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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse von Objekten mittels Röntgenstrahlung.
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Die Erfindung bezieht sich generell auf das Gebiet der zerstörungsfreien Kontrolle und Prüfung von Objekten und Produkten mittels der Strahlungsanalyse, insbesondere – jedoch nicht ausschließlich – für Anwendungen in der Nahrungsmittelindustrie, der Pharmaindustrie, oder für Health-Care-Produkte oder technische Produkte aller Art. In der Nahrungsmittelindustrie werden seit geraumer Zeit Strahlungs-Analyseverfahren, insbesondere Röntgen-Analyseverfahren mittels Röntgen-Scannern zur Prüfung und Kontrolle und gegebenenfalls zur anschließenden Sortierung der Nahrungsmittel eingesetzt.
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Ein wichtiges Anwendungsgebiet von Röntgen-Analyseverfahren in der Lebensmittelindustrie liegt in der Detektion von Fremdkörpern sowohl in lose geschütteten als auch in fest verpackten Produkten. Es existiert jedoch ein zunehmendes Bedürfnis dahin, Röntgen-Analyseverfahren auch für andere Zwecke heranzuziehen, beispielsweise für die Massenbestimmung von Produkten oder die Füllstandsbestimmung von in Behältnissen eingefüllten Nahrungsmitteln. Ein weiteres Bedürfnis in der Nahrungsmittelindustrie geht dahin, die Kontrolle und Prüfung der Produkte möglichst weitgehend in eine Produktionslinie zu integrieren und bei möglichst gleichbleibendem Durchsatz bei der Produktherstellung die Zuverlässigkeit der Produktprüfung zu maximieren.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 016 124 A1 beschreibt eine Sensorvorrichtung einer Verpackungsmaschine, in welcher Objekte mit einem vorgegebenen Arbeitstag einem Analysebereich zugeführt werden, die Objekte in dem Analysebereich während einer Stillstandsperiode des Arbeitstaktes analysiert werden und die Objekte mit dem Arbeitstakt von dem Analysebereich weggeführt werden. Der Analysebereich weist dabei eine Röntgenquelle und einen Detektor auf, welche zur Durchstrahlung des zwischen Röntgenquelle und Detektor befindlichen zu sensierenden Materials angeordnet sind.
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Die Druckschrift
US 4,182,451 A beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Befüllungsgrades von mit einem Medium gefüllten Behältnissen mittels Röntgenstrahlung, bei welchem ein gefülltes Behältnis von einem Röntgenstrahlungsbündel durchstrahlt wird, eine durch das gefüllte Behältnis hindurchgetretene Röntgenstrahlung detektiert wird, und aus der Strahlungsmenge der detektierten Röntgenstrahlung der Befüllungsgrad ermittelt wird.
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Die Druckschrift
DE 693 21 090 T2 beschreibt ein Verfahren zur radiografischen Analyse von sich bewegenden Objekten, bei welchem die zu analysierenden Objekte den Brennpunkt eines Röntgenstrahlenerzeugers umrunden und bei welchem bei der Analyse der durch die Objekte hindurchgetretenen Röntgenstrahlung eine TDI-Kamera eingesetzt wird.
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Die Druckschrift
US 3,007,048 beschreibt eine automatische Befüllungsvorrichtung, in welcher nach einer automatischen Befüllung von Behältnissen der Befüllungsgrad der Behältnisse ermittelt wird und für den Fall, dass ein befülltes Behältnis nicht einen vorbestimmten Befüllungsgrad aufweist, eine Information erzeugt wird, nach welcher nachfolgende Behältnisse mit mehr oder weniger Füllmedium befüllt werden.
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Die Druckschrift
US 6,895,072 B2 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von in Behältnissen aufbewahrten Füllmedien, wobei die Behältnisse von einem von einer Röntgenstrahlquelle emittierten Röntgenstrahl durchstrahlt werden und auf einem Detektor auftreffen. Die Behältnisse können dabei gruppenweise von einer Fördervorrichtung transportiert werden.
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Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Analyse von Objekten bereitzustellen, mit welchem eine wirkungsvolle und effiziente Analyse der Objekte ermöglicht wird. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine Integration in eine Produktionslinie der Objekte ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Es wird von der Überlegung ausgegangen, dass in vielen Produktionsanlagen, etwa in Abfüllanlagen, die Produktion diskontinuierlich bzw. mit einem vorgegebenen Arbeitstakt erfolgt. Das bedeutet, dass Produkte einzeln oder erfindungsgemäß gruppenweise mit dem Arbeitstakt auf Förderbändern oder geeigneten Haltevorrichtungen zu bestimmten Arbeitsstationen und von diesen weg befördert werden, sodass sich die Produkte in oder zwischen den Arbeitsstationen in einer Stillstandsphase befinden.
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Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Objekte oder Produkte während einer Stillstandsperiode eines Arbeitstakts zu analysieren.
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Die Erfindung beschreibt somit ein Verfahren zur Analyse von Objekten mittels Röntgenstrahlung, bei welchem die Objekte gruppenweise nacheinander mit einem vorgegebenen Arbeitstakt einem Analysebereich zugeführt werden, die Objekte in dem Analysebereich während einer Stillstandsperiode des Arbeitstakts analysiert werden, und die Objekte mit dem Arbeitstakt von dem Analysebereich weggeführt werden.
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Gemäß der Erfindung weisen die Objekte Behältnisse auf, die mit einem Medium gefüllt sind. Bezüglich Nahrungsmitteln kann es sich um Medien aller Art handeln, etwa um flüssige Produkte wie Getränke aller Art, halbflüssige Produkte wie Joghurt, Quark und dergleichen sowie Schüttprodukte wie Cerealien, Müsli und dergleichen.
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Gemäß der Erfindung wird bei der Analyse der Befüllungsgrad und das Vorhandensein von Fremdkörpern und gegebenenfalls noch die Anzahl der Objekte bestimmt. Der Befüllungsgrad kann ein Maß für die Masse bilden und in eine Massenangabe umgerechnet werden. Bezüglich der Anzahl der Objekte kann die Situation gegeben sein, dass mit dem Arbeitstakt eine Gruppe von Objekten, beispielsweise eine Steige mit einer Anzahl gefüllter Joghurtbecher, analysiert wird und dabei festgestellt werden soll, ob ein Joghurtbecher in der Steige fehlt.
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Gemäß der Erfindung wird bei der Analyse die durch die Objekte hindurchgetretene Röntgenstrahlung detektiert. Der Röntgenstrahl-Detektor ist dabei als eine Zeitverzögerungs- und Integrations-(TDI-)Kamera ausgestaltet.
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Gemäß der Erfindung wird der Röntgenstrahl-Detektor während der Analyse bewegt, wobei eine lineare Bewegung des Röntgenstrahl-Detektors vorgesehen ist, die sich senkrecht (transversal) oder parallel zu einer Zuführungsrichtung der Objekte erstreckt.
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Es kann auch zusätzlich vorgesehen sein, dass mehrere voneinander unabhängige Röntgenstrahl-Detektoren verwendet werden. Des Weiteren ist denkbar, dass auch mehrere Röntgenstrahlquellen verwendet werden.
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Gemäß der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass für den Fall, dass die Analyse ergeben hat, dass ein analysiertes Objekt vorgegebenen Kriterien nicht entspricht, die komplette Gruppe aus der Produktionslinie ausgeschleust wird und gegebenenfalls eine Information bezüglich einer Veränderung in der Prozessierung der Objekte erzeugt wird. Wenn beispielsweise ein Fremdkörper detektiert wird, so wird die komplette Gruppe aus der Produktionslinie ausgeschleust. Wenn das Objekt durch ein gefülltes Behältnis gegeben ist, so wird die komplette Gruppe aus der Produktionslinie ausgeschleust, wenn die Analyse ergibt, dass das gefüllte Behältnis nicht die vorgegebene Masse oder den vorgegebenen Befüllungsgrad aufweist. Zusätzlich kann eine Information erzeugt werden, welche bewirkt, dass die in der Produktionslinie nachfolgenden Behältnisse korrekt befüllt werden.
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Die Bestimmung des Befüllungsgrades des gefüllten Behältnisses durch die Röntgenstrahlanalyse basiert im Wesentlichen auf dem „Lambert-Beer-Gesetz”, welches die exponentielle Schwächung von Röntgenstrahlung mit einer auf die Oberfläche auftreffenden Ausgangsintensität durch den Absorptions-Koeffizienten μ des Mediums bei der Wellenlänge der Röntgenstrahlung und die Füllhöhe des Mediums entlang dem Pfad der hindurchgetretenen Röntgenstrahlung beschreibt. Das gefüllte Behältnis wird in vertikaler Richtung mit der Röntgenstrahlung durchleuchtet und die transmittierte Röntgenstrahlung kann beispielsweise räumlich gemittelt werden, d. h. es kann über die an den einzelnen Bildpunkten des Röntgenstrahl-Detektors detektierte Lichtleistung gemittelt werden. Es können auch während der Stillstandsperiode mehrere Aufnahmen mit dem Röntgenstrahl-Detektor gemacht werden, über die integriert oder gemittelt werden kann. Bei Annahme eines für jedes gefüllte Behältnis konstanten Absorptions-Koeffizienten μ des Füllmediums kann aus dem Messergebnis auf die Füllhöhe und damit auf den Befüllungsgrad geschlossen werden. Des Weiteren kann bei Durchführung einer geeigneten Kalibrierung von dem Befüllungsgrad auf die Masse oder das Füllvolumen des gefüllten Behältnisses geschlossen werden.
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Für die Unterscheidung zwischen Füllmedium und Fremdkörper ist entscheidend, dass diese im Allgemeinen unterschiedliche Absorptions-Koeffizienten μ aufweisen. Bei der Bildauswertung der von dem Röntgenstrahl-Detektor empfangenen transmittierten Röntgenstrahlung können Fremdkörper somit anhand der veränderten Strahlungsintensität im Vergleich mit der Umgebung festgestellt werden, wofür geeignete Bildauswerteprogramme zum Einsatz kommen können.
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Bei Feststellung eines mangelhaften Befüllungsgrades kann ein Toleranzbereich vorgesehen sein, innerhalb dessen keine Veränderung der Befüllung herbeigeführt wird und außerhalb dessen eine Veränderung entsprechend der ermittelten Abweichung hervorgerufen wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Befüllungsgrad auch in eine Massenangabe oder eine Volumenangabe umgerechnet werden. Zu diesem Zweck kann vorher eine Kalibrierung anhand einer Anzahl unterschiedlich befüllter Behältnisse durchgeführt werden, welche sowohl Röntgen-Absorptionsmessungen als auch Gewichtsmessungen unterzogen werden.
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Die Anmeldung beschreibt beispielhaft noch ein Verfahren zum automatischen Befüllen von Behältnissen und zur Analyse der befüllten Behältnisse mittels Röntgenstrahlen, bei welchem Behältnisse automatisch mit einem Medium befüllt werden und bei der Analyse der Befüllungsgrad und/oder das Vorhandensein von Fremdkörpern und/oder die Anzahl der befüllten Behältnisse bestimmt wird.
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Dabei kann der bei der Analyse bestimmte Befüllungsgrad verwendet werden, um das automatische Befüllen der Behältnisse zu regeln. Insbesondere kann eine Information zur Nachregelung der Befüllung der Behältnisse erzeugt werden, falls der bestimmte Befüllungsgrad außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt.
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Dabei kann ein nicht gemäß vorgegebener Kriterien befülltes Behältnis oder ein einen Fremdkörper enthaltendes Behältnis von der weiteren Verwendung ausgeschlossen werden. Ein derartiges befülltes Behältnis kann aus der Produktionslinie ausgeschleust werden.
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Dabei können die befüllten Behältnisse nacheinander einzeln oder erfindungsgemäß gruppenweise mit einem vorgegebenen Arbeitstakt einem Analysebereich zugeführt werden, die befüllten Behältnisse können in dem Analysebereich während einer Stillstandsperiode des Arbeitstakts analysiert werden, und die befüllten Behältnisse können mit dem Arbeitstakt von dem Analysebereich weggeführt werden.
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Dabei kann bei der Analyse die durch die befüllten Behältnisse hindurchgetretene Röntgenstrahlung detektiert werden.
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Dabei können Röntgenstrahl-Detektoren zum Einsatz kommen und angewendet werden, wie es bereits weiter oben beschrieben wurde.
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Die Anmeldung beschreibt beispielhaft noch eine Vorrichtung zur Analyse von Objekten mittels Röntgenstrahlung, welche eine Röntgenstrahlquelle, einen Röntgenstrahl-Detektor, eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite aufweist, und eingerichtet ist, um mit einer Fördereinrichtung zusammenzuwirken, mit welcher die Objekte automatisch und diskontinuierlich mit einem vorgegebenen Arbeitstakt befördert werden, sodass die Objekte nacheinander einzeln oder erfindungsgemäß gruppenweise mit dem Arbeitstakt in die Vorrichtung von deren Eingangsseite aufnehmbar sind, um während einer Stillstandsperiode des Arbeitstakts analysiert zu werden und anschließend der Ausgangsseite der Vorrichtung zugeführt zu werden.
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Die Anmeldung beschreibt beispielhaft noch eine Vorrichtung zur Beförderung von Objekten und zu deren Analyse mittels Röntgenstrahlen, mit einer Fördereinrichtung zur automatischen und diskontinuierlichen Beförderung der Objekte mit einem vorgegebenen Arbeitstakt, und einer Analyseeinrichtung, welche eine Röntgenstrahlquelle und einen Röntgenstrahl-Detektor aufweist, wobei die Fördereinrichtung und die Analyseeinrichtung derart relativ zueinander angeordnet sind, dass die Objekte nacheinander einzeln oder erfindungsgemäß gruppenweise mit dem Arbeitstakt der Analyseeinrichtung zugeführt werden und während einer Stillstandsperiode des Arbeitstakts in der Analyseeinrichtung analysiert werden.
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Dabei kann der Röntgenstrahl-Detektor so ausgebildet sein und angewendet werden, wie es weiter oben beschrieben worden ist.
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Dabei kann die Vorrichtung ferner eine Auswerteeinrichtung umfassen, welche mit dem Röntgenstrahl-Detektor verbunden ist. Die Auswerteeinrichtung kann Teil einer Datenverarbeitungseinrichtung wie eines PC sein, welcher ebenso mit der Röntgenstrahlquelle verbunden sein kann und zur Steuerung des Analyseprozesses verwendet werden kann. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann ferner mit verschiedenen Software-Programmen ausgerüstet sein, mit welchen die Bildelemente des Röntgenstrahl-Detektors ausgelesen werden, über die ermittelten Intensitätswerte gemittelt oder integriert werden kann und aus den Daten eine Absorption oder Transmission der Röntgenstrahlung durch das Füllmedium und daraus eine Füllhöhe ermittelt werden kann. Des Weiteren kann eine Kalibrations-Software vorhanden sein, mit welcher ein Befüllungsgrad in ein Füllvolumen oder eine Masse oder umgekehrt umgerechnet werden kann. Des Weiteren kann ein Toleranzbereich eingegeben werden und bei Unter- bzw. Überschreiten des Toleranzbereichs eine Information erzeugt werden, mit welcher das Befüllen der Behältnisse gesteuert wird und/oder ein Ausschleusen eines nicht korrekt befüllten Behältnisses veranlasst wird. Zu diesem Zweck kann die Datenverarbeitungseinrichtung zusätzlich mit einer Befüllungseinrichtung und/oder mit einer Auswurf- oder Ausschleusungseinrichtung verbunden sein.
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Die Anmeldung beschreibt beispielhaft noch eine automatische Befüllungsvorrichtung zum Befüllen von Behältnissen, mit einer Befüllungseinrichtung zum automatischen Befüllen von Behältnissen mit einem Medium, und einer Analyseeinrichtung zur Analyse der befüllten Behältnisse mittels Röntgenstrahlen, wobei die Analyseeinrichtung dafür ausgelegt ist, den Befüllungsgrad und/oder das Vorhandensein von Fremdkörpern und/oder die Anzahl der befüllten Behältnisse zu bestimmen.
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Dabei kann die automatische Befüllungsvorrichtung ferner einer Fördereinrichtung zur Beförderung der Behältnisse aufweisen, wobei die Fördereinrichtung insbesondere der Beförderung der Behältnisse von der Befüllungseinrichtung zu der Analyseeinrichtung dient. Die Fördereinrichtung kann für eine automatische und diskontinuierliche Beförderung der Behältnisse mit einem vorgegebenen Arbeitstakt ausgelegt sein. In diesem Fall kann ferner vorgesehen sein, dass die Analyseeinrichtung ausgelegt ist, um befüllte Behältnisse während einer Stillstandsperiode des Arbeitstakts der Fördereinrichtung zu analysieren.
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Dabei kann die Analyseeinrichtung ferner so ausgelegt sein, wie es weiter oben beschrieben worden ist.
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Im Folgenden werden Vorrichtungen zur Analyse/Befüllung von Objekten anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1A, B eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Analyse von Objekten mittels Röntgenstrahlung in einer Seitenansicht (A) und in einer Draufsicht (B);
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2 eine schematische Darstellung einer automatischen Befüllungs-/Analysevorrichtung in einer Seitenansicht;
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3 eine schematische Darstellung einer automatischen Befüllungs-/Analysevorrichtung;
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4 ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm zur Darstellung eines Bewegungsprofils einer Fördereinrichtung einer automatischen Befüllungs-/Analysevorrichtung; und
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5 eine schematische Draufsicht auf eine Joghurt-Steige mit Joghurtbechern enthaltend jeweils zwei Kammern.
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In der 1A, B ist eine Vorrichtung zur Analyse von Objekten mittels Röntgenstrahlung schematisch in einer Seitenansicht (A) und einer Draufsicht (B) dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist im Wesentlichen eine Röntgenstrahlquelle 1 und einen Röntgenstrahl-Detektor 2 auf. Der Röntgenstrahl-Detektor 2 ist bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch eine Zeitverzögerungs- und Integrations-(TDI-)Kamera gegeben. Mit der Vorrichtung 10 soll der Befüllungsgrad von gefüllten Behältnissen 3.1, wie etwa gefüllten Joghurtbechern, bestimmt werden. Die Joghurtbecher 3.1 werden gruppenweise analysiert, wobei eine Gruppe beispielsweise einer Joghurtsteige entspricht, welche wie dargestellt durch eine Anordnung von 3 × 4 = 12 Joghurtbechern 3.1 gegeben ist und durch eine Fördereinrichtung 3 wie ein geeignet konstruiertes Gestell oder Gerüst transportiert wird.
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Die Vorrichtung 10 soll dafür geeignet und ausgelegt sein, in eine Produktionslinie integriert zu werden. Die meisten dieser Produktionslinien arbeiten mit einem vorgegebenen Arbeitstakt, mit welchem entweder einzelne Behältnisse oder dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend Gruppen von Behältnissen diskontinuierlich mittels einer Fördereinrichtung von einer Arbeitsstation zur nächsten Arbeitsstation transportiert werden. Beispielsweise können in einer Arbeitstation mehrere Joghurtbecher, insbesondere eine komplette Steige mit Joghurtbechern, automatisch mit Joghurt befüllt werden, in einer darauffolgenden Arbeitsstation sämtliche dieser Joghurtbecher mit einem Deckel versehen werden und in einer darauffolgenden Arbeitsstation die gesamte Steige in einer Arbeitsstation wie der Vorrichtung 10 der 1A, B auf ihren Befüllungsgrad analysiert werden. Die Vorrichtung 10 soll somit so ausgelegt sein, dass sie die Joghurtsteige an einer Eingangsseite entgegennimmt und die Joghurtsteige innerhalb der Vorrichtung 10 sich in einer Stillstandsperiode des Arbeitstakts befindet, sodass sie während dieser Stillstandsperiode analysiert werden kann, und anschließend nach Abschluss der Analyse einer Ausgangsseite der Vorrichtung 10 zugeführt werden kann. Die Richtung der Förderbewegung ist in den 1A, B jeweils durch Pfeile angedeutet.
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Das Röntgen-Analyseverfahren basiert im Wesentlichen auf der Bestimmung der Absorption der Röntgenstrahlung durch den gefüllten Joghurtbecher. Bei Annahme eines gleichbleibenden Absorptions-Koeffizienten μ der Joghurtmasse kann aus einer bekannten Strahlungsleistung der auf die Pegeloberfläche auftreffenden Röntgenstrahlung und einer durch den Röntgenstrahl-Detektor 2 gemessenen Strahlungsleistung der transmittierten Röntgenstrahlung auf die Füllhöhe und somit den Befüllungsgrad der Joghurtmasse in dem Joghurtbecher 3.1 geschlossen werden. Die durch jeden Joghurtbecher 3.1 hindurchtretende Röntgenstrahlung trifft auf mehrere Pixelelemente des Röntgenstrahl-Detektors 2 auf und kann über diese Pixelelemente gemittelt oder integriert werden. Falls die strahlungsempfindliche Fläche des Röntgenstrahl-Detektors 2 kleiner ist als die räumlichen Ausmaße der die Joghurtbecher tragenden Fördereinrichtung 3, so kann, wie auch beim erfindungsgemäßen Verfahren, der Röntgenstrahl-Detektor 2 beweglich angeordnet werden und während der Messperiode, welche der Stillstandsperiode des Arbeitstakts entspricht, relativ zu der Fördereinrichtung bewegt werden, sodass der Röntgenstrahl-Detektor 2 die durch jeden Joghurtbecher 3.1 transmittierte Röntgenstrahlung optimal erfassen kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bewegt sich der Röntgenstrahl-Detektor 2 in einer Richtung transversal zu einer Richtung, mit welcher die Fördereinrichtung 3 der Vorrichtung 10 zugeführt worden ist und mit der sie nach erfolgter Analyse von der Vorrichtung 10 weggeführt wird.
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In der 2 ist eine automatische Befüllungs-/Analysevorrichtung entsprechend einem Ausführungsbeispiel schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Die automatische Befüllungs-/Analysevorrichtung 100 weist eine Befüllungseinrichtung 20 zum automatischen Befüllen von Behältnissen 3.1 mit einem Medium 22 wie beispielsweise Joghurt auf, welches in einem Vorratstank 21 bereitgestellt werden kann. Das Medium 22 wird prozessgesteuert aus dem Tank 21 in Füllstutzen 23 gepumpt, aus welchem es in darunter bereitgestellte Joghurtbecher 3.1 eingefüllt wird. In der Zuführungsleitung zu dem Füllstutzen 23 kann ein steuerbares Ventil angeordnet sein, durch dessen Ansteuerung die in jeden Joghurtbecher 3.1 einzufüllende Füllmenge geregelt werden kann. Die Joghurtbecher 3.1 können wie gehabt in Form einer Gruppe unterhalb der Füllstutzen 23 positioniert werden, sodass die Form und Anordnung der Joghurtbecher 3.1 derjenigen der Füllstutzen 23 entspricht. Die Form und Anordnung der Joghurtbecher 3.1 kann, wie bereits in den 1A, B gezeigt, derart sein, dass sie einer Joghurtsteige entspricht. Die Joghurtbecher 3.1 können durch eine Fördereinrichtung 30 befördert werden, welche ein Gestell oder Gerüst aufweist, welches derart aufgebaut ist, dass die zu befüllenden Joghurtbecher darin gehaltert werden können. Das Gestell der Fördereinrichtung 30 kann beispielsweise wie ein Förderband als endlos umlaufendes Gestell ausgebildet sein und an einer Arbeitsstation vor der Befüllungseinrichtung 20 kann das Gestell mit einer Anzahl leerer zu befüllender Joghurtbecher 3.1 bestückt werden. Die Fördereinrichtung 30 wird derart angesteuert, dass sie das Gestell diskontinuierlich mit einem vorgegebenen Arbeitstakt von Arbeitsstation zu Arbeitsstation befördert, sodass Stillstandsperioden resultieren, in denen das Gestell sich in einer Ruheposition befindet.
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Die automatische Befüllungs-/Analysevorrichtung 100 weist des Weiteren eine Analyseeinrichtung 40 auf, welche im Wesentlichen der in den 1A, B gezeigten Vorrichtung 10 entspricht und daher in ihrem Aufbau nicht erneut im Detail beschrieben werden muss. Die Analyseeinrichtung 40 weist eine Röntgenstrahlquelle 41 und einen Röntgenstrahl-Detektor 42 auf. An ihrer Eingangsseite wird der Analyseeinrichtung 40 eine Anzahl gefüllter Joghurtbecher 31 durch die Fördereinrichtung 30 in Form des Gestells zugeführt. Die Analyseeinrichtung 40 dient der Analyse der befüllten Behältnisse 31 mittels Röntgenstrahlen und ist dafür ausgelegt, den Befüllungsgrad und/oder das Vorhandensein von Fremdkörpern und/oder die Anzahl der befüllten Behältnisse 31, beispielsweise innerhalb einer Gruppe wie einer Joghurtsteige oder dergleichen, zu bestimmen. Die Analyseeinrichtung 40 ist ferner dafür ausgelegt, die befüllten Behältnisse 31 während einer Stillstandsperiode des Arbeitstakts der Fördereinrichtung zu analysieren.
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In der 3 ist eine Ausführungsform einer automatischen Befüllungs-/Analysevorrichtung schematisch dargestellt. Die automatische Befüllungs-/Analysevorrichtung 200 weist mehrere Arbeitsstationen auf, zwischen denen sich eine Fördereinrichtung (nicht dargestellt) befindet, mit welcher Produkte wie Nahrungsmittelprodukte zwischen den Arbeitsstationen befördert werden. Die automatische Befüllungs-/Analysevorrichtung 200 enthält insbesondere eine Befüllungseinrichtung 210 zum automatischen Befüllen von Behältnissen mit einem Medium, eine Verschließungseinrichtung 220 zum Verschließen und/oder Versiegeln der befüllten Behältnisse, eine Analyseeinrichtung 230 zur Analyse der befüllten Behältnisse mittels Röntgenstrahlen und einer Ausschleusungseinrichtung 240 zum Ausschleusen von als nicht geeignet erkannten Produkten.
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Die automatische Befüllungs-/Analysevorrichtung 200 weist des Weiteren eine Steuereinheit 250 auf, welche durch eine konventionelle Datenverarbeitungseinrichtung wie einen PC gebildet sein kann, der mit Steuerungs- und Auswertungs-Software geladen ist. An die Steuereinheit 250 ist ein Bildschirm 251 angeschlossen, auf dem beispielsweise mit der TDI-Kamera 232 erzeugte Röntgenaufnahmen dargestellt werden können.
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Durch die Fördereinrichtung (nicht dargestellt) werden die in der Befüllungseinrichtung 210 befüllten Behältnisse zu der Verschließungseinrichtung 220 mit dem Arbeitstakt befördert. Während einer Stillstandsperiode des Arbeitstakts werden in der Verschließungseinrichtung 220 die befüllten Behältnisse 3.1 jeweils mit einem Deckel 3.2 versehen bzw. versiegelt. Der Deckel 3.2 kann beispielsweise ein Kunststoffdeckel oder eine Folie wie eine Aluminium-beschichtete Folie sein. Die Verschließungseinrichtung 220 kann durch die Kontrolleinheit 250 geeignet angesteuert werden. Von der Verschließungseinrichtung 220 werden die befüllten und verschlossenen Behältnisse mit dem Arbeitstakt zu der Analyseeinrichtung 230 befördert, in welcher die Behältnisse auf ihren Befüllungsgrad analysiert werden. Die Analyseeinrichtung 230 weist eine Röntgenstrahlquelle 231 auf, welche durch die Kontrolleinheit 250 geeignet angesteuert werden kann, wobei insbesondere die Röntgenstrahlintensität geregelt werden kann, für den Fall einer beweglich gehalterten Röntgenstrahlquelle eine räumliche Position der Röntgenstrahlquelle 231 eingestellt werden kann oder im Falle von mehreren Röntgenstrahlquellen deren Röntgenstrahlintensitäten oder räumliche Positionen gesteuert werden können. Die Kontrolleinheit 250 steuert ferner den Röntgenstrahl-Detektor 232, indem sie beispielsweise Auslesebefehle an den Röntgenstrahl-Detektor 232 übermittelt und von diesem ausgelesene Bilddaten der einzelnen Bildelemente zurückerhält. Die Kontrolleinheit 250 kann ferner Steuerungsbefehle an den Röntgenstrahl-Detektor 232 übermitteln, um diesen dazu zu veranlassen, sich in bestimmter Weise dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend relativ zu der Röntgenstrahlquelle 230 und den zu analysierenden Objekten zu bewegen und dabei geeignete Bildaufnahmen zu erzeugen.
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Die Kontrolleinheit 250 führt eine Auswertung der von dem Röntgenstrahl-Detektor 232 übermittelten Bilddaten durch. Diese Auswertung kann zu der Feststellung führen, dass ein Behältnis nicht korrekt befüllt ist, einen oder mehrere Fremdkörper enthält oder innerhalb einer Gruppe von Behältnissen wie einer Joghurtsteige oder dergleichen ein Behältnis fehlt. Die Kontrolleinheit 250 kann darauf auf verschiedene Weise reagieren. Falls festgestellt wurde, dass ein Behältnis nicht korrekt befüllt wurde, so kann die Kontrolleinheit 250 ein Signal an die Befüllungseinrichtung 210 übermitteln, um zu bewirken, dass nachfolgende Behältnisse korrekt befüllt werden. Falls eine Unterfüllung festgestellt wurde, so enthält dieses Signal die Information, dass der Fülldruck oder die Füllzeit erhöht werden sollten, und falls eine Überfüllung festgestellt wurde, so enthält das Signal die Information, dass der Fülldruck oder die Füllzeit verringert werden sollten. Mit diesem Signal kann dann beispielsweise ein steuerbares Ventil in der Zuleitung zu den Füllstutzen der Befüllungseinrichtung 220 gesteuert werden. Die Kontrolleinheit 250 bzw. das entsprechende Auswerteprogramm gewinnt die Information über eine Unterfüllung oder eine Überfüllung eines Behältnisses aus der Röntgenstrahlungsintensität, die auf die lichtempfindliche Fläche des Röntgenstrahl-Detektors 232 auftrifft.
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Die Kontrolleinheit 250 kann des Weiteren, falls festgestellt wurde, dass in einem befüllten Behältnis ein oder mehrere unerwünschte Fremdkörper enthalten sind, ein Signal an eine Ausschleusungseinrichtung 240 abgeben, durch welches bewirkt wird, dass das entsprechende Behältnis aus der Produktionslinie ausgeschleust wird. Die Ausschleusungseinrichtung 240 kann in der Produktionslinie nach der Analyseeinrichtung 230 angeordnet sein. Die schematisch dargestellte Ausschleusungseinrichtung 240 der automatischen Befüllungs-/Analysevorrichtung 200 weist eine Steuereinheit 241 auf, welche mit der Kontrolleinheit 250 verbunden ist und von ihr gegebenenfalls ein Signal zur Ausschleusung eines Behältnisses erhält. In der gezeigten Ausführungsform ist die Steuereinheit 241 mit einem ihrer Ausgänge mit einem beweglichen, steuerbaren Schwenkhebel 242 verbunden. Der steuerbare Schwenkhebel 242 kann auf ein entsprechendes Signal der Steuereinheit 241 kurzzeitig in die Laufstrecke der Behältnisse geschwenkt werden, sodass ein auszuschleusendes Behältnis in eine Nebenstrecke 243 ausgeschleust wird. Die Ausschleusungseinrichtung 240 kann selbstredend auch anders aufgebaut sein und nach einem anderen Prinzip arbeiten. Das hier gezeigte Beispiel gilt im Übrigen für die Ausschleusung einzelner Behältnisse aus der Produktionslinie. Dem erfindungsgsgemäßen Verfahren entsprechend kann auch vorgesehen sein, dass beispielsweise beim Feststellen des Fehlens eines Behältnisses innerhalb einer Gruppe etwa einer Steige die komplette Steige aus der Produktionslinie ausgeschleust wird. Die Kontrolleinheit 250 kann sowohl beim Feststellen einer Unter- wie einer Überfüllung eines Behältnisses als auch beim Feststellen eines Fremdkörpers in einem Behältnis einen entsprechenden Befehl zur Ausschleusung an die Steuereinheit 241 der Ausschleusungseinrichtung 240 zur Ausschleusung des entsprechenden Behältnisses ausgeben.
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In der 4 ist ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm dargestellt, welches ein Bewegungsprofil einer Fördereinrichtung näher illustrieren soll. Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung von der Zeit kann auch eine andere Form aufweisen. Entscheidend ist jedoch, dass die Fördereinrichtung wie etwa die in den 1 oder 2 gezeigten Fördereinrichtungen 3 oder 30 und die in ihr transportierten Behältnisse zwischen einer Zeit t = 0 und einer Zeit t = t1 zunächst von dem Wert v = 0 ansteigt, ein Maximum durchläuft und schließlich wieder auf v = 0 zurückgeht, wobei sich dieser Bewegungsablauf identisch zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 und in entsprechenden späteren Intervallen wiederholt. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 ist eine Stillstandsperiode vorgesehen, in der die Analyse mit Röntgenstrahlung, wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen dargelegt, erfolgen soll. Mit einer TDI-Kamera als Röntgenstrahl-Detektor können in dieser Zeitspanne mehrere Aufnahmen gemacht werden und die Zeitspanne kann beispielsweise zu 75% ihrer Länge oder mehr für Aufnahmen genutzt werden.
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In der 5 ist eine schematische Darstellung einer Joghurtsteige in einer Draufsicht gezeigt, welche Joghurtbecher enthält, in denen jeweils zwei Kammern angeordnet sind. In der ersten der beiden Kammern befindet sich Joghurt, während sich in der zweiten Kammer Cerealien, Müsli oder dergleichen befindet. Auch ein derartiges Nahrungsmittelprodukt kann mit den hier vorgestellten Verfahren und Vorrichtungen zuverlässig analysiert werden. Da die beiden Kammern lateral nebeneinander angeordnet sind, können sie bei vertikaler Durchleuchtung mit Röntgenstrahlung räumlich nebeneinander und somit klar unterscheidbar auf den Röntgenstrahl-Detektor abgebildet werden und somit jeweils für sich genommen einer Bildauswertung bzw. Auswertung der Absorptionsdaten unterworfen werden. Somit kann sowohl für die Joghurt-Kammer als auch für die Cerealien-Kammer festgestellt werden, ob sie korrekt gefüllt sind oder ob sich Fremdkörper in ihr befinden oder ob die Anzahl berechtigt ist. Je nach Ergebnis dieser Analyse können dann Rückkopplungs-Informationen bezüglich der Befüllung mit einem der beiden Medien und/oder Ausschleusungs-Informationen bezüglich eines Joghurtbechers oder einer Steige erteilt werden.
