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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine optische Erfassungseinrichtung,
insbesondere eine Anordnung zur Visualisierung und/oder Überprüfung von
transparenten Probestücken und Gegenständen wie
Flaschen o. dgl. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes
Visualisierungsverfahren.
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Zur
Qualitätskontrolle sowie zur laufenden Kontrolle in der
Fertigungssteuerung sind optische Mess- und Auswerteverfahren in
zahlreichen Ausführungsvarianten bekannt. Insbesondere
bei der Flaschenabfüllung von Mehrwegflaschen sind optische Kontrollen
der gereinigten und wieder zu befüllenden Flaschen erforderlich,
um beschädigte Flaschen auszusondern und dem Wiederverwertungskreislauf
zu entziehen.
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Weiterhin
sind bei der Neu- oder Wiederbefüllung von Flaschen üblicherweise
Etikettiereinrichtungen vorgesehen, mit denen die Flaschen etikettiert
werden. Die Kontrolle der richtigen Lage und des unbeschädigten
Zustandes der aufgeklebten Etiketten erfolgt üblicherweise
mittels optischer Erfassungseinrichtungen, insbesondere mittels
einer Kamera oder mehrerer Kameras, wobei die angebrachten Etiketten
vor die Kamera gedreht werden müssen und dadurch Platz
für die benötigten Bürsten zum Anbringen
der Etiketten verloren geht. Bei diesem Verfahren wird für
jede mit Etiketten versehene Seite eine eigene Kamera benötigt.
Ebenso ist eine Nachrüstung wegen der fehlenden Behälterdrehungen
oft nicht möglich. Diese Möglichkeit ist immer
ein Kompromiss und ein Eingriff in eine qualitativ gute Etikettierung.
Am Auslauf der Etikettiermaschine stehen die Behälter unterschiedlich
am Transportband, was auch hier eine Erfassung der richtigen Etikettierung mittels
einer Kameraerkennung sehr schwierig macht.
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Ein
Etikettiergerät für Flaschen mit einer Druckwerkkontrolle
ist in der
DE 37 12
554 A1 offenbart. Neben einem Palettenrotor weist das Etikettiergerät
ein Etikettenmagazin sowie einen Greiferzylinder auf. Ein Druckwerk
zwischen dem Etikettenmagazin und dem Greiferzylinder sorgt für
das Bedrucken der Etiketten. Um ein fehlerhaftes Arbeiten des Druckwerks
feststellen zu können, ist zwischen dem Druckwerk und dem
Greiferzylinder zusätzlich ein Lesekopf zur Überprüfung
des Aufdrucks angeordnet. Unumgänglich ist hierbei allerdings,
dass jedes Etikett nach dem Bedrucken an dem Lesekopf vorbeigeführt
wird, bspw. durch eine Rotation der mit den Etiketten versehenen
Flaschen oder durch eine Sicherstellung, dass diese immer in einer
für den Lesekopf günstigen Position an diesem
vorbeigeführt werden.
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Die
DE 103 22 459 B3 offenbart
weiterhin eine Inspektionsvorrichtung für Flaschen, die
eine Beleuchtungseinrichtung für Durchlicht- oder Auflichtbeleuchtungen
umfasst. Eine Bildaufnahmeeinrichtung sorgt für eine Abbildung
der Mantelflächen der beleuchteten Flaschen und für
eine Auswertung der Abbildungen hinsichtlich der Kontur der Flaschen und/oder
der dort angebrachten Etiketten. Die Mantelfläche einer
zu untersuchenden Flasche wird von nur einer einzigen Beleuchtungseinrichtung
in Verbindung mit optischen Mitteln sowohl mit Durchlicht als auch
mit Auflicht beaufschlagt. Die optischen Mittel können
hierbei durch Licht streuende oder reflektierende Flächenelemente,
insbesondere durch ebene Platten mit hellen Oberflächen
gebildet sein.
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Neben
dem Korpus der Flaschen müssen weiterhin die am Hals befindlichen
Gewinde für die Drehverschlüsse überprüft
werden, da ein beschädigtes Gewinde zu Störungen
im Prozessablauf führen kann. Zudem sollten Flaschen mit
beschädigten Gewinden keinesfalls mehr in den Umlauf gelangen, da
darin ein Mangel zu sehen ist, der den Endkunden nicht zuzumuten
ist.
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Aus
der
EP 1 382 961 B1 ist
eine Inspektionsvorrichtung für Flaschen bekannt, die wenigstens eine
Lichtquelle zum Beleuchten der Flaschen, ein Bildaufnahmeelement
mit einer zugeordneten Bildauswerteeinrichtung und einen optischen
Körper aus lichtdurchlässigem Material aufweist.
Der optische Körper ist einstückig ausgebildet
und seine Kontur ist so gestaltet, dass ein eine beleuchtete Flasche
zumindest bereichsweise vollumfänglich abbildender Strahlengang
entsteht, dessen Licht beim Passieren des optischen Körpers
mehrfach durch innere Totalreflexion umgelenkt wird.
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Diese
bekannten einstückigen optischen Körper werden üblicherweise
aus Kunststoff gefertigt, insbesondere aus transparentem Polycarbonat. Aufgrund
der Verschmutzungsanfälligkeit und der relativ schwierig
zu reinigenden Oberflächengestalt der optischen Körper
leidet nach einiger Zeit der Benutzung die Qualität der
optischen Abbildungen aufgrund der zu hohen Streulichtanteile. Zudem
ist das Material kratzempfindlich und altert daher schnell. Die
Fertigung der bekannten einstückigen optischen Körper
aus Mineralglas scheitert meist am hohen technischen Aufwand sowie
an den damit verbundenen Kosten. Bei der Überprüfung
von weiteren Parametern wie Etikettenanordnung und -positionierung weist
diese Anordnung zudem den Nachteil einer zu geringen Tiefenschärfe
auf, da sich die Kameraabbildung normalerweise nur auf einen schmalen
Abstandsbereich zum Prüfobjekt fokussieren lässt. Wenn
jedoch bspw. das Flaschengewinde scharf abgebildet ist, kann dieses
System den Außenmantelbereich der Flasche mit den darauf
aufgebrachten Etiketten nicht mehr in der gewünschten Schärfe
abbilden. Eine Kombination aller gewünschten Parameter
bei der Überprüfung der Flaschen ist daher kaum möglich.
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Ein
weiteres Problem ist in der Praxis die zuverlässige Erkennung
von Flaschenfüllständen. So ist es notwendig,
nicht oder schlecht befüllte Flaschen in der Produktion
zu erkennen und auszusondern bzw. ggf. das Band anzuhalten, um das
Problem zu beheben. Die Erkennung des Füllstandes in transparenten
Flaschen ist insbesondere dann problematisch, wenn am Flaschenhals
ein Etikett angeordnet ist. Probleme können auch bei noch
nicht verschlossenen Bügelflaschen auftreten, da der Verschluss
im geöffneten Zustand im Bereich der Füllgrenze
bzw. des oberen Füllstandes liegen kann. Weitere Unsicherheiten
bei der Füllstandserkennung können bei Flaschen
mit strukturierten Flaschenhälsen auftreten, da hier eine
optische Abbildung des Füllstands mehr oder weniger stark
verzerrt sein kann.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Inspektion gefüllter
und verschlossener Flaschen ist in der
DE 101 40 009 A1 beschrieben.
Mit einer Kamera wird der Kopf- und Schulterbereich der zu prüfenden Flaschen
betrachtet. Eine zwischengeschaltete, telezentrische Optik sorgt
dafür, dass die Kamera die Flasche jeweils aus zwei oder
mehr Perspektiven erfassen kann, so dass zwei oder mehr Abbildungen erzeugt
werden, die einer Bildanalyse und/oder einem Bildvergleich unterzogen
werden. Bei Erkennen einer unzulässigen Abweichung wird
ein Signal erzeugt.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung sowie
ein Verfahren zur Visualisierung und/oder Überprüfung
von transparenten oder teiltransparenten Probenkörpern
zur Verfügung zu stellen, die/das die erwähnten
Nachteile vermeidet. Insbesondere soll eine zuverlässige
Erkennung von unzulässigen Füllständen oder
von sonstigen Normabweichungen wie fehlenden oder falsch platzierten
Etiketten o. dgl. ermöglicht werden.
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Diese
Ziele der Erfindung werden mit den Gegenständen der unabhängigen
Ansprüche erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Eine
erfindungsgemäße Anordnung zur Visualisierung
und/oder Überprüfung von zumindest teilweise transparenten
Probenkörpern, insbesondere von transparenten Behältern
wie Glasflaschen o. dgl., umfasst wenigstens eine Strahlungs- bzw.
Lichtquelle, wenigstens ein Bildaufnahmeelement und eine diesem
zugeordnete Bildauswerteeinrichtung. Die Anordnung umfasst weiterhin
ein innerhalb eines Strahlenganges zwischen Probenkörper
und Bildaufnahmeelement angeordnetes Spiegelsystem, das wenigstens
zwei Abbildungen des Probenkörpers aus unterschiedlichen
Richtungen liefert, die in der Bildauswerteeinrichtung einer Bildanalyse
und/oder einem Bildvergleich unterziehbar sind.
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Die
Probenkörper können insbesondere gefüllte
und verschlossene oder nicht verschlossene Flaschen sein. Vorzugsweise
werden die Flaschen in ihrem Kopf- und/oder Schulterbereich visualisiert bzw.
auf dem Bildaufnahmeelement abgebildet. Mittels der Bildauswerteeinrichtung
können die Füllstände der Flasche auswertet
werden. Die Flaschen werden hierbei typischerweise in schneller
Geschwindigkeit durch ein Fördersystem bewegt und an der
erfindungsgemäßen Anordnung vorbei gefördert.
Dabei befinden sich die Probenkörper bzw. Flaschen immer auf
gleicher Höhe, so dass die Füllstände
oder andere Parameter zuverlässig mit einer fest stehenden
Erfassungs- und Auswertungseinrichtung erfasst und ausgewertet werden
können.
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Mit
der Bildauswerteeinrichtung können insbesondere die teilweise
verdeckten Füllstände der Flaschen auswertet werden.
So kann die Bildauswerteeinrichtung den durch einen offenen Bügelverschluss,
ein Etikett und/oder durch eine Prägung im Flaschenhals
teilweise verdeckten Füllstand der Flasche auswerten. Hierbei
wertet die Bildauswerteeinrichtung bei der Bestimmung des Füllstandes
eine Summe der beiden oder mehr erzeugten Abbildungen jeweils derselben
Flasche aus unterschiedlichen Blickwinkeln aus.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Anordnung sieht vor, dass zwischen Bilderfassungseinrichtung und
Probenkörper mindestens ein Strahlteiler und mindestens
zwei Umlenkspiegel angeordnet sind. Zwischen dem Strahlteiler und
der Bilderfassungseinrichtung kann zudem ein Umlenkspiegel angeordnet
sein. Vorzugsweise werden wenigstens zwei sich unter einem Winkel α kreuzende
teilzentrische Strahlengänge gebildet. Der Winkel α kann
bspw. in einem Bereich zwischen 40 und 80 Grad, vorzugsweise in
einem Bereich zwischen 50 und 70 Grad liegen. Eine besonders bevorzugte
Ausgestaltung sieht vor, dass der Winkel α im Bereich zwischen
55 und 65 Grad, vorzugsweise bei ca. 60 Grad liegt.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst zudem ein entsprechendes Verfahren.
Die Abbildungen des Probenkörpers bzw. der Flasche werden
bspw. mittels einer CCD-Kamera aufgenommen, dessen Bildinformationen
in der Bildauswerteeinheit ausgewertet werden. Dabei werden die
beiden Abbildungen so analysiert, dass auch Teilverdeckungen das
Messergebnis nicht beeinträchtigen. Ist der Füllstand
der Flasche bspw. bei einer der beiden Abbildungen teilweise oder
vollständig von einem offenen Bügelverschluss
verdeckt, der seitlich am Flaschenhals hängt, so liefert
die jeweils andere Abbildung einen kompletten, nicht verdeckten
Füllstand, da der Winkel α so bemessen ist, dass
jeweils eine der Abbildungen eine vollständige Breite des
Füllstandes liefert. Auch bei teilweiser Verdeckung beider
Abbildungen bleibt eine Summe der beiden Füllstandsbreiten
von typischerweise mindestens 40 bis 50 %, die für eine
fehlerfreie Auswertung der tatsächlichen Füllstände
ausreichen.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform der Erfindung werden
mehr als zwei Abbildungen eines einzigen Probenkörpers,
insbesondere einer Flasche gebildet. Eine solche erfindungsgemäße
Anordnung zur Visualisierung und/oder Überprüfung
von zumindest teilweise transparenten Probenkörpern, insbesondere
von transparenten Behältern wie Glasflaschen, deren Etiketten,
die Flaschengewinde an Hälsen von Glasflaschen etc., umfasst
wenigstens eine Strahlungs- bzw. Lichtquelle, wenigstens ein Bildaufnahmeelement
und eine diesem zugeordnete Bildauswerteeinrichtung, sowie ein innerhalb
eines Strahlenganges zwischen Probenkörper und Bildaufnahmeelement
angeordnetes Spiegelsystem, das wenigstens zwei Gruppen von mindestens
drei jeweils konzentrisch zueinander angeordneten Reflexionsflächen
sowie einen ring- und/oder kegelförmigen Reflexionskörper
oberhalb des Probenkörpers umfasst, mittels derer ein den
beleuchteten Probenkörper zumindest bereichsweise vollumfänglich
abbildender Strahlengang gebildet ist, dessen Licht beim Passieren
des Spiegelsystems dreifach durch Totalreflexion an den jeweiligen
Reflexionsflächen umgelenkt ist.
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Die
Erkennung und Erfassung des Probenkörpers wird bei dieser
erfindungsgemäßen Anordnung mit einer einzigen
Kamera bzw. Bilderfassungseinrichtung ermöglicht. Die Spiegeleinheiten und/oder
die Bilderfassungseinrichtung können wahlweise motorisch
in die gewünschte Position gebracht werden, bspw. durch
Verdrehung, so dass der Probenkörper vollständig
erfasst werden kann. Die Erfindung ermöglicht somit einer
Ausstattungskontrolle am Transportband, bei der die Probenkörper,
Behälter oder Flaschen im einbahnigen Durchlauf in einer 360°-Rundum-Ansicht
auf Anwesenheit, Position oder Schrägsitz von Etiketten,
Füllstandshöhe (Über- oder Unterfüllung),
Verschlusskontrolle (Kapsel vorhanden, unversehrt etc.; Korken vorhanden,
vollständig in der Öffnung etc.; Schrägsitz
des Verschlusses etc.) und Datum kontrolliert werden können.
Insbesondere ist die Kombination der Kontrolle mit nur einer Kamera,
bei der die Stellung des Probenkörpers oder Behälters
keinerlei Rolle spielt, bisher nicht bekannt, jedoch an vorhandenen
Maschinen leicht nachrüstbar. Die Integration von verschiedenen
Beleuchtungsarten ist weiterhin ein besonderer Vorteil. Die Füllhöhen-
und Verschlusskontrolle wird normalerweise im Durchlichtverfahren
ausgeführt, während die Etikettenkontrolle im
Auflichtverfahren ausgeführt wird. Beide Verfahren sind
mit der vorliegenden Erfindung in einem Durchgang kombinierbar.
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Vorzugsweise
weist die Anordnung wenigstens zwei, in unterschiedlichen Höhen
konzentrisch um das Prüfobjekt angeordnete Gruppen von
jeweils mindestens drei ebenen oder leicht gewölbten Reflexionsflächen
auf, deren Oberflächen jeweils schräg zueinander
weisen, so dass sich die Oberflächennormalen kreuzen. Zudem
ist eine innerhalb der oberen Gruppe von ebenen oder leicht gewölbten
Reflexionsflächen angeordnete dritte ringförmige
Reflexionsfläche kleineren Durchmessers vorgesehen, die zumindest
abschnittsweise konzentrisch innerhalb der oberen Gruppe der Reflexionsflächen
angeordnet ist.
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Der
Strahlengang wird, ausgehend vom Mantelbereich des Probenkörpers
in Richtung zum Bildaufnahmeelement, zunächst an der unteren Gruppe
der konzentrisch zum Probenkörper angeordneten Reflexionsflächen
umgelenkt, an der oberen Gruppe der konzentrisch zum Probenkörper
angeordneten Reflexionsfläche ein weiteres Mal umgelenkt
und an der dritten Reflexionsfläche gebündelt zum
Bildaufnahmeelement gelenkt.
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Wahlweise
kann die untere Gruppe der Reflexionsflächen aus drei,
vier oder mehr gleich großen und jeweils gleich voneinander
beabstandeten Reflexionsflächen bestehen. Ebenso kann auch
die obere Gruppe der Reflexionsflächen aus drei, vier oder
mehr gleich großen und jeweils gleich voneinander beabstandeten
Reflexionsflächen gebildet sein. Zweckmäßigerweise
ist jeweils die selbe Anzahl von oberen und unteren Reflexionsflächen
vorgesehen, die jeweils übereinander angeordnet sind. Insbesondere
bei einer Anordnung von jeweils vier im 90°-Winkel versetzt
zueinander angeordneten Reflexionsflächen jeder Gruppe
können vier Seitenansichten des Probenkörpers
erfasst werden, wodurch eine optimale Abbildung und eine optimale
Ausnutzung der üblicherweise verwendeten Bilderfassungseinrichtungen
ermöglicht ist. Bei der Verwendung von CCD-Kameras werden
auf diese Weise weitgehend alle vorhandenen Abbildungselemente bzw.
Pixel der CCD-Matrix ausgenutzt. Das Bildaufnahmeelement ist insbesondere
eine CCD-Kamera, die in etwa mittig oberhalb des dritten Reflexionskörpers
angeordnet ist.
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Die
dritte Reflexionsfläche kann insbesondere durch einen kegelförmigen
Körper gebildet sein, dessen Kegelspitze zum Bildaufnahmeelement
weist und der in etwa mittig über dem Probenkörper
angeordnet ist. Die obere Gruppe der Reflexionsflächen ist
ungefähr in einer Höhe mit der kegelförmigen
dritten Reflexionsfläche und oberhalb des Probenkörpers
angeordnet, während die untere Gruppe der Reflexionsflächen
in Höhe des Mantelbereichs des Probenkörpers angeordnet
ist.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur
Visualisierung und/oder Überprüfung von zumindest
teilweise transparenten Probenkörpern, insbesondere von
Glasflaschen, von Flaschengewinden an Hälsen von Glasflaschen
etc., bei dem der Probenkörper mit Strahlung bzw. Licht beaufschlagt
wird, bei dem der Probenkörper mit wenigstens einem Bildaufnahmeelement
und einer diesem zugeordneten Bildauswerteeinrichtung erfasst wird,
wobei innerhalb eines Strahlenganges zwischen Probenkörper
und Bildaufnahmeelement ein Spiegelsystem angeordnet ist, das wenigstens
drei Paare jeweils konzentrisch zueinander angeordneter Reflexionsflächen
sowie einen ring- und/oder kegelförmigen Reflexionskörper
oberhalb des Probenkörpers umfasst, mittels derer ein den
beleuchteten Probenkörper zumindest bereichsweise vollumfänglich abbildender
Strahlengang gebildet wird, dessen Licht beim Passieren des Spiegelsystems
dreifach durch Totalreflexion an den jeweiligen Reflexionsflächen umgelenkt
wird.
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Die
zuvor genannten Aspekte und Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen
Anordnung beziehen sich in gleicher Weise auf das Verfahren.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt
eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Anordnung zur Visualisierung
und/oder Überprüfung von zumindest teilweise transparenten
Probenkörpern.
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2 zeigt
eine Draufsicht der Anordnung gemäß 1.
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3 zeigt
eine erste Abbildung eines Teils einer Flasche mit offenem Bügelverschluss,
bei der ein Füllstand gemessen wird.
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4 zeigt
eine zweite Abbildung eines Teils einer Flasche mit offenem Bügelverschluss,
bei der ein Füllstand gemessen wird.
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5 zeigt
eine dritte Abbildung eines Teils einer Flasche mit offenem Bügelverschluss,
bei der ein Füllstand gemessen wird.
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6 zeigt
ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Anordnung zur Visualisierung und/oder Überprüfung
von zumindest teilweise transparenten Probenkörpern.
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Die
schematische Darstellung der 1 zeigt
eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Anordnung zur Visualisierung
und/oder Überprüfung von zumindest teilweise transparenten
Probenkörpern. Die schematische Darstellung der 2 zeigt
eine Draufsicht der Anordnung gemäß 1.
Eine Flasche 10 wird auf einem Fördersystem 12 in
horizontaler Richtung gefördert. Auf dem Fördersystem 12 wird
eine Vielzahl von Flaschen 10 mit relativ hoher Geschwindigkeit
an einem optischen Inspektionssystem 14 vorbei geführt,
das einen Kopf- bzw. Schulterbereich 16 der Flasche 10 erfasst
und mittels eines Spiegelsystems auf eine Kamera 18 projiziert,
deren Bilddaten in einer nachgeschalteten Auswerteeinheit 20 ausgewertet
werden.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Flaschen 10 als
sog. Bügelverschlussflaschen ausgebildet, deren noch offener
Bügelverschluss 22 seitlich am Fla schenhals hängt
und zu Problemen bei der Auswertung eines Füllstandes der
bereits gefüllten, aber noch nicht verschlossenen Flaschen
führen kann. Eine Lampe 24 kann seitlich am Schulterbereich 18 der
Flasche 10 angeordnet oder an anderer geeigneter Stelle
platziert sein. Ggf. kann auch eine Stroboskopbeleuchtung verwendet
werden, was die Aufnahme von Einzelbildern erleichtert. Im Strahlengang 26 zwischen
der Kamera 18 und der Lampe 24 ist zunächst
ein erster Umlenkspiegel 28 angeordnet, der jedoch nicht
unbedingt erforderlich ist. Er sorgt jedoch dafür, dass
die Kamera 18 oberhalb oder unterhalb (vgl. 1)
des Inspektionssystems und damit Platz sparend angeordnet werden
kann. Ein symmetrischer Strahlteiler 30 sorgt für
eine Aufteilung des Strahlengangs 26 in zwei Abbildungen.
Im Strahlengang nach dem Strahlteiler 30 sind zwei weitere
Umlenkspiegel 32 angeordnet, die so platziert und justiert
sind, dass die gewünschten Abbildungen im gewünschten
Winkel α zueinander (vgl. 2) erzeugt werden.
Ein sinnvoller Winkel α kann in einem Bereich von ca. 60
liegen. Ein solcher Winkel hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt,
um zuverlässige Aussagen über die Füllstände
von Flaschen zu gewinnen, auch wenn eine der beiden Abbildungen
teilweise oder vollständig oder wenn beide Abbildungen
teilweise durch den im Strahlengang befindlichen Bügelverschluss
beeinflusst bzw. verdeckt sind.
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Wie
anhand der 3 bis 5 verdeutlicht ist,
sorgt die Bildauswerteeinheit 20 zunächst für
eine Identifikation des Flaschenhalses bei beiden Abbildungen, was
durch eine einfache Hell-Dunkel-Auswertung erfolgen kann. Nach Zuordnung
der Breite des Flaschenhalses erfolgt wiederum eine Hell-Dunkel-Auswertung
zur Identifikation der scharfen Hell-Dunkel-Grenze des oberen Flüssigkeitsniveaus. Hierbei
können wie im gezeigten Ausführungsbeispiel eine
bestimmte Anzahl von vertikalen Streifen jeweils parallel ausgewertet
werden. Die wichtige weitere Auswertung dieser Streifenbilder muss
nun eine Kombination bzw. eine Summe der beiden Abbildungen bzw.
der jeweils ermittelten Streifen bilden und dahingehend auswerten,
dass bspw. eine Mindestanzahl der einen scharfen Hell-Dunkel-Übergang
in jeweils gleicher Höhe zeigenden Streifen vorhanden sein
muss, um diese ermittelten Werte als Füllstand der jeweils
untersuchten Flasche gelten zu lassen. Als sinnvoller Wert der Anteile
der mit einer scharfen Hell-Dunkel-Grenze in jeweils gleicher Höhe
versehenen Streifen hat sich in zahlreichen Versuchen ein Anteil
von ca. 50% herausgestellt. Je nach den zu messenden Parametern
können jedoch auch andere Anteile und andere Winkel α der
Abbildungen zueinander sinnvoll sein.
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Die
Darstellung der 3 zeigt eine erste Abbildung
eines Teils einer Flasche mit offenem Bügelverschluss,
bei der ein Füllstand gemessen wird. Hierbei wird der Füllstand 34 der
linken Abbildung durch den offenen Bügelverschluss 22 teilweise
verdeckt, ebenso der Füllstand 34 der rechten
Abbildung. Dennoch reichen die Bereiche mit deutlich erkennbarer
Hell-Dunkel-Grenze in jeweils gleicher Höhe des Füllstandes 34 aus,
um diesen richtig zuzuordnen.
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Bei
der Darstellung der 4 ist der Füllstand 34 der
linken Abbildung deutlich in seiner ganzen Breite des Flaschenhalses
erkennbar, während bei der rechten Abbildung die klare
Hell-Dunkel-Grenze vom hinter dem transparenten Flaschenhals befindlichen
Bügelverschluss so stark irritiert ist, dass die rechte
Abbildung nahezu nicht verwertet werden kann. Dennoch reicht die
Summe von mehr als 50% der klar auswertbaren Streifenbreiten aus, um
den Füllstand eindeutig zuordnen zu können.
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Die
Darstellung der 5 zeigt eine dritte Abbildung
eines Teils einer Flasche mit offenem Bügelverschluss 22,
bei der ein Füllstand 34 gemessen wird. Bei diesen
Abbildungen ist erkennbar, dass deutlich mehr als 50% der klar auswertbaren
Streifenbreiten verfügbar sind, so dass hier eine sehr
eindeutige Bestimmung des Füllstandes ermöglicht
ist.
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Die
schematische Darstellung der 6 zeigt
ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Anordnung zur Visualisierung und/oder Überprüfung
von zumindest teilweise transparenten Probenkörpern. Der
Aufbau, die Funktion und die Wirkungsweise der Anordnung 40 werden anhand
einer optischen Kontrolle einer Glasflasche 42 verdeutlicht.
Dabei kann sowohl deren Etikett 44 als auch das Flaschengewinde 46,
der Füllstand, der Zustand oder das Vorhandensein eines
Verschlusses (Kronkorken, Korken) etc. überprüft
werden. Der Flasche 42 ist eine Lichtquelle (nicht dargestellt)
zugeordnet, die bspw. an der Unterseite angeordnet sein kann und
Lichtblitze erzeugt. Das Licht wird in die Flasche 42 eingekoppelt
und tritt u. a. am Flaschengewinde 46 wieder aus. Ein beschädigtes
Gewinde 46 erzeugt ein signifikant anderes Lichtmuster
als ein unversehrtes Gewinde. Aus diesem Grund wird das vom Licht
emittierenden Flaschengewinde 46 gebildete Leuchtmuster
mittels einer Kamera 48 erfasst und mittels eines Bildauswertesystems
(nicht dargestellt) ausgewertet. Für die Überprüfung
des Vorhandenseins bzw. des korrekten Sitzes des Etiketts 44 ist da gegen
eine Auflichterfassung notwendig, so dass das hierfür erforderliche
Fremdlicht durch Bestrahlung der Flasche 42 von der Seite
her erfolgen sollte.
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Im
Strahlengang 50 zwischen der Flasche 42 bzw. deren
Gewinde 46 und der Kamera 48 ist ein Spiegelsystem 52 angeordnet,
das für eine Darstellung der zylindrischen Flasche 42 auf
eine Fläche sorgt. Das sichtbare Ergebnis ist ein bestimmtes Muster,
das bspw. teilweise als Spiralmuster ausgebildet sein kann. Ein
beschädigtes oder teilweise ausgebrochenes Gewinde würde
eine Spirale mit Unterbrechungen erzeugen. Ebenso würde
ein fehlendes oder schief sitzendes oder anderweitig beschädigtes Etikett 44 für
ein signifikantes Muster sorgen.
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Das
Spiegelsystem 52 umfasst zwei Gruppen von konzentrisch
angeordneten Spiegelflächen. Eine erste Gruppe von Reflexions-
bzw. Spiegelflächen 54 wird durch vier schräg
angeordnete Einzelspiegel 56 gebildet, die im unteren Bereich
der Flasche 42 und konzentrisch zu dieser angeordnet sind, wobei
die einzelnen Spiegel 56 jeweils um 90 Grad versetzt zu
einander angeordnet sind. Zusätzlich sind die Spiegel 56 mit
ihrer Oberkante jeweils um ca. 45 Grad nach außen geneigt,
so dass von der Mantelfläche der Flasche 42 reflektiertes
Auflicht nahezu senkrecht nach oben reflektiert wird.
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Das
von den vier Spiegeln 56 der ersten Gruppe nach oben reflektierte
Licht trifft jeweils auf eine zweite Gruppe von Spiegeln 58,
die ebenfalls konzentrisch zur Flasche 42 und jeweils oberhalb
der ersten Gruppe angeordnet sind, so dass über jedem Spiegel 56 der
unteren Gruppe auch ein kleinerer Spiegel 58 der oberen
Gruppe angeordnet ist. Diese oberen Spiegel können vorzugsweise
leicht oberhalb des Flaschenhalses angeordnet sein, wobei ihre obere
Kante jeweils um ca. 45 Grad nach innen geneigt ist, so dass das
Licht nahezu horizontal oder leicht schräg nach oben oder
unten nach innen in Richtung zu einem dritten Reflektor 60 gelenkt
wird. Die Neigung der Reflektoren 56 und 58 ist
so zu wählen, dass der gewünschte Strahlengang
entsprechend der Figur erzielt wird.
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Von
den oberen Spiegeln 58 der oberen Gruppe von Reflexionsflächen
werden die umgelenkten Lichtstrahlen horizontal oder nach schräg
oben zur dritten Reflexionsfläche 60 eines Kegelstumpfabschnittes
umgelenkt. Die Reflexionsfläche 60 dieses Kegelstumpfabschnittes
weist einen deutlich kleineren Durchmesser auf als der innere Umfang
der unteren und oberen Gruppen von Reflexionsflächen 56 und 58,
so dass der gezeigte Strahlengang erreicht werden kann. Der Kegelstumpfabschnitt
kann bspw. durch Verstrebungen aufgehängt sein, die zwischen den
Spiegeln 58 der oberen Gruppe verlaufen, was jedoch hier
nicht dargestellt ist. Alle Spiegel 56 und 58 wie
auch die dritte Reflexionsfläche 60 können wahlweise
leicht konvex oder konkav ausgebildet sein, je nachdem, welche Abbildungseigenschaften gewünscht
sind.
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Das
aus mehreren Reflexionsflächen 56, 58, 60 bestehende
optische Spiegelsystem 52 kann in einem Halter o. dgl.
angeordnet sein, der bspw. Teil eines Hub- und Verschiebe- oder
Rotationssystems sein kann, um die Anordnung 40 gegenüber
der zu prüfenden Flasche 42 exakt in Höhe
und Position ausrichten zu können.
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Die
Kamera 48 ist oberhalb des Systems 52 angeordnet,
sinnvollerweise exakt in der Achse mit der Flasche 42,
so dass auf dem CCD-Array der Kamera 48 die jeweiligen
Muster erscheinen, die mittels einer Bildverarbeitungssoftware hinsichtlich
der zu erwartenden Abweichungen ausgewertet und weiterverarbeitet
werden.
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Anstelle
der unterhalb der Flasche 42 angeordneten Lichtquelle (nicht
dargestellt), können wahlweise auch mehrere Lichtquellen
an anderen Positionen vorgesehen sein, mit denen die gewünschte Lichtemission
an der Flasche 42 bzw. am Flaschengewinde 46 erzeugt
werden kann. Auch die Lichtquellen für die Auflichtbeleuchtung
sind in der Figur nicht dargestellt. Hierbei kann es sich ebenfalls
um mehrere Lichtquellen handeln, die um das System 52 herum
angeordnet sein können.
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Gleiches
gilt auch für die erste Variante der erfindungsgemäßen
Anordnung gemäß der 1 und 2,
da auch hier die Dauer- oder Pulslichtquelle an den unterschiedlichsten
Stellen angeordnet sein kann.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln
als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung
sein. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und
Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken
Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 3712554
A1 [0004]
- - DE 10322459 B3 [0005]
- - EP 1382961 B1 [0007]
- - DE 10140009 A1 [0010]