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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Inspektion
auf Fremdkörper
in einem gefüllten
Behälter.
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Bei
der Getränkeabfüllung oder
der Abfüllung
von sonstigen Flüssigkeiten
in Behältern,
wie beispielsweise Glas- oder Kunststoffbehälter, kann es nötig sein,
die gefüllten
und verschlossenen Behälter
auf Fremdkörper
zu inspizieren. Bei dem Abfüllvorgang
können
beispielsweise einzelne Maschinenteile wie Muttern, Schrauben oder Ähnliches
in die Behälter
geraten. Derartig große
Fremdkörper können relativ
leicht erkannt werden.
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Schwierig
ist die Erkennung von feinen Partikeln wie transparente Glassplitter.
Da Behälter
am Boden oft Abwetzungen oder Kratzer aufweisen, sind Glassplitter
dem gegenüber
oft nicht eindeutig zu identifizieren.
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Zur
Erkennung von derartigen Fremdkörpern ist
aus der
WO 2004/053471 eine
Vorrichtung zum Inspizieren von gefüllten und geschlossenen Gefäßen bekannt.
Hier ist offenbart, die Behälter
in Rotation zu versetzen, sodass sich auch das Innere des Behälters inklusive
der Glassplitter in Rotation versetzt. Nach Anhalten der Behälter dreht
sich die Flüssigkeit
mit den Glassplittern weiter, sodass diese durch entsprechende Kameraaufnahmen
leicht erkannt werden können.
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Um
das Innere eines Behälters
durch Rotation des Behälters
in Bewegung zu setzen, ist vergleichsweise viel Zeit nötig, sodass
sich hier bei hohen Solldurchsatzraten ein entsprechend großer Maschinenaufwand
ergibt.
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Aus
DE 2 126 301 ist ein Verfahren
zum Untersuchen einer in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit
bekannt, bei dem Ultraschall in die Flüssigkeit eingekoppelt und Hochfrequenzschall
detektiert wird, der auf fein verteilte feste Stoffe in der Flüssigkeit
hinweist.
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Nachteilig
ist bei diesem Verfahren, dass es nur für in der Flüssigkeit verteilte Stoffe eingesetzt werden
kann, nicht jedoch für
solche, die sich beispielsweise am Boden des Behälters befinden.
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Aus
US 2001/0033372 A1 ist
eine Vorrichtung zur schnellen Inspektion von flüssigen Pharmazeutika bekannt,
bei der die Behälter
mit einem Karussell vor eine Kamera gefahren werden und die Kamera
bei Stillstand des Karussells von der Seite Aufnahmen von den Behältern macht.
Bei diesen Aufnahmen besteht das Problem, dass Fremdkörper am Boden
nicht richtig erkannt werden können.
Der Halter der Behälter
kann in Vibrationen versetzt werden, um so die Flüssigkeit
aufzuschütteln.
Dadurch werden mögliche
Fremdkörper
in eine höher
gelegene Position gebracht, in der sie mit der Kamera erkannt werden
können.
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Nachteilig
ist hierbei, dass durch das Anhalten des Karussells nur niedrige
Durchsatzraten erreicht werden können.
Weiter werden Fremdkörper durch
das Aufschütteln
in eine im Vergleich zum Fokus der Kamera undefinierte Lage gebracht,
so dass nur eine größere Anzahl
von Fremdkörpern
erkannt werden können,
von denen sich dann einige zufälligerweise
im Fokus befinden, wohingegen einzelne Fremdkörper unerkannt bleiben können.
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JP 03051748A offenbart
eine Inspektionsvorrichtung, bei der die zu prüfenden Behälter zunächst aus einer mit ihrer Längsachse
vertikalen Ausrichtung in eine horizontale Ausrichtung geschwenkt,
um ihre Längsachse
in Drehung versetzt, nachfolgend nur am Kopfbereich in gleicher
Lage gehalten über
ein ortsfest an der Umlaufbahn der Behälter positioniertes Vibrationselement
geführt,
durch die Seitenwand optisch inspiziert und abschließend wieder
in die ursprüngliche
vertikale Ausrichtung zurückgeschwenkt
werden. Nachteilig ist neben dem hohen mechanischen Aufwand die
durch optische Verzerrungen erschwerte Inspektion durch die gewölbte Seitenwand
der Behälter.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Vorrichtung und das
Verfahren zur Inspektion auf Fremdkörper in einem Behälter zu
verbessern.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch
14.
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Bei
der Vorrichtung kann der gefüllte
und verschlossene Behälter
in einer bewegbaren Haltevorrichtung gehalten und bevorzugt zusammen
mit einer mit der Haltevorrichtung mitführbaren Inspektionskamera kontinuierlich
auf einer Umlaufbahn bewegt werden. Durch eine Vibrationseinrichtung
zum Erzeugen von Vibrationen im Behälter, werden Fremdkörper, wie
etwa feine Glassplitter, am Boden des Behälters in Bewegung versetzt
und können
so mit der Inspektionskamera erfasst werden.
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Dadurch
entfällt
die Notwendigkeit für
eine aufwändige
Einrichtung mit der das Innere des Behälters in Rotation versetzt
wird.
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Vorteilhafterweise
ist die Vibrationseinrichtung so ausgebildet, dass sie an den Behältern direkt angreifen
kann, beispielsweise an der Seitenwand. Dadurch wird es möglich, auch
vergleichsweise große
Behälter
ohne allzu große
mechanische Beanspruchungen der Maschine in Vibration zu versetzen. Es
ist eine verhältnismäßig große Einkopplungsfläche realisierbar,
insbesondere bei Anpassung der Form der Vibrationseinrichtung an
die Behältergeometrie.
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Vorteilhafterweise
ist die Vibrationseinrichtung gegenüber der Halteeinrichtung, die
die Position des Behälters
festlegt, bewegbar. Dadurch ist es möglich, den Behälter zunächst mit
der Haltevorrichtung fest in eine Position zu bringen und anschließend die
Vibrationseinrichtung auf den Behälter zuzubewegen und mit diesem
gegebenenfalls in Kontakt zu bringen, ohne dass hierdurch das Halten
der Behälter
beeinträchtigt
wird. Hierbei ist es vorteilhaft, den Bewegungsablauf der Vibrationseinrichtung
mit einer an der Behälterumlaufbahn
angeordneten Steuerkurve vorzugeben, da dies relativ kostengünstig möglich ist.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, die Vibrationseinrichtung mit einem elastischen
Element, wie etwa einer Feder, gegen den Behälter vorzuspannen. Dadurch
können
Ungenauigkeiten der Behälterabmessungen
aufgefangen werden.
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Ferner
sind vorteilhaft Frequenzen in der Vibrationseinrichtung zwischen
10 und 50 kHz, insbesondere zwischen 20 und 40 kHz, vorzugsweise
30 kHz.
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Besonders
vorteilhaft sind hierbei Frequenzen, die oberhalb des hörbaren Frequenzbereiches liegen.
Die Grenze hierfür
wird üblicherweise
bei 20 kHz angenommen.
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Für eine gute
Einkopplung der Vibrationsenergie hat es sich gezeigt, dass es günstig ist,
wenn die Kontaktstelle feucht ist. Es kann daher eine Befeuchtungseinrichtung
vorgesehen werden, mit der der Behälter uns/oder die Vibrationseinrichtung
so befeuchtet werden, dass bei Kontakt der Vibrationseinrichtung
und des Behälters
an der Kontaktstelle Feuchtigkeit vorliegt.
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Vorteilhafterweise
ist die Haltevorrichtung bzw. die gesamte Vorrichtung so ausgebildet,
dass der Boden der Behälter
für eine
Inspektion von unten optisch zugänglich
bleibt. Dann kann die Kamera so angeordnet werden, dass sie ein
Bild des Bodens von unten aufnimmt. Da sich feine Glassplitter etc. am
Boden der Behälter
absetzen, ist es vorteilhaft, ein Bild des Bodens zur Erkennung
der Glassplitter aufzunehmen, wobei dies am besten von unten möglich ist,
da dann die optischen Verzerrungen am geringsten sind. Weiterhin
kann der gesamte Bodenbereich mit einem Bild scharf aufgenommen
werden.
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Weiterhin
ist vorteilhafterweise eine Beleuchtungseinrichtung (die gepulst
sein kann) vorgesehen, mit der Licht von der Seite in die Behälter eingekoppelt
werden kann. Diese Anordnung von Kamera und Beleuchtung ist eine
Dunkelfeldbeleuchtung, in der lichtstreuende Fremdkörper hell
im ansonsten dunklen Kamerabild erscheinen. Dadurch ist bei einer
Aufnahme von unten ein besonders gutes Kontrastverhältnis möglich.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung sind mehrere,
beispielsweise auf einer Kreisbahn angeordnete Haltevorrichtungen
vorgesehen, von denen jede einen Behälter aufnehmen kann, wobei
für jede
Haltevorrichtung eine Inspektionskamera und/oder eine Vibrationseinrichtung
vorgesehen sind. Dadurch können
gleichzeitig mehrere Behälter
inspiziert werden, was für
hohe Durchsatzraten von Vorteil ist. Die Inspektionskameras können ggf.
auch ortsfest entlang der Umlaufbahn positioniert sein und zur Bildaufnahme
eines durchlaufenden Behälters
entsprechend nacheinander angesteuert werden.
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Die
Haltevorrichtung und/oder die Inspektionskamera und/oder die Vibrationseinrichtung
sind vorteilhafterweise auf einem Karussell angeordnet. Das Karussell
ist vorteilhafterweise mit einem Einlauf- oder einem Auslaufstern
oder beidem versehen.
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Bei
dem Verfahren zur Inspektion auf Fremdkörper in einem Behälter wird
der Behälter
in einer sich bewegenden Haltevorrichtung gehalten, wobei der Haltevorrichtung
eine sich vorzugsweise mitbewegende Kamera zugeordnet ist. weiterhin
umfasst das Verfahren den Schritt des Erzeugens von Vibrationen
des Behälters
und den Schritt des Aufnehmens eines Bild des Behälters bzw.
des Behälterinneren
mit der Kamera.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung sowie des Verfahrens
soll anhand der Figuren erläutert
werden. Dabei zeigt:
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1 eine
dreidimensionale schematische Darstellung der Vorrichtung;
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2 eine
schematische Ansicht der Vorrichtung;
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3 eine
schematische Draufsicht auf die Vorrichtung.
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In
den
1 und
2 ist ein Behälter
1 wie beispielsweise
eine Getränkeflasche
aus Glas, Kunststoff oder dgl. gezeigt. Der Behälter
1 wird mit betätigbaren
Rumpfklammern
2 an seinem Rumpf gehalten, die beispielsweise
gemäß
EP 0 726 216 B1 oder
EP 0 795 500 B1 ausgebildet
sein können.
Die Rumpfklammern
2 selbst sind an einem nicht näher gezeigten
Karussell
13 gesteuert schwenkbar befestigt. An dem Karussell ist
auch eine mitführbare Schablone
7 befestigt,
sodass in den Vertiefungen der Schablone
7 der Halsbereich
eines Behälters
1 aufgenommen
und zentriert werden kann. Die Vertiefung wird an der radial äußeren Seite
von einem umlaufenden Keilriemen
9 verschlossen, sodass
der Hals des Behälters
1 in
der Schablone fixiert ist. Durch die Schablone
7, den Keilriemen
9 und
die Rumpfklammern
2 ist der Behälter relativ zu dem Karussell
13 in
einer vorbestimmten Position gehalten. Der Behälter
1 kann dabei
durch das Karussell auf einer horizontalen Kreisbahn kontinuierlich
umlaufend bewegt werden.
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Entlang
eines Teils der Kreisbahn ist eine Gasse vorgesehen, die aus einer
Anordnung 8 von LEDs 12 besteht, wobei auf beiden
Seiten der Bahn der Behälter 1 LEDs 12 bevorzugt äquidistant
gegenüberliegend
angeordnet sind. Mit den LEDs 12 kann in gerichteter Art
und Weise Licht unterschiedlicher Wellenlänge, z. B. IR-Strahlung durch
die Seitenwand der Behälter 1 in
das Innere der gefüllten
Behälter 1 eingekoppelt
werden. Es ist eine gemischte Anordnung von LEDs denkbar, wobei
entsprechend der Behälter-
und/oder Füllgutart
LEDs mit einer bestimmten Wellenlänge aktivierbar sind.
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Unabhängig von
den Haltevorrichtungen 2 ist eine Vibrationseinrichtung 4, 11 angeordnet.
Diese umfasst einen Schwingungserzeuger 4 und einen Stößel 11.
Beides zusammen kann mit einer Feder 6 elastisch gegen
den Behälter 1 vorgespannt
werden, sodass die Vibrationseinrichtung 4, 11 mit
einem gewissen Druck auf der Behälterwand
anliegt. Die Feder 6 ist zwischen dem Schwingungserzeuger 4 und einem
Bauteil 16 angeordnet, das über eine Kurvenrolle mit einer
Steuerkurve 17 zur radialen Betätigung der Vibrationseinrichtung 4, 11 in
Eingriff steht.
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Die
Vibrationseinrichtung 4, 11 kann in Pfeilrichtung 5 radial
vor und zurück
bewegt werden. Dabei kann auch die Feder 6 zusammen mit
dem Bauteil 16 bewegt werden. Dadurch ist es möglich, den Behälter 1 zunächst mit
der Haltevorrichtung 2, der Schablone 7 und dem
Keilriemen 9 zu fassen und anschließend die Vibrationseinrichtung 4, 11 an
den Behälter 1 heranzufahren.
Bei dem Heranfahren wird auch das Vorspannen durch die Feder 6 erfolgen.
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Die
Bewegung des Bauteils 16 und damit die Bewegung der Feder 6 und
der Vibrationseinrichtung 4, 11 kann durch die
Steuerkurve 17 gesteuert werden, insbesondere im Umlaufbereich
eines Einlaufsternrads 14 und Auslaufsternrads 15,
wo Behälter 1 in
das Karussell 13 eingeführt
und nach einem Umlauf wieder herausgeführt werden.
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Auch
ist es möglich,
die Vorrichtung so auszugestalten, dass die Vibrationseinrichtung
beweglich ausgestaltet wird, sodass der Behälter 1 gegen den Stößel 11 gedruckt
wird und diesen so entgegen der Kraft der Feder 6 verschiebt,
wenn der Behälter 1 in
die Position gebracht wird, in der er mit der Haltevorrichtung 2 gehalten
werden kann. Hier wird sozusagen beim Einsetzen des Behälters 1 in
das Karussell die Vibrationseinrichtung 4, 11 etwas
radial einwärts
verschoben und die Feder 6 dadurch vorgespannt.
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Wenn
sich die Vibrationseinrichtung 4, 11 mit dem Behälter 1 in
Kontakt befindet, kann durch eine Vibration, die durch den Stößel 11 auf
die Behälterseitenwand übertragen
wird, das Innere des Behälters 1 in
Vibration versetzt werden. Dadurch können Fremdkörper, wie etwa Glassplitter,
in Bewegung versetzt werden.
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Vibrationseinrichtungen 4, 11 können oberhalb
und/oder unterhalb der Rumpfklammern 2 angeordnet sein.
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Eine
Kamera 3 ist so positioniert, dass sie über einen Spiegel 10 ein
Bild des bodenfrei gehaltenen Behälters 1 von unten
aufnehmen kann. Die Kamera 3 ist hierbei auf den Boden
des Behälters 1 bzw.
auf einen Bereich etwas oberhalb des Bodens fokussiert, in dem Glassplitter
erwartet werden können.
Die Anordnung des Lichtwegs über
den Spiegel 10 dient zum Schutz der Kamera 3,
sodass diese nicht direkt unterhalb der Behälter 1 angeordnet
ist.
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Der
Spiegel 10 und die Kamera 3 werden bevorzugt in
einer festen Relation mit der Haltevorrichtung 2 bewegt.
Dies geschieht am einfachsten dadurch, dass beides an dem Karussell
befestigt ist (in 1 und 2 nicht
dargestellt). Dadurch kann die Kamera 3 ohne eine Bewegung
relativ zu der Position des Behälters 1 ein
oder mehrere Bilder von dem Behälter 1 aufnehmen,
wodurch eine gute Erkennung auf Fremdkörper z. B. durch Bildvergleich
möglich
ist. Gleichzeitig kann der Behälter 1 aber
mit der Vorrichtung kontinuierlich transportiert werden, so dass
hohe Durchsatzraten möglich
sind, da der Behälter
zum Zwecke der Inspektion nicht abgebremst und wieder beschleunigt
werden muss.
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In
den 1 und 2 nicht dargestellt, ist eine
Befeuchtungseinrichtung, mit der die Kontaktstelle zwischen Stößel 11 und
Behälter 1 angefeuchtet
werden kann.
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Weiterhin
in den 1 und 2 nicht dargestellt, sind entsprechende
Führungen
für die
Vibrationseinrichtung 4 bzw. den Stößel 11, mit der diese von
dem Karussell gestützt
werden können.
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In 3 ist
schematisch eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Inspektion
auf Fremdkörper
in Behältern
dargestellt. Mit einem Einlaufstern 14 können die
Behälter 1 an
die geöffneten
Klammern 2 des Karussells 13 übergeben und durch Schließen der Klammern
bodenfrei gehalten werden. Auf dem Karussell 13 laufen
die Behälter
kontinuierlich um und werden anschließend von dem Auslaufstern 15 bei gleichzeitigem Öffnen der
Klammern 2 übernommen und
so abtransportiert.
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Für jede der
in 3 dargestellten Haltevorrichtungen 2 sind
eine Vibrationseinrichtung 4, 11, ein Spiegel 10 und
eine Kamera 3 vorgesehen.
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Bei
dem Verfahren werden mit einem Einlaufstern 14 Behälter 1 an
die Haltevorrichtungen 2 des Karussells 13 übergeben.
Durch die Haltevorrichtungen 2 sowie die Schablonen 7 und
den Keilriemen 9 werden die Behälter 1 fixiert. Anschließend wird
eine Vibrationseinrichtung 4, 11, ausgelöst durch die
Steuerkurve 17 an den Behälter 1 herangefahren, sodass
der Stößel 11 mit
dem Behälter 1 in
Kontakt kommt. Dann werden von der Vibrationseinrichtung 4, 11 Vibrationen
auf den Behälter 1 übertragen,
um so eventuelle Fremdkörper
in dem Behälter 1 in
Bewegung zu versetzen. Mit Kameraaufnahmen können die Bewegungen von Teilchen
erkannt werden, sodass der Behälter 1 als
fehlerhaft klassifiziert werden kann.
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Nach
der Inspektion kann der Behälter 1 mit dem
Auflaufstern 15 von dem Karussell 13 übernommen
und abtransportiert werden.
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Zur
Durchführung
des Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn die Kamera 3 ein
Bild des Behälters 1 aufnimmt,
bevor dieser in Vibrationen versetzt wurde. Hiermit kann wenigstens
ein Referenzbild gewonnen werden. Durch eine weitere Aufnahme, die
nach den Vibrationen oder während
der Vibrationen erfolgt, und Vergleich dieser mit der(n) Referenzaufnahme(n),
können
sehr eindeutig sich bewegende Fremdkörper identifiziert werden,
da diese den einzigen Unterschied zwischen den Bildern in den verschiedenen
Zuständen
darstellen. Etwaige Kratzer, Abschürfungen oder Einschlüsse, wie
Lufteinschlüsse,
in dem Boden der Flasche bleiben bei den Vibrationen unverändert. Somit
können
lichtstreuende Fremdkörper
einwandfrei identifiziert werden.
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Andererseits
ist es auch möglich
durch entsprechend lange Belichtungszeiten charakteristische Spuren
der sich bewegenden Fremdkörper
zu identifizieren, wenn die Aufnahme während der Bewegung der Fremdkörper erfolgt,
z. B. während
oder nach der Anregung mit Vibrationen.