DE102018121573B3

DE102018121573B3 - Inspektionssystem zur inspektion einer mantelfläche eines dreidimensionalen prüfobjekts sowie dessen verwendung und zugehöriges verfahren

Info

Publication number: DE102018121573B3
Application number: DE102018121573.8A
Authority: DE
Inventors: Oliver Habermann; Bertram Burkhardt; Ulf Porth
Original assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Current assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2038-09-05
Also published as: US20210190482A1; WO2020049002A1; US11506616B2; EP3847445A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Inspektionssystem und ein Verfahren zur Inspektion einer Mantelfläche eines dreidimensionalen Prüfobjekts sowie eine Verwendung eines solchen Inspektionssystems. Das Inspektionssystem weist auf: (i) eine um eine erste Rotationsachse rotierbar gelagerte Förderstruktur, die eine Mehrzahl von Objektträgern aufweist, welche jeweils als Halterung für ein zu inspizierendes Prüfobjekt konfiguriert sind, wobei die Förderstruktur eingerichtet ist, bei ihrer Rotation die Objektträger sequentiell durch einen Inspektionsbereich zu bewegen; (ii) einen um eine zweite Rotationsachse rotierbar gelagerten Facettenspiegel, an dessen Umfang jeweils als Spiegelelement ausgebildete Facetten vorgesehen sind, so dass die Spiegelelemente zumindest entlang eines umlaufenden Streifens entlang dem Umfang des Facettenspiegels aufgereiht sind; und (iii) eine optische Inspektionsvorrichtung, die auf den Facettenspiegel so ausgerichtet ist, dass durch diesen der Inspektionsbereich auf die Inspektionsvorrichtung optisch abgebildet wird. Dabei ist das Inspektionssystem eingerichtet, die Förderstruktur und den Facettenspiegel auf koordinierte Weise derart in gegenläufigem Drehsinn zu rotieren, dass jeder der Objektträger während seines Durchlaufs durch den Inspektionsbereich von genau einer der Facetten auf die Inspektionsvorrichtung abgebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Inspektionssystem und ein Verfahren zur Inspektion einer Mantelfläche eines dreidimensionalen Prüfobjekts, insbesondere eines auf oder an der Mantelfläche erzeugten Druckbilds, sowie eine Verwendung eines solchen Inspektionssystems zu dem genannten Zweck.
Das Prüfobjekt kann insbesondere ein Hohlkörper, wie etwa ein Becher oder eine Flasche oder ein anderes Gefäß sein. Zudem kann das Prüfobjekt, ohne dass dies als Limitierung zu verstehen ist, eine Punkt- oder Achsensymmetrie, insbesondere eine Rotationssymmetrie, aufweisen.
Bei einer Reihe verschiedener Anwendungen kann es erforderlich sein, zuvor produzierte dreidimensionale Objekte, insbesondere Hohlkörper, nach deren Fertigung oder einer Oberflächenbehandlung, insbesondere Bedruckung, derselben einer optischen Inspektion zu unterziehen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn Flaschen oder andere Gefäße bedruckt oder mit einem Aufkleber bzw. Etikett versehen werden, und das Ergebnis dieses Prozessschrittes anschließend mittels optischer Inspektion der, dann hier als „Prüfobjekte“ bezeichneten, dreidimensionalen Objekte überprüft werden soll.
Bei einigen bekannten Lösungen wird ein Förderer eingesetzt, der eine Mehrzahl von Prüfobjekten auf einer Kreisbahn durch einen Inspektionsbereich bewegt. Dabei wird jedes der Prüfobjekte, während es sich in dem Inspektionsbereich befindet, optisch mittels feststehender Spiegel auf eine Inspektionsvorrichtung, insbesondere eine Kamera abgebildet, mit deren Hilfe eine optische Inspektion des jeweiligen Prüfobjekts, d.h. vor allem von dessen Mantelfläche, erfolgt.
Oftmals muss eine solche Inspektion der Prüfobjekte sehr schnell erfolgen, sodass für die Überprüfung eines einzelnen Prüfobjekts nur eine sehr geringe Zeitspanne zur Verfügung steht und eine Vielzahl solcher Prüfobjekte in kurzer Zeit effizient inspiziert werden müssen.
Aus DE 37 04 381 A1 ist ein Verfahren zum Prüfen von Strangpressprofilen auf Abweichungen von der Querschnittsform bekannt, wobei die Prüfung an den Stirnflächen der abgelängten extrudierten Strangpressprofile, erfolgt, deren Bewegung durch einen Drehgeber gemessen wird mittels eines Lichtstrahles, der unter einem Winkel zwischen 45 und 135 Grad auf die Stirnflächen auftrifft.
Aus DE 195 11 854 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung von kleinen Gegenständen, insbesondere Tabletten, bekannt. Dabei sind die Gegenstände zum Überprüfen mittels Unterdruck an sich um Achsen drehenden Trägern gehalten und zur Erzielung hoher Geschwindigkeiten und einer guten Reinigungsfähigkeit zwecks Vermeidung von Kreuzkontaminationen ist vorgesehen, dass die Gegenstände durch den Unterdruck gegen im Wesentlichen koaxial angeordnete Umfangsflächen der Träger gesogen sind.
Aus DE 10 2010 032 410 B4 A1 ist eine Inspektionsvorrichtung zur Untersuchung von Gefäßen an einer diese Gefäße bearbeitenden Bearbeitungsmaschine, während dabei die Gefäße in einer Inspektionsposition an der Bearbeitungsmaschine fest angeordnet sind, bekannt. Die Inspektionsvorrichtung weist eine Kamera mit einem ersten Optikelement auf, die mit einer Bildverarbeitungseinheit gekoppelt ist und die ortsfest in Bezug auf eine Inspektionsposition an der Bearbeitungsmaschine für die zu inspizierenden Gefäße zur Bildaufnahme von zumindest einer Ansicht in Richtung einer Gefäßöffnung angeordnet ist. Die Inspektionsvorrichtung weist weiterhin ein zweites, beweglich gelagertes Optikelement auf, das mit der Kamera zur Bildaufnahme von zumindest einer Ansicht in Richtung einer von der Gefäßöffnung abgewandten Seite des zu inspizierenden Gefäßes in operativer Verbindung steht, und weist zudem Mittel auf, um das zweite Optikelement zur Bildaufnahme zu verfahren und zurückzuziehen, damit das nächste zu inspizierende Gefäß sungehindert die Inspektionsposition einnehmen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Inspektion von dreidimensionalen Prüfobjekten weiter zu verbessern. Insbesondere ist es wünschenswert, dabei einen hohen Durchsatz von Prüfobjekten, d. h. eine hohe Prozessgeschwindigkeit zu erreichen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Inspektionssystem zur Inspektion einer Mantelfläche eines dreidimensionalen Prüfobjekts, insbesondere eines auf oder an der Mantelfläche erzeugten Druckbilds. Das Inspektionssystem weist auf: (i) eine um eine erste Rotationsachse rotierbar gelagerte Förderstruktur, die eine Mehrzahl N von Objektträgern aufweist, welche jeweils als Halterung für ein zu inspizierendes Prüfobjekt konfiguriert sind. Dabei ist die Förderstruktur eingerichtet, bei ihrer Rotation die Objektträger sequentiell durch einen Inspektionsbereich zu bewegen, durch den ein Wegabschnitt der durch die Rotation der Förderstruktur definierten Bahnkurve der Objektträger läuft; (ii) einen um eine zweite Rotationsachse rotierbar gelagerten Facettenspiegel, an dessen Umfang eine Anzahl M von jeweils als Spiegelelement ausgebildete Facetten vorgesehen sind, so dass die Spiegelelemente zumindest entlang eines umlaufenden Streifens entlang dem Umfang des Facettenspiegels aufgereiht sind; und (iii) eine optische Inspektionsvorrichtung, die auf den Facettenspiegel so ausgerichtet ist, dass durch diesen der Inspektionsbereich auf die Inspektionsvorrichtung optisch abgebildet wird. Dabei ist das Inspektionssystem eingerichtet, die Förderstruktur und den Facettenspiegel auf koordinierte Weise derart in gegenläufigem Drehsinn zu rotieren, dass jeder der Objektträger während seines Durchlaufs durch den Inspektionsbereich von genau einer der Facetten auf die Inspektionsvorrichtung abgebildet wird.
Unter einer „Mantelfläche“ eines dreidimensionalen Prüfobjekts ist im Sinne der Erfindung derjenige Teil der Oberfläche eines Prüfobjekts zu verstehen, der zusätzlich zu einer gegebenenfalls vorhandenen Grundfläche und/oder Deckfläche vorhanden ist. Senkrecht zur Rotationsachse verlaufende Grund- bzw. Deckflächen zählen, soweit vorhanden, also nicht zur Mantelfläche. Das Prüfobjekt kann dabei insbesondere eine Rotationssymmetrie aufweisen, wie dies etwa bei einem Zylinder oder Kegel der Fall wäre. Allerdings muss das Prüfobjekt keine Symmetrie, insbesondere keine Rotationssymmetrie aufweisen. Die Mantelfläche kann insbesondere auch aus mehreren Teilflächen (Seitenflächen) zusammengesetzt sein (so bilden bei einer Pyramidenform die dreieckigen Seitenflächen, die an der gegenüber der nicht zur Mantelfläche gehörenden Grundfläche der Pyramide liegenden Spitze zusammenlaufen, zusammen die Mantelfläche der Pyramide, und z. B. bei einem Rechteck, dessen nicht senkrecht zur Rotationsachse stehenden Seitenflächen).
Unter einer „Förderstruktur“ im Sinne der Erfindung ist ein Körper zu verstehen, der eingerichtet ist, ein oder mehrere Prüfobjekte entlang einer definierten Bahnkurve zu fördern. Ohne darauf beschränkt zu sein, kann die Förderstruktur insbesondere die Form eines Rotationskörpers, insbesondere eines radförmigen Körpers (nachfolgend: „Objektträgerrad“), annehmen.
Unter einem „Objektträger“ im Sinne der Erfindung ist eine körperhafte Struktur zu verstehen, die eingerichtet ist, zumindest ein zu inspizierendes Prüfobjekt im Sinne einer, insbesondere mechanisch, magnetisch und/oder anderweitig ausgestalteten, Halterung zu halten, insbesondere so, dass das Prüfobjekt bei einer Rotation der Förderstruktur, an welcher der Objektträger vorgesehen ist, zusammen mit dem Objektträger, zumindest im Wesentlichen, entlang von dessen Bahnkurve bewegt wird.
Die Begriffe „Rotation“ bzw. „rotieren“ bzw. „rotierbar“ usw. beziehen sich jeweils auf eine Eigendrehung (Spin) eines Körpers, die von einer Drehbewegung des Körpers entlang einer Bahnkurve, welche gegebenenfalls auch zusätzlich dazu oder auch ohne Rotation des Körpers erfolgen kann, zu unterscheiden ist.
Unter einem „Facettenspiegel“ im Sinne der Erfindung ist eine vorzugsweise punkt- oder rotationssymmetrische, insbesondere zylindrische, körperliche Struktur zu verstehen, an deren Umfang M > 1 jeweils als Spiegelelement ausgebildete einzelne Teilflächen (sog. „Facetten“ oder „Segmente“) vorgesehen sind, so dass die Spiegelelemente zumindest entlang eines umlaufenden Streifens entlang dem Umfang des Facettenspiegels aufgereiht sind. Insbesondere können die einzelnen Spiegelelemente zusammen eine Parkettierung des Streifens bilden. Dabei können die Facetten insbesondere vollverspiegelt sein, jedenfalls entlang einer der Laufrichtung des o. g. Streifens entsprechenden Richtung. Alternativ ist jedoch auch eine Teilverspiegelung denkbar, soweit dabei gewährleistet ist, dass jeder der Objektträger während seines Durchlaufs durch den Inspektionsbereich von genau einer der Facetten auf die Inspektionsvorrichtung abgebildet wird.
Unter einem „Inspektionsbereich“ im Sinne der Erfindung ist ein räumlicher Bereich entlang der Bahnkurve der Objektträger bei ihrer Drehung aufgrund der Rotation der Förderstruktur zu verstehen, in dem eine optische Abbildung der durch sie gehaltenen Prüfobjekte mittels des Facettenspiegels auf die Inspektionsvorrichtung zum Zwecke der zumindest abschnittsweisen optischen Inspektion der Mantelfläche der Prüfobjekte erfolgt. Der Inspektionsbereich entspricht bzw. beinhaltet somit einem Raumbereich, den ein Objektträger bzw. ein dadurch gehaltenes Prüfobjekt während einer N-tel Rotation der Förderstruktur entlang seiner Bahnkurve durchläuft (vgl. beispielhaften schraffierten Bereich in 1).
Unter „konfiguriert“ oder „eingerichtet“ ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die entsprechende Vorrichtung bereits eingerichtet ist oder einstellbar - d.h. konfigurierbar - ist, eine bestimmte Funktion zu erfüllen. Die Konfiguration kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Einstellung von Parametern eines Prozessablaufs oder von Schaltern oder ähnlichem zur Aktivierung bzw. Deaktivierung von Funktionalitäten bzw. Einstellungen erfolgen. Insbesondere kann die Vorrichtung mehrere vorbestimmte Konfigurationen oder Betriebsmodi aufweisen, so dass das konfigurieren mittels einer Auswahl einer dieser Konfigurationen bzw. Betriebsmodi erfolgen kann.
Bei einem Inspektionssystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung können Prüfobjekte mit hohem Durchsatz in kurzer Zeit geprüft werden, während diese mittels der Förderstruktur bewegt werden, ohne dass dazu ein Anhalten der Förderstruktur für den Prüfvorgang erforderlich wäre. Insbesondere kann die Inspektionsvorrichtung dabei ortsfest und unbewegt bleiben, wodurch sich die Qualität der Inspektion gegenüber Lösungen, bei denen sie bewegt werden muss, etwa bei einer nachgeführten Kamera, verbessern lässt. Dadurch, dass die Rotationen der Förderstruktur sowie des Facettenspiegels koordiniert, insbesondere synchron, ablaufen, ist es möglich, die optische Inspektion eines Prüfobjekts über den gesamten im Inspektionsbereich verlaufenden Wegabschnitt seiner Bahnkurve hinweg zu erstrecken, was insbesondere auch ermöglicht, das Prüfobjekt aus verschiedenen Blickwinkeln zu inspizieren, selbst wenn dieses selbst nicht rotiert.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Inspektionssystems beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
Gemäß zueinander alternativen Ausführungsformen ist das Inspektionssystem eingerichtet, die Förderstruktur und den Facettenspiegel auf koordinierte Weise derart in gegenläufigem Drehsinn zu rotieren, dass eine der folgenden Bedingungen zutrifft:

(a) N = M und die Drehzahl des Facettenspiegels stimmt, zumindest im Wesentlichen, mit derjenigen der Förderstruktur überein;
(b) N > M und die Drehzahl des Facettenspiegels ist kleiner als diejenige der Förderstruktur;
(c) N < M und die Drehzahl des Facettenspiegels ist größer als diejenige der Förderstruktur.

Bei einigen Ausführungsformen ist zumindest einer der Objektträger eingerichtet, ein Prüfobjekt so zu halten, dass dieses zugleich eine Rotation durchführen kann. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass das Prüfobjekt, insbesondere dann, wenn es den Inspektionsbereich durchläuft, eine Rotation durchführt, wodurch ein gegenüber dem Fall ohne Rotation größerer Bereich seiner Oberfläche während derselben Zeit inspiziert werden kann. Insbesondere kann so, wenn die Periode der Rotation größer ist als die Durchlaufzeit des Prüfobjekt durch den Inspektionsbereich, eine Runduminspektion des Prüfobjekts erfolgen.
Insbesondere kann bei einigen dieser Ausführungsformen der zumindest eine Objektträger eingerichtet sein, das von ihm gehaltene Prüfobjekt während der Rotation der Förderstruktur in eine Rotation mit einer Drehzahl zu versetzen, die größer oder gleich dem M-ten Teil der Drehzahl des Facettenspiegels ist. Auf diese Weise kann die Rotation aktiv durch den Objektträger bewirkt werden und insbesondere die genannte Runduminspektion des Prüfobjekts erfolgen, da der M-te Teil der Drehzahl des Facettenspiegels der Durchlaufzeit des Prüfobjekts durch den Inspektionsbereich entspricht und dabei das vom Objektträger gehaltene Prüfobjekt von einer einzigen jeweiligen Facette des Facettenspiegels durchgängig auf die Inspektionsvorrichtung abgebildet wird.
Bei einigen Ausführungsformen ist zumindest einer der Objektträger als Aufnahme für ein als Hohlkörper, insbesondere als Flasche oder als Becher, ausgebildetes Prüfobjekt ausgebildet. Dazu kann der Objektträger insbesondere einen Halterungsdorn für einen Hohlkörper aufweisen. Auf diese Weise ist das Inspektionssystem insbesondere dazu geeignet, Bedruckungen oder Etiketten von Gefäßen, wie insbesondere von Flaschen oder Becher, zu inspizieren, wobei ein solches im Falle der Verwendung des Halterungsdorns auf diesen so aufgesteckt werden kann, dass dieser in das Gefäß bzw. den Hohlkörper durch eine Öffnung desselben eingeführt wird und somit zugleich eine Rotationsachse für seine Rotation bildet. Der Aufnahmedorn kann insbesondere eine zylindrische Form aufweisen und kann zudem optional zu seinem distalen Ende hin verjüngt sein, insbesondere eine spitze oder abgerundete Form aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen bzw. Varianten ist der auf die erste Rotationsachse bezogene maximale Radius der Förderstruktur kleiner als der geringste Abstand zwischen der ersten Rotationsachse und dem Umfang des Facettenspiegels. Dies ermöglicht es insbesondere die Förderstruktur und den Facettenspiegel lateral zueinander benachbart anzuordnen, sodass die Inspektion der Prüfobjekte von außerhalb der Förderstruktur aus erfolgt. Alternativ sind auch andere Varianten denkbar, bei denen der geringste Abstand zwischen der ersten Rotationsachse und dem Umfang des Facettenspiegels der Facettenspiegel kleiner als der der auf die erste Rotationsachse bezogene maximale Radius der Förderstruktur ist, wobei dann der Facettenspiegel so angeordnet ist, dass er die Prüfobjekte beim Durchlaufen des Inspektionsbereichs von der Innenseite ihrer Bahnkurve aus auf die Inspektionsvorrichtung abbildet. Letztere Varianten ermöglichen eine besonders kompakte Ausführung der Inspektionsvorrichtung.
Bei einigen Ausführungsformen verlaufen die erste und die zweite Rotationsachse, zumindest im Wesentlichen, parallel zueinander. Auf diese Weise kann die Form des Facettenspiegels besonders einfach, insbesondere rotationssymmetrisch gewählt werden, da die Flächen der einzelnen Facetten vollständig parallel zur zweiten Rotationsachse des Facettenspiegels verlaufen können, und bei der optischen Abbildung der Prüfobjekte auf die Inspektionsvorrichtung durch den Facettenspiegel keine in verschiedenen Richtungen verlaufende Rotationsachsen berücksichtigt werden müssen.
Bei einigen Ausführungsformen deckt jedes der Spiegelelemente einen gleich großen Winkelabschnitt des Umfangs des Facettenspiegels entlang des Streifens ab. Dies ermöglicht eine besonders regelmäßige Geometrie des Facettenspiegels und erlaubt es zudem für jedes der Prüfobjekte eine gleichlange und insbesondere jeweils maximal große Inspektionsdauer zu ermöglichen, ohne dass dazu die Drehzahlen der Förderstruktur oder des Facettenspiegels variabel angepasst werden müssten.
Bei einigen Ausführungsformen ist zumindest einer der Objektträger in radialer Richtung beweglich an der Förderstruktur angeordnet und dabei zumindest in einem Wegabschnitt entlang dieser radialen Richtung mit einer von der ersten Rotationsachse aus gesehen in der radialen Richtung nach außen wirkenden Kraft beaufschlagt. Auf diese Weise sind die Objektträger zu einem gewissen Maße flexibel an der Förderstruktur befestigt und können so von außen in radialer Richtung auf die Rotationsachse zu einwirkenden Kraftkomponenten nachgeben und bei Wegfall der Krafteinwirkung von alleine wieder ihre Normalstellung bzw. Ausgangsstellung einnehmen.
Dies ist insbesondere bei solchen Ausführungsformen des Inspektionssystems vorteilhaft, bei denen sämtliche der Objektträger in radialer Richtung beweglich an der Förderstruktur angeordnet sind und das Inspektionssystem des Weiteren eine Manipulationsvorrichtung aufweist, die konfiguriert ist, die Bahnkurve jedes Objektträgers, während dieser den Inspektionsbereich der Bahnkurve durchläuft, so durch temporäre Änderung der radialen Position des Objektträgers an der Förderstruktur zu manipulieren, dass in dem Inspektionsbereich die Variation des Abstands des Objektträgers von der Rotationsachse des Facettenspiegels zumindest geringer ist als im Falle einer rein kreisförmigen Bahnkurve des Objektträgers oder unterbleibt. Das kann vorteilhaft für die Verbesserung der optischen Abbildung des Prüfobjekts durch den Facettenspiegel auf die Inspektionsvorrichtung genutzt werden, da somit die mit der Abstandsvariation verbundene optische Unschärfe der Abbildung verringert oder sogar beseitigt werden kann, was die Qualität der Inspektion fördert. Insbesondere kann so, je nach Qualitätsanforderung, gegebenenfalls auch auf eine optische Autofokussierungsvorrichtung verzichtet werden. Die Manipulationsvorrichtung kann insbesondere als feststehende(s) oder jeweils rotierbare(s) Rad, Rolle oder Walze ausgebildet sein.
Zusätzlich kann die Manipulationsvorrichtung des Weiteren eingerichtet sein, an den Objektträgern gehaltene Prüfobjekte in Rotation zu versetzen. So lässt sich die Manipulationsvorrichtung, insbesondere wenn sie als Rad ausgebildet ist, zugleich für einen weiteren Zweck, nämlich den Antrieb der Prüfobjekte, um diese in Rotation zu versetzen, eingesetzt werden, wodurch sich eine besonders effiziente Lösung erreichen lässt. Insbesondere kann die Manipulationsvorrichtung dazu rotierbar angetrieben sein. Dabei können jeweilige Antriebe der Förderstruktur und der Manipulationsvorrichtung vorteilhaft so konfiguriert sein, dass sie die Förderstruktur bzw. die Manipulationsvorrichtung jeweils in eine Rotation versetzen können, bei der die Umfangsgeschwindigkeit der Manipulationsvorrichtung höher ist als die der Förderstruktur. Auf diese Weise kann die Manipulationsvorrichtung aufgrund der auftretenden Relativgeschwindigkeit ihres Umfangs bezüglich des Umfangs der ebenfalls rotierenden Förderstruktur, die an den Objektträgern rotierbar gelagerten Prüfobjekte jeweils in Rotation versetzen, insbesondere bevor und/oder während diese jeweils den Inspektionsbereich durchlaufen. Insbesondere kann die Manipulationsvorrichtung mit der Förderstruktur und/oder dem Facettenspiegel bezüglich ihres Antriebs gekoppelt sein, wobei eine höhere Drehzahl der Manipulationsvorrichtung insbesondere mittels einer geeigneten Übersetzung realisiert sein kann.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Manipulationsvorrichtung zudem mit einem angetriebenen Riemen versehen, der insbesondere ein Zahn- oder Flachriemen sein kann. Er ist so zu der Förderstruktur benachbart angeordnet, dass er gleichzeitig zumindest zwei an entsprechenden Objektträgern außerhalb des Inspektionsbereichs der Bahnkurve gehaltene Prüfobjekte erfassen und in Rotation versetzen kann, bevor diese auf ihrem Wege entlang der durch die Rotation der Förderstruktur definierten Bahnkurve den Inspektionsbereich erreichen. So lassen sich auf effiziente Weise gleichzeitig mehrere der Prüfobjekte in Rotation versetzen.
Bei einigen Ausführungsformen weist die optische Inspektionsvorrichtung eine Zeilenkamera auf, deren Aufnahmezeile, zumindest im Wesentlichen, parallel zur Rotationsachse des Facettenspiegels verläuft. Auf diese Weise werden die Prüfobjekte während sie den Inspektionsbereich durchlaufen, über eine entsprechende Facette des Facettenspiegels auf die Zeilenkamera abgebildet, wobei sie kontinuierlich optisch „abgetastet“ werden, sodass sich durch Aneinanderreihung der zeilenmäßigen Aufnahmen der Zeilenkamera ein Gesamtbild der abgetasteten Oberfläche des jeweiligen Prüfobjekts ergibt. So lässt sich auf effiziente Weise schon mit einer einfachen Zeilenkamera eine Inspektion der Prüfobjekte vornehmen. Aufgrund der Eindimensionalität (Zeile) der Aufnahmen lassen sich zudem auf einfache Weise Abbildungsfehler vermeiden, wie sie bei einer zweidimensionalen Abbildung typischerweise zu erwarten wären.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Inspektionsvorrichtung, insbesondere zusätzlich oder alternativ zu einer Manipulationsvorrichtung, eine Autofokusfunktion auf. Dies kann genutzt werden, um die Qualität der optischen Abbildung der Prüfobjekte auf die Inspektionsvorrichtung weiter zu verbessern, insbesondere um gegebenenfalls verbliebene Unschärfen bei der Abbildung zu verringern oder sogar zu vermeiden.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Inspektionssystem des Weiteren eine Beleuchtungsvorrichtung auf, die konfiguriert ist, den Inspektionsbereich zumindest abschnittsweise mittels Bestrahlung des Facettenspiegels auf indirekte Weise zu beleuchten. Die Beleuchtungsvorrichtung kann insbesondere eine Mehrzahl von einzelnen Lichtquellen aufweisen, was vor allem zur Erreichung einer möglichst homogenen und isotropen Beleuchtung des Inspektionsbereichs, also auch der dem Facettenspiegel zugewandten Oberflächenabschnitte der Prüfobjekte darin, für die Inspektion aus verschiedenen Blickrichtungen genutzt werden kann. Im Falle mehrerer Lichtquellen sind diese zu dem genannten Zweck einer möglichst gleichmäßigen Beleuchtung bevorzugt beidseitig der Inspektionsvorrichtung angeordnet.
Insbesondere kann bei einigen dieser Ausführungsformen zumindest eines der Spiegelelemente des Facettenspiegels zwei zueinander gewinkelt angeordnete Spiegelabschnitte aufweisen, von denen einer der Spiegelabschnitte so orientiert ist, dass er wenn er von der Beleuchtungsvorrichtung beleuchtet ist, ihr Licht zumindest teilweise in den Inspektionsbereich reflektiert, während der andere Spiegelabschnitt so orientiert ist, dass er per Spiegelung den Inspektionsbereich zumindest teilweise auf die Inspektionsvorrichtung abbildet. So kann der Facettenspiegel auf effiziente Weise zugleich zwei Funktionen ausführen, nämlich einerseits im Zusammenspiel mit der Beleuchtungsvorrichtung den Inspektionsbereich zu beleuchten, und andererseits den Inspektionsbereich, insbesondere ein darin befindliches Prüfobjekt, optisch auf die Inspektionsvorrichtung abzubilden.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Anzahl N und/oder die Anzahl M aus dem Ganzzahlbereich [20,...,30], insbesondere gleich 24, gewählt. Es hat sich herausgestellt, dass dieser Bereich für N bzw. M besonders zweckmäßig ist, um einerseits eine kompakte Bauform des Inspektionssystems bei andererseits gleichzeitig möglichst großem Durchsatz zu erreichen. So sind insbesondere Durchsätze von über 1000 Prüfobjekten pro Minute erreichbar, zum Beispiel bei einer Drehzahl von 50 Umdrehungen der Förderstruktur pro Minute.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines Inspektionssystems nach dem ersten Aspekt der Erfindung zur Inspektion einer jeweiligen Mantelfläche eines oder mehrerer dreidimensionaler Prüfobjekte, insbesondere von einem auf oder an der Mantelfläche des jeweiligen Prüfobjekts erzeugten Druckbilds.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inspektion einer Mantelfläche eines dreidimensionalen Prüfobjekts, insbesondere eines auf oder an der Mantelfläche erzeugten Druckbilds. Das Verfahren weist auf: (i) Rotieren einer um eine erste Rotationsachse rotierbar gelagerten Förderstruktur, die eine Mehrzahl N von Objektträgern aufweist, welche jeweils als Halterung für ein zu inspizierendes Prüfobjekt konfiguriert sind, so dass die Objektträger sequentiell durch einen Inspektionsbereich bewegt werden, durch den ein Wegabschnitt der durch die Rotation der Förderstruktur definierten Bahnkurve der Objektträger läuft; (ii) Rotieren eines um eine zweite Rotationsachse rotierbar gelagerten Facettenspiegels, an dessen Umfang eine Anzahl M von jeweils als Spiegelelement ausgebildete Facetten vorgesehen sind, so dass die Spiegelelemente zumindest entlang eines umlaufenden Streifens entlang dem Umfang des Facettenspiegels aufgereiht sind; und (iii) Inspizieren eines im Inspektionsbereich an einem entsprechenden Objektträger befindlichen Prüfobjekts mittels einer optischen Inspektionsvorrichtung (5), die auf den Facettenspiegel so ausgerichtet ist, dass durch diesen der Inspektionsbereich auf die Inspektionsvorrichtung optisch abgebildet wird. Dabei erfolgt das Rotieren der Förderstruktur und das Rotieren des Facettenspiegels in gegenläufigem Drehsinn und auf koordinierte Weise so, dass jeder der Objektträger während seines Durchlaufs durch den Inspektionsbereich von genau einer der Facetten auf die Inspektionsvorrichtung abgebildet wird.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die Verwendung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sowie das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung. Insbesondere gilt dies auch für die hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Dabei zeigt:

1 schematisch ein Inspektionssystem gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 schematisch eine Detailansicht des Facettenspiegels sowie der Strahlengeometrie bezüglich der auftretenden Lichtreflexion, gemäß verschiedener Ausführungsformen der Erfindung;
3 ein Inspektionssystem gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der gegenüber der ersten Ausführungsform zusätzlich eine Manipulationsvorrichtung vorgesehen ist;
4 ein Inspektionssystem gemäß einer dritten bevorzugten und von der vorgenannten zweiten Ausführungsform abgeleiteten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Manipulationsvorrichtung zusätzlich mit einem Riemen zum gleichzeitigen Versetzen von mehreren Prüfobjekten in Rotation versehen ist;
5 ein Inspektionssystem gemäß einer ebenfalls von der zweiten vorgenannten zweiten Ausführungsform abgeleiteten, vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in (a) einer Seitenansicht sowie (b) einer perspektivischen Ansicht, wobei bei dieser vierten Ausführungsform der Facettenspiegel zusätzlich eingerichtet ist, den Inspektionsbereich an der Förderstruktur im Zusammenspiel mit einer Beleuchtungsvorrichtung zu beleuchten; und
6 eine Detailansicht des Inspektionssystems aus 5, aus der insbesondere die indirekte Beleuchtung eines im Inspektionsbereich befindlichen Prüfobjekts über den Facettenspiegel sowie ein beispielhafter Aufbau der Kombination aus Facettenspiegel und Manipulationsvorrichtung sowie deren Wechselspiel mit den Objektträgern der Förderstruktur erkennbar wird.

In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet.
Das in 1 dargestellte Inspektionssystem 1, gemäß einer ersten Ausführungsform, ist insbesondere zur Inspektion einer Mantelfläche 6a eines dreidimensionalen Prüfobjekts 6, insbesondere eines auf oder an der Mantelfläche 6a erzeugten Druckbilds eingerichtet. Es weist eine in Form eines Objektträgerrades ausgebildete Förderstruktur 2 auf, die um eine zentrale Rotationsachse 2a (hier zugleich Symmetrieachse) rotierbar gelagert ist und einen entsprechenden Antrieb (nicht dargestellt) zum Versetzen der Förderstruktur 2 in eine solche Rotation (d.h. Eigendrehung) verfügt. Während hier und im Folgenden die Förderstruktur 2 stets in Form eines Objektträgerrades, also mit einer zumindest im wesentlichen kreisförmigen Kontur, dargestellt ist, sind selbstverständlich auch andere Formen denkbar, sodass diese Form keinesfalls als Einschränkung zu verstehen ist. Am Umfang der Förderstruktur 2 ist eine Mehrzahl N, im vorliegenden Beispiel ist N = 24, von Objektträgern 3 ausgebildet, die jeweils als Halterung für ein zu inspizierendes Prüfobjekt 6 konfiguriert sind. Das Prüfobjekt 6 kann insbesondere ein Hohlkörper, wie etwa eine Flasche, eine Dose oder ein Becher sein. Zumindest einer der Objektträger 3 kann als, insbesondere parallel zur Rotationsachse 2a ausgerichteter, Aufnahmedorn für ein als Hohlkörper ausgebildetes Prüfobjekt 6 ausgeführt sein oder einen solchen aufweisen. Auch andere Formen von Objektträgern 3 sind möglich, insbesondere auch solche mit einer Kavität zur Aufnahme eines Prüfobjekts 6.
Die Objektträger sind gleichmäßig, d. h. äquidistant, entlang des Umfangs der Förderstruktur 2 angeordnet, sodass die Positionen zweier benachbarter Objektträger zusammen mit der Rotationsachse 2a einen auf diese bezogenen Winkel α definieren, der gleich dem N-ten Teil von 360° entspricht. Im vorliegenden Beispiel mit N = 24 gilt entsprechend α =15°. Die Förderstruktur ist somit eingerichtet, bei ihrer Rotation die Objektträger 3 sequentiell durch einen Inspektionsbereich 7 (schraffiert dargestellt) zu bewegen, durch den ein Wegabschnitt der durch die Rotation der Förderstruktur 2 definierten Bahnkurve der Objektträger 3 läuft und der zum Winkel α korrespondiert bzw. durch diesen bezüglich seiner Erstreckung entlang der Bahnkurve der Objektträger 3 festgelegt ist.
Neben der Förderstruktur 2 ist, von dieser lateral beabstandet, ein Facettenspiegel 4 angeordnet, so dass der auf die Rotationsachse 2a bezogene maximale Radius der Förderstruktur 2 kleiner ist als der geringste Abstand zwischen der Rotationsachse 2a und dem Umfang des Facettenspiegels 4. Der Facettenspiegel 4 ist, zumindest im Wesentlichen, achsensymmetrisch ausgebildet und um seine entsprechende als Rotationsachse dienende Symmetrieachse 4a in zur Rotation der Förderstruktur 2 entgegengesetztem Drehsinn rotierbar gelagert und angetrieben. Dabei sind die Rotationen der Förderstruktur 2 sowie des Facettenspiegels 4 so koordiniert, dass sie stets dieselbe Drehzahl aufweisen (synchrone Gegenrotation). Am Umfang des Facettenspiegels 4 sind M = N = 24 jeweils als Spiegelelement 4c ausgebildete Facetten vorgesehen (vgl. 5), so dass die Spiegelelemente 4c zumindest entlang eines umlaufenden Streifens entlang dem Umfang des Facettenspiegels 4 aufgereiht sind. Dabei deckt jedes der Spiegelelemente 4c einen gleich großen Winkelabschnitt (der dem Winkel α entspricht) des Umfangs des Facettenspiegels ab.
Des Weiteren weist das Inspektionssystem 1 eine Inspektionsvorrichtung 5 auf, die insbesondere als Zeilenkamera ausgeführt sein kann. Die Ausrichtung der „Zeile“ bzw. „Aufnahmezeile“, d.h. der linienförmigen lichtempfindlichen Empfangsfläche, einer solchen Zeilenkamera, ist dabei bevorzugt so gewählt, dass sie parallel zur Rotationsachse 4a des Facettenspiegels 4 verläuft. Sie ist relativ zu der Förderstruktur 2 und dem Facettenspiegel 4 so ausgerichtet und angeordnet, dass der Inspektionsbereich 7 bei der koordinierten Rotation der Förderstruktur 2 und des Facettenspiegels 4 sequenziell auf die feststehende Inspektionsvorrichtung 5 optisch abgebildet wird. In 1 ist dies zum Zwecke der vereinfachten Illustration im Sinne der geometrischen Strahlenoptik anhand der beispielhaften Lichtstrahlen S0 und S1 dargestellt, die jeweils zu den entgegengesetzten Enden des Inspektionsbereichs 7 korrespondieren und diese zusammen mit allen dazwischenliegenden Strahlen (nicht dargestellt) über den Facettenspiegel 4 auf die Inspektionsvorrichtung 5 abbilden (Lichtstrahl S2). Das Inspektionssystem 1 ist somit eingerichtet, die Förderstruktur 2 und den Facettenspiegel 4 auf koordinierte Weise derart in gegenläufigem Drehsinn zu rotieren, dass die Drehzahl des Facettenspiegels, zumindest im Wesentlichen, mit derjenigen der Förderstruktur 2 übereinstimmt und jeder der Objektträger während seines Durchlaufs durch den Inspektionsbereich 7 von genau einer der Facetten auf die Inspektionsvorrichtung abgebildet wird. Die beiden Rotationsachsen 2a und 4a verlaufen bevorzugt und wie in 1 dargestellt, zumindest im Wesentlichen, parallel zueinander. Es sind jedoch auch Lösungen denkbar, bei denen die beiden Achsen relativ zueinander geneigt sind, d. h. angewinkelt zueinander stehen, und zwar insbesondere so, dass beide Achsen weiterhin in derselben Ebene liegen, und nur innerhalb dieser Ebene relativ zueinander geneigt sind.
Die beiden den entgegengesetzten Enden des Inspektionsbereichs 7 zugeordneten Lichtstrahlen S0 und S1 spannen einen Winkel Φ auf. 2 zeigt dazu eine Detailansicht des rotierbaren Facettenspiegels 4 im Querschnitt senkrecht zu seiner Rotationsachse 4a. Jede der Facetten des Facettenspiegels 4 stellt ein Spiegelelement 4b dar. Wenn das in 2 gekennzeichnete Spiegelelement 4b durch die Rotation (Eigendrehung) des Facettenspiegels entgegen dem Uhrzeigersinn um den Winkel α um die Rotationsachse 4a gedreht wird, durchläuft auch das Lot auf dieses Spiegelelement einen entsprechenden gleich großen Winkel a, wobei das Lot L0 in das Lot L1 überführt wird. Zu Beginn dieses Winkeldurchlaufs wird der Lichtstrahl S0 mittels Spiegelung am Spiegelelement 4b gemäß dem Reflexionsgesetz (Einfallswinkel γ = Ausfallswinkel γ') in den Lichtstrahl S2, der stets auf die feststehende Inspektionsvorrichtung 5 (insbesondere deren Aufnahmezeile bzw. kurz „Zeile“) ausgerichtet ist, optisch abgebildet. Während der Rotation des Facettenspiegels ändert sich neben der Lage des Lots auf das Spiegelelement entsprechend auch die Einfallsrichtung derjenigen Lichtstrahlen, die auf den räumlich konstanten Lichtstrahl S2 und somit auf die Inspektionsvorrichtung 5 abgebildet werden, bis hin zum Lichtstrahl S1 zum Lot L1, der gemäß dem Reflexionsgesetz (Einfallswinkel β = Ausfallswinkel β') abgebildet wird, wobei hier der Reflexionswinkel β zum Lot L1 kleiner ist als der Winkel γ zum Lot L0. Insgesamt wird also somit während der koordinierten Rotation von Förderstruktur 2 und Facettenspiegel 4 der gesamte Inspektionsbereich 7 optisch abgetastet, d.h. über die Lichtstrahlen S2 zeitlich konstanter Ausrichtung auf die Inspektionsvorrichtung 5 abgebildet. Die kurze in 2 eingeblendete Berechnung des Winkels Φ, der zu dem Inspektionsbereich 7 korrespondiert, zeigt, dass Φ dem Doppelten des durch die Zahl M definierten Winkels α = 360°/M ist, d.h. Φ = 2α.
In 3 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Inspektionssystems 1 illustriert, die sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch ableitet, dass zusätzlich (i) eine Manipulationsvorrichtung 8 vorgesehen ist und (ii) die einzelnen Objektträger 3 in radialer Richtung (hier beispielhaft für zwei benachbarte Objektträger 3 im Inspektionsbereich 7 als R0 beziehungsweise R1 gekennzeichnet) beweglich angeordnet sind, wobei eine Rückstellkraft in radialer Richtung nach außen wirkt, d. h. von der Drehachse 2a weg. Diese Rückstellkraft kann insbesondere mittels eines Federmechanismus (nicht dargestellt) implementiert sein. Jeder der Objektträger 3 ist rotierbar gelagert, sodass er ein durch ihn gehaltenes Prüfobjekt 6 in eine Rotation versetzen kann.
Der Facettenspiegel 4 ist hier im Gegensatz zu 1 kleiner dargestellt, wobei er nur aus Gründen des besseren Erkennbarkeit inkorrekt nur mittels 12-Ecks anstelle des eigentlichen korrekten 24-Ecks (bei M = 24) dargestellt ist (das Gleiche gilt für 4). Eine maßstabsgetreue Darstellung, insbesondere auch das Facettenspiegels 4, gemäß einer möglichen Variante der zweiten Ausführungsform findet sich in 5. die Manipulationsvorrichtung 8 ist hier als rotierbar gelagertes Rad ausgebildet, welches einen von dem der Förderstruktur 2 und dem Facettenspiegel 4 unabhängigen Antrieb 8a aufweist, der dazu dient, das Manipulationsrad 8 um dessen Symmetrieachse 8b zu rotieren (vgl. 5).
Die Manipulationsvorrichtung 8 ist relativ zu der Förderstruktur 2 so angeordnet, dass sie in Kontakt mit den entlang ihrer Bahnkurve bewegten Objektträgern 3 und/oder den dadurch transportierten Prüfobjekten 6 kommt, wenn diese den Inspektionsbereich 7 durchlaufen. Somit ist die Manipulationsvorrichtung 8 konfiguriert, die Bahnkurve jedes Objektträgers 3, während dieser den Inspektionsbereich 7 der Bahnkurve durchläuft, so durch temporäre Änderung der radialen Position des Objektträgers 3 an der Förderstruktur 2 zu manipulieren, dass in dem Inspektionsbereich 7 die Variation des Abstands des Objektträgers 3 von der Rotationsachse 4a des Facettenspiegels 4 zumindest geringer ist als im Falle einer rein kreisförmigen Bahnkurve des Objektträgers 3 oder eine solche Variation sogar unterbleibt. So kann die Qualität, insbesondere Schärfe der optischen Abbildung verbessert werden. Alternativ oder zusätzlich kann zu diesem Zweck auch eine optische Autofokusvorrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, insbesondere als Optik in der Inspektionsvorrichtung 5 selbst.
Bevorzugt wird die Manipulationsvorrichtung 8 so angetrieben, dass ihre resultierende Drehzahl so gewählt ist, dass die Manipulationsvorrichtung dadurch die Prüfobjekte 6 entweder mittelbar über den Kontakt zu den entsprechenden Objektträgern 3 und/oder unmittelbar durch direkten Kontakt in eine Rotation versetzt, sodass die Prüfobjekte 6 bei ihrem Durchlaufen des Inspektionsbereichs 7 rotieren und somit verschiedene Abschnitte der Mantelfläche des Prüfobjekts über den Facettenspiegel 4 auf die Inspektionsvorrichtung 5 abgebildet werden. Wenn die Drehzahl dieser Eigendrehung der Prüfobjekte 6 zumindest der Drehzahl der Förderstruktur 2 bzw. des Facettenspiegels 4 entspricht bzw. die Umfangsgeschwindigkeit der Manipulationsvorrichtung 8 höher ist als die der Förderstruktur 2, kann somit die Mantelfläche 6a des jeweiligen Prüfobjekts 6 umlaufend inspiziert werden (vgl. dazu auch 6). Der Drehsinn der Manipulationsvorrichtung 8 kann dabei insbesondere mit dem des Facettenspiegels 4 zusammenfallen (wie dargestellt), wenngleich auch eine gegenläufige Rotation denkbar ist.
4 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform, die aus der in 3 gezeigten dadurch hervorgeht, dass zusätzlich ein Riemen 9, der insbesondere ein Zahn- oder Flachriemen sein kann, vorgesehen ist, der mit der Manipulationsvorrichtung 8 gekoppelt und über eine Umlenkrolle 10 geführt ist. Dabei ist der Riemen so angeordnet, dass er mit einer Mehrzahl von Objektträgern 3 und/oder Prüfobjekten 6 in Kontakt steht, wobei dieser Kontakt entsteht, bevor die Objektträger 3 bzw. Prüfobjekte 6 in Inspektionsbereich 7 gelangen, und zumindest abschnittsweise fortbesteht, während sie diesen durchlaufen. Auf diese Weise können die Prüfobjekte 6 bereits mittelbar über die zugeordneten Objektträger 3 beziehungsweise unmittelbar durch Kontakt mit dem Riemen 9 in eine Rotation versetzt werden, bevor sie auf ihrer Bahnkurve den Inspektionsbereich 7 erreichen. So kann insbesondere sichergestellt werden, dass sie bereits über eine ausreichend hohe und möglichst konstante Rotationsdrehzahl verfügen, wenn sie in den Inspektionsbereich 7 eintreten und dort sodann inspiziert werden.
Die 5 und 6 illustrieren ein Inspektionssystem 1 gemäß einer ebenfalls von der zweiten vorgenannten zweiten Ausführungsform abgeleiteten, vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in (a) einer Seitenansicht sowie (b) einer perspektivischen Ansicht. Bei dieser vierten Ausführungsform ist der Facettenspiegel zusätzlich eingerichtet, den Inspektionsbereich an der Förderstruktur im Zusammenspiel mit einer Beleuchtungsvorrichtung 11, die eine oder mehrere Lichtquellen aufweisen kann, zu beleuchten. Dazu weist der Facettenspiegel 24 zueinander gewinkelt angeordnete Spiegelabschnitte bzw. -bereiche 4c und 4d auf, von denen der eine Spiegelabschnitt 4d so orientiert ist, dass er, wenn er von der Beleuchtungsvorrichtung 11 beleuchtet ist, deren Licht zumindest teilweise in den Inspektionsbereich 7 reflektiert. Der andere Spiegelabschnitt 4c ist dagegen so orientiert, dass er per Spiegelung den Inspektionsbereich 7 zumindest teilweise auf die Inspektionsvorrichtung 5 abbildet.
6 illustriert diesen Zusammenhang im Detail. Das von der Lichtquelle 11 kommende Licht wird an dem gegenüber der Rotationsachse 4a des Facettenspiegels 4 geneigten Spiegelabschnitt 4d auf zumindest einen Teil der Mantelfläche des vom Objektträger 3 gehaltenen Prüfobjekts 6 gespiegelt, um diesen somit indirekt zu beleuchten. Zugleich wird ein Bild der beleuchteten Mantelfläche, oder zumindest ein zu inspizierender Abschnitt 6a davon, über den weiteren Spiegelabschnitt 4c des Facettenspiegels 4, dessen Spiegelelemente 4b parallel zur Rotationsachse 4a orientiert sind, auf die Inspektionsvorrichtung 5 abgebildet, wie unter Bezugnahme auf die vorausgehenden Figuren bereits erläutert.
6 illustriert zudem eine beispielhafte Ausführungsform dafür, wie die koordinierte Rotation der Förderstruktur 2 und des Facettenspiegels 4 erreicht werden kann. Dazu befindet sich auf der Höhe der Förderstruktur 2 am Facettenspiegel 4 ein Antriebsrad 4e, welches in mechanischer Wechselwirkung mit dem Umfang der Förderstruktur 2 steht. Insbesondere können sowohl die Förderstruktur 2 als auch das Antriebsrad 4e mit einer zueinander korrespondierenden Zähnung ausgestattet sein, sodass beide wie Zahnräder ineinandergreifen und somit gekoppelt sind. Insbesondere kann es aufgrund der Kopplung ausreichend sein, dass nur die Förderstruktur 2 oder nur der Facettenspiegel 4 selbst angetrieben ist, da über diese Kopplung auch die jeweils andere Einheit in Rotation versetzt wird. In der Regel wird die typischerweise voluminöse Förderstruktur 2 angetrieben sein.
Wie erläutert, verfügt die Manipulationsvorrichtung im vorliegenden Ausführungsbeispiel über einen eigenen Antrieb, der es ihr ermöglicht, in Rotation um eine Rotationsachse 8b versetzt zu werden, und über den genannten Kontakt zu den drehbar gelagerten Objektträgern 3 und/oder den von ihnen gehaltenen Prüfobjekten 6, eine Rotation der Prüfobjekte 6 auf effektive Weise zu bewirken. Der Kontakt kann dabei insbesondere - wie illustriert - dadurch bewirkt werden, dass die Manipulationsvorrichtung 8 (und/oder bei der Ausführungsform gemäß 4 der Riemen 9) gegen die in seiner Reichweite befindlichen Objektträger 3 gepresst wird (beziehungsweise umgekehrt), wobei die Objektträger 3, wie in den 3 und 4 dargestellt, in radialer Richtung R0 bzw. R1 beweglich sind, dabei aber mit einer radial nach außen in Richtung der Manipulationsvorrichtung 8 wirkenden Kraft beaufschlagt gelagert sind und somit während des Kontakts einem Anpressdruck unterliegen. So kann die Rotation der Manipulationsvorrichtung 8 auf die Objektträger 3 und schließlich auf die dadurch gehaltenen Prüfobjekte 6 übertragen werden.
Ein erfindungsgemäßes Inspektionssystem, insbesondere gemäß einer oder mehrerer der hier in beschriebenen Ausführungsformen kann insbesondere zur Inspektion einer jeweiligen Mantelfläche eines oder mehrerer dreidimensionaler Objekte verwendet werden. Die Inspektion kann dabei insbesondere ein auf oder an der Mantelfläche des jeweiligen Prüfobjekts erzeugtes Druckbild betreffen. So können auf hocheffiziente Weise Aufdrucke oder Etiketten auf Prüfobjekten, wie etwa Getränkeflaschen, Bechern, Dosen oder anderen Verpackungen inspiziert werden. Auf Basis der Inspektionsergebnisse kann sodann insbesondere eine Klassifikation, etwa in (i) ordnungsgemäß bedruckte Prüfobjekte 6 und in (ii) nicht oder fehlerhaft bedruckte Prüfobjekte 6, erfolgen. Dementsprechend kann ein erfindungsgemäßes Inspektionssystem insbesondere im Rahmen einer Bedruckungslinie oder - allgemeiner - einer Produktionslinie einer Druckvorrichtung nachgeordnet sein, oder eine solche beinhalten.
Die vorausgehende Beschreibung bezieht sich, insbesondere bezüglich der darin beschriebenen Funktionalität des Inspektionssystems, gleichermaßen auf eine entsprechende Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

1: Inspektionssystem
2: Förderstruktur, insbesondere Objektträgerrad
2a: Rotations- und zugleich Symmetrieachse der Förderstruktur
3: Objektträger
4: Facettenspiegel
4a: Rotations- und zugleich Symmetrieachse des Facettenspiegels
4b: Spiegelelement bzw. Facette
4c: Bildbereich des Facettenspiegels bzw. einer einzelnen Facette
4d: Beleuchtungsbereich des Facettenspiegels bzw. einer einzelnen Facette
4e: Antriebsrad des Facettenspiegels, insbesondere Zahnrad
5: Inspektionsvorrichtung
6: Prüfobjekt
6a: zu inspizierender Abschnitt der Mantelfläche des Prüfobjekts
7: Inspektionsbereich
8: Manipulationsvorrichtung, insbesondere Manipulationsrad
8a: Antrieb der Manipulationsvorrichtung
8b: Rotationsachse der Manipulationsvorrichtung
9: Riemen
10: Umlenkrolle
11: Beleuchtungsvorrichtung
L0, L1: Lote auf benachbarte Spiegelelemente 4b des Facettenspiegels 4
S0, S1: auf Facettenspiegel einfallende Lichtstrahlen
S2: von Facettenspiegel reflektierte Lichtstrahlen
R0, R1: radiale Verschiebungsrichtungen der Objektträger
α: auf Rotationsachse 2a bezogener Winkel zwischen benachbarten Objektträgern
Φ: auf Rotationsachse 4a bezogener Winkel zwischen gegenüberliegenden Enden einer Facette/Spiegelelements
γ: erster Reflexionswinkel bzgl. Lot L0
ß: zweiter Reflexionswinkel bzgl. Lot L1

Claims

Inspektionssystem (1) zur Inspektion einer Mantelfläche (6a) eines dreidimensionalen Prüfobjekts (6), wobei das Inspektionssystem aufweist: einen um eine erste Rotationsachse (2a) rotierbar gelagerte Förderstruktur (2), die eine Mehrzahl N von Objektträgern (3) aufweist, welche jeweils als Halterung für ein zu inspizierendes Prüfobjekt konfiguriert sind, wobei die Förderstruktur eingerichtet ist, bei ihrer Rotation die Objektträger sequentiell durch einen Inspektionsbereich (7) zu bewegen, durch den ein Wegabschnitt der durch die Rotation der Förderstruktur definierten Bahnkurve der Objektträger läuft; eine um eine zweite Rotationsachse (4a) rotierbar gelagerten Facettenspiegel (4), an dessen Umfang eine Anzahl M von jeweils als Spiegelelement (4b) ausgebildete Facetten vorgesehen sind, so dass die Spiegelelemente zumindest entlang eines umlaufenden Streifens entlang dem Umfang des Facettenspiegels aufgereiht sind; und eine optische Inspektionsvorrichtung (5), die auf den Facettenspiegel so ausgerichtet ist, dass durch diesen der Inspektionsbereich auf die Inspektionsvorrichtung optisch abgebildet wird; wobei das Inspektionssystem eingerichtet ist, die Förderstruktur und den Facettenspiegel auf koordinierte Weise derart in gegenläufigem Drehsinn zu rotieren, dass jeder der Objektträger während seines Durchlaufs durch den Inspektionsbereich von genau einer der Facetten auf die Inspektionsvorrichtung abgebildet wird.
Inspektionssystem nach Anspruch 1, wobei das Inspektionssystem eingerichtet ist, die Förderstruktur und den Facettenspiegel auf koordinierte Weise derart in gegenläufigem Drehsinn zu rotieren, dass eine der folgenden Bedingungen zutrifft: (a) N = M und die Drehzahl des Facettenspiegels, stimmt mit derjenigen der Förderstruktur überein; (b) N > M und die Drehzahl des Facettenspiegels ist kleiner als diejenige der Förderstruktur; (c) N < M und die Drehzahl des Facettenspiegels ist größer als diejenige der Förderstruktur.
Inspektionssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der Objektträger eingerichtet ist, ein Prüfobjekt so zu halten, dass dieses zugleich eine Rotation durchführen kann.
Inspektionssystem nach Anspruch 3, wobei der zumindest eine Objektträger eingerichtet ist, das von ihm gehaltene Prüfobjekt während der Rotation der Förderstruktur in eine Rotation mit einer Drehzahl zu versetzen, die größer oder gleich dem M-ten Teil der Drehzahl des Facettenspiegels ist.
Inspektionssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der Objektträger als Aufnahme für ein als Hohlkörper ausgebildetes Prüfobjekt ausgebildet ist.
Inspektionssystem nach Anspruch 5, wobei der Objektträger einen Halterungsdorn für einen Hohlkörper aufweist.
Inspektionssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der auf die erste Rotationsachse bezogene maximale Radius der Förderstruktur kleiner ist als der geringste Abstand zwischen der ersten Rotationsachse und dem Umfang des Facettenspiegels.
Inspektionssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Rotationsachse parallel zueinander verlaufen.
Inspektionssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei jedes der Spiegelelemente einen gleich großen Winkelabschnitt des Umfangs des Facettenspiegels entlang des Streifens abdeckt.
Inspektionssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der Objektträger in radialer Richtung (R0; R1) beweglich an der Förderstruktur angeordnet ist und dabei zumindest in einem Wegabschnitt entlang dieser radialen Richtung mit einer von der ersten Rotationsachse aus gesehen in der radialen Richtung nach außen wirkenden Kraft beaufschlagt ist.
Inspektionssystem nach Anspruch 10, wobei sämtliche der Objektträger in radialer Richtung beweglich an der Förderstruktur angeordnet sind und das Inspektionssystem des Weiteren eine Manipulationsvorrichtung (8) aufweist, die konfiguriert ist, die Bahnkurve jedes Objektträgers, während dieser den Inspektionsbereich der Bahnkurve durchläuft, so durch temporäre Änderung der radialen Position des Objektträgers an der Förderstruktur zu manipulieren, dass in dem Inspektionsbereich die Variation des Abstands des Objektträgers von der Rotationsachse des Facettenspiegels zumindest geringer ist als im Falle einer rein kreisförmigen Bahnkurve des Objektträgers oder unterbleibt.
Inspektionssystem nach Anspruch 11, wobei die Manipulationsvorrichtung des Weiteren eingerichtet ist, an den Objektträgern gehaltene Prüfobjekte in Rotation zu versetzen.
Inspektionssystem nach Anspruch 12, wobei die Manipulationsvorrichtung rotierbar angetrieben ist, und die jeweilige Antriebe der Förderstruktur und der Manipulationsvorrichtung so konfiguriert sind, dass sie die Förderstruktur bzw. die Manipulationsvorrichtung jeweils in eine Rotation versetzen können, bei der die Umfangsgeschwindigkeit der Manipulationsvorrichtung höher ist als die der Förderstruktur.
Inspektionssystem nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Manipulationsvorrichtung mit einem angetriebenen Riemen (9) versehen ist, der so zu der Förderstruktur benachbart angeordnet ist, dass er gleichzeitig zumindest zwei an entsprechenden Objektträgern außerhalb des Inspektionsbereichs der Bahnkurve gehaltene Prüfobjekte erfassen und in Rotation versetzen kann, bevor diese auf ihrem Wege entlang der durch die Rotation der Förderstruktur definierten Bahnkurve den Inspektionsbereich erreichen.
Inspektionssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die optische Inspektionsvorrichtung eine Zeilenkamera aufweist, deren Aufnahmezeile parallel zur Rotationsachse des Facettenspiegels verläuft.
Inspektionssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Inspektionsvorrichtung eine Autofokusfunktion aufweist.
Inspektionssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend eine Beleuchtungsvorrichtung (11), die konfiguriert ist, den Inspektionsbereich zumindest abschnittsweise mittels Bestrahlung des Facettenspiegels auf indirekte Weise zu beleuchten.
Inspektionssystem nach Anspruch 17, wobei zumindest eines der Spiegelelemente des Facettenspiegels zwei zueinander gewinkelt angeordnete Spiegelabschnitte (4c, 4d) aufweist, von denen einer der Spiegelabschnitte (4d) so orientiert ist, dass er wenn er von der Beleuchtungsvorrichtung beleuchtet ist, ihr Licht zumindest teilweise in den Inspektionsbereich reflektiert, während der andere Spiegelabschnitt (4c) so orientiert ist, dass er per Spiegelung den Inspektionsbereich zumindest teilweise auf die Inspektionsvorrichtung abbildet.
Inspektionssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Anzahl N und/oder die Anzahl M aus dem Ganzzahlbereich [20,...,30] gewählt sind.
Verwendung eines Inspektionssystems (1) nach einem der vorausgehenden Ansprüche zur Inspektion einer jeweiligen Mantelfläche (6a) eines oder mehrerer dreidimensionaler Prüfobjekte (6).
Verfahren zur Inspektion einer Mantelfläche (6a) eines dreidimensionalen Prüfobjekts (6), wobei das Verfahren aufweist: Rotieren einer um eine erste Rotationsachse (2a) rotierbar gelagerten Förderstruktur (2), die eine Mehrzahl N von Objektträgern (3) aufweist, welche jeweils als Halterung für ein zu inspizierendes Prüfobjekt konfiguriert sind, so dass die Objektträger sequentiell durch einen Inspektionsbereich (7) bewegt werden, durch den ein Wegabschnitt der durch die Rotation der Förderstruktur definierten Bahnkurve der Objektträger läuft; Rotieren eines um eine zweite Rotationsachse (4a) rotierbar gelagerten Facettenspiegels (4), an dessen Umfang eine AnzahIM von jeweils als Spiegelelement (4b) ausgebildete Facetten vorgesehen sind, so dass die Spiegelelemente zumindest entlang eines umlaufenden Streifens entlang dem Umfang des Facettenspiegels aufgereiht sind; und Inspizieren eines im Inspektionsbereich an einem entsprechenden Objektträger befindlichen Prüfobjekts mittels einer optischen Inspektionsvorrichtung (5), die auf den Facettenspiegel so ausgerichtet ist, dass durch diesen der Inspektionsbereich auf die Inspektionsvorrichtung optisch abgebildet wird; wobei das Rotieren der Förderstruktur und das Rotieren des Facettenspiegels in gegenläufigem Drehsinn und auf koordinierte Weise so erfolgt, dass jeder der Objektträger während seines Durchlaufs durch den Inspektionsbereich von genau einer der Facetten auf die Inspektionsvorrichtung abgebildet wird.