DE20217559U1 - Vorrichtung zur Untersuchung von gefüllten Behältern mittels Röntgenstrahlen - Google Patents

Vorrichtung zur Untersuchung von gefüllten Behältern mittels Röntgenstrahlen

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Description

ABITZ
European Patent Attorneys European Trademark Attorneys Patentanwälte
Abitz & Partner
Patentanwälte
European Patent and
Trademark Attorneys
Registergericht
München PR 18
Postanschrift/Postal Address Postfach 86 01 09 D-81628 München
12. November 2002 3 4 8 3 7 -de/Fremdkörpe rkontrolle
Heuft Systemtechnik GmbH
Brohltalstraße 31 - 33
D-56659 Burgbrohl
Deutschland
Vorrichtung zur Untersuchung von gefüllten Behältern mittels
Röntgenstrahlen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung von
gefüllten Behältern auf Fremdkörper, wie Glassplitter, mit
einer Transporteinrichtung zum Transport der Behälter einzeln
aufeinander folgend in einer Reihe auf einer Transportebene,
•5 mit einer Röntgenstrahlquelle zur Aussendung eines Röntgenstrahls
in einer vorgegebenen Richtung und mit einer Einrichtung
zur Erfassung der Röntgenstrahlen nach dem Durchgang
durch die Behälter.
Die Kontrolle von Gütern, die in Behältern abgefüllt sind, zum Beispiel Fruchtsäfte in Getränkeflaschen, mittels Röntgenstrahlen,
ist in der Lebensmittelindustrie ein bekanntes
Verfahren. Schwierigkeiten ergeben sich bei der Kontrolle auf
Fremdkörper, die eine höhere Dichte als die abgefüllten Güter
haben und daher in den Behältern nach unten sinken. Bei
Behältern mit nach oben gewölbtem Boden, wie es bei vielen
Getränkeflaschen der Fall ist, gleiten die Fremdkörper auf der
Wölbung des Behälterbodens an den inneren Behälterrand. Dort sind sie mittels Röntgenstrahlen schwer zu erkennen, da die Röntgenstrahlen nicht nur die senkrechte Behälterwand, sondern auch den Behälterboden durchdringen müssen, und dabei wegen der Wölbung des Behälterbödens in einem Winkel von zum Beispiel 10° zur gewölbten Fläche des Behälterbodens gerichtet sind und daher eine sehr lange Strecke innerhalb des Behältermaterials verlaufen. Eine zusätzliche Schwächung der Röntgenstrahlen durch eventuell vorhandene Fremdkörper wirkt sich &iacgr;&ogr; dadurch nur relativ wenig aus und ist häufig nicht mehr feststellbar. Andererseits täuschen Unebenheiten der Oberfläche des Behälterbodens leicht einen Fremdkörper vor.
Aus EP-A-O 795 746 ist es zur Lösung dieses Problems bekannt, die Behälter mittels zwei Röntgenstrahlen zu untersuchen, von denen der eine 45° in Transportrichtung und der andere 45° entgegen der Transportrichtung zeigt, so dass sie zueinander rechtwinklig sind.
Aus EP-A-O 961 114 ist es bekannt, die Behälter für diese Untersuchung auf den Kopf zu stellen, so dass eventuell vorhandene Fremdkörper nach unten zum Verschluss sinken und dabei mittels Röntgenstrahlen sicher erkannt werden können.
Aus WO 01/44791 ist es bekannt, die Behälter um etwa 80° zur Seite zu neigen und dann mittels eines vertikal gerichteten Röntgenstrahl auf Fremdkörper zu untersuchen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit der Erkennung von Fremdkörpern in gefüllten Behältern zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Richtung, in der die Röntgenstrahlen von der Röntgenstrahlenquelle ausgesandt werden, zwischen 10° und 60°, vorzugsweise 15° und 45°, und insbesondere etwa 30° zur Transportebene geneigt ist.
Eine geeignete Röntgenstrahlenquelle erzeugt beispielsweise einen Röntgenstrahl mit 50 bis 100 keV, insbesondere mit 60 keV.
Gewölbte Behälterböden haben am Rand im Allgemeinen eine maximale Neigung zwischen etwa 10° und 60°. Die Röntgenstrahlenquelle wird so positioniert, dass der Strahlenverlauf an der Stelle der maximalen Neigung des Behälterbodens etwa tangential zu der Wölbung des Behälterbodens ist. Dies lässt sich sowohl durch eine Anordnung der Röntgenstrahlenquelle über der Transportebene als auch durch eine solche unter der Transportebene erreichen.
Ist die Röntgenstrahlenquelle über der Transportebene angeordnet, so verläuft der obere Teil des Röntgenstrahl in dem von der Röntgenstrahlenquelle abgewandten Bereich des Behälterbodens etwa tangential zur Wölbung des Behälterbodens. Der Röntgenstrahl durchdringt dadurch das Material des Behälters nur auf der Vorderseite und auf der Rückseite der Wand, verläuft jedoch nicht eine längere Wegstrecke innerhalb des Behälterbodens. Bei einer Neigung von zum Beispiel 30° verlängert sich die Strecke innerhalb der senkrecht stehenden Behälterwand nur um etwa 15%. Der Kontrast von Intensitätsunterschieden, der durch Fremdkörper verursacht wird, verringert sich dadurch nur unwesentlich.
In dem der Röntgenstrahlenquelle zugewandten Bereich des ■ inneren Randes des Behälterbodens ergeben sich ähnlich günstige Verhältnisse. Steigt hier der Behälterboden mit einem Winkel von zum Beispiel 30° an, so verläuft der Röntgenstrahl dann unter einem Winkel von 60° zum Behälterboden, so dass auch hier die Wegstrecke im Vergleich zu einem rechtwinkligen Einfall nur um etwa 15% verlängert ist.
Der Röntgenstrahl kann auch von unten unter einem Winkel von zum Beispiel 30° zur Transportebene gegen den Behälterboden gerichtet sein. In dem der Röntgenstrahlenquelle zugewandten Bereich verläuft der Röntgenstrahl dann etwa tangential zur
•Wölbung des Behälterbodens, während er in dem von der Röntgenquelle abgewandten Bereich des inneren Randes des Behälterbodens dann in dem gewählten Fall unter einem Winkel von etwa 60° zum Behälterboden verläuft.
Vorzugsweise sind die Röntgenstrahlen in jedem Fall etwa rechtwinklig zur Transportrichtung ausgerichtet.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung &iacgr;&ogr; werden die Behälter mittels zweier Röntgenstrahlen untersucht, von denen der eine von oben und der andere von unten gegen den Behälterboden gerichtet ist. Die Winkel, unter denen die Röntgenstrahlen auf den Behälterboden gerichtet sind, können gleich groß oder unterschiedlich sein. Vorzugsweise betragen sie etwa 30°. Es ist auch möglich, noch weitere Röntgenstrahlenquellen einzusetzen, zum Beispiel eine dritte Röntgenstrahlenquelle, die einen Röntgenstrahl parallel zur Transportebene oder unter einem anderen Winkel als die erste und die zweite Röntgenstrahlenquelle auf den Behälterboden richtet. Der Winkel der Röntgenstrahlen zur Transportrichtung kann ebenfalls unterschiedlich sein.
Die Einrichtung zur Erfassung der Röntgenstrahlen ist auf der bezüglich der Transporteinrichtung der Röntgenstrahlenquelle gegenüberliegenden Seite angeordnet. Es kann sich bei dieser Einrichtung um eine Zeile oder ein zweidimensionales Feld von Rontgenstrahlendetektoren handeln. Bei den Rontgenstrahlendetektoren kann es sich um Fotodioden mit einem Szintillationskristall handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei der Erfassungseinrichtung jedoch um einen Röntgenbildwandler oder Röntgenbildverstärker mit nachgeschalteter CCD-Kamera. Durch den Einsatz eines solchen Flächensensors wird die nötige Belichtungszeit auf ein Minimum herabgesetzt und so die Strahlenbelastung des Produkts und der Umwelt reduziert.
Jeder Röntgenstrahlenquelle ist eine Einrichtung zur Erfassung der Röntgenstrahlen und zur Auswertung der Informationen zugeordnet. Durch Vergleich der von den einzelnen Erfassungs-
einrichtungen gelieferten Information, ist dabei eine dreidimensionale Positionsbestimmung der Fehler möglich, wodurch zwischen Fremdkörpern und Fehlern im Material der Behälterwand unterschieden werden kann.
5
Vorzugsweise werden bei der Verwendung von zwei Röntgenstrahlen die Bilder auf einem Flächensensor gekoppelt. Der Divergenzwinkel der Röntgenstrahlen und der Abstand der Röntgenstrahlenquellen von der Transporteinrichtung auf der
&iacgr;&ogr; einen Seite und der Abstand des Flächensensors von der Transporteinrichtung auf der anderen Seite, werden dabei so aufeinander abgestimmt, dass in der oberen Hälfte des Flächensensors das von dem von unten kommenden Röntgenstrahl erzeugte Bild erscheint, während in der unteren Hälfte des Flächensensors das von dem von oben kommenden Röntgenstrahl erzeugte Bild erscheint. Fehler, die in dem einen Bild auftauchen, können in dem jeweils anderen Bild gesucht und bestätigt werden.
Bei der Transporteinrichtung kann es sich um einen üblichen Gliederkettenförderer mit Kunststoffkettengliedern handeln. Falls die Kettenglieder auf dem Röntgenbild stören, so kann ein Riemen-Transporteur verwendet werden, bei dem die Behälter mittels zweier seitlich angreifender Riemen transportiert werden. Eine solche Transporteinrichtung ist aus EP-A-O 124 164 bekannt. Der Boden der Behälter wird dabei nicht abgestützt. Die Transportebene wird dabei durch die Behälterböden definiert. Vorzugsweise liegt sie horizontal.-Insbesondere bei Verwendung eines Riementransporteurs kann sie jedoch auch geneigt sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:" .
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Röntgenstrahl unter einem Winkel von 30° von oben gegen die Transportebene gerichtet ist;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Röntgenstrahl von unten unter einem Winkel von 30° gegen die Transportebene gerichtet ist;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Röntgenstrahlen mit Blick in Transportrichtung und
Fig. 4 das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 in Seitenansicht.
&iacgr;&ogr; Bei den Ausführungsbeispielen sind die Behälter jeweils Getränkeflaschen 10 aus Glas, die im unteren Bereich eine zylindrische Wand 12 und einen nach oben gewölbten Flaschenboden 14 haben. Die Flaschen 10 werden auf einer Transporteinrichtung 16 aufrecht stehend transportiert. Bei der Transporteinrichtung 16 handelt es sich um einen üblichen Gliederkettenförderer. Im Abstand neben der Transporteinrichtung 16 ist auf der einen Seite eine 60 keV-Röntgenstrahlenquelle 18 und auf der anderen Seite eine Einrichtung zur Erfassung der Röntgenstrahlen angeordnet. Diese Einrichtung ist ein Flächensensor in Form eines Röntgenbildwandlers 20. Das von dem Röntgenbildwandler 20 erzeugte Bild wird von einer CCD-Kamera 22 aufgezeichnet.
Die Oberseite der Transporteinrichtung 16 definiert eine Transportebene. Der Röntgenstrahl 24 ist bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 unter einem Winkel von 30° von oben gegen die Transportebene geneigt. Der Abstand der Röntgenstrahlenquelle 18 von der Transporteinrichtung 16 beträgt etwa 3 0 cm und der Röntgenstrahl 24 hat eine Divergenz von 15.°, so dass der gesamte Flaschenboden, der einen Durchmesser von etwa 7 cm hat, innerhalb des Röntgenstrahl 24 liegt. Der Röntgenbildwandler 20 ist in möglichst geringem Abstand neben der Transporteinrichtung 16 angeordnet und erfasst zumindest den Bereich des Röntgenstrahl 24, der den Flaschenboden 14 durch-5 drungen hat.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 befindet sich auf der von der Röntgenstrahlenquelle 18 abgewandten
• ·
• ·
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Seite des inneren Randes des Flaschenbodens 14 ein Fremdkörper 26, zum Beispiel ein Glassplitter. Der Fremdkörper 26 absorbiert oder streut die Röntgenstrahlen und ist auf dem Röntgenbildwandler 20 als dunkler Fleck 32 erkennbar. Wie man in Fig. 1 erkennt, durchdringen die Strahlen in der unmittelbaren Nachbarschaft der Strahlen, die auf den Fremdkörper 26 treffen, die Vorderseite und die Rückseite der Wand 12 der Flasche 10 unter einem Winkel von etwa 60°. Dies gilt auch für die unmittelbar darunter verlaufenden Strahlen, die etwa tangential
&iacgr;&ogr; zur Wölbung des Randes des Flaschenbodens 14 verlaufen. Die noch etwas tiefer liegenden Strahlen verlaufen dagegen eine relativ lange Strecke innerhalb des Flaschenbodens 14 und werden dadurch sehr stark geschwächt, wobei Unebenheiten in der Oberseite oder Unterseite des Flaschenbodens 14 sich sehr stark auswirken. Die Strahlen in der unmittelbaren Umgebung des Fremdkörpers 2 6 werden jedoch sehr gleichförmig geschwächt, so dass der Fremdkörper 26 durch einen deutlichen Helligkeitskontrast auf dem Röntgenbildwandler 20 erkennbar ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist die Rontgenstrahlenquelle unterhalb der Transportebene angeordnet und ist der Röntgenstrahl 24 unter einem Winkel von 30° von unten gegen die Transportebene gerichtet. Der gleiche Fremdkörper 26 wie in Fig. 1 hebt sich auch hierbei deutlich von der Umgebung ab. Der Winkel, unter dem die Strahlen in der Umgebung des auf den Fremdkörper 26 treffenden Strahls gegen den Flaschenboden 14 gerichtet sind, ergibt sich zu 30° + der Neigung des Randes des Flaschenbodens 14, der typischerweise ebenfalls 30° beträgt. Eventuelle Unebenheiten der Materialstärke in der Flasche 10 wirken sich dadurch nur geringfügig aus. Bezüglich der Anordnung des Röntgenbildwandler 20 und der CCD-Kamera entspricht das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 dem von Fig.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 sind zwei Röntgenstrahlenquellen 18 vorgesehen, wobei der von der ersten Rontgenstrahlenquelle 18 emittierte Röntgenstrahl 24 unter einem Winkel von 30° von oben gegen die Transportebene
gerichtet ist, während die zweite Röntgenstrahlenquelle 18 unterhalb der, Transportebene angeordnet ist und der von ihr emittierte Röntgenstrahl 24 unter einem Winkel von 30° von unten gegen die Transportebene gerichtet ist. Der Abstand der Röntgenstrahlenquellen 18 von der Transporteinrichtung und die Divergenz der emittierten Röntgenstrahlen 24 sowie die Größe des Röntgenbildwandler 2 0 und sein Abstand von der Transporteinrichtung 16 sind dabei so gewählt, dass das von dem ersten Röntgenstrahl 24 erzeugte Bild sich in der unteren Hälfte des
&iacgr;&ogr; Röntgenbildwandler 2 0 befindet und das von dem zweiten Röntgenstrahl 24 erzeugte Bild 3 0 in der oberen Hälfte des Röntgenbildwandler 20. Der Fremdkörper 26 ist wiederum so wie in Fig. 1 und 2 angeordnet und er erzeugt einen Fleck 32 verringerter Helligkeit sowohl im ersten Bild 28 als auch im zweiten Bild 30. Beide Bilder werden mittels einer einzigen CCD-Kamera 22 aufgenommen. Mit üblichen Bildverarbeitungsverfahren kann aus der Position der beiden Flecken 32 die genaue räumliche Position des Fremdkörpers 26 ermittelt werden. Liegt diese Position auf der Außenseite der Wand 12 der Flasche 10, so kann daraus geschlossen werden, dass es sich nicht um einen Fremdkörper 26 innerhalb der Flasche 10 handelt, sondern beispielsweise um eine Erhebung auf der Außenseite der Wand 12. Die Flasche 10 ist dann nicht fehlerhaft.
Die Verhältnisse bezüglich des Verlaufs der Röntgenstrahlen 24 zur Wölbung des Flaschenbodens 14 und zu den Behälterwänden 12 sind bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 vertauscht, wenn sich der Fremdkörper 16 nicht auf der von den Röntgenstrahlenquellen 18 abgewandten Seite des Flaschenbodens 14 sondern auf der ihnen zugewandten Seite des Flaschenbodens 14 befindet.
Was die Erkennungsgenauigkeit und die Kontrastschärfe des von dem Fremdkörper 26 verursachten Flecken 32 verringerter Intensität auf dem Röntgenbildwandler'20 betrifft, so liegen für das erste Bild 28 die gleichen Verhältnisse vor wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 und bei dem zweiten Bild 30 die gleichen Verhältnisse wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig.
2. Die Verhältnisse sind dabei wieder vertauscht, wenn sich der Fremdkörper 26 auf der den Röntgenstrahlenquellen 18 zugewandten Seite des Flaschenbodens 14 befindet.
• t ♦ ·♦
Bezuqszeichenliste
10 Flasche
12 Wand
14 Flaschenboden
16 Transporteinrichtung
18 Röntgenstrahlenquelle
2 0 Röntgenbildwandler
22 CCD-Kamera
24 Röntgenstrahl
2 6 Fremdkörper
28 erstes Bild
30 zweites Bild
32 Fleck
&phgr; &phgr; &phgr; &phgr; &phgr; &phgr; &phgr; &phgr; &phgr; ΦΦ « &phgr; · &phgr;« &phgr; &phgr; ΦΦ
&phgr; · Φ &phgr; · &phgr; &phgr; &phgr; &phgr; &phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Untersuchung von gefüllten Behältern (10) auf Fremdkörper (26), wie Glassplitter, mit einer Transporteinrichtung (16) zum Transport der Behälter (10) einzeln aufeinander folgend in einer Reihe auf einer Transportebene, mit einer Röntgenstrahlquelle (18) zur Aussendung eines Röntgenstrahls (24) in einer vorgegebenen Richtung und mit einer Einrichtung (20, 22) zur Erfassung der Röntgenstrahlen (24) nach dem Durchgang durch die Behälter (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung, in der die Röntgenstrahlen (24) von der Röntgenstrahlenquelle (18) ausgesandt werden, zwischen 10° und 60° zur Transportebene geneigt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zwei Röntgenstrahlenquellen (18) vorgesehen sind und die erste Röntgenstrahlenquelle (18) oberhalb der Transportebene angeordnet ist und deren Röntgenstrahlen (24) von oben gegen die Transportebene gerichtet sind und die zweite Röntgenstrahlenquelle (18) unter der Transportebene angeordnet ist und deren Röntgenstrahlen (24) von unten gegen die Transportebene gerichtet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei jede Röntgenstrahlenquelle (18) eine Einrichtung (20, 22) zur Erfassung der Röntgenstrahlen (24) nach dem Durchgang durch die Behälter (10) zugeordnet ist und die von den Erfassungseinrichtungen (20, 22) in einer Auswertungseinrichtung miteinander verglichen werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass die Strahlen der beiden Röntgenstrahlenquellen (18) auf voneinander getrennte Bereiche der Einrichtung (20) zur Erfassung der Röntgenstrahlen (24) fallen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einrichtung zur Erfassung der Röntgenstrahlen (24) ein Röntgenbildwandler (20) mit nachgeschalteter CCD-Kamera (22) ist.
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