DE10140009B4

DE10140009B4 - Vorrichtung zur Inspektion gefüllter und verschlossener Flaschen

Info

Publication number: DE10140009B4
Application number: DE2001140009
Authority: DE
Inventors: Gerd Rainer Dr. Kwirandt
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2001-08-16
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2021-08-17
Also published as: WO2003016886A1; DE10140009A1

Abstract

Vorrichtung zur Inspektion gefüllter und verschlossener Flaschen (2) mit einer Kamera (4), die wenigstens den Kopf- und Schulterbereich jeder Flasche von der Seite durch eine telezentrische Optik mit einer geteilten telezentrischen Linse (50a, 50b) aus wenigstens zwei umfänglich verschiedenen Richtungen vor einer Lichtquelle (3) erfasst und wenigstens zwei Abbildungen erzeugt, die durch eine Auswerteinrichtung (4') einer Bildanalyse und/oder einem Bildvergleich unterziehbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Inspektion gefüllter und verschlossener Flaschen.

Es ist bekannt, Getränkeflaschen o. dgl. nach dem Füllen und Verschließen vor einem Leuchtschirm vorbeizuführen und mit einer Kamera von der Seite her in etwa rechtwinklig zu ihrer Hochachse zu betrachten, um evtl. vorhandene Fremdkörper oder Schwebstoffe im Füllgut zu detektieren. Problematisch ist die Erkennung schief sitzender Flaschenverschlüsse, da die durch die Inspektionsvorrichtung laufenden Flaschen eine zufallsbedingte Drehstellung einnehmen; allerdings sind schief sitzende Verschlüsse nicht mit ausreichender Sicherheit aus einer beliebig aufgenommenen Einzelabbildung ermittelbar.

DE 93 11 405 U1 offenbart eine Inspektionsmaschine für leere, unverschlossene Flaschen. Sie verfügt über Inspektionseinrichtungen, die mehrere Strahlengänge erzeugen und umfänglich versetzte Abbildungen einer Flaschenseitenwand liefern. Nachteiligerweise beeinflussen unterschiedliche Abstände der an der Inspektionseinrichtung vorbeilaufenden Flaschen die Größe der Abbildungen, wodurch eine Konturauswertung erschwert wird.

Aus DE 195 12 133 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung, Abtastung und Erkennung einer Kontur-Abbildung eines Flüssigkeitsbehälters mit telezentrischer Optik bekannt, die pro Behälter nur eine Abbildung liefert.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Inspektion gefüllter und verschlossener Flaschen anzugeben, die auch zur zuverlässigen Kontrolle von Flaschenverschlüssen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 durch die Verwendung einer telezentrischen Optik gelöst, mit deren Hilfe eine Kamera wenigstens den Kopf- und Schulterbereich der Flaschen von der Seite her aus wenigstens zwei umfänglich verschiedenen Richtungen vor einer Lichtquelle betrachten kann und wenigstens zwei Abbildungen erzeugt, die einer Bildanalyse und/oder einem Bildvergleich unterzogen werden. Bei Erkennen einer unzulässigen Abweichung wird dann ein Signal ausgelöst.

Bevorzugt erzeugt die telezentrische Optik wenigstens zwei sich in einem Inspektionsbereich kreuzende Strahlengänge, durch die die Flaschen in einer einspurigen, Zwischenabstände aufweisenden Reihe kontinuierlich transportiert werden, um jeweils wenigstens zwei Abbildungen von der Seitenwand jeder einzelnen Flasche aufzunehmen, wobei die Abbildungen vorzugsweise gleichzeitig aufgenommen werden. Aus diesen Abbildungen kann anschlieflend das Vorhandensein und/oder die Position eines Verschlusses ermittelt werden. Vorteilhafterweise kann bei transparenten Flaschen ggf. der Füllstand ermittelt und überprüft werden. Bei Bedarf ist auch eine Konturkontrolle möglich.

Durch die Erzeugung von zumindest zwei Ansichten aus unterschiedlichen Blickwinkeln können vorteilhafterweise schief sitzende Flaschenverschlüsse unabhängig von der zufälligen Drehstellung einer Flasche mit nur einer Kamera erkannt werden. Eine Ausrichtung oder Drehung der Flaschen vor bzw. während dem Inspektionsvorgang ist nicht notwendig. Der Einsatz einer telezentrischen Optik erlaubt eine verzerrungsfreie Abbildung der Flaschen, ohne vorhergehend eine exakte Zentrierung oder Positionierung der Flaschen vornehmen zu müssen. Unterschiedliche Abstände der Flaschen relativ zum Leuchtschirm bzw. der Kamera verursachen wegen der telezentrischen Bildaufnahme keine Vergrößerung oder Verkleinerung der Abbildungen.

Zwischen den vor einer Lichtquelle vorbeigeführten Flaschen und einer dazu beabstandeten Kamera ist eine langbrennweitige telezentrische Optik angeordnet , die wenigstens zwei einen gegenseitigen Winkel einschließende Strahlengänge erzeugt. Die Optik besteht aus reflektierenden Elementen (Spiegeln, Prismen oder dgl.) und wenigstens einer geteilten telezentrischen Linse. Ein Förderer transportiert die Flaschen durch die Strahlengänge, insbesondere deren Kreuzungsbereich.

Bevorzugt werden die Strahlengänge durch zwischen der Kamera und einer zu untersuchenden Flasche angeordnete Spiegel mit ebenen Spiegelflächen bestimmt. Mittels einer kostengünstigen Fresnellinse werden die telezentrischen Eigenschaften erzeugt, wobei eine Anordnung einer Fresnellinse zwischen einer zu untersuchenden Flasche und den die Strahlengänge definierenden Spiegeln vorteilhaft ist. Die Strahlengänge von der Fresnellinse bis zum Leuchtschirm, d. h. die Strahlbereiche in denen sich die Flaschen bewegen, sind jeweils telezentrisch.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt:
1 eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform einer Inspektionsstation in schematischer Darstellung,
2 eine Seitenansicht der Ausführung nach 1 in Transportrichtung der Flaschen betrachtet,
3 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform einer Inspektionsstation in schematischer Darstellung und
4 die von einer Kamera aufgenommenen Abbildungen einer Flasche.
In 1 ist ein kontinuierlich antreibbares Förderband 1 gezeigt, auf dem reibschlüssig aufrechtstehende Flaschen 2 in einer Reihe durch eine Inspektionsvorrichtung bzw. -station transportierbar sind. Die Inspektionsstation besteht im Wesentlichen aus einem längs an einer Seite des Förderbandes 1 angeordneten Leuchtschirm 3, der diffuses, möglichst monochromatisches Licht abstrahlt, und einer auf der gegenüberliegenden Seite positionierten Kamera 4 (CCD-Kamera) mit integrierter Bildauswertung 4'. Der Leuchtschirm 3 ist beispielsweise mit gepulsten LEDs bestückt. Im Bereich zwischen der Kamera 4 und dem Förderband 1 bzw. einer zu prüfenden Flasche 2 sind insgesamt vier ebene Spiegel 6a, 6b, 7a symmetrisch zu der rechtwinklig zur Förderrichtung verlaufenden optischen Achse der Kamera so angeordnet, dass zwei sich über dem Förderband 1 kreuzende Strahlengänge 8a, 8b entstehen, durch die Flaschen 2 kontinuierlich hindurchführbar sind.
Die Spiegelanordnung besteht im Einzelnen aus einem inneren, dachförmig angeordneten Spiegelpaar 6a, 6b mit zur Kamera 4 weisenden Spiegelflächen und zwei äußeren, zum Leuchtschirm 3 bzw. einer zu untersuchenden Flasche 2 gerichteten Spiegeln 7a, 7b. Alle vier Spiegel sind rechtwinklig zur horizontalen Ebene des Förderers ausgerichtet, d.h. vertikal positioniert. Sie können beispielsweise frei hängend an der Unterseite einer horizontalen, nicht dargestellten Halteplatte befestigt sein. Die Neigung der Spiegelflächen der beiden inneren Spiegel 6a, 6b ist bezüglich der optischen Achse der Kamera 4 so gewählt, dass der -von der Kamera ausgehend betrachtete-Strahlengang 8 in zwei voneinander wegweisende Teilstrahlengänge 8a, 8b aufgeteilt wird, die wiederum durch die in einem bestimmten Winkel zueinander weisenden Spiegelflächen der äußeren Spiegel 7a, 7b zum Leuchtschirm so umgelenkt werden und sich im Bereich über dem Förderband 1 noch vor dem Leuchtschirm 3 kreuzen bzw. schneiden. Aufgrund der achsensymmetrischen Spiegelanordnung sind beide Strahlengänge von der Kamera bis zum Kreuzungsbereich 8x bzw. bis zum Leuchtschirm 3 gleich lang. Von einer sich im Kreuzungsbereich 8x der Strahlengänge 8a, 8b befindenden Flasche 2 sind gleichzeitig zwei Ansichten nebeneinander auf den flächigen CCD-Chip der Kamera 4 projizierbar (siehe 4). Die gleich großen Abbildungen beinhalten jeweils eine Ansicht der transparenten Seitenwand einer Flasche 2 aus umfänglich verschiedenen Blickrichtungen, wobei ein Kreuzungswinkel ∝ im Bereich von von 70° bis 90°, vorzugsweise 80°, besonders günstige Resultate liefert.
Bei der Ausführung der Inspektionsvorichtung nach 1 befindet sich im Strahlengang 8 zwischen der Kamera 4 und dem ersten innen liegenden Spiegelpaar 6a, 6b eine Fresnellinse 5, die nur parallel zu ihrer optischen Achse verlaufende Lichtstrahlen auf den CCD-Chip der sich mit ihrem Objektiv im Brennpunkt der Fresnellinse 5 befindenden, koaxial ausgerichteten Kamera 4 projiziert. Diese Fresnellinse verleiht den beiden Strahlengängen 8a, 8b telezentrische Eigenschaften, d.h. unabhängig davon, ob sich einzelne Flaschen 2 fallweise etwas näher am Leuchtschirm 3 oder der Kamera 4 befinden, entstehen trotzdem immer gleich große Abbildungen.
In 1 ist der Abstand der Kamera 4 zur Fresnellinse 5 aus Platzgründen stark verkürzt dargestellt. Aber auch in der Praxis ist es von Vorteil, die Bautiefe zu begrenzen. Gemäß 2 kann die Kamera annähernd senkrecht nach unten blickend nahe an der Fresnellinse positioniert werden, indem ein den Strahlengang 8 (1) aus der Horizontalen in die Vertikale umlenkender Spiegel 9 vorgesehen wird. Diese Lösung erlaubt eine raumsparende Bauweise.
Ferner kann es von Vorteil sein, wenn nur der Kopf- und/oder Schulterbereich von Flaschen 2 durch die Strahlengänge erfasst wird (siehe 2). Die Optik kann bedarfsweise so ausgeführt werden, dass die Flaschenseitenwand über ihre gesamte Höhe abgebildet wird, falls notwendig.
3 zeigt eine im Vergleich zur 1 geringfügig abgewandelte, zweite Ausführungsform einer Inspektionsvorrichtung. Der Unterschied besteht darin, dass hier eine in zwei Hälften geteilte Fresnellinse 50a, 50b zum Einsatz kommt, wobei die eine Hälfte 50a im Strahlengang 8a und die andere Hälfte 50b im Strahlengang 8b jeweils im Bereich zwischen dem äußeren Spiegel 7a bzw. r und einer zu untersuchenden Flasche 2 bzw. dem Förderband 1 so angeordnet ist, dass sich die Brennpunkte beider Linsenhälften exakt überlagern, d.h. der Kamera wird quasi das Lichtbündel einer ganzen Fresnellinse zugeführt. Auch hier besitzen die zwischen dem Leuchtschirm 3 und den Fresnellinsenhälften 50a, 50b liegenden Abschnitte der Strahlengänge 8a bzw. 8b telezentrische Eigenschaften, d.h. nur parallel zur optischen Achse der Linse verlaufende Lichtstrahlen gelangen zur Kamera 4.
Wie ein Vergleich der Ausführung gemäß 3 mit der Ausführung nach 1 erkennen lässt, werden bei der Anordnung der geteilten Linse in den jeweiligen Strahlengängen bei gleicher Flaschengröße kleinere Abbildungen auf den Spiegeln erzeugt, d. h. diese können kleiner gestaltet werden, wodurch vorteilhafterweise die gesamte Vorrichtung kompakter ausführbar ist.
Anstelle von Fresnellinsen sind auch andere geteilte Linsen mit vergleichbaren optischen Eigenschaften verwendbar, die jedoch wegen der Größe der abzubildenden Flaschen teuerer und schwerer sind.
4 zeigt die von der Kamera gelieferten Abbildungen einer Flasche 2 in schematischer Darstellung. Die beiden nebeneinander liegenden Abbildungen beinhalten zwei gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen im Durchlichtverfahren aufgenommene Ansichten vom Kopf- und Schulterbereich der Seitenwand einer bis zum Füllspiegel 10 gefüllten und mit einem Verschluss 11 verschlossenen Flasche 2.
Die Auswertelektronik 4' der Kamera 4 analysiert die Abbildungen und erzeugt ein zur automatischen Ausschleusung verwendbares Signal, wenn der Füllspiegel 10 einen vorgebbaren Toleranzbereich über- oder unterschreitet und/oder der Verschluss 11 schief auf der Flaschenmündung sitzt und daher undicht ist. Dadurch, dass wenigstens zwei Abbildungen pro Flasche erzeugbar sind, ist ein schief sitzender Verschluss immer zuverlässig in einer der Abbildungen erkennbar, siehe rechte Abbildung in 4, ohne die Flasche während der Bildaufnahme um ihre Hochachse drehen zu müssen.

Claims

Vorrichtung zur Inspektion gefüllter und verschlossener Flaschen (2) mit einer Kamera (4), die wenigstens den Kopf- und Schulterbereich jeder Flasche von der Seite durch eine telezentrische Optik mit einer geteilten telezentrischen Linse (50a, 50b) aus wenigstens zwei umfänglich verschiedenen Richtungen vor einer Lichtquelle (3) erfasst und wenigstens zwei Abbildungen erzeugt, die durch eine Auswerteinrichtung (4') einer Bildanalyse und/oder einem Bildvergleich unterziehbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik lichtreflektierende Elemente (6a–7b), insbesondere ebene Spiegel aufweist, die zwischen der Kamera (4) und der Lichtquelle (3) so angeordnet sind, dass zwei sich unter einem bestimmten Winkel α kreuzende telezentrische Strahlengänge (8a, 8b) entstehen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α im Bereich zwischen 70 bis 90 Grad liegt, vorzugsweise 80 Grad beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Hälfte der geteilten telezentrischen Linse (50a, 50b) in den Strahlengängen (8a, 8b) im Bereich zwischen den lichtreflektierenden Elementen (6a–7b) und einer zu untersuchenden Flasche (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die telezentrische Linse (5, 50a, 50b) eine Fresnellinse ist.