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Der Gegenstand betrifft eine Verpackungseinrichtung und ein Verfahren zur Erfassung einer Anordnung eines Applikationselements an einer Verpackung.
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Häufig kommt es vor, dass an einer Verpackung, vor oder nach dem Verpacken des zu verpackenden Gutes, zusätzlich ein Applikationselement angebracht wird. Eine Verpackung kann beispielsweise ein packfähiges Gut verpacken. Ein solches packfähiges Gut kann beispielsweise flüssig oder pastös sein. Auch können rieselfähige Güter als auch Schüttgüter sowie andere Gegenstände in einer Verpackung abgepackt werden. Häufig kommt es vor, dass nachdem das Gut fertig abgepackt und die Verpackung verschlossen wurde, das Applikationselement angebracht wird. Mehrere Verpackungen mit dem jeweiligen Applikationselement werden anschließend für den Weitertransport auf einen Träger gesetzt und dort beispielsweise noch foliert. Dabei werden die Verpackungen möglichst platzsparend aufeinander gestapelt. Diese Stapelung bedingt jedoch, dass die einzelnen Verpackungen keine Überstände und/oder an ihrer Oberfläche sonstige Unebenheiten aufweisen. Insbesondere die Applikationselemente, wie beispielsweise Strohhalme oder Löffel oder dergleichen, die häufig nur auf die Verpackung geklebt werden, könnten jedoch solche Überstände bilden, insbesondere wenn sie nicht korrekt appliziert sind. Während des Aufbringens der Applikationselemente, insbesondere mittels Kleben, kann bei einer Hochgeschwindigkeitsverarbeitung nicht stets die exakte Positionierung des Applikationselements auf der Verpackung garantiert werden.
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Um den nachfolgenden Bearbeitungsschritten, insbesondere dem sogenannten Tray Packing, nur solche Verpackungen mit Applikationselementen zuzuführen, bei denen erstens das Applikationselement tatsächlich aufgebracht ist und zweitens das Applikationselement korrekt aufgebracht ist, ist eine Erfassung einer Anordnung eines Applikationselements einer Verpackung notwendig.
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Es ist erkannt worden, dass nicht lediglich nur die Anwesenheit des Applikationselements detektiert werden muss, sondern auch dessen Position. Diese kombinierte Erfassung ist jedoch vor dem Hintergrund der hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit herausfordernd.
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Aus diesem Grunde lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Verpackungseinrichtung als auch ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei welchem die Anwesenheit und Positionierung eines Applikationselementes auf einer Verpackung sicher detektiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 17 gelöst.
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Es ist erkannt worden, dass sowohl die Anwesenheit des Applikationselements an der Verpackung als auch dessen Positionierung an der Verpackung sicher erkannt werden müssen. Es muss eindeutig festgestellt werden können, ob ein Applikationselement auf der Verpackung angebracht worden ist oder nicht.
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Wenn im Nachfolgenden von Verpackung die Rede ist, so kann damit sowohl eine ungefüllte Verpackung als auch eine mit packfähigem Gut gefüllte Packung gemeint sein.
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Wie bereits erwähnt, sind mögliche Applikationselemente Löffel oder Strohhalme, insbesondere bei lebensmittelbezogenen Anwendungen. Die Applikationselemente sind in der Regel foliert verpackt und mit der Folie haftend oder klebend an der Verpackung angebracht. Die Fixierung des Applikationselementes oder der Folie des Applikationselementes an der Verpackung erfolgt häufig haftend oder klebend, insbesondere durch Verwendung eines Klebers, der zwischen dem Applikationselement und der Verpackung aufgebracht ist.
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Es können nur solche Verpackungen die Verpackungseinrichtung als „in Ordnung“ gekennzeichnet verlassen, an welchen das Applikationselement sicher erkannt wurde. Um eine solche Diskriminierung zwischen Verpackungen mit Applikationselement und Verpackungen ohne Applikationselement durchführen zu können, kann ein Anwesenheitssignal erstellt werden. Das Anwesenheitssignal kann indikativ für die Anwesenheit eines Applikationselementes an der Verpackung sein. Das Anwesenheitssignal kann beispielsweise lediglich ein Signal mit zwei Zuständen sein, wobei die beiden Zustände indikativ für die Anwesenheit oder Nichtanwesenheit des Applikationselements an der Verpackung sein können. Ein erster Zustand kann „HIGH“ sein, ein zweiter Zustand kann „LOW“ sein, wobei abhängig von der weiteren Verarbeitung die Zuordnung zwischen „HIGH“, „LOW“ und „in Ordnung“, „nicht in Ordnung“ frei wählbar sein kann. Insbesondere kann diese Zuordnung abhängig von der weiteren Logikverarbeitung sein, wie nachfolgend noch beschrieben werden wird.
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Mit Hilfe des Anwesenheitssensors ist die Verpackungseinrichtung in der Lage, sicher zu erkennen, ob das Applikationselement an der Verpackung angeordnet ist.
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Die Erkennung sollte in der Weise geschehen können, dass das Applikationselement frei von einer zusätzlichen mechanischen Fixierung durch die Verpackungseinrichtung an der Verpackung fixiert, insbesondere haftend fixiert ist. Dazu können bei der Erfassung der Anwesenheit des Applikationselementes die Verpackung und insbesondere das Applikationselement frei von mechanischen Beeinflussungen durch die Verpackungseinrichtung selbst sein.
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Wie bereits eingangs erläutert, werden Verpackungen, nachdem sie mit Applikationselementen versehen und verschlossen sind, häufig gebündelt verpackt. Bei dieser gebündelten Verpackung, insbesondere auf einem Träger (Tray) werden die Verpackungen neben und/oder untereinander gestapelt. Dies bedingt, dass die Verpackungen insbesondere keine Überstände nach oben, unten und/oder seitlich haben dürfen. Solche Überstände können aber insbesondere dann auftreten, wenn Applikationselemente nicht korrekt appliziert wurden oder nach dem Applizieren, beispielsweise durch mechanische Beeinflussung, von ihrer Ursprungsposition fortbewegt sind. Solche Verpackungen sollen ebenfalls als Ausschuss gekennzeichnet werden. Das bedeutet, dass die Verpackungseinrichtung an ihrem Ende vorzugsweise nur solche Verpackungen als „in Ordnung“ kennzeichnet, welche das Applikationselement aufgebracht haben, also ein positives Anwesenheitssignal erzeugt haben, als auch bei denen die Position des Applikationselementes als „in Ordnung“ erkannt wurde, also ein positives Positionssignal erzeugt haben. Eine solche UND-Verknüpfung kann dazu führen, dass eine Verpackung als in Ordnung qualifiziert ist. In diesem Fall kann z.B. ein „in Ordnung“ (sowohl für das Anwesenheitssignal als auch das Positionssignal) einem Signalpegel „HIGH“ zugeordnet sein.
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Es ist aber auch ebenfalls möglich, dass eine ODER-Verknüpfung zwischen einem Positionssignal und einem Anwesenheitssignal erfolgt, wobei wenn eines der Signale angibt, dass entweder eine Anwesenheit nicht gegeben ist oder eine Position inkorrekt ist, ein Ausschusssignal erzeugt wird. In diesem Fall kann z.B. ein „nicht in Ordnung“ (sowohl für das Anwesenheitssignal als auch das Positionssignal) einem Signalpegel „HIGH“ zugeordnet sein.
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Um zu ermöglichen, dass beim späteren Verpacken die Verpackungen ordnungsgemäß gestapelt werden können oder Applikationselemente nicht beschädigt werden, beispielweise abgerissen oder abgeknickt werden, wird mit Hilfe des Positionssensors eine Position des Applikationselementes an der Verpackung erfasst. Abhängig von der Position kann ein Positionssignal ausgegeben werden. Das Positionssignal kann beispielsweise indizieren, ob die erfasste Position einer Sollposition des Applikationselementes an der Verpackung entspricht. Eine Sollposition kann beispielsweise eine solche sein, in der das Applikationselement mittig auf der Verpackung aufgebracht ist. Insbesondere kann in der Sollposition das Applikationselement lediglich auf der Fläche aufliegen, auf der es aufgebracht ist. Es steht vorzugsweise nicht über die Fläche über, auf der das Applikationselement aufgebracht ist.
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Mit Hilfe der beanspruchten Anordnung ist die sichere Erkennung des Applikationselements unabhängig z.B. von einem Dekor der Packung als auch einer Distanz der Packung zu den Sensoren möglich. Die Packung muss lediglich im Sensorbereich der Sensoren an den Sensoren vorbeigeführt werden, um das Applikationselement darauf sicher erkennen zu können und außerdem auch seine korrekte Positionierung auf der Packung. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der gegenständlichen Anordnung dadurch, dass ein Applikationselement auch im Wesentlichen unabhängig von einer Positionierung der Packung auf der Transportvorrichtung sicher erkannt werden kann. Dies wird insbesondere durch Auswertung der Ableitung eines Messsignals ermöglicht, wie nachfolgend noch gezeigt wird.
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Mit Hilfe des Anwesenheitssignals und des Positionssignals kann ein Qualitätssignal ausgegeben werden. So ist es beispielsweise möglich, dass das Qualitätssignal positiv ist, wenn das Anwesenheitssignal und das Positionssignal positiv sind. In diesem Fall kann die Verpackung als „in Ordnung“ qualifiziert werden. Auch ist es möglich, dass das Qualitätssignal negativ ist, wenn entweder das Anwesenheitssignal oder das Positionssignal negativ ist und somit kann die Verpackung als „nicht in Ordnung“ qualifiziert werden.
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Die Logik der Verschaltung von Anwesenheitssignal und Positionssignal zur Ausgabe des Qualitätssignals kann unterschiedlich sein. Insbesondere kann abhängig von den Zuständen „HIGH“ und „LOW“ bzw. deren Zuordnung zu „in Ordnung“ bzw. „nicht in Ordnung“ des Anwesenheitssignals und des Positionssignals, ein Zustand eines Qualitätssignals ausgegeben werden. Je nachdem, welche Zustände von Anwesenheitssignal und Positionssignal die Anwesenheit oder die Position als „in Ordnung“ qualifizieren, kann eine UND- oder einer ODER-Verknüpfung der beiden Signale zu einem entsprechenden Qualitätssignal führen.
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In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass insbesondere in einem Datenspeicher gespeichert werden kann, wie oft ein Qualitätssignal eine Verpackung als „in Ordnung“ qualifiziert hat und/oder wie oft das Qualitätssignal eine Verpackung als „nicht in Ordnung“ qualifiziert hat. Dadurch ist es möglich, die Verarbeitungsqualität der Verpackungseinrichtung zu quantifizieren und somit frühzeitig auf unnötigen Ausschuss reagieren zu können.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Verpackungseinrichtung die Verpackung in zwei aufeinanderfolgenden Schritten analysiert. Diese Schritte können die Erfassung der Anwesenheit des Applikationselementes und die Erfassung der Position des Applikationselementes sein. Die Reihenfolge der Erfassung ist dabei beliebig, bevorzugt sind jedoch zunächst die Erfassung der Anwesenheit und die anschließende Erfassung der Position des Applikationselementes an der Verpackung.
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Es ist bevorzugt, das Applikationselement an der Verpackung mittels der Detektion eines reflektierten Anteils elektromagnetischer Strahlung zu erfassen. Der Anwesenheitssensor kann daher entsprechend eingerichtet sein. Insbesondere kann der Anwesenheitssensor als Abstandssensor, insbesondere als optischer Abstandssensor eingerichtet sein. Insbesondere ist ein Laserabstandssensor bevorzugt. Vorzugsweise kann der Anwesenheitssensor die Anwesenheit des Applikationselementes an der Verpackung während der Bewegung der Verpackung an dem Anwesenheitssensor vorbei detektieren.
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Das Ausgabesignal des Anwesenheitssensors (Anwesenheitssignal) kann entweder in dem Anwesenheitssensor selbst verarbeitet werden und/oder einer getrennten Auswerteschaltung zugeführt werden. Das Anwesenheitssignal oder der Pegel des Anwesenheitssignals kann aufrechterhalten werden, bis ein Positionssignal vorliegt, so dass diese beiden Signale miteinander kombiniert werden können.
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Mit Hilfe des Anwesenheitssensors kann insbesondere ein Oberflächenprofil der an dem Anwesenheitssensor vorbeigeführten Verpackung erstellt werden. Dieses Oberflächenprofil zeichnet sich durch zwei steile Flanken zu Beginn und zum Ende der Verpackung aus. Dadurch kann erfasst werden, dass eine Verpackung an dem Anwesenheitssensor vorgeführt wird. Zwischen diesen beiden Flanken, von dem eine eine steigende und eine andere eine fallende Flanke sein kann, kann zumindest eine weitere Flanke beispielsweise eine Unebenheit auf der von dem Anwesenheitssensor überwachten Oberfläche der Verpackung anzeigen. Eine solche Unebenheit kann beispielsweise durch das Applikationselement verursacht sein.
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Da die Verarbeitung der Verpackungen mit beispielsweise mehr als zwanzigtausend Packungen pro Stunde, insbesondere vierzigtausend Packungen pro Stunde und mehr erfolgt, muss die Abtastrate des Anwesenheitssensors hoch sein. Bei einer Verpackung von einer Breite von 50 mm und vierzigtausend Packungen pro Stunde ergibt sich bei einer Stichbreite von 90 mm (Verpackungsbreite + Abstand der Verpackungen zueinander) eine Geschwindigkeit der Verpackungen von 1.000 mm/s.
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Um zum Beispiel eine Auflösung des Anwesenheitssensors von 1 mm auf der Verpackung zu realisieren, ist eine Abtastfrequenz von 1 kHz notwendig. Eine Auflösung von 2 mm auf der Verpackung bedingt eine Abtastfrequenz von 500 Hz. Eine Auflösung von 0,25mm bedingt eine Abtastfrequenz von 4kHz. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass der Anwesenheitssensor eine zeitliche Auflösung von zumindest 500 Hz, vorzugsweise zumindest 1 kHz hat, insbesondere zwischen 1kHz und 4 kHz hat. Die zeitliche Auflösung kann insbesondere die Abtastrate des Anwesenheitssensors sein. Somit ist der Anwesenheitssensor in der Lage, Applikationselemente von einer Mindestbreite von 1 mm bis 0,25mm zu detektieren.
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Es hat sich gezeigt, dass das Abtasten der Oberfläche der Verpackung durch den Anwesenheitssensor insbesondere dann fehleranfällig ist, wenn die Orientierung des Anwesenheitssensors, insbesondere dessen optische Achse parallel zu der Flächennormalen derjenigen Fläche verläuft, die durch den Anwesenheitssensor überwacht werden soll. Um die Auswerteergebnisse verbessern zu können, wird vorgeschlagen, dass eine optische Achse des Anwesenheitssensors winklig, insbesondere in einem spitzen Winkel, vorzugsweise in einem Winkel kleiner 45° zur Flächennormalen der dem Anwesenheitssensor zugewandten Oberfläche der Verpackung angeordnet ist. Somit „schaut“ der Anwesenheitssensor in einem Winkel auf die zu beobachtende Fläche, wobei die optische Achse nicht parallel zu der Flächennormalen der beobachteten Fläche verläuft.
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Wenn der Sensor „schräg“ auf die Oberfläche der Verpackung schaut, so verändert sich der Abstand der zu beobachtenden Oberfläche bei dem Vorbeiführen der Verpackung an dem Anwesenheitssensor. Dies führt zu einer Steigung im Messwert des Anwesenheitssensors zwischen den beiden Flanken, die entstehen, wenn die Verpackung in den Beobachtungsbereich des Sensors eintaucht oder aus dem Beobachtungsbereich des Sensors herausgeführt wird. Die gilt z.B. auch, wenn die optische Achse senkrecht zur Transportrichtung verläuft, aber die zu beobachtende Fläche „schräg“ steht, also seine Flächennormale nicht parallel zu der optischen Achse des Sensors ist. Auch dann tritt eine Steigung im Messwert des Sensors auf.
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Um diese Steigung ausgleichen zu können, wird vorgeschlagen, dass insbesondere ein Differential des Messwerts des Anwesenheitssensors über die Zeit bestimmt wird. Darüber hinaus kann ein Schwellwert für dieses Differential festgelegt werden. Ein erster, höherer Schwellwert kann beispielsweise festgelegt werden, mit dem die Anwesenheit der Verpackung detektiert wird. Ein zweiter, niedrigerer Schwellwert kann beispielsweise definiert sein, der die Anwesenheit des Applikationselements bestimmt. Taucht die Verpackung in den Beobachtungsbereich des Anwesenheitssensors ein, oder wird dieser aus dem Beobachtungsbereich herausgeführt, so hat der Verlauf des Messwerts des Anwesenheitssensors eine steile Flanke mit einem großen Hub. Während die Verpackung mit der Oberfläche, an der das Applikationselement angeordnet ist, an dem Anwesenheitssensor vorbeigeführt wird, hat der Verlauf des Messwerts des Anwesenheitssensors keine oder nur eine geringe Steigung, abhängig von der Anordnung des Anwesenheitssensors zu der Oberfläche, welche beobachtet wird.
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Tritt nun das Applikationselement in den Beobachtungsbereich des Anwesenheitssensors ein oder wird es hieraus herausgeführt, so hat der Verlauf des Messwerts des Anwesenheitssensors eine steile Flanke mit nur einem geringen Hub. Diese steile Flanke mit dem geringen Hub kann ausgewertet werden, um auf die Anwesenheit des Applikationselements schließen zu können.
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Darüber hinaus ist erkannt worden, dass sogenannte Artefakte im Verlauf des Messwerts des Anwesenheitssensors insbesondere dann auftreten können, wenn entlang der optischen Achse des Anwesenheitssensors jenseits des Bereichs, in dem die Verpackung vorbeigeführt wird, eine reflektierende Fläche vorhanden ist. Reflektionen von solchen Flächen können den Verlauf des Messwerts des Anwesenheitssensors beeinflussen. Um die Reflektion durch die Verpackungseinrichtung selbst möglichst gering zu halten, wird vorgeschlagen, dass auf der dem Anwesenheitssensor abgewandten Seite eine Diffusorfläche in der Verpackungseinrichtung angeordnet ist. Dies beugt z.B. dem Sammeln von Falschinformationen vor. Somit ergibt sich eine Anordnung aus einem Anwesenheitssensor, der Führung der Verpackung und anschließend der Diffusorfläche. Die Verpackung wird somit zwischen dem Anwesenheitssensor und der Diffusorfläche geführt.
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Wie bereits erläutert, wird der Anwesenheitssensor dazu eingesetzt, ein Oberflächenprofil der Oberfläche der Verpackung auszuwerten, auf der das Applikationselement angeordnet ist. Es ist auf einer Oberfläche der Verpackung das Applikationselement angeordnet. Die Verpackung wird an dem Anwesenheitssensor so vorbeigeführt, dass die Oberfläche, auf der das Applikationselement angeordnet ist, in Richtung des Anwesenheitssensors weist. Dann kann der Anwesenheitssensor das Applikationselement durch eine Auswertung des Oberflächenprofils der Verpackung erkennen.
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Wie ebenfalls bereits erläutert, ergeben Veränderungen an der Oberfläche eine Veränderung des Verlaufs des Messwerts des Anwesenheitssensors. Diese Veränderung kann durch Auswertung einer Flanke und/oder einer Flankensteilheit des erfassten Verlaufs des Messwerts des Anwesenheitssensors erfolgen. Ein Applikationselement kann eine charakteristische Flanke an einer bestimmten Position oder auch eine charakteristische Flankensteilheit ausweisen. Sowohl die Position als auch die Steigung oder der Hub der Flanke kann durch den Anwesenheitssensor erfasst werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Anwesenheitssensor und dem Positionssensor ein Auslösesensor angeordnet ist. Der Auslösesensor kann zum Auslösen des Positionssensors verwendet werden. Der Positionssensor kann insbesondere durch den Auslösesensor getriggert werden und somit die Position an der nächsten vorbeifahrenden Verpackung erfassen. Das Signal zur Auslösung des Positionssensors kann ebenso von dem Anwesenheitssensor erzeugt werden. Insbesondere durch eine Auswertung der Flanke des Verlaufs des Messwerts des Anwesenheitssensors kann festgestellt werden, wenn eine Verpackung vollständig an dem Anwesenheitssensor vorbeigeführt wurde. Daraufhin kann eine Triggerung des Positionssensors erfolgen, da im Anschluss an das Vorbeiführen der Verpackung an dem Anwesenheitssensor diese an dem Positionssensor vorbeigeführt wird.
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Der Auslösesensor kann vorzugsweise ein berührungsloser Anwesenheitssensor, eine Lichtschranke oder ein Näherungssensor sein. Wird die Verpackung an dem Auslösesensor vorbeigeführt, kann der Positionssensor ausgelöst werden.
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Der Positionssensor ist vorzugsweise eine Kamera, die Bilder der Verpackung aufnimmt. Insbesondere kann der Positionssensor ein Standbild der an dem Positionssensor vorbeigeführten Verpackung aufnehmen. Wann dieses Bild aufgenommen wird, kann abhängig von dem Auslösesignal sein. Durch eine entsprechende Triggerung des Positionssensors kann dieser zu dem richtigen Zeitpunkt auslösen, so dass die Verpackung vollständig im Sichtbereich des Positionssensors ist. Durch Kenntnis der Bewegungsgeschwindigkeit der Verpackung und der Position des Auslösesensors im Verhältnis zum Positionssensor kann bestimmt werden, nach welcher Zeit der Triggerung durch das Auslösesignal der Positionssensor das entsprechende Bild erfasst oder auslöst.
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Das Bild, welches der Positionssensor von der Verpackung aufnimmt, wird insbesondere in einem sogenannten Durchlichtverfahren erfasst. Das bedeutet, dass der Positionssensor eine Gegenlichtaufnahme durchführt. Auf der dem Positionssensor abgewandten Seite der Verpackung ist vorzugsweise eine Leuchtquelle angeordnet. Der Positionssensor nimmt die Verpackung im Gegenlicht auf, so dass die Verpackung einen besonders guten Kontrast auf dem von dem Positionssensor erfassten Bild hat.
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Der Positionssensor ist dazu eingerichtet, eine Fehlposition des Applikationselementes an der Verpackung mittels der Detektion eines transmittierten Anteils elektromagnetischer Strahlung zu erfassen. Hierbei wird insbesondere ein Durchlichtverfahren angewandt. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere dann, wenn das Applikationselement foliert verpackt ist. Im Durchlichtverfahren führt die um das Applikationselement angeordnete Folie zu einer Veränderung der Transmission des Gegenlichts in Richtung des Positionssensors und diese Veränderung kann in dem Bild des Positionssensors erkannt werden. Dadurch können auch solche Applikationselemente detektiert werden, bei denen lediglich die Folierung fehlplaziert ist oder über die äußeren Kanten der Fläche, auf dem das Applikationselement aufgebracht ist, hinaus ragt.
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Vorzugsweise wird zunächst das Bild des Positionssensors ausgewertet und insbesondere die im Bild erkennbaren Kontrastveränderungen. Die Verpackung erscheint in dem Bild vorzugsweise als gegenüber der Leuchtquelle abgehobene Kontur. Mit Hilfe beispielsweise einer Frequenzanalyse lassen sich die Kanten der Verpackung detektieren und somit insbesondere lokalisieren, wo die Verpackung im Bild ist.
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Darüber hinaus, insbesondere anschließend, kann ein Beobachtungsfeld, ein sogenanntes „Area of Interest“ in einem Bereich um die detektierte Verpackung herum bestimmt werden. Insbesondere liegt das Beobachtungsfeld zumindest teilweise außerhalb der Normalprojektion der Verpackung auf eine Sensorebene. Die Sensorebene ist dabei vorzugsweise die Ebene, auf die die Normalprojektion der Verpackung erfolgt. Außerhalb der Normalprojektion soll das Beobachtungsfeld liegen. Dies ist insofern verständlich, als dass Applikationselemente, die nicht korrekt auf der Verpackung aufgebracht sind, insbesondere seitlich von der Verpackung ab- oder überstehen, dann auch außerhalb der Normalprojektion der Verpackung liegen. Gerade solche Applikationselemente sind zu detektieren, da sie beim anschließenden Stapeln der Verpackungen störend sein können oder beschädigt werden können. Um nun solche Applikationselemente zu detektieren, wird das Beobachtungsfeld untersucht und dort ggf. ein Applikationselement detektiert. Ein Detektieren eines Applikationselementes kann dann erfolgen, wenn insbesondere Teile des Applikationselementes in dem Beobachtungsfeld detektiert wurden.
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Das Ausgabesignal des Positionssensors kann entweder in dem Positionssensor selbst verarbeitet werden und/oder einer getrennten Auswerteschaltung zugeführt werden. Das Positionssignal oder der Pegel des Positionssignals kann aufrechterhalten werden, bis ein Anwesenheitssignal vorliegt, so dass diese beiden Signale miteinander kombiniert werden können.
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Es versteht sich, dass das Bild des Positionssensors mehr als nur die Verpackung umfasst und insbesondere einen die Verpackung umgebenden Bereich aufweist. In der Aufnahme des Positionssensors ist die Verpackung vorzugsweise durch scharfe Kontraste gegenüber dem Hintergrund abgezeichnet. Somit kann die Verpackung detektiert werden. In dem Umfangsbereich kann dann das Beobachtungsfeld liegen und dort kann die Detektion des Applikationselementes erfolgen.
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Es versteht sich ferner, dass mit dem Positionssensor ein Bild der beobachteten Oberfläche der Verpackung erstellt werden kann und in diesem Bild mittels bildgebender Verfahren das Applikationselement detektiert werden kann.
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Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass Helligkeitsvariationen im Beobachtungsfeld durch den Positionssensor detektiert werden. Insbesondere ist der Hintergrund der beobachteten Verpackung gleichmäßig ausgeleuchtet. Durch ein überstehendes oder abstehendes Applikationselement kann in dem Beobachtungsfeld der Helligkeitswert verändert werden. Dies führt dazu, dass durch den Positionssensor ein abstehendes Applikationselement detektiert werden kann.
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Jedem Pixel innerhalb des Bildes des Positionssensors kann ein Helligkeitswert zugeordnet werden. Durch ein Applikationselement kann die transmittierte Strahlung zwischen der Leuchtquelle und dem Positionssensor gedämpft sein, so dass ein Helligkeitswert für ein Pixel durch ein überstehendes Applikationselement gegenüber einem nicht gedämpften Helligkeitswert reduziert sein kann.
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Insbesondere wird ein Schwellwert für einen Pixelwert bestimmt. Jeder Bildpunkt (Pixel) innerhalb des von dem Positionssensor aufgenommenen Bildes hat insbesondere zumindest einen Helligkeitswert und/oder zumindest zwei Farbwerte. Insbesondere für einen Helligkeitswert kann ein Schwellwert festgelegt werden. Wenn ein Helligkeitswert eines Pixels unterhalb dieses Schwellwertes liegt, kann auf eine gehinderte Transmission der Hintergrundbeleuchtung geschlossen werden. Ein solcher Pixel kann als Fehlerpixel gewertet werden. Wenn eine bestimmte Anzahl an Pixeln den Schwellwert unterschreitet, so kann auf eine fehlerhafte Positionierung des Applikationselementes geschlossen werden. Auch ist es möglich, die Anzahl der Pixel zu bestimmen, deren Helligkeitswert oberhalb des Schwellwertes liegen und abhängig hiervon auf eine fehlerhafte Positionierung zu schließen.
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Wie bereits erläutert, ist der Hintergrund der Verpackung im Bereich des Positionssensors vorzugsweise gleichmäßig ausgeleuchtet. Die Verpackung wird gemäß einem Ausführungsbeispiel zwischen einer Leuchtquelle und dem Positionssensor geführt. Dabei wird die Verpackung entlang ihrer Bewegungsrichtung zwischen der Leuchtquelle und des Positionssensors bewegt. Die Beobachtungsrichtung des Positionssensors ist winklig zur Bewegungsrichtung der Verpackung.
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Die Leuchtquelle ist gemäß einem Ausführungsbeispiel insbesondere eine Konstantlichtquelle oder eine Blitzlichtquelle. Mit Hilfe des konstanten Lichtes oder Blitzlichtes können überstehende Applikationselemente durchleuchtet werden. Mit Hilfe dieses Durchlichtverfahrens kann der Positionssensor auch beispielsweise transparente Applikationselemente, wie beispielsweise Strohhalme detektieren.
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Bei der gegenständlichen Verpackungseinrichtung ist es notwendig, fehlerhaft applizierte Applikationselemente detektieren zu können. Da die Applikationselemente vorzugsweise adhäsiv oder kohäsiv an der Verpackung befestigt werden, ist es vorteilhaft, wenn zum Zeitpunkt der Anwesenheitserfassung das Applikationselement ausschließlich durch diese adhäsiven oder kohäsiven Verbindungsmittel an der Verpackung gehalten ist. Weitere, insbesondere mechanische Befestigungen des Applikationselementes an der Verpackung zum Zeitpunkt der Anwesenheitserfassung sind vorzugsweise nicht vorgesehen.
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Nachdem die Verknüpfung des Anwesenheitssignals und des Positionssignals erfolgt ist (das Qualitätssignal) und beispielsweise eine Verpackung als „nicht in Ordnung“ qualifiziert wurde, kann dieses Signal zusammen mit der zu diesem Signal passenden Aufnahme des Positionssensors abgespeichert werden. Anschließend kann stromabwärts eine Ausschleusung der als nicht in Ordnung qualifizierten Verpackung vorgesehen sein.
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Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1a-d verschiedene Ansichten einer Verpackung mit einem Applikationselement;
- 2 den Ablauf eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 den Ablauf eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
- 4a den Signalverlauf eines Messwertes des Anwesenheitssensors;
- 4b einen weiteren Signalverlauf eines Messwertes des Anwesenheitssensors;
- 5a eine schematische Ansicht eines korrekt applizierten Applikationselementes auf einer Verpackung;
- 5b eine schematische Ansicht eines fehlerhaft applizierten Applikationselementes auf einer Verpackung;
- 6a eine beispielhafte Verknüpfung von Anwesenheitssignal und Positionssignal;
- 6b eine beispielhafte Verknüpfung von Anwesenheitssignal und Positionssignal.
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1a zeigt eine Verpackung 2 mit einem Applikationselement 4, beispielweise einem Strohhalm. Die Verpackung 2 hat mehrere, insbesondere sechs Oberflächen und das Applikationselement 4 ist auf einer Oberfläche 6 aufgebracht. Dabei kann das Applikationselement insbesondere auf der Oberfläche 6 verklebt sein.
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1b zeigt die Oberfläche 6 mit einem als Löffel gebildeten Applikationselement 4. Zu erkennen ist, dass das Applikationselement 4 aus dem eigentlichen „Werkzeug“ 4b und einer dieses umgebenen Schutzfolie 4a. Insbesondere die Schutzfolie 4a kann bei der gegenständlichen Detektion besonders gut detektiert werden, insbesondere wenn in einem sogenannten Durchlichtverfahren, wie es nachfolgend beschrieben werden wird, gearbeitet wird.
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1c zeigt die Oberfläche 6 mit einem als Strohhalm 4b gebildeten Applikationselement 4, wobei auch der Strohhalm 4b von einer Schutzfolie 4a umgeben ist. In der 1c ist zu erkennen, dass das Applikationselement 4 aus der Normalprojektion der Verpackung 2 zu der Oberfläche 6 herausragt. Die herausragenden Teile können problematisch sein.
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1d zeigt einen Schnitt in der Schnittebene 8, wie sie in der 1a zu erkennen ist. Zu erkennen ist, dass im Schnitt das Applikationselement 4 in Richtung der Flächennormalen 10 der Oberfläche 6 aus der Oberfläche 6 herausragt. 1d zeigt das Applikationselement 4 in einer korrekten Anordnung auf der Oberfläche 6. Auf der Normalprojektion zu dieser Oberfläche 6 der Verpackung 2 ist das Applikationselement 4 vollständig innerhalb der Oberfläche 6. Es steht nichts über, so dass die Verpackung 2 auch über und nebeneinander gestapelt werden können. Eine Beschädigung des Applikationselementes 4 durch aus der Oberfläche 6 herausragende Teile ist nicht zu befürchten.
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Ferner ist in der 1d eine Sensorebene 12 dargestellt. Die Sensorebene 12 ist insbesondere diejenige Ebene, die durch einen Positionssensor und/oder einen Anwesenheitssensor abgetastet wird.
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Eine Verpackung, wie sie in den 1a-d gezeigt ist, wird durch eine Fördervorrichtung 14, beispielsweise einem Transportband oder einer Transportkette oder dergleichen, in Transportrichtung 16 transportiert. Hierbei wird eine Vielzahl von Verpackungen beispielsweise 40.000 Verpackungen pro Stunde transportiert. Ein Stich 18 ist dabei ein Abstand zwischen zwei gleichen Kanten einer Verpackung 2. Bei einer Stichlänge von 90 mm ergibt sich bei 40.000 Verpackungen pro Stunde eine Verpackungsgeschwindigkeit von 1.000 mm pro Sekunde.
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In Transportrichtung 16 können zunächst ein Anwesenheitssensor 20 und anschließend ein Positionssensor 22 angeordnet sein, eine entgegengesetzte Anordnung wie in 3 dargestellt ist, ist jedoch auch möglich.
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Der Anwesenheitssensor 20 ist beispielsweise ein Lasersensor, dessen Beobachtungsachse 24 parallel zur Flächennormalen 10, wie in 2 gezeigt ist, oder winklig zur Flächennormalen 10, wie in 3 gezeigt ist, angeordnet sein kann. Eine Verpackung sollte so auf der Fördervorrichtung angeordnet sein, dass die Flächennormale 10 senkrecht zur Transportrichtung ist. Natürlich kann es vorkommen, dass eine Verpackung schräg auf der Transportvorrichtung 16 transportiert wird. Daher ist die Ausrichtung des Anwesenheitssensors 20 so zu verstehen, dass er zu einer optimal ausgerichteten Verpackung ausgerichtet ist.
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Die Fördervorrichtung 14 ist dergestalt, dass eine Verpackung 2 zwischen dem Anwesenheitssensor 20 und einer Diffusorfläche 26 bewegt wird. Die Diffusorfläche 26 hat eine stark streuende Oberfläche und eine geringe Reflektion. Dadurch wird der Anwesenheitssensor 20 nicht durch Störeinflüsse negativ beeinflusst oder es werden die negativen Einflüsse zumindest minimiert.
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Im Anschluss an den Anwesenheitssensor 20 kann ein Auslösesensor 28, beispielsweise eine Lichtschranke angeordnet sein, die zur Auslösung des Positionssensors 22 dient. In Kenntnis der Position des Auslösesensors 22 relativ zur optischen Achse 30 des Positionssensors 22 kann der Positionssensor 22 korrekt getriggert werden, so dass die Verpackung 2 mittig in einem Bild des Positionssensors 22 positioniert ist.
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Die Verpackung 2 wird durch die Fördervorrichtung 14 zwischen dem Positionssensor 22 und einer Leuchtquelle 32 bewegt. Die Leuchtquelle 32 bewirkt, dass die Aufnahme des Positionssensors 22 eine Gegenlichtaufnahme ist, wodurch sich die Verpackung 2 in besonders gutem Kontrast von ihrer Umgebung abhebt. Die optische Achse 30 ist vorzugsweise parallel zu der Flächennormalen 10.
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Der Anwesenheitssensor 20 gibt ein Anwesenheitssignal aus und der Positionssensor 22 ein Positionssignal und abhängig von diesen beiden Signalen kann eine Ausschleusevorrichtung 34 eine als „nicht in Ordnung“ qualifizierte Verpackung ausschleusen.
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3 zeigt einen ähnlichen Aufbau, wie die 2 mit dem Unterschied, dass die Reihenfolge zwischen Anwesenheitssensor 20 und Positionssensor 22 vertauscht ist. Als weitere Alternative kann optional, anders als in der 2, die Beobachtungsachse 24 des Anwesenheitssensors 20 winklig zur Flächennormalen 10, insbesondere in einem Winkel zwischen 1 und 45°, bevorzugt in einem Winkel von 1 und 15°, insbesondere in einem Winkel zwischen 5 und 10° sein.
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Der Anwesenheitssensor 20 ist insbesondere ein Abstandssensor, der einen Abstand einer Oberfläche 6 zu dem Sensor 20 detektiert und ein entsprechendes Messsignal ausgibt. Ein solches Messsignal ist beispielhaft in den 4a und 4b dargestellt.
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4a zeigt beispielhaft ein Messsignal 36 eines Anwesenheitssensors 20 bei einer Verpackung 2, auf dessen Oberfläche 6 kein Applikationselement 4 aufgebracht ist.
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Das Messsignal 36 weist eine steile erste Flanke 36a auf. Diese Flanke 36a tritt auf, wenn in Transportrichtung 16 gesehen eine Vorderkante der Verpackung 2 die Beobachtungsachse 24 des Sensors 20 schneidet. Anschließend fährt die Verpackung 2 an dem Sensor 20 vorbei und das Messsignal 36 hat ein flaches Plateau 36.
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In dem Moment, in dem die Verpackung 2 in Transportrichtung 16 gesehen mit ihrer hinteren Kante die Beobachtungsachse 24 schneidet, tritt die Verpackung 2 aus dem Beobachtungsfeld des Anwesenheitssensors 20 heraus und das Messsignal 36 hat eine stark abfallende Flanke 36c.
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Das Messsignal 36 wird vorzugsweise abgetastet, mit einer Abtastrate von 500 Hz bis 4 kHz, insbesondere 1 kHz. Bei einer Packungsbreite von 50 mm und einer Verpackungsgeschwindigkeit von 1.000 mm/s ist die Dauer des Plateaus 36 50 ms. Bei einer Abtastrate von 1 kHz ergeben sich 50 Messwerte entlang des Plateaus 36b.
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Zur besseren Auswertung kann das Messsignal 36 abgeleitet werden und die Ableitung 38 ist schematisch in der 4a unten dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Flanken 36a, c jeweils Peaks in der Ableitung 38 darstellen. Weiterhin zu erkennen ist, dass zwischen den beiden Peaks kein weiterer Peak vorhanden ist, so dass daraus geschlossen werden kann, dass die Verpackung 2 an der Oberfläche 6 eben ist. Das kann bedeuten, dass kein Applikationselement 4 auf der Verpackung 2 angeordnet ist. Der Anwesenheitssensor 20 kann ein entsprechendes Anwesenheitssignal (LOW) ausgeben.
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Das Messsignal 36 unterscheidet sich hiervon bei einem vorhandenen Applikationselement 4, wie in der 4b gezeigt ist. Die Flanken 36a, c sind gleich. Im Bereich des Plateaus 36b zeigt das Messsignal 36 jedoch eine Veränderung auf. Wenn das Applikationselement 4 in den Bereich der Beobachtungsachse 24 eintritt oder aus der Beobachtungsachse 24 austritt, so verändert sich der Abstand der Oberfläche 6 oder des Verpackungselements 4 der Verpackung 2 von dem Anwesenheitssensor 20. Diese Veränderung ist durch die Flanken 36d und 36e erkennbar. Dieses Messsignal 36 zeigt in seiner Ableitung 38 zwischen den beiden äußeren Peaks jeweils zwei weitere Peaks, die die Oberflächenveränderung durch das Applikationselement 4 darstellen.
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Bei einer entsprechenden Auswertung des Messsignals 36 oder dessen Ableitung 38 kann beispielweise ein Schwellwert 40 gesetzt werden, den der Betrag der Ableitung 38 überschreiten muss. Wird diese Überschreitung beispielsweise zweifach detektiert, so kann auf ein appliziertes Applikationselement 4 geschlossen werden und der Anwesenheitssensor kann ein Anwesenheitssignal (HIGH) ausgeben.
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Nach der Erfassung des Messsignals 36 fährt die Verpackung 2 durch den Auslösesensor 28 und nach einer entsprechend der Transportgeschwindigkeit berechneten Zeit wird der Positionssensor 22 ausgelöst. Das Auslösen kann auch ausgehend von der Flanke 36c des Messsignals 36 erfolgen.
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Zum Auslösezeitpunkt ist die Leuchtquelle 32 aktiviert. Insbesondere wenn diese eine Blitzlichtquelle ist, blitzt die Leuchtquelle 32 synchronisiert mit der Aufnahme des Positionssensors 22.
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Insbesondere erfolgt die Auslösung des Positionssensors 22, wenn die Verpackung 2 rechnerisch mittig zu der optischen Achse 30 ist.
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5a zeigt ein Bild 42 der Verpackung 2 samt Applikationselement 4, wie es durch den Positionssensor 22 erfasst wird. Das Bild 42 ist vorzugsweise schwarz-weiß und zeigt das Applikationselement 4 nicht oder nur mit sehr geringen Kontrasten gegenüber der Oberfläche 6. Es sind lediglich vorzugsweise die äußeren Umrisskanten der Verpackung 2 zu erkennen. Abhängig von der Detektion des Umrisses der Verpackung 2 können ein oder mehrere Beobachtungsfelder 44 in dem jeweiligen Bild 42 definiert werden. Die Positionierung der Beobachtungsfelder 44 kann statisch sein und für jedes Bild 42 gleich sein oder kann dynamisch erfolgen und zwar zunächst abhängig von der Detektion der Außenkanten der Verpackung 2 im Bild 42 und dann relativ zu diesen Außenkanten der Verpackung 2.
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Anschließend können Pixelwerte von Pixeln innerhalb der Beobachtungsfelder 44 ausgewertet werden.
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In dem in 5a dargestellten Beispiel sind die Beobachtungsfelder 44 frei von Obstruktionen. Dies bedeutet, dass die Helligkeitswerte aller dort angesiedelten Pixel nahezu gleich sein müssten, insbesondere einen unteren Grenzwert nicht unterschreiten. In diesem Fall kann die Verpackung 2 durch den Positionssensor 22 als „in Ordnung“ qualifiziert werden, insbesondere kann der Positionssensor 22 ein Positionssignal HIGH ausgeben, welches bedeutet, dass das Applikationselement 4 nicht über die Außenkanten der Verpackung 2 hinausragt.
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Anders ist dies in dem Bild 42, wie es in der 5b gezeigt ist.
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Auch hier wurde zunächst die Verpackung 2 in dem Bild 42 anhand der Kontrastveränderungen an deren Außenkanten detektiert. Die dann um die Verpackung 2 herum angeordneten Beobachtungsfelder 44 werden anschließend ausgewertet. Zu erkennen ist, dass in dem links oben angeordnetem Beobachtungsfeld 44 das Applikationselement 4 liegt. Das bedeutet, dass das Applikationselement 4 das Licht der Leuchtquelle 32 dämpft und/oder streut. Insbesondere kann das Applikationselement 4 eine Folie und/oder ein durchsichtiger Strohhalm oder Löffel sein, so dass weiterhin, wenn auch gedämpft, Licht von der Leuchtquelle 32 zu dem Positionssensor 22 gelangt.
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Durch das Gegenlichtverfahren erfolgt jedoch eine Veränderung des Helligkeitswertes in dem Bereich des Beobachtungsfeldes 44, in dem das Applikationselement 4 ist.
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Durch Auswertung der Helligkeitswerte der Pixel ergibt sich beispielsweise, dass eine Mindestanzahl an Pixel einen unteren Helligkeitsgrenzwert unterschreitet. Ist dies der Fall, so kann das Positionssignal beispielsweise LOW sein. Dies kann bedeuten, dass das Applikationselement 4 außerhalb der Oberfläche 6 oder der Projektion entlang der Flächennormalen 10 der Oberfläche 6 liegt.
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Das Anwesenheitssignal 46 vom Anwesenheitssensor 20 und das Positionssignal 48 vom Positionssensor 22 kann der Logikschaltung 50 zugeführt werden. Beispielsweise kann das Anwesenheitssignal HIGH sein, wenn ein Applikationselement 4 detektiert wurde und LOW sein, wenn kein Applikationselement 4 detektiert wurde. Das Positionssignal 48 kann HIGH sein, wenn, wie in 5a, kein Überstand des Applikationselementes 4 aus der Oberfläche 6 detektiert wurde und LOW, wenn, wie in 5b gezeigt, ein Überstand eines Applikationselementes 4 aus der Oberfläche 6 detektiert wurde.
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Die Logikschaltung 50 kann ein UND-Gatter sein. Wenn beide Signale HIGH sind, so wird ein „in Ordnung“ ausgegeben und die Ausschleusevorrichtung 34 schleust die Verpackung 2 nicht aus. Anderenfalls, wenn eines der Signale LOW ist, ist das Ausgangssignal der Logikschaltung 50 LOW und wird hierdurch beispielsweise die Ausschleusevorrichtung 34 aktivieren. In diesem Fall kann gleichzeitig der Pegel des Anwesenheitssignals 46 und des Positionssignals 48 als auch gegebenenfalls das Bild 42 in einem Datenlogger 52 gespeichert werden.
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6b zeigt ein weiteres Beispiel einer Logikschaltung 50, bei der die gleichen Signale 46, 48 wie zuvor an inventierenden Eingängen eingespeist werden. Das bedeutet, wenn einer der Eingangssignalpegel LOW ist und die Logikschaltung 50 eine ODER-Schaltung ist, erfolgt am Ausgang ein Aktivierungssignal für die Ausschleusevorrichtung 34. Gleichzeitig wird in dem Datenlogger 52 ein Bild 42 als auch die Signalpegel der Signale 46, 48 gespeichert.
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Mit Hilfe der gezeigten Vorrichtung ist es möglich, eine korrekte Applikation von Applikationselementen auf Verpackungen detektieren zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Verpackung
- 4
- Applikationselement
- 6
- Oberfläche
- 8
- Schnittebene
- 10
- Flächennormale
- 12
- Sensorebene
- 14
- Fördervorrichtung
- 16
- Transportrichtung
- 18
- Stich
- 20
- Anwesenheitssensor
- 22
- Positionssensor
- 24
- Beobachtungsachse
- 26
- Diffusorfläche
- 28
- Auslösesensor
- 30
- optische Achse
- 32
- Leuchtquelle
- 34
- Ausschleusevorrichtung
- 36
- Messsignal
- 38
- Ableitung des Messsignals
- 40
- Schwellwert
- 42
- Bild
- 44
- Beobachtungsfeld
- 46
- Anwesenheitssignal
- 48
- Positionssignal
- 50
- Logikschaltung
- 52
- Datenlogger
