Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Inspektion von Hohlkörpern,
- mit einem Förderer zum Bewegen der Hohlkörper auf einer Kreisbahn durch einen Inspektionsbereich unter gleichzeitigem Drehen der Hohlkörper um eine Symmetrieachse, die zur Achse der Kreisbahn parallel ist,
- mit einer Beleuchtungseinrichtung für die im Inspektionsbereich befindlichen Hohlkörper,
- mit einem Photodetektor zum Empfangen von Licht, das von den im Inspektionsbereich befindlichen Hohlkörpern ausgeht, und
- mit einer Gruppe von im Lichtstrahlengang hintereinander angeordneten und gegeneinander abgewinkelten festen, ebenen Spiegeln.
Eine aus EP-B1 0 151 059 bekannte Vorrichtung der vorgenannten Art dient zur Inspektion der Gesamtheit der Oberfläche von lichtdurchlässigen Hohlkörpern. Als Förderer hat die bekannte Vorrichtung ein kontinuierlich bewegtes Transport-Sternrad, dem ein äusseres Organ zum Drehen der Hohlkörper um deren Symmetrieachse zugeordnet ist. Die Beleuchtungseinrichtung besteht aus einer Laserlichtquelle, die einen Laserstrahl über einen Drehspiegel mit horizontaler Achse auf eine Gruppe von vier festen, ebenen Spiegeln richtet, welche in einer vertikalen Reihe übereinander angeordnet sind. Die ebenen Spiegel liefern auf Grund der Drehung des Drehspiegels einen schwingenden Lichtstrahl, der über einen Schwingspiegel auf den Hohlkörper geworfen wird.
Der Schwingspiegel begleitet durch seine Schwingbewegung den vor ihm in Drehung befindlichen Hohlkörper während einer vollständigen Umdrehung und bestreicht dabei mit dem Lichtstrahl den Hohlkörper in aufeinanderfolgenden Diametralebenen. Der Photodetektor ist ein Empfänger mit einem lichtempfindlichen Schirm, der vom durchscheinenden Licht beleuchtet wird. Bei der bekannten Vorrichtung dient als Organ zum Drehen der Gegenstände ein Treibriemen, der auf der dem lichtempfindlichen Schirm zugewandten Seite der Hohlkörper an deren Seitenwand in einer Zwischenhöhe anliegt und dadurch den Hohlkörper in diesem Bereich abschattet.
Damit auch dieser im toten Winkel gelegene Bereich inspiziert werden kann, ist die vertikale Reihe fester Spiegel vorgesehen, welche unter verschiedenen Neigungswinkeln konvergierende Lichtstrahlen liefern, so dass unter Umgehung des Treibriemens die Gesamtheit der Oberfläche des Hohlkörpers im durchscheinenden Licht inspiziert werden kann.
Nachteilig ist bei der bekannten Vorrichtung, dass sie bewegte Spiegel, nämlich einen Dreh- und einen Schwingspiegel benötigt, deren Bewegung genau auf einander und auf die Bewegung des Sternrads abgestimmt sein und abgestimmt bleiben muss. Besonders schwierig wird das, wenn als Photodetektor eine Zeilenkamera oder dgl. benutzt wird, deren Prozessor die einzelnen Zeilen zeitgerecht zu einem Gesamtbild des zu inspizierenden Hohlkörpers zusammensetzen muss. Weiter ist problematisch, dass bewegte Spiegel wie der Schwingspiegel, der bei der bekannten Vorrichtung durch einen mechanischen Nocken in der Bewegungsrichtung des Förderers über den Inspektionsbereich mitgenommen und dann schnell zurückgestellt wird, Verschleiss unterliegen und zumindest eine ständige Nachjustierung erfordern.
Auf den Schwingspiegel kann bei der bekannten Vorrichtung aber nicht verzichtet werden, weil sonst keine ausreichende Inspektionszeit verfügbar wäre. Über die Art der Auswertung der von dem licht empfindlichen Schirm der bekannten Vorrichtung gelieferten Bilder finden sich in der EP-B1 0 151 059 keine Angaben.
Aus der EP-A2 0 293 510 ist eine Vorrichtung bekannt, die zum Inspizieren der Seitenwände von Flaschen vorgesehen ist. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird ebenfalls von einem Schwingspiegel und sogar von einem Schwingobjektiv Gebrauch gemacht, um die zu inspizierende Flasche vom Anfang bis zum Ende des Inspektionsbereiches zu verfolgen. Diese bekannte Vorrichtung weist daher die gleichen Nachteile wie die oben erstgenannte bekannte Vorrichtung auf. Bei Verwendung eines Schwingobjektivs statt eines Schwingspiegels dürften die Probleme überdies noch grösser werden, weil die Optik extrem genau bewegt werden muss, wenn überhaupt verwertbare Bilder erzielt werden sollen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass keine bewegten Spiegel erforderlich sind.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1, 2 oder 5 angegebenen Merkmale gelöst.
Für die vorstehende Aufgabe gibt die Erfindung also drei Lösungen an. Bei der Lösung nach Anspruch 1 wird mit durchscheinendem Licht gearbeitet. Die Beleuchtungseinrichtung befindet sich auf der zu den Spiegeln entgegengesetzten Seite des Inspektionsbereiches, und die Spiegel empfangen Bilder der mit durchscheinendem Licht beleuchteten Hohlkörper. Die Beleuchtungseinrichtung ist dabei eine verteilte Lichtquelle.
Bei der Lösung nach Anspruch 2 ist die Beleuchtungseinrichtung auf derselben Seite des Inspektionsbereiches wie die Spiegel angeordnet, welche Bilder der mit auffallendem Licht, also mit Frontbeleuchtung beleuchteten Hohlkörper empfangen.
Bei der Lösung nach Anspruch 5 ist das Erfindungswesentliche die Geometrie der Spiegelanordnung. Auf die Art der Beleuchtungseinrichtung und die Art der Kamera kommt es bei dieser Lösung nicht an. Die Beleuchtungseinrichtung kann entweder eine Durchlichtbeleuchtungseinrichtung wie bei der Lösung nach Anspruch 1 oder eine Auflichtbeleuchtungseinrichtung wie bei der Lösung nach Anspruch 2 sein.
Bei jeder der drei Lösungen sind die einzigen bewegten Teile der Vorrichtung nach der Erfindung der Förderer und die durch diesen auf einer Kreisbahn bewegten und dabei um ihre Symmetrieachse gedrehten Hohlkörper, bei denen es sich bei der Lösung nach Anspruch 1 vorzugsweise um Flaschen mit Verschlussgewinde handelt, das zur Ermittlung von Defekten inspiziert werden soll, und bei denen es sich bei den Lösungen nach Anspruch 2 oder 5 vorzugsweise um lichtundurchlässige oder undurchsichtige Hohlkörper (z.B. Blechdosen) handelt. Bei der Lösung nach den Ansprüchen 2 und 5 ist es selbstverständlich auch möglich, lichtdurchlässige oder wenig lichtdurchlässige Hohlkörper zu inspizieren.
Bei jeder Vorrichtung nach der Erfindung ist die Gruppe fester Spiegel im Gegensatz zu der aus der EP-B1 0 151 059 bekannten Vorrichtung, wo die Gruppe fester Spiegel in dem Lichtstrahlengang zwischen dem Inspektionsbereich und der Beleuchtungseinrichtung in einer vertikalen Reihe angeordnet ist, in dem Lichtstrahlengang zwischen dem Inspektionsbereich und dem Fotodetektor und in einer quer zur Hohlkörpersymmetrieachse gelegenen horizontalen Reihe angeordnet. Die Hohlkörper, die sich durch den Inspektionsbereich bewegen, werden daher durch die Gruppe fester Spiegel nacheinander auf den Fotodetektor der Matrix- oder Zeilenkamera abgebildet.
Deren Prozessor setzt die vorübergehend in einem Abtastspeicher abgespeicherten, nacheinander bild- oder zeilenweise empfangenen Bilder von Teilumfangsbereichen jedes sich um seine Symmetrieachse drehenden Hohlkörpers zu über dem Umfang vollständigen Gesamtbildern desselben zusammen.
Bei der Lösung nach Anspruch 5 ist die Spiegelanordnung so gewählt, dass jeder Hohlkörper bei seiner Bewegung durch den Inspektionsbereich genau eine vollständige Umdrehung um seine Symmetrieachse ausführt. Bei n = 4 Spiegeln nimmt der erste Spiegel ein Viertel des Umfangs des Hohlkörpers in dessen zu inspizierenden Bereich auf, der zweite Spiegel das zweite Viertel, der dritte Spiegel das dritte Viertel und der vierte Spiegel das vierte Viertel. Das daraus erzeugte Gesamtbild ist eine Abwicklung des gesamten Umfangs des Hohlkörpers.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche 3 und 4 sowie 6 bis 12.
In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 hat der Lichtweg zwischen dem Objektiv der Kamera und jedem Hohlkörper in dem Inspektionsbereich immer dieselbe Länge, weil jeder Spiegel gegenüber dem vorhergehenden Spiegel so abgewinkelt ist, dass die genannte Länge konstant bleibt. Die bei Matrix- und Zeilenkameras üblicherweise geringe Schärfentiefe des Objektivs lässt sich durch diese Spiegelanordnung der Vorrichtung nach der Erfindung optimal ausnützen.
In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 führt ebenso wie bei der Lösung nach Anspruch 5 jeder Hohlkörper bei seiner Bewegung durch den Inspektionsbereich genau eine vollständige Umdrehung um seine Symmetrieachse aus, so dass als Gesamtbild eine Abwicklung des gesamten Umfangs des Hohlkörpers aufgenommen werden kann.
Bei vier Spiegeln muss das Verhältnis von Hohlkörperdrehgeschwindigkeit zur Förderergeschwindigkeit deshalb so gewählt werden, dass der Hohlkörper bei seiner Vorbeibewegung an jedem Spiegel eine Viertelumdrehung ausführt.
Die Höhenversetzung der Spiegel in der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 ermöglicht, auf jeden Spiegel den gleichen Bereich der zu inspizierenden Hohlkörper abzubilden und in Verbindung mit der gegenseitigen Winkelversetzung der Spiegel in der Ausgestaltung nach Anspruch 3 in der Horizontalebene die durch jeden Spiegel gelieferten Teilbilder (gegebenenfalls nach vorübergehender Speicherung und Verarbeitung) jeweils in einer Zeile übereinander abzubilden.
Bei dem Ausführungsbeispiel mit n = 4 Spiegeln und bei einer Winkelbreite des Inspektionsbereiches von 45 DEG beträgt in der Ausgestaltung der Erfindung nach den Ansprüchen 3 und 7 der gegenseitige Winkelabstand der Spiegel 11, 25 DEG und der gegenseitige Winkelabstand der Hohlkörper auf dem Förderer 22,5 DEG . Wenn der erste und der dritte Spiegel jeweils auf die Mitte des Abstands zwischen zwei Hohlkörpern auf dem Förderer ausgerichtet sind, nehmen daher der erste und der dritte Spiegel gleichzeitig ein Bild auf und der zweite und der vierte Spiegel nehmen keine Bilder auf, wogegen bei entsprechender Weiterbewegung der Hohlkörper dann der zweite und der vierte Spiegel Bilder aufnehmen und der erste und der dritte Spiegel keine Bilder aufnehmen.
Zur Verkleinerung der Baugrösse der Kameraeinrichtung ist in der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 8 ein Umlenkspiegel in dem Strahlengang angeordnet, welcher den Lichtstrahlengang einmal umlenkt, bevor dieser das Kameraobjektiv erreicht.
Durch die Justierbarkeit der Winkelstellungen der Spiegel in der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9 lässt sich die Spiegelgruppe auf eine bestimmte Teilung des Förderers einstellen und bei Bedarf nachstellen.
In der Ausgestaltung der Erfindung nach den Ansprüchen 10 und 11 ergibt sich als bevorzugter Wert für das Verhältnis der Hohlkörperdrehgeschwindigkeit zur Förderergeschwindig keit 8, 7 (wenn mit einem Förderer gearbeitet wird, dessen Kreisbahn 16 Hohlkörper aufnehmen kann).
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht einer Flaschenprüfmaschine, welche mit einer ersten Ausführungsform der Inspektionsvorrichtung nach der Erfindung versehen ist,
Fig. 2 die Inspektionsebene der Flaschenprüfmaschine nach Fig. 1 in Draufsicht,
Fig. 3 als Einzelheit in perspektivischer Darstellung die Inspektionsvorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 4 als Einzelheit in Draufsicht die Inspektionsvorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 5 eine Ansicht der Kamera mit zugeordneten Spiegeln in Richtung eines Pfeils V in Fig. 4 und
Fig. 6 in einer Ansicht wie in Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Inspektionsvorrichtung nach der Erfindung.
Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel der Inspektion von durchsichtigen Flaschen (Fig. 1 bis 5) und von weniger durchsichtigen oder undurchsichtigen Flaschen (Fig. 6) und unter Verwendung einer Gruppe von vier Spiegeln beschrie ben, wobei die Vorrichtung zum Inspizieren des mit Gewinde versehenen Mündungsbereiches der Flaschen benutzt werden soll. Die Vorrichtung könnte statt dessen auch zum Inspizieren von anderen Bereichen von Flaschen oder anderen mehr oder weniger durchsichtigen Körpern aller Art wie Hohlgläsern, Hohlkörpern aus PET, Blechdosen usw. benutzt werden.
Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht einer Flaschenprüfmaschine, die eine insgesamt mit 10 bezeichnete Inspektionsvorrichtung für den mit Gewinde versehenen Flaschenmündungsbereich aufweist. Hinter den beiden in Fig. 1 vorn dargestellten Drehtischen ist ein dritter Drehtisch 12 vorgesehen, welchem die Inspektionsvorrichtung 10 zugeordnet ist. Die Inspektionsvorrichtung 10 besteht aus einer Inspektionseinheit 14 und einer Beleuchtungseinrichtung 16 mit einem Gehäuse 17 (das in den Fig. 2 und 4 der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden ist).
Gemäss Fig. 2 werden zu inspizierende Flaschen 18 mittels einer Schneckenspindel dem links dargestellten vorderen Drehtisch zugeführt, der die Flaschen 18 an den als Karussel ausgebildeten dritten Drehtisch 12 abgibt, welcher seinerseits die Flaschen 18 nach der Inspektion an den rechts dargestellten vorderen Drehtisch abgibt, welchem sie durch eine weitere Schneckenspindel entnommen werden. Die Transportrichtung ist in Fig. 2 jeweils durch schwarze Pfeile angegeben. Der Drehtisch 12 bewegt die Flaschen 18 auf einer Kreisbahn durch einen Inspektionsbereich 20. Dabei werden die Flaschen 18 um ihre Symmetrieachse, d.h. um ihre Längsachse gedreht, die zur Achse 22 der Kreisbahn, d.h. zur Mittelachse des Drehtisches 12 parallel ist. Zum Drehen der Flaschen um deren Längsachse dient ein Treibriemen 24, der nur in Fig. 3 dargestellt ist.
Die Beleuchtungseinrichtung 16, die ausserhalb der Kreisbahn auf der von der Inspektionseinheit 14 abgewandten Seite derselben angeordnet ist, besteht in dem in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel aus dem Gehäuse 17, welches an der Vorderseite einen Schlitz aufweist, der mit einer Platte 26 aus hitzebeständigem Glas bedeckt ist. Die Platte 26 ist sandgestrahlt und empfängt Licht aus einer verteilten Lichtquelle 28. Die Beleuchtungseinrichtung 16 bewirkt so eine homogene Beleuchtung der Flaschen 18 in dem gesamten Inspektionsbereich 20.
Gemäss der Darstellung in den Fig. 2 bis 5 enthält die Inspektionseinheit 14 eine Zeilenkamera 30 und eine Gruppe 34 von in dem Lichtstrahlengang 32 zwischen dem Inspektionsbereich 20 und einem nicht dargestellten Photodetektor der Zeilenkamera angeordneten festen, ebenen Spiegeln 34a-34d, die in einer quer zur Achse 22 der Kreisbahn gelegenen horizontalen Reihe angeordnet und gegeneinander seitlich versetzt sind, d.h. in der Horizontalebene einen Winkel W (Fig. 3) miteinander bilden. Der nicht dargestellte Photodetektor der Zeilenkamera ist ein linearer CCD-Detektor. Zwischen der Gruppe 34 von Spiegeln und der Zeilenkamera 30 ist ein Umlenkspiegel 36 in der Inspektionseinheit 14 vorgesehen.
Die Zeilenkamera 30, der Umlenkspiegel 36 und die Gruppe 34 von Spiegeln sind gemeinsam auf einer Platte 38 befestigt, die auf in Fig. 5 ersichtliche Weise mittels eines Handrads 40 höhenverstellbar ist. Die Inspektionseinheit 14 hat auf der Eintrittsseite des Lichtstrahlenganges 32 ein Fenster mit einer Einlassscheibe 42, dessen Höhe auf den Höhenverstellbereich der Platte 38 abgestimmt ist. Mittels einer Konsole 44 ist die Inspektionseinheit 14 am Gestell der Flaschenprüfmaschine befestigt.
Aus der Darstellung in den Fig. 3 und 5 ist weiter zu erkennen, dass die Spiegel 34a-34d höhenversetzt hintereinander angeordnet sind. Ausserdem sind die Spiegel 34a-34d gegen die Vertikale so abgewinkelt, dass auf jedem Spiegel ein in der Vertikalen gleicher Bereich der Flasche 18 zum Inspizieren abgebildet wird. Die auf der Kreisbahn nacheinander inspizierten Gewindebereiche der Flaschen werden so durch die Spiegel 34a-34d in Zeilen übereinander abgebil det, wie es in der Darstellung in den Fig. 2 bis 4 zu erkennen ist.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind n = 4 Spiegel 34a-34d vorgesehen. Die Winkelbreite des Inspektionsbereiches 20 beträgt 45 DEG . Die Spiegel 34a-34d haben in der horizontalen Reihe einen gegenseitigen Winkelabstand W von 1/n der Winkelbreite von 45 DEG , also W = 11,25 DEG . Der gegenseitige Abstand der Flaschen 18 auf dem Drehtisch 12 beträgt 2/n oder 22,5 DEG . Die Spiegel 34a-34d sind auf nicht im einzelnen dargestellte Weise justierbar, damit der Winkel gegen die Vertikale und ihr gegenseitiger Winkel W eingestellt werden können.
Die vier Lichtstrahlen des Lichtstrahlenganges 32, die von den Flaschen im Inspektionsbereich zu den Spiegeln und von diesen aus zu der Zeilenkamera 30 gehen, sind, nachdem die Justierung einmal vorgenommen worden ist, fest. Die ebenen Spiegel 34a-34d sind jeweils um eine halbe Teilung, d.h. um 11,25 DEG gegenüber dem nächsten Spiegel um die Vertikale verdreht. Die Spiegel 34a-34d sind auf die Mitte der Teilung, d.h. auf die Mitte der Lücke zwischen jeweils zwei Flaschen ausgerichtet. In einem Zeitpunkt t1 sind zwei Flaschen in den in Fig. 4 schraffierten Positionen und werden daher vom Spiegel 34a und vom Spiegel 34c gesehen. Die Spiegel 34b und 34d sehen in dem Zeitpunkt t1 keine Flaschen, weil diesen in diesem Zeitpunkt keine Flaschen gegenüberliegen.
In einem Zeitpunkt t2 sind die Flaschen weitergewandert, und nun sehen die Spiegel 34b und 34d jeweils eine Flasche, und die Spiegel 34a und 34c sehen keine Flasche. Es sehen also immer die Spiegel 34a, 34c oder 34b, 34d eine Flasche, da zwei Spiegel auf die Teilungsmitte gerichtet sind (schraffierte Positionen) und zwei Spiegel auf die Teilungspositionen (unschraffierte Positionen). Weil sich jede Flasche bei ihrer Translationsbewegung auf der Kreisbahn gleichzeitig um ihre Längsachse dreht und innerhalb des Inspektionsbereiches 20 eine vollständige Umdrehung um ihre Längsachse ausführt, nimmt jeder Spiegel 34a-34d ein Vier tel des Umfangs der Flasche in deren Gewindebereich auf. Zwei Viertel werden jeweils gleichzeitig aufgenommen, da zwei Spiegel zwei Flaschen zur Zeit t1 und die beiden anderen Spiegel zwei Flaschen zur Zeit t2 sehen.
Der Zeilenkamera 30 ist ein nicht dargestellter Prozessor zugeordnet, bei dem es sich um einen Einzelbildspeicher mit zugeordneter Zeilenabtastschnittstelle handelt, so dass die Zeilendetektorbilder, welche der Photodetektor liefert, Zeile für Zeile zusammengesetzt werden können, um eine Abwicklung des dreidimensionalen Gewindebildes in zwei Dimensionen zu erzeugen. Eine digitale Speichervorrichtung sorgt dafür, dass die Detektorausgangssignale jeder Zeit aufgezeichnet und dann in der richtigen Lage und gegenseitigen Beziehung dargestellt werden. Ein der Zeilenkamera 30 nachgeschalteter Monitor zeigt dann die vier Bilder übereinander an, wobei die Anzeigezeile aus vier Teilen besteht, die von den vier Spiegeln nacheinander aufgenommen worden sind.
Das vom ersten Spiegel 34a aufgenommene Bild bildet dabei das unterste Viertel der Zeile, und die übrigen Bildviertel sind darüber angeordnet, wie es aus Fig. 3 ersichtlich ist.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf n = 4 Spiegel. Damit ein Gesamtumfangsbild jeder sich durch den Inspektionsbereich 20 bewegenden Flasche aufgenommen werden kann, muss das Verhältnis der Geschwindigkeit der Drehung der Flasche um ihre eigene Längsachse zu der Geschwindigkeit des Förderers 12 so gewählt werden, dass jede Flasche im Inspektionsbereich 20 vor jedem Spiegel 1/n Umdrehung ausführt.
Die Richtungen der Flaschendrehung um die Flaschenlängsachse und der Bewegung des Förderers 12 werden so gewählt, dass sich die Flaschendrehgeschwindigkeit und die Förderergeschwindigkeit im Inspektionsbereich 20 addieren. Wenn sich also zum Beispiel gemäss der Darstellung in Fig. 3 der Förderer 12 im Uhrzeigersinn dreht, müssen die Flaschen 18 im Inspektionsbereich durch den Treibriemen 24 (dessen Bewegungsrichtung durch Pfeile angegeben ist) so in Drehung versetzt werden, dass sie sich im Gegenuhrzeigersinn um ihre Längsachse drehen. Von der Spiegelgruppe 34 aus gesehen bewegt sich daher ein Punkt auf der Flasche im Inspektionsbereich aufgrund der Translationsbewegung des Förderers 12 nach rechts. Dieser Bewegung überlagert sich die Eigendrehbewegung der Flasche um deren Längsachse, die im Inspektionsbereich dieselbe Richtung hat, sich also zu der Förderergeschwindigkeit addiert.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Förderer 16 Flaschen 18 aufnehmen. In diesem Fall beträgt ein bevorzugtes Verhältnis der Flaschendrehgeschwindigkeit zur Förderergeschwindigkeit 8, 7, was gleich dem Verhältnis der Winkelgeschwindigkeit der Flasche zur Winkelgeschwindigkeit des Förderers ist.
Weiter ist bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zu Erläuterungszwecken eine Zeilenkamera benutzt worden. Ebenso könnte selbstverständlich auch eine Matrixkamera benutzt werden. Das ist lediglich eine Frage der Zeilenabtastfrequenz bzw. Einzelbildfrequenz. Die heute verfügbaren Matrixkameras arbeiten wesentlich langsamer als Zeilenkameras. Wenn eine Matrixkamera mit ausreichend hoher Einzelbildfrequenz verfügbar ist, kann eine solche Kamera ohne weiteres statt der Zeilenkamera benutzt werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass bei ausreichend hoher Einzelbildfrequenz einer Matrixkamera diese auch eine ausreichend grosse Detektormatrix haben muss, das heisst eine ausreichend grosse Anzahl von Pixeln.
Bei einer 64 x 64-Detektor-Matrix und einer an sich ausreichenden Einzelbildfrequenz von 2000 Einzelbildern pro Sekunde würde sich nämlich eine zu geringe Auflösung ergeben, wenn mit einer solchen Matrixkamera eine Flasche abzutasten ist, die eine Höhe von 35 oder 40 Zentimetern hat.
Die Spiegelanordnung, wie sie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 5 gezeigt ist, ist das wesentliche Merkmal der Inspektionsvorrichtung. Diese Anordnung kann unverändert eingesetzt werden, wenn statt einer Durchlichtbeleuchtungseinrichtung wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5 eine Front- oder Auflichtbeleuchtungseinrichtung nach Fig. 6 benutzt wird. Diese zweite Ausführungsform der Inspektionsvorrichtung nach der Erfindung kann auch benutzt werden, um lichtdurchlässige oder durchsichtige Hohlkörper zu inspizieren, für letztere eignet sich aber besser die zuvor beschriebene Auflichtbeleuchtungseinrichtung. Die Ausführungsform nach Fig. 6 wird eher zur Inspektion von Flaschen aus undurchsichtigem Kunststoff oder Blech (wie dargestellt) oder von Blechdosen oder dgl. benutzt.
In der Ausführungsform nach Fig. 6 weist die insgesamt mit 116 bezeichnete Beleuchtungseinrichtung eine oberhalb der Spiegel 34a-34d angeordnete Punktlichtquelle 128 auf, die die Flaschen im Inspektionsbereich 20 über eine Zerstreuungslinse 111 und eine nahe vor dieser angeordnete Schlitzblende 112 sowie über eine nahe vor den Flaschen angeordnete weitere Schlitzblende 113 mit einem fächerförmigen Strahl 132 beleuchtet. Zur Halterung der Punktlichtquelle 128, der Zerstreuungslinse 111 und der Schlitzblenden 112, 113 ist üblicherweise ein Gehäuse vorgesehen, das in Fig. 6 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt worden ist. Die Bilder, die die Spiegel 34a-34d von den Flaschen aufnehmen, werden auf oben mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschriebene Weise weiterverarbeitet.
Unterschiedlich ist hier lediglich, dass diese Bilder durch auffallendes Licht erzeugt worden sind, wogegen sie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5 mittels Durchlicht erzeugt worden sind.
The invention relates to a device for three-dimensional inspection of hollow bodies,
with a conveyor for moving the hollow bodies on a circular path through an inspection area while simultaneously rotating the hollow bodies about an axis of symmetry which is parallel to the axis of the circular path,
with a lighting device for the hollow bodies located in the inspection area,
with a photodetector for receiving light emanating from the hollow bodies located in the inspection area, and
- With a group of fixed, flat mirrors arranged one behind the other in the light beam path and angled relative to one another.
A device of the aforementioned type known from EP-B1 0 151 059 is used to inspect the entirety of the surface of translucent hollow bodies. As a conveyor, the known device has a continuously moving star wheel, to which an external member for rotating the hollow body about its axis of symmetry is assigned. The lighting device consists of a laser light source, which directs a laser beam via a rotating mirror with a horizontal axis to a group of four fixed, flat mirrors, which are arranged in a vertical row one above the other. Due to the rotation of the rotating mirror, the plane mirrors provide a vibrating light beam which is thrown onto the hollow body via a vibrating mirror.
The oscillating mirror accompanies the hollow body in front of it during its complete rotation by means of its oscillating movement and sweeps the hollow body in successive diametrical planes with the light beam. The photodetector is a receiver with a light-sensitive screen that is illuminated by the translucent light. In the known device, a drive belt serves as the organ for rotating the objects, which rests on the side of the hollow body facing the light-sensitive screen on its side wall at an intermediate height and thereby shades the hollow body in this area.
So that this area located in the blind spot can also be inspected, the vertical row of fixed mirrors is provided, which deliver converging light beams at different angles of inclination, so that the entire surface of the hollow body can be inspected in the translucent light bypassing the drive belt.
A disadvantage of the known device is that it requires moving mirrors, namely a rotating mirror and an oscillating mirror, the movement of which has to be coordinated with one another and with the movement of the star wheel and must remain coordinated. This becomes particularly difficult if a line camera or the like is used as the photodetector, the processor of which has to assemble the individual lines in good time to form an overall picture of the hollow body to be inspected. Another problem is that moving mirrors such as the oscillating mirror, which in the known device is carried along by a mechanical cam in the direction of movement of the conveyor over the inspection area and then quickly reset, are subject to wear and at least require constant readjustment.
In the known device, however, the oscillating mirror cannot be dispensed with, because otherwise sufficient inspection time would not be available. There is no information in EP-B1 0 151 059 on the type of evaluation of the images supplied by the light-sensitive screen of the known device.
A device is known from EP-A2 0 293 510, which is provided for inspecting the side walls of bottles. In this known device, use is also made of an oscillating mirror and even an oscillating objective in order to track the bottle to be inspected from the beginning to the end of the inspection area. This known device therefore has the same disadvantages as the above-mentioned known device. When using a vibrating lens instead of an oscillating mirror, the problems are likely to become even greater because the optics have to be moved extremely precisely if usable images are to be achieved at all.
The object of the invention is to design a device of the type mentioned in the introduction in such a way that no moving mirrors are required.
This object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claims 1, 2 or 5.
The invention therefore provides three solutions to the above task. In the solution according to claim 1, translucent light is used. The lighting device is located on the opposite side of the inspection area to the mirrors, and the mirrors receive images of the hollow bodies illuminated with translucent light. The lighting device is a distributed light source.
In the solution according to claim 2, the lighting device is arranged on the same side of the inspection area as the mirrors, which receive images of the hollow bodies illuminated with incident light, that is to say with front lighting.
In the solution according to claim 5, the essence of the invention is the geometry of the mirror arrangement. The type of lighting device and the type of camera are not important in this solution. The lighting device can either be a transmitted light lighting device as in the solution according to claim 1 or an incident light lighting device as in the solution according to claim 2.
In each of the three solutions, the only moving parts of the device according to the invention are the conveyors and the hollow bodies which are moved by them on a circular path and thereby rotated about their axis of symmetry, and which are preferably bottles with a closure thread in the solution according to claim 1. which is to be inspected to determine defects, and in which the solutions according to claim 2 or 5 are preferably opaque or opaque hollow bodies (for example tin cans). In the solution according to claims 2 and 5, it is of course also possible to inspect translucent or less translucent hollow bodies.
In each device according to the invention, in contrast to the device known from EP-B1 0 151 059, where the group of fixed mirrors is arranged in a vertical row in the light beam path between the inspection area and the lighting device, the group of fixed mirrors is in the light beam path arranged between the inspection area and the photodetector and in a horizontal row lying transversely to the axis of symmetry of the hollow body. The hollow bodies which move through the inspection area are therefore imaged one after the other by the group of fixed mirrors on the photodetector of the matrix or line camera.
The processor composes the images of partial circumferential regions of each hollow body, which are temporarily stored in a scan memory and successively received image or line by line, of hollow bodies rotating about its axis of symmetry to form complete overall images of the same.
In the solution according to claim 5, the mirror arrangement is selected such that each hollow body executes exactly one complete revolution around its axis of symmetry when it moves through the inspection area. With n = 4 mirrors, the first mirror takes up a quarter of the circumference of the hollow body in the area to be inspected, the second mirror the second quarter, the third mirror the third quarter and the fourth mirror the fourth quarter. The resulting overall image is a development of the entire circumference of the hollow body.
Advantageous embodiments of the invention form the subject of dependent claims 3 and 4 and 6 to 12.
In the embodiment of the invention according to claim 3, the light path between the lens of the camera and each hollow body in the inspection area always has the same length because each mirror is angled relative to the previous mirror so that the length mentioned remains constant. The usually shallow depth of field of the lens in matrix and line cameras can be optimally used by this mirror arrangement of the device according to the invention.
In the embodiment of the invention according to claim 4, just as in the solution according to claim 5, each hollow body executes exactly one complete rotation around its axis of symmetry when it moves through the inspection area, so that a development of the entire circumference of the hollow body can be recorded as an overall picture.
With four mirrors, the ratio of the hollow body rotation speed to the conveyor speed must therefore be selected so that the hollow body makes a quarter turn as it moves past each mirror.
The height offset of the mirrors in the embodiment of the invention according to claim 6 enables the same area of the hollow bodies to be inspected to be imaged on each mirror and, in conjunction with the mutual angular displacement of the mirrors in the embodiment according to claim 3, the partial images provided by each mirror ( if necessary after temporary storage and processing) in a row on top of each other.
In the exemplary embodiment with n = 4 mirrors and with an angular width of the inspection area of 45 °, in the embodiment of the invention according to claims 3 and 7, the mutual angular distance of the mirrors 11, 25 ° and the mutual angular distance of the hollow bodies on the conveyor 22.5 DEG. If the first and third mirrors are each aligned with the center of the distance between two hollow bodies on the conveyor, the first and third mirrors therefore take an image at the same time and the second and fourth mirrors do not take any images, whereas with corresponding further movement the hollow body then the second and fourth mirrors take pictures and the first and third mirrors do not take pictures.
In order to reduce the size of the camera device, a deflection mirror is arranged in the beam path in the embodiment of the invention, which deflects the light beam path once before it reaches the camera lens.
Due to the adjustability of the angular positions of the mirrors in the embodiment of the invention according to claim 9, the mirror group can be adjusted to a specific division of the conveyor and readjusted if necessary.
In the embodiment of the invention according to claims 10 and 11, the preferred value for the ratio of the hollow body rotational speed to the conveyor speed is 8, 7 (when working with a conveyor whose circular path can accommodate 16 hollow bodies).
Embodiments of the invention are described below with reference to the drawings. It shows
1 is an overall perspective view of a bottle testing machine, which is provided with a first embodiment of the inspection device according to the invention,
2 is a top view of the inspection plane of the bottle testing machine according to FIG. 1,
3 as a detail in a perspective view the inspection device according to FIG. 1,
4 as a detail in plan view the inspection device according to FIG. 1,
Fig. 5 is a view of the camera with associated mirrors in the direction of an arrow V in Fig. 4 and
Fig. 6 in a view as in Fig. 3 shows a second embodiment of the inspection device according to the invention.
The invention is described below using the example of inspection of transparent bottles (Fig. 1 to 5) and less transparent or opaque bottles (Fig. 6) and using a group of four mirrors ben, the device for inspecting the threaded provided mouth area of the bottles is to be used. Instead, the device could also be used to inspect other areas of bottles or other more or less transparent bodies of all kinds, such as hollow glasses, hollow bodies made of PET, tin cans, etc.
1 shows an overall view of a bottle testing machine which has an inspection device, designated overall by 10, for the threaded bottle mouth region. Behind the two turntables shown at the front in FIG. 1, a third turntable 12 is provided, to which the inspection device 10 is assigned. The inspection device 10 consists of an inspection unit 14 and an illumination device 16 with a housing 17 (which has been omitted in FIGS. 2 and 4 for the sake of clarity).
According to FIG. 2, bottles 18 to be inspected are fed by means of a screw spindle to the front rotary table shown on the left, which delivers the bottles 18 to the third rotary table 12 designed as a carousel, which in turn delivers the bottles 18 after the inspection to the front rotary table shown on the right, which they are removed by another screw spindle. The direction of transport is indicated in FIG. 2 by black arrows. The turntable 12 moves the bottles 18 on a circular path through an inspection area 20. The bottles 18 are moved around their axis of symmetry, i.e. rotated about its longitudinal axis, which is to the axis 22 of the circular path, i.e. is parallel to the central axis of the turntable 12. A drive belt 24, which is only shown in FIG. 3, is used to rotate the bottles about their longitudinal axis.
The lighting device 16, which is arranged outside the circular path on the side thereof facing away from the inspection unit 14, in the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 to 5 consists of the housing 17, which has a slot on the front side which is connected to a plate 26 covered with heat-resistant glass. The plate 26 is sandblasted and receives light from a distributed light source 28. The lighting device 16 thus brings about a homogeneous lighting of the bottles 18 in the entire inspection area 20.
According to the representation in FIGS. 2 to 5, the inspection unit 14 contains a line camera 30 and a group 34 of fixed, plane mirrors 34a-34d arranged in the light beam path 32 between the inspection area 20 and a photodetector of the line camera, not shown, which are arranged in a transverse direction arranged to the axis 22 of the circular path horizontal row and laterally offset from each other, ie form an angle W (FIG. 3) with one another in the horizontal plane. The line detector's photodetector, not shown, is a linear CCD detector. A deflection mirror 36 is provided in the inspection unit 14 between the group 34 of mirrors and the line camera 30.
The line scan camera 30, the deflecting mirror 36 and the group 34 of mirrors are fastened together on a plate 38 which can be adjusted in height in a manner shown in FIG. 5 by means of a handwheel 40. The inspection unit 14 has a window with an inlet pane 42 on the entry side of the light beam path 32, the height of which is matched to the height adjustment range of the plate 38. The inspection unit 14 is fastened to the frame of the bottle testing machine by means of a bracket 44.
It can further be seen from the illustration in FIGS. 3 and 5 that the mirrors 34a-34d are arranged one behind the other with a height offset. In addition, the mirrors 34a-34d are angled against the vertical such that an area of the bottle 18 that is the same in the vertical is imaged on each mirror for inspection. The threaded regions of the bottles inspected one after the other on the circular path are thus imaged in rows one above the other by the mirrors 34a-34d, as can be seen in the illustration in FIGS. 2 to 4.
In the illustrated embodiment, n = 4 mirrors 34a-34d are provided. The angular width of the inspection area 20 is 45 °. In the horizontal row, the mirrors 34a-34d have a mutual angular distance W of 1 / n of the angular width of 45 °, that is to say W = 11.25 °. The mutual distance between the bottles 18 on the turntable 12 is 2 / n or 22.5 °. The mirrors 34a-34d are adjustable in a manner not shown in detail so that the angle against the vertical and their mutual angle W can be adjusted.
The four light beams of the light beam path 32, which go from the bottles in the inspection area to the mirrors and from there to the line scan camera 30, are fixed once the adjustment has been carried out. The plane mirrors 34a-34d are each divided by half, i.e. rotated by 11.25 degrees relative to the next mirror around the vertical. The mirrors 34a-34d are on the center of the division, i.e. aligned to the middle of the gap between two bottles. At a time t1, two bottles are in the hatched positions in FIG. 4 and are therefore seen by the mirror 34a and the mirror 34c. The mirrors 34b and 34d do not see any bottles at the time t1, because there are no bottles opposite them at this time.
At a time t2, the bottles have moved on, and now the mirrors 34b and 34d each see a bottle and the mirrors 34a and 34c do not see a bottle. The mirrors 34a, 34c or 34b, 34d therefore always see a bottle, since two mirrors are directed towards the center of the division (hatched positions) and two mirrors at the division positions (hatched positions). Because each bottle simultaneously rotates about its longitudinal axis during its translational movement on the circular path and makes a complete revolution about its longitudinal axis within the inspection area 20, each mirror 34a-34d receives a fourth of the circumference of the bottle in its threaded area. Two quarters are recorded simultaneously since two mirrors see two bottles at time t1 and the other two mirrors see two bottles at time t2.
The line camera 30 is assigned a processor (not shown), which is a single image memory with an assigned line scanning interface, so that the line detector images which the photodetector supplies can be combined line by line in order to produce a development of the three-dimensional thread image in two dimensions . A digital storage device ensures that the detector output signals are recorded at all times and then displayed in the correct position and mutual relationship. A monitor connected downstream of the line camera 30 then displays the four images one above the other, the display line consisting of four parts which have been taken in succession by the four mirrors.
The image picked up by the first mirror 34a forms the bottom quarter of the line, and the remaining image quarters are arranged above it, as can be seen from FIG. 3.
The exemplary embodiment described above relates to n = 4 mirrors. In order for an overall circumferential image of each bottle moving through the inspection area 20 to be recorded, the ratio of the speed of the rotation of the bottle about its own longitudinal axis to the speed of the conveyor 12 must be selected such that each bottle in the inspection area 20 in front of each mirror 1 / n Revolution.
The directions of the bottle rotation about the bottle longitudinal axis and the movement of the conveyor 12 are selected such that the bottle rotation speed and the conveyor speed add up in the inspection area 20. 3, for example, if the conveyor 12 rotates clockwise, the bottles 18 in the inspection area must be rotated by the drive belt 24 (the direction of movement of which is indicated by arrows) in such a way that they rotate counterclockwise around theirs Turn the longitudinal axis. Seen from the mirror group 34, a point on the bottle therefore moves to the right in the inspection area due to the translational movement of the conveyor 12. This movement is superimposed on the self-rotating movement of the bottle about its longitudinal axis, which has the same direction in the inspection area, i.e. is added to the conveyor speed.
In the embodiment shown in FIG. 2, the conveyor 16 can accommodate bottles 18. In this case, a preferred ratio of the bottle rotation speed to the conveyor speed is 8, 7, which is equal to the ratio of the angular speed of the bottle to the angular speed of the conveyor.
Furthermore, a line scan camera has been used in the above-described embodiment for explanatory purposes. A matrix camera could of course also be used. This is just a question of line scan frequency or frame rate. The matrix cameras available today work much slower than line cameras. If a matrix camera with a sufficiently high frame rate is available, such a camera can easily be used instead of the line scan camera. However, it should be noted that if the frame rate of a matrix camera is sufficiently high, it must also have a sufficiently large detector matrix, that is to say a sufficiently large number of pixels.
With a 64 x 64 detector matrix and a sufficient frame rate of 2000 frames per second, the resolution would be too low if a bottle with a height of 35 or 40 centimeters is to be scanned with such a matrix camera.
The mirror arrangement, as shown in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 5, is the essential feature of the inspection device. This arrangement can be used unchanged if, instead of a transmitted light illumination device as in the embodiment according to FIGS. 1 to 5, a front or incident light illumination device according to FIG. 6 is used. This second embodiment of the inspection device according to the invention can also be used to inspect translucent or transparent hollow bodies, but the above-described incident light illuminating device is more suitable for the latter. The embodiment according to FIG. 6 is used rather for the inspection of bottles made of opaque plastic or sheet metal (as shown) or of tin cans or the like.
In the embodiment according to FIG. 6, the illumination device, designated overall by 116, has a point light source 128 arranged above the mirrors 34a-34d, which illuminates the bottles in the inspection area 20 via a diverging lens 111 and a slit diaphragm 112 arranged close to this and via a near the front Bottles arranged further slit aperture 113 illuminated with a fan-shaped beam 132. A housing is usually provided to hold the point light source 128, the diverging lens 111 and the slit diaphragms 112, 113, which has not been shown in FIG. 6 for the sake of clarity. The images that the mirrors 34a-34d take from the bottles are processed in the manner described above with reference to the first embodiment.
The only difference here is that these images were generated by incident light, whereas in the embodiment according to FIGS. 1 to 5 they were generated by transmitted light.