DE102004040164A1

DE102004040164A1 - Vorrichtung zur Erfassung von Strukturen, wie Profilierungen oder Prägungen an Körpern von Flaschen oder dergl. Behälter

Info

Publication number: DE102004040164A1
Application number: DE102004040164A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.rer.nat. Hartig
Original assignee: KHS Maschinen und Anlagenbau AG
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2006-03-02
Also published as: EP1628241A1; ATE378649T1; EP1628241B1; DE502005001941D1; PL1628241T3

Abstract

Eine Vorrichtung zur Erfassung von Strukturen, wie Profilisierungen oder Prägungen, an Körpern von Flaschen oder dgl. Behälter ist gekennzeichnet durch einen an einer Erfassungsposition an einer Seite einer Transportstrecke für die Behälter vorgesehenen Leuchtschirm, der eine um wenigstens eine Krümmungsachse konkave gekrümmte, der Erfassungsposition zugewandte und Licht aussendende Leuchtfläche bildet, sowie durch wenigstens eine elektronische Kamera, die mit ihrer Optik im Bereich des Leuchtschirmes vorgesehen ist, und zwar zur Erzeugung eines Kamerabildes mit dem am Körper des Behälters reflektierten Licht des Leuchtschirmes.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vorrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.

Speziell bei Flaschen für Getränke ist es bekannt, den jeweiligen Flaschenkörper an seiner Außenfläche in bestimmter Weise reliefartig zu profilieren oder mit Prägungen zu versehen. Nach dem Füllen und Verschließen wird eine solche Flasche dann so etikettiert, dass sich das jeweilige Etikett in das von der Profilierung bzw. Prägung bestimmte Erscheinungsbild der Flasche optimal einfügt und hierfür auf eine vorgesehene Fläche des Flaschenkörpers aufgebracht ist. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, die Flaschen für das Etikettieren mit ihrer Prägung bzw. Profilierung in eine bestimmten Soll-Orientierung auszurichten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit der es möglich ist, die auf Körpern von Flaschen oder dergl. Behältern vorhandenen Profilierungen oder Prägungen zuverlässig und berührungsfrei zu erfassen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das wenigstens eine Sensorelement vorzugsweise eine elektronische Kamera, mit der ein Kamerabild erzeugt wird, welches der an der Außenfläche des jeweiligen Behälters reflektierten Leuchtfläche des Leuchtschirmes entspricht. An glatt ausgebildeten Oberflächenbereichen des Behälters wird der Leuchtschirm im Kamerabild hell wieder gegeben. Prägungen in der Behälterwandung und insbesondere von Profilierungen oder Prägungen gebildete Übergänge oder Ränder erscheinen im Kamerabild als dunkle Bereiche oder dunkle Übergänge. Unter Berücksichtigung der tatsächlichen Ausbildung des jeweiligen Behälters oder der tatsächlichen Ausbildung der Profilierungen oder Prägungen an der Behälteraußenfläche und der Anzahl und Zuordnung der dunklen Bereiche oder Übergänge im Kamerabild können dann die tatsächliche Orientierung (Ist-Orientierung) des jeweiligen Behälters an einer Erfassungsposition sowie die Abweichung von einer Soll-Orientierung ermittelt werden, und zwar beispielsweise zur Erzeugung eines Steuersignals, mit dem dann der jeweilige Behälter durch Drehen um seine Behälterachse in die Soll-Orientierung gebracht wird. Auch andere Struktueren an der Behälterwandung können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfasst werden.

An Stelle einer Kamera kann auch eine andere, den jeweiligen Behälter optisch abtastende opto-elektrische Sensoreinrichtung verwendet sein.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
1 und 2 in vereinfachter schematischer Darstellung in Draufsicht sowie in Rückansicht eine Vorrichtung zur Erfassung von Strukturen, nämlich von Profilierungen oder Prägungen an Flaschen.
Die in der Figur allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zur opto-elektronischen Erfassung und Auswertung von Strukturen bzw. Prägungen an Flaschen 2 und ist beispielsweise Bestandteil einer Station, in der die Flaschen 2 für ein nachfolgendes Etikettieren in bezug auf eine Förderrichtung (Pfeil A) durch Drehen um ihre vertikale Flaschenhochachse ausgerichtet werden.
Die Flaschen 2 werden an der Vorrichtung 1 auf einem Transporteur in der Förderrichtung A vorbei bewegt. Der Transporteur ist beispielsweise ein Linear-Förderer, der eine geradlinige Transportstrecke 3 für die Flaschen 2 bildet, oder aber ein um eine vertikale Maschinenachse umlaufend angetriebener Rundtisch, der an seinem Umfang Standflächen für die Flaschen 2 aufweist und eine kreisförmige Transportstrecke 4 für die Flaschen 2 bildet.
Die Vorrichtung 1 besteht u.a. aus einem Leuchtschirm 5 mit einem Leuchtschirmelement 6, welches bei der dargestellten Ausführungsform an seiner Innenseite 6.1 und an seiner Außenseite 6.2 kreiszylinderförmig gekrümmt ausgebildet ist und sich über die gesamte Höhe H und Länge des Leuchtschirmes 5 erstreckt. Der Leuchtschirm 5 ist an einer Seite der jeweiligen Transportstrecke 3 bzw. 4 angeordnet ist, und zwar bei der kreisförmigen Transportstrecke 4 des Rundtisches außerhalb dieser Transportstrecke und seitlich vom Rundtisch.
Die vertikale Krümmungsachse LSA des Leuchtschirmelementes 6 schneidet die jeweilige Transportstrecke 3 bzw. 4, auf der sich die Flaschen 2 mit ihrer Flaschenachse bewegen. Weiterhin ist das Leuchtschirmelement 6 so ausgerichtet, dass diejenige Flasche 2, die sich in der in der 1 dargestellten Erfassungsposition befindet, mit ihrer Achse achsgleich mit der Krümmungsachse LSA angeordnet ist.
Der Leuchtschirm 5 besitzt in vertikaler Richtung, d.h. in der Achsrichtung senkrecht zur Zeichenebene der Figur eine Höhe H, die etwas größer ist als die Höhe des mit der Vorrichtung 1 zu erfassenden Bereichs der Flaschen 2, beispielsweise etwas größer als die Höhe der Flaschen 2. Mit den beiden, in vertikaler Richtung verlaufenden Rändern 5.1 und 5.2 reicht der Leuchtschirm 5 möglichst dicht an die jeweilige Transportstecke 3 bzw. 4 heran, d.h. bei der linearen Transportstrecke 3 erstreckt sich der Leuchtschirm 5 über einen Winkelbereich von etwas weniger als 180° um die vertikale Achse LSA.
Bei der kreisförmigen Transportstrecke 4 kann der Leuchtschirm 5 noch etwas länger ausgebildet sein, d.h. der Leuchtschirm kann sich dann über einen Winkelbereich größer als 180° um die Achse LSA erstrecken. Der Krümmungsradius, den das Leuchtschirmelement 6 an seiner, der jeweiligen Flasche 2 zugewandten konkaven Innenseite aufweist, ist deutlich größer als der halbe Außendurchmesser, den die Flaschen 2 an ihrem zu erfassenden Bereich aufweisen.
Der Leuchtschirm 5 ist weiterhin so ausgebildet, dass im aktivierten Zustand das Leuchtschirmelement 6 an seiner gesamten konkaven Innenfläche 6.1 mit gleicher oder nahezu gleicher Helligkeit leuchtet. Das Leuchtschirmelement 6 ist hierfür beispielsweise Licht streuend aus einem transluzenten Material ausgeführt und besteht beispielsweise aus einer Scheibe aus Milchglas oder einem milchglasartigen Material. Als Lichtquellen sind an der konvexen Außenseite 6.2 des Leuchtschirmelementes 6 Licht emittierende Elemente 6.3 vorgesehen, beispielsweise eine Vielzahl von in vertikaler Richtung orientierten Leuchtstofflampen und/oder eine Vielzahl von LEDs oder dergl.
Am Leuchtschirm 5 ist weiterhin eine elektronische Kamera 7 vorgesehen, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform an der konvexen Außenseite 6.2 des Leuchtschirmelementes 6. Für diese Kamera 7, die mit ihrer Kameraachse 7.1 in horizontaler Richtung und senkrecht zur Transportstrecke 3 bzw. radial zur kreisförmigen Transportstrecke 4 orientiert ist, besitzt der Leuchtschirm 5 eine Öffnung 8, durch die hindurch die jeweilige, in der Erfassungsposition befindliche Flasche 2 bzw. deren die Prägungen aufweisender Bereich von der Kamera 7 abgebildet wird. Die Kameraachse 7.1 schneidet bei der dargestellten Ausführungsform auch die Achse LSA. Die Kameraachse 7.1 liegt weiterhin in einer vertikalen Mittelebene M, die die Transportstrecke 3 senkrecht schneidet bzw. radial zu der kreisförmigen Transportstrecke 4 Orientiert ist und zu der die Vorrichtung 1 spiegelsymmetrisch ausgebildet ist.
An der dem Leuchtschirm 5 gegenüberliegenden Seite der Transportstrecke 3 bzw. 4 ist ein Flächenelement 9 vorgesehen, welches mit einer planen Seite 9.1, die in vertikaler Richtung und senkrecht zur Kameraachse 7.1 orientiert ist, einen dem Leuchtschirm 5 zugewandten weißen Hintergrund bildet. Das Flächenelement 9 bzw. die Fläche 9.1 sind weiterhin so orientiert, dass auch diese Fläche 9.1 spiegelsymmetrisch zu der Mittelebene M ausgebildet ist.
Wie die 1 weiterhin zeigt, ist der Öffnungswinkel α, den die Kamera 7 bzw. das Kameraobjektiv in der horizontalen Achse senkrecht zur Kameraachse 7.1 aufweist, so groß gewählt, dass beidseitig von der sich in der Erfassungsposition befindlichen Flasche 2 auch noch der weiße Hintergrund der Fläche 9.1 abgebildet wird. Der Öffnungswinkel der Kamera 7 in der vertikalen Achsrichtung senkrecht zur Kameraachse 7.1 entspricht beispielsweise dem Öffnungswinkel α, kann hiervon aber auch abweichen, beispielsweise kleiner sein als der Öffnungswinkel α.
Die generelle Arbeitsweise der Vorrichtung 1 lässt sich, wie folgt, beschreiben:
Die jeweils mit einem flüssigen Füllgut gefüllten und verschlossenen Flaschen 2 werden der Vorrichtung 1 nacheinander auf der jeweiligen Transportstrecke 3 bzw. 4 zugeführt, so dass die Flaschen 2 jeweils nacheinander an die Erfassungsposition gelangen. Die jeweilige an dieser Position positionierte Flasche 2 bildet dann mit der Außenfläche ihres Flaschenkörpers eine Art Spiegel- oder Reflexionsfläche, über die mit der Kamera 7 u.a. die leuchtende Innenfläche 6.1 des aktivierten Leuchtschirmes 5 betrachtet wird, wie dies mit den Pfeilen B und C in der 1 angedeutet ist. Glatte und dabei insbesondere auch konzentrisch oder annähernd konzentrisch zur Innenfläche 6.1 des Leuchtschirmes 5 verlaufende Flächen des Flaschenkörpers erscheinen im Bild der Kamera hell, während von Profilierungen oder Prägungen gebildete Übergänge im Kamerabild als dunkle Bereiche oder Übergänge wiedergegeben sind.
Die von der Kamera 7 gelieferten Bilddaten werden in einer eine Bildverarbeitung aufweisenden Auswert- und Steuerelektronik 10 (z.B. Rechner) verarbeitet, die dann u.a. aus der Anzahl sowie der räumlichen Zuordnung der dunklen Übergänge im Kamerabild und unter Berücksichtigung der jeweiligen tatsächlichen Strukturierung oder Prägung des Flaschenkörpers z.B. den Winkel ermittelt, um die jeweilige Flasche 2 um ihre Flaschenachse gedreht werden muss, damit sie die für die Etikettierung notwendige Soll-Orientierung aufweist. Die Auswert- und Steuerelektronik 10 liefert hierfür dann an einem Ausgang z.B. ein entsprechendes Steuersignal an eine nicht dargestellte Flaschen-Ausrichtstation.
Mit der Kamera 7 werden weiterhin auch die beiden außenliegenden vertikalen Randbereiche des Flaschenkörpers der jeweils an der Erfassungsposition befindlichen Flasche 2 vor dem weißen Hintergrund der Fläche 9.1 abgebildet. Aus dem Verlauf dieser Randbereiche, die beispielsweise außerhalb der Prägung im Kamerabild im wesentlichen geradlinig erscheinen und im Bereich einer Prägung eine auffällige Welligkeit aufweisen, ist bereits eine erste grobe Aussage über die tatsächliche Orientierung der jeweiligen, an der Erfassungsposition befindlichen Flasche 2 möglich, so dass der Verlauf der Randbereiche im Kamerabild in der Auswert- und Steuerelektronik 10 unterstützend bei der Bestimmung der tatsächlichen Orientierung der jeweiligen Flasche 2 und der Abweichung von der Soll-Orientierung verarbeitet werden kann.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So ist es beispielsweise möglich, wenigstens zwei Vorrichtungen 1 in Transportrichtung A aufeinanderfolgend an der jeweiligen Transportstrecke 3 bzw. 4 vorzusehen, wobei dann aufgrund des Messergebnisses der in Transportrichtung ersten Vorrichtung 1 ein erstes Ausrichten der Flaschen 2 erfolgt und an der zweiten Vorrichtung 1 die Orientierung der Flaschen 2 nochmals überprüft wird und ggf. ein nochmaliges Ausrichten erfolgt.
Abweichend von der beschriebenen Ausführungsform kann das Leuchtschirmelement 6 auch so ausgeführt sein, dass anstelle der diskreten, an der Außenseite des Leuchtschirmelementes 6 vorgesehenen Licht aussendenden Elemente 6.3 andere Mittel verwendet sind, die eine möglichst gleichmäßige Beleuchtung der Innenfläche 6.1 sicher stellen. So kann das Leuchtschirmelement z.B. von einer ein- oder mehrlagige, Licht einer oder mehrerer Lichtquellen flächig abstrahlenden Lichtleiteranordnung gebildet sein, z.B. an der konvexen Außenseite einer gekrümmten Streuscheibe, die dann mit ihrer konkaven Innenseite die Innenfläche des Leuchtschirmes bildet.

1: Vorrichtung
2: Flasche
3, 4: Transportstrecke
5: Leuchtschirm
5.1, 5.2: Rand des Leuchtschirmes
6: Leuchtschirmelement
6.1: konkave Innenseite
6.2: konvexe Außenseite
6.3: Licht aussendes Element
7: Kamera
7.1: Kameraachse
8: Öffnung im Leuchtschirm
9: Flächenelement
9.1: Fläche des Flächenelementes bzw. weißer Hintergrund
10: Auswert- und Steuerelektronik
α: Öffnungswinkel der Kamera 7
A: Transportrichtung
B, C: Lichtstrahl
H: Höhe des Leuchtschirmes
M: vertikale Mittel- oder Symmetrieebene
LSA: Krümmungsachse des Leuchtschirmes 5.

Claims

Vorrichtung zur Erfassung von Strukturen, wie Profilierungen oder Prägungen, an Körpern von Flaschen oder dergl. Behälter (2), gekennzeichnet durch einen an einer Erfassungsposition an einer Seite einer Transportstrecke (3, 4) für die Behälter (2) vorgesehenen Leuchtschirm (5), der eine um wenigstens eine Krümmungsachse (LSA) konkav gekrümmte, der Erfassungsposition zugewandte und Licht aussendende Leuchtfläche (6.1) bildet, sowie durch wenigstens einen den jeweiligen Behälterköper optisch abtastenden opto-elektrischen Sensor (7) zur Erzeugung eines Sensorsignals, das dem am Körper des jeweiligen Behälters (2) reflektierten Licht des Leuchtschirmes (5) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor eine elektronische Kamera (7) ist, die mit ihrer Optik im Bereich des Leuchtschirmes (5) vorgesehen ist, und zwar zur Erzeugung eines Kamerabildes mit dem am Körper des Behälters (2) reflektierten Licht des Leuchtschirmes (5).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Krümmungsachse (LSA) der Leuchtfläche (6.1) des Leuchtschirmes (5) parallel zu der Achse der Behälter (2) an der Erfassungsposition orientiert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter (2) an der Erfassungsposition mit ihrer Behälterachse in vertikaler Richtung orientiert sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtschirm (5) an seiner konkaven Leuchtfläche (6.1) kreiszylinderförmig oder annäherend kreiszylinderförmig gekrümmt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungsachse (LSA) der Leuchtfläche (6.1) des Leuchtschirmes (5) achsgleich mit der Achse des jeweiligen Behälters in der Erfassungsposition angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Leuchtschirm (5) eine Öffnung (8) für die Kamera (7) vorgesehen ist, die an der der Leuchtfläche (6.1) abgewandten Außenseite des Leuchtschirmes (5) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius der Leuchtfläche (6.1) des Leuchtschirmes (5) um ein Vielfaches größer ist als der halbe Durchmesser der Behälter (2) oder des jeweils zu erfassenden Bereichs der Behälter.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Leuchtschirm (5) oder dessen Leuchtfläche (6.1) über einen Winkelbereich deutlich größer als 90° um die wenigstens eine Krümmungsachse (LSA) ersrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Leuchtschirm (5) oder dessen Leuchtfläche (6.1) über einen Winkelbereich von etwas weniger als 180° um die wenigstens eine Krümmungsachse (LSA) ersrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Leuchtschirm (5) oder dessen Leuchtfläche (6.1) über einen Winkelbereich von etwas mehr als 180° um die wenigstens eine Krümmungsachse (LSA) ersrecken.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtschirm (5) von wenigstens einem Leuchtschirmelement (6) aus einem transluzenten Material und mit Licht streuenden Eigenschaften gebildet ist, beispielsweise von wenigstens einem Leuchtschirmelement (6) aus einem Milchglas oder einem milchglasartigen Material, und dass an der der Leuchtfläche (6.1) abgewandten Außenfläche des wenigstens einen Leuchtschirmelement (6) Licht erzeugende Elemente (6.3) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht erzeugenden Elemente (6.3) Gasentladungslampen oder Leuchtstoffröhren und/oder LEDs sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Leuchtschirm (5) und der Kamera (7) an der Transportstrecke (3, 4) gegenüberliegend ein einen Hintergrund (9.1), vorzugsweise einen weißen Hintergrund bildendes Flächenelement (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel der Kamera so gewählt ist, dass im Kamerabild auch die beiden, sich in Richtung der Behälterachse erstreckenden Randbereiche des Behälterskörpers vor dem Hintergrund (9.1) erfasst werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie symmetrisch zu einer Mittelebene (M) ausgebildet ist, die die Kamerachse (7.1) sowie die wenigstens eine Krümmungsachse (LSA) des Leuchtschirmes (5) und/oder die Achse des jeweiligen in der Erfassungsposition befindlichen Behälters (2) einschließt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (7) mit einer Auswert- und Steuerelektronik (10) mit Bildverarbeitung (10) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Bestandteil einer die Orientierung der Behälter (2) auf der Transportstrecke (3, 4) überwachenden und/oder die Behälter (2) auf der Transportstrecke (3, 4) in einer vorgeschriebenen Orientierung ausrichtenden Station, beispielsweise einer Etikettiermaschine ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportstrecke (3) von einem linearen Transporteur gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmige Transportstrecke (4) von einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend angetriebenen Drehtisch oder Rotor gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtschirm (5) und die Kamera (7) sich außerhalb der kreisförmigen Transportstrecke (4) befinden.