DE19540545C2 - Verfahren und Vorrichtung zum optischen Überprüfen des Sitzes von Verschlußkappen auf Gefäßen - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum optischen Überprüfen des Sitzes von Verschlußkappen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der EP 62 935 A1 bekannt. Hierbei wird die Nahtstelle zwischen dem unteren Rand einer Verschlußkappe und einem rotierenden Gefäß an mehreren über den Umfang der Verschlußkappe verteilten Stellen mittels mehrerer Reflexlichtschranken abgetastet. Ist die Verschlußkappe ordnungsgemäß umgebördelt, so wird die vom Sender ausgehende Strahlung größtenteils zum zugehörigen Empfänger reflektiert. Ist dies nicht der Fall, so wird auf eine fehlerhafte Bördelung geschlossen und das betreffende Gefäß wird aussortiert. Die Erkennung von schief sitzenden Verschlußkappen ist mit diesem bekannten Verfahren bzw. dieser bekannten Vorrichtung weder beabsichtigt noch möglich.

Weiter ist es durch die DE 41 11 145 C2 bekannt, beim Überprüfen der Maßhaltigkeit von durch Zuschmelzen verschlossenen Gefäßen in Form von Ampullen die Kontur der Gefäße optisch zu ermitteln. Hierbei werden die Gefäße in Eigenrotation versetzt und über ihre gesamte Höhe durch eine Fotodiodenkamera abgetastet. Ausgewertet wird lediglich die so ermittelte Gesamthöhe der Gefäße; Verschlußkappen sind ohnehin nicht vorhanden.

Durch die VDI-Zeitung, Band 128 (1986) Nr. 17, September, Seite 629 bis 634 ist es bekannt, zur Profilermittlung von Werkstücken Laserscanner und das Schattenbildverfahren einzusetzen.

Durch die DE-OS 29 40 122 schließlich ist es bekannt, die Mündung von unverschlossenen Gefäßen durch optische Sender- Empfänger-Kombinationen auf Fehler zu überprüfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche mit einfachen Mitteln die zuverlässige Erkennung schräg sitzender Verschlußkappen auf Gefäßen erlauben, unabhängig von der Art und Beschaffenheit der Verschlußkappe.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst.

Die erfindungsgemäße Erzeugung eines durchgehenden, vorzugsweise linienförmigen Höhenprofils, d. h. die Aufnahme der Gesamtheit der Entfernungen des vermessenen Bereichs der Verschlußkappenoberfläche von einer Bezugsebene, läßt sozusagen "auf den ersten Blick" eine Schräglage der Verschlußkappe erkennen. Dabei spielt die Oberflächenbeschaffenheit der Verschlußkappe keine Rolle. Als Bezugsebene dient im allgemeinen die Horizontale, bei der Überprüfung der üblichen Gefäße mit horizontaler Standfläche und parallel dazu verlaufender Mündungsfläche. Bei Gefäßen mit gegenüber dem Boden geneigter Mündung ist die Bezugsebene entsprechend schräg zu legen. Dabei kommt es nicht auf die absoluten Höhenwerte an, sondern auf die Form oder Neigung des Höhenprofils bezüglich der Bezugsebene.

Die erfindungsgemäße Erzeugung und Auswertung eines Höhenprofils ist mit einfachen Mitteln durchführbar, da die Translationsbewegung der Gefäße mit zur Erzeugung des Höhenprofils herangezogen wird, und so eine kostengünstige Sender-Empfänger-Kombination eingesetzt werden kann. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Besonders hervorzuheben ist die Schattenrißmethode gemäß den Ansprüchen 4 und 5 sowie 8 und 9 sowie die Auswertung bezüglich einer Symmetrieachse gemäß den Ansprüchen 6 und 10.

Zur einfacheren Auswertung ist es zweckmäßig, die Aufnahme des Höhenprofils zu normieren, wozu der im Anspruch 11 angegebene Taktgeber von Vorteil ist.

Im Nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Überprüfen von Gefäßen

Fig. 2 die schematische Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 mit integriertem Blockschaltbild

Fig. 3 den Verlauf eines Höhenprofils bei ordnungsgemäßem Sitz einer Verschlußkappe

Fig. 4 den Verlauf eines Höhenprofils bei schiefem Sitz einer Verschlußkappe.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 dient zum Kontrollieren des ordnungsgemäßen Sitzes von Verschlußkappen 1 in Form von Schraubkappen aus Kunststoff auf Gefäßen 2 in Form von gefüllten Getränkeflaschen aus Glas. Sie weist eine kontinuierlich in Pfeilrichtung angetriebene Transporteinrichtung 5 in Form einer Scharnierbandkette mit seitlichen Geländern auf, welche die Gefäße 2 aufrechtstehend mittig durch den Meßbereich transportiert. Dieser wird von einer Meßeinrichtung 3 in Form zweier gleichartiger Laser-Lichtschranken mit je einem Sender 10a, 10b und einem Empfänger 6a, 6b gebildet.

Die beiden Strahlengänge der Meßeinrichtung 3 liegen in einer horizontalen Ebene und damit parallel zur Transportebene bzw. zum Boden der Gefäße 2. Sie kreuzen sich unter einem Winkel von 90 Grad in der Mitte der Bewegungsbahn der Gefäße 2 auf der Transporteinrichtung 5 und schließen mit der durch den Pfeil angegebenen Transportrichtung einen Winkel von jeweils 45 Grad ein. Die Sender 10a, 10b und die Empfänger 6a, 6b der Meßeinrichtung 3 sind in der beschriebenen Zuordnung an der Transporteinrichtung 5 durch nicht gezeigte Halterungen starr befestigt.

Wie die Fig. 2 zeigt, sind die von den Sendern 10a, 10b ausgehenden Laserstrahlen in senkrechter Richtung aufgeweitet, wodurch ein Meßbereich mit einer Höhe von beispielsweise 10 mm gebildet wird, der einen festen Abstand von der Transportebene hat. Dieser Abstand ist in Abhängigkeit von der Höhe der zu kontrollierenden Gefäßsorte so gewählt, daß zumindest die Oberseite der auf die Gefäße 2 aufgeschraubten Verschlußkappen 1 unter Berücksichtigung der üblichen Toleranzen in der Gefäßhöhe mit Sicherheit den Meßbereich passiert. Die Eindringtiefe der Verschlußkappen 1 in die Laserstrahlen kann so mit einer Höhenauflösung von 0,01 mm gemessen werden und ist ein Maß für die Höhenlage.

An die Meßeinrichtung 3 ist eine Auswertungseinrichtung 4 mit einem digitalen Speicher 7, einem Rechner 8 in Form eines Mikroprozessors und einem den Weg der Transporteinrichtung 5 aufnehmenden Taktgeber 9 angeschlossen. Die Auswertungseinrichtung 4 ermittelt anhand der von der Meßeinrichtung 3 gelieferten Signale alle Gefäße 2 mit einer schief sitzenden Verschlußkappe 1 und steuert eine Sortiereinrichtung 11 in Form eines Pushers an, welcher die betreffenden Gefäße 2 von der Transporteinrichtung S entfernt.

Zwei beispielhafte Signalverläufe sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Darin ist jeweils über dem Weg L der Transporteinrichtung 5 und damit auch der Verschlußkappen 1 das Ausgangssignal eines Empfängers 6a oder 6b in Form einer Spannung U aufgetragen. Befindet sich keine Verschlußkappe 1 im Meßbereich, so liefert der Empfänger 6a eine max. Spannung, die nicht gespeichert bzw. ausgewertet wird. Befindet sich eine Verschlußkappe 1 im Meßbereich, so sinkt das Signal unter einen vorgegebenen Grenzwert G ab. Der Signalverlauf unterhalb des Grenzwerts G bildet das gewünschte Höhenprofil der Verschlußkappenoberseite und wird kurzzeitig gespeichert und in Echtzeit ausgewertet.

Hierbei wird als erstes die Symmetrieachse S des Höhenprofils ermittelt, welche mittig zwischen den beiden Signaldurchgängen durch den Grenzwert G liegt. Dann werden zwei auf verschiedenen Seiten der Symmetrieachse S mit gleichem Abstand a zu dieser liegende Punkte des Höhenprofils ausgewählt und ihre Signalwerte U1 bzw. U2 ausgelesen und verglichen. Sind die beiden Signalwerte bzw. Höhenwerte U1 und U2 gleich groß oder ist ihre geringe Differenz unterhalb eines definierten Schwellwerts, so wird die betreffende Verschlußkappe 1 vom Rechner 8 als "gut" bewertet (Fig. 3). Die Sortiereinrichtung 11 bleibt unbetätigt. Überschreitet dagegen die Differenz zwischen den beiden Signalwerten bzw. Höhenwerten U1 und U2 den vorgegebenen Schwellwert, so ist dies ein sicheres Indiz für einen schiefen Sitz der betreffenden Verschlußkappe 1 und diese wird vom Rechner 8 mit "schlecht" bewertet (Fig. 4). Der Rechner 8 gibt in diesem Falle ein Steuersignal an die Sortiereinrichtung 11 ab, welche das betreffende Gefäß 2 ausscheidet.

Der vorstehend beschriebene Signalvergleich kann auch mehrmals mit unterschiedlichen Abständen a durchgeführt werden, bis hin zum Vergleich aller Punkte des Höhenprofils, wodurch die Aussagefähigkeit der Auswertung erhöht wird. Aufgrund der Symmetrieauswertung spielt die absolute Höhenlage keine Rolle, die aufgrund der Gefäßtoleranzen unterschiedlich sein kann.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Weg der Transporteinrichtung 5 durch den Taktgeber 9 in Schritten von 0,3 mm unterteilt, so daß beispielsweise bei einer Verschlußkappe mit einem Durchmesser von 30 mm rund einhundert Messungen zur Erzeugung der Höhenkontur durchgeführt werden. Stattdessen ist es auch möglich, in bestimmten Zeitabständen von z. B. 0,5 Millisekunden jeweils eine Messung durchzuführen.

Der Höhenvergleich kann auch zwischen zwei auf der gleichen Seite der Symmetrieachse S liegenden Punkten des Höhenprofils bzw. der Höhenkontur der Verschlußkappenoberseite durchgeführt werden. In diesem Falle können auch Verschlußkappen 1 mit ballig hochgewölbter Oberseite erkannt werden. Bei bestimmten Verschlußkappen 1 ist dies ein sicheres Indiz für einen mangelhaften Verschluß des Gefäßes 2.

In jedem Falle wird durch die gekreuzte Anordnung zweier Rotlicht-Laser-Sender 10a, b sichergestellt, daß unabhängig von der Winkelposition einer Verschlußkappe 1 zumindest eines der beiden aufgenommenen Höhenprofile die Schieflage einer Verschlußkappe 1 deutlich anzeigt.

Claims (11)

1. Verfahren zum optischen Überprüfen des Sitzes von Verschlußkappen auf Gefäßen, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Translationsbewegung des Gefäßes bezüglich einer ortsfesten Meßstelle in Querrichtung der Verschlußkappenoberseite mindestens ein durchgehendes Höhenprofil erzeugt und aufgrund der Form des Höhenprofils zwischen einem ordnungsgemäßen und einem fehlerhaften Sitz der Verschlußkappe unterschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durchgehende Höhenprofil durch eine kontinuierliche Messung aufgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durchgehende Höhenprofil durch eine Vielzahl aufeinanderfolgender Einzelmessungen aufgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Höhenprofil mittels eines parallel zur Gefäßmündung verlaufenden Lichtstrahls nach der Schattenrißmethode aufgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäß mit dem Bereich der Verschlußkappe durch einen aufgeweiteten Laserstrahl geführt und dessen Abschwächung durch die hindurchtretende Verschlußkappe als Maß für die momentane Höhe der Verschlußkappenoberseite aufgenommen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Höhenprofil gespeichert, seine Symmetrieachse ermittelt und mindestens zwei auf verschiedenen Seiten und/oder der gleichen Seite der Symmetrieachse liegende Punkte des Höhenprofils hinsichtlich ihres Höhenwerts verglichen werden, wobei bei Unterschreiten einer bestimmten Differenz der beiden Höhenwerte ein ordnungsgemäßer Sitz und bei Überschreiten ein fehlerhafter Sitz angenommen wird.

7. Vorrichtung zum optischen Überprüfen des Sitzes von Verschlußkappen auf Gefäßen mit mindestens einem optischen Sender, mindestens einem optischen Detektor, einer Auswertungseinrichtung und mit einer die Gefäße mit den Verschlußkappen an Sender und Empfänger vorbeiführenden Transporteinrichtung, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sender (10a, 10b) und Empfänger (6a, 6b) eine ortsfeste, die Verschlußkappenoberseite abtastende optische Meßeinrichtung (3) bilden, die ein durchgehendes Höhenprofil in einer Querrichtung der Verschlußkappenoberseite erzeugt, und dass die Auswertungseinrichtung (4) das aufgenommene Höhenprofil auswertet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung (3) durch mindestens eine Laser- Lichtschranke (6, 10) mit einem im wesentlichen quer zur Transportrichtung der Gefäße und deren Mittelachse verlaufendem Strahlengang gebildet wird, deren Empfänger (6) ein der Eintauchtiefe der Verschlußkappe in den Laserstrahl entsprechendes Signal erzeugt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung (3) durch zwei Laser-Lichtschranken (6, 10) gebildet wird, deren Strahlengänge in einer parallel zur Transportebene verlaufenden Ebene einen Winkel von 90 Grad bilden und gegenüber der Transportrichtung unter einem Winkel von 45 Grad angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (4) einen das Signal des Empfängers (6) aufnehmenden Speicher (7) und einen das gespeicherte Höhenprofil bezüglich der Symmetrie oder Asymmetrie auswertenden Rechner (8) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (4) einen einen Meßvorgang auslösenden Taktgeber (9) aufweist, der zeitsynchron oder synchron zur Transporteinrichtung (5) arbeitet.