Verfahren und Vorrichtung zur Messung einer austretenden Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer aus einer Austrittsöffnung austretenden Flüssigkeit, wobei ein Messsignal so ausgesendet und ausgerichtet wird, dass es von der austretenden Flüssigkeit durchquert und anschließend von einem Empfänger empfangen und ausgewertet wird. Dabei ist es unerheblich, ob die Flüssigkeit eine geringe oder hohe Viskosität aufweist oder ob die

Flüssigkeit in Form einzelner, voneinander getrennter Tropfen oder als kontinuierlicher Strahl austritt.

Es ist eine große Anzahl von Anwendungen in der Praxis bekannt, bei welchen flüssige, bzw. pastöse Materialien über eine Düse ausgetragen werden können. Derartige Materialien sind beispielsweise Farben, Klebstoffe, Lösemittel oder Reinigungsmittel, die über Düsen appliziert und oftmals automatisiert verarbeitet werden. Um gegebenenfalls bereits während der Anwendung feststellen zu können, dass tatsächlich Material, bzw. ausreichend Material austritt sind Messverfahren und Vorrichtungen bekannt, mit welchen der Materialaustritt nachgewiesen werden kann (beispielsweise DE 198 42 266 B4 oder DE 195 43 869 Al) .

Ebenso ist eine präzise Mengenkontrolle von aus Düsen austretenden fluiden Stoffen beispielsweise in der chemischen, bzw. nahrungsmittelverarbeitenden Industrie wünschenswert oder zwingend erforderlich. In DE 197 41 824 Al ist eine Vorrichtung beschrieben, mit welcher über optische Messungen die Menge eines austretenden Sprühnebels gemessen werden kann. Da das angewandte Messverfahren das von dem Sprühnebel reflektierte Streulicht erfasst und auswertet kann ein solches Verfahren nicht ohne weiteres auf die Mengenbestimmung einzelner Tropfen oder eines feinen Sprühstrahls übertragen und mit einer vergleichbaren Genauigkeit angewendet werden.

Für einige Anwendungen kann es zweckmäßig sein, wenn nicht nur nachgewiesen werden kann, dass tatsächlich Material austritt, sondern darüber hinaus auch Informationen über die Form des austretenden Sprühstrahls vermessen werden kann. Zu diesem Zweck ist es bekannt (DE 197 27 484 C2 oder DE 198 28 592 Al) , mehrere im Abstand zueinander ausgerichtete, den Sprühstrahl durchleuchtende Lichtbündel von Photodetektoren zu erfassen und die jeweils gemessenen Lichtmengen so auszuwerten, dass eine Aufweitung des Sprühstrahls bzw. eine Abweichung von einer vorgegebenen Aufweitung des Sprühstrahls ermittelt werden kann. Derartige Messvorrichtungen der eingangs genannten Gattung erlauben einen schnellen Nachweis einer sich gegebenenfalls verändernden Strahlgeometrie.

Beispielsweise auf dem Gebiet der Herstellung von elektronischen Schaltungen und Komponenten ist es mittlerweile üblich geworden, kleine und kleinste Mengen flüssiger oder pasteuser Materialien aus steuerbaren Düsen

auszutragen. So können elektronische Schaltungen automatisiert mit den einzelnen elektronischen Bauteilen bestückt und diese anschließend auf der zugeordneten Leiterplatte befestigt und verlötet werden. Das hierfür erforderliche Lötflussmittel tritt aus einer kleinen Düse aus, die relativ zur Oberfläche der Leiterplatte beweglich ist und so gesteuert werden kann, dass ein punktgenauer Auftrag des Lötflussmittels erreicht werden kann.

Tritt aus welchen Gründen auch immer nicht oder nicht genug Lötflussmittel aus der Düse aus, so wird die betreffende Lötstelle nicht zuverlässig hergestellt, so dass die entsprechende elektronische Komponente entweder gar nicht oder nur mangelhaft funktioniert. Mit zunehmender Anzahl an Lötstellen sowie einer zunehmenden Komplexität der betreffenden elektronischen Komponente wird eine manuelle oder aber auch automatisierte Überprüfung der fertig hergestellten elektronischen Komponente vor deren Auslieferung immer aufwendiger und kostenintensiver. Gerade bei elektronischen Komponenten, die entweder in teueren oder in sicherheitsrelevanten Geräten Anwendung finden, ist es oftmals erforderlich, dass die darin enthaltenen elektronischen Komponenten fehlerfrei sind und zuverlässig bzw. mit geringer Ausschussrate herstellbar sind.

Neben dem Nachweis, dass tatsächlich Material, bzw. Lötflussmittel aus der Düse austritt und einer Ermittlung der austretenden Menge des Lötflussmittels wäre es wünschenswert, auch eine Kontrollmöglichkeit für die Austrittsgeschwindigkeit des Lötflussmittels zu haben. Auf diese Weise könnte vermieden werden, dass durch eine zu hohe Austrittsgeschwindigkeit ein austretendes

Lötflussmitteltröpfchen zerplatzt und Lötflussmittel verspritzt oder an einer nicht erwünschten Stelle deponiert wird.

Auch kann nicht ausgeschlossen werden, dass durch das austretende Material die Messvorrichtung verschmutzt und in der Genauigkeit beeinträchtigt wird. Die Gefahr einer Verschmutzung nimmt mit geringer werdendem Abstand der einzelnen Messvorrichtungselemente von dem austretenden Sprühstrahl erheblich zu. Die meisten bekannten

Messvorrichtungen sind deshalb in einem ausreichenden Abstand von der austretenden Flüssigkeit angeordnet. Es sind jedoch auch Anwendungen wie beispielsweise der vorangehend beschriebene Austrag von Lötflussmittel bekannt, bei denen ein großer Abstand der Messvorrichtung zu der Austrittsdüse unzweckmäßig oder unmöglich ist. Es ist bekannt (EP 222 258 A2) , in solchen Fällen einen Signalsender und einen Signalempfänger seitlich neben der Austrittsöffnung so anzuordnen, dass das von dem Sender emittierte Signal auf den Empfänger trifft und den Sender und dem Empfänger pneumatisch durch einen in Richtung der austretenden Flüssigkeit gerichteten Luftstrom vor einer Verschmutzung durch einen Niederschlag der austretenden Flüssigkeit auf dem Sender oder dem Empfänger zu bewahren.

Aufgabe der Erfindung ist es demzufolge, dass ein Verfahren zur Messung einer aus einer Austrittsöffnung austretenden Flüssigkeit so ausgestaltet wird, dass die austretende Flüssigkeit und gegebenenfalls weitere Eigenschaften der austretenden Flüssigkeit zuverlässig gemessen und ausgewertet werden können. Das Verfahren soll gegebenenfalls eine kontinuierliche Überwachung von der aus

der Austrittsöffnung austretenden Flüssigkeit ermöglichen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Messsignal eine Messsignal-Strahlbreite aufweist, die größer als die Austrittsöffnung der austretenden Flüssigkeit ist. Als Messsignal kann vorteilhafterweise ein Lichtstrahl bzw. ein Laserstrahl verwendet werden. Ein Lichtstrahl kann durch geeignete optische Komponenten so geführt werden, dass der Lichtstrahl unmittelbar vor der Austrittsöffnung der austretenden Flüssigkeit quer dazu verläuft. Mit Laserdioden bzw. Fotodioden stehen miniaturisierbare Sender bzw. Empfänger eines Messsignals zur Verfügung, die bei geringem Raumbedarf eine hochpräzise Messung ermöglichen. Ebenfalls zur Erzeugung eines Messsignals geeignet sind Leuchtdioden oder andere Lichtquellen, die eine ausreichende Lichtintensität in einem nachweisbaren Wellenlängenbereich erzeugen können.

An Stelle von Licht kann beispielsweise auch auf Schall als geeignetes Messsignal zurückgegriffen werden. Geeignete, gegebenenfalls hochfrequente Schallquellen und Schallempfänger sind handelsüblich und kostengünstig erhältlich und können in Abhängigkeit von gegebenen Anforderungen vorteilhaft eingesetzt werden. Darüber hinaus ist jedes Messsignal geeignet, welches sich über eine ausreichende Entfernung ohne elektrische Komponenten übermitteln und nachweisen lässt.

Durchquert die austretende Flüssigkeit den Lichtstrahl eines sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereichs, so wird der Lichtstrahl zumindest

teilweise abgeschattet oder abgelenkt oder in seiner Intensität abgeschwächt und nur ein gegenüber dem ungestörten Lichtstrahl verminderter Anteil mit dem Empfänger empfangen. Die Verringerung des empfangenen Lichtstrahls kann als Nachweis und als Messsignal für den Austritt der Flüssigkeit ausgewertet werden.

Da die Messsignal-Strahlbreite größer als die Austrittsöffnung für die Flüssigkeit ist kann bei einem geringen Abstand zwischen dem quer zur Austrittsöffnung ausgerichteten Messsignal und der Austrittsöffnung sichergestellt werden, dass jeder austretende Flüssigkeitstropfen nachgewiesen werden kann. Auch wenn lediglich ein oftmals unvermeidbares kleines Satellitentröpfchen austritt oder auf Grund eines Defektes der Flüssigkeitstropfen oder Strahl schräg bzw. unkontrolliert austreten sollte, so wird durch die Strahlbreite des Messsignals sichergestellt, dass auch in diesen Fällen die austretende Flüssigkeit erfasst und nachgewiesen werden kann.

In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Messsignal- Strahlbreite ein Mehrfaches der Öffnungsweite der Austrittsöffnung beträgt. Der Abstand zwischen dem Messsignal und der Austrittsöffnung ist dann nicht mehr von maßgeblicher Bedeutung und kann mit geringem Aufwand an die apparativen Vorgaben angepasst werden.

Um eine zuverlässige Aussage über einen austretenden Flüssigkeitstropfen zu ermöglichen ist vorgesehen, dass eine vorgebbare Verminderung des in dem Empfänger empfangenen Messsignals als Nachweis für den Austritt von

Flüssigkeit verwendet wird. Da die Messsignal-Strahlbreite grundsätzlich breiter als der austretende

Flüssigkeitstropfen, bzw. Flüssigkeitsstrahl ist wird von der austretenden Flüssigkeit der Messsignal-Strahl nicht vollständig abgedeckt. In Abhängigkeit von der Messsignal- Strahlbreite und der vorgegebenen Tröpfchengröße, bzw. Größe der Austrittsöffnung kann beispielsweise eine Verminderung des Messsignals um mindestens 10% einem austretenden Flüssigkeitstropfen zugeordnet werden, während eine geringere Verminderung des Messsignals als Nachweis für ein Satellitentröpfchen oder dergleichen interpretiert wird.

Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass ein oberer und ein unterer Schwellenwert vorgebbar sind und eine Verminderung des in dem Empfänger empfangenen Messsignals innerhalb durch die Schwellenwerte vorgegebenen Bereichs als Nachweis für den Austritt von Flüssigkeit verwendet wird. So könnten beispielsweise Schwellenwerte für eine relative Verminderung des

Messsignals zwischen 10% und 40% vorgegeben werden und eine Verminderung in dem vorgegebenen Bereich als ein ordnungsgemäß austretendes Flüssigkeitströpfchen interpretiert werden.

Um eine Fehlfunktion bei der Durchführung des Verfahrens zu erkennen kann vorgesehen sein, dass ein oberer und ein unterer Schwellenwert vorgebbar sind und eine Verminderung des in dem Empfänger empfangenen Messsignals auf einen Wert außerhalb des durch die Schwellenwerte vorgegebenen

Bereichs als Nachweis für einen unvorhergesehenen Austritt von Flüssigkeit verwendet wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass von dem Empfänger in Abhängigkeit von der nachgewiesenen Verminderung des in dem Empfänger empfangenen Messsignals ein zu der Verminderung proportionales Empfangssignal ausgegeben wird. Es sind Empfänger bekannt und für die Verwendung bei dem beschriebenen Verfahren geeignet, die eine relative Verminderung von 1% zuverlässig und präzise erfassen und in ein Empfangssignal umwandeln können. Ein proportionales Empfangssignal kann als Grundlage für eine weitergehende Auswertung des Messsignals dienen.

Es ist ebenso denkbar, in Abhängigkeit von der gemessenen Verminderung des empfangenen Messsignals ein selbstregelndes System einzurichten und den

Flüssigkeitsaustritt zu überwachen oder zu beeinflussen.

Tritt die Flüssigkeit üblicherweise in Form einzelner Tropfen aus der Öffnung aus, so lässt sich mit diesem Verfahren auf einfache Weise die Anzahl der austretenden Tropfen ermitteln. Ist das Volumen einzelner Tröpfchen bekannt, lässt sich das in Tröpfchenform austretende Gesamtvolumen mehrerer einzelner Tropfen durch deren Abzählen näherungsweise ermitteln. Durch Messung der Anfangszeit und der Endzeit des Flüssigkeitsaustritts ist es bei einer bekannten Tropfenform möglich, deren Austrittsgeschwindigkeit zu bestimmen.

Es ist ebenfalls möglich, bei einer als bekannt vorausgesetzten Austrittsgeschwindigkeit eines kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahls aus der Öffnung durch die Messung einer Anfangszeit und einer Endzeit des

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Flüssigkeitsaustritts das austretende Flüssigkeitsvolumen zu bestimmen. Es wird mit dem beschriebenen Verfahren demnach in einfacher Weise eine Überwachung der austretenden Flüssigkeit sowie die Ermittlung von einigen Kenngrößen ermöglicht.

Wird ein solches erfindungsgemäßes Verfahren im Zusammenhang mit einem automatisierten Auftrag von Lötflussmittel zur Befestigung und Verbindung elektronischer Bauteile auf einer Leiterplatte verwendet, so kann für jede einzelne Lötverbindung die dafür verwendete Menge an Lötflussmittel überwacht werden. Es ist ohne weiteres möglich, durch eine geeignete Auswertung auch eine Steuerung bzw. Regelung des aus einer Düse austretenden Lötflussmittels bei der Herstellung elektronischer Komponenten zu bewirken. Auf diese Weise kann bereits während des Herstellungsvorgangs eine zuverlässige Überwachung der einzelnen Lötverbindungen erfolgen. Der Aufwand für eine im Anschluss an die Fertigung durchgeführte manuelle oder automatisierte

Funktionskontrolle der fertigen elektronischen Komponente kann dadurch erheblich reduziert werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zwei Messsignale im Abstand zueinander so ausgerichtet sind, dass beide

Messsignale nacheinander von der Flüssigkeit durchquert und anschließend von jeweils einem zugeordneten Empfänger empfangen werden. Die Zeitdifferenz zwischen dem Eintritt bzw. dem Austritt der Flüssigkeit relativ zu den beiden Messsignalen kann bei nicht kontinuierlichem

Flüssigkeitsaustritt dazu verwendet werden, die

Geschwindigkeit der aus der Öffnung austretenden Flüssigkeit zu messen und zu kontrollieren.

Dabei kann eine Ausrichtung der im Abstand zueinander angeordneten Messsignale in zwei verschiedenen Richtungen relativ zueinander sowohl hinsichtlich einer konstruktiven Gestaltungsmöglichkeit als auch bei der Auswertung der Messsignale vorteilhaft sein. Durch die unterschiedliche Ausrichtung der Messsignale zueinander kann eine unerwünschte Beeinflussung beispielsweise durch

Übersprechen der beiden Messsignale vermieden werden.

Vorteilhafterweise ist bei Annahme einer vorgebbaren Geometrie der austretenden Flüssigkeit das Volumen der austretenden Flüssigkeit auf diese Weise bestimmbar. Die Bestimmung des Volumens der austretenden Flüssigkeit lässt sich bei einer gekreuzten und beabstandeten Anordnung der beiden Messsignale dadurch verbessern, dass eine näherungsweise Beschreibung für die Form der austretenden Flüssigkeit angenommen wird und dessen Volumen durch die Auswertung der relativen Verminderung der jeweils empfangenen Messsignale und eine vorausgehende Bestimmung der Flugzeit des Tropfens erfolgt. Die Tropfen- bzw. Strahlform der austretenden Flüssigkeit ist jedoch bei bekannten Druckverhältnissen und einer geeigneten

Ausgestaltung der Austrittsdüse oftmals mit einfachen Mitteln zuverlässig vorgebbar. Dabei kann die Geschwindigkeit der austretenden Flüssigkeit ebenfalls zuverlässiger berechnet werden.

Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass mindestens zwei jeweils aus zwei parallel

nebeneinander ausgerichteten Messsignalen bestehende Messsignalanordnungen im Abstand zueinander in zwei verschiedenen Richtungen so ausgerichtet sind, dass die Messsignalanordnungen nacheinander von der Flüssigkeit durchquert werden und jedes Messsignal von einem Empfänger empfangen wird, wobei zunächst eine getrennte Auswertung der einzelnen Messsignale und anschließend eine Bestimmung einer Flugbahn für die austretende Flüssigkeit erfolgt. Auf diese Weise lassen sich nicht nur der Austritt einzelner Tropfen oder eines Flüssigkeitsstrahls bzw. das austretende Volumen der Flüssigkeit nachweisen und bestimmen, sondern es ist auch eine Abschätzung der Flugbahn der austretenden Flüssigkeit möglich.

Damit kann beispielsweise ohne weitere optische Prüfung der automatisierte Auftrag von Lötflussmittel nicht nur hinsichtlich einer mindestens erforderlichen Menge an Lötflussmittel, sondern auch im Hinblick auf den Auftragungsort des Lötflussmittels kontrolliert und überwacht werden. Die häufigsten Ursachen einer fehlerhaften Lötstellenverbindung, nämlich entweder fehlendes bzw. zu wenig aufgetragenes Lötflussmittel oder aber am falschen Ort aufgetragenes Lötflussmittel können auf diese Weise zuverlässig erfasst und gegebenenfalls vermieden, beziehungsweise korrigiert werden.

Insbesondere bei komplexen elektronischen Komponenten ist es zweckmäßig und vorteilhaft, wenn durch die Verwendung des beschriebenen Verfahrens der Herstellungsvorgang nicht nur überwacht, sondern auch gesteuert bzw. geregelt werden kann. Die dadurch bewirkte Vermeidung fehlerhaft hergestellter elektronischer Komponenten bzw. der

reduzierte Aufwand und die höhere Zuverlässigkeit einer nachträglich durchgeführten Funktionsprüfung sind regelmäßig mit Kosteneinsparungen verbunden, welche den Aufwand für die Anwendung des Messverfahrens bei weitem übersteigen.

Die Erfindung betrifft auch eine Messvorrichtung für aus einer Austrittsöffnung austretende Flüssigkeiten insbesondere zur Durchführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens. Es sind Messvorrichtungen bekannt (DE 198 42 266 B4), die einen ein Messsignal aussendenden Sender und einen dieses Messsignal empfangenden Empfänger aufweise, die so zueinander angeordnet sind, dass die austretende Flüssigkeit das Messsignal durchquert und dadurch eine Änderung des im Empfänger empfangenen Messsignals bewirkt, welche in einer Auswerteeinheit auswertbar ist. Derartige Messvorrichtungen mit separat angeordneten und befestigten Sendern und Empfängern für das Messsignal benötigen jedoch einen zusätzlichen Raum im Austrittsbereich der Flüssigkeit seitlich vor der Austrittsöffnung.

Es sind auch Messvorrichtungen bekannt (EP 222 258 A2), die seitlich neben der Austrittsöffnung angeordnete vorspringende Wangen aufweisen, in welchen einander gegenüberliegend und zueinander ausgerichtet ein Sender und ein Empfänger für das Messsignal angeordnet sind. Obwohl der zusätzliche Raumbedarf für derartige Messvorrichtungen geringer ist als bei Messvorrichtungen mit separat angeordneten Sender- und Empfangseinrichtungen ist dennoch ein Mindestabstand zwischen der Austrittsöffnung der Flüssigkeit und der vorgesehenen Auftragsfläche der Flüssigkeit notwendig, um ausreichend Platz für die

einander gegenüberliegenden Sender- und Empfangseinrichtungen zu ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist des demzufolge, eine Messvorrichtung so auszugestalten, dass ein zuverlässiger Nachweis der austretenden Flüssigkeit ermöglicht wird und gleichzeitig lediglich ein geringer zusätzlicher Raumbedarf für die Sender- und Empfangseinrichtung erforderlich ist. Dabei wäre es vorteilhaft, wenn lediglich ein kleiner Abstand zwischen der Austrittsöffnung und der vorgesehenen Auftragsfläche der Flüssigkeit

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Sender und der Empfänger seitlich neben der Austrittsöffnung so angeordnet sind, dass das Messsignal im Wesentlichen parallel zu der Richtung der austretenden Flüssigkeit emittiert und nachgewiesen wird und das Messsignal mittels optischer Komponenten so umgelenkt wird, dass es quer zu der Austrittsöffnung vor dieser verläuft.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Messsignal ein Lichtstrahl oder ein Laserstrahl ist, wobei das Messsignal durch optische Komponenten wie beispielsweise Linsen, Spiegel, Umlenkprismen oder Blenden ausgerichtet und fokussiert werden kann.

Sender und Empfänger können beispielsweise in Form einer Laserdiode bzw. einer Fotodiode raumsparend im Bereich neben der Austrittsöffnung der austretenden Flüssigkeit angeordnet werden. Durch die Verwendung geeigneter

Signalführungskomponenten, wie beispielsweise Linsen, Prismen oder Blenden, kann der als Messsignal verwendete

Lichtstrahl bzw. Laserstrahl nahezu beliebig umgelenkt und in einem Querschnitt vorgegeben werden. Der Sender und der Empfänger müssen deshalb nicht einander gegenüberstehend angeordnet und zueinander ausgerichtet sein, sondern können seitlich oder im Abstand zur Austrittsöffnung der austretenden Flüssigkeit angeordnet sein. Damit lässt sich auch bei beengten räumlichen Verhältnissen präzise die Austrittsöffnung der austretenden Flüssigkeit überwachen und die austretende Flüssigkeit von dem Messsignal erfassen.

Wird ausschließlich der Nachweis austretender Flüssigkeit gewünscht, so sind keine besonderen Anforderungen an die Strahlgeometrie bzw. die Strahlführung des Messsignals zu stellen. Erlaubt es der Empfänger jedoch, auch eine relative Änderung des empfangenen Messsignals mit einer angemessenen Genauigkeit zu messen und ermöglicht dadurch beispielsweise die Bestimmung weiterer Eigenschaften der austretenden Flüssigkeit, so sind eine möglichst präzise Strahlführung und ein definierter Strahlquerschnitt des

Messsignals von Vorteil. Dies kann in einfacher Weise durch die Anordnung von einer oder mehreren Schlitzblenden oder Spaltblenden im Strahlengang des Messsignals erreicht werden.

Durch die Schlitzblende kann ein flaches, breites Strahlprofil des Messsignals vorgegeben werden. Zweckmäßigerweise wird sowohl nach dem Sender als auch vor dem Empfänger eine Schlitzblende angeordnet, um eine Beeinträchtigung durch seitlich einfallendes Streulicht zu verringern.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Messsignal unmittelbar in der Umgebung der Austrittsöffnung von der austretenden Flüssigkeit durchquert wird. Ein beispielsweise seitlich herangeführter Lichtstrahl oder Laserstrahl kann durch seitlich neben der Austrittsöffnung angeordneten Prismen oder Spiegel so umgelenkt werden, dass er in einem sehr geringen Abstand vor der Austrittsöffnung quer zu dieser verläuft. Sobald eine vorgesehene Flüssigkeitsmenge austritt, muss diese dann zwangsläufig den Lichtstrahl durchqueren, so dass der

Flüssigkeitsaustritt zuverlässig erfasst wird.

Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass zwei Messsignale von mindestens einem Sender ausgesendet werden, die im Abstand zueinander in verschiedenen Richtungen so ausgerichtet sind, dass beide Messsignale nacheinander von der Flüssigkeit durchquert werden, und dass die beiden Messsignale jeweils von einem Empfänger empfangen werden. Bei einer derartigen Anordnung durchquert die austretende Flüssigkeit nacheinander die beiden in unterschiedlichen Richtungen geführten Messsignale, so dass beispielsweise Bestimmungen der Geschwindigkeit oder des Volumens der austretenden Flüssigkeit gegebenenfalls bei Annahme näherungsweise bekannter Parameter ermittelt werden können.

Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die Messvorrichtung mindestens zwei Messsignalanordnungen aufweist, die im Abstand zueinander in verschiedenen Richtungen so ausgerichtet sind, dass beide Messsignalanordnungen nacheinander von der Flüssigkeit durchquert werden, wobei für jede

Messsignalanordnung jeweils mindestens zwei parallel angeordnete Messsignale von mindestens einem Sender ausgesendet werden und wobei jedes Messsignal von einem zugeordneten Empfänger empfangen wird. Durch die mindestens zwei, gegebenenfalls jedoch mehreren nebeneinander geführten Messsignale, beispielsweise Laserstrahlen, lassen sich bei dieser Ausgestaltung und Anordnung der Messvorrichtung zusätzlich Informationen über die Flugbahn der austretenden Flüssigkeit ermitteln. Im einfachsten Fall kann anhand eines Vergleichs der relativen Signaländerung einzelner Messsignale zwischen zwei oder mehreren nacheinander angeordneten Messsignalanordnungen eine näherungsweise Flugrichtung der auftretenden Flüssigkeit bestimmt werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Messvorrichtung mit einem Sender und mit einem Empfänger sowie mit mehreren optischen Komponenten zur Strahlführung eines Messsignals,

Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Messvorrichtung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Messvorrichtung,

Fig. 4 eine andere Seitenansicht der Messvorrichtung,

Fig. 5 eine schräge Draufsicht auf die Messvorrichtung,

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht einer Strahlführung des Messsignals zwischen einem Sender und einem Empfänger, wie es in der Messvorrichtung gemäß den Fig. 1-5 verwirklicht ist,

Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf die in Fig. 6 dargestellte Strahlführung,

Fig. 8 eine schematische Seitenansicht einer Strahlführung mit zwei im Abstand zueinander gekreuzt angeordneten Messsignalstrahlen mit jeweils einem Sender und einem Empfänger,

Fig. 9 eine schematische Draufsicht auf die in Fig. 8 dargestellte Strahlführung,

Fig. 10 und Fig. 11 eine schematische Seitenansicht einer Strahlführung gemäß den Fig. 8 und 9, wobei jedoch jeweils zwei parallel angeordnete Messsignale eine Messsignalanordnung bilden und zwei Messsignalanordnungen im Abstand zueinander mit gekreuzter Strahlführung angeordnet sind und

Fig. 12 bis Fig. 15 jeweils mit den Fig. 2 bis 5 vergleichbare Ansichten einer Messvorrichtung, bei welcher zwei Messsignal-Strahlen im Abstand zueinander quer zur Austrittsöffnung verlaufen.

In den Fig. 1-5 ist ein exemplarisch ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt, welches zu einer kontinuierlichen Überwachung von einem aus einer nicht

dargestellten Düse austretenden Flussmittel geeignet ist. Die Messvorrichtung mit einem im Wesentlichen C-förmigen Gehäuse 1 weist zwei im Abstand zueinander angeordneten seitlichen Wangen 2 auf. Die Abmessungen des Gehäuses 1 und insbesondere der Abstand der seitlichen Wangen 2 ist dabei zweckmäßigerweise so angepasst, dass das Gehäuse 1 an einer nicht dargestellten Austrittsdüse für Flüssigkeiten so angeordnet und befestigt werden kann, dass eine Oberseite 3 des Gehäuses 1 im Wesentlichen bündig mit eine ebenfalls nicht dargestellten Austrittsöffnung der Austrittsdüse abschließt.

In den seitlichen Wangen 2 ist auf der einen Seite ein Sender 4 und auf der anderen Seite ein Empfänger 5 angeordnet. Der Sender 4 ist eine Laserdiode, deren Laserstrahl zunächst im Wesentlichen parallel zu der Richtung der austretenden Flüssigkeit emittiert wird. Der Laserstrahl wird durch ein erstes Umlenkprisma 6 so umgelenkt, dass der Laserstrahl in einem geringen Abstand über der Oberseite 3 des Gehäuses 1 quer zu der

Austrittsöffnung gerichtet und auf der anderen Seite der Austrittsöffnung durch ein zweites Umlenkprisma 7 auf den Empfänger 5, eine Fotodiode, gerichtet wird. Gegebenenfalls können auch zusätzliche Filter, beispielsweise Interferenzfilter auf dem Weg des Laserstrahls von dem

Sender 4 zum Empfänger 5 angeordnet sein. Da lediglich die beiden Umlenkprismen 6 und 7 notwendigerweise über die Oberseite 3 des Gehäuses 1 und damit auch über die Austrittsöffnung hinausragen müssen, die weiteren Komponenten, wie beispielsweise der Sender 4 und der

Empfänger 5 jedoch seitlich neben der Austrittsdüse bzw. im Abstand zu der Austrittsöffnung angeordnet werden können,

lässt sich auf diese Weise eine äußerst kompakte und vielseitig einsetzbare Messvorrichtung herstellen.

Der von dem Sender 4 emittierte Laserstrahl wird auf dem Weg zum Empfänger 5 durch Linsen 8 fokussiert und sein

Querschnitt durch Schlitzblenden 9 vorgegeben. Insbesondere auf Grund der Schlitzblenden 9 kann eine wohl definierte und präzise Strahlgeometrie des Messsignals im Bereich der Austrittsöffnung vorgegeben werden. Die Messsignal- Strahlbreite ist dabei größer als die Austrittsöffnung für die Flüssigkeit, so dass austretende Flüssigkeitstropfen oder ein austretender Flüssigkeitsstrahl vollständig innerhalb des Messsignals dieses durchquert und eine teilweise Abschattung des Messsignals bewirkt.

Auf diese Weise lassen sich bei einer quantitativen Auswertung der durch die austretende und den Laserstrahl durchquerende Flüssigkeit bewirkten Abschattung des Laserstrahls mit großer Genauigkeit erfolgen. Die definierte Strahlführung und Strahlgeometrie ist weiterhin auch für die Bestimmung des Volumens der austretenden Flüssigkeit sowie deren Flugbahn von großer Bedeutung.

In dem Gehäuse 1 der Messvorrichtung sind sämtliche elektronischen Komponenten untergebracht, die für die

Erzeugung und die Messung des Laserstrahls sowie für die Auswertung der empfangenen Messsignale erforderlich sind. Über ein Anschlusskabel 10 erfolgt zum einen die Energieversorgung der Messvorrichtung und wird zum anderen die Übertragung der empfangenen Messsignale bzw. der ausgewerteten Messgrößen und Informationen zu eine externen Kontrolleinheit ermöglicht. Zweckmäßigerweise wird von dem

Empfänger 5 die resultierende Spannungsdifferenz bei einer teilweisen Abschattung einer Fotodiode gemessen und ein Ausgangssignal erzeugt, welches proportional zur gemessenen Spannungsdifferenz, bzw. zu der Abschattung des Messsignals ist. Mit handelsüblichen Empfängern 5 können dabei relative Abschattungen des Messsignals von etwa 1% zuverlässig nachgewiesen werden.

Alternativ hierzu können die für die Erzeugung und Auswertung des Messsignals notwendigen Komponenten auch extern angeordnet und lediglich über geeignete Signalverbindungen und Schnittstellen mit der Messvorrichtung verbunden sein.

In den Fig. 2-5 wird die in Fig. 1 im Detail dargestellte Messvorrichtung aus verschiedenen Blickwinkeln gezeigt. Zur Veranschaulichung ist in den Fig. 1-5 jeweils zwischen den beiden Umlenkprismen β, 7 ein Laserstrahl 11 schematisch angedeutet. Weiterhin wird ein aus der nicht dargestellten Austrittsöffnung austretender Flüssigkeitstropfen 12 zur Veranschaulichung gezeigt, der gerade den Laserstrahl 11 durchquert.

In den Fig. 6-11 sind schematisch mehrere verschiedene Ausführungsformen einer Messvorrichtung dargestellt. Die Fig. 6 und 7 zeigen schematisch den Strahlverlauf des Laserstrahls 11 zwischen dem Sender 4 und dem Empfänger 5, wie er in der in den Fig. 1-5 gezeigten Vorrichtung verwirklicht ist. Abweichend hierzu zeigen die Fig. 8 und 9 in einer Seitenansicht bzw. einer Draufsicht eine

Messvorrichtung, bei welcher zusätzlich ein weiterer Laserstrahl 13 von einem Sender 14 emittiert und von einem

Empfänger 15 empfangen wird, wobei der Laserstrahl 13 so geführt wird, dass er im Abstand zu dem ersten Laserstrahl 11 quer zu diesem ebenfalls im Bereich der nicht dargestellten Austrittsöffnung verläuft. Durch die Auswertung der empfangenen Messsignale, beispielsweise durch die Zeitdifferenz der nacheinander erfolgenden Abschaltung der Laserstrahlen 11 und 13 durch die austretende Flüssigkeit kann beispielsweise deren Geschwindigkeit ermittelt werden.

Bei der in den Fig. 10 und 11 ebenfalls in Seitenansicht und Draufsicht dargestellten schematischen Anordnung wird dann der von den Sendern 4, 14 jeweils erzeugte Laserstrahl 11, 13 durch geeignete optische Komponenten jeweils in zwei parallele Teilstrahlen aufgetrennt. Jeder Teilstrahl wird von einem zugeordneten Empfänger 5, 15, 16, 17 empfangen und ausgewertet. Mit einer solchen Anordnung lassen sich zusätzlich Informationen über die Flugbahn der austretenden Flüssigkeit gewinnen. Es ist auch denkbar, dass anstelle eines gemeinsam genutzten Senders 4, 14 mit anschließender Auftrennung des Messsignals jeweils ein Sender für jedes Messsignal verwendet wird.

In den Fig. 12 bis 15 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer anders ausgeführten Messvorrichtung 18 exemplarisch dargestellt. Die in den Fig. 12 bis 15 dargestellten Ansichten entsprechen den in den Fig. 2 bis 5 gezeigten Ansichten. Zusätzlich ist zur Veranschaulichung ein Sprühkopf 19 mit einer Austrittsöffnung 20 Bei dieser anders ausgeführten Messvorrichtung 18 verlaufen nicht ein, sondern zwei Laserstrahlen 11 und 13 im Abstand zueinander quer vor der Austrittsöffnung 20. Diese Ausführungsform

entspricht damit dem schematisch in den Fig. 8 und 9 dargestellten Messverfahren. Ein Gehäuse 21 der Messvorrichtung 18 entspricht in den äußeren Abmessungen im Wesentlichen dem Gehäuse 1 der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Messvorrichtung. Nicht dargestellt sind in dem Gehäuse 21 für jeden Laserstrahl 11, 13 gesondert Sender und Empfänger sowie die erforderlichen optischen Komponenten angeordnet. Die Umlenkung der seitlich neben dem Sprühkopf 19 erzeugten Laserstrahlen 11, 13 erfolgt durch jeweils zwei Umlenkprismen, die jeweils in einer kleinen Erhebung 22 seitlich neben der Austrittsöffnung 20 angeordnet sind.

Es ist ebenfalls denkbar, an Stelle von Laserstrahlen bzw. ganz allgemein von Lichtstrahlen zur Messung der austretenden Flüssigkeit Schallwellen einer geeigneten Frequenz zu verwenden. An Stelle der verschiedenen optischen Komponenten kommen dann ein Schallgeber, ein geeignetes Mikrofon sowie im Wesentlichen mechanische Schallführungskomponenten zum Einsatz.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen wird jeweils ein Sender gezeigt, der gegebenenfalls mehrere parallele Teilstrahlen des Messsignals erzeugt. Es ist ebenfalls möglich und für einige Anwendungen sinnvoll, dass für jeden verwendeten Teilstrahl des Messsignals ein zugeordneter Sender und ein zugeordneter Empfänger verwendet werden.

Die Messvorrichtung lässt sich mit einfachen Mitteln auch abwandeln, um mehrere Düsen, bzw. Austrittsöffnungen für austretende Flüssigkeiten gleichzeitig überwachen und die austretenden Flüssigkeiten messen zu können.