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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Inspektion von Behältern wobei zwei oder mehr Strahlungsquelle mit unterschiedlicher Strahlungscharakteristik und unterschiedlicher Beleuchtungsart eingesetzt werden. Eine mehrkanalige Detektionseinrichtung erstellt simultan eine Vielzahl von Aufnahmen, die dann gezielt ausgewertet werden.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zum Einsatz in automatischen Abfüllanlagen bestimmt, in denen zu inspizierende Behälter mit hohen Geschwindigkeiten transportiert werden. In automatischen Abfüllanlagen werden leere Behälter vor der Befüllung auf mögliche Verunreinigungen oder Fremdkörper untersucht. Nach der Befüllung werden die Behälter erneut inspiziert. Da manche Defekte nur mit bestimmten Inspektionsmethoden erkannt werden können, durchlaufen die Behälter meist mehrere hintereinander angeordnete Inspektionseinheiten.
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Traditionell werden bei der kamerabasierten Inspektion von Behältern unterschiedliche Fehlerarten über mehrere Kameras und somit aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommen. Entsprechend des zu detektierenden Fehlers, wird bei jeder Inspektions-Position die jeweils passende Beleuchtungsart eingesetzt.
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Um auch sehr kleine Defekte identifizieren zu können, werden die bei den einzelnen Inspektionsschritten erstellten Aufnahmen der Behälter oftmals miteinander in Beziehung gesetzt und miteinander verrechnet. Bei zeitlich nacheinander gewonnenen Bildaufnahmen der zu inspizierenden Behälter, ergibt sich eine zusätzliche Schwierigkeit daraus, dass die Bildaufnahmen zunächst positions-korrigiert werden müssen.
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Herkömmlicherweise werden die Behälter hierzu durch eine Inspektionseinrichtung geführt, die eine Lichtquelle für sichtbares Licht und eine Halbleiterkamera umfasst. Die Behälter werden dabei durchleuchtet und aus unterschiedlichen Blickwinkeln inspiziert. Bei der Inspektion werden Helligkeitsunterschiede festgestellt, wobei vorliegende Helligkeitsunterschiede als Verunreinigungen oder Verschmutzungen des Behälters identifiziert werden und der Behälter hierauf folgend ausgesondert wird. Derartig ausgesonderte Behälter können einer Reinigungsanlage zugeführt werden oder recycelt werden.
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Behälter wie beispielsweise transparente Glasbehälter weisen oftmals Zier- oder Dekorelemente auf, die auf der Oberfläche des Behälters angeordnet sind. Derartige Dekorelemente werden auch als Embossings bezeichnet. Bei der Detektion von Verunreinigungen ergibt sich das Problem, dass derartige Dekorelemente lokale Helligkeitsunterschiede erzeugen können, die fälschlicherweise als Verunreinigungen identifiziert werden können. Dies kann zu einer fälschlichen Aussonderung von Behältern führen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zuverlässigkeit einer Vorrichtung zur Inspektion von Behältern zu erhöhen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Detektionsempfindlichkeit von Inspektionsvorrichtungen zu erhöhen, so dass auch kleinste Fehlstellen wie Lufteinschlüsse detektiert und von Anhaftungen oder Verunreinigungen unterschieden werden können.
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Es ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Inspektion von Behältern zu vereinfachen.
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Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Inspektion von auf einer Transporteinrichtung beförderten Behältern vorgeschlagen. Diese Vorrichtung umfasst:
- - eine erste Strahlungsquelle, zur Beleuchtung des Behälter mit elektromagnetischer Strahlung mit einer ersten Strahlungscharakteristik und einer ersten Beleuchtungsart,
- - eine zweite Strahlungsquelle, zur Beleuchtung des Behälter mit elektromagnetischer Strahlung mit einer zweiten Strahlungscharakteristik und einer zweiten Beleuchtungsart,
- - eine Detektionseinrichtung, zur Aufnahme der von den Strahlungsquellen emittierten elektromagnetischen Strahlung, und
- - eine Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist die von der Detektionseinrichtung erstellte Aufnahme auszuwerten.
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Die erste und die zweiten Strahlungscharakteristik und die erste und die zweite Beleuchtungsart sind dabei jeweils voneinander verschieden. Die Detektionseinrichtung weist mehrere Aufnahmekanäle auf, wobei mindestens ein erster Kanal zur Aufnahme der elektro-magnetischen Strahlung der ersten Strahlungsquelle eingerichtet ist, und wobei mindestens ein zweiter Kanal zur Aufnahme der elektro-magnetischen Strahlung der zweiten Strahlungsquelle eingerichtet ist.
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Die vorliegende Erfindung kann zur Inspektion von Behältern aus beliebigem Material eingesetzt werden. Die Behälter können aus transparentem oder nicht transparentem Material hergestellt sein. Behälter aus intransparentem Material können insbesondere unter Auflichtbeleuchtung untersucht werden. Behälter aus transparentem Material können auch unter Durchlichtbeleuchtung untersucht werden. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Inspektion von Glasbehältern, wie Klarglasflaschen farbigen Glasflaschen, sowie von transparenten Kunststoffbehältern, wie PET Flaschen, geeignet. Die Erfindung eignet sich aber auch besonders für die Inspektion von Behältern mit elastischer Hülle, wie zum Beispiel Beuteln, Tüten oder Taschen.
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Die Behälter können dabei auf beliebigen, konventionellen Transporteuren befördert werden. Als Transporteure können übliche Förderbänder oder Gliederkettenförderer zum Einsatz kommen. Die Behälter können zusätzlich oder ausschließlich durch Luftkissen oder Rollen gefördert werden.
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Die Inspektionsvorrichtung umfasst mindestens zwei Strahlungsquellen mit denen die zu inspizierenden Behälter mit elektromagnetischer Strahlung beleuchtet werden. Die zwei Strahlungsquellen beleuchten die Behälter dabei einerseits mit elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Strahlungscharakteristik und mit einer unterschiedlichen Beleuchtungsart.
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Die unterschiedlichen Beleuchtungsarten können dabei zum Beispiel eine Auflichtbeleuchtung, eine Durchlichtbeleuchtung, eine Hellfeldbeleuchtung oder eine Dunkelfeldbeleuchtung sein. Durch die simultane Verwendung unterschiedlicher Beleuchtungsarten, können zeitgleich verschiedene Merkmale eines zu inspizierenden Behälters optimal untersucht werden.
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Um die unterschiedlichen Beleuchtungsarten zu realisieren, sind die Strahlungsquellen an unterschiedlichen Positionen um den zu inspizierenden Behälter herum angeordnet. Vorzugsweise sind die Strahlungsquellen senkrecht zueinander angeordnet. Die Strahlungsquellen können auch auf gegenüberliegenden Seiten des zu inspizierenden Behälters angeordnet sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zwei, drei, vier oder sogar noch mehrere Strahlungsquellen umfassen. Die Anzahl der Strahlungsquellen ist im Wesentlichen nur durch die Anzahl der zur Verfügung stehenden Aufnahmekanäle der Detektionseinrichtung begrenzt.
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Wenn die Vorrichtung eine dritte Strahlungsquelle zur Beleuchtung des Behälters mit elektromagnetischer Strahlung umfasst, dann weist diese dritte Strahlungsquelle vorzugsweise eine dritte Strahlungscharakteristik und eine dritte Beleuchtungsart auf. Bevorzugt kann sich die dritte Strahlungscharakteristik von der ersten und der zweiten Strahlungscharakteristik unterscheiden. Ebenso kann sich die dritte Beleuchtungsart von der ersten und der zweiten Beleuchtungsart unterscheiden.
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Um die Strahlung der unterschiedlichen Strahlungsquellen voneinander unterscheiden zu können, weisen diese jeweils eine unterschiedliche Strahlungscharakteristik auf. Unter einer Strahlungscharakteristik ist dabei zum Beispiel eine unterschiedliche Strahlungsfrequenz zu verstehen. Die Strahlungsquellen können dazu ausgebildet sind sichtbares Licht, Infrarotstrahlung und/oder Ultraviolettstrahlung zu emittieren. Unter einer unterschiedlichen Strahlungscharakteristik kann dabei auch eine unterschiedliche Polarisation der verwendeten Strahlungsquellen zu verstehen sein.
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Die Strahlungsquellen können auch dazu ausgebildet, sein sichtbares Licht mit unterschiedlicher Farbe abzustrahlen. Vorteilhafterweise können die Strahlungsquellen dazu ausgebildet sein, grünes, rotes oder blaues Licht abzustrahlen.
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Die Strahlungsquellen können grundsätzlich beliebige bekannte Strahlungsquellen sein. In einer einfachen Ausführungsform können die unterschiedlichen Strahlungscharakteristiken zum Beispiel durch den Einsatz von Farbfiltern erreicht werden.
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Die Nutzung von Farbfiltern kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn nur zwei Strahlungsquellen zum Einsatz kommen sollen. Bei einem Einsatz von nur zwei Strahlungsquellen, können Farbfilter bereits ausreichend sein, um eine Auswertung mit gängigen RGB-Farbkameras zu ermöglichen. Das Transmissionsspektrum gängiger Farbfilter ist nämlich schmal genug, um eine Auswertung mit gängigen RGB-Farbkameras zu ermöglichen. In diesem Falle sollten die beiden am weitesten spektral auseinanderliegenden Farbfilter, nämlich blau und rot, verwendet werden. Farbfilter bieten dabei den Vorteil, dass diese sehr kostengünstig sind und keine speziellen Anforderungen an die Strahlenquellen stellen. Insbesondere aus ökonomischen Überlegungen heraus, kann für einfache Inspektionsaufgaben der Einsatz von Farbfilter zu bevorzugen sein.
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Jede Strahlungsquelle kann mehrere Leuchtelemente umfassen. Diese Leuchtelemente können getrennt voneinander angesteuert werden. Zum Beispiel können die Leuchtelemente individuell in ihrer Intensität einstellbar sein.
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Wenn mehr als zwei unterschiedliche Strahlungscharakteristiken eingesetzt werden, bietet es sich an, Strahlungsquellen mit möglichst schmalen Emissionsspektren zu verwenden.
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Vorzugsweise umfasst eine Strahlungsquelle eine oder mehrere LEDs. LEDs zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie ein sehr schmales Emissionsspektrum aufweisen. Darüber hinaus sind LEDs mit unterschiedlichen Emissionsspektren verfügbar. Dadurch können für unterschiedliche Anwendungen gezielt die optimalen Strahlungsquellen eingesetzt werden.
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Die Strahlungsquellen können in unterschiedlichen geometrischen Dimensionen und/oder Konfigurationen eingesetzt werden. Die Dimensionen können dabei ebenfalls an die Beleuchtungsaufgaben angepasst sein. Zum Beispiel können die Strahlungsquellen als flächige Strahlungsquellen ausgeführt sein. Die Strahlungsquellen können rechteckig oder ringförmig ausgebildet sein. Rechteckige Strahlungsquellen können vorteilhaft zur Seitenwand-Inspektion eingesetzt werden. Ringförmige Strahlungsquellen können vorteilhaft zur Boden-Inspektion eingesetzt werden.
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Die Strahlungsquellen können in einem kontinuierlichen Modus oder in einem Blitzer-Modus betrieben werden.
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Die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzte Detektionseinrichtung ist eine Mehr-Kanal-Detektionseinrichtung, die so konfiguriert ist, dass die einzelnen Kanäle die Strahlungen der einzelnen Strahlungsquellen erfassen können. Der Fachmann kann dabei jede ihm bekannte und für diesen Einsatzzweck geeignete Kamera verwenden.
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Wenn die Strahlungsquellen jeweils Licht in unterschiedlichen Farben emittieren, dann kann die Detektionseinrichtung vorzugsweise eine handelsübliche Farbkamera sein. Vorteilhafterweise ist die Kamera eine RGB Kamera. Bevorzugt weist die Kamera einen Bayer-Filter auf. Ein Bayer-Filter ist ein Fotosensor, der mit einem Farbfilter überzogen ist. Dieser Farbfilter ist dabei so konfiguriert, dass er Bereiche aufweist, die jeweils nur grünes rotes oder blaues Licht passieren lassen.
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Die einzelnen Kanäle der Detektionseinrichtung sind also so auf die Strahlungsquellen abgestimmt, dass ein Kanal immer gerade für Strahlung einer Strahlungsquelle sensitiv ist. Damit kann dann also mit jedem Kanal der Detektionseinrichtung zeitgleich jeweils eine Aufnahme des zu inspizierenden Behälters aufgenommen werden. Da bei jeder Strahlungsquelle eine andere Beleuchtungsart eingesetzt wird, werden zeitgleich von einem Gegenstand aus einer einzigen Kameraperspektive Aufnahmen mit unterschiedlichen Beleuchtungsarten erstellt. Dadurch können Fehlstellen oder ganz allgemein Defekte von Behältern zuverlässiger erkannt werden. Manche Defekte werden in allen Aufnahmen sichtbar sein. Solche Defekte können durch die erfindungsgemäße Vorrichtung noch zuverlässiger erkannt werden. Manche Defekte können dagegen nur bei bestimmten Beleuchtungsarten erkannt werden. Solche Defekte können dann durch geeignete Korrelation der unterschiedlichen Farbkanalaufnahmen, die mit unterschiedlichen Beleuchtungsarten aufgenommen worden sind, erkannt werden. Dadurch kann erreicht werden, dass vormals nicht auflösbare Defekte nicht nur zuverlässig detektiert sondern auch klassifiziert werden können.
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Insbesondere können mit der vorliegenden Erfindung auch noch kleinste Fehler wie Lufteinschlüsse in der Seitenwand von Behältern identifiziert werden. Insbesondere kleine Luftblasen sind in der klassischen auf Durchlicht basierenden Seitenwandinspektion nicht von den eigentlichen Fehlern (z.B. Blackspots) zu unterscheiden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, durch die spezielle Beleuchtung und die gezielte Auswertung der einzelnen Kanäle, zwischen unschädlichen Lufteinschlüssen und tatsächlichen, störenden Defekten zu unterscheiden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner eine Auswerteeinrichtung auf. Diese Auswerteeinrichtung ist dazu ausgelegt, die Aufnahmen der einzelnen Kanäle der Detektionseinrichtung auszuwerten. Da die Aufnahmen nicht nur alle zeitgleich erstellt wurden, sondern auch noch dazu alle aus einer einzigen Kameraperspektive aufgenommen sind, können die einzelnen Aufnahmen bei der Auswertung direkt miteinander korreliert werden.
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Eine Auswertung kann zum Beispiel darin bestehen, dass die einzelnen Aufnahmen der verschiedenen Kanäle miteinander verglichen werden. Die einzelnen Aufnahmen der verschiedenen Kanäle können auch miteinander verrechnet werden. Die Berechnungsvorschrift ist dabei nicht fest vorgegeben, sondern kann über Parameter gesteuert werden. Durch die einfache Anpassung der Berechnungsvorschrift kann die erfindungsgemäße Vorrichtung leicht an unterschiedliche Inspektionsaufgaben angepasst und optimiert werden.
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Die einzelnen Aufnahmen können dabei grundsätzlich mit Hilfe beliebiger mathematischer Operationen ausgewertet werden. Diese Operationen können auf einzelne Aufnahmen angewendet werden. Aufnahmen können auch mittels beliebiger arithmetischer Operationen miteinander verrechnet werden. Die tatsächlich eingesetzte Verrechnungsvorschrift kann eine Vielzahl mathematischer Methoden umfassen. Die optimale Verrechnungsvorschrift ist dabei nicht fix vorgegeben, sondern kann vielmehr an bestimmte Inspektionsaufgaben angepasst werden. Insbesondere kann die Verrechnungsvorschrift für bestimmte Behältertypen voreingestellt werden und in einer Speichereinheit abgelegt werden. Bei Wechsel des Behältertyps kann auf derartige voreingestellte Parameter zurückgegriffen werden.
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Die arithmetischen Operationen zum Verrechnen der einzelnen Aufnahmen miteinander können zum Beispiel die Addition und Subtraktion einzelner Aufnahmen voneinander sowie die Multiplikation einzelner Aufnahmen mit sich selbst umfassen. Durch die zielgerichtete Ausführung dieser arithmetischen Operationen kann ein sogenanntes Merkmalsbild generiert werden, in welchem mögliche Fehlstellen besonders deutlich zu sehen sind. Insbesondere kleine Defekte, also Defekte, die nur geringfügige Kontrastunterschiede zeigen, können nur in einem Merkmalsbild zuverlässig erkannt werden.
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Zur Erhöhung des Kontrastes können einzelne Aufnahmen auch mit Skalierungsfaktoren, linearen oder nicht-linearen Filtern verrechnet werden. Derartige Bildbearbeitungsverfahren sind dem Fachmann bekannt und können im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls zum Einsatz gebracht werden.
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Die Detektionseinrichtung kann weiter dazu ausgebildet sein, von jedem zu untersuchenden Behälter mehrere Aufnahmen zu detektieren. Die mehreren Aufnahmen können zeitversetzt, vorzugsweise entsprechend der Transportgeschwindigkeit der Behälter, aufgenommen werden. Zum Beispiel können die Aufnahmen zeitversetzt um 100 µs bis 1000 µs, bevorzugt zeitversetzt um 500 µs erstellt werden. Durch das Erstellen mehrerer zeitversetzter Aufnahmen können insbesondere bei gefüllten Behältern, zwischen beweglichen Defekten im Füllgut und zwischen Defekten in bzw. an der Behälterwand unterschieden werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Inspektion eines auf einer Transporteinrichtung beförderten Behälters, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellen einer ersten Strahlungsquelle, zur Beleuchtung des Behälter mit elektromagnetischer Strahlung mit einer ersten Strahlungscharakteristik und einer ersten Beleuchtungsart,
- - Bereitstellen einer zweiten Strahlungsquelle, zur Beleuchtung des Behälter mit elektromagnetischer Strahlung mit einer zweiten Strahlungscharakteristik und einer zweiten Beleuchtungsart,
- - Bereitstellen einer Detektionseinrichtung, zur Aufnahme der von den Strahlungsquellen emittierten elektromagnetischen Strahlung,
- - Bereitstellen einer Auswerteeinrichtung, zur Auswertung der von der Detektionseinrichtung erstellten Aufnahme,
- - wobei die erste und die zweiten Strahlungscharakteristik und die erste und die zweite Beleuchtungsart jeweils voneinander verschieden sind, und
- - wobei die Detektionseinrichtung, mehrere Aufnahmekanäle aufweist, wobei mindestens ein erster Kanal zur Aufnahme der elektro-magnetischen Strahlung der ersten Strahlungsquelle eingerichtet ist, und wobei mindestens ein zweiter Kanal zur Aufnahme der elektro-magnetischen Strahlung der zweiten Strahlungsquelle eingerichtet ist.
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Wie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, sind die Strahlenquellen vorzugsweise senkrecht zueinander oder an gegenüberliegenden Seiten der Behälter angeordnet. Durch die Anordnung der Strahlenquellen können die unterschiedlichen Beleuchtungsarten auf einfache Art realisiert werden.
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Die Auswertung der einzelnen Aufnahmen erfolgt dann so, dass die Aufnahmen der einzelnen Kanäle der Detektionseinrichtung durch arithmetische Operationen mit sich selbst und untereinander verrechnet werden.
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Dabei werden aus den Aufnahmen der einzelnen Kanäle der Detektionseinrichtung durch arithmetische Operationen ein oder mehrere fehlerspezifische Merkmalsbilder erzeugt. Diese Merkmalsbilder werden dann zur Erkennung der Defekte ausgewertet.
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Die jeweiligen Berechnungsvorschriften zur Verrechnung der Aufnahmen der einzelnen Kanäle der Detektionseinrichtung kann über Parameter gesteuert, und an die jeweilige Inspektionsaufgabe angepasst werden.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung durch die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigt:
- 1 Beleuchtungsschema einer Inspektionsvorrichtung mit zwei Strahlungsquellen,
- 2 Beleuchtungsschema einer Inspektionsvorrichtung mit drei Strahlungsquellen,
- 3 Gesamt-Aufnahme und Einzelkanal-Aufnahmen der Inspektionsvorrichtung aus 2,
- 4 Anwendung der Inspektionsvorrichtung aus 1 zur Konturfindung und Füllhöhenbestimmung,
- 5 Anwendung der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung zur Seitenwandinspektion,
- 6 Anwendung der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung zur Klassifizierung von Produktanhaftungen und Seitenwanddefekten.
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In 1 ist das Beleuchtungsprinzip einer erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung 10 mit zwei unterschiedlichen Strahlungsquellen 12 ,14 in einer Aufsicht abgebildet. Behälter 16 werden auf einem Gliederketten-Förderer 18 durch die Inspektionsvorrichtung 10 befördert. Wenn sich der Behälter in der Inspektionsposition befindet, erstellt eine Detektionseinrichtung 20 eine Aufnahme des Behälters 16. Diese Aufnahme wird im Anschluss von einer Auswerteeinrichtung 22 ausgewertet.
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In der Vorrichtung gemäß 1, werden zwei Strahlungsquellen 12, 14 eingesetzt, die den Behälter mit unterschiedlicher Beleuchtungsart und mit Strahlung unterschiedlicher Charakteristik bestrahlen. Die erste Strahlungsquelle beleuchtet die Behälter 16 im Durchlicht mit rotem Licht. Die Strahlungsquelle besteht aus insgesamt vier LED Leuchtelementen 12a, 12b, 12c, 12d die radial verteilt um die Inspektionsposition herum angeordnet sind. Mit den vier Leuchtelementen 12a, 12b, 12c, 12d, die individuell angesteuert werden können, kann jeder Behälter 16 optimal homogen ausgeleuchtet werden. Das rote Licht durchdringt die zu inspizierenden Behälter 16 und wird dann von der Detektionseinrichtung 20 auf der gegenüberliegenden Seite des Gliederketten-Förderers 18 aufgenommen.
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Die zweite Strahlungsquelle 14 beleuchtet die Behälter 16 im Auflicht mit blauem Licht. Die Strahlungsquelle ist ein ringförmiger Leuchter, der aus insgesamt 11 konzentrisch oberhalb der Inspektionsposition angeordneten ringförmigen LED-Leuchtelementen 14a-14k besteht. Die 11 ringförmigen LED Leuchtelemente 14a -14k, die ebenfalls individuell angesteuert werden können, kann jeder Behälter 16 von oben homogen ausgeleuchtet werden. Das blaue Licht durchdringt die zu inspizierenden Behälter 16. Die senkrecht zur Beleuchtungsrichtung der zweiten Strahlungsquelle 14 ausgerichtete Detektionseinrichtung 20 nimmt nur denjenigen Strahlungsanteil des blauen Lichts auf, der von dem Behälter in Richtung der Detektionseinrichtung 20 gestreut wird.
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In der Ausführungsform nach 1 wird als Detektionseinrichtung 20 eine handelsübliche RGB Farbkamera eingesetzt. Diese Kamera weist drei Farbkanäle auf, die unabhängig voneinander den roten, grünen, und blauen Farbanteil der einfallenden Strahlung aufnehmen. Da in dieser Ausführungsform die Behälter 16 mit rotem und blauem Licht bestrahlt werden, nimmt der R-Kanal der Farbkamera im Wesentlichen ausschließlich rotes Licht der ersten Strahlungsquelle auf, mit der der Behälter 16 im Durchlicht beleuchtet wurde. In gleicher Weise nimmt der B-Kanal der Farbkamera im Wesentlichen ausschließlich blaues Licht der zweiten Strahlungsquelle auf, mit der der Behälter 16 im Auflicht beleuchtet wurde.
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Auf diese Weise werden mit einer einzigen Farb-Aufnahme zwei deckungsgleiche monochrome Aufnahmen mit unterschiedlicher Beleuchtungsart erstellt. Durch Auswerten der separaten Farbkanal-Aufnahmen können Defekte schneller und mit höherer Genauigkeit detektiert werden.
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Die Auswerteeinrichtung 22 ist daher zweckmäßigerweise dazu ausgebildet, die einzelnen Aufnahmekanäle der Detektionseinrichtung 20 bzw. der von der Detektionseinrichtung 20 erstellten Farbaufnahme separat auszulesen. Zur Auswertung können dann die von den einzelnen Farbkanälen separat erstellten monochromen Aufnahmen einzeln analysiert werden. Des Weiteren können die monochromen Aufnahmen auch miteinander verrechnet werden, um so Defekte zu identifizieren.
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Verschiedene konkrete Anwendungsbeispiele werden nachfolgend anhand der 2 bis 7 diskutiert.
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In den 2 und 3 wird gezeigt, wie sich mit der vorliegenden Erfindung durch gezielte Beleuchtung besondere Merkmale der zu inspizierenden Behälter 16 in einem der Farbkanäle besonders herausstellen lassen. In 2 ist dieses Prinzip anhand einer Bodeninspektion einer BFS-Flasche (Blow-Fill-Seal Flasche) aufgezeigt. Bei diesen gefüllten Behältern 16 ist die Hauptaufgabe die Fremdkörperinspektion zur Erkennung von Fremdkörperpartikeln im Behälter 16. Daneben muss bei diesen Behältern 16 aber auch die Lasche 24 inspiziert werden. Es muss sichergestellt sein, dass die Lasche 24 korrekt positioniert ist, dass die innere und äußere Kontur unversehrt ist und dass die Lasche 24 intakt angebunden ist.
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In 2 ist das verwendete Beleuchtungsschema abgebildet. Im Inspektionsbereich werden die Behälter 16 in einem Riemenförderer 30 eingeklemmt und frei schwebend über die Detektionseinrichtung 20 transportiert. Die Detektionseinrichtung 20 ist wieder eine handelsübliche RGB Farb-Kamera. Die Beleuchtung erfolgt in diesem Fall aus vier unterschiedlichen Richtungen. Von oben wird der Behälter 16 mit rotem Licht im Durchlicht 32 untersucht. Eine von unten parallel zur Detektionseinrichtung 20 ausgerichtete Dombeleuchtung 34 beleuchtet den Behälter 16 von unten mit blauem Licht. Zusätzlich werden die Behälter 16 von beiden Seiten mit grünem Licht 36 bestrahlt.
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Die farbige Gesamtaufnahme der Detektionseinrichtung 20 sowie die separaten Aufnahmen der einzelnen Aufnahmekanäle der Detektionseinrichtung 20 sind in 3 wiedergegeben. 3a zeigt dabei die farbige Gesamtaufnahme. In dieser Aufnahme sind Details des inspizierten Behälters 16 sichtbar. Fremdkörper oder Strukturdetails des Behälters 16 sind allerdings nicht oder nur schwer erkennbar.
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In 3b ist die Rotkanal-Aufnahme wiedergegeben, die den Behälter 16 im Durchlicht zeigt. Bei dieser Aufnahme können die allgemeinen Behälterstrukturen insbesondere die Behälterkonturen gut sichtbar gemacht werden.
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In 3c ist die Grünkanal-Aufnahme wiedergegeben. Mit grünem Licht wird der Behälter 16 homogen ausgeleuchtet. Daher ist diese Aufnahme gut zur Fremdkörperinspektion geeignet. In der Tat finden sich in dieser Aufnahme drei kleine dunkle Spots 40, die auf an der Behälterwand anhaftende Verunreinigungen hindeuten. Solche Verunreinigungen sind nicht transparent erscheinen daher also dunkle Spots. Da diese Spots mit dem bloßen Auge kaum zu sehen sind, sind diese in 3c mit den drei Kreisen markiert.
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In 3d ist die Blaukanal-Aufnahme wiedergegeben. Mit dem blauen Licht wird der Behälter 16 von unten beleuchtet. Unter dieser Beleuchtung wird lediglich das vom Behälter 16 reflektierte Licht aufgenommen. Besonders gut reflektiert die exponierte Lasche 24, so dass dieser Kanal gut zur Inspektion der Lasche 24 geeignet ist. In dieser Aufnahme ist deutlich zu erkennen, dass die Anbindung 42 der Lasche 24 teilweise eingerissen ist. Dieser Defekt ist in 3d wieder mit einem Kreis markiert. In den anderen Aufnahmen ist dieser Defekt nicht oder nur sehr schwer zu erkennen.
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Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt. Die beiden Beispiele aus 4 betreffen eine Vereinfachung bei der Konturfindung. Die Kontur eines Behälters 16 wird oft bestimmt, um den Behälter 16 vor einer Weiterbehandlung in einer gewünschten Position zu zentrieren.
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In beiden in 4 dargestellten Aufnahme-Serien wird eine Zweifach-Beleuchtung eingesetzt, die weitgehend gemäß dem Beleuchtungsschema der 1 ausgebildet ist. Die Detektionseinrichtung 20 ist seitlich angeordnet. Eine erste Beleuchtung erfolgt mit rotem Licht im Durchlicht. Eine zweite Beleuchtung erfolgt mit blauem Auflicht, welches senkrecht von oben auf die Behälter 16 gerichtet ist.
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4a zeigt die farbige Gesamtaufnahme. In dieser Aufnahme sind bereits die Kontur des Behälters und auch das Füllniveau erkennbar. Allerdings ist der Kontrast nicht besonders hoch, so dass eine automatische Erkennung dieser Merkmale erschwert ist. In den 4b und 4c ist jeweils die Rotkanal-Aufnahme bzw. die Blaukanal-Aufnahme wiedergegeben. Auch in diesen Aufnahmen ist die Kontur des Behälters 16 nur mit relativ schwachem Kontrast erkennbar.
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In
4d ist dagegen ein Merkmalsbild wiedergegeben, welches durch geeignete Verrechnung der Rotkanal-Aufnahme und der Blaukanal-Aufnahme erhalten worden ist. Die Berechnungsvorschrift lautet dabei:
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Das mit dieser Berechnungsvorschrift erhaltene Merkmalsbild zeigt die Kontur 44 des Behälters 16 mit sehr hohem Kontrast gegenüber dem Hintergrund. Dieses Merkmalsbild eignet sich damit hervorragend um die Kontur des Behälters 16 zu bestimmen und anhand dieser Kontur 44 zum Beispiel eine Zentrierung des Behälters 16 vorzunehmen.
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Die in 4e-h dargestellte Aufnahme-Serie ist mit demselben Beleuchtungssetup aufgenommen. Wieder zeigt die 4e die farbige Gesamtaufnahme. Die 4f und 4g zeigen die Rotkanal-Aufnahme bzw. die Blaukanal-Aufnahme.
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In
4h ist wieder ein Merkmalsbild wiedergegeben, welches diesmal allerdings durch eine geeignete andere Berechnungsvorschrift erhalten wurde:
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Das mit dieser Berechnungsvorschrift erhaltene Merkmalsbild zeigt die Fülllinie 46 des Behälters mit sehr hohem Kontrast gegenüber dem Kopfraum des Behälters 16. Dieses Merkmalsbild eignet sich damit hervorragend um die Füllhöhe des Behälters zu bestimmen.
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Aufgrund der unterschiedlichen Beleuchtungsarten führen die Fehler in den entsprechenden Farbkanälen zu unterschiedlichen Effekten. Diese Unterschiede kann man sich zu Nutze machen um fehlerspezifische Merkmalsbilder zu generieren.
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In 5 ist als Beispiel eine Oberflächenbeschädigung auf einem BFS-Ampullenstreifen dargestellt. Die Oberflächenbeschädigung besteht dabei in einem Kratzer 48 auf einer der Ampullen.
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5a zeigt die farbige Gesamtaufnahme. In dieser Aufnahme ist der Kratzer 48 auf der vierten Ampulle von links erkennbar. Allerdings ist auch hier der Kontrast nicht besonders hoch. Der Kratzer 48 erscheint mit vergleichbarem Kontrast, wie die hinteren Kanten des Behälters 16. Eine automatische Erkennung dieser Oberflächenbeschädigung ist erschwert.
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5b ist eine Rotkanal-Aufnahme im Durchlicht. 5c ist eine Grünkanal-Aufnahme bei der die Beleuchtung mit grünem Auflicht von unten erfolgt. Der Kratzer 48 erscheint in beiden Aufnahmen relativ schwach und mit invertiertem Kontrast. Diese typische Eigenschaft „dunkel in der Durchlicht-Aufnahme“ (in diesem Fall die Rotkanal-Aufnahme) und „hell in der Auflicht-Aufnahme“ (in diesem Fall die Grünkanal-Aufnahme) deutet bereits auf einen Kratzer hin.
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Durch Anwendung standardisierter Bildverarbeitungsalgorithmen wird für die Rotkanal-Aufnahme und die Grünkanal-Aufnahme zunächst jeweils ein Zwischenbild erzeugt. Das Zwischenbild für die Rotkanal-Aufnahme ist so ausgelegt, dass dunkle Strukturen herausgearbeitet werden. Das Zwischenbild für die Grünkanal-Aufnahme ist so ausgelegt, dass helle Strukturen herausgearbeitet werden.
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Diese beiden Zwischenbilder werden miteinander multipliziert, dadurch werden nur die Strukturen die in der Rotkanal-Aufnahme dunkel und in der Grünkanal-Aufnahme hell sind verstärkt. Strukturen die diese Bedingung nicht erfüllen werden abgeschwächt. Abschließend wird das Ergebnis der Multiplikation mit einem Skalierungsfaktor verrechnet um die Helligkeit der Merkmalsaufnahme zu skalieren. Besonders gut kann man den Kratzer 48 dann in der Merkmalsaufnahme für Oberflächenbeschädigungen erkennen (
5d). Dieses Merkmalsbild kann mit der folgenden Berechnungsvorschrift erhalten werden:
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Eine weitere mögliche Anwendung der vorliegenden Erfindung ist in 6 illustriert. Bei der Abfüllung von gefriergetrockneten Produkten oder Pulvern kommt es prozessbedingt zu Produktanhaftungen an der inneren Seitenwand der Behälter 16. Diese Produktanhaftungen sind mit der klassischen auf Durchlicht basierenden Seitenwand-inspektion nicht von den eigentlichen Fehlern (z.B. Blackspots) zu unterscheiden. Durch die Nutzung einer zusätzlichen Auflichtbeleuchtung und der fehlerspezifischen Verrechnung der Informationen aus beiden Beleuchtungsarten, wird eine Unterscheidung zwischen unschädlichen Produktanhaftungen und tatsächlichen Defekten, wie Blackspots, möglich.
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Das Beleuchtungsschema, das bei den Aufnahmen der 6 eingesetzt wurde, entspricht dem anhand 1 beschriebenen Schema. 6a zeigt die farbige Gesamtaufnahme. 6b zeigt die im Durchlicht aufgenommene Rotkanal-Aufnahme. In beiden Aufnahmen sind eine Vielzahl von dunklen Punkten zu erkennen, wobei es nahezu unmöglich ist zuverlässig zwischen Produktanhaftungen und tatsächlichen Defekten zu unterscheiden.
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In 6c ist die Blaukanal-Aufnahme wiedergegeben. In dieser Aufnahme sind die Defekte gegenüber den Produktanhaftungen schon erkennbar, aber noch mit relativ schwachem Kontrast.
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Durch Anwendung standardisierter Bildverarbeitungsalgorithmen wird für die Rotkanal-Aufnahme und die Blaukanal-Aufnahme zunächst jeweils ein Zwischenbild erzeugt. Das Zwischenbild für die Rotkanal-Aufnahme ist so ausgelegt, dass dunkle Strukturen herausgearbeitet werden. Das Zwischenbild für die Blaukanal-Aufnahme ist ebenfalls so ausgelegt, dass dunkle Strukturen herausgearbeitet werden.
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Diese beiden Zwischenbilder werden miteinander multipliziert, dadurch werden nur die Strukturen die sowohl in der Rotkanal-Aufnahme als auch in der Blaukanal-Aufnahme dunkel sind verstärkt. Strukturen die diese Bedingung nicht erfüllen werden abgeschwächt. Abschließend wird das Ergebnis der Multiplikation mit einem Skalierungsfaktor verrechnet um die Helligkeit der Merkmalsaufnahme zu skalieren.
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In der in
6d wiedergegebenen Merkmals-Aufnahme sind dagegen alle störenden Behälterkonturen entfernt. Auch durch das Produkt bedingte Inhomogenitäten in der Ausleuchtung stören das Merkmalsbild nicht. Die tatsächlichen Defekte erscheinen als helle Flecken vor einem ansonsten dunklen Hintergrund. Insgesamt sind vier Blackspots 50 zu sehen (1x Nacken, 1x oberhalb Füllstand, 1x auf Fülllinie, 1x unterhalb Füllstand). Dieses Merkmalsbild kann mit der folgenden Berechnungsvorschrift erhalten werden:
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Die vorangehenden Ausführungsbeispiele sind einige ausgewählte Anwendungsmöglichkeiten, die den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung illustrieren. Wir bereits erwähnt, kann das Beleuchtungsschema und insbesondere auch die Verrechnungsvorschrift, mit der die einzelnen Aufnahmekanäle einzeln oder gemeinsam miteinander verrechnet werden, an die jeweilige Inspektionsaufgabe angepasst werden.
