DE2347973A1

DE2347973A1 - Pruef- und ueberwachungsvorrichtung insbesondere zur erfassung von fremdkoerpern in mittels serienproduktion hergestellten gegenstaenden

Info

Publication number: DE2347973A1
Application number: DE19732347973
Authority: DE
Inventors: Marvin J Fenton
Original assignee: Borden Inc
Current assignee: Hexion Inc
Priority date: 1973-01-26
Filing date: 1973-09-24
Publication date: 1974-08-08
Also published as: FR2215870A5; JPS49111696A; GB1428305A; DE2347973C2; IT997866B

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüf- und Überwachungsvorrichtung insbesondere zur Erfassung von Fremdkörpern in mittels Serienproduktion hergestellten Gegenständen wie Behältern aus Glas und dergleichen.

Die Erfassung von Fremdkörpern beider Herstellung und Verpackung von Lebensmitteln stellt ein sehr ernst zu nehmendes Problem in den für solche Herstellungsprozesse bestimmten Qualitätskontrollen dar. Die meisten Gesellschaften und Firmen die mit der Verarbeitung und Konfektionierung oder mit der Verteilung von Lebensmitteln befaßt sind, sind schon ein oder mehrmals in teure und langwierige Prozesse verwickelt worden, da die von ihnen hergestellten, verkauften oder verteilten Produkte einen Fremdkörper enthielten, der die

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Ursache für irgendwelche Schaden beim Kläger war. Die Strafen und Entschädigungszahlungen sind in diesen Fällen erstaunlich hoch gewesen. Nicht zuletzt als Folge dieser Entscheidungen sind erhebliche Anstrengungen und Entwicklungsarbeiten in der Richtung unternommen worden, Detektoren oder Überwachungsvorrichtungen zu entwickeln, die zur Überwachung von Lebensmittel enthaltenden Gefäßen und zur Aussonderung solcher Gefäße geeignet sind, die irgendeinen Fremdkörper enthalfen.

Das Grundproblem bei allen diesen Vorrichtungen ist die Schwierigkeit, winzige und auch größere Fremdkörperbruchstücke innerhalb eines bereits gefüllten Behältnisses zu erfassen, wenn der dafür erforderliche Aufwand innerhalb eines realistischen Rahmens bleiben soll. Die Erfassung von Fremdkörpern mittels mit Röntgenstrahleneinrichtungen versehenen Anordnungen arbeiten nach dem Prinzip,die durch das Fremdkörperbruchstück bedingte Dämpfung zu bestimmen. Für die bisher vorhandenen Einrichtungen dieser Art jedoch wird eine Dämpfung von wenigstens 10% vorausgesetzt, um eine sichere Erkennung auf dem Röntgenbild zu ermöglichen.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Röntgen-Prüf- und Überwachungsvorrichtung insbesondere für den eingangs genannten Zweck zu schaffen, mit der bei wesentlich höherer Empfindlichkeit zur Ermittlung von Fremdkörpern eine automatische Aussonderung solcher in Fließprozessen hergestellter Produkte möglich ist, die mit hoher Wahrscheinlichkeit unerwünschte Fremdkörper enthalten.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich bei einer Prüf- und Überwachungsvorrichtung nach der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen, deren vorteilhafte Weiterbildungen in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind.

Mit einer Prüf- und Überwachungsvorrichtung nach der Erfindung ist nun eine automatische Überprüfung gefüllter Behälter auf Anwesenheit von Fremdkörpern, insbesondere Bruch-

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stücken aus Glas, Metall oder Stein möglich. Bei dem erfindungsgemäßen Prinzip wird die Veränderung des Bildkontrasts zur Erzeugung eines elektrischen Signals herangezogen, mittels dessen die Steuerung einer Vorrichtung zur Zurückweisung oder zum Aussortieren des mit einem solchen Fremdkörper behafteten Gegenstands erfolgt. Die Überwachungsvorrichtung ist - wie bereits erwähnt - insbesondere bestimmt zur Überwachung von Behältern, die kontinuierlich durch einen Förderer über eine Konfektionierungsstrecke befördert werden, wobei die mit den genannten Fehlern behafteten Behälter automatisch aus dem Strom der übrigen Behälter aussortiert werden. Der Prüfvorgang selbst hat selbstverständlich keinen nachhaltigen Einfluß auf das in dem Behälter enthaltene Lebensmittel, auf den Behälter selbst oder gar auf das die jeweilige Herstellungsstraße überwachende Bedienungspersonal. Weder der Geschmack noch das Aussehen des Produkts werden durch den Prüfvorgang irgendwie nachteilig beeinflußt und die Rönrgenstrahl-Belichtungspegel sind auch so niedrig, daß damit keinerlei Sterilisierungseffekt erreicht wird. Die Maximalstärke der nach außen dringenden Strahlung liegt bei Röhren-Spitzenspannung und höchstem Testdurchsatz bei Dieser Pegel tritt lediglich in unmittelbarer Nähe der Röhrenabschirmung an der Kante der Austrittsöffnung für den Prüfstrahl auf. Es ist unmöglich, diesen Bereich überhaupt mit mehr als einem sehr kleinen Bereich des menschlichen Körpers zu erreichen. Die außerdem angebrachten Abschirmungen auf der Überwachungsstrecke verhindert zuverlässig, daß auch nur ein sehr geringer Strahlungspegel irgendeinen Teil des die Vorrichtung bedienenden oder überwachenden Personals erreichen kann. Innerhalb der überwachten Förderstrecke ist der Streustrahlungspegel so niedrig, daß er weit unter der Grenze liegt, die durch das U.S. Department of Commerce im Handbook, Volume 93, Seite 1.2-1 unter "Exempt Protective Installation" als Untergrenze zulässige Strahlung angegeben ist.

Die Empfindlichkeit der Prüf- und Überwachungsvorrichtung hängt von einer Reihe von Variablen ab, einschließlich der Art des Behälters beispielsweise, den Eigenschaften von Glas sowie unter anderem auch von den normalen Unterschieden bei der Dichte des Produkts. Unter den Variablen, die sich aufgrund der verwendeten Behälter ergeben sei auf die Konsistenz und Wanddicke, auf die Winkel zwischen den Wand- und Grundbereichen des Gefäßes, auf die Dicke des Glasbodens, auf die Frage, ob Rippen- oder

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Kantenbereiche mit erhöhter oder geschwächter Dicke aus Dekorationszwecken oder aus anderen Gründen vorhanden sind, auf kleinere Fehler im Glas selbst und dergleichen hingewiesen.

Die Wahrscheinlichkeit und Zuverlässigkeit der Entdeckung von unzulässigen Einschlüssen wird auch durch die Lage des betreffenden Fremdkörpers in dem Gefäß relativ zum Röntgenstrahl en-Sichtfeld beeinflußt. Ein Partikel am Rand des Sichtfelds muß jeweils größer sein als ein in der Mitte des überwachten Felds liegendes Teil. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das durch die Röntgenstrahlen ausgeleuchtete Bildfeld durch eine äußere Umgrenzung oder Maske begrenzt, die den Wandbereich oder den Boden sowie den Verschluß von der Überwachung ausnimmt. Die Kontur einer solchen Maske wird auf das jeweilige Gefäß in besonderer, noch näher erläuterter Weise angepaßt.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden im folgenden anhand der Zeichnung näher beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in einer Prinzipdarstellung eine Ausführungsform der Erfindung bei

der als Prüflinge verschlossene Glasbehälter angenommen werden, die über ein Förderband mit einer gewissen Geschwindigkeit transportiert werden, wobei die Überprüfung innerhalb weniger Hundertstel einer Sekunde erfolgt.

Fig. 2 Das elektrische Blockschaltbild mit den wesentlichsten logischen Funktionen und Bausteinen eines solchen Systems, das aus einer Kombination von elektronischen und optischen Einheiten besteht, die das durch einen Fremdkörper im Behälter verursachte Dämpfungsmaß ermitteln und jeweils eine Entscheidung treffen, ob der betreffende Behälter auszusondern ist.

Bei der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird im folgenden die elektronische und optische Überwachung eines gefüllten

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Glasbehälters beschrieben, von dem angenommen wird, daß er unerwünschte Fremdkörper enthält. Die betreffenden Glasgefäße 12 sind auf einen Bandförderer 14 aufgestellt und werden durch diesen beispielsweise mittels einer Gliederkette 16 transportiert. Der Abstand zwischen den Gefäßen 12 sollte etwa 2,5 cm betragen, um die Triggerung einer Photozelle zu erleichtern, wenn das betreffende Gefäß in die Uberwachungszone eintritt und auch, um den Auswurf jener Gefäße zu erleichtern, die gegebenenfalls ausgesondert werden, weil sie Fremdkörper enthalten. Bei Annäherung an den Überwachungsbereich werden die Gefäße durch eine unter gewisser Federvorspännung stehende Führungsschiene 18 gegen eine Takt-Förderschnecke 20 gedruckt und in den Grund der Schraubenlinie gedrückt. Solche Arten von Förderschnecken sind in verschiedenen Ausführungsformen auf dem Markt erhältlich. Die Taktförderschnecke wird durch einen Motor 22 über einen Riemen 24 angetrieben. Als Motor kommt beispielsweise ein Permanentmagnet-Synchronmotor mit einer Drehzahl von 3600 U/min (bei 60 H| infrage. Auf dem Markt erhältliche Motoren dieser Art können mit einem unmittelbar angesetzten Untersetzungsgetriebe geliefert werden, das beispielsweise eine Drehzahl Untersetzung von 15:1 bewirkt. Der Motor liegt beispielsweise an der Stromversorgung, die auch die übrigen elektronischen Teile der Überwachungsvorrichtung mit Energie versorgt, über das vom Synchronmotor betätigte Untersetzungsgetriebe 15:1 werden die Gefäße, beispielsweise Flaschen, auf mechanische Weise in Phase mit der Frequenz der Stromversorgung gehalten. Wegen dieser Phasenbeziehung zur Stromversorgung wird der Uberwachungsbereich so nahe als möglich an den Endpunkt der Taktförderschnecke herangesetzt, so daß ein in Phase liegender Impuls der Röntgenstrahlen zur Auslösung eines Prüf- und Überwachungszyklusjemittiert werden kann, sobald ein Gefäß in den Überwachungsbereich gellangt ist.

Obgleich es für einen befriedigenden Betrieb der Überwachungsvorrichtung nicht erforderlich ist, sollte die Geschwindigkeit des Bands nach Möglichkeit doch auf die durch die Taktförderschnecke bewirkte Linearverschiebung abgestellt sein, um Ungleichmäßigkeiten beim Vorschub und der sich daraus ergebenden Probleme, zu vermeiden. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform beträgt die Bandgeschwindigkeit ca. 30 m/min (90 Fuß/min), so daß sich bei einer Getriebeuntersetzung von 15:1 eine

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Prüfrate von 240 Gefäßen pro Minute ergibt. Bei dieser Prüfrafe ist jeder Schlitz oder jede Vertiefung in der Taktförderschnecke gefüllt. Obgleich auch bei geringeren Prüfraten, d.h. dann, wenn ein oder mehrere Förderaussparungen der Förderschnecke frei bleiben, läuft der Prüfzyklus in genau der gleichen Zeit ab, unabhängig von der " jeweiligen Förderrate für die Gefäße. Die Prüfgeschwindigkeit kann auch ohne weiteres auf über 240 Gefäße pro Minute gesteigert werden.

Die Verwendung der Taktförderschnecke in Verbindung mit dem Synchronmotor ist eine einfache und praktische Lösung für das Problem der genau abgestimmten Vorschubbewegung eines Prüfobjekts auf den getakteten Impuls der Röntgenstrahl quelle, ohne dabei die Bewegung des Förderbands oder des Prüflings intermittierend zu unterbrechen.

Die in Phase mit der Stromversorgung arbeitende Taktförderschnecke, die das betreffende Gefäß in den Überwachungsbereich fördert, bewirkt im richtigen Augenblick die Auslösung eines Töntgenstrahlbündeis. Sobald das Gefäß die Förderschnecke verläßt, tritt es in den Überwachungsbereich ein und befindet sich dann zwischen einer Röntgenstrahlquelle 26 und einem Bildverstärker 28. Als Röntgenstrahl quelle wird vorzugsweise ein unter der Bezeichnung Americana X-ray head model WX 900 bekannter Röntgenstrahl kopf und als Bildverstärker der Typ Machlett dynascope 9 TZ mit der Stromversorgung DF 2 verwendet. In dieser Stellung unterbricht das Gefäß den Strahl der Tastoder Triggerlichtquelle 30 zu einer Photozelle 32. Dadurch wird ein über die Stromquelle erzeugter elektrischer Impuls ausgelöst, und der Überwachungszyklus beginnt. Da das Gefäß wie beschrieben auf mechanische Weise in Phase mit der Frequenz der Stromversorgung gebracht ist, über die auch der Triggerimpuls erzeugt wird, ist das Gefäß auf den dann ablaufenden Röntgenstrahl blitz ausgerichtet, wenn die auslösende negative Halbphase der Wechselspannung die Erzeugung des Röntgenstrahl impulses bewirkt. Die Dauer des Röntgenstrahl impulses beträgt etwa eine Halbwelle, d.h. für ein Netz mit 60 Hzdie Dauer von 1/120 see. Die nachfolgende positive Halbwelle bewirkt die Bildaustastung über den geschlossenen Kreis eines Monitor- oder Fernsehbetrachtungssystems 34, das während einer Vollwelle, also während ^60 see. in Betrieb ist. Als Fernsehkamera wird beispielsweise der Typ Visual Educon Dage 800 mit getrenntem Halbton-

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Vidicon und Nahaufnahmelinse des Typs Concord TVL 14 verwendet. Ersichtlicherweise beträgt damit der gesamte Überwachungszyklus 1/40 see, d.h. also (1/120 + 1/60 see).

Zwischen der Röntgenstrahlquelle 26 und dem Gefäß 12 ist eine Maske 31 vorgesehen, die zur Egalisierung grober Ungleichförmigkeiten im Röntgenstrahl selbst dient. Diese Maske kann aus einer 1/16'' verstärkten Aluminiumstützschicht bestehen, auf die eine gegen die Röntgenstrahlquelle gerichtete Schicht aus Flußmittel und/oder Blei aufgebracht ist. Diese, im allgemeinen konvexe Schicht weist eine Dicke von 1/8'' auf. Die Form der Röntgenstrahlmaske wird durch den Umstand bedingt, daß der Röntgenstrahl in seinem Mittenbereich am stärksten ist und gegen die Außenbereiche zu schwächer wird. Über diese Maske läßt sich ein Feld erzeugen, das innerhalb einer 30% Grenze gleichförmig ist.

Enthält ein überprüftes Gefäß einen Fremdkörper, so fällt der das Gefäß durchdringende Röntgenstrahl zunächst auf die Vorderfläche des Bildverstärkers und erzeugt ein Bild, das im Bereich des Fremdkörpers geschwächt bzw. stärker gedämpft ist. Da der Durchmesser der Eingangsblende des Bildverstärkers höchstens 23 cm beträgt, lassen sich bei einem Durchgang Produkte mit einem Durchmesser von etwas mehr als 20 cm erfassen. Größere Gegenstände können dadurch überprüft werden, daß sie das Röntgenstrahl-Überwachungsfeld mehrere Male durchlaufen, bis alle Bereiche überwacht sind. Ein Röntgenstrahlschatten auf dem Bildverstärker wird elektrisch etwa um den Faktor 5000 verstärkt und erscheint als verkleinertes sichtbares Bild auf dem Bildverstärker-Anzeigeschirm 29, der eine Größe von annähernd 2,5 cm Durchmesser aufweist.

Zwischen dem Gefäß und der Frontfläche des Bildverstärkers 28 ist eine Umrißmaske angeordnet. Diese Maske kann aus Blei oder einem anderen Material hergestellt sein, das Röntgenstrahlen absorbiert oder in hohem Maße ausblendet. Die Umrißlinie dieser Maske entspricht der eines jeweils zu überwachenden Gefäßes. Diese Umrißmaske ist erforderlich, um zu verhindern, daß außerhalb der Flaschenumlinie liegende Röntgen-

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strahlen in den Bildverstärker einfallen. Ist diese Maske nicht vorhanden, so würden die starken ungedämpften Röntgenstrahlen relativ stark in die durch die Flasche vorgegebene Umrißlinie einfallen, so daß irgendwelche Fremdkörper, die insbesondere im Bereich der Wand oder Kanten des Gefäßes liegen, überstrahlt und damit ausgeblendet würden.

Eine weitere Maske ist zwischen dem Anzeigeschirm 29 des Bildverstärkers 28 und der Fernsehkamera 34 angeordnet. Diese als Produktmaske 38 bezeichnete Ausblendvorrichtung besteht aus einem einfachen Filmnegativ des zu überprüfenden Gefäßes und zwar aufgenommen am Ausgang des Bildverstärkers. Diese Maske kompensiert Unterschiede in der Dichte der verschiedenen Produkte und Beschaffenheit der Flaschen, also etwa der Form der Flasche und berücksichtigt außerdem die unterschiedlichen Einflüsse von Rippen, Kanten usw. an der Flasche selbst. Für die verschiedenen Produkte wird jeweils eine unterschiedliche Maske hergestellt und verwendet. Ungleichförmigkeiten, die sich durch die Röntgenstrahlen selbst im Bild auf der Außenseite der Produktmaske ergeben würden, werden durch diese Maske um weitere etwa 3 Prozent reduziert.

Nach dem Durchlaufen der Produktmaske 38 wird das Licht durch eine in einem geschlossenen Schaltkreis liegende Kamera 34 abgetastet und in Videosignale umgesetzt, die invertiert und getastet auf einen Fernsehmonitor 40 geschaltet sind. Bei einer erprobten Ausführungsform wurde für den Monitor 40 der Typ Sony View Finder Monitor model AVF 3200 eingesetzt. Da das Bild elektronisch invertiert wird, erscheint es auf dem Monitor als Dunkelbild abgesehen von den durch Fremdpartikel verursachten Stellen erhöhter Dämpfung. Wird daher eine Flasche überwacht, so erscheint an der Stelle eines Fremdpartikels ein heller Fleck zusätzlich zur teilweise abgebildeten Umrißlinie der Flasche.

Das vom Monitor 40 gelieferte Licht durchläuft eine sogenannte Kantenmaske 42. Diese Maske dient zur Ausblendung von externem Licht von außerhalb der Gefäßumrißlinie und kann aus irgendeinem geeigneten nichtdurchscheinenden Material hergestellt sein. Nach dem Durchlaufen der Kantenmaske 42 wird das Licht über einen Photomul ti plier 44 in elektrische Signale umgesetzt, verstärkt und durch einen Schwellwert- oder Pegeldetektor abgetastet. Als Photomul tipi ierröhre kommt die Type RCA 931 A infrage. Übersteigt das

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Lichtausgangssignal einen voreinstellbaren Pegel, so tritt ein Zurückweise- oder Ausstoßimpuls auf, d.h. es wird ein Zielwert in dem Ausschußzähler und in einem Schieberegister gespeichert. Das Schieberegister mißt eine festgelegte Strecke auf dem Förderer durch Abtastung einzelner Glieder der Gliederkette 16 mittels einer zählenden Photozelle 46 aus und betätigt ein Ausstoßsolenoid 48 in festgelegtem Abstand vom Überwachungsbereich. Erreicht das überprüfte Behältnis die Ausstoßstation 50, so wird es durch das Ausstoßsolenoid 48 aus dem Fließprozeß ausgeschoben. Bei der bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Ausstoß als fehlerhaft ermittelter Behältnisse 38 gliederkettenstücke nach dem Überwachungsbereich. Da jedes Glied dieser Kette etwa 16 mm lang ist, erfolgt also der Ausstoß in etwa 60 cm Abstand. Wird nur ein Ausstoßimpuls registriert, so wird das Auswurfsolenoid lediglich einmal betätigt. Tritt dagegen eine Folge solcher Ausstoßimpulse auf, so werden auch diese jeweils um den voreinstellbaren Abstand verzögert.

Die wesentlichen logischen Funktionen des soweit erläuterten Systems sind im Blockschaltbild der Fig. 2 dargestellt.

Unterbricht die Führungskante eines Gefäßes den von der Triggerleuchte 30 ausgehenden Lichtstrahl, so wird über die triggernde Photozelle 33 ein Impuls erzeugt, der auf die Taktsteuerlogik 52 gelangt, die den Uberwachungs- oder Prüfungszyklus auslöst. Da die für die Röntgenstrahl-Impulsquelle benötigte Energie direkt aus der Stromversorgung gezogen wird, läuft der Überwachungszyklus in Phase mit der Frequenz der Stromversorgung. Es kann also die Netzfrequenz selbst für die Taktsteuerung verwendet werden. Wenn nach der Auslösung die Spannung der Stromversorgung in den nagativen Halbwellenbereich geht, so wird dies durch die Taktsteuerung abgetastet und es wird ein Hochleistungsimpuls für die Röntgenstrahlquelle erzeugt. Obgleich dieser Impuls die Dauer einer Halbwelle aufweist, d.h. 1/120 see. (bei 60 Hz) so wird,dazwischen der Spannung und der ausnutzbaren Röntgenstrahlenergie keine lineare Beziehung besteht, nur ein Teil dieser 1/120 see. tatsächlich für den Abtastvorgang ausgenutzt. Die effektive Belichtungszeit beträgt daher lediglich wenige Millisekunden. Über die Taktsteuerlogik 52 wird ein Impuls durch die Zonen- und Multivibratoreinheit 64 abgetastet, die in Verbindung mit einer Tor- und Prozeßverstärker■ sowie einer Torschaltungseinheit 54 steht. Der Monitor wird daher lediglich für den die Kante des Gefäßes überdeckenden Bereich getastet. Dies wird durch

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Triggern eines Multivibrators in der Einheit 64 erreicht, die ein Tor in der Einheit 54 für den Bruchteil einer Sekunde schließt, die erforderlich ist, um die Kante des Gefäßes auszublenden. Die Multivibratoren werden für jede Zone getrennt gesetzt und sind so eingestellt, daß der Monitor im Bereich der Führungskante des Gefäßes vollständig ausgeblendet wird. Nach der ersten Halbwelle der Spannung, d.h. also, wenn ein Impuls der Röntgenstrahl energie freigesetzt ist, erfolgt die Auswertung während der nachfolgenden Vollwelle der Spannung.

Wie bereits erwähnt, wird das durch die Röntgenstrahl quelle erzeugte Schattenbild des Gefäßes durch den Bildverstärker 28 in ein verkleinertes sichtbares Bild umgewandelt, in ein Abtast-Videosignal mittels der Fernsehkamera 34 überführt, durchläuft den Prozeßverstärker und die Gattereinheit 54 und gelangt auf den Monitor 40. Das Signal der Kamera 34 triggert über einen Synchrongenerator 74 die Multivibratoren in der Einheit 64,um die Abtastzonen in der beschriebenen Weise zu erzeugen. Die Einheit 54 bildet einen Teil der Kamera 34. Das ausgangsseitige Lichtsignal des Monitors wird durch einen Photomulitplier-Abtaster 44 aufgenommen, einem tastbaren Integrator 56 und dem Pegeidetektor 58 zugeführt und gelangt auf den Auswurfschalter 60 beispielsweise einen monostabilen Multivibrator, der einen Impuls erzeugt, wenn ein Ausstoßsignal vorliegt. Dieser Impuls gelangt in das Schieberegister 62 und nachdem eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen gezählt ist,die der vorgebbaren Entfernung auf dem Förderer entspricht, wird das Ausstoßsolenoid 48 betätigt und das Behältnis, das einen Fremdkörper enthält, wird ausgestoßen.

Das System ist vollständig unempfindlich für irgendwelche Signale außer während der Eintastzeit und den Zonenperioden. Der Aufblend- und Empfindlichkeitsbereich bildet einen vollständig gradlinigen "Vorwärfsprozeß". Zunächst wird eine weitgehend rechteckförmige Zone abgetastet, die ausreichend groß ist, um das gesamte Gefäß zu erfassen. Diese Zone wird durch die Zonen- und Austastmul ti vibratoren 64 in Verbindung mit dem Prozeßverstärker und den Gattern in der Einheit 54 festgelegt. Diese Zone bestimmt den Überwachungsbereich innerhalb der Umgrenzungslinie des Gefäßes. In Vertikal richtung sind 4 zusätzliche Zonen vorgesehen. Diese können von der Oberseite bis zum Boden

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für jeden beliebigen Bereich des Gefäßes festgelegt werden.

Da die zu überprüfenden Gefäße im allgemeinen nicht vollständig zylindrisch sind oder einheitliche Wanddicken über die Vertikal abmessung aufweisen, lassen sich die Empfindlichkeiten in den Bereichen größerer Gleichförmigkeit erhöhen und etwas vermindern in den Bereichen, in denen über die Abdeckung nicht alle Ungleichförmigkeiten entfernbar sind. Da die Kamera das Bild in Horizontal richtung abtastet, gelangt ein SynchronimpuU auf die Zonen- und Austastmultivibratoren in der Einheit 64, die einen Austastmultivibrator in der gleichen Einheit triggern. In jeder der 4 Zonen bestimmt ein zweiter Multivibrator zusätzlich zu den Multivibratoren, die die Führungskante des Gefäßes austasten, die Länge der Überwachungsperiode. Ist das Gefäß vollständig zylindrisch, sind alle diese zweiten Einstellwerte der Multivibratoren gleich. In Bereichen, in denen das Gefäß unterschiedliche Querschnitte aufweist, werden die Multivibratoren, d.h. also die Überwachungszeit, entsprechend geändert.

Der zur Speicherung der durch das Lichtausgangssignal des Monitors 40 erzeugten Signale bestimmte Integrator 56 ist ebenfalls abgeschaltet, wenn die Monitorsignale ausgeblendet werden. Dies gewährleistet eine doppelte Sicherheit gegen irgendwelche Rauschspitzen, die in das System gelangen könnten und falsche Auswurf befehle ergeben könnten.

Für ein großes vollständig zylindrisches Gefäß ergeben sich etwa 200 Horizontalabtastlinien von der Oberseite bis zum Boden des Gefäßes. Jede der 4 Zonen würde daher etwa 50 Zeilen umfassen. Am Ende jeder dieser Zonen wird der das Lichtsignal speichernde Integrator rückgesetzt. Daher müßte der Lichtsignalanteil von dem erfaßten Partikel größer sein als der gespeicherte Lichtsignalanteil von 50 normalen Abtastzeilen. Zusätzlich jedoch sind innerhalb jeder der 4 Zonen 10-Zeilen-Multivibratoren 66 vorgesehen, die den Integrator jeweils nach 10 Horizontalzeilen rücksetzen. Nach jeder 10. Abtastzeile wird der Integrator 56 also mittels der Toreinheit 68 geräumt. Das von dem erfaßten Partikel erzeugte Lichtsignal braucht daher lediglich größer zu sein als der Wert des Lichtsignals über 10 horizontale Abtastzeilen, in denen kein Fremdpartikel festgestellt wird.

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Abgesehen von gelegentlichen zufälligen Rauschsignal störungen ist der Monitor daher vollständig dunkel, während ein Fremkörper innerhalb der Umrißlinienmaske ein helles Licht erzeugt. Dieses Licht erzeugt dann seinerseits das erwünschte Störungssignal. Die linke Außenlinie oder Führungskante des Gefäßes, beispielsweise der Flasche, wird elektrisch vollständig ausgeblendet. In jenen Bereichen der Flasche, in denen sich der Durchmesser innerhalb einer einzigen Zone ändert, wird das von der rechten Seite der Flasche stammende Licht durch die Umrißlinienmaske ausgeblendet. Je größer unddchter der Partikel ist, umso größer wird auch das Ausgangssignal. Die Zonenempfindlichkeit läßt sich in der Einheit 70 über den Zonenwähler 72 einzeln für die innerhalb einer bestimmten Zone gewünschte Partikelgröße einstellen. Die Auswahl der speziellen Empfindlichkeit oder des SchwelIwertpegels für das Lichtsignal in jeder beliebigen Zone stellt einen bemerkenswerten Vorteil beim Betrieb der hier beschriebenen Überwachungsvorrichtung dar.

Der für die Überwachungsvorrichtung verwendete Schaltkreis der hier beschrieben ist, ist herkömmlicher Bauart und entspricht etwa dem Gegenstand der US-PS 3 580 997 oder insbesondere auch der US-PS 3 390 769. Auf diese Patentschriften wird hier im Hinblick auf die vollständige Beschreibung des Schaltkreises für die hier beschriebene Überwachungsvorrichtung ausdrücklich Bezug genommen. Die gesamte Schaltkreiseinheit kann bei der Firma Electro Data Concepts unter der Artikelbezeichnung 3047 vollständig bezogen werden. Diese Einheit weist die Taktsteuerung 52, die Verstärker- und Toreinheit 54, den Synchrongenerator 74, die Zonen- und Austastmultivibratoreinheit 64, die 10-Zeilen-Multivibratoren 66, die Toreinheit 68, den Integrator 56, den SchwelIwertdetektor 58, den Ausstoßschalter 60, das Schieberegister 62, den Zonenwähler 72 und die Einheit zur Einstellung der Zonenempfindlichkeit 70 auf.

Die hier beschriebene Ausführungsform der Efindung ist zu bevorzugen. Jedoch können innerhalb des Rahmens der Erfindung auch Abwandlungen vorgenommen werden. Beispielsweise braucht die Erfindung nicht unbedingt in Verbindung mit einem speziellen Gegenstand angewendet werden. Die zu überprüfende Substanz oder die zu überprüfenden Gegenstände können Glas, Metall oder Kunststoffbehälter oder in Kunststoff oder Papierumhüllungen

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eingepackte Dosen sein. Die Definition des Begriffs "Behälter" umfaßt alles, was zur Aufnahme und Verpackung von Gegenständen dienen kann, seien es Papieroder Kunststofftaschen oder Gefäße, Flaschen oder Dosen, die aus weitgehend starren Materialien, beispielsweise aus Metall, Glas oder Kunststoff hergestellt sein können. Für einige Anwendungen kann der die elektrischen Signale der Kamera in sichtbare Bilder umsetzende Monitor weggelassen sein, so daß die Signale der Kamera dann in bekannter Weise weiterverarbeitet werden. Unter einigen Betriebsbedingungen kann die Überwachungsvorrichtung auch ohne die Umriß- oder Kantenabdeckung mit Erfolg betrieben werden. Diese Kantenabdeckung kann aus einem beliebigen, für Licht undurchlässigen Material bestehen, beispielsweise aus Karton. Obgleich ein Abstand von etwa 2,5 cm zwischen den einzelnen zu überprüfenden Objekten empfehlenswert ist, läßt sich dieser Abstand auch vermindern oder kann sogar vollständig entfallen, so daß die Prüfobjekte dann während des Überwachungsvorgangs einander berühren. Die Schaltkreise in der Überwachungsvorrichtung sind in festverdrahteter, beispielsweise Festkörpeitoder integrierter Schaltkreistechnik ausgeführt, die jeweils von der Wechselstromversorgungsquelle isoliert sein sollten. Jedoch ist eine Isolation nicht auf allen Seiten erforderlich. Im allgemeinen kann gesagt werden, daß die erfaßbare Minimalgröße für Glasbehälter etwa der Hälfte der Wanddicke des Behälters entspricht, jedoch läßt sich dieser Wert unter bestimmten Betriebsbedingungen weiter reduzieren, so daß es möglich wird, Fremdkörper einer Größe zu erfassen, die annähernd dem Abstand zwischen den einzelnen Abtastlinien entsprechen. Da die Überwachungsvorrichtung so einjustiert ist, daß die Registrierung eines Prüfobjekts in der Prüfstation innerhalb eines Bereichs von etwa 1,6 mm liegt, so wird dieses Prüfobjekt ausgesondert als ob es Fremdkörperbruchstücke enthielte, wenn die Registrierung außerhalb dieses Werts liegt. Die 1,6 mm Toleranz kann auf irgendeinen gewünschten Wert eingestellt werden. Obgleich ein Gleichpotential-Röntgenkopf verwendet werden kann, wird vorzugsweise jedoch ein selbstgleichrichtender Röntgenkopf verwendet, da die Kosten wesentlich niedriger liegen. Außerdem ist er für den hier beschriebenen Zweck in Verbindung mit der Überwachungsvorrichtung besser geeignet. Es ist bekannt, daß der Röntgenstrahl in seinem Mittelpunktbereich die größte Intensität aufweist. Um diesem Umstand Rechnung zu trogen, wird eine Röntgenstrahlblende zwischengeschaltet, um die Röntgenstrahlintensität zu ver-

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gleichmäßigen. Aus diesem Grund ist die Umrißlinie der dafür bestimmten Maske oder Blende konvex, obgleich auch ein Füller benutzt werden kann, der für die gleiche Funktion zuläßt, daß die äußere Oberfläche der Blende flache Abmessungen aufweist.

Der Abstand zwischen dem Ende der Taktförderschnecke und der Überwachungsstation ist so eingestellt, daß Koinzidenz mit der Triggerung der Röntgenstrahlquelle vorliegt, wenn ein Prüfobjekt in die Überwachungsstation eintritt. Aus diesem Grund sollte der Abstand zwischen der Taktförderschnecke und der Überwachungszone möglichst klein gehalten werden. Die Überwachungsstation stimmt mit der Position eines PrUfobjekts überein, wenn dieses innerhalb der Prüfobjektumrißlinie der entsprechenden Maske steht.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mit der Erfindung eine Vorrichtung zur Prüfung und Überwachung von Fremdkörpern in einem im Fließverfahren hergestellten Produkt geschaffen wurde. Diese Vorrichtung weist eine durch einen Synchronmotor angetriebene Taktförderschnecke, eine in Phase mit dem Motor und in Abhängigkeit von dem in einen Überwachungsbereich eintretenden Prüfobjekt intermittierend getastete Röntgenstrahlquelle, einen Bildverstärker, einen Monitor, einen Photomul ti plier sowie eine herkömmliche Schaltkreisanordnung zur Bestimmung der auf das Produkt bezogene Überwachurgszone auf, wobei die Zone gegebenenfalls in einzelne Abschnitte unterteilbar ist, die jeweils für sich abtastbar und gegen einen voreinstellbaren Wert vergleichbar sind, wobei dann, wenn der V>reinstellwert überschritten wird ein Auswurfsignal erzeugt wird. Die Empfindlichkeit kann für jeden Abschnitt durch Erhöhen oder Erniedrigen des SchwelIwertpegels des Voreinstellwerts verändert werden. Zur Erleichterung des Überprüfvorgangs wird eine Anzahl von Abdeckungen oder Masken verwendet. Eine Röntgenmaske oder -blende wird zur Glättung der Intensität des Röntgenstrahls vor der Röntgenstrahlquelle angeordnet; eine Umrißlinienmaske ist zwischen dem Prüfobjekt und dem Bildverstärker angeordnet und schirmt Hintergrundstrahlung ab; eine Produktmaske ist auf der Außenseite des Bildverstärkers angeordnet und gleicht Änderungen in der Produktkonsistenz und Unregelmäßigkeiten im Behälter selbst aus,und eine Kantenmaske ist auf der Außenseite des Monitors angeordnet und schirmt Hintergrundlicht vom Monitor selbst ab.

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Claims

lA-43 483 PATENTANSPRÜCHE

1. Prüf- und Überwachungsvorrichtung insbesondere zur Erfassung von Fremdkörpern in mittels Serienproduktion hergestellten Gegenständen wie Behältern aus Glas, Dosen und dergleichen, gekennzeichnet durch eine an eine Wechselstromquelle angeschlossene Röntgenstrahlquelle (26) die Röntgenstrahlen als diskrete Impulse oder Impulsstrahlbündel Über eine festgelegte Strecke abgibt, eine in Phase mit der Wechselstromquelle arbeitende und mit dieser verbundene Einrichtung (14, 16, 20, 22, 24) zur kontinuierlichen Transportierung von Prüfob|ekten (12) über die Strecke, eine durch die Prüfobjekte (12) betätigbare Schalteinheit (30,32) zur Aktivierung der Wechselstromquelle und zur Auslösung eines Röntgenstrahlbündels, sobald eines der Prüfobjekte in einer Prüfstation registriert wird, einen Röntgenstrahl-Empfänger (28) mit Analysator und zugeordnetem Komparator, in dem die empfangenen Röntgenstrahlen gegen einen voreinstellbaren Wert vergleichbar sind und durch eine Auswurfstation (50,48), in der einzelne Prüfobjekte in Abhängigkeit von einer Betätigung durch den Analysator-Komparator aussortierbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur kontinuierlichen Transportierung der Prüfobjekte eine durch einen mit der Wechselstromquelle synchronisierten Synchronmotor (22) angetriebene Takt-Förderschnecke (20) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlquelle (26) ein selbstgleichrichtender Röntgen-Strahlerkopf und der Synchronmotor (22) ein Permanentmagnet*-Synchronmotor ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vereinheitlich ung der Intensität der Röntgenstrahl bündel zwischen der Röntgenstrahl-

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quelle(26)und den Prüfobjekten (12) bei deren Durchlauf durch die Prüfstation ein Röntgenstrahlschirm (31) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator-Komparator einen Bildverstärker (28) mit Anzeigeschirm (29) aufweist, über den das Röntgenbild eines Prüfobjekts elektrisch verstärkt und in ein sichtbares verkleinertes Bild auf dem Anzeigeschirm umgesetzt wird, und daß das so erzeugte Bild über eine Fernsehkamera (34) in eine Folge von Videosignalen umsetzbar ist, die elektronisch invertiert werden, so daß das Bild außer an den Stellen, an denen eine verstärkte Röntgenstrahl dämpfung als Folge von in dem Prüfobjekt (12) vorhandenen Fremdpartikel auftritt, dunkel getastet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen außerhalb des Bildverstärkers (28) zur Kompensation von Änderungen in den Prüfobjekten angeordneten Produkrschirm (38).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfobjekte mit Nahrungsmittel gefüllte Glasgefäße sind und daß der Produktschirm (38) ein am Ausgang des Bildverstärkers aufgenommenes Film-Negativbild eines Kontroll-Prüfobjekts ist, das zur Kompensation von Abweichungen in der Dichte der Nahrungsmittel-Substanz und verschiedener Unregelmäßigkeiten auf oder in dem Glasgefäß dient.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator-Komparator weiterhin einen Monitor (40) aufweist, der mit dem am Kameraverstärker (54) abgreifbaren Bild beaufschlagt ist, nachdem das Bild den Produktschirm und einen Schwellwert- oder Pegeldetektor passiert hat, daß außerhalb des Monitors (40) ein Kantenschirm (42) zur Ausblendung von eventuell auf den Monitor gelangenden Fremdlichts, ein Photomultiplier (44) zur Umsetzung des Monitorbilds in elektrische Signale, ein dem Photomultiplier (44) nachgeschalte-

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ter Verstärker und ein Integrator (56) zur Integration der verstärkten Photomultiplier-Ausgangssignale sowie eine Ausblendeinrichtung (46, 48, 62) zur Aussortierung von einen bestimmten voreinstellbaren Schwellenwert überschreitenden Gefäßen vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator-Komparator eine Einrichtung (64) zur Bestimmung einer Haupt^-Abtastzone mit der Möglichkeit zur Unterteilung dieser Haupt-Abtastzone in eine Anzahl von Sekundärzonen aufweist, um die Überprüfung in jeder der Sekundärzonen durchzuführen, und daß eine Einrichtung zur getrennten Integration und zum Vergleich jeder der Sekundärzonen gegen einen voreinstellbaren Wert sowie eine Ausblendeinrichtung (60) zur Aussortierung eines Prüfobjekts (12) vorgesehen sind, sobald der jeweilige Voreinstellwert überschritten ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (70, 72) zur getrennten Änderung der Empfindlichkeit für jede der Sekundärzonen.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Taktsteuerschaltung (30, 32, 52) zur Auslösung eines Prüfvorgangs für ein Prüfobjekt (12) durch Triggerung der Röntgen-Strahlenquelle (26) auf Phase wenn das Prüfobjekt (12) in den Erfassungsbereich der Prüfstation gelangt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der selbstgleichrichtende Röntgen-Strahlerkopf von einer Wechselstromquelle aus speisbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Röntgen-Strahlschirm (31) aus einer Aluminium'-Stützfläche und einer Schicht mit konvexer Außenkontur aus Lötflußmittel, Blei und Mischungen daraus besteht.

14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

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eine mit der Wechselstromquelle verbundene Taktsteuerschaltung (52), die die Röntgen-Strahlquelle in Phase zum Synchronmotor (22) triggert.

15. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenschirm (42) aus Karton besteht.

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