DE102018204795A1

DE102018204795A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Kontrolle einer Füllhöhe von Verpackungsbehältern

Info

Publication number: DE102018204795A1
Application number: DE102018204795.2A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dünzinger
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2019-10-02

Abstract

Vorrichtung (10) zur Kontrolle einer Füllhöhe (H) von Verpackungsbehältern (2), mit einem Transporteur (20) zum Transport der Verpackungsbehälter (2), und mit einem Röntgenfüllhöhensensor (30) zur Kontrolle der Füllhöhe (H) eines in die Verpackungsbehälter (2) abgefüllten Produkts (P), wobei der Röntgenfüllhöhensensor (30) eine Röntgenquelle (31) und einen Röntgendetektor (32) umfasst, um die Verpackungsbehälter (2) zur Kontrolle der Füllhöhe (H) beim Transport mit einem Röntgenstrahl (33) zu durchleuchten, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenfüllhöhensensor (30) einen mit dem Transport der Verpackungsbehälter (2) synchronisierbaren Shutter (34, 44, 54) für den Röntgenstrahl (33) umfasst, der zumindest zeitweise, wenn sich keiner der Verpackungsbehälter (2) zwischen der Röntgenquelle (31) und dem Röntgendetektor (32) befindet, den Röntgenstrahl (33) blockt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kontrolle einer Füllhöhe von Verpackungsbehältern mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bzw. 11.
Es sind Vorrichtungen zur Kontrolle der Füllhöhe von Verpackungsbehältern bekannt, bei denen die Verpackungsbehälter mit einem Transporteur transportiert werden und die Füllhöhe des darin abgefüllten Produkts mit einem Röntgenfüllhöhensensor kontrolliert wird. Dazu werden eine Röntgenquelle und ein Röntgendetektor eingesetzt, um die Verpackungsbehälter mit einem Röntgenstrahl zu durchleuchten. Da der Röntgenstrahl vom Produkt in einem höheren Maße als von einem Gas, wie beispielweise Luft über dem Flüssigkeitsspiegel absorbiert wird, kann damit die Füllhöhe kontrolliert werden.
Obwohl bei den bekannten Röntgenfüllhöhensensoren nur eine sehr geringe Dosis an Röntgenstrahlung verwendet wird, muss dennoch das Bedienpersonal durch geeignete Schutzwände aus dem Bereich der Röntgenstrahlung ferngehalten werden. Dadurch wird die Vorrichtung aufwendiger in der Herstellung.
Des Weiteren ist aus der EP 1563719 B1 eine Röntgenanlage zur Erzeugung von kurzen Röntgenstrahlenimpulsen bekannt. Damit können Behälter inspiziert werden, die in unregelmäßigen Abständen von der Inspektionsvorrichtung transportiert werden. Nachteilig dabei ist, dass bei der Erzeugung der kurzen Röntgenstrahlenimpulse durch das schnelle Hoch- und Herunterfahren ein Verschleiß an der Röntgenröhre entsteht, wodurch sie verhältnismäßig oft erneuert werden muss und der Betrieb entsprechend teuer ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kontrolle der Füllhöhe von Verpackungsbehältern bereitzustellen, die eine besonders niedrige Dosis der Röntgenstrahlung auf das Bedienpersonal bei einem geringen Verschleiß der Röntgenquelle ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur Kontrolle der Füllhöhe von Verpackungsbehältern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Dadurch, dass der Röntgenfüllhöhensensor den mit dem Transport der Verpackungsbehälter synchronisierbaren Shutter für den Röntgenstrahl umfasst, kann er unabhängig vom Betrieb der Röntgenquelle freigegeben oder blockiert werden. Demzufolge kann die Röntgenquelle kontinuierlich betrieben werden, was den Verschleiß entsprechend minimiert. Dadurch, dass der Shutter mit dem Transport der Verpackungsbehälter synchronisierbar ist, kann er den Röntgenstrahl zumindest zeitweise blockieren, wenn sich keiner der Verpackungsbehälter zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor befindet. Dadurch wird die Dosis der Röntgenstrahlung auf das Bedienpersonal reduziert, so dass ein geringerer oder gar kein zusätzlicher Schutz für das Bedienpersonal erforderlich ist.
Die Vorrichtung zur Kontrolle der Füllhöhe der Verpackungsbehälter kann in einer Getränkeverarbeitungsanlage angeordnet sein. Die Vorrichtung kann einer Behälterbehandlungsmaschine, vorzugsweise einer Leerflascheninspektionsmaschine, einer Gebindekontrolle, einer Vollflascheninspektionsmaschine, einem Füller, einer Etikettiermaschine, einer Direktdruckmaschine einem Verschließer und/oder einer Verpackungsmaschine zugeordnet sein.
Mit dem Verpackungsbehälter kann ein Behälter für ein Produkt wie ein Getränk, ein Lebensmittel, ein Pharmaprodukt, ein Medizinprodukt, ein Reinigungsmittel, ein Spray und/oder ein Körperpflegeprodukt gemeint sein. Vorzugsweise kann mit dem Verpackungsbehälter ein Getränkebehälter gemeint sein. Mit einem Getränk kann Mineralwasser, ein Softdrink, ein Saft und/oder Bier gemeint sein. Mit einem Lebensmittel kann ein Produkt wie das Getränk, Essig, Speiseöl und/oder dergleichen gemeint sein. Vorzugsweise kann mit einem Verpackungsbehälter ein Behälter gemeint sein, mit dem ein flüssiges oder pastöses Produkt vom Hersteller zum Endverbraucher transportiert wird.
Die Verpackungsbehälter können dazu vorgesehen sein, darin das Produkt abzufüllen und sie mit einem Verschluss zu versehen. Die Verpackungsbehälter können Kunststoffflaschen, Glasflaschen, Dosen und/oder Tuben sein. Bei Kunststoffflaschen kann es sich im speziellen um PET-, PEN-, HD-PE- oder PP-Flaschen handeln. Ebenso kann es sich um biologisch abbaubare Getränkeflaschen handeln, deren Hauptbestandteile aus nachwachsenden Rohstoffen wie zum Beispiel Zuckerrohr, Weizen oder Mais bestehen.
Der Transporteur kann einen Lineartransporteur, beispielsweise ein Förderband oder dergleichen umfassen. Denkbar ist auch, dass der Transporteur ein Karussell oder einen Förderstern umfasst. Zudem können am Transporteur Behälteraufnahmen ausgebildet sein, um darin die Verpackungsbehälter in regelmäßigen Abständen zu transportieren. Der Transporteur kann dazu ausgebildet sein, die Verpackungsbehälter in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen zu transportieren. Beispielsweise können die Verpackungsbehälter mit einem Förderband auch in unregelmäßigen Abständen transportiert werden.
Der Röntgenfüllhöhensensor kann an dem Transporteur zur Kontrolle der Füllhöhe angeordnet sein. Vorzugsweise können die Röntgenquelle auf einer Seite des Transporteurs und der Röntgendetektor auf der dazu gegenüberliegenden Seite des Transporteurs angeordnet sein. Anders ausgedrückt können die Röntgenquelle und der Röntgendetektor derart am Transporteur angeordnet sein, dass die Verpackungsbehälter quer zur Transportrichtung der Verpackungsbehälter mit dem Röntgenstrahl durchleuchtet werden. Zudem können die Röntgenquelle und der Röntgendetektor derart am Transporteur angeordnet sein, dass die Verpackungsbehälter im Bereich einer maximalen Füllhöhe des Produkts und/oder im Bereich ihres Behälterhalses mit dem Röntgenstrahl durchleuchtet werden.
Die Röntgenquelle kann beispielsweise eine Röntgenröhre umfassen. Der Röntgendetektor kann einen Sensor für Röntgenstrahlung, vorzugsweise einen Szintillationsdetektor umfassen. Anders ausgedrückt kann der Röntgendetektor einen Szintillator umfassen, um darauf auftretende Röntgenstrahlung in sichtbares Licht oder direkt in Elektrizität umzuwandeln. Vorzugsweise kann der Röntgendetektor lediglich eine einzige Sensorzelle umfassen, die genau einen Intensitätswert des Röntgenstrahls erfasst. Denkbar ist jedoch auch, dass der Röntgendetektor einen Zeilen- oder Matrix-Sensor umfasst, beispielsweise um die Füllhöhe nicht nur zu kontrollieren sondern auch jeweils genau zu bestimmen.
Der Röntgenfüllhöhensensor kann mindestens ein Strahlführungselement zur Führung des Röntgenstrahls von der Röntgenquelle zum Röntgendetektor umfassen. Mit Strahlführungselement kann ein Reflektor und/oder eine Blende gemeint sein, um den Röntgenstrahl durch einen zu inspizierenden Verpackungsbehälter zu führen. Beispielsweise kann an beiden Seiten des Transporteurs jeweils eine Blende mit einem Loch angeordnet sein, um den Querschnitt des Röntgenstrahls zu bestimmen, der die Verpackungsbehälter durchleuchtet.
Der Shutter kann derart mit dem Transport der Verpackungsbehälter synchronisierbar sein, dass der Röntgenstrahl zumindest zeitweise freigegeben wird, wenn sich einer der Verpackungsbehälter zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor befindet. Dadurch wird der Röntgenstrahl nur dann freigegeben, wenn sich tatsächlich einer der Verpackungsbehälter im Messbereich des Röntgenfüllhöhensensors befindet. Beispielsweise kann der Shutter bei einem Durchmesser des Behälterhalses von 30 mm so lang den Röntgenstrahl freigeben, dass die Verpackungsbehälter währenddessen jeweils 20 mm transportiert werden. Davor und danach kann der Röntgenstrahl wieder durch den Shutter geblockt werden, so dass die Dosis der Röntgenstrahlung möglichst stark reduziert wird.
Dass der „Shutter mit dem Transport der Verpackungsbehälter synchronisierbar ist“, kann hier bedeuten, dass der Shutter im Betrieb mit der Anwesenheit der Verpackungsbehälter zwischen Messschenkeln mit einerseits der Röntgenquelle und andererseits dem Röntgendetektor synchronisierbar ist.
Der Shutter kann ein mit einem steuerbaren Antrieb bewegbares Blendenelement umfassen, mit dem der Röntgenstrahl wahlweise freigebbar oder blockbar ist. Dadurch kann der Shutter besonders variabel mit dem Transport der Verpackungsbehälter synchronisiert werden, also auch bei einem unregelmäßigen Transport. Eine Steuerungseinheit kann dazu ausgebildet sein, den Transport der Verpackungsbehälter zu erfassen und den steuerbaren Antrieb des Shutters derart anzusteuern, dass das bewegbare Blendenelement den Röntgenstrahl synchron zum Transport der Verpackungsbehälter freigibt oder blockt. Das bewegbare Blendenelement kann ein Material umfassen, das den Röntgenstrahl wenigstens teilweise absorbiert. Beispielsweise kann dies Blei sein. Da jedoch üblicherweise bei der Kontrolle der Füllhöhe eine besonders niedrige Dosis der Röntgenstrahlung eingesetzt wird, kann das Material auch ein Metall oder auch ein Kunststoff sein. Bei einem leichteren Material als Blei kann der Shutter besonders schnell geschaltet werden.
Das bewegbare Blendenelement kann einen mit dem steuerbaren Antrieb drehbaren Rotor umfassen, der mit einem oder mehreren umfänglich angeordneten Schlitzen und/oder Löchern zum Freigeben des Röntgenstrahls ausgebildet ist. Dadurch kann der steuerbare Antrieb besonders einfach aufgebaut werden. Vorzugsweise weist der Rotor abwechselnd die Schlitze bzw. die Löcher und für den Röntgenstrahl undurchlässige Bereiche auf. Beispielsweise kann der Rotor als kreisförmige Scheibe ausgebildet sein, an der die Schlitze bzw. Löcher umfänglich in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Alternativ könnte das bewegbare Blendenelement ein mit dem steuerbaren Antrieb drehbares Rotorblatt mit einem oder mehreren Fächern ausgeführt sein. Denkbar ist auch, dass der steuerbare Antrieb beim Transport von regelmäßig angeordneten Verpackungsbehältern mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit synchron zu einer Transportgeschwindigkeit des Transporteurs läuft. Umgekehrt ist auch denkbar, dass der steuerbare Antrieb beim Transport von unregelmäßig angeordneten Verpackungsbehältern zwischen zwei Schlitzen/Löchern beschleunigt oder abgebremst wird.
Alternativ kann das bewegbare Blendenelement einen mit dem steuerbaren Antrieb verfahrbaren Schieber umfassen. Dadurch kann das bewegbare Blendenelement besonders klein ausgelegt werden, so dass es eine besonders geringe Trägheitsmasse aufweist. Folglich kann es mit unregelmäßig angeordneten Verpackungsbehältern besonders gut synchronisiert werden. Der steuerbare Antrieb kann ein Linearmotor sein, der den Schieber linear hin und her verschiebt. Ebenso kann der steuerbare Antrieb ein konventioneller Motor sein, mit dem der Schieber um eine Achse hin und her schwenkbar ist. Der Schieber kann ein Plättchen oder eine Scheibe sein, die für den Röntgenstrahl nicht transparent, vorzugsweise undurchlässig sind.
Das bewegbare Blendenelement kann ein mit dem steuerbaren Antrieb drehbares Flügelrad umfassen, an dem umfänglich ein oder mehrere Flügel zum Blocken des Röntgenstrahls angeordnet sind. Dadurch kann der steuerbare Antrieb besonders einfach aufgebaut werden. Das drehbare Flügelrad kann beispielsweise zwei an einer Achse angeordnete und um 180° versetzte Flügel umfassen. Die beiden Flügel können in diesem Fall ein Plättchen bilden, das mit seinem Schwerpunkt um die Achse drehbar gelagert ist. Ebenso ist denkbar, dass das drehbare Flügelrad drei an einer Achse angeordnete und vorzugsweise um 120° versetzte Flügel umfasst.
Vorzugsweise kann der steuerbare Antrieb einen Schrittmotor, einen positionsgeregelten Linearmotor, einen Synchronmotor, einen Reluktanz- oder einen Servomotor umfassen. Der Schrittmotor kann besonders einfach und der Servomotor besonders dynamisch angesteuert werden. Mit dem Servomotor ist es möglich, den Shutter auf besonders unregelmäßig angeordnete Verpackungsbehälter zu synchronisieren.
Der steuerbare Antrieb kann einen Positionssensor zur Bestimmung der Position des bewegbaren Blendenelements umfassen. Dadurch kann das bewegbare Blendenelement besonders genau positioniert werden. Bei dem Positionssensor kann es sich beispielsweise um einen Winkelgeber oder einen Encoder handeln. Mit der Steuerungseinheit kann eine Regelschleife aufgebaut werden, über die das bewegbare Blendenelement besonders schnell und genau positioniert werden kann.
Der Transporteur kann einen Behältersensor zur Erfassung von Transportpositionen der Verpackungsbehälter gegenüber dem Röntgenstrahl umfassen, der vorzugsweise als Lichtschranke oder Lichtschrankenzeile ausgebildet ist. Dadurch können besonders einfach die genauen Transportpositionen der Verpackungsbehälter erfasst werden, so dass der Shutter sehr genau so synchronisierbar ist, dass der Röntgenstrahl nur dann freigegeben wird, wenn damit tatsächlich einer der Verpackungsbehälter durchleuchtet wird. Dadurch ist die Strahlendosis besonders gering. Denkbar ist auch, dass ein Sensor am Transporteur angeordnet ist, um dessen Transportstrecke zu erfassen. Dieser Sensor kann ein Drehgeber oder ein Encoder sein. Folglich kann mittels des Behältersensors und des Sensors am Transporteur berechnet werden, wann sich ein bestimmter Verpackungsbehälter zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor befindet. Alternativ ist denkbar, dass der Behältersensor direkt auf Transporthöhe der Röntgenquelle bzw. des Röntgendetektor angeordnet ist. Dadurch kann der Shutter bei der Erfassung eines bestimmten Verpackungsbehälters direkt freigegeben werden, so dass dieser Verpackungsbehälter durchleuchtet wird.
Der Behältersensor kann zur Ausgabe eines Synchronisationssignals ausgebildet sein, um den Shutter mit dem Transport der Verpackungsbehälter zu synchronisieren. Beispielsweise kann der Behältersensor das Synchronisationssignal im Takt der transportierten Verpackungsbehälter ausgeben.
Darüber hinaus stellt die Erfindung zur Lösung der Aufgabenstellung ein Verfahren zur Kontrolle einer Füllhöhe von Verpackungsbehältern mit den Merkmalen des Anspruchs 11 bereit. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Dadurch, dass der Shutter des Röntgenfüllhöhensensors mit dem Transport der Verpackungsbehälter synchronisiert wird, kann der Röntgenstrahl unabhängig von dem Betrieb der Röntgenquelle freigegeben oder blockiert werden. Folglich kann die Röntgenquelle kontinuierlich betrieben werden, um deren Verschleiß zu minimieren. Dadurch, dass der Shutter mit dem Transport der Verpackungsbehälter derart synchronisiert wird, dass zumindest zeitweise, wenn sich keiner der Verpackungsbehälter zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor befindet, der Röntgenstrahl geblockt wird, wird die Dosis der Röntgenstrahlung auf das Bedienpersonal reduziert, so dass ein geringerer oder gar kein zusätzlicher Schutz für das Bedienpersonal erforderlich ist.
Das Verfahren, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 11 - 14, kann mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Kontrolle einer Füllhöhe von Verpackungsbehälter, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1-10, durchgeführt werden,. Darüber hinaus kann das Verfahren die zuvor in Bezug auf die Vorrichtung beschriebenen Merkmale einzelnen oder in beliebigen Kombinationen umfassen.
Der Shutter kann mit dem Transport der Verpackungsbehälter derart synchronisiert werden, dass der Röntgenstrahl zumindest zeitweise freigegeben wird, wenn sich einer der Verpackungsbehälter zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor befindet. Dadurch wird der Röntgenstrahl nur dann freigegeben, wenn sich tatsächlich einer der Verpackungsbehälter im Messbereich des Röntgenfüllhöhensensors befindet.
Ein bewegbares Blendenelement des Shutters kann mit einem steuerbaren Antrieb bewegt werden, um den Röntgenstrahl wahlweise freizugeben oder zu blockieren. Dadurch kann der Shutter besonders variabel mit dem Transport der Verpackungsbehälter synchronisiert werden, also auch bei einem unregelmäßigen Transport. Vorzugsweise kann der steuerbare Antrieb mit einer Steuerungseinheit angesteuert werden. Das bewegbare Blendenelement kann die zuvor in Bezug auf die Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, also einen Rotor, Schieber oder ein Flügelrad.
Die Transportpositionen der Verpackungsbehälter können gegenüber dem Röntgenstrahl mit einem Behältersensor erfasst werden, der vorzugsweise als Lichtschranke oder Lichtschrankenzeile ausgebildet ist. Dadurch können besonders einfach die genauen Transportpositionen der Verpackungsbehälter erfasst werden, so dass der Shutter sehr genau synchronisierbar ist, wobei der Röntgenstrahl nur dann freigegeben wird, wenn damit tatsächlich einer der Verpackungsbehälter durchleuchtet wird. Dadurch ist die Strahlungsdosis besonders gering.
Verpackungsbehälter deren Füllhöhe bei der Kontrolle nicht korrekt ist, können aus dem Behälterstrom ausgeleitet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Füllers, eines Verschließers und einer nachgeordneten Vorrichtung zur Kontrolle der Füllhöhe der Verpackungsbehälter in einer Draufsicht;
2 die in der 1 dargestellte Vorrichtung zur Kontrolle der Füllhöhe der Verpackungsbehälter im Detail als Draufsicht;
3A - 3B ein Ausführungsbeispiel des synchronisierbaren Shutters der Vorrichtung aus der 2 im Detail als Seitenansicht;
4A - 4B ein alternatives Ausführungsbeispiel des synchronisierbaren Shutters für die Vorrichtung aus der 2 im Detail als Seitenansicht; und
5A - 5B ein weiteres, alternatives Ausführungsbeispiel des synchronisierbaren Shutters für die Vorrichtung aus der 2 im Detail als Seitenansicht.

In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Füllers 3, des Verschließers 7 und der nachgeordneten Vorrichtung 10 zur Kontrolle der Füllhöhe der Verpackungsbehälter 2 in einer Draufsicht dargestellt.
Zu sehen ist, dass die Verpackungsbehälter 2 zunächst mit dem Zuführstern 5 an den Füller 3 übergeben, dort beim Transport in den Behälteraufnahmen 4 aufgenommen und durch hier nicht dargestellte Füllorgane mit einem Getränkeprodukt befüllt werden. Im Anschluss an den Füller 3 werden die Verpackungsbehälter 2 mit dem Transferstern 6 an die Behälteraufnahmen 8 des Verschließers 7 übergeben und dort mit einem Verschluss versehen.
Die so befüllten und verschlossenen Verpackungsbehälter 2 werden über den Abführstern 9 an die Vorrichtung 10 zur Kontrolle der Füllhöhe übergeben, die nachfolgend anhand der 2 - 5B näher erläutert wird. Fehlerhafte Verpackungsbehälter 2 werden nach der Vorrichtung 10 aus dem Behälterstrom ausgeschleust.
In der 2 ist die in der 1 dargestellte Vorrichtung 10 zur Kontrolle der Füllhöhe der Verpackungsbehälter 2 in einer Draufsicht gezeigt. Zu sehen ist, dass die Vorrichtung 10 den Transporteur 20 zum Transport der Verpackungsbehälter 2 und den Röntgenfüllhöhensensor 30 umfasst.
Der Transporteur 20 ist hier als Förderband ausgebildet, auf dem die Verpackungsbehälter 2 während der Kontrolle stehend transportiert werden. Denkbar ist jedoch auch, dass die Verpackungsbehälter 2 bei der Kontrolle auf einem Karussell oder einer anderen geeigneten Transporteinrichtung transportiert werden.
Der Röntgenfüllhöhensensor 30 umfasst die Röntgenquelle 31 und den Röntgendetektor 32, um die Verpackungsbehälter 2 beim Transport mit dem Röntgenstrahl 33 zu durchleuchten und darüber die Füllhöhe zu kontrollieren. Die Röntgenquelle 31 ist auf einer Seite und der Röntgendetektor 32 auf der dazu gegenüberliegenden Seite des Transporteurs 20 angeordnet. Dadurch können die Verpackungsbehälter 2 mit dem Röntgenstrahl 33 im Wesentlichen quer zur Transportrichtung U durchleuchtet werden.
Zu sehen ist weiter, dass der Röntgenfüllhöhensensor 30 den synchronisierbaren Shutter 34 umfasst, der den Röntgenstrahl 33 zumindest zeitweise blockt, wenn sich keiner der Verpackungsbehälter 2 zwischen der Röntgenquelle 31 und dem Röntgendetektor 32 befindet. Umgekehrt wird der Röntgenstrahl 33 vom Shutter 34 zumindest zeitweise freigegeben, wenn sich einer der Verpackungsbehälter 2 zwischen der Röntgenquelle 31 und dem Röntgendetektor 32 befindet. Dadurch wird die Strahlungsleistung des Röntgenstrahls 33 erheblich vermindert, sodass das Bedienpersonal besonders gut geschützt ist.
Zudem sind die Röntgenquelle 31 und der synchronisierbare Shutter 34 in dem Gehäuse 35 angeordnet, das lediglich eine Blendenöffnung für den Röntgenstrahl 33 aufweist. Dadurch wird verhindert, dass das Bedienpersonal einer Streustrahlung ausgesetzt wird.
Der Röntgendetektor 32 umfasst hier beispielsweise einen Szintillationsdetektor mit einer einzelnen für Röntgenstrahlung empfindlichen Sensorzelle. Sie ist im Bereich des Auftreffpunkts des Laserstrahls 33 auf den Röntgendetektor 32 angeordnet und ermittelt dessen Intensität. Denkbar ist jedoch auch, dass der Röntgendetektor 32 mehrere lineare oder in einer Matrix angeordnete Sensorzellen umfasst, um den Röntgenstrahl 33 für eine noch genauere Füllhöhenerkennung ortsaufzulösen.
Die genaue Anordnung des Röntgenstrahls 33 gegenüber dem synchronisierbaren Shutter 34 und einem Verpackungsbehälter 2 wird weiter unten anhand der 3A - 3B beschrieben.
Darüber hinaus umfasst der Transporteur 20 den Behältersensor 36, um die Transportpositionen der Verpackungsbehälter 2 gegenüber dem Röntgenstrahl 33 zu erfassen. Der Behältersensor 36 ist hier beispielsweise als Lichtschranke mit dem Sender 36a und dem Empfänger 36b ausgebildet. Der Sender 36a umfasst eine Laserdiode oder eine LED zur Erzeugung eines Lichtstrahls, der den Transporteur 20 quert und vom Empfänger 36b mittels einer Fotodiode erfasst wird. Wird der Lichtstrahl durch den Verpackungsbehälter 2 unterbrochen, so kann dessen genaue Transportposition in Transportrichtung U erfasst werden. Ein entsprechendes Signal wird über eine der Leitungen 37 an die Steuerungseinheit 38 weitergeleitet.
Darüber hinaus ist die Transportstrecke zwischen dem Behältersensor 36 und dem Röntgenstrahl 33 vorab bekannt. Über den Transportweg des Transporteurs 20 kann dann in einfacher Weise in der Steuerungseinheit 38 berechnet werden, wann bzw. nach welcher Strecke der Verpackungsbehälter 2 am Behältersensor 36 dann nachfolgend den Röntgenstrahl 33 durchläuft. Über weitere der Leitungen 37 wird der Shutter 34 entsprechend so gesteuert, dass er mit dem Transport der Verpackungsbehälter 2 synchronisiert ist und den Röntgenstrahl 33 wie oben beschrieben freigibt oder blockiert.
Weitere Merkmale sowie die Arbeitsweise des synchronisierbaren Shutters 34 werden in den nachfolgenden 3A und 3B näher erläutert. In den 3A - 3B ist ein Ausführungsbeispiel des synchronisierbaren Shutters 34 der Vorrichtung 10 aus der 2 im Detail als Seitenansicht dargestellt:
Zu sehen ist, dass der synchronisierbare Shutter 34 ein mit dem steuerbaren Antrieb 34c bewegbares Blendenelement umfasst, mit dem der Röntgenstrahl 33 wahlweise freigebbar oder blockbar ist. Das bewegbare Blendenelement ist in diesem Ausführungsbeispiel als drehbarer Rotor 34a mit den umfänglich angeordneten Löchern 34b', 34b", 34b'" ausgebildet. Der Rotor 34a besteht aus einer für den Röntgenstrahl 33 undurchlässigen Kreisscheibe, in der die drei Löcher 34b', 34b", 34b'" umfänglich in regelmäßigen Abständen eingebracht sind. Denkbar sind auch ein, zwei oder mehr als drei Löcher. Zwischen den Löchern 34', 34b", 34b'" befinden sich die Bereiche 34d, die für den Röntgenstrahl 33 undurchlässig sind. Folglich wird also der Röntgenstrahl 33 geblockt, wenn er auf einen der Bereiche 34d zwischen den Löchern 34', 34b", 34b'" trifft bzw. er wird freigegeben, wenn er durch eines der Löcher 34', 34b", 34b'" hindurch verläuft. Alternativ zur Kreisscheibe könnte das Blendenelement auch als Rotorblatt mit einem oder mehreren Fächern ausgeführt sein.
Darüber hinaus sind die beiden Blenden 39` und 39" mit jeweils einer Öffnung für den Röntgenstrahl 33 zu sehen. Dadurch können sich die Röntgenstrahlen nur entlang eines gewünschten Strahlverlaufs von der Röntgenquelle 31 zum Röntgendetektor 32 hin ausbreiten. Die Blende 39` kann Teil des in der 2 gezeigten Gehäuses 35 sein.
Zudem ist der Rotor 34a über eine Welle mit dem Antrieb 34c verbunden, sodass er in der Drehrichtung R (oder entgegensetzt) gedreht werden kann. Der Antrieb 34c ist als Servomotor ausgebildet und umfasst einen Positionssensor, über den die Drehposition des Rotors 34a genau erfasst und an die in der 2 gezeigte Steuerungseinheit 38 als Synchronisationssignal ausgegeben werden kann. Mit der Steuerungseinheit 38 ist es also möglich, den Antrieb 34c und damit die Drehposition des Rotors 34a dynamisch so zu regeln, dass der Röntgenstrahl 33 wenigstens zeitweise auf einen der Bereiche 34d trifft und dadurch geblockt wird, wenn sich zwischen der Röntgenquelle 31 und dem Röntgendetektor 32 kein Verpackungsbehälter 2 befindet (3A). Demgegenüber verläuft der Röntgenstrahl 33 wenigstens zeitweise durch eines der Löcher 34', 34b", 34b'" und wird dadurch freigegeben, wenn sich einer der Verpackungsbehälter 2 zwischen der Röntgenquelle 31 und dem Röntgendetektor 32 befindet (3B).
Anders ausgedrückt ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit des Rotors 34a mit dem Antrieb 34c so zu verändern, dass der Shutter 34 mit dem Transport der Verpackungsbehälter 2 synchronisiert ist und so ein unregelmäßiger Abstand der Verpackungsbehälter 2 auf dem Transporteur 20 kompensiert wird.
Befindet sich nun, wie in der 3B gezeigt, der Verpackungsbehälter 2 mit dem abgefüllten Produkt P zwischen der Röntgenquelle 31 und dem Röntgendetektor 32, so durchläuft der freigegebene Röntgenstrahl 33 den Verpackungsbehälter 2 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels und damit unterhalb der Füllhöhe H. Umgekehrt würde der Röntgenstrahl 33 bei einem fehlerhaft abgefüllten Verpackungsbehälter 2 über dem Flüssigkeitsspiegel verlaufen und damit nicht vom Produkt P absorbiert werden. Folglich wird der freigegebene Röntgenstrahl 33 bei einer korrekten Befüllung in der Füllhöhe H stärker absorbiert, als bei einer fehlerhaften bzw. zu geringen Befüllung. Die entsprechend geänderten Intensitäten des Röntgenstrahls 33 werden mit dem in der 2 dargestellten Röntgendetektor 32 erfasst und an die Steuerungseinheit 38 weitergeleitet und dort auf die korrekte Füllhöhe H hin ausgewertet.
In den 4A - 4B ist ein alternatives Ausführungsbeispiel des synchronisierbaren Shutters 44 der Vorrichtung 10 aus der 2 im Detail als Seitenansicht dargestellt. Der synchronisierbare Shutter 44 unterscheidet sich von dem zuvor in Bezug auf die 3A - 3B beschriebenen Ausführungsbeispiel durch die Art des bewegbaren Blendenelements und des steuerbaren Antriebs.
Zu sehen ist, dass hier das bewegbare Blendenelement als mit dem steuerbaren Antrieb 44c verfahrbarer Schieber 44a ausgebildet ist. Der Schieber 44a ist mit dem Läufer 44b des Antriebs 44c linear in den Richtungen S₁ , S₂ hin- und her verfahrbar. Alternativ dazu ist auch denkbar, dass der Schieber 44a mit einem Schwenkantrieb hin- und her schwenkbar ist.
Folglich ist in diesem Ausführungsbeispiel der steuerbare Antrieb 44c als Linearmotor ausgebildet, mit dem der Schieber 44a quer zum Röntgenstrahl 33 verfahrbar ist. Dementsprechend wird er in der 4A in den Röntgenstrahl 33 eingeschoben, sodass er geblockt ist. Umgekehrt, wenn sich der Verpackungsbehälter 2, wie in der 4B gezeigt, zwischen der Röntgenquelle 31 und dem Röntgendetektor 32 befindet, wird der Schieber 44a aus dem Röntgenstrahl 33 herausgefahren, sodass er freigegeben ist.
Der steuerbare Antrieb 44c umfasst ebenfalls einen Positionssensor zur Bestimmung der Position des Schieber 44a in den Richtungen S₁ , S₂ , der über Leitungen mit der Steuerungseinheit 38 verbunden ist. Dadurch kann die Steuerungseinheit 38 den steuerbaren Antrieb 44c so regeln, dass der Shutter 44 mit dem Transport der Verpackungsbehälter 2 (2) synchronisiert ist.
Folglich ist also der Shutter 44 mit dem Transport der Verpackungsbehälter 2 synchronisiert, so dass der Röntgenstrahl 33 wahlweise freigebbar oder blockbar ist.
Besonders bevorzugt umfasst der Antrieb 44c einen positionsgeregelten Linearmotor. Dieser ist bevorzugt mit einer Positions-, Regelungs- und Steuereinrichtung ausgestattet. Bei einer nicht korrekten Position des Läufers 44b als der von Steuerungseinrichtung vorgegebenen, wird diese automatisch nachgeführt. Die Differenz zwischen Soll- und Ist-Position des Läufers 44b wird als Schleppfehler bezeichnet und kann ausgewertet werden. Schleppfehlerauswertung kann damit umfassen, eine Auswertung von Sollposition zu Ist-Position des Läufers 44b, oder auch die Auswertung eines (Nach-) Regelsignals. Steigt die Leistungsaufnahme über einen vorgegebenen Toleranzwert an, so kann ein Warnsignal ausgegeben werden. Befindet sich der Shutter 44 länger als vorgegeben an einer falschen Position, so kann ebenfalls eine Warnung ausgegeben werden. Besonders bevorzugt wird die Röntgenquelle 31 bei einer Fehlfunktion des Antriebs 44c abgeschaltet. Diese Fehlfunktion kann bereits beinhalten, dass die Röntgenquelle 31 abgeschaltet wird, sollte der Strahlengang wenige Millisekunden länger geöffnet sein als vorgegeben. Damit ist eine effektive Funktionskontrolle des Shutterantriebs umgesetzt. Ebenso wird damit bemerkt, sollte sich der Reibwert der Führung des Läufers 44b erhöhen, also strenggängig werden.
Im Kern lässt sich die Auswertung des Schleppfehlers auch auf alternative elektrische Antriebe mit Positionsregelung anwenden.
Alle anderen Merkmale des Ausführungsbeispiels entsprechen denen der 1 - 3B.
In den 5A - 5B ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel des synchronisierbaren Shutters 54 der Vorrichtung 10 aus der 2 im Detail als Seitenansicht dargestellt. Der synchronisierbare Shutter 54 unterscheidet sich von dem zuvor in Bezug auf die 3A - 3B beschriebenen Ausführungsbeispiel durch die Art des bewegbaren Blendenelements.
Zu sehen ist, dass in diesem Ausführungsbeispiel das bewegbare Blendenelement das mit dem steuerbaren Antrieb 54c drehbare Flügelrad 54a umfasst, an dem umfänglich drei Flügel 54a', 54a", 54a'" angeordnet sind. Denkbar sind auch lediglich zwei oder mehr als drei Flügel. Der steuerbare Antrieb 54c ist ebenfalls als Servomotor mit einem Positionssensor ausgebildet und entspricht von der Funktion her dem Antrieb 34c der 3A - 3B. Folglich kann mit dem steuerbaren Antrieb 54c das Flügelrad 54a in der Drehrichtung T in eine gewünschte Drehposition gedreht werden.
Zu sehen ist in der 5A, dass das Flügelrad 54a so gedreht ist, dass der Röntgenstrahl 33 auf einen der Flügel 54a" trifft und dadurch geblockt wird. Umgekehrt ist in der 5B zu sehen, dass das Flügelrad 54a so gedreht ist, dass der Röntgenstrahl 33 auf keinen der Flügel 54a', 54a", 54a'" trifft und so freigegeben wird.
Dementsprechend ist also der Shutter 54 ebenfalls mit dem Transport der Verpackungsbehälter 2 synchronisiert, so dass der Röntgenstrahl 33 wahlweise freigebbar oder blockbar ist.
Alle anderen Merkmale des Ausführungsbeispiels entsprechen denen der 1 - 3B.
Folglich stellen die Shutter 34, 44, 54 der 3A - 5B unterschiedliche Ausführungsbeispiele des bewegbaren Blendenelements 34a, 44a, 54a bzw. der steuerbaren Antriebe 34c, 44c, 54c dar, dienen jedoch gleichermaßen dazu, den Röntgenstrahl 33 wahlweise freizugeben oder zu blockieren.
Dadurch ist es möglich, den Röntgenstrahl 33 zumindest zeitweise zu blocken, wenn sich keiner der Verpackungsbehälter 2 zwischen der Röntgenquelle 31 und dem Röntgendetektor 32 befindet bzw. zumindest zeitweise freizugeben, wenn sich einer der Verpackungsbehälter 2 zwischen der Röntgenquelle 31 und dem Röntgendetektor 32 befindet.
Die Vorrichtung 10 zur Kontrolle der Füllhöhe H der Verpackungsbehälter 2 in den 1 - 3B bzw. alternativ nach den 4A - 4B oder 5A - 5B wird wie folgt eingesetzt:
Die Verpackungsbehälter 2 werden mit dem Transporteur 20 transportiert, wobei die Verpackungsbehälter 2 mittels der Röntgenquelle 31 und dem Röntgendetektor 32 des Röntgenfüllhöhensensors 30 durchleuchtet werden. Dadurch wird die Füllhöhe H des in die Verpackungsbehälter abgefüllten Produkt P aufgrund der höheren Absorption bei einer korrekten Füllhöhe H kontrolliert. Der Shutter 34, 44, 54 des Röntgenfüllhöhensensors 30 wird mit dem Transport der Verpackungsbehälter derart synchronisiert, dass zumindest zeitweise, wenn sich keiner der Verpackungsbehälter 2 zwischen der Röntgenquelle 31 und dem Röntgendetektor 32 befindet, der Röntgenstrahl 33 geblockt wird. Dadurch wird in diesem Zeitraum keine Strahlungsleistung auf das Bedienpersonal abgegeben. Dagegen wird der Röntgenstrahl 33 vom Shutter 34, 44, 54 zumindest zeitweise freigegeben, wenn sich einer der Verpackungsbehälter 2 zwischen der Röntgenquelle 31 und dem Röntgendetektor 32 befindet.
Folglich wird die durchschnittliche Strahlungsleistung des Röntgenstrahls 33 im Betrieb erheblich vermindert, wodurch die Röntgenstrahlung auf das Bedienpersonal verringert wird. Dadurch ist es möglich, im Betrieb mit geringen oder ganz ohne Schutzmaßnahmen auszukommen. Da währenddessen die Röntgenquelle 31 immer mit konstanter Strahlungsleistung betrieben wird, unterliegt diese einem besonders geringen Verschleiß.
Es versteht sich, dass in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen genannte Merkmale nicht auf diese Merkmalskombination beschränkt sind, sondern auch einzeln oder in beliebigen anderen Kombinationen möglich sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1563719 B1 [0004]

Claims

Vorrichtung (10) zur Kontrolle einer Füllhöhe (H) von Verpackungsbehältern (2), mit - einem Transporteur (20) zum Transport der Verpackungsbehälter (2), und - mit einem Röntgenfüllhöhensensor (30) zur Kontrolle der Füllhöhe (H) eines in die Verpackungsbehälter (2) abgefüllten Produkts (P), wobei der Röntgenfüllhöhensensor (30) eine Röntgenquelle (31) und einen Röntgendetektor (32) umfasst, um die Verpackungsbehälter (2) zur Kontrolle der Füllhöhe (H) beim Transport mit einem Röntgenstrahl (33) zu durchleuchten, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenfüllhöhensensor (30) einen mit dem Transport der Verpackungsbehälter (2) synchronisierbaren Shutter (34, 44, 54) für den Röntgenstrahl (33) umfasst, der zumindest zeitweise, wenn sich keiner der Verpackungsbehälter (2) zwischen der Röntgenquelle (31) und dem Röntgendetektor (32) befindet, den Röntgenstrahl (33) blockt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Shutter (34, 44, 54) derart mit dem Transport der Verpackungsbehälter (2) synchronisierbar ist, dass der Röntgenstrahl (33) zumindest zeitweise freigegen wird, wenn sich einer der Verpackungsbehälter (2) zwischen der Röntgenquelle (31) und dem Röntgendetektor (32) befindet.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Shutter (34, 44, 54) ein mit einem steuerbaren Antrieb (34c, 44c, 54c) bewegbares Blendenelement (34a, 44a, 54a) umfasst, mit dem der Röntgenstrahl (33) wahlweise freigebbar oder blockbar ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei das bewegbare Blendenelement (34a, 44a, 54a) einen mit dem steuerbaren Antrieb (34c) drehbaren Rotor (34a) umfasst, der mit einem oder mehreren umfänglich angeordneten Schlitzen und/oder Löchern (34b', 34b", 34b'") zum Freigeben des Röntgenstrahls (33) ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei das bewegbare Blendenelement (34a, 44a, 54a) einen mit dem steuerbaren Antrieb (44c) verfahrbaren Schieber (44a) umfasst.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei das bewegbare Blendenelement (34a, 44a, 54a) ein mit dem steuerbaren Antrieb (54c) drehbares Flügelrad (54a) umfasst, an dem umfänglich ein oder mehrere Flügel (54a', 54a", 54a'") zum Blocken des Röntgenstrahls (33) angeordnet sind.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3-6, wobei der steuerbare Antrieb (34c, 44c, 54c) einen Schrittmotor, einen positionsgeregelten Linearmotor, einen Synchronmotor, einen Reluktanz- oder einen Servomotor umfasst.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3-7, wobei der steuerbare Antrieb (34c, 44c, 54c) einen Positionssensor zur Bestimmung der Position des bewegbaren Blendenelements (34a, 44a, 54a) umfasst.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Transporteur (20) einen Behältersensor (36) zur Erfassung von Transportpositionen der Verpackungsbehälter (2) gegenüber dem Röntgenstrahl (33) umfasst, der vorzugsweise als Lichtschranke oder Lichtschrankenzeile ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei der Behältersensor (36) zur Ausgabe eines Synchronisationssignals ausgebildet ist, um den Shutter (34, 44, 54) mit dem Transport der Verpackungsbehälter (2) zu synchronisieren.
Verfahren zur Kontrolle einer Füllhöhe (H) von Verpackungsbehältern (2), wobei die Verpackungsbehälter (2) mit einem Transporteur (20) transportiert werden, wobei die Verpackungsbehälter (2) mittels einer Röntgenquelle (31) und einem Röntgendetektor (32) eines Röntgenfüllhöhensensors (30) durchleuchtet und damit die Füllhöhe (H) des in die Verpackungsbehälter (2) abgefüllten Produkts (P) kontrolliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Shutter (34, 44, 54) des Röntgenfüllhöhensensors (30) mit dem Transport der Verpackungsbehälter (2) derart synchronisiert wird, dass zumindest zeitweise, wenn sich keiner der Verpackungsbehälter (2) zwischen der Röntgenquelle (31) und dem Röntgendetektor (32) befindet, ein Röntgenstrahl (33) geblockt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Shutter (34, 44, 54) derart mit dem Transport der Verpackungsbehälter (2) synchronisiert wird, dass der Röntgenstrahl (33) zumindest zeitweise freigegen wird, wenn sich einer der Verpackungsbehälter (2) zwischen der Röntgenquelle (31) und dem Röntgendetektor (32) befindet.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei ein bewegbares Blendenelement (34a, 44a, 54a) des Shutters (34, 44, 54) mit einem steuerbaren Antrieb (34c, 44c, 54c) bewegt wird, um den Röntgenstrahl (33) wahlweise freizugeben oder zu blocken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, wobei Transportpositionen der Verpackungsbehälter (2) gegenüber dem Röntgenstrahl (33) mit einem Behältersensor (36) erfasst werden, der vorzugsweise als Lichtschranke oder Lichtschrankenzeile ausgebildet ist.