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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 bzw. 10.
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Beim
Behandeln von Flaschen in Abfülllinien, insbesondere auch
beim Etikettieren von Behältern in Etikettiermaschinen,
kommt es häufig vor, dass die Drehlagen der Behälter
ausgerichtet werden müssen, um sicher zu stellen, dass
z. B. eine Pressnaht weit genug vom Etikett entfernt ist und/oder
das Etikett bezüglich einer Glasprägung korrekt
positioniert ist.
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Aus
der
EP 1 205 388 B2 ist
es dazu bekannt, mit vier Kameras die Mantelfläche eines
Behälters über seinen gesamten Umfang zu erfassen, geeignete
Merkmale in den aufgenommenen Bildern auszuwerten und dem Antriebssystem
Befehle für die Drehung des Behälters um seine
Längsachse in eine Sollposition zu übergeben.
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Bei
derartigen Vorrichtungen wird der Behälter mit einer konstanten
Winkelgeschwindigkeit gedreht, die bei der Erfassung der Merkmale
möglichst genau einzuhalten ist. Ebenso müssen
die auszurichtenden Behälter mit konstanter Geschwindigkeit an
den Kameras vorbei bewegt werden, um die Drehlage der Behälter
und deren Position in der Maschine, wie z. B. die Maschinenwinkelposition
eines Transportkarussells, exakt zuordnen zu können.
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Auf
Grund von Ungenauigkeiten (Spiel, Gleichlaufschwankungen oder dergleichen)
im Zusammenspiel der Antriebssysteme, die den Behälter drehen
bzw. den Behälter an den Kameras vorbei bewegen, und des
Auslösezeitpunkts der Aufnahmen ist die Genauigkeit des
oben beschriebenen Verfahrens jedoch oft unzureichend, so dass eine
anschließende Feinausrichtung der Behälter mit
Hilfe einer separaten Kamera nötig wird. Dafür
sind in der Maschine zusätzliche Maschinenpositionen vorzusehen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur exakten
Ausrichtung der Drehlage der Behälter bei geringerem Zeitaufwand und
Platzbedarf bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Näherungsschalter zum Triggern einer
Bildaufnahmefunktion der Kameraeinheit gelöst. Dadurch
wird das Auslösen einzelner Kamerabilder unabhängig
von Gleichlaufschwankungen. Da dies die Genauigkeit der Bildauswertung
erhöht, kann die Drehlage des Behälters in einem
Schritt, also auch ohne Feinausrichtung, korrigiert werden. Zudem
können Beschleunigungs- und/oder Abbremsrampen der Behälterdrehung
in die Merkmalserfassung einbezogen und der dafür in der
Maschine benötigte Platz genutzt werden.
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Vorzugsweise
umfasst der Näherungsschalter mehrere, in vorgegebenen
Drehwinkelintervallen an der Halterung vorgesehene Triggersignalgeber und
eine feststehende Empfängereinheit mit mindestens einem
Triggersignalempfänger. Dadurch können Triggersignale
erzeugt werden, die in erster Linie von der Winkelposition der Triggersignalgeber
abhängen. Dies erlaubt eine besonders genaue Bestimmung
der Drehlage und Ausrichtung des Behälters.
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Bei
einer günstigen Ausgestaltung ist zumindest jeder dritte
Triggersignalgeber in einer Drehlage, in der er einen minimalen
Abstand zur Empfängereinheit hat, gegenüber dem
Triggersignalempfänger positioniert. Dies ermöglicht
eine verlässliche Triggerung.
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Vorzugsweise
umfasst die Vorrichtung ferner ein Transportmittel, das die Halterung
an einem Empfangsbereich des Triggersignalempfängers entlang führt.
Dadurch kann ein kontinuierlicher Strom von Behältern ausgerichtet
werden.
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In
günstiger Weise sind in der Empfängereinheit mehrere
Triggersignalempfänger so angeordnet, dass das Transportmittel
die Halterung an den Empfangsbereichen der Triggersignalempfänger
nacheinander entlang führt. Dadurch können mehrere
Kameras unabhängig voneinander getriggert werden.
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Vorzugsweise
sind die Triggersignalempfänger auf mindestens zwei, im
Wesentlichen parallel zur Transportrichtung des Transportmittels
verlaufenden Ebenen verteilt. Dadurch können sich die Triggersignalempfänger überlappen.
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In
günstiger Weise umfasst die Empfängereinheit mehrere
Triggersignalempfänger, und die Abstände zwischen
benachbarten Triggersignalempfängern sind an den Verlauf
einer Beschleunigungs- und/oder Abbremsrampe der Drehbewegung der Halterung
angepasst. Dadurch können Beschleunigungs- und/oder Abbremsrampen
in die Erfassung des Merkmals einbezogen werden und die Vorrichtung
besonders kompakt ausgeführt werden.
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Bei
einer besonders günstigen Ausgestaltung ist der Näherungsschalter
magnetfeldsensitiv. Magnetische Näherungsschalter sind
besonders unempfindlich gegen Verschmutzung.
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Vorzugsweise
umfasst die Vorrichtung ferner eine Berechnungseinheit zum Lokalisieren
eines Merkmals auf dem abgebildeten Behälter und zum Berechnen
einer Ist-Drehlage des Behälters, sowie eine Steuereinheit
zum Anfahren einer Soll-Drehlage des Behälters. Damit kann
der Behälter in eine für die Etikettierung geeignete
Drehlage gebracht werden.
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Das
technische Problem wird außerdem durch ein Verfahren gelöst,
bei dem ein Näherungsschalter das Abbilden des Behälters
triggert. Dadurch wird das Auslösen einzelner Kamerabilder
unabhängig von Gleichlaufschwankungen. Da dies die Genauigkeit
der Bildauswertung erhöht, kann die Drehlage des Behälters
in einem Schritt, und somit ohne Feinausrichtung, korrigiert werden.
Zudem können Beschleunigungs- und/oder Abbremsrampen der Behälterdrehung
in die Merkmalserfassung einbezogen und der dafür in der
Maschine benötigte Platz genutzt werden.
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Vorzugsweise
drehen sich Triggersignalgeber mit dem Behälter mit, und
zumindest jeder dritte Triggersignalgeber erzeugt bei Annäherung
an eine ortsfeste Empfängereinheit ein Triggersignal. Dies ermöglicht
eine verlässliche, von Gleichlaufschwankungen unabhängige
Triggerung.
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Bei
einer besonders günstigen Ausgestaltung erreicht das Triggersignal
in einer Drehlage der Triggersignalgeber, in der diese jeweils einen
minimalen Abstand zur Empfängereinheit haben, einen vorgegebenen
Triggerpegel, so dass ein Trigger-Steuersignal ausgegeben wird,
das das Abbilden des Behälters triggert.
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Vorzugsweise
wird der Behälter während des Abwickelns an mindestens
einem Empfangsbereich der Empfängereinheit entlang geführt
wird. Dadurch kann ein kontinuierlicher Behälterstrom ausgerichtet
werden.
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Bei
einer günstigen Ausgestaltung wird das Triggersignal in
unterschiedlichen Triggersignalempfängern der Empfängereinheit
erzeugt. Dadurch können mehrere Kameras unabhängig
voneinander getriggert werden.
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Vorzugsweise
umfasst das Verfahren ferner folgende Schritte: Lokalisieren eines
Merkmals auf dem abgebildeten Behälter und Berechnen einer Ist-Drehlage
des Behälters; und Anfahren einer Soll-Drehlage des Behälters.
Damit kann der Behälter in eine für die Etikettierung
geeignete Drehlage gebracht werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird nachstehend erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Ausrichtung der Drehlage von Behältern;
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2 eine
schematische Detailansicht des Näherungsschalters aus 1;
und
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3 eine
schematische Seitenansicht einer Empfängereinheit.
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Gemäß 1 und 2 umfasst
die Vorrichtung 1, die z. B. eine Etikettiermaschine sein kann,
mehrere drehbare Halterungen 3, wie z. B. motorgetriebene
Drehteller mit Zentriervorrichtung, für Behälter 5,
insbesondere für Flaschen, die bezüglich ihrer
Drehlage φ durch Drehung um ihre Hauptachse auszurichten
sind. Die Halterungen 3 laufen auf einem Transportmittel 7,
wie z. B. einem Transportkarussell, um.
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Die
Vorrichtung umfasst ferner eine ortsfeste Kameraeinheit 9 mit
einer beliebigen Anzahl von Kameras 10 zum Erfassen eines
Merkmals 5a des Behälters 5, wie z. B.
einer Pressnaht oder einer Prägung. Das Transportmittel 7 transportiert
den Behälter 5 zu diesem Zweck durch den Bildbereich 9a der Kameraeinheit 9,
während die Halterung 3 die Mantelfläche 5b des
Behälters 5 vor der Kameraeinheit 9 abwickelt.
Der Bildbereich 9a kann sich aus überlappenden
Bildbereichen der Kameras 10 zusammensetzen.
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Das
Erheben von Bilddaten, wie z. B. das Aufnehmen einer Teilansicht
der abzuwickelnden Oberfläche 5b, wird durch einen
Näherungsschalter 11 jeweils bei vorgegebenen
Drehlagen φ auslöst. Im gezeigten Beispiel wird
jeweils nach Weiterdrehen der Halterung 3 um ein Drehwinkelintervall Δφ1 eine Aufnahme des Behälters 5 gemacht.
Zu diesem Zweck sind an der Halterung 3 in den regelmäßigen Drehwinkelintervallen Δφ1 Triggersignalgeber 13, wie z.
B. Magnete, angeordnet, die bei Annäherung an eine ortsfeste
Empfängereinheit 15 in dieser jeweils ein Triggersignal
T erzeugen. Erreicht das Triggersignal T einen vorgegebenen Triggerpegel
P, so gibt die Empfängereinheit 15 ein Trigger-Steuersignal
S an die Kameraeinheit 9 zur Aufnahme eines Bilds des Behälters 5 aus.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine (nicht dargestellte)
Berechnungseinheit 17 zur Speicherung und Weiterverarbeitung
der Bilddaten.
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Die
Empfängereinheit 15 beinhaltet vorzugsweise einzelne,
bezüglich der Transportrichtung des Transportmittels 7 nacheinander
angeordneten Triggersignalempfänger 19, wie z.
B. Hall-Sensoren, und deckt vorzugsweise den gesamten Bildbereich 9a der
Kameraeinheit 9 ab.
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2 verdeutlicht
die Funktionsweise des Näherungsschalters 11 an
Hand von zwei Momentaufnahmen einer durch den Bildbereich 9a geführten Halterung 3,
wobei benachbarte Halterungen 3 der Übersichtlichkeit
halber weggelassen wurden. Die Halterung 3 dreht sich mit
der Winkelgeschwindigkeit ω1 und
das Transportmittel 7 mit der Winkelgeschwindigkeit ω2.
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An
den Positionen A–H der Halterung 3 sind Triggersignalgeber 13 umfänglich
gleichmäßig verteilt, wobei das Drehwinkelintervall Δφ1 im Beispiel jeweils 45° beträgt.
Es sind jedoch auch andere Drehwinkelintervalle Δφ1 möglich. Auch die Triggersignalempfänger 19 sind
gleichmäßig auf die Positionen A'–H'
der Empfängereinheit 15 verteilt, wobei deren Abstand
durch das Winkelintervall Δφ2 definiert
ist.
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Die
Winkelintervalle Δφ1 und Δφ2 sowie die Winkelgeschwindigkeiten ω1 und ω2 sind
so angepasst, dass die Triggersignalgeber 13 in einer Stellung,
in der sie einen minimalen Abstand 14 zur Signal-Empfängereinheit 15 haben,
jeweils gegenüber einem Triggersignalempfänger 19 zu
liegen kommen, und zwar innerhalb des von dem Triggersignalempfänger 19 abgedeckten
Empfangsbereichs 20, so dass der Triggerpegel P bei sich
gegenüberliegenden Triggersignalgeber 13 und Triggersignalempfänger 19 jeweils
erreicht bzw. überschritten wird. Im gezeigten Beispiel
liegt die Position D zum Triggerzeitpunkt gegenüber der
Position D' und die Position F gegenüber F' (gestrichelt
gezeichnet). Entsprechend wäre E zum Triggerzeitpunkt gegenüber
E', G gegenüber G', usw. (nicht dargstellt).
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Gemäß 2 ist
die Anzahl der Triggersignalgeber 13 und der Triggersignalempfänger 19 identisch,
so dass aufeinander folgende Trigger-Steuersignale S in benachbarten
Triggersignalempfängern 19 erzeugt werden. Demzufolge
entspricht die Anzahl der Triggersignalgeber 13 bevorzugt
der Anzahl der pro Behälterabwicklung benötigten
Kamerabilder. In der Empfängereinheit 15 könnten
jedoch auch weniger Triggersignalempfänger 19 vorgesehen
sein als Triggersignalgeber 13 an der Halterung 3.
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Beispielsweise
könnte nur jede zweite oder dritte Position A'–H'
mit einem Triggersignalempfänger 19 bestückt
sein, so dass nur jeder zweite oder dritte Triggersignalgeber 13 bei
Annäherung an die Empfängereinheit 15 ein
Trigger-Steuersignal S auslöst. Würde trotzdem
eine größere Anzahl an Trigger-Steuersignalen
S benötigt als Triggersignalempfänger 19 vorgesehen
sind, so könnten „fehlende” Triggerzeitpunkte
aus den Zeitintervallen zwischen zuvor von den Triggersignalgebern 13 ausgelösten Trigger-Steuersignalen
S berechnet werden. Es versteht sich von selbst, dass derartige
Berechnungen, wie Interpolationen, auch bei einer identischen Anzahl
von Triggersignalgebern 13 und Triggersignalempfängern 19 möglich
sind. Damit können zusätzliche Kamerabilder an
Zwischenpositionen innerhalb des Drehwinkelintervalls Δφ1 aufgenommen werden.
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Der
Empfangsbereich 20 ist in Transportrichtung des Transportmittels 7 so
groß, dass die in Etikettiermaschinen üblichen
Gleichlaufschwankungen, insbesondere bezüglich der Winkelgeschwindigkeiten ω1 und ω2,
nicht dazu führen können, dass ein Triggersignalgeber 13 fälschlicherweise
neben den zugehörigen Triggersignalempfänger 19 trifft
und deshalb kein Trigger-Steuersignal S erzeugt. Die Triggersignalempfänger 19 können
zu diesem Zweck so angeordnet werden, dass sich die Empfangsbereiche 20 benachbarter
Triggersignalempfänger 19 überlappen.
Die Triggersignalgeber 13 und die Triggersignalempfänger 19 sind
dann auf mindestens zwei, im Wesentlichen parallel zur Transportrichtung des
Transportmittels 7 verlaufenden Ebenen Y1,
Y2 verteilt. Dies ist in 3 schematisch
für die Empfängereinheit 15 angedeutet.
Eine solche Aufteilung auf mehrere Ebenen Y1, Y2 kann aber auch
notwendig werden, wenn der Durchmesser der Halterung 3 zu klein
ist, um die benötigte Anzahl an Triggersignalgebern 13 mit
ausreichendem Abstand voneinander anzuordnen.
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Der
Näherungsschalter 11 beruht bevorzugt auf einem
magnetischen Wirkprinzip, d. h. er reagiert auf das Einwirken eines
Magnetfelds, um einen gegen Verschmutzung unempfindlichen Betrieb
der Vorrichtung zu gewährleisten. Als Näherungsschalter 11 sind
aber auch andere berührungslos arbeitende Einheiten zur
Positionserkennung denkbar, wie z. B. Lichtschranken. In diesem
Fall könnten die Triggersignalgeber 13 als reflektierende
oder rückstreuende Flächen ausgebildet sein.
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Die
Triggersignalgeber 13 können an einer beliebigen
Stelle der Halterung 3 angeordnet sein, die eine Auflösung
der Drehlage φ erlaubt, z. B. auf deren Unterseite, alternativ
auch an einer Antriebseinheit der Halterung 3, z. B. an
einem Motor und/oder einer Welle (nicht gezeigt).
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Die
Empfängereinheit 15 kann beliebige auf Magnetfelder
sensitive Triggersignalempfänger 19 umfassen.
Deren Anzahl entspricht vorzugsweise mindestens der Anzahl der zur
Erfas sung des Merkmals 5a aufzunehmenden Kamerabildern
bzw. der Teilansichten, die für eine vollständige
Abwicklung des Behälters 5 nötig sind.
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Die
Winkelgeschwindigkeit ω1 muss nicht über
die gesamte Abwicklung der Oberfläche 5b konstant
sein. Es können beispielsweise Beschleunigungs- und Abbremsrampen
der Drehbewegung der Halterung 3 in die Erfassung des Merkmals 5 einbezogen
werden. Anders als im gezeigten Beispiel ist der Abstand bzw. das
Winkelintervall Δφ2 dann
an die jeweilige Änderung der Winkelgeschwindigkeit ω1 anzupassen. Demzufolge wäre das
Winkelintervall Δφ2 bei
im Wesentlichen konstanter Winkelgeschwindigkeit ω2 des Transportmittels 7 während
einer Beschleunigungs- und/oder Abbremsrampe der Halterung 3 größer
als bei einem Nennwert bzw. Maximalwert der Winkelgeschwindigkeit ω1.
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Das
Transportmittel 7 ist nicht auf ein Transportkarussell
beschränkt, sondern kann auch linear und/oder kurvenförmig
sein und z. B. aus einem Förderband bestehen. Die Anordnung
der Triggersignalempfänger 19 wäre dann
entsprechend an den geänderten Verlauf des Transportmittels 7 im
Bildbereich 9a anzupassen. Ebenso würde das Winkelintervall Δφ2 gegebenenfalls durch einen vergleichbaren
linearen Parameter ersetzt.
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Die
Berechnungseinheit 17 berechnet eine Ist-Drehlage des Behälters 5.
Um eine Soll-Drehlage anfahren zu können, umfasst die Vorrichtung 1 ferner eine
Steuereinheit 21, die geeignete Steuersignale erzeugt und
an die Antriebseinheiten der Halterungen 3, wie z. B. Servomotoren,
sendet.
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Die
oben beschriebenen Varianten der abgebildeten Ausführungsform
können beliebig kombiniert werden.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann wie folgt
gearbeitet werden:
Eine kontinuierlicher Strom von auszurichtenden
Behältern 5, die jeweils zentriert auf den sich
drehenden Halterungen 3 gehalten werden, wird von dem Transportmittel 7 dem
Näherungsschalter 11 zugeführt. Sobald
sich ein Triggersignalgeber 13 der Empfängereinheit 15 so
weit annähert, dass in dieser der Triggerpegel P erreicht
bzw. überschritten wird, gibt die Empfängereinheit 15 ein
Trigger-Steuersignal S zur Aufnahme eines Kamerabildes an die Kameraeinheit 9 aus.
Das Transportmittel 7 dreht sich indessen ebenso weiter
wie die Halterung 3. Sobald sich der nächste Triggersignalgeber 13 der
Empfängereinheit 15 ausreichend annähert,
wird ein weiteres Trigger-Steuersignal S an die Kameraeinheit 9 ausgege ben.
Die Erfassung von Messdaten wird auf diese Weise fortgesetzt, bis
der Behälter 5 über seinen gesamten Umfang
abgewickelt ist. Hierbei können sich mehrere Behälter
gleichzeitig im Messbereich 9a befinden, die jeweils von
unterschiedlichen Kameras 10 erfasst werden.
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Die
Bilddaten werden anschließend ausgewertet, das Merkmal 5a lokalisiert,
eine Ist-Position der Drehlage φ des Behälters 5 errechnet
und geeignete Steuersignale an die Halterungen 3 zur Ausrichtung
der Behälter in eine Soll-Position der Drehlage φ übermittelt.
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Die
Erfindung bietet generell den Vorteil, dass die Triggerzeitpunkte,
und damit das Aufnehmen von Kamerabildern, nur von den Drehwinkelpositionen φ der
Triggersignalgeber 13 abhängen und somit unabhängig
von den in Etikettiermaschinen üblichen Gleichlaufschwankungen
des Transportmittels 7 und der Halterungen 3 sind.
Die zeitliche Korrelation zwischen Datenerfassung und Positionsbestimmung
ist dabei sehr genau und liegt typischer Weise im Bereich von 100 μs.
Durch die erhöhte Genauigkeit der Ausrichtung ist eine
anschließende Etikettierung auch ohne zusätzliche
Feinausrichtung des Behälters 5 möglich.
Die Vorrichtung 1 bzw. eine Etikettiermaschine mit Behälterausrichtung
kann deshalb insgesamt kompakter ausgeführt werden.
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Außerdem
ist das Beschleunigen der Halterung 3 auf eine Nenndrehzahl
vor der Erfassung des Merkmals 5 bzw. deren exakte Einhaltung
währenddessen nicht mehr notwendig. Vielmehr können
Beschleunigungs- und Abbremsrampen in die Abwicklung mit einbezogen
werden. Die Positionen der Triggersignalempfänger 19 sind
in diesem Fall lediglich in geeigneten, unterschiedlichen Abständen Δφ2 anzuordnen. Die Vorrichtung 1 kann
dann noch kompakter ausgeführt werden.
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Die
Abwicklung des Behälters 5 ist unabhängig
von der Maschinenleistung. Fährt die Etikettiermaschine
langsamer als ausgelegt, wird die Behälteroberfläche 5b dementsprechend
langsamer abgewickelt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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