanal eingerichtet, der Licht aus der unmittel- baren spektralen Umgebung der Absorptionsbande registriert. Dazu wird vor dem Photoempfänger ein ent- sprechendes Filter angeordnet, das Licht aus der spek- tralen Umgebung (z.B. um 1,3|xm) der 1,4|xm- 20 Absorptionsbande, nicht jedoch bei der 1 ,4|xm-Absorp- tionsbande selbst, durchläßt. Das so gewonnene Refe- renzsignal wird in einer nachgeschalteten Differenzbildungseinheit mit dem Signal, das im spek- tralen Bereich der Absorptionsbande ermittelt wurde, 25 ausgewertet. Dadurch wird der Betrag der Klebefläche zur Absorption gegenüber dem Betrag von Klebefläche plus Klebstoff zur Absorption berücksichtigt. Das Diffe- renzsignal dient erfindungsgemäß zur Erkennung der Klebstoffspur auf Oberflächen, die im Bereich der Was- 30 serbanden störende eigene Absorptionseigenschaften
zeigen.
[0008] Neben der Absorptionsbande bei 1 ,4|xm läßt sich die oben beschriebene Anordnung erfindungsge- mäß auch bei den Absorptionsbanden um 0,95|xm, 35 1 ,7|xm, 1 ,94|xm oder 2,94|xm betreiben. Dazu müssen die spektralen Eigenschaften des Beleuchtungslichts und der Filter von den Photoempfängern auf die jewei- lige Absorptionsbande bzw. deren spektraler Umge- bung angepaßt werden.
40 [0009] In einer weiteren Ausführungsform wird beim Betreiben der Einrichtung bei der Absorptionsbande um 1,4|xm das Referenzsignal aus dem Spektralbereich unterhalb von 1 ,2|xm gewonnen.
[0010] Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in einer 45 weiteren Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß zur spektralen Trennung der Lichtanteile ein Gitter, vorzugsweise ein abbildendes Gitter, verwendet wird.
Mit dem abbildenden Gitter werden die spektral aufge- trennten Lichtteile direkt auf die Photoempfänger gelei- 50 tet.
[0011] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beste- hen insbesondere darin, daß die wasserlösliche Sub- stanz ohne den Zusatz von Fluoreszenzmarken auf sämtlichen Oberflächen, unabhängig von ihrer Farbe 55 und Beschaffenheit, nachgewiesen werden kann.
[0012] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 6 angegeben. Die Verwendung eines abbildenden Gitters vermeidet den Einsatz der
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teuren Spektralfilter und ersetzt die Abbildungsoptik vor den Photoempfängern, so daß eine kostengünstige Variante entsteht.
[0013] Durch die Verwendung von Meßstrahlung im infraroten Spektralbereich und der entsprechenden Fil- ter ist die Einrichtung unempfindlich gegenüber Strah- lung im sichtbaren Spektralbereich.
[0014] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
[0015] Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der Gesamtanordnung.
[0016] Die erfindungsgemäße Einrichtung weist eine Abbildungsoptik bestehend aus einer Bikonvexlinse (5) auf, die im Abstand der einfachen Brennweite vor einer Blende mit Streuscheibe (14) angeordnet ist. Die Blende mit Streuscheibe wird von der Glühlampe (8) über die Linse (6) beleuchtet. Das hinter der Linse (5) vorliegende parallele Lichtbündel trifft auf die Umlenk- platte (13). Über die Linse (7) wird der Lichtfleck, des- sen Form durch die Blende (14) und den Abbildungsmaßstab der Optik bestimmt wird, auf die Probe (16) abgebildet. Das Kantenfilter (15) läßt nur Licht aus dem Spektralbereich durch, der die Wasser- absorptionsbande und die Referenzstrahlung über- deckt.
[001 7] Das von der Probe zurückgesandte Licht wird nach dem Passieren des Filters (15) von der Linse (7) aufgenommen und als paralleles Lichtbündel durch die Umlenkplatte (13) hindurch auf den Teilerspiegel (11) gelenkt. Der Teilerspiegel wirkt spektral selektiv. Er reflektiert den Anteil des Lichtes, der außerhalb der Wasserabsorptionsbande (im Ausführungsbeispiel um 1,3|xm) liegt und läßt den spektalen Lichtanteil, der bei der Wasserabsorptionsbande ( um 1 ,4|xm) liegt, durch.
Das durch den Teilerspiegel (11) tretende Licht wird durch das Filter (10) geleitet und mittels der Linse (3) auf die Photodiode (1) geschickt. Der vom Teilerspiegel (11) reflektierte Lichtteil gelangt durch das Filter (12) auf die Linse (4), die ihn auf die Photodiode (2) fokus- siert.
[0018] Das Filter (10) läßt Licht bei der Wasserab- sorptionsbande durch und das Filter (12) Licht aus der Umgebung der Absorptionsbande, im Ausführungsbei- spiel um 1 ,3|xm.
[0019] Die Signale der Photodioden (1) und (2) wer- den einem Differenzverstärker (9) zugeführt. Das Diffe- renzsignal wird über die Anschlüsse (17) zu Prozeßsteuerung weitergeführt.
Patentansprüche
1. Einrichtung zum Nachweis von Wasser und was- serlöslichen Substanzen, insbesondere wasserhal- tigen Klebstoffen, auf Oberflächen beliebiger Materialien, insbesondere auf Klebeflächen aus Pappe und Papier beliebiger Farbe und Oberflä- chenbeschaffenheit sowie vor verschiedenen Hin-
tergründen und Umgebungslichtbedingungen bestehend aus einer Beleuchtungseinrichtung, die elektromagnetische Strahlung auf die Oberfläche aussendet und einem Empfangsteil für die zurück- 5 gesandte Strahlung mit nachgeschalteter Auswer- teeinheit dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung elektromagnetische Strahlung aussendet, die eine der Absorptionsban- den des Wassers oder des wasserhaltigen Kleb- 10 Stoffs im infraroten Spektralgebiet, vorzugsweise bei 1,4|xm, und ihre spektrale Umgebung über- deckt, und daß der Empfangsteil aus einem infra- rotempfindlichen Photoempfänger mit mindestens einem vorgeschalteten Filter besteht, das elektro- 15 magnetische Strahlung im Bereich der Absorpti-
onsbande durchläßt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß ein zweiter Empfangsteil verwendet 20 wird, der neben dem Photoempfänger mindestens einen Filter enthält, das Strahlung in der Umgebung der Absorptionsbande durchläßt, diese jedoch im Bereich der Absorptionsbande selbst abblockt.
25 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der beiden Emp- fangskanäle einem Differenzverstärker zugeführt werden und das entstehende Differenzsignal zur Anzeige gebracht wird.
30 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der beiden Emp- fangskanäle einem Ouotientenbildner zugeführt werden und das entstehende Signal zur Anzeige 35 gebracht wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 1,2 und 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Emp- fangskanäle ein gemeinsamer wellenlängenselekti- 40 ver Spiegel verwendet wird, der Strahlung im Bereich der 1,4|xm Absorptionsbande durchläßt, wobei diese Strahlung auf den einen Photoempfän- ger gelangt und Strahlung außerhalb dieser Absorptionsbande reflektiert, wobei diese dem 45 zweiten Photoempfänger zugeführt wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Objekt zurück- gesandte Licht spektral durch ein Gitter zerlegt wird so und daß der spektrale Bereich der Strahlung um die 1,4|xm-Absorptionsbande dem einen Photoemp- fänger und Strahlung außerhalb der jeweiligen Absorptionsbande dem anderen Empfänger zuge- leitet wird.
55 7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der 1 ,4|xm- Absorpti- onsbande eine der anderen Absorptionsbanden
EP 0 943 912 A1 des Wassers oder des wasserhaltigen Klebstoffes
bei 0,95pm, 1 ,7|xm oder 2,9|xm genutzt werden.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß für die Strahlung außerhalb s der Absorptionsbande Strahlung verwendet wird, die im spektralen Empfindlichkeitsbereich von Pho- toempfängern auf Siliziumbasis liegt.
9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch 10 gekennzeichnet, daß anstelle der 1 ,4|xm-Absorpti- onsbande die Absorptionsbande des Wassers oder des wasserhaltigen Klebstoffes bei 1 ,94|xm genutzt wird.
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EP 0 943 912 A1
Europäisches
Patentamt EUROPAISCHER RECHERCHENBERICHT Nummar der Anmeldung EP 99 10 4138
EINSCHLAGIGE DOKUMENTE
Kategorie! Kennzeichnung des Dokuments mit Angabe, soweit erforderlich, der maßgeblichen Teile Anspruch tJetnttt | ANMELDUNG (Int.CI.B) KLASSH-IIUlllUN UCK JS 5 663 565 A (TAYLOR BRUCE F)
2. September 1997
* Zusammenfassung; Abbildungen 6,7 *
* Spalte 1-2 *
EP 0 137 696 A (WIGGINS TEAPE GROUP LTD) 17. April 1985
* Zusammenfassung; Abbildung 2B * US 5 049 216 A (SHEAD RAY S ET AL) 17. September 1991
*■ Ansprüche 9,12 *
PATENT ABSTRACTS 0F JAPAN
vol. 095, no. 009, 31. Oktober 1995
& 0P 07 164736 A (RICOH CO LTD), 27. Juni 1995
* Zusammenfassung * PATENT ABSTRACTS 0F JAPAN vol. 013, no. 542 (M-901), 5. Dezember 1989
6. JP 01 222943 A (NIPP0N F0IL MFG CO LTD), 6. September 1989
* Zusammenfassung *
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L-9
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S01N21/35 501N33/34
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SACHGEBIETE (Int.CI.B) bUlN
Der vorliegende Recherchenbericht wurde für alle Patentansprüche erstellt MÜNCHEN AbscrtiuBdatum der Hecnercne
19. Mal 1999 rrurer
Mason, W KATEGORIE DER GENANNTEN DOKUMENTE
X : von besonderer Bedeulung allein betrachtet Y : von besonderer Bedeutung in Verbindung m'rt einer anderen Veröffentlichung derselben Kategorie A : technologischer Hintergrund
O : nichtschrifttiche Offenbarung P : Zwtschenfrteratur
I : der fcrtlnoung zugrunde legende 1 neonen oaer urunasarze E : älteres Patentdokument, das jedoch erst am oder nach dem Anmeldedatum veröffentlicht worden ist D : in der Anmeldung angeführtes Dokument L : aus anderen Gründen angeführtes Dokument
& : Mitglied der gteicnen KatemramiNe.uoereinsnmmenaes Dokument
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ANHANG ZUM EUROPÄISCHEN RECHERCHENBERICHT
ÜBER DIE EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG NR. EP 99 10 4138
In diesem Anhang sind die Mitglieder der Patentfamilien der im obengenannten europäischen Recherchenbericht angeführten Patentdokumente angegeben.
Die Angaben über die Familienmitglieder entsprechen dem Stand der Datei des Europäischen Patentamts am Diese Angaben dienen nur zur Unterrichtung und erfolgen ohne Gewähr.
19-05-1999 Im Recherchenbericht
angeführtes Patentdokument Datum der
Veröffentlichung Mitglieder) der Patentfamilie Datum der Veröffentlichung
US 5663565 A 02-09-1997 KEINE
EP 0137696 A 17-04-1985 AT 44175 T 15-07-1989
AU 570264 B 10-03-1988
AU 3253784 A 04-04-1985
CA 1252645 A 18-04-1989
FI 843706 A,B, 27-03-1985
IE 55683 B 19-12-1990
JP 60093334 A 25-05-1985
US 4840706 A 20-06-1989
US 5049216 A 17-09-1991 W0 9015393 A 13-12-1990
Für nähere Einzelheiten zu diesem Anhang : siehe Amtsblatt des Europäischen Patentamts, Nr 12/82
