BR112016022903B1

BR112016022903B1 - aparelho e método para a inspeção de recipientes vazios com relação aos contaminantes

Info

Publication number: BR112016022903B1
Application number: BR112016022903-7A
Authority: BR
Inventors: Bernhard Heuft
Original assignee: Heuft Systemtechnik Gmbh
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2021-06-08
Also published as: US20170035919A1; RU2686389C2; MX2016013453A; CN106415250A; EP3132252A1; CA2942863C; KR102354515B1; JP6640107B2; CN106415250B; RU2016140551A3; JP2017511482A; DE102014005650A1; CA2942863A1; WO2015158907A1; RU2016140551A; KR20160146724A; MX359905B; US9867890B2

Abstract

INSPEÇÃO DE RECIPIENTES. A presente invenção refere-se a um aparelho que é descrito para a inspeção de recipientes vazios, de modo a detectar a sujeira neles. O dito aparelho compreende uma fonte de radiação (1) para gerar a radiação de excitação e a radiação de excitação é direcionada para a parede interna de um recipiente e excita a sujeira a ser detectada em tal maneira que a sujeira emite radiação luminescente. O aparelho ainda compreende pelo menos um dispositivo (5) para detectar a radiação luminescente emitida pela sujeira, bem como um dispositivo para analisar a radiação luminescente detectada. A invenção também se refere a um método correspondente para inspecionar recipientes vazios, de modo a detectar a sujeira neles.

Description

[0001] A invenção refere-se a um método e a um aparelho parainspecionar recipientes vazios com relação a contaminantes, com uma fonte de radiação para gerar uma radiação de excitação, em que a radiação de excitação é direcionada para a parede interna de um recipiente vazio e lá excita os contaminantes que serão detectados em tal maneira que eles emitem radiação luminescente, com pelo menos um dispositivo para detectar a radiação luminescente emitida pelos con- taminantes e com um dispositivo para analisar a radiação luminescen- te detectada.

[0002] A presente invenção é planejada em particular para uso emsistemas de enchimento automáticos nos quais os recipientes são transportados em altas velocidades de até 90.000 garrafas por hora. Para evitar qualquer efeito negativo na produtividade de tais sistemas de enchimento de garrafa, os dispositivos de inspeção para monitorar os recipientes precisam também ser projetados para inspecionar os recipientes em altas velocidades.

[0003] Nos sistemas de enchimento automático, os recipientes vazios são examinados com relação a possíveis contaminantes ou corpos estranhos antes de serem cheios. Convencionalmente, isso envolve passar os recipientes através de um dispositivo de inspeção que compreende uma fonte de luz para a luz visível e uma câmera de CCD. Isso envolve substancialmente refletir a luz através dos recipientes e inspecioná-los a partir de vários ângulos de visualização, de modo que uma detecção confiável dos contaminantes é garantida. Tal dispositivo de inspeção é conhecido, por exemplo, de EP 0 415 154 A1.

[0004] Foi mostrado que, com dispositivos de inspeção convencionais, certos contaminantes, em particular contaminantes orgânicos, tais como fungos de mofo, gorduras, hidrocarbonetos, larvas de inseto, micróbios ou plásticos, são muito vezes difíceis ou até mesmo impossíveis de detectar com tais dispositivos de inspeção.

[0005] Além disso, é sabido que alguns contaminantes, em particular os orgânicos, exibem fenômenos de luminescência, isto é, que pela ação da energia de uma fonte externa, eles podem ser mudados para estados excitados e podem depois retornar para o estado básico emitindo radiação luminescente. Os vários tipos de luminescência são categorizados aqui de acordo com a duração da incandescência depois que a excitação terminou. A fluorescência representa uma pós- incandescência muito breve que ocorre como uma consequência direta de e um fenômeno simultâneo com a excitação. O termo fosforescência descreve uma pós-incandescência mais longa que dura mais do que 1 ms depois que a excitação terminou.

[0006] A excitação geralmente acontece aqui pela radiação comluz UV. A luz UV não é usada convencionalmente para inspecionar recipientes, desde que o vidro do recipiente em particular tem uma transparência à luz UV muito baixa ou até mesmo nenhuma.

[0007] De WO 2008/092537 A1, um aparelho para a caracterização ótica do material da amostra é conhecido, em que, entre outros, a luz UV é utilizada. Pelo menos um detector de UV é fornecido, com o qual a fluorescência ou a luminescência da amostra pode ser determinada. Desde que a iluminação da amostra acontece por fora através da parede do recipiente, esse precisa ser transparente para a radiação usada.

[0008] De DE 10 2010 043 131 B1, um aparelho para a investigação sem contato de uma propriedade dos conteúdos de um recipiente por meio da radiação eletromagnética é conhecido. O recipiente pode ser, por exemplo, um silo de grãos, um tanque de fermentação ou um recipiente similar e o aparelho é usado para executar uma medição sem contato para monitorar o progresso do processo dos conteúdos localizados no recipiente. Desde que a profundidade de penetração da radiação pode ser relativamente baixa, um dispositivo é fornecido com o qual um meio é derramado no recipiente de modo a criar um vórtice no interior do recipiente. O meio que causa o vórtice nesse caso é transparente para a radiação eletromagnética, de modo que no interior do vórtice uma medição sem contato pode ser executada para determinar uma propriedade dos conteúdos do recipiente.

[0009] O objetivo da presente invenção é aumentar a confiabilidade de um dispositivo de inspeção para recipientes sem aumentar signi-ficativamente o tempo de permanência do recipiente no dispositivo de inspeção.

[0010] Esse objetivo é atingido de acordo com a invenção pelo fatoque as paredes internas de um recipiente vazio são iluminadas por meio de uma fonte de radiação e a radiação luminescente produzida pelos contaminantes que aderem nas paredes internas do recipiente é detectada em um dispositivo adequado e depois analisada. Desde que o material geralmente usado para recipientes tem baixa transparência à radiação de excitação, a iluminação das paredes internas acontece via uma abertura, por exemplo, a abertura de entrada, do recipiente vazio.

[0011] A fonte de radiação é, de preferência, uma fonte de radiação eletromagnética, por exemplo, uma fonte de radiação para a luz na faixa visível, um fonte de radiação de raios X ou UV-A, UV-B, UV-C ou uma combinação desses.

[0012] É conhecido que a radiação UV-C tem uma ação microbici-da. Pelo uso da radiação UV-C, portanto, é possível utilizar, adicional e vantajosamente, o fato que a contaminação orgânica da luz pelas bactérias, esporos ou fungos pode não ser somente detectada, mas ao mesmo tempo também destruída, de modo que os recipientes com tais contaminantes não têm que ser rejeitados do dispositivo de enchimento.

[0013] A fonte de radiação pode ser operada no modo pulsado econtrolada, tal que os pulsos de luz são emitidos somente quando um recipiente está localizado em frente da fonte de radiação. Graças à transparência geralmente baixa do material do recipiente para a radiação de excitação, o próprio recipiente age como uma proteção da radiação, de modo que somente muito pouca radiação, se alguma, alcança o exterior. Esta proteção adicional do aparelho de inspeção pode então ser muito simples no projeto ou pode até mesmo ser omitida inteiramente. A operação pulsada tem a vantagem adicional que ela resulta em uma redução da obscuridade relacionada com o movimento nos dispositivos de detecção.

[0014] A fonte de radiação pode também ser uma fonte de radiação contínua que é utilizada na operação contínua. Tubos fluorescentes ou lâmpadas fluorescentes, por exemplo, são particularmente adequados.

[0015] A parede do recipiente dos recipientes tipicamente usadosna indústria de bebidas não é transparente para a radiação de excitação e, assim, a radiação de excitação ou a própria fonte de radiação tem que ser direcionada ou introduzida para o interior do recipiente através da abertura do recipiente, de modo a irradiar a parede interna do recipiente.

[0016] A fonte de radiação é disposta preferivelmente fora do recipiente e a radiação de excitação é direcionada através da abertura de entrada para o interior do recipiente, por exemplo, via um ou mais espelhos.

[0017] Em uma modalidade adicional, um dispositivo pode ser fornecido com o qual a cabeça do aparelho é introduzida no recipiente através da abertura de entrada. Na cabeça do aparelho, por exemplo, um guia de onda ótico pode ser disposto, via o qual a radiação de exci- tação é direcionada para dentro do recipiente. Alternativamente, a cabeça do aparelho pode também compreender a própria fonte de radiação. A cabeça do aparelho pode também compreender dispositivos de detecção para detectar a radiação refletida.

[0018] A radiação luminescente emitida pelos contaminantes podeser guiada para fora do recipiente através da abertura de entrada do recipiente e, por exemplo, ser direcionada para um dispositivo de detecção usando um espelho. Tal disposição tem a vantagem que ela é particularmente configurada de forma simples, desde que somente um único dispositivo é necessário para detectar a radiação luminescente.

[0019] Vantajosamente, o espelho é um espelho dicroico, que deixapassar a radiação incidente que será direcionada para dentro do recipiente e reflete a radiação luminescente que sai da abertura de entrada do recipiente, que tem um comprimento de onda mais alto do que a radiação de excitação e a direciona para o dispositivo de detecção.

[0020] A parte da radiação de excitação que é refletida de voltapara fora do recipiente, por outro lado, não é desviada pelo espelho dicroico e, portanto, não bate no dispositivo de detecção. Um filtro de radiação pode ser opcionalmente fornecido adicionalmente em frente do dispositivo de detecção para o bloqueio seletivo da radiação UV ou das frequências de radiação indesejadas em geral.

[0021] Em uma modalidade preferida, a radiação luminescenteemitida pelos contaminantes é guiada para fora do recipiente através das paredes do recipiente e coletada por um ou mais dispositivos de detecção, que são dispostos ao redor do recipiente. Essa modalidade é adequada se, graças à geometria do recipiente, uma iluminação direta da parede interna do recipiente não pode ser obtida via a abertura de entrada. É um pré-requisito para isso, naturalmente, que a parede do recipiente seja transparente para pelo menos parte da radiação lu- minescente esperada. Vidro de recipiente convencional satisfaz esse pré-requisito.

[0022] Ambos a disposição e o número dos dispositivos de detecção utilizados podem ser selecionados à vontade nessa modalidade. É crucial somente que uma imagem de toda a parede interna do recipiente seja obtida, de modo a garantir que o recipiente inteiro seja inspecionado com relação aos contaminantes.

[0023] A orientação da radiação luminescente para fora do interiordo recipiente via a parede do recipiente é também adequada nas modalidades nas quais a fonte de radiação é introduzida no recipiente através da abertura do recipiente e, assim, a trajetória dos raios da radiação luminescente através da abertura do recipiente é bloqueada.

[0024] Os dispositivos para detectar a radiação luminescente sãopreferivelmente câmeras de CCD. Para evitar ou reduzir a obscuridade relacionada com o movimento, câmeras com obturador com altas velocidades do obturador podem ser utilizadas. Isso é particularmente vantajoso se a fonte de radiação está trabalhando em operação contínua. Para aumentar a intensidade da radiação, a radiação de excitação pode ser focalizada na abertura de entrada usando uma lente.

[0025] A invenção também se refere a um método para a inspeçãode recipientes vazios com relação aos contaminantes. O método compreende as etapas de irradiar as paredes internas do recipiente com uma fonte de radiação, detectar a radiação luminescente emitida por quaisquer contaminantes presentes usando um dispositivo de detecção e analisar a radiação luminescente detectada em um dispositivo de análise.

[0026] Se uma fonte de radiação UV forte, por exemplo, uma fontede radiação UV-C, é usada no método de acordo com a invenção, existe a vantagem que não somente a radiação pode ser usada para detectar os contaminantes, mas ao mesmo tempo contaminantes, tais como micróbios, bactérias, fungos ou esporos podem também ser des- truídos pela radiação.

[0027] Na detecção das contaminações, um alto grau de sensibilidade é também criado, o que torna possível, por exemplo, distinguir entre contaminações ralas, porém de área de superfície grande, tal como contaminação microbiana, e contaminações mais grossas. As camadas microbianas finas podem ser destruídas pela irradiação com a radiação UV-C, de modo que então não é necessário rejeitar tal recipiente do processo de enchimento. Se, por outro lado, contaminantes mais grossos são encontrados em um recipiente, esse recipiente precisa ser limpo novamente.

[0028] De acordo com uma modalidade preferida adicional, os recipientes contaminados são rejeitados somente se a radiação lumines- cente detectada excede um valor limite previamente definido. Para identificar e caracterizar as contaminações, a imagem do recipiente com base na radiação luminescente é alimentada para um analisador de imagem eletrônica que, por exemplo, detecta áreas particularmente coloridas claras ou diferenças de cor. A análise pode acontecer, por exemplo, pela comparação com dados ou modelos armazenados. No caso de desvios ou onde um valor limite é excedido, o analisador eletrônico retorna um sinal de falha que então leva à rejeição do recipiente relevante, se apropriado.

[0029] A presente invenção é adequada para detectar tanto oscontaminantes fluorescentes quanto os fosforescentes.

[0030] A presente invenção pode ser utilizada, além disso, parainspecionar recipientes feitos de qualquer material. De modo particularmente vantajoso, a invenção pode ser utilizada para recipientes feitos de materiais que não são transparentes para a radiação de excitação, porém transparentes para a radiação luminescente. A invenção é particularmente adequada, portanto, para uso com recipientes feitos de vidro ou plásticos transparentes, tal como, por exemplo, PET.

[0031] Com a ajuda das figuras seguintes, o método e o aparelhoda presente invenção são explicados em mais detalhes. São mostrados na:

[0032] Figura 1 um esquemático ilustrado de um primeiro aparelhopara inspecionar recipientes vazios,

[0033] Figura 2 um esquemático ilustrado de um segundo aparelhopara inspecionar recipientes vazios,

[0034] Figura 3 uma vista superior do aparelho da figura 2.

[0035] O aparelho representado na figura 1 compreende uma fontede radiação eletromagnética 1, cuja radiação é focalizada usando uma lente 2 na área da entrada de uma garrafa. A radiação aqui atravessa um espelho dicroico 3 disposto entre a lente 2 e a abertura da garrafa. O espelho dicroico 3 é configurado em tal maneira que ele deixa atravessar a radiação de excitação, porém reflete a radiação luminescente de comprimento de onda mais longo esperada.

[0036] Se a garrafa não tem contaminantes, parte da radiação deexcitação é refletida de volta para fora da abertura da garrafa e então atravessa o espelho dicroico 3 sem ser desviada para a câmera de CCD 5.

[0037] Se, entretanto, um contaminante luminescente está presente na garrafa, isto é, um contaminante que reage com a radiação de excitação com um fenômeno de luminescência, parte da radiação lu- minescente emitida pelo contaminante deixa a garrafa através da abertura e bate no espelho dicroico 3. O espelho dicroico 3 reflete essa radiação luminescente de comprimento de onda mais longo na câmera de CCD 5, na qual a radiação é então detectada.

[0038] Além disso, um filtro 4 pode ser fornecido para impedir quepartes da radiação de excitação alcancem a câmera de CCD ou permitir somente que certas faixas de frequência passem seletivamente.

[0039] A modalidade ilustrada na figura 1 é particularmente ade- quada para inspecionar recipientes nos quais todo o espaço interno do recipiente pode ser iluminado via a abertura do recipiente, por exemplo, garrafas com longos gargalos de garrafa que alargam vagarosamente ou recipientes com grandes aberturas de entrada.

[0040] No caso de recipientes que, graças a sua geometria, nãopermitem a iluminação das paredes internas via a abertura de entrada, uma configuração modificada como mostrado na figura 2 é adequada. Entretanto, é um pré-requisito aqui que a parede do recipiente consista de um material que é transparente para a radiação luminescente.

[0041] No aparelho de acordo com a figura 2, a fonte de radiaçãoé da mesma forma posicionada sobre o recipiente a ser examinado. A radiação de excitação é direcionada para o interior do recipiente via a abertura de entrada do recipiente. Como indicado na figura 2, a radiação incidente é refletida nas paredes laterais internas e na base do recipiente a ser examinado, de modo que com esse aparelho também, todo o espaço interno do recipiente é iluminado.

[0042] Se, no aparelho da figura 2, existe um contaminante lumi-nescente no recipiente, esse contaminante novamente emite a radiação luminescente como um resultado da radiação de excitação. Como discutido acima, o comprimento de onda da radiação luminescente é maior do que esse da radiação de excitação e, portanto, se o recipiente consiste de um material que é transparente para a faixa de frequência da radiação luminescente, ele pode também sair do recipiente diretamente através da parede do recipiente. Para detectar essa radiação luminescente, dispositivos de detecção, tais como, por exemplo, câmeras de CCD montadas fora do recipiente são fornecidas. A disposição dos dispositivos de detecção é ilustrada na vista superior da figura 3. Nessa disposição, conjuntos de 2 câmeras de CCD são dispostos, cada um, opostos entre si em pares. O número e a disposição dos dispositivos de detecção podem ser selecionados, entretanto, à vontade, contanto que seja garantido que uma imagem completa do recipiente seja obtida. Também é possível montar dispositivos de detecção abaixo ou acima dos recipientes a serem examinados.

[0043] Um filtro adicional para bloquear a radiação de excitaçãonão é necessário nessa modalidade se o material do recipiente não é transparente para a radiação de excitação. A modalidade da figura 2 é particularmente adequada, por exemplo, para examinar recipientes de vidro pela radiação UV. O vidro do recipiente é tipicamente quase impermeável à radiação UV. A radiação luminescente emitida pelos con- taminantes, por outro lado, tem um comprimento de onda mais alto, que fica predominantemente na faixa visível e pode atravessar, portanto, a parede do recipiente sem quaisquer problemas.

Claims

1. Aparelho para a inspeção de recipientes vazios com relação aos contaminantes, compreendendouma fonte de radiação (1) para gerar uma radiação de excitação, em que a radiação de excitação é direcionada para a parede interna de um recipiente e excita os contaminantes a serem detectados em tal maneira que eles emitem radiação luminescente,pelo menos um dispositivo (5) para detectar a radiação lu- minescente emitida pelos contaminantes eum dispositivo para analisar a radiação luminescente detectadacaracterizado pelo fato de quea fonte de radiação (1) é configurada de tal maneira que todo o espaço interno do container é iluminado, ea fonte de radiação é configurada como uma fonte de radiação pulsada ouo dispositivo para analisar a radiação luminescente detectada é uma câmera com obturador.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte da radiação (1) é uma fonte de radiação eletromagnética, de preferência uma fonte de radiação para luz na faixa visível, uma fonte de radiação de raios X ou UV-A, UV-B, UV-C ou uma combinação desses.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a radiação de excitação é direcionada através da abertura do recipiente para o interior do recipiente.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de radiação é introduzida através de uma abertura do recipiente para o interior do recipiente.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- do pelo fato de que a radiação luminescente emitida pelos contami- nantes é guiada para fora do recipiente através da abertura do recipiente e direcionada para o dispositivo de detecção (5).

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende um espelho dicroico (3) que deixa atravessar a radiação de excitação e direciona a radiação luminescen- te que sai da abertura do recipiente para o dispositivo de detecção (5).

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a radiação luminescente emitida pelos contami- nantes é guiada para fora do recipiente através das paredes do recipiente e coletada por um ou mais dispositivos de detecção (5), que são dispostos ao redor do recipiente.

8. Método para a inspeção de recipientes vazios com relação aos contaminantes, compreendendo as etapas de:irradiar as paredes internas do recipiente com uma radiação de excitação, em que a radiação de excitação excita os contaminantes a serem detectados em tal maneira que eles emitem radiação lumi- nescente,detectar a radiação luminescente emitida pelos contaminan- tes usando um dispositivo de detecção (5) eanalisar a radiação luminescente detectada em um dispositivo de análisecaracterizado pelo fato de queo todo o espaço interno do recipiente é iluminado pela fonte de radiação (1), ea fonte de radiação é operada pulsada ouo dispositivo para analisar a radiação luminescente detectada é uma câmera com obturador.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a fonte de radiação (1) é uma fonte de radiação ele- tromagnética, de preferência, uma fonte de radiação para luz na faixa visível, uma fonte de radiação de raios X ou UV-A, UV-B, UV-C ou uma combinação desses.

10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a radiação de excitação é direcionada através de uma abertura do recipiente para o interior do recipiente.

11. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a fonte de radiação é introduzida no interior do recipiente através de uma abertura do recipiente.

12. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a fonte de radiação usada tem pelo menos uma proporção de radiação UV-C, de modo que contaminantes orgânicos, tais como fungos, esporos e bactérias são detectados e ao mesmo tempo ficam inofensivos.

13. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que um recipiente contaminado é rejeitado somente se a radiação luminescente detectada excede um valor limite previamente definido.

14. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ambas a fluorescência e a fosforescência dos con- taminantes são analisadas.