CN101923029A - 用于确定泡沫密度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用廷德尔氏效应确定饮料容器中的泡沫的泡沫密度的方法和装置。为此，利用光源向泡沫发射聚焦光柱，此处光柱在泡沫中被折射且散射光线在泡沫表面变得可见。通过对这种光点的轮廓的测量，人们可以推定出泡沫密度。为此，可以将一个或若干个激光器合并到已连接到现有测量器件上的现有灌装液位测量器件中。

Description

用于确定泡沫密度的方法和装置

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序的一种用于确定泡沫的泡沫密度的方法，以及根据权利要求5的前序的一种用于确定泡沫的泡沫密度的装置。

背景技术

在饮料灌装系统中，在尤其是含二氧化碳的饮料的灌装期间，泡沫层往往形成在诸如瓶子的饮料容器中。取决于饮料的类型，会形成或多或少的泡沫。尤其是在啤酒的灌装期间，往往会形成很多泡沫。通常情况下，直到泡沫澄清即直到泡沫中所含的液体量释放，需要一些时间。为了检查饮料容器中的液体量，须测量灌装液位。但是，由于泡沫的形成，如果不是不可能的话，紧接在灌装之后精确确定灌装液位是很难的，因为为了确定灌装液位，人们实际上必须要等到泡沫已澄清。仅基于泡沫的尺寸来确定泡沫中所含的液体量通常带有误差，因为所形成的泡沫的密度会变化，所以所含的液体量不仅取决于饮料的类型而且会在容器间变化。

如果灌装诸如啤酒的氧敏感饮料，则通常还要在封闭之前向灌装口喷射精馏水流(所谓的HDE方法)。然后在这个过程中产生的泡沫使仍存在于灌装液位上方的氧气移走。为了检验或检查此正确的功能，还期望的是要了解关于在这个过程中所形成的泡沫密度。

利用诸如高频(HF)、红外偏转、红外吸收的通常方法无法确定泡沫中的液体量。这些方法的缺点是它们不能检测不同的泡沫结构。

虽然用于测量泡沫的方法是已知的，但是利用这些方法人们仅能确定泡沫的分解率。在这些方法之一中，将光束发射到泡沫中，此处，由测量装置检测在相对侧从泡沫射出的光。在该过程期间，光束和测量装置绕泡沫层旋转。但是，利用此方法并不能精确确定泡沫密度。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种方法和装置，利用该方法和装置可检测泡沫中所含的液体量，从而计算例如在泡沫已经澄清后所形成的灌装液位，或大致能够观察泡沫形态。

实现这一目标的方法包括权利要求1中的特征。将光束引入到紧接在将液体灌入容器之后形成的泡沫中，或在随后封闭之前有意生成的泡沫中。该光束穿透泡沫且在该过程中被扩张。为了确定泡沫密度，确定由光束在泡沫中产生的光点的轮廓，此处，轮廓使得能够推定出泡沫密度。

这里，该方法利用了泡沫引起光束散射的效果。在这个过程中，不同的高泡沫密度引起光束的不同强散射，即光束的发散。含有高液体量的高密度泡沫引起光束的强散射。反之，如果泡沫含有少量液体量则散射较弱，这意味着泡沫密度较低。

这里所观察到的光的散射也被称为廷德尔氏效应。如果粒子悬浮在液体或气体中，就会发生这种效应，此处粒子的大小相当于光的波长(约100nm到1000nm)。光在粒子处(这里是在一个或多个气泡壁处)被折射，通过该光的散射，光束被侧向散射到介质之外。散射使得光束从侧面也是可见的。

有利的是，从所述容器的外部确定光点的轮廓，并且与存储数据进行比较。通常，泡沫饮料被灌入透明的玻璃瓶或塑料瓶。因而由市场上买得到的尤其性能范围仅在几个毫瓦内的聚焦激光器所产生的光束可以从容器的外部指向泡沫。因而检测光点的轮廓的测量装置也布置在瓶子的外部。

为了进一步增加泡沫密度的确定精度，可以利用若干光束尤其是光柱来确定泡沫的密度。已知的是，泡沫的密度在其整个延伸范围内不是恒定的，因此在单次测量的情况下会产生误差。将光束照射到泡沫中，使得所形成的光点不重叠且它们的轮廓可以清楚地识别。作为替代，也可以采用不同的脉冲激光器，利用不同的脉冲激光器甚至可以识别重叠的光点且在此基础上能够确定密度。

另外，利用至少一个测量装置来确定由光束产生的光点。该测量装置还被用来确定饮料瓶中的泡沫高度，因此它已检测到全部的泡沫高度。利用测量装置，可以依靠光束的方向来检测若干光点且确定光束的相应区域中的密度。但是，若干光束也可以被定向为使得需要若干测量装置来检测所有的光点。

利用在该过程中在泡沫中检测出的液体量，因而可以检测出容器中期望的灌装液位，否则通常检测出泡沫的性质或密度。

实现上述目标的装置包括权利要求5的特征。因此，该测量装置实施为使得它能检测由光束在泡沫中产生的光点的轮廓。为此，该装置包括布置在待灌装的容器的区域中的光源和测量装置。轮廓使得能够推定出泡沫密度，从而通过简单的器件就能够确定泡沫的密度。

根据本发明的有利的进一步发展，所述测量装置尤其是摄像机侧向于光束输入布置以从侧面测量光点。折射引起光束的散射，从而在泡沫中侧向于光束的纵轴，光束变得可见。取决于由泡沫密度造成的散射光线，光点会相对于泡沫的外形、大小和亮度而变化。利用摄像机可以很容易地检测光束的轮廓或散射光线的外形。这意味着，这里轮廓指的是从光束的中心朝横向于光束方向的两侧的亮度以及绝对亮度值的沿着光束的下降。在简化的估算中，这将是例如散射光线的外形的长宽比。

根据进一步优选的实施例设置为，光束由优选的脉冲激光器或类似的聚焦光源产生。激光器发射出耀眼的成柱的光束，这会为光点的轮廓测量带来好的效果，即使没有任何另外的光柱。

有利的是，可以按照摄像机的频率来触发激光器。因此，可以不仅拍摄泡沫的单张图片，而且拍摄若干连续的图片或影片形式的连续图片。

根据本发明的另一有利实施例，若干光源和测量装置布置在容器的侧面。由于变化的泡沫密度，即使在一个单个泡沫形态中，对于精确测量来说有用的是，将若干光源布置为使得泡沫的不同区域可以被测量。有利的是，这里，然后将光源布置为沿泡沫的高度一个光源布置在另一个光源上方。作为对这种方案的替代，光源也可以配置在一个平面中，使得泡沫被从两个以上侧照射，每侧用一个光柱。相反地，摄像机通常被设计为使得检测泡沫的更大区域，从而可以利用一个摄像机检测一个布置在另一个上方和/或邻近另一个布置的若干光源以及它们所产生的光点。为了精确确定光点的轮廓，记录在一个图片中的若干光源然后被分离。

测量装置侧向于和/或平行于光束的纵轴布置。当光点侧向于光束的纵轴离开泡沫时，测量装置侧向于光束的纵轴布置。这里，是否将测量装置布置为垂直于光束定位并不重要。人们仅须注意的是，测量装置不变地检测光点或光点的轮廓。

有利的是，该装置包括计算机，其用于通过比较由测量装置所测出的光点的轮廓的存储数据来计算泡沫中所含的液体量。

根据优选的进一步发展，所述计算机包括能够存储有关于容器和液体的数据的存储器，尤其是关于容器的优选是瓶颈的尺寸和材料厚度以及液体的性质。在灌装容器之前，这些数据和信息被收集和储存在存储器中。由于外源测量，(这意味着从容器的外部)，容器壁的曲率和材料厚度影响光点的测量，于是当数据被相应地提前存储时在结果的确定中这会被纳入考虑。同样，利用测出的泡沫高度和已知的容器体积，人们可以确定在该区域中泡沫层的体积。计算机包括用于确定光点的轮廓的图像处理程序。由摄像机提供的数据被图像处理程序处理，从而可以确定例如在单位区域中的光点的精确大小。这同样应用于计算泡沫高度(利用图像处理程序这是可能的)以及灌装量。利用图像处理程序从而人们可以推定出泡沫密度。在光点重叠或后续拍摄的照片的情况下，利用图像处理程序也可以分析这些。

而且有利的是，可以将该装置合并入现有的用于灌装液位控制的摄像机装置。因而可以用少量时间和少量努力对已安装在用于灌装液位控制的灌装系统中的现有摄像机系统进行改装。

附图说明

在下文中，将结合附图更详细地说明本发明的优选实施例。附图中：

图1示出了饮料容器的上部区域的侧视图，具有侧向布置的光源；

图2示出了测量装置和饮料容器的俯视图，具有侧向布置的光源；以及

图3示出了用于解释本发明的示意图。

具体实施方式

在图1中，示出了一饮料容器的上部区域。这是个饮料瓶10，具有锥形渐变的瓶颈11。瓶颈11终止于加厚的开口区12。饮料瓶10是市场上买得到的细颈瓶，因为它往往用在饮料行业中，尤其是啤酒行业中。

在瓶颈11的区域中，在图示的实施例中，若干呈激光器13形式的光源侧向地布置。两个激光器13各自位于一个平面中。总共有六个激光器13配置在三个平面中，其中一个平面配置在另一个平面的上方。因此，瓶颈11至少在开口区12下方的区域被激光器13围绕，激光器13沿饮料瓶的纵轴12布置。

布置在一个平面中的激光器13定位为在圆周上相对于彼此偏置。这意味着，由这些激光器13分别发射出的光柱14相对于彼此并不轴向延伸。而是在所示实施例中，它们的轴线在相应的平面中被定位为相对于彼此偏置约120°。从图2可以看到两个激光器13配置在一个平面中的这种配置。

图2示出了饮料瓶10的俯视图，具有两个侧向布置的激光器13。此外，呈摄像机形式的测量装置15相对于饮料瓶10侧向布置在两个激光器13的平面中。通常，测量装置15相对于饮料瓶10定位为使得它覆盖瓶颈11的全部区域。这意味着，利用单个检测装置15来检测一个配置在另一个上方的激光器13的平面。因此，相对于彼此平行配置的、一个在另一个上方或邻近另一个配置的若干激光器被分配给一个测量装置15。但是，作为对这种方案的替代，可将一个测量装置15分配给每个激光器13或设有激光器13的一个平面。

在图2中，还示出了计算机16，其包括能够存储关于饮料瓶10和饮料的数据的存储器。为了计算，存储了例如关于瓶10的尤其是瓶颈的尺寸以及瓶10的壁厚的数据。此外，有可能存储了关于饮料本身的数据，从而利用饮料属性进行更精确的内插或外推出整个高度因而制定出垂直密度分布图。存储数据可以基于实验值、测试或先前的测量。此外，计算机包括图像处理程序。利用图像处理程序可以确定出光点17a、17b的轮廓。

下面，将参考图3更详细地说明根据本发明的方法：灌装期间在瓶颈11的区域中所形成的泡沫层含有液体量，在泡沫已经澄清后，这些液体量会使饮料瓶10中的液位上升。为了能估算出紧接在灌装之后在泡沫中含有多少液体量，利用侧向布置的激光器13向泡沫照射数微秒至几毫秒光束，这分别产生光点17a或17b，光点17a、17b分别可以从一侧识别，且取决于其密度具有不同的轮廓。利用相对于光束的方向侧向定位的摄像机15来检测这个光点的轮廓，然后例如通过与先前所收集的数据进行比较根据测量结果来确定液体量。

测量装置15通常被设计成使得，除了检测光点，它还能确定泡沫层的高度。这另外地允许包括沿饮料瓶10的纵向延伸而布置的若干激光器以确定泡沫密度。利用测量装置15，因而可以有较多数量的光点投射到泡沫上。根据垂直泡沫密度分布图和泡沫高度，于是通过利用已知的内径进行积分就可以计算出泡沫中存储的液体量。

通常利用单个测量程序足以确定泡沫密度因而确定所含的液体量。一个测量程序对应于摄像机的一个图像。一个激光器/多个激光器被触发，使得它们的频率对应于摄像机的录制时间。作为替代，可以拍摄光点的若干图像，例如以确定泡沫的澄清的时间顺序。

在本发明的另一应用中，根据本发明的系统作为在氧敏感饮料的灌装中与HDE方法相关的控制系统，可以用于观察是否足够的泡沫已经产生以将残余氧气压出开口。

该装置可以很容易地合并到现有的灌装液位控制器件中。由于直到现在灌装液位控制通常是用摄像机系统来执行的，所以本发明可以很容易地实现，因为现有系统仅需要添加一个激光器或多个激光器以及适当的图像处理程序。

Claims (11)

1.一种用于确定泡沫的泡沫密度的方法，所述泡沫形成于例如紧接在已经将液体灌入容器(10)之后或在随后封闭容器之前，此处将光束(14)照射到泡沫上，所述方法的特征在于，确定由所述光束(14)在泡沫中产生的光点(17a，17b)的轮廓。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述容器(10)的外部确定光点的轮廓，并且与存储数据进行比较。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用若干光束(14)尤其是光柱来确定泡沫的密度。

4.根据前述权利要求1至3中至少一项所述的方法，其特征在于，利用至少一个测量装置(15)来确定由所述光束(14)产生的光点的轮廓。

5.一种用于确定泡沫的泡沫密度的装置，所述泡沫形成于例如紧接在已经将液体灌入容器(10)之后或在容器随后被封闭之前，其中光源(13)和测量装置(15)侧向地布置在所述容器(10)的区域中，并且所述光源向泡沫发射光束(14)，所述装置的特征在于，所述测量装置(15)被设计为使得它能够检测由所述光束在泡沫中产生的光点(17a，17b)的轮廓。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述测量装置(15)尤其是摄像机侧向于光束输入(14)布置以从侧面测量所述光点(17a，17b)。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述光束(14)由激光器(13)或类似的聚焦光源产生。

8.根据前述权利要求5至7中至少一项所述的装置，其特征在于，若干光源(13)和测量装置(15)侧向于所述容器布置。

9.根据前述权利要求5至8中至少一项所述的装置，其特征在于，计算机(16)，其用于通过比较由测量装置(15)所测出的光点(17a，17b)的轮廓的存储数据来计算泡沫中所含的液体量。

10.根据前述权利要求5至9中至少一项所述的装置，其特征在于，所述计算机包括用于存储关于所述容器(10)和液体的数据的存储器，尤其是关于所述容器(10)的优选是瓶颈(11)的尺寸和材料厚度以及液体的属性。

11.根据前述权利要求5至10中至少一项所述的装置被安装到现有的摄像机灌装液位控制装置中。

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