DE10017380A1 - Behälterprüfmaschine - Google Patents
BehälterprüfmaschineInfo
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Abstract
Es wird eine Maschine zum Prüfen der Wand einer Flasche angegeben, die von einem Förderer einer Prüfstation zugeführt wird. Eine Lichtquelle definiert eine Vielzahl von Gruppen vertikaler Zeilen jeweils ohne Schwarzzeilen, mit einer Weißzeile sowie mit einer Vielzahl nebeneinander liegender Zeilen, deren Intensität systematisch zunächst auf einen Mindestwert abfällt, bei dem Licht sperrende Fehler sichtbar sind, und dann systematisch zur nächsten Weißzeile ansteigt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschine zum Prüfen von Glas- oder
Kunststoffbehältern wie Flaschen und dergl. und insbesondere eine solche
Maschine, die die Behälter-Seitenwand auf Fehler prüfen kann.
Die Seitenwand eines Glasbehälters kann Fehler verschiedener Art enthalten -
bspw. Bereiche ungleichmäßiger Glasverteilung, die bei rückseitiger Beleuch
tung einen Linseneffekt erzeugen (Brechungsfehler). Behälterprüfmaschinen
wie die der US-PS 5 004 909 prüfen die Seitenwand einer Glasflasche, indem sie
diese vor eine Lichtquelle führen, die ein Muster abwechselnd weißer und
schwarzer Streifen erzeugt. Eine solche Prüfmaschine kann Brechungsfehler am
besten erfassen, wenn diese sich an der Kante eines Streifens befinden.
Behälterprüfmaschinen wie die der US-PS 4 601 395 prüfen die Seitenwand eines
Glasbehälters, indem sie die Flasche vor einer Lichtquelle drehen, die eine
einzige helle Fläche bildet, die sich immer im Sichtbereich der Kamera befindet
und in Querrichtung beabstandete äußere Bereiche verschiedener Intensitäten
aufweist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Behälterprüfmaschine anzuge
ben, die Licht sperrende Fehler erfasst, während sie eine Prüfung auch auf Bre
chungsfehler durchführt.
Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem
folgenden Teil dieser Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen, die
nach den gesetzlichen Vorgaben eine derzeit bevorzugte Ausführungsform er
läutern, in der die Prinzipien der Erfindung realisiert sind.
Fig. 1 ist eine Draufsicht einer erfindungsgemäß aufgebauten Behälter
prüfmaschine;
Fig. 2 ist eine schaubildliche Darstellung der Arbeitsweise der Lichtquelle
der Fig. 1; und
Fig. 3 ist eine schaubildliche Darstellung der Arbeitsweise der praktisch
realisierten Lichtquelle.
Eine (Glas- oder Kunststoff-) Flasche 10 wird zur Prüfung mit einem Förderer
12 von links nach rechts in die dargestellte Prüfstation geführt, in der sie auf
eine CCD-Kamera 14 abgebildet wird. Das Bild wird auf anomale Bildelemente
hin ausgewertet, die auf einen Fehler hinweisen. Der CCD-Kamera ist eine
gesteuerte Lichtquelle 16 zugeordnet, die eine große Lichtfläche mit einer
großen Anzahl vertikaler Zeilen von Lumineszenzdioden (LEDs) 18 (in der
bevorzugten Ausführungsform) definiert. Wie in der Fig. 1 ersichtlich, sind die
LEDs so fokussiert bzw. gerichtet, dass das Licht durch die gesamte Flasche
(von oben bis unten und von rechts nach links) hindurch auf die Kamera fällt.
Diese vertikalen Zeilen sind auch so gehaltert, dass sie das Licht parallel zu
einander emittieren. Die vertikalen LED-Zeilen 18 werden jeweils mit einem
Feldeffekttransistor (nicht gezeigt) ein- und ausgeschaltet.
In der Fig. 2 ist mit jeder vertikalen LED-Zeile 18 ein Zeitgeber 20 so
verbunden, dass, nachdem die Zeilen eingeschaltet sind, die Zeitgeber zu
gewählten Zeitpunkten (0 T, 0,2 T, 0,4 T, 0,6 T, 0,8 T) eines Abbildungszyklus
ausschalten (T entspricht hier der Dauer, die eine LED-Zeile braucht, um voll
durchzuschalten und weiß zu erscheinen), wobei die Intensität eine Funktion
der Einschaltdauer ist. In der Fig. 3 steuert eine einzige Steuerung acht Zeilen an
und definiert Bitmasken 22, die die gewünschten vertikalen Zeilen für jeden
von vier sich wiederholenden gleichlangen Schritten (jeweils 0,2 T pro Schritt)
des Abbildungszyklus einschalten, um das gleiche Ergebnis zu erzielen. Das Bild
wird über die Periode dieser vier Schritte definiert. In der vorliegenden
Beschreibung ist für das Erreichen des Soll-Intensitätsniveaus die zeitliche Dauer
diskutiert; alternativ kann hierzu auch eine Stromansteuerung dienen.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, setzt äich die Lichtquelle aus einer Anzahl vertika
le Zeilengruppen mit jeweils acht vertikalen Zeilen zusammen. Diese acht
Zeilen schalten von "Hell" auf "0,8-", "0,6-", "0,4-", "0,2-" und dann wieder auf "0,4-
", "0,6-" und "0,8-fache Helligkeit" um. Während in den erläuterten
Ausführungsformen fünf Intensitätsniveaus (20%, 40%, 60%, 80% und 100%)
verwendet sind, läßt sich auch eine andere Anzahl verwenden. Setzt man die
Mindestintensität (20%) so hoch an, dass Licht sperrende Fehler identifizierbar
sind, kann die CCD-Kamera über 100% der Fläche der Lichtquelle sowohl Licht
sperrende als auch Brechungsfehler gleichzeitig erfassen.
Eine (Glas- oder Kunststoff-) Flasche 10 wird zur Prüfung mit einem Förderer
12 von links nach rechts in die dargestellte Prüfstation geführt, in der sie auf
eine CCD-Kamera 14 abgebildet wird. Das Bild wird auf anomale Bildelemente
ausgewertet, die auf einen Fehler hinweisen. Der CCD-Kamera ist eine
gesteuerte Lichtquelle 16 zugeordnet, die eine große Lichtfläche mit einer
großen Anzahl vertikaler LED-Zeilen 18 definiert. In der bevorzugten
Ausführungsform liegt eine große Anzahl vertikaler LED-Zeilen 18 vor. Wie in
der Fig. 1 ersichtlich, sind die LEDs so fokussiert bzw. gerichtet, dass das Licht
durch die gesamte Flasche (von oben bis unten und von rechts nach links)
hindurch auf die Kamera fällt. Diese vertikalen Zeilen sind auch so gehaltert,
dass sie das Licht parallel zu einander emittieren und dass das emittierte Licht
durch ein Streuelement fällt. Die vertikalen LED-Zeilen 18 werden jeweils mit
einem Feldeffekttransistor oder dergl. (nicht gezeigt) ein- und ausgeschaltet.
In der Fig. 2 ist mit jedem ein Zeitgeber 20 so verbunden, dass jede Zeile sich
für eine gewählte Dauer einschalten läßt. Die Zeitgeber schalten zu gewählten
Zeitpunkten (0 T, 0,2 T, 0,4 T, 0,6 T, 0,8 T) eines Abbildungszyklus aus (T entspricht
hier der Idealdauer, die eine LED-Zeile braucht, um voll durchzuschalten und
bis zu einem gewählten Grad beleuchtet zu erscheinen), wobei die Intensität
eine Funktion der Einschaltdauer ist. Bspw. ist 0,6 T die Dauer, für die eine
vertikale LED-Zeile eingeschaltet sein muss, damit sie 60% ihrer vollen Intensi
tät zu erreichen scheint. Für diese Diskussion sei das Licht einer voll durchge
schalteten Lichtquelle als "weiß" bezeichnet; es ist jedoch einzusehen, das die
Lichtquelle farbig und das erzeugte Licht auch unsichtbar sein kann (bspw. eine
Infrarot-LED). Die tatsächliche Einschaltdauer kann ebenfalls variiert werden,
um Überlappungseffekte zu kompensieren. Infolge der Überlappung des Be
strahlungslichts müssen die praktisch eingesetzten Einschaltzeiten für eine be
stimmte Spalte u. U. modifiziert werden, um die beste Anpassung an den er
wünschten Zyklus stetig variierender Intensität zu erreichen. Bspw. müssen die
Zeilen voller Helligkeit (1,0 T), die u. U. nicht voll weiß strahlen, da sie aus den
benachbarten 0,8 T-Zeilen nur Teillicht erhalten, länger durchgeschaltet werden
(bspw. 1,15 T). Aufgrund des Ist-Verhaltens der hier angewandten Beleuch
tungsmethode (LEDs/Streuelement) lassen sich Korrekturen berechnen, mit
denen man die gewünschte, sich zwischen den Extremen einer Schwarz- und
einer Weiß-Lichtquelle fortwährend räumlich zyklisch ändernde Intensität
erhält.
Wie die Fig. 3 zeigt, steuert eine einzige Steuerung acht Zeilen an und definiert
Bitmasken 22, die ihrerseits für jeden der vier wiederholten Zeitschritte (in der
Darstellung dauert jeder Schritt 0,2 T) eines Abbildungszyklus die gewünschten
vertikalen Zeilen einschalten. Das Bild wird über die Periode dieser fünf Schritte
gebildet. In der vorliegenden Diskussion wird die zeitliche Dauer zum
Einstellen der Soll-Intensität verwendet; alternativ läßt sich der gleiche Zweck
durch eine Stromsteuerung erreichen. Auch lassen sich andere Lichtquellen
sowie verschiedene Methoden der flächenabhängigen Licht-Intensitätssteue
rung - bspw. LCD-Felder oder Druckmuster in Verbindung mit einer mit einem
Verschluss ausgerüsteten Kamera - zum gleichen Zweck einsetzen. Während
in den dargestellten Ausführungsformen fünf Intensitätsniveaus (20%, 40%, 60%,
80%, 100%) angesetzt sind, läßt sich auch eine andere Anzahl verwenden.
Auf der Beleuchtungsfläche der Lichtquelle wird eine Intensität definiert, die
fortwährend räumlich zyklisch zwischen 20% und Hell variiert und zyklisch mit
einer Änderungsrate wechselt, die niedriger ist als die zur Erfassung eines
Fehlers erforderliche. Das Mindestniveau der Helligkeit (20%) ist so definiert,
dass die CCD-Kamera über 100% der Fläche der Lichtquelle entweder einen
Licht sperrenden oder einen Brechungsfehler identifizieren kann.
Wie in der Fig. 3 ersichtlich, geht eine volle Kontrolle über die Intensität der ein
zelnen Spalte über den oben angegebenen, linear berechneten prozentualen
Anteil hinaus. Das hier präsentierte Muster läßt sich als Dreieckswelle bezeich
nen, deren Maxima der vollen Helligkeit und deren Minima 20% der vollen Hel
ligkeit entspricht. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, läßt sich eine volle Kontrolle über
die Anzahl der Spalten erreichen, die von 20% der vollen bis zur vollen Hellig
keit gehen. Die Anzahl der Spalten läßt sich ändern, um die Zyklizität des Ver
laufs für eine bestimmte Behältergröße oder einen bestimmten Behälterfehler
zu optimieren. Die räumlich variierenden Intensitätszyklen können horizontal
oder vertikal oder winklig verlaufen; auch eine Kombination mehrerer Winkel
ist möglich.
Auch eine volle Kontrolle über die Position des Musters relativ zur rückseitigen
Beleuchtung insgesamt (und damit über den zu prüfenden Behälter) ist
möglich. Wo der Prüfprozess mit dynamisch zugewiesenen Zonen arbeitet,
läßt der helle Musterteil sich optimal so anordnen, dass die Bestimmung des
Behälterorts erleichtert wird.
Für eine einachsige zyklische Variation ergibt eine Messung der Güte der Licht
quelle in der Analyse ein fast flaches Histogramm. Mit einer zweiachsigen
zyklischen Lichtquelle könnten derartige Variationen bei Einzelansteuerung der
LEDs und bei Verwendung eines Lichttransmissionsverfahrens - Lichtventil,
Flüssigkristallanzeige oder Druckmuster - ebenfalls erzeugt werden. Ein Rech
ner 15 analysiert das Kamerabild durch Vergleich nebeneinander liegender
Bildpunkte (im ein- oder mehrfachen Bildpunktabstand) allein oder in
Kombination und stellt, wenn die Änderungsrate der Lichtintensität einen
definierten Wert übersteigt, einen Fehler fest.
ON Einschaltbefehl
ROW Zeile
ROW Zeile
STEP Schritt
ROWS Zeilen
ROW Zeile
ON eingeschaltet
ROWS Zeilen
ROW Zeile
ON eingeschaltet
Claims (7)
1. Maschine zum Prüfen der Wand einer Flasche, mit einem Förderer, mit
dem eine Flasche in einer Prüfstation halterbar ist, wobei die Prüfstation umfasst:
eine CCD-Kamera auf einer Seite des Förderers, die eine Abbildungs fläche aufweist, und
eine Lichtquelle mit einer Beleuchtungsfläche auf der anderen Seite des Förderers zum Abbilden der Flasche auf die Abbildungsfläche der CCD- Kamera,
eine Einrichtung zum Definieren einer räumlich zyklisch kontinuierlich variablen Intensität zwischen einer Mindesthelligkeit (Minimalhelligkeit), die die Identifizierung eines Licht sperrenden Defekts dahinter erlaubt, sowie zwischen hellem Licht auf der Lichtquellen-Beleuchtungsfläche mit einer Änderungsrate, die geringer ist als für die Erfassung als Fehler erforderlich, und
einen Rechner zur Analyse der Abbildungsfläche, indem im ein- oder mehrfachen Bildpunktabstand benachbarte Bildpunkte allein oder in Kom bination verglichen werden, um die Änderungsrate der Intensität zu bestim men, und so Fehler zu identifizieren, wenn die Änderungsrate einen definierten Wert übersteigt.
dem eine Flasche in einer Prüfstation halterbar ist, wobei die Prüfstation umfasst:
eine CCD-Kamera auf einer Seite des Förderers, die eine Abbildungs fläche aufweist, und
eine Lichtquelle mit einer Beleuchtungsfläche auf der anderen Seite des Förderers zum Abbilden der Flasche auf die Abbildungsfläche der CCD- Kamera,
eine Einrichtung zum Definieren einer räumlich zyklisch kontinuierlich variablen Intensität zwischen einer Mindesthelligkeit (Minimalhelligkeit), die die Identifizierung eines Licht sperrenden Defekts dahinter erlaubt, sowie zwischen hellem Licht auf der Lichtquellen-Beleuchtungsfläche mit einer Änderungsrate, die geringer ist als für die Erfassung als Fehler erforderlich, und
einen Rechner zur Analyse der Abbildungsfläche, indem im ein- oder mehrfachen Bildpunktabstand benachbarte Bildpunkte allein oder in Kom bination verglichen werden, um die Änderungsrate der Intensität zu bestim men, und so Fehler zu identifizieren, wenn die Änderungsrate einen definierten Wert übersteigt.
2. Maschine zum Prüfen der Wand einer Flasche nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine Vielzahl von LED-Zeilen
aufweist.
3. Maschine zum Prüfen der Wand einer Flasche nach Anspruch 2, da
durch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von LED-Zeilen eine Vielzahl
von Zeilengruppen bilden, die jeweils eine Hell-Zeile auf einer Seite, eine mini
malhelle Zeile, mindestens eine Zeile zwischen der Hell- und der minimalhellen
Zeile, deren Intensität zwischen der Minimalhelligkeit und Weiß liegt, und min
destens eine Zeile auf der der Weiß-Zeile abgewandten Seite der minimalhellen
Zeile aufweisen, deren Intensität zwischen der Minimalhelligkeit und Weiß
liegt.
4. Maschine zum Prüfen des Profils und der Wand einer Flasche nach An
spruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der minimalhellen
und der Weiß-Zeile eine Vielzahl vertikaler LED-Zeilen befindet und die Inten
sität der Vielzahl dieser Zwischenzeilen von der Weiß- zur minimalhellen Zeile
hin gleichmäßig abnimmt.
5. Maschine zum Prüfen des Profils und der Wand einer Flasche nach An
spruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Weiß-Zeile abge
wandten Seite der minimalhellen Zeile eine Vielzahl von vertikalen LED-Zeilen
vorliegt und die Intensität der Vielzahl von Zeilen auf der der Weiß-Zeile abge
wandten Seite der minimalhellen Zeile mit dem Abstand von letzterer
gleichmäßig zunimmt.
6. Maschine zum Prüfen des Profils und der Wand einer Flasche nach An
spruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die minimalhelle Zeile eine Hel
ligkeit von etwa 20% hat und dass jede der vertikalen LED-Zeilengruppen zwi
schen der minimalhellen und der Weiß-Zeile drei vertikale Zeilen hat, wobei die
neben der minimalhellen liegende Zeile eine Intensität von etwa 40% der der
Weiß-Zeile, die neben der Weiß-Zeile liegende Zeile eine Intensität von etwa
80% der der Weiß-Zeile und die mittlere, d. h. die zwischen der minimalhellen
und der Weiß-Zeile liegende der drei vertikalen Zeilen eine Intensität von etwa
60% der der Weiß-Zeile aufweisen.
7. Maschine zum Prüfen des Profils und der Wand einer Flasche nach An
spruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede der vertikalen LED-Zeilen
gruppen auf der von der Weiß-Zeile abgewandten Seite der minimalhellen
Zeile drei vertikale Zeilen hat, wobei die neben der minimalhellen liegende
Zeile eine Intensität von etwa 40% der der Weiß-Zeile, die nächste Zeile eine In
tensität von etwa 60% der der Weiß-Zeile und die letzte der drei vertikalen
Zeilen, die von der minimalhellen Zeile entfernt liegt, eine Intensität von etwa
80% der der Weiß-Zeile aufweisen.
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