DE69108393T2

DE69108393T2 - APPARAT ZUR ERZEUGUNG VON RöNTGENBILDERN UND ZUGEORDNETES VERFAHREN.

Info

Publication number: DE69108393T2
Application number: DE69108393T
Authority: DE
Inventors: James Cambier; David Pasiak
Original assignee: PAR Technology Corp
Current assignee: Cintex Of America Inc Kenosha Wis Us
Priority date: 1990-06-08
Filing date: 1991-06-07
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2011-06-08
Also published as: CA2084886A1; AU656727B2; WO1991019188A1; DE69108393D1; AU8000791A; EP0532637A1; EP0532637B1

Description

Allgemeiner Stand der Technik

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenbildern, die genaue, kurze Röntgenstrahlenergie- Impulse erzeugt, wobei diese Erzeugung asynchron erfolgen kann. Die Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenbildern und das zugeordnete Verfahren werden auch in bezug auf die Kontrolle von Objekten, wie etwa von Produktbehältern, offenbart. Eine Kontrolle wird unter Verwendung von Computer- Bildverarbeitungstechniken ausgeführt, um ein durch Röntgenimpulse erzeugtes Bild zu analysieren, um Fremdkörper, Schäden und dergleichen in dem Behälter feststellen zu können, bzw. um den Behälter auf fehlende Bestandteile zu überprüfen.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Bei der Herstellung jeglicher Art von Verbrauchsgütern und insbesondere auf dem Gebiet von Fertiggerichten, stellt die Kontrollle von Behältern zur Feststellung von Beschädigungen, Fremdkörpern oder anderen in dem Behälter vorhandenen, unerwünschten Objekten einen kritischen Schritt dar. Wenn sich in Fertiggerichten Glasscherben oder Metallsplitter befinden, so stellen diese für die Gesundheit und Sicherheit des Konsumenten eine ernsthafte Gefahr dar. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, daß im wesentlichen jeder hergestellte und/oder in einem Werk verarbeitete Behälter kontrolliert wird, bevor er das Werk verläßt. Bei der Herstellung einer großen Anzahl von Behältern kann es jedoch außerordentlich zeitaufwendig und kostspielig sein, jeden Behälter sorgfältig zu kontrollieren.
Die Stichprobenprüfung stellt eine bekannte Technik für die Kontrolle von Behältern auf Beschädigungen dar. Dabei werden statistische Techniken zur Schätzung des Vorhandenseins bzw. des Fehlens von Fremdkörpern in Verpackungen vorgenommen, wobei eine statistisch ermittelte Anzahl von Behältern kontrolliert wird. Diese Technik ist selbstverständlich nicht perfekt, da sie alleine durch das stichprobenweise Merkmal der Technik eingeschränkt ist, so daß es unvermeidbar ist, daß einige beschädigte Behälter das Werk verlassen und letztendlich den Verbraucher bzw. Konsumenten erreichen.
Wenn in einer Fertigungsanlage alternativ ein Gerätefehler festgestellt wird, der zu einer Verunreinigung führt, so wird die gesamte Produktion angehalten, wobei alle nach der letzten Kontrolle der Anlage erzeugten Produkte isoliert werden. Die Produkte werden danach entweder zerstört oder, wie dies manchmal der Fall ist, geröntgt und einzeln auf Verunreinigungen überprüft. Dieses Verfahren kann zu Produktionsverzögerungen und einem Bestandsverlust führen.
Die Röntgenkontrolle von Behältern ist zwar bekannt, jedoch erfordert die Kontrolle von schnell transportierten bzw. sich schnell bewegenden Objekten Röntgenimpulse mit sehr kurzer Dauer. Bekannt ist die Bereitstellung genau getakteter ultrakurzer Röntgenimpulse für verschiedene Zwecke. Siehe U.S. Patente US-A- 2.879.404 und US-A-3.103.591. Diese Patente betreffen hauptsächlich medizinische Anwendungen der Röntgentechnik, d.h. die Angiographie, wobei es nicht nur wünschenswert ist, Bilder der sich bewegenden Blutgefäße mit hoher Auflösung zu erzielen, sondern auch die Röntgenstrahldosierungen an den Patienten zu begrenzen.
Ferner bekannt ist die Bereitstellung von Hochspannungs- Röntgenimpulsen synchron zu einer Kamerablende, einem Wechselstromzyklus oder einem Impulsgeber in dem Primärstromkreis eines Transformators. Siehe U.S. Patente US-A-3.109.093, US-A-3.294.973 und US-A-4.614.999. Diese Vorrichtungen sind nicht besonders nützlich, wenn es wünschenswert ist, Impulse als Reaktion auf externe Ereignisse asynchron zu erzeugen, wie etwa als Reaktion auf die Ankunft von Behältern an einem Kontrollpunkt.
In dem U.S. Patent US-A-4.430.568, das als Ausgangspunkt für die selbständigen Ansprüche 1, 4 und 8 verwendet wird, ist ein Röntgenstrahl-Kontrollsystem zur automatischen Kontrolle des Inhalts eines Behälters dargestellt, wobei das Bild des Inhalts von einer rechnergestützten Steuereinheit verarbeitet wird.
Neben diesen dem Stand-der Technik entsprechenden Verfahren und Vorrichtungen besteht Bedarf nach einem kostengünstigen Verfahren zur Kontrolle jedes Behälters auf einem schnellaufenden Fließband. Ferner besteht Bedarf nach einem Röntgenimpulsgenerator, der bei der Ankunft eines zu kontrollierenden Behälters an einer Kontrollposition getriggert wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die allgemeine Aufgabe zugrunde, ein Röntgen-Kontrollsystem vorzusehen.
Diese und andere Aufgaben werden gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenbildern eines Objekts erfüllt, mit: einem externen Signalgenerator zur Erzeugung eines externen Signals, wenn das Objekt an einer vorbestimmten Position optimal positioniert ist; einem Röntgengenerator, der funktionsfähig mit dem externen Signalgenerator verbunden ist, um die externen Signale zu empfangen und um als Reaktion auf das externe Signal einen Röntgenimpuls zu erzeugen, wobei der Röntgengenerator ferner eine Einrichtung zur Richtung des Röntgenimpulses zu dem Objekt und zum Auftreffen des Röntgenimpulses auf dem Objekt umfaßt; einer Einrichtung zum Empfang des durch das Objekt verlaufenden Teils des Röntgenimpulses; gekennzeichnet durch: eine Gleichtstromquelle, und wobei der Röntgengenerator funktionsfähig mit der Gleichtstromquelle verbunden ist, um den Röntgenimpuls in Form eines kurzen Hochleistungsimpulses zu erzeugen; eine Einrichtung zur Erzeugung eines digitalen Bilds, das der durch das Objekt tretenden Röntgenstrahlung entspricht, wobei das digitale Bild eine Mehrzahl von Bildelementblöcken umfaßt; eine Eirichtung zur Auswahl eines minimalen Bildelementintensitätswertes aus wenigstens einigen der Bildelementblöcke des digitalen Bilds und zur Erzeugung von digitalen Bildinformationen auf der Basis der ausgewählten minimalen Bildelementintensitätswerte; und eine Einrichtung zur Analysierung der digitalen Bildinformationen und zur Erzeugung eines Ansprechsignals, wenn die Analyse zu der Schlußfolgerung führt, daß eine Abweichung von einem vorbestimmten Zustand wahrgenommen worden ist.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Untersuchung eines Objekts, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt Erzeugung eines externen Signals als Reaktion auf die Anordnung des Objekts an einer vorbestimmten optimalen Position; Erzeugung eines Röntgenimpulses als Reaktion auf das genannte externe Signall und wobei dafür gesorgt wird, daß der Röntgenimpuls auf dem Objekt auftrifft, um Informationen zur Erzeugung eines Röntgenbilds des Objekts vorzusehen; dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Röntgenimpuls um einen kurzen Hochleistungsimpuls handelt und ferner durch folgende Schritte: Konvertierung der durch das Objekt tretenden Röntgenstrahlung in ein sichtbares Lichtbild; Konvertierung des sichtbaren Lichtbilds in ein digitales Bild, wobei das digitale Bild eine Mehrzahl von Bildelementblöcken umfaßt; Auswahl eines minimalen Bildelementintensitätswertes aus wenigstens einigen Bildelementblöcken und Erzeugung digitaler Bildinformationen auf der Basis des ausgewählten minimalen Bildelementintensitätswertes; und Analyse der digitalen Bildinformationen durch bildelementweisen Vergleich mit einem vorbestimmten Zustand und Feststellung, ob eine Abweichung von dem genannten Zustand aufgetreten ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Untersuchung eines Objekts, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Erzeugung eines externen Signals als Reaktion auf die Anordnung des Objekts an einer vorbestimmten optimalen Position; Erzeugung eines Röntgenimpulses als Reaktion auf das externe Signal, und wobei dafür gesorgt wird, daß der Röntgenimpuls auf dem Objekt auftrifft, um ein Röntgenbild des Objekts zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Röntgenimpuls um einen kurzen Hochleistungsimpuls handelt und ferner durch folgende Schritte: Konvertierung des Röntgenbilds in ein digitales Ausgangsbild; Aufrollen des Ausgangsbilds mit einer ersten und einer zweiten Maske; Absuchen des Ausgangsbilds, um einen minimalen Gesamt-Bildelementintensitätswert zu finden; und Vergleich des minimalen Gesamt-Bildelementintensitätswertes des Ausgangsbilds mit einem Grenzwert und Erzeugung eines Ansprechsignals, wenn der Vergleich zu der Schlußfolgerung führt, daß eine Abweichung von dem vorbestimmten Grenzwert festgestellt worden ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Kontrollsystems;
Figur 2 ein kombiniertes Schalt- und Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines geeigneten Schaltungsaufbaus für das erfindungsgemäße Kontrollsystem;
Figur 3 ein Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungs- Software;
Figur 4 eine Prinzipskizze der Bildelementblöcke, die zur Gestaltung des Ausgangsbilds für die vorliegende Erfindung verwendet werden;
Figur 5A eine schematische Darstellung eines beispielhaften Eingangsbilds, das durch die erfindungsgemäße Bildverarbeitungsvorrichtung erzeugt wird; und
Figur 5B eine schematische Darstellung eines beispielhaften Ausgagsbilds, das durch die erfindungsgemäße Bildverarbeitungsvorrichtung erzeugt wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

In bezug auf Figur 1 werden die Kontrollvorrichtung und die zugeordnete Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenbildern in Verbindung mit einem Standard-Fließband 20 beschrieben. Hiermit wird jedoch festgestellt, daß die vorliegende Erfindung erfolgreich bei einer Vielzahl von Anwendungsgebieten eingesetzt werden kann. Das Band 20 transportiert eingehende Fertigproduktbehälter 22 auf dem Förderband 24 von einem anderen Teil der Fertigungsanlage (nicht abgebildet) an eine Position, an der die Produktbehälter, wie etwa der Behälter 22, für den Versand verpackt werden. Ein Standard-Förderband weist normalerweise eine Fördergeschwindigkeit von etwa 50 bis 200 Fuß pro Minute auf (ein Fuß = 0,3048 m). Ein gefüllter und verschlossener Behälter 26 tritt in ein Ende 28 einer Kontrollstation 30 ein. Nach der erfindungsgemäßen Kontrolle, die nachstehend in näheren Einzelheiten beschrieben ist, treten herauskommende Behälter, wie etwa der Behälter 32, durch das entgegengesetzte Ende 34 der Station 30 aus. Die Kontrollstation 30 weist einen Röntgengenerator 36 auf, der einen Röntgenimpuls auf den Behälter 26 richtet, wenn dieser den entsprechenden Punkt der Kontrollstation 30 erreicht.
Ein Röntgenimpuls wird auf den Behälter 26 gerichtet und trifft auf diesem auf, und die Röntgenstrahlung wird in ein Bild umgewandelt und auf die folgende Art und Weise von einer Stromkreisanordnung verarbeitet. Ein Teil des Röntgenimpulses, der von dem Röntgengenerator 36 erzeugt wird, verläuft durch den Behälter 26. Ein Bild wird gemäß der nachstehenden Beschreibung erzeugt und verarbeitet. Das verarbeitete Bild wird auf die hierin beschriebene Art und Weise in einem Steuerpult 38 verglichen, wobei das Steuerpult gemäß der schematischen Darstellung durch die Verbindungsleitung 31 mit der Kontrollstation 30 verbunden ist. Wenn ein hereinkommender Behälter 26 einer vorbestimmten Norm nicht entspricht, wird ein Abweisungssignal abgegeben, so daß eine Bedienungsperson des Steuerpults 38 ein für den Fachmann leicht verständliches Abweisungsverfahren einleiten kann. Alternativ dazu kann eine Abweisungsvorrichtung 40 vorgesehen werden, um die abgewiesenen Behälter automatisch von dem Band zu entfernen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Abweisungsvorrichtung 40 um einen Druckluftkolbenzusammenbau. In diesem Fall drückt die Vorrichtung 40 einen abgewiesenen Behälter 42 auf ein anderes Band 44, von dem der abgewiesene Behälter 42 heruntergenommen und von dem zu verpackenden Bestand getrennt werden kann. Die zulässigen Behälter 34, 36 und 38 werden auf dem Förderband 24 weiter zu dem Verpackungsbereich (nicht abgebildet) befördert. Das System ist bei Förderbändern funktionsfähig, die Behälterförderdurchsatzraten von bis zu etwa 1200 pro Minute aufweisen.
In Figur 2 ist der Kontrollbereich allgemein durch den in gestrichelten Linien dargestellten Kasten 62 bezeichnet. Ein Positionssensor 64, bei dem es sich vorzugsweise um einen Photosensor oder um einen magnetischen Näherungsschalter handelt, erzeugt ein Signal, wenn der Behälter 63 positioniert ist. Wenn der Behälter 63 optimal positioniert ist, wird ein Röntgenimpuls auf den Behälter gerichtet, wobei der Impuls auf dem Behälter 63 auftrifft. Wenn kein Behälter genau positioniert ist, erzeugt das erfindungsgemäße System keinen Röntgenimpuls. Das Signal des Positionssensors wird über die Leitung 65 an einen Schalter- Steuerkreis 66 übertragen. Bei dem Schalter-Steuerkreis 66 handelt es sich vorzugsweise um ein Flip-Flop SN 74 LS74 und einen Zähler 74LS393, die einen genau getakteten TTL-Impuls (Transistor-Transistor-Logik) erzeugen, wie dies für den Fachmann verständlich ist, wobei der Impuls wiederum den Schalter- Steuerkreis 66 steuert.
Der Schalter-Steuerkreis 66 aktiviert einen Hochspannungs- Schalttransistor 70 an dem Basis-Anschluß 72. Bei einer Aktivierung des Hochspannungsschalters 70 kann die in dem Kondensator 74 gespeicherte Ladung entladen werden. Der in den Basis-Anschluß 72 fließende Strom bewirkt, daß an dem Emitter- Anschluß 75 ein wesentlich stärkerer Strom fließt. Das Ladungspaket wird der Primärwicklung 76 des Hochspannungs- Transformators 80 zugeführt. Dadurch wird bewirkt, daß in der Sekundärwicklung 82 des Transformators 80 ein Hochspannungsimpuls erzeugt wird. Gemäß der Verwendung in dieser Beschreibung bezieht sich der Begriff "Hochspannungs"-Impuls auf einen Impuls zwischen etwa 40 und 70 Kilovolt. Der Impuls wird über die Zuleitung 83 der Röntgenröhre 84 zugeführt, um einen Röntgenimpuls zu erzeugen. Die Polaritäten der Transformatorwicklungen und der Stromimpulse können so angeordnet werden, daß der Röhre 84 bei bestimmten Betriebsbedingungen des Systems nur die Spannungsimpulse mit der richtigen Polarität zugeführt werden.
Die erzeugten Impulse weisen eine kurze Dauer zwischen etwa 0,5 bis 5,0 Millisekunden auf, wobei die Dauer der Impulse vorzugsweise zwischen etwa 1,0 und 2,0 Millisekunden liegt.
Die durch den Behälter 63 übertragene Röntgenenergie wird von einer Bildverstärkungsröhre 100 erfaßt und in ein sichtbares Lichtbild umgewandelt, das von einer Videokamera 102 erfaßt wird. Eine geeignete Kamera 102 umfaßt eine CID-Technologie (Ladungsinjektion). Die Kamera CIDTEC Modell 2505A2 stellt ein Beispiel für eine geeignete Kamera dar. Wie dies nachstehend beschrieben ist, wird das Videobild dann zu einem Bildprozessor 128 gesendet, bei dem es sich um einen Computer handelt, der so programmiert ist, daß er das Signal digitalisiert und bestimmte Meßwerte extrahiert, die mit gespeicherten Standard-Bildmeßwerten verglichen werden. Wenn sich die Meßwerte außerhalb eines durch die gespeicherten Standardwerte vorgegebenen Bereichs befinden, erzeugt der Bildprozessor 128 ein Abweisungssignal, das über die Leitung 130 an die Abweisungsvorrichtung 132 übermittelt wird, welche den Behälter 63 von dem Band entfernt.
Die Kamera 102 ist über die Leitung 104 durch den Steuerkreis 106 torgesteuert. Das von dem Steuerkreis 106 übermittelte Torsignal blockiert das Auslesen des gespeicherten Ladungsmusters, das einem Bild entspricht. Diese Blockierung ist wünschenswert, da der Auslesevorgang das gespeicherte Ladungsmuster (und dadurch das Bild) zerstört. Demgemäß ist es wünschenswert, das Auslesen solange zu blockieren, bis die externe Bilddigitalisierungsvorrichtung des Bildprozessors 128 die ausgelesenen Informationen in digitaler Form speichern kann.
Wie dies für den Fachmann verständlich ist, kann die Bilderfassung ferner nur an dem Anfang eines Video-Teilbilds beginnen, d.h. unmittelbar nach dem Senkrecht-Rücklaufintervall. Bei der für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wünschenswerten asynchronen Bildbearbeitung wird das Torsignal gleichzeitig zu dem Röntgenimpuls erzeugt, der durch den Schalter-Steuerkreis 66 gesteuert wird. Das Torsignal dauert bis zu dem Anfang des nächsten Senkrecht-Rücklaufimpulses an. Dadurch wird ein Verlust von Bilddaten vermieden, falls der Röntgenimpuls in der Mitte eines Video-Teilbilds auftritt. Ferner kann der Röntgenabbildungsimpuls asynchron und unabhängig von der Taktung der Videosignale erzeugt werden. Die Kamera 102 sendet Taktinformationen über eine Synchronisierungsleitung 105 in Form eines Senkrecht-Rücklaufimpulses an den Steuerkreis 106, wie dies oben beschrieben worden ist. Der Steuerkreis 106 verwendet diese Informationen zur Taktung der Einleitung und der Beendigung des Torimpulses. Die Taktinformationen werden von dem Steuerkreis 106 auch dazu verwendet, einen Triggerimpuls an den Bildprozessor 128 abzugeben, um diesen zur Digitalisierung des Bilds zu triggern.
Gemäß der obigen Beschreibung wird der Torimpuls am Anfang eines Video-Teilbilds wieder in dessen Normalzustand gebracht. Die beiden nächsten folgenden Video-Teilbilder enthalten Bildinformationen, die sich auf den zu kontrollierenden Behälter 63 beziehen. Zu dem Zeitpunkt, an dem der Torimpuls wieder seinen Normalzustand annimmt, wird von dem Steuerkreis 106 über die Leitung 120 gleichzeitig ein Triggersignal an den Bildprozessor 128 gesendet. Dieses Signal erteilt dem Bildprozessor 128 den Befehl zur Digitalisierung des nächsten Vollbilds, und zwar abhängig von der Anwendung der Videoinformationen.
Der Bildprozessor 128 führt die Digitalisierungsfunktion und danach eine Vergleichsfunktion aus, um das Bild des Behälters 63 mit der gespeicherten Norm zu vergleichen. Nachstehend ist das Verfahren zur Ausführung des Vergleichsschrittes in näheren Einzelheiten beschrieben.
Wenn eine Entscheidung für eine Abweisung einer Verpackung erfolgt, wird ein Abweisungssignal erzeugt und über die Leitung 130 an die Abweisungsvorrichtung 132 gesendet. Abhängig von der Art des Behälters bzw. des zu kontrollierenden Artikels, kann es sich bei der Abweisungsvorrichtung 132 um einen Druckluftstrom von kurzer Dauer, einen Druckluftzylinder oder eine andere elektromechanische Vorrichtung handeln. Bei der bevorzugten Vorrichtung für kleine Glasbehälter handelt es sich um eine Vakuum-Arretierungsscheibe, wie sie etwa von Industrial Dynamics, Torrance, Kalifornien, oder von Peco Controls, Milpitas, Kalifornien, hergestellt wird.
In genauerem bezug auf die Regelung bzw. Steuerung der Röntgenimpulse wird die Steuerung der Hochspannung dadurch verwirklicht, daß eine stark geregelte, einstellbare Gleichstromquelle 140 verwendet wird, wie dies durch die Bezugsziffer 141 angezeigt wird.
Die geregelte Gleichstromquelle 140 umfaßt vorzugsweise einen Gegentakt-Brückengleichrichter unter Verwendung einer Eingangs- Wechselspannung von 80, gefolgt von einem monolithischen Spannungs- und Stromregler MC1466 von Motorola, der von der Motorola Corporation, Schaumburg, Illinois, hergestellt wird. Dabei handelt es sich um eine einzige integrierte Schaltung, die einen externen Längstransistor steuert, bei dem es sich vorzugsweise um das Modell MJ413 von Motorola handelt. Die Stromversorgung sieht etwa 0 bis 80 Volt Gleichstromspannung bei einem maximalen Strom von etwa 0,5 Ampere vor.
Eine der Norm entsprechende Wechselstromleitung 142, die gemäß der obigen Beschreibung in der Gleichstromversorgungsquelle 140 gleichgerichtet wird, versorgt die Gleichstromquelle 140 mit Strom.
Die Gleichstromquelle 140 ermöglicht es, daß der Kondensator 74 zwischen Impulsen wieder auf einen festen Spannungspegel geladen werden kann, so daß die in der Sekundärwicklung 82 des Transformators 80 erzeugten Hochspannungsimpulse eine konstante Amplitude aufweisen, was bedeutet, daß die erzeugten Röntgenimpulse im wesentlichen eine konstante Größe aufweisen.
Der in die Röntgenröhre 84 fließende Strom wird vorzugsweise durch einen Steuerkreis 150 gesteuert. Der Steuerkreis 150 mißt den mit jedem Impuls durch die Röntgenröhre 184 fließenden Strom, wobei der Gesamtstrom während der Impulsdauer integriert wird. Der integrierte Strom wird einem Closed-Loop-Regelsystem zugeführt, das den Strom mit einem Bezugsstrom vergleicht, der in dem Steuerkreis 150 vorhanden ist. Ein etwaig festgestellter Fehler wird korrigiert, wobei der Heizstrom der Röntgenröhre 84 dadurch gesteuert wird.
In bezug auf Figur 3 wird die in dem Bildprozessor 128 aus Figur 2 verwendete Computer-Software in bezug auf das Flußdiagramm (dargestellt in Figur 3) beschrieben. Gemäß der Bezugsziffer 152 wird eine Startfunktion eingeleitet. Die Abfrage bei 154 bestimmt, ob ein Bild zur Verarbeitung zur Verfügung steht. Wenn die Antwort nein lautet, springt das Programm zum Start 152 zurück. Bei einer positiven Antwort folgt in dem Verfahren als nächstes der Schritt 156, in dem das Bild erneut abgetastet wird. Dabei wird ein minimales Bild erzeugt, wobei vorzugsweise sich nicht-überlappende Bildelementblöcke der Größe 4x4 verwendet werden.
Wie dies in Figur 4 dargestellt ist, ist das ursprüngliche digitalisierte Eingangsbild schematisch als großer Block 160 dargestellt. Das Bild 160 ist in Pixelblöcke der Größe 4x4 unterteilt, wobei gemäß der Darstellung durch die Bezugsziffern 162, 164, 166 und 168 mehrere beispielhafte Blöcke der Größe 4x4 dargestellt sind. Das Eingangsbild 160 setzt sich aus ungefähr 10.000 dieser Blöcke der Größe 4x4 zusammen. Das kleinste Bildelement des hellen Video-Teilbilds jedes 4x4- Bildelementblocks in dem Eingangsbild 160 wird ausgewählt und dazu verwendet, das neu abgetastete Ausgangsbild 170 zu gestalten. Das in der Figur 4 mit "B" bezeichnete helle Video-Teilbild wird dadurch bestimmt, daß die Bildelementsummen der ungeraden Reihen mit denen der geraden Reihen aus einem 4x4- Bildelementblock in der Mitte des Eingangsbilds 160 verglichen werden.
Nachdem das Bild gemäß der Beschreibung in bezug auf Figur 4 neu abgetastet worden ist, umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren in bezug auf das Flußdiagramm aus Figur 3 den Schritt 172, in dem das neu abgetastete Bild 170 zur Verschärfung der Fehler vorzugsweise mit einer 5x5-Maske aufgerollt wird. Die Verschärfungsmaske würde vorzugsweise folgende Form aufweisen:
Danach wird das mit der 5x5-Maske verschärfte Bild 170 zur Rauschverminderung vorzugsweise mit einer 3x3-Maske aufgerollt, wobei dieser Schritt in dem Block 174 des Flußdiagranms (Figur 3) dargestellt ist. Die Rauschmaske weist vorzugsweise die folgende Form auf:
Nach dem Rauschverminderungsschritt 174 sieht das Verfahren eine Ausblendung des nichtkontrollierbaren Randbereichs vor, wie dies durch die Bezugsziffer 176 dargestellt ist.
Dieser Schritt wird in bezug auf die Figuren 5A und 5B am besten verständlich. In Figur 5A ist ein Eingangsbild durch die Bezugsziffer 180 bezeichnet. Bei dem Außenperimeterbereich 182 handelt es sich um den Bereich außerhalb des Bildes, wobei dieser Bereich eine graue Intensität aufweisen würde. Der dunkle elliptische Grenzbereich 184 stellt die Grenze des kontrollierbaren Bereichs dar, wie dies nachstehend beschrieben ist. Der dunkle elliptische Grenzbereich 184 und der hellere elliptische Bereich 185 sind das Ergebnis einer Verschäfungsmaskenoperation. Die Ellipse, an der der Grenzbereich 184 auf den Bereich 185 trifft, stellt den Rand des kontrollierbaren Inneren dar, das sich aus den Bereichen 185 und 186 zusammensetzt. Der hellere elliptische Bereich 185 ist heller als sowohl der Außenperimeterbereich 182 und das Innere 186. Das Innere 186 weist in etwa die gleiche Intensität wie der Außenperimeterbereich 182 auf. Ein Behälter würde sich von links nach rechts über das Feld bewegen, wobei die Vorderkante des Bilds durch die Bezugsziffer 188 bezeichnet ist. Die gegenüberliegende Kante ist durch die Bezugsziffer 190 bezeichnet.
In bezug auf die Figuren 5A und 5B umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren den Beginn der Analyse an der Vorderkante 188 des Eingangsbilds 180, wobei die Bewegung stetig zu der Mitte verläuft. Wenn dies durch den Prozessor 128 durchgeführt wird, werden alle bzw. fast alle Bildelemente auf einer gegebenen Reihe vorzugsweise ausgeblendet. Das heißt, daß den ausgeblendeten Bildelementen eine bestimmte Intensität aus dem Außenperimeterbereich 182 zugewiesen wird. Dies wird solange durchgeführt, bis der Rand des Grenzbereichs 184 erfaßt wird. Auf jeder gegebenen Reihe wird der Rand des Bereichs 184 durch eine Intensitätsveränderung des Bildelements von Grau in Schwarz angezeigt. Diese Bildelemente werden solange ausgeblendet, bis der Rand des Bereichs 185 durch eine Veränderung der Bildelementintensität von Schwarz in ein helleres Grau erfaßt wird. Die Bildelementintenstität in der oberen linken Ecke 191 des Eingangsbilds 180 wird dazu verwendet, die Übergangsgrenzwerte für die drei Bereiche wie folgt zu definieren:
Grau-Schwarz = erste Bildelementintensität - KONSTANTE
Schwarz-helleres Grau = erste Bildelementintensität + KONSTANTE
Ein Vergleich zwischen den Figuren 5A und 5B zeigt die Ergebnisse dieser Funktion. Der Außenperimeterbereich 192 aus Figur 5B weist kennzeichnenderweise die gleiche Intensität auf wie das Innere 194. Der hellere elliptische Bereich 195 ist das Ergebnis der Verschärfungsmaske und ist in Figur 5B weiterhin sichtbar. Der Rand 196 entspricht der Grenze zwischen den Bereichen 184 und 185 aus Figur 5A. Auf diese Weise werden die Abschnitte des Bilds ausgeblendet, die nicht kontrolliert werden müssen, wobei die Kontrolle in dem kontrollierbaren Bereich ausgeführt wird, der sich aus dem Inneren 194 und dem Bereich 195 zusammensetzt.
In bezug auf Figur 3 ist der nicht-kontrollierbare Perimeter gemäß dem Schritt 176 des Flußdiagramms ausgeblendet worden. In dem kontrollierbaren Bereich, der sich aus dem Inneren 194 und dem Bereich 195 (Figur 5B) zusammensetzt, wird eine minimale Bildelementintensität vorgefunden, wie dies durch den Block 198 des Flußdiagramms angezeigt wird.
Der Absolutwert dieser minimalen Bildelementintensität wird mit einem Standard-Grenzwert verglichen, wie dies durch die Bezugsziffer 200 (Figur 3) dargestellt ist. Dieser Vorgang wird für das gesamte Bild einmal ausgeführt. Wenn sich das tatsächliche Minimum außerhalb eines vorbestimmten Grenzwert es befindet, so erteilt das Programm den Befehl zur Erzeugung eines Abweisungssignals, wie dies durch die Bezugsziffer 202 dargestellt ist. Das Programm springt zu dem Start 152 zurück, wenn das Minimum einen Grenzwert nicht überschreitet, wobei der kontrollierte Behälter nicht abgewiesen wird. Der vorbestimmte Grenzwert wird durch Verarbeitung einer großen Anzahl bekannter zulässiger Behälter bestimmt, wobei die Ergebnisse unter Verwendung einer statistischen Analyse analysiert werden, wie dies für den Fachmann verständlich ist. Bevorzugt wird die Gestaltung eines Histogramms dieser Minimumwerte sowie die Bestimmung des Grenzwertes aus diesem Histogramm. Der Grenzwert wird so festgelegt, daß nur ein geringer prozentualer Anteil von weniger als etwa 1,0 Prozent der Behälter eine Minimumintensität aufweisen, die unterhalb dieses Grenzwertes liegt. Unter Verwendung dieses Verfahrens können Glasstücke mit einer Länge von nur etwa 0,050 Inch sowie Metallstücke mit einer Länge von nur etwa 0,020 Inch (1 Inch = 2,54 cm) erfaßt werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die zu kontrollierenden Behälter auf einem herkömmlichen Produktbehälterband 20 (Figur 1) positioniert. Die Kontrolle jedes Behälters umfaßt die Erzeugung von Hochenergie-Röntgenstrahlen mit kurzen Impulsen in Richtung jedes Behälters, wenn dieser den Kontrollpunkt erreicht. Danach wird ein Röntgenbild erzeugt, das den kontrollierten Behälter darstellt, wobei danach basierend auf dem Röntgenbild ein digitales Signal erzeugt wird. Das Verfahren umfaßt ferner die bildelementweise Analyse des digitalen Signals, wobei das Signal auch mit einem genormten Grenzwert verglichen wird. Danach erfolgt eine Entscheidung bezüglich der Zulässigkeit bzw. der Abweisung, wobei die Entscheidung darauf basiert, ob das tatsächliche Signal unterhalb des Grenzwertes liegt, und wobei auf der Basis der Analyse ein Entscheidungsbefehl erzeugt wird.
Hiermit wird festgestellt, daß die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenimpulsen mit kurzer Dauer für eine Röntgenabbildung schnell transportierter bzw. sich schnell bewegender Objekte vorsieht. Die Erfindung sieht eine kostengünstige, getaktete Röntgenquelle vor, bei der Standard-Röntgenkomponenten verwendet werden, wobei jedoch als Reaktion auf ein asynchrones, externes Triggersignal Impulse mit kurzer Dauer erzeugt werden können, während eine ausgezeichnete Spannungs- und Stromstabilität beibehalten werden.
Die vorliegende Erfindung wurde zwar in bezug auf die Kontrolle von Behältern beschrieben, wobei jedoch festgestellt werden muß, daß der Röntgenimpulsgenerator auch für andere Anwendungen geeignet ist, wie etwa für die Kontrolle von Materialen bezüglich fehlender oder falsch angeordneter Teile, für die Erfassung von Fehlern in leeren Behältern, oder für die Erfassung von Schmutzstoffen in unverpacktem Material, das auf einem Förderband an dem Generator vorbeigeführt wird.
Für den Fachmann wird deutlich, daß die Erfindung nur durch den Umfang der anhängigen Ansprüche beschränkt ist und nicht durch die vorstehend nur zu veranschaulichenden Zwecken beschriebenen bestimmten Ausführungsbeispiele der Erfindung

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenbildern eines Objekts, mit:

einem externen Signalgenerator (64) zur Erzeugung eines externen Signals, wenn das Objekt an einer vorbestimmten Position optimal positioniert ist;

einem Röntgengenerator (84), der funktionsfähig mit dem externen Signalgenerator verbunden ist, um die externen Signale zu empfangen und um als Reaktion auf das externe Signal einen Röntgenimpuls zu erzeugen, wobei der Röntgengenerator ferner eine Einrichtung zur Richtung des Röntgenimpulses zu dem Objekt und zum Auftreffen des Röntgenimpulses auf dem Objekt umfaßt;

einer Einrichtung (100) zum Empfang des durch das Objekt verlaufenden Teils des Röntgenimpulses; gekennzeichnet durch:

eine Gleichtstromquelle (140), und wobei der Röntgengenerator (84) funktionsfähig mit der Gleichtstromquelle verbunden ist, um den Röntgenimpuls in Form eines kurzen Hochleistungsimpulses zu erzeugen;

eine Einrichtung (128) zur Erzeugung eines digitalen Bilds, das der durch das Objekt tretenden Röntgenstrahlung entspricht, wobei das digitale Bild eine Mehrzahl von Bildelementblöcken umfaßt;

eine Eirichtung (128) zur Auswahl eines minimalen Bildelementintensitätswertes aus wenigstens einigen der Bildelementblöcke des digitalen Bilds und zur Erzeugung von digitalen Bildinformationen auf der Basis der ausgewählten minimalen Bildelementintensitätswerte; und

eine Einrichtung (128) zur Analysierung der digitalen Bildinformationen und zur Erzeugung eines Ansprechsignals, wenn die Analyse zu der Schlußfolgerung führt, daß eine Abweichung von einem vorbestimmten Zustand wahrgenommen worden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Röntgengenerator Röntgenimpulse erzeugt, die jeweils eine Dauer von etwa 0,5 bis 5,0 Millisekunden aufweisen, und wobei die Einrichtung zum Empfang des durch das Objekt verlaufenden Teils des Röntgenimpulses einen Bildverstärker (100) umfaßt, der die durch das Objekt tretende Röntgenstrahlung in ein sichtbares Lichtbild konvertiert, und wobei eine Digitalisierungseinrichtung (128) das sichtbare Lichtbild in ein digitales Bild umwandelt, und wobei die Einrichtung zur Analysierung des digitalen Bilds einen Digitalrechner darstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Analysierung der digitalen Bildinformationen eine Einrichtung (128) zum Aufrollen der digitalen Bildinformationen mit einer Maske umfaßt; eine Vergleichseinrichtung (128) zum Vergleich der minimalen Bildelementintensität der aufgerollten digitalen Bildinformationen mit einem vorbestimmten Grenzwert; und eine Einrichtung (128) zur Erzeugung eines Befehlssignals, das auf die Vergleichseinrichtung anspricht, und wobei die Aufrolleinrichtung eine Einrichtung zum Aufrollen der digitalen Bildinformationen mit einer Maske mit vorbestimmter Matrixgröße umfaßt.

4. Verfahren zur Untersuchung eines Objekts, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Erzeugung eines externen Signals als Reaktion auf die Anordnung des Objekts an einer vorbestimmten optimalen Position;

Erzeugung eines Röntgenimpulses als Reaktion auf das genannte externe Signal, und wobei dafür gesorgt wird, daß der Röntgenimpuls auf dem Objekt auftrifft, um Informationen zur Erzeugung eines Röntgenbilds des Objekts vorzusehen;

dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Röntgenimpuls um einen kurzen Hochleistungsimpuls handelt und ferner durch folgende Schritte:

Konvertierung der durch das Objekt tretenden Röntgenstrahlung in ein sichtbares Lichtbild;

Konvertierung des sichtbaren Lichtbilds in ein digitales Bildl wobei das digitale Bild eine Mehrzahl von Bildelementblöcken umfaßt;

Auswahl eines minimalen Bildelementintensitätswertes aus wenigstens einigen Bildelementblöcken und Erzeugung digitaler Bildinformationen auf der Basis des ausgewählten minimalen Bildelementintensitätswertes; und

Analyse der digitalen Bildinformationen durch bildelementweisen Vergleich mit einem vorbestimmten Zustand und Feststellung, ob eine Abweichung von dem genannten Zustand aufgetreten ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Analyse der digitalen Bildinformationen unter Verwendung der folgenden Schritte:

Aufrollen der digitalen Bildinformationen mit einer ersten Maske, um Unregelmäßigkeiten zu verschärfen;

Aufrollen der verschärften digitalen Bildinformationen mit einer zweiten Maske zur Rauschverminderung;

Absuchen nach den zweimal aufgerollten digitalen Bildinformationen, um einen minimalen Gesamt- Bildelementintensitätswert zu finden;

Vergleichen des minimalen Gesamt- Bildelementintensitätswertes der zweimal aufgerollten digitalen Bildinformationen mit einem vorbestimmten Grenzwert; und

Erzeugung eines Befehlssignals als Reaktion auf den Vergleich der zweimal aufgerollten digitalen Bildinformationen mit einem vorbestimmten Grenzwert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Auswahl des vorbestimmten Grenzwerts für den minimalen Gesamt-Bildelementintensitätswert durch

Verarbeitung einer vorbestimmten Anzahl bekannter, zulässiger Objekte und Bestimmung eines minimalen Werts für jedes Objekt,

Ausführung einer statistischen Analyse der minimalen Werte und Auswahl eines vorbestimmten Grenzwerts auf der Basis der statistischen Analyse;

sequentielle Förderung einer Mehrzahl von Objekten und kontinuierliche Erzeugung und Richtung von Röntgenimpulsen zu den Objekten und Auftreffen der Impulse auf den Objekten sowie Analysierung der digitalen Bildinformationen, welche jedes genannte Objekt darstellen, und

Erzeugung und Richtung der Röntgenimpulse auf die Objekte, wenn sich diese an einer Position befinden, an der sie die Röntgenimpulse empfangen können.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenimpulse eine Dauer zwischen etwa 0,5 bis 5,0 Millisekunden aufweisen, wobei die erste Maske mit einer Größe von 5 x5 ausgewählt wird, wobei die zweite Maske eine Größe von 3 x 3 aufweist.

8. Verfahren zur Untersuchung eines Objekts, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Erzeugung eines Röntgenimpulses als Reaktion auf das externe Signal, und wobei dafür gesorgt wird, daß der Röntgenimpuls auf dem Objekt auftrifft, um ein Röntgenbild des Objekts zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Röntgenimpuls um einen kurzen Hochleistungsimpuls handelt und ferner durch folgende Schritte:

Konvertierung des Röntgenbilds in ein digitales Ausgangsbild;

Aufrollen des Ausgangsbilds mit einer ersten und einer zweiten Maske;

Absuchen des Ausgangsbilds, um einen minimalen Gesamt- Bildelementintensitätswert zu finden; und

Vergleich des minimalen Gesamt-Bildelementintensitätswertes des Ausgangsbilds mit einem Grenzwert und Erzeugung eines Ansprechsignals, wenn der Vergleich zu der Schlußfolgerung führt, daß eine Abweichung von dem vorbestimmten Grenzwert festgestellt worden ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufrollschritt folgendes umfaßt:

Aufrollen des Ausgangsbilds mit einer ersten Maske, um Unregelmäßigkeiten zu verschärfen und Aufrollen des verschärften Ausgangsbilds mit einer zweiten Maske, um elektrisches Rauschen zu vermindern.

10. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Auwahl minimaler Bildelementintensitätswerte aus einer Mehrzahl von Bildelementblöcken des digitalen Ausgangsbilds;

Verwendung der ausgewählten minimalen Bildelementintensitätswerte zur Darstellung der digitalen Bildinformationen in dem aufgerollten Ausgangsbild;

Auswahl eines vorbestimmten Grenzwert es für den minimalen Gesamt-Bildelementintensitätswert durch Verarbeitung einer vorbestimmten Anzahl zulässiger Objekte, und Bestimmung eines minimalen Wertes für jedes Objekt sowie Ausführung einer statistischen Analyse der minimalen Werte und Auswahl eines vorbestimmten Grenzwertes auf der Basis der statistischen Analyse.

ll. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die sequentielle Förderung einer Mehrzahl von Objekten und die kontinuierliche Erzeugung und Richtung von Röntgenimpulsen zu den Objekten sowie Auftreffen der Röntgenimpulse auf diesen und Analysierung der jedes Objekt darstellenden digitalen Bildinformationen;

Erzeugung und Richtung der Röntgenimpulse auf die Objekte, wenn sich diese an einer Position befinden, an der sie die Röntgenimpulse empfangen können; und

Erzeugung der Röntgenimpulse, wobei jeder dieser Impulse eine Dauer zwischen etwa 0,5 bis 5,0 Millisekunden aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

die erste Maske eine Größe von 5 x 5 und

die zweite Maske eine Größe von 3 x 3 aufweist.