DE102012017049A1 - Vorrichtung zum Inspizieren von Gegenständen - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Inspizieren von Gegenständen, insbesondere zum Inspizieren von Packmitteln, beispielsweise in Form von Flaschen oder dergleichen Behältern, mit wenigstens einem Kamerasystem zur Abbildung des jeweiligen an einer Prüf- und Aufnahmeposition angeordneten zu inspizierenden Gegenstandes sowie mit einer optischen Anordnung zwischen der Prüf- und Aufnahmeposition und dem Kamerasystem.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
- Vorrichtungen dieser Art werden nachstehend auch als Inspektionsvorrichtungen bezeichnet und sind insbesondere zum Inspizieren von Gegenständen in Form von Packmitteln, wie Flaschen oder dergleichen Behälter bekannt. Wesentlicher Bestandteil von optischen Inspektionsvorrichtungen ist beispielsweise eine optische Anordnung, die z. B. wenigstens ein elektronisches Kamerasystem zur Abbildung des an einer Prüf- und Aufnahmeposition vorbeibewegten Gegenstandes sowie im Strahlengang zwischen dem Kamerasystem und dem Gegenstand eine Strahlumlenkoptik mit mehreren planen Umlenkspiegeln aufweist, und zwar u. a. zur Erzielung eines erforderlichen optischen Abstandes zwischen dem jeweiligen Gegenstand und dem Kamerasystem bei kompakter Bauform der optischen Anordnung. Störend bei der Auswertung der mit dem Kamerasystem erzeugten Bilder, insbesondere auch bei einer automatischen Auswertung mit einem Bildverarbeitungssystem sind vielfach Randverzerrungen in dem jeweils erzeugten Bild.
- Bekannt sind auch Strahlumlenk- und Umformoptiken, bei denen anstelle von planen Spiegeln zur Strahlumlenkung Spiegel verwendet sind, deren konkave Spiegelfläche ausschließlich um eine oder aber um mehrere parallel zueinander verlaufende Krümmungsachsen gekrümmt sind, beispielsweise in ihrer Ausbildung als Parabol- oder Ellipsoidspiegel und zur Verwendung bei TV-Großbildschirmen zur Projektion eines kleinformatig erzeugten Bildes auf einen Großbildschirm (
US 5,477,394 ), oder bei Lithografie-Verfahren (US 5,440,423 ) zur Erzielung einer kontrollierten Ausleuchtung, oder bei Verwendung in Filmprojektoren (US 2,819,649 ) zur Vereinfachung des Projektionssystems oder zur Verwendung bei Luftbildkameras (DE 199 04 687 A1 ) zur Vergrößerung des Sichtfeldes. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Inspizieren von Gegenständen, insbesondere Packmitteln aufzuzeigen, bei der Randverzerrungen in den von dem Kamerasystem aufgenommenen Bildern vermieden oder zumindest stark reduziert sind. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
- Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass überraschender Weise durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Strahlumlenk- und Umformoptik nicht nur der erforderliche Abstand zwischen dem zu inspizierenden Objekt oder Gegenstand und dem Kamerasystem bei reduzierter Baugröße der Vorrichtung, sondern zugleich auch zumindest in der für die Inspektion kritischen Achse Randverzerrungen vermieden werden.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der im Strahlengang in Richtung vom zu inspizierenden Gegenstand zum Kamerasystem auf den Gegenstand folgende und die Öffnung der Strahlumlenk- und Umformoptik bildende Spiegel mit der konkav gewölbten Spiegelfläche ein gegenüber dem Gegenstand geneigter Parabolspiegel, über den die parallel zu den Krümmungsachsen dieses Spiegels verlaufenden Ränder des Gegenstandes mit einer parallelen Sicht im Kamerasystem abgebildet werden.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die optische Anordnung bzw. deren Strahlumlenk- und Umformoptik im Strahlengang zwischen dem zu inspizierenden Gegenstand und dem Kamerasystem im Strahlengang auf einander folgend wenigstens zwei jeweils eine konkav gekrümmte Spiegelfläche bildende Spiegel auf, d. h. bevorzugt zusätzlich zu dem vorstehend erwähnten Parabolspiegel einen Ellipsoidspiegel, der zwischen dem Parabolspiegel und dem Kamerasystem angeordnet ist. Durch die Umlenkung des den Gegenstand abbildenden Strahlenbündels an der konkaven Spiegelfläche des Ellipsoidspiegels wird eine Reduzierung der Breite des auf das Objektiv des Kamerasystems auftreffenden Strahlenbündels in der Achsrichtung senkrecht zu den Krümmungsachsen des Ellipsoidspiegels erreicht, sodass für das Kamerasystem ein Objektiv mit reduziertem Öffnungswinkel (Apertur) verwendet und die Fläche eines im Kamerasystems vorgesehenen Kamerachips bei der Abbildung optimal genutzt werden kann.
- „Konkave Spiegel” oder „Spiegel mit konkaver Spiegelfläche” sind im Sinne der Erfindung Spiegel, deren Spiegelfläche ausschließlich um eine oder aber um mehrere parallel zueinander verlaufende und sich nur in eine Achsrichtung erstreckende Krümmungsachsen gekrümmt ist.
- „Packmittel” sind im Sinne der Erfindung Verpackungen oder Behältnisse, die insbesondere im Lebensmittelbereich und dabei speziell auch im Getränkebereich üblicherweise verwendet werden, und zwar u. a. Behälter, wie z. B. Flaschen, Dosen, auch Weichverpackungen, beispielsweise solche hergestellt aus Karton und/oder Kunststofffolie und/oder Metallfolie, Transportbehälter, z. B. Flaschenkästen usw.
- Der Ausdruck „im Wesentlichen” bzw. „etwa” bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
- Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 u.2 jeweils in vereinfachter schematischer Darstellung eine Vorrichtung zun Inspizieren von Gegenständen, insbesondere von Packmitteln oder Behältern, z. B. Flaschen, bei zwei unterschiedlichen Ausführungsformen der optischen Anordnung; -
3 in den Positionen a) bzw. b) Abbildungen eines inspizierten Gegenstandes auf einem Kamerachip eines Kamerasystems der optischen Anordnung. - Zur Vereinfachung der Erläuterung sind in den Figuren mit X, Y, Z jeweils drei senkrecht zueinander verlaufenden Raumachsen angegeben, von denen die Z-Achse die vertikale Achse und die X-Achse und die Y-Achse die horizontalen Achsen sind, von denen die Y-Achse senkrecht zur Zeichenebene (XZ-Ebene) der
1 und2 orientiert ist. - Die in der
1 allgemein mit1.1 bezeichnete optische Anordnung ist Teil einer Vorrichtung1 zum Inspizieren von Gegenständen2 , vorzugsweise zum Inspizieren von Packmitteln, beispielsweise in Form von Behältern oder Flaschen. - Die optische Anordnung
1.1 umfasst u. a. ein elektronisches, z. B. digitales Kamerasystem3 mit einem entozentrischen Objektiv4 , d. h. mit einem Objektiv4 , welches eine Abbildung der entozentrischen Perspektive entsprechend bewirkt, sowie einen elektronsichen Kamerachip5 , und zwar bei der dargestellten Ausführungsform mit einem Kamerachip5 , beispielweise im Format 4:3. Das Objektiv4 ist mit seiner optischen Achse in der XZ-Ebene angeordnet. Das Kamerasystem3 ist so angeordnet, dass die größere Länge des Kamerachips5 der senkrecht zur Zeichenebene der1 verlaufenden horizontalen Y-Achse und die kürzere Länge des Kamerachips5 der vertikalen Z-Achse entspricht. - Die optische Anordnung
1.1 umfasst weiterhin im Strahlengang zwischen dem Gegenstand2 und dem Kamerasystem3 bzw. dem Objektiv4 eine Strahlumlenk- und Umformoptik, die in der1 allgemein mit6 bezeichnet ist und bei dieser Ausführungsform aus einem Parabolspiegel7 sowie zwei planen, jeweils lediglich eine Strahlumlenkung bewirkenden Spiegel8 und9 besteht, die auch durch andere, eine reine Strahlumlenkung bewirkende optische Strahlumlenkelemente, beispielsweise durch Prismen ersetzt sein können. Der Parabolspiegel7 sowie die Spiegel8 und9 sind im Strahlengang zwischen dem zu inspizierenden Objekt oder Gegenstand2 und dem Kamerasystem3 so angeordnet, dass ausgehend von dem Gegenstand2 zunächst der mit seiner konkaven Spiegelfläche dem Gegenstand2 zugewandte Parabolspiegel7 , anschließend der Spiegel8 und auf diesen folgend der Spiegel9 vorgesehen sind. Die Krümmungsachsen des Parabolspiegels7 sind ausschließlich in horizontaler Richtung (Y-Achse), d. h. senkrecht zur Zeichenebene der1 bzw. senkrecht zur XZ-Ebene so orientiert, dass auf den Parabolspiegel7 die den Gegenstand2 abbildenden Licht-Strahlen, beispielsweise die in der1 mit S1–S3 bezeichneten parallelen und jeweils in Richtung der X-Achse und jeweils in einer XZ-Ebene verlaufenden Licht-Strahlen nach der Umlenkung am Parabolspiegel7 weiterhin in der selben XZ-Ebene verlaufen. Die beiden oberhalb des Parabolspiegels7 angeordneten Strahlumlenkelemente8 und9 sind ebenfalls so ausgebildet und angeordnet, dass sie mit ihren planen Spiegelflächen senkrecht zur XZ-Ebene orientiert sind und dadurch lediglich eine Strahlumlenkung derart bewirken, d. h. jeder Licht-Strahl S1–S3 vor und nach seiner Umlenkung in der selben XZ-Ebene verläuft. Die Anordnung ist weiterhin auch so getroffen, dass die Fokuslinie10 , in der parallele, senkrecht zu den Krümmungsachsen des Parabolspiegels7 orientierte und auf diesen auftreffende Licht-Strahlen S1–S3 fokussiert werden, im Objektivs4 des Kamerasystems3 liegt. - Für die Inspektion wird der Gegenstand
2 in Richtung der horizontalen Y-Achse an der Öffnung6.1 der optischen Anordnung1.1 bzw. an der dortigen Prüf- und Aufnahmeposition1.2 vorbeibewegt und für die Abbildung mit dem Kamerasystem3 durch eine nicht dargestellte Lichtquelle ausgeleuchtet. Von jedem Gegenstand2 werden mehrere, d. h. bei der dargestellten Ausführungsform drei Seitenansichten mit dem Kamerasystem3 abgebildet, wofür der jeweilige Gegenstand2 um seine vertikale, sich in Richtung der Z-Achse erstreckende Hochachse entsprechend gedreht wird. Eine dieser bspw. drei von jedem Gegenstand mit der optischen Anordnung1 bzw. mit dem Kamerasystem3 erzeugten und hierfür auf dem Kamerachip5 abgebildeten Seitenansichten ist in der Position a) der3 dargestellt und als Seitenansicht11 bezeichnet. - Mit der Strahlumlenk- und Umformoptik
6 wird eine verbesserte und von Randverzerrungen freie Abbildung des jeweiligen Gegenstandes2 erreicht, und zwar insbesondere auch in der Weise, dass in Bezug auf die Y-Achse die Abbildung11 , die Grundsätze der entozentrischen Perspektive gelten, d. h. nahe Objekte größer abgebildet werden als ferne Objekte. In Bezug auf die Z-Achse der Abbildung11 wird der Strahlengang so gelenkt, dass sich für diese Abbildung eine parallele Sicht ergibt und dadurch u. a. Verzerrungen im Bereich der in Richtung der Z-Achse von einander beabstandeten Oberseite und Unterseite der Abbildung11 vermieden sind. - Die
2 zeigt als weitere Ausführungsform eine Vorrichtung1a mit einer optischen Anordnung1a.1 , die wiederum das Kamerasystem3 mit dem entozentrischen Objektiv4 und mit dem Kamerachip5 , beispielsweise mit dem Kamerachip5 im Format 4:3 enthält. Weiterhin umfasst die optische Anordnung1a.1 eine Strahlumlenk- und Umformoptik6a , die sich von der Strahlumlenk- und Umformoptik6 grundsätzlich dadurch unterscheidet, dass anstelle des Spiegels oder des Strahlumlenkelementes8 ein Ellipsoidspiegel12 vorgesehen ist, der mit seinen Krümmungsachsen ausschließlich horizontal, d. h. in Richtung der Y-Achse und damit senkrecht zur Zeichenebene der2 orientiert ist. Im Strahlengang zwischen dem zu inspizierenden Gegenstand2 und dem Kamerasystem3 bzw. dessen Objektiv4 , dessen optische Achse wiederum in der XZ-Ebene angeordnet ist, sind also ausgehend vom Gegenstand2 aufeinander folgend der mit seinen Krümmungsachsen horizontal bzw. in Richtung der Y-Achse orientierte, mit seiner konkaven Seite dem Gegenstand2 zugewandte und die Öffnung6a.1 der Strahlumlenk- und Umformoptik6a bildende Parabolspiegel7 , auf diesen folgend der Ellipsoidspiegel12 und auf diesen folgend das Strahlumlenkelement9 vorgesehen, auf welches dann das Kamerasystem3 folgt. - Abweichend von Strahlumlenk- und Umformoptik
6 ist der Parabolspiegel7 der Strahlumlenk- und Umformoptik6a so ausgebildet bzw. gekrümmt, dass die Fokuslinie10 , die sich senkrecht zur Zeichenebene der2 , d. h. in Richtung der Y-Achse erstreckt, im Strahlengang zwischen dem Parabolspiegel7 und dem Ellipsoidspiegel12 liegt, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform unmittelbar vor dem Ellipsoidspiegel12 bzw. dessen konkaver Spiegelfläche. Mit1a.2 ist in der2 wiederum die Prüf- und Aufnahmeposition bezeichnet, an der sich der Gegenstand2 befindet. - Mit dem Ellipsoidspiegel
12 wird ein Zusammenführen der auf diesen auftreffenden Licht-Strahlen, beispielsweise den Licht-Strahlen S1–S3 in der Weise erreicht, dass diese Licht-Strahlen im Objektiv4 zu einer bei der dargestellten Ausführungsform senkrecht zur XZ-Ebene orientierten Fokuslinie13 fokussiert werden. Da diese Licht-Strahlen weiterhin auf Bereiche der Spiegelfläche des Ellipsoidspiegels12 mit sehr unterschiedlicher Krümmung auftreffen erfolgt auch ein Zusammenführen des den Gegenstand2 abbildenden und am Ellipsoidspiegel12 reflektierten Strahlenbündels in der XZ-Ebene. Dies hat u. a. den Vorteil, dass das Kamerasystem3 bzw. das Objektiv4 der Vorrichtung1a mit einem gegenüber dem Kamerasystem der Vorrichtung1 wesentlich reduzierten Öffnungswinkel ausgeführt werden kann und sich dadurch bei vorgegebener Größe des Kamerachips5 auch eine verbesserte Ausnutzung der Fläche dieses Kamerachips bei der Abbildung14 des Gegenstandes2 ergibt. In der Position b) sind wiederum die Abbildung14 der Seitenansicht des Gegenstandes2 auf dem Kamerachip5 wiedergegeben. Wie aus einem Vergleich der beiden Positionen a) und b) der3 ersichtlich ist, wird durch die Strahlumlenk- und Umformoptik6a bzw. durch den dortigen Ellipsoidspiegel12 das Verhältnis „horizontale Breite zu vertikaler Höhe” in der Abbildung14 gegenüber der entsprechenden Abbildung11 wesentlich vergrößert und dadurch eine bessere Ausnutzung der Fläche des Kamerachips5 erreicht. - Mit ME ist in den
1 und2 jeweils die Mittel- oder Symmetrieebene des geneigten Parabolspiegels7 bezeichnet, zu der er bezüglich seiner Krümmung spiegelsymmetrisch ausgebildet ist. Diese Mittelebene ME schließt mit der YZ-Ebene einen Winkel kleiner 90° ein. - Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
- Bezugszeichenliste
-
- 1, 1a
- Vorrichtung
- 1.1, 1a.1
- optische Anordnung
- 1.2, 1a.2
- Prüf- und Aufnahmeposition
- 2
- Gegenstand
- 3
- Kamerasystem
- 4
- Objektiv
- 5
- Kamerachip
- 6, 6a
- Strahlumlenk- und Umformoptik
- 6.1, 6a.1
- Öffnung
- 7
- Parabolspiegel
- 8, 9
- Strahlumlenkelement oder Umlenkspiegel
- 10
- Fokuslinie
- 11
- Abbildung des Gegenstandes
2 auf Kamerachip - 12
- Ellipsoidspiegel
- 13
- Fokuslinie
- 14
- Abbildung des Gegenstandes auf dem Kamerachip
- S1, S2, S3
- Licht-Strahlen
- X, Y, Z
- Raumachsen
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- US 5477394 [0003]
- US 5440423 [0003]
- US 2819649 [0003]
- DE 19904687 A1 [0003]
Claims (11)
- Vorrichtung zum Inspizieren von Gegenständen (
2 ), insbesondere zum Inspizieren von Packmitteln, beispielsweise in Form von Flaschen oder dergleichen Behältern, mit wenigstens einem Kamerasystem (3 ) zur Abbildung des jeweiligen an einer Prüf- und Aufnahmeposition (1.2 ,1a.2 ) angeordneten zu inspizierenden Gegenstandes (2 ) sowie mit einer optischen Anordnung (1.1 ,1a.1 ) zwischen der Prüf- und Aufnahmeposition (1.2 ,1a.2 ) und dem Kamerasystem (3 ), dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung als Strahlumlenk- und Umformoptik (6 ,6a ) mit wenigstens einem Spiegel (7 ,12 ) mit konkav gewölbter Spiegelfläche im Strahlengang zwischen der Prüf- und Aufnahmeposition (1.2 ,1a.2 ) und dem Kamerasystem (3 ) ausgebildet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spiegel (
7 ,12 ) mit konkav gewölbter Spiegelfläche ein Parabolspiegel oder ein Ellipsoidspiegel (12 ) ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlumlenk- und Umformoptik (
6a ) wenigstens zwei Spiegel (7 ,12 ) mit konkav gewölbter Spiegelfläche aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Spiegel (
7 ,12 ) mit den Krümmungsachsen ihrer konkav gewölbten Spiegelflächen parallel zueinander oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Spiegel ein Parabolspiegel (
7 ) und ein Spiegel ein Ellipsoidspiegel (12 ) ist, wobei vorzugsweise in Strahlrichtung von der Prüf- und Aufnahmeposition (1.2 ,1a.2 ) an das Kamerasystem (3 ) der Ellipsoidspiegel (12 ) auf den Parabolspiegel (7 ) folgt. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spiegel (
7 ,12 ) mit konkav gewölbter Spiegelfläche im Bezug auf den jeweiligen an der Prüf- und Aufnahmeposition (1.2 ,1a.2 ) befindlichen Gegenstand (2 ) derart angeordnet ist, dass diesen Gegenstand abbildende Licht-Strahlen (S1–S3), die in einer Strahlenebene (XZ-Ebene) auf den Spiegel (5 ,12 ) auftreffen von diesem in dieselbe Strahlenebene (XZ-Ebene) oder im Wesentlichen in dieselbe Strahlenebene (XZ-Ebene) umgelenkt werden. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (
3 ) mit einem entozentrischen Objektiv (4 ) ausgebildet ist, und dass der wenigstens eine Spiegel (7 ) mit konkav gewölbter Spiegelfläche, vorzugsweise der diesen Spiegel bildender Parabolspiegel (7 ) derart angeordnet ist, dass in einer ersten Achsrichtung, beispielsweise in einer horizontalen Achsrichtung (Y-Achse) der Prüf- und Aufnahmeposition (1.2 ,1a.2 ) eine der entozentrischen Perspektive entsprechende Abbildung des Gegenstandes (2 ) erfolgt und in einer zweiten, senkrecht zur ersten verlaufenden Achsrichtung, beispielsweise in der vertikalen Achse (Z-Achse) der Prüf- und Aufnahmeposition (1.2 ,1a.2 ) der Strahlengang so gelenkt ist, dass sich eine parallele Sicht bei der Abbildung (11 ;14 ) ergibt. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spiegel, vorzugsweise der Parabolspiegel (
7 ), mit seiner konkaven Spiegelfläche der Prüf- und Aufnahmeposition (1.2 ,1a.2 ) bzw. dem dortigen Gegenstand (2 ) zugewandt ist und/oder gegenüber der Prüf- und Aufnahmeposition (1.2 ,1a.2 ) bzw. dem dortigen Gegenstand (2 ) geneigt ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spiegel (
7 ,12 ) mit konkav gewölbter Spiegelfläche derart angeordnet ist, dass er die an ihm reflektierten Licht-Strahlen in einer Fokuslinien (10 ,13 ) im Objektiv (4 ) des Kamerasystems (3 ) fokussiert. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parabolspiegel (
7 ) die an ihm reflektierten, der Abbildung (11 ;14 ) des Gegenstandes (2 ) entsprechenden Strahlen in einer Fokuslinie (10 ) vor dem Auftreffen auf den Ellipsoidspiegel (12 ) fokussiert. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (
3 ) eine elektronische, vorzugsweise digitale Kamera mit einem Kamerachip (5 ) ist, vorzugsweise mit einem Kamerachip im Formt 4:3.
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