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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Inspizieren etikettierter
Gefäße gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Eine
Inspektionsvorrichtung dieser Art ist aus
US 4 509 081 bekannt. Schwierigkeiten
ergeben sich insbesondere bei Etiketten aus z.B. Kunststofffolienmaterial
mit einer hochglänzenden
Oberfläche, da
in solchen Fällen
das aufgenommene Kamerabild störende
Lichtreflexe beinhaltet und somit eine sichere Bildauswertung zur
Erkennung von beispielsweise Rissen, Löchern oder grafischen Darstellungen
in/auf durch eine Schrumpfbehandlung an die Gefäßkontur angeformten Etiketten
nicht möglich
ist. Diese können
so gestaltet sein, dass im Wesentlichen die gesamte Gefäßumfangsfläche bedeckt
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Inspektionssystem
für etikettierte Gefäße oder
dgl. anzugeben.
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Gelöst wird
die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
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Durch
Verwendung von polarisiertem Licht zur Beleuchtung der zu inspizierenden
Gefäße besteht
die Möglichkeit,
die von der Beleuchtungseinrichtung verursachten Reflexe auf den
von einer Kamera aufgenommenen Bereichen etikettierter Gefäße zu unterdrücken. Besonders
vorteilhaft ist der Einsatz von linear polarisiertem Licht.
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In
Verbindung mit einem vor der Kamera installierten Polarisationsfilter,
dessen Polarisationsebene zu der des von der Beleuchtungseinrichtung
abgestrahlten polarisierten Lichts gekreuzt verläuft, d.h. rechtwinklig dazu
ausgerichtet ist, kann die Aufnahme von Reflexlicht durch die Kamera
verhindert werden. Es gelangen lediglich diffuse Lichtanteile vom
zu prüfenden
Gefäß zur Abbildung
in die Kamera.
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Besonders
günstig
ist eine Ausgestaltung einer Beleuchtungseinrichtung, die polarisiertes
Licht abstrahlt, dessen Polarisationsebene rechtwinklig zur Gefäßhochachse
und/oder parallel zu einer Transportebene der Gefäße ausgerichtet
ist. Zu diesem Zweck ist im Bereich zwischen der Lichtquelle der
Beleuchtungseinrichtung und dem zu inspizierenden Objekt ein lineares
Polarisationsfilter angeordnet, dessen Polarisationsrichtung in
der angegebenen Weise ausgerichtet ist.
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Von
Vorteil ist eine Verstellbarkeit der Polarisationsfilter sowohl
auf Seiten der Beleuchtungseinrichtung als auch der Kamera, da durch
Drehen der Filter in ihrer eigenen Oberflächenebene aber auch eine Justage
der Neigung der Polarisationsfilter bezüglich einer Transportebene
der Gefäße eine
exakte Anpassbarkeit an unterschiedliche Gefäßgeometrien gegeben ist, um
eine Grundeinstellung vornehmen zu können, in der von der Beleuchtungseinrichtung verursachtes
Reflexlicht möglichst
weitgehend ausgelöscht
wird und nur diffuse Lichtanteile in die Kamera gelangen.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausbildung der Beleuchtungseinrichtung zur
annähernd
vollumfänglichen
Beaufschlagung der Mantelfläche
eines Gefäßes mit
linear polarisiertem Licht, insbesondere quer zur Gefäßhochachse.
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Die
Beleuchtungseinrichtung kann aus mehreren einzelnen Leuchtschirmen
gebildet werden, die arenaartig um ein sich in der Inspektionszone
befindliches Gefäß herum
umfänglich
versetzt angeordnet sind. Diese einzelnen Leuchtschirme sind vorteilhafterweise
so angeordnet, dass die zu prüfenden
Gefäße von einem
Förderer,
insbesondere einem Förderband,
mit aufrechter Ausrichtung der Inspektionszone zu- und abführbar sind
und für
wenigstens eine Kamera an mehreren Umfangsstellen Bereiche zur freien
Durchsicht auf die Mantelfläche
eines sich in der Inspektionszone befindlichen Gefäßes bestehen. Bevorzugt
werden wenigstens zwei auf gegenüberliegenden
Seiten des die Gefäße transportierenden Förderers
angeordnete Kameras vorgesehen, die über Zwischenschaltung optischer
Mittel, insbesondere Spiegel, über
jeweils zwei Strahlengänge
zwischen den Leuchtschirmen umfänglich
versetzt auf ein in der Inspektionszone befindliches Gefäß blicken,
d. h. im Falle von zwei Kameras werden insgesamt vier verschiedene,
sich teilweise überlappende Umfangsabschnitte
des Gefäßes wiedergebende
Abbildungen erzeugt und ausgewertet, die bei gleich langen Strahlengängen auch
gleich groß sind.
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Die
Bildaufnahme und Beleuchtung kann bei Verwendung mehrerer Kameras
so gesteuert werden, dass nicht eine gleichzeitige Aufnahme und
Beleuchtung eines Gefäßes zum
selben Zeitpunkt stattfindet, sondern unmittelbar nacheinander durch
jeweils nur eine Kamera erfolgt. Mit dieser Maßnahme ist vorteilhafterweise
die Beleuchtung für
jede einzelne Kamera individuell angepasst ausführbar, d. h. beispielsweise
können
für jede
Kamera verschiedene Leuchtschirme aktiviert werden. Die Leuchtschirme
können
beispielsweise mit einer Vielzahl von LEDs bestückt sein, die problemlos für eine Kurzzeitbeleuchtung
ansteuerbar sind.
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Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
anhand einer Figur erläutert.
Sie zeigt eine Inspektionsvorrichtung in einer schematischen Draufsicht.
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Mit
Hilfe eines gerade verlaufenden Förderbandes 1 werden
etikettierte Flaschen 2 oder dgl. Gefäße aus Glas, Kunststoff oder
einem anderen (semi-)transparenten Material in einer einspurigen Reihe
mit gegenseitigen Zwischenabständen
kontinuierlich gefördert.
Die Mantelfläche
einer Flasche 2 ist von einem Etikett, insbesondere einem
Sleeve (Schlauchetikett), vollumfänglich umschlossen, das sich
eng an die Außenkontur
der Flasche anschmiegt. Dieses Etikett bzw. Sleeve kann aus einem wenigstens
teiltransparenten Kunststofffolienmaterial bestehen, das mit einem
produkt- und/oder
flaschenabhängigen
Aufdruck versehen ist.
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Seitlich
neben dem Förderband 1 ist
eine Kamera 3 mit einem Objektiv 4 und einem dem
Objektiv vorgeordneten linearen Polarisationsfilter 5 positioniert,
die auf Spiegel L2 und R2 blickt. Der vertikal auf einer Grundplatte
stehend angeordnete Spiegel L2 bildet in Verbindung mit einem weiteren
vertikalen Spiegel L1 einen linken Strahlengang L, während der ebenfalls
vertikal auf der Grundplatte stehende Spiegel R2 in Zusammenarbeit
mit einem zweiten vertikal stehend angeordneten Spiegel R1 einen
rechten Strahlengang R bildet. Diese beiden quer zum Förderband 1 gerichteten
Strahlengänge
L und R schneiden sich mit ihren optischen Achsen in etwa mittig über dem
Förderband 1 unter
einem gemeinsamen Winkel von beispielsweise 74 Grad und bilden im
Kreuzungsbereich eine Inspektionszone, in der die Mantelfläche einer
zu untersuchenden Flasche 2 aus zwei umfänglich versetzten
Richtungen auf die zugeordnete Kamera 3 abgebildet wird.
Um gleich große
Abbildungen zu erhalten, ist die Länge der Strahlengänge L und
R ausgehend von der Kamera bis zum Schnittpunkt der optischen Achsen
der beiden Strahlengänge
gleich lang. Die Höhenposition der
Kamera 3 ist so gewählt,
dass sie annähernd
mittig horizontal auf eine Flasche blickt.
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Zwischen
den beiden Strahlengängen
L und R befindet sich ein frontal, d. h. mit der Lichtabstrahlrichtung
rechtwinklig zur Förderbahn
des Förderbandes 1 ausgerichteter
Leuchtschirm 6a, dessen Lichtaustrittsebene zumindest annähernd parallel
zur Hochachse einer sich in der Inspektionszone befindenden Flasche 2 verläuft. Zwischen
dem Strahlengang L und dem Förderband 1 sowie
zwischen dem Strahlengang R und dem Förderband 1 ist ein Leuchtschirm 6b bzw. 6c angeordnet.
Die Lichtabstrahlrichtung beider Leuchtschirme 6b und 6c schließt mit der
Förderrichtung
des Förderbandes 1 jeweils
einen spitzen Winkel ein, wobei der Leuchtschirm 6b eine
zu untersuchende Flasche 2 – bezogen auf die Förderrichtung – im Wesentlichen
von der rückwärtigen Seite
her beleuchtet und der Leuchtschirm 6c die gleiche Flasche 2 im
Wesentlichen von vorne entgegen der Förderrichtung gerichtet ausleuchtet.
Der zentrale Leuchtschirm 6a besteht aus einem Doppelmodul,
d.h. seine Lichtaustrittsfläche besitzt
im Vergleich zu den anderen Leuchtschirmen 6b, 6c eine
doppelt so große
Breite, und beleuchtet die Flasche 2 von der Seite quer
zur Förderrichtung.
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Jeder
der genannten, auf einem Halbkreis angeordneten und in einer Ebene
mit der Kamera 3 liegenden Leuchtschirme 6a, 6b und 6c weist
an seiner zur Förderebene
im Wesentlichen senkrecht ausgerichteten Lichtaustrittsfläche ein
lineares Polarisationsfilter 7 auf, dessen Polarisationsrichtung
im Wesentlichen parallel zur Förderebene,
d. h. rechtwinklig zur Hochachse der Flaschen 2 ausgerichtet
ist. Das dem Kameraobjektiv vorgeordnete lineare Polarisationsfilter 5 ist
mit seiner Polarisationsrichtung annähernd rechtwinklig zur Polarisationsrichtung
der Polarisationsfilter 7 verlaufend ausgerichtet, d. h.
es liegt eine gekreuzte Anordnung der paarweise zusammenwirkenden
Polarisationsebenen vor.
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Die
im vorhergehenden beschriebene Anordnung von Kamera, Objektiv mit
Polarisationsfilter, Spiegeln und Leuchtschirmen mit Polarisationsfiltern findet
sich in gleicher Anordnung achsensymmetrisch zur Förderrichtung
gespiegelt auf der gegenüberliegenden
Seite des Förderbandes 1 wieder.
Aufgrund der um die Inspektionszone herum insgesamt arenaartigen
Anordnung der sechs Leuchtschirme, deren Lichtaustrittsebenen jeweils
auf die Inspektionszone ausgerichtet sind und dadurch eine umfängliche
Beleuchtung der Mantelfläche
einer Flasche 2 erzeugen, sowie der vier, sich ebenfalls
in der Inspektionszone kreuzenden Strahlengänge ist eine umfänglich vollständige Abbildung
der etikettierten Mantelfläche
einer Flasche 2 sichergestellt.
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Durch
die gekreuzte Anordnung der Polarisationsebenen der linearen Polarisationsfilter 5 und 7 wird
die Abbildung von sich auf der Etikettenoberfläche reflektierenden Lichtanteilen
der Leuchtschirme sowie eine direkte Lichteinstrahlung von den einer Kamera
bzw. ihren Strahlengängen
gegenüberliegenden
Leuchtschirmen unterdrückt.
Nur die von einem Etikett abgestrahlten diffusen Anteile gelangen zu
den Kameras, die beispielsweise als CCD-Kameras mit einem Flächenarray
ausgebildet sein können, und
erzeugen dort eine annähernd
gleichmäßig ausgeleuchtete
Abbildung der zu untersuchenden Flasche 2 bzw. eines auf
ihr angebrachten Sleeves. Auf Grund der im Prinzip vollumfänglichen
Ausleuchtung der Mantelfläche
einer Flasche 2 wird selbst bei stark strukturierten Oberflächen (Rillen,
Taschen etc.) einer störenden
Schattenbildung in den auszuwertenden Abbildungen erfolgreich entgegengewirkt.
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Um
eine möglichst
optimale Unterdrückung von
Lichtreflexen erreichen zu können,
sind die Polarisationsfilter 5 und/oder 7 sowohl
in ihrer Neigung in Bezug auf die Förderebene als auch in ihrer
Drehlageausrichtung innerhalb ihrer Oberflächenebene verdrehbar gelagert.
Auf dieser Weise ist eine optimale Feinanpassung an die gegebenen
Verhältnisse
möglich.
Auch die Neigung der Leuchtschirme ist einstellbar.
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Die
Abbildung einer sich in der Inspektionszone befindenden Flasche 2 kann
zeitgleich durch beide dem Förderband 1 gegenüberliegend
positionierten Kameras 3 erfolgen, wobei eine Aktivierung aller
Leuchtschirme denkbar ist. In bestimmten Fällen sind aber unmittelbar
aufeinander folgende, zeitversetzte Aufnahmen einer Flasche 2 durch
die beiden Kameras 3 von Vorteil, vor allem wenn bei den beiden
Aufnahmen eine unterschiedliche Flaschenbeleuchtung erfolgen soll.
So kann beispielsweise dann, wenn die dominierende Grundfarbe eines Sleeves
oder Etiketts (z.B. Orange) mit der Farbe des sich in einer Flasche
befindenden Produkts (z.B. Orangensaft) im Wesentlichen übereinstimmt,
bei beiden Abbildungen die Beleuchtung durch den die Umfangsfläche der
Flasche 2 auf der der jeweiligen Kamera 3 gegenüberliegenden
Seite durch den zentralen Leuchtschirm 6a unterbleiben,
während
alle anderen fünf
Leuchtschirme durch eine Steuerung zeitgleich aktiviert werden.
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Mit
dieser Maßnahme
können
gegenüber
einer vollumfänglichen
Beleuchtung für
eine Bildauswertung besser geeignete Aufnahmen erzielt werden, die
z.B. die Erkennung von Löchern
oder Rissen in einem Sleeve erlauben. Dies wäre schwierig realisierbar,
wenn sich der Sleeve bei einer rückseitigen Beleuchtung
vor dem annähernd
gleichfarbigen Hintergrund des sich in der Flasche befindlichen
Produkts kaum abhebt bzw. unterscheidet. Zur weiteren Optimierung
können
nicht etikettenbedeckte Flaschenbereiche durch Blenden abgedeckt
werden.
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Eine
zeitlich dicht aufeinander erfolgende Beleuchtung einer Flasche 2 ist
bei der Verwendung von mit ggf. verschiedenfarbigen LEDs bestückten Leuchtschirmen
durch eine entsprechende Triggersteuerung problemlos realisierbar.
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Die
Anwendung der beschriebenen Vorrichtung ist nicht auf die Inspektion
etikettierter Flaschen, Dosen oder dgl. beschränkt.