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Die
vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Kontrolle
von durchscheinenden oder durchsichtigen Objekten oder Gegenständen, die
eine Flüssigkeit
von ebenfalls durchsichtiger oder durchscheinender Beschaffenheit
enthalten.
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Der
Gegenstand der Erfindung zielt insbesondere auf die Kontrolle solcher
Behälter
im Hinblick darauf ab, daß das
Vorhandensein von Fremdkörpern
im allgemeinen Sinne mit einer größeren Dichte als jener der
Flüssigkeit
ausgemacht wird.
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Der
Gegenstand der Erfindung findet eine besonders vorteilhafte Anwendung
für die
Erfassung von Glasscherben, die im Inneren von Behältern wie Flaschen
vorhanden sein können,
die aus Glas hergestellt sind.
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Auf
dem obengenannten Anwendungsgebiet ergibt sich ein Bedarf an einer
Kontrolle der Flaschen, um das mögliche
Vorhandensein von Glasscherben zu suchen. Im Stand der Technik ist
durch das Dokument
WO 96/18883 ein
Erfassungsverfahren vorgeschlagen, bei welchem die Flasche derart umgedreht
wird, daß die
Scherben im Inneren der Flüssigkeit
in Bewegung versetzt werden. Bilder werden nacheinander in einem
geringen Zeitabstand aufgenommen, die ermöglichen, durch Unterschiede die
Verschiebung der Scherben zu beobachten. Der Hauptnachteil dieser
Technik liegt darin, daß es
sich empfiehlt, die Bildaufnahmezone während eines relativ langen
Zeitintervalls zu überwachen,
um das Herunterfallen einer Scherbe zu berücksichtigen, das je nach dem
Typ des Behälters
von einigen Hundertstelsekunden bis zu einigen Sekunden dauern kann. Ein
solcher Zwang gebietet entweder sehr langsame Arbeitstakte oder
die Aufnahme mehrerer Bilder und eine große Anzahl von Kameras. Im übrigen beruht die
verwendete Technik auf einer Differenz von Bildern, die sich gegenüber den
Geräuschen
in Verbindung mit realen industriellen Bedingungen als sehr empfindlich
erweisen kann, wie Blasen in der Flüssigkeit oder Tropfen an der
Wand der Flasche.
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Im übrigen ist
aus der Patentanmeldung
FR 2
725 274 eine mechanische Vorrichtung bekannt, die der Flasche
eine Bewegungsfolge auferlegt, mit welcher die Fremdkörper in
eine stabile Zone ohne Gravur gebracht werden können, nämlich die Schulter der Flasche.
Eine solche Lösung
erweist sich als schwer durchführbar
bei Flaschen, die eine wenig ausgeprägte Schulter haben. Im übrigen verhindert die
auf die Fremdkörper
aufgebrachte Zentrifugalkraft, daß sie in einer stabilen Beobachtungszone bleiben.
Es stellt sich auch heraus, daß die
Zeit zur Anordnung des Fremdkörpers
dieses Verfahren für hohe Überwachungstakte
unbrauchbar macht.
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Im
gleichen Zusammenhang hat die Patentschrift
US-A-4 209 802 vorgeschlagen,
den Behälter in
Bezug zur Vertikalen um einen Winkel von 45° zu neigen, um die Eingrenzung
von Fremdkörpern
in einer Kontrollzone, die Teil der Bodennaht des Behälters ist,
zu gewährleisten.
Die Kontrollzone des Behälters
wird beleuchtet, und das vom Behälter
transmittierte Licht wird mit einer Kamera eingefangen, deren geliefertes
Videosignal analysiert wird, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein
eines Fremdkörpers
zu bestimmen. Eine solche Technik ermöglicht es, die eventuellen
Fremdkörper
in einer Zone einzugrenzen, die in Bezug auf die Größe des Behälters begrenzt
ist. Gleichwohl muß bedacht
werden, daß diese
Eingrenzungszone einem Teil der Flasche entspricht, die zahlreiche
Gravuren oder Marken wie Einschnitte, Code-Perlen oder Formfugen aufweist.
Unter diesen Bedingungen ermöglicht
die von dieser Patentschrift vorgeschlagene Technik nicht, auf zuverlässige Weise
die am Boden der Flasche liegenden Fremdkörper und die verschiedenen, an
dem Behälter
angebrachten Kennzeichnungen zu unterscheiden.
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Der
Gegenstand der Erfindung zielt darauf ab, den oben angesprochenen
Nachteilen abzuhelfen, indem ein Verfahren vorgeschlagen wird, das
es ermöglicht,
auf sichere und zuverlässige
Weise das Vorhandensein von Fremdkörpern im Inneren eines Behälters mit
einem hohen Kontrolltakt zu erfassen, wobei gleichzeitig vermieden
wird, daß gute
Flaschen aussortiert werden, die wegen des Vorhandensein von zahlreichen
Kennzeichnungen auf den Behältern
für fehlerhaft
gehalten werden.
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Das
Verfahren nach der Erfindung entspricht dem Anspruch 1.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung anzubieten,
die es ermöglicht, auf
sichere Weise das Vorhandensein eines Fremdkörpers mit einer größeren Dichte
als jener der Flüssigkeit
zu erfassen, die in dem Behälter
enthalten ist.
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Die
Erfassungsvorrichtung entspricht dem Anspruch 10.
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Verschiedene
weitere Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen, die als nicht einschränkende Beispiele Ausführungsformen
und Formen der Verwendung des Gegenstands der Erfindung zeigen.
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1 ist
ein Schema zur Verdeutlichung eines Ausführungsbeispiels einer Erfassungsvorrichtung
gemäß der Erfindung;
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2 ist
eine Ansicht in größerem Maßstab, die
ein charakteristisches Detail der Erfassungvorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt;
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3 ist
eine Ansicht eines Bildbeispiels zur Verdeutlichung des Erfassungsverfahrens
gemäß der Erfindung;
und
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4 ist
eine Ansicht eines Bildes, die ein weiteres Merkmal des Erfassungsverfahrens
gemäß der Erfindung
zeigt.
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Wie
aus 1 hervorgeht, ist die Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung
konzipiert, um die Kontrolle von hohlen Artikeln oder Behältern 2 zu
ermöglichen, die
aus einem durchsichtigen oder durchscheinenden Material wie Glas
hergestellt sind. Bei dem unten beschriebenen bevorzugten Beispiel
sind die kontrollierten Behälter
aus Glas hergestellte Flaschen 2, aber es muß bedacht
werden, daß sich
die Erfindung auf jede Verpackung für eine Flüssigkeit erstreckt, die als
konstitutives Material der Verpackung eine durchsichtige oder durchscheinende
Beschaffenheit aufweist. Die Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung
ist konzipiert, um im Inneren des Behälters im allgemeinen Sinne
das Vorhandensein eines Fremdkörpers
mit einer größeren Dichte
als jener der Flüssigkeit
zu erfassen. Der Gegenstand der Erfindung findet eine besonders
vorteilhafte Anwendung, um als Fremdkörper eine Glasscherbe zu entdecken,
aber es muß bedacht
werden, daß der
Gegenstand der Erfindung es ermöglicht,
jeden Typ eines Fremdkörpers
in einer Flüssigkeit
mit einer größeren Dichte
als jener der Flüssigkeit
zu erfassen.
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Auf
bevorzugte Weise ist die Erfassungsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung
an dem Förderband für die Flaschen 2 an
einer Kontrollstation stromabwärts
der Abfüllstation
angeordnet. Erfindungsgemäß kontrolliert
die Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung
die Flaschen 2, wenn sie eine geneigte Position einnehmen.
Dazu weist die Vorrichtung 1 Handhabungsmittel 3 auf,
die es ermöglichen,
daß jede
Flasche um einen Winkel α geneigt
wird, der zwischen der Vertikalen und der Längssymmetrieachse A1 der Flasche gebildet ist. Der Winkel α liegt zwischen
30 und 70° und
bevorzugt ungefähr
bei 45°.
Die Positionierungsmittel 3 sind durch jede mechanische
Vorrichtung realisiert, die es ermöglicht, daß die Flaschen 2 an
der Förderanlage
aus der vertikalen Position in eine geneigte Position übergehen,
wenn sie vor der Erfassungsvorrichtung 1 vorbeilaufen.
Dann, stromabwärts
von der Erfassungsstation, werden die Flaschen 2 wieder
in die vertikale Position gebracht. Wie dies genauer aus 2 hervorgeht,
führt die Neigung
der Flasche 2 dazu, daß die
eventuellen Fremdkörper 4 zum
Boden der Flasche wandern, um sich in einer Kontroll- oder Eingrenzungszone 5 festzusetzen,
die an der Nahtstelle des Körpers 6 und des
Absatzes 7 der Flasche liegt, die auch Bodennaht heißt. Die
Eingrenzungszone 5 erstreckt sich also über einen Teil der Bodennaht 6 der
Flasche, der auf dem niedrigsten Niveau liegt. Es muß bedacht werden,
daß ein
Winkel α nahe
bei 30° das
rasche Herabfallen der Scherben auf den Boden der Flasche begünstigt,
während
ein Winkel nahe bei 70° das
Anliegen der größeren Fläche der
Scherben gegen die Seitenwand der Bodennaht 6 der Flasche
begünstigt. Es
versteht sich, daß die
Flasche 2 derart geneigt ist, daß sie bei Ablauf der maximalen
Wanderfrist der Fremdkörper 4 an
einer Position befindet, wo sie von der Erfassungsvorrichtung 1 kontrolliert
werden kann.
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Die
Neigung der Flasche 2 ermöglicht, die Fremdkörper 4 in
eine stabile Zone zu bringen, nämlich
die Bodennaht der Flasche. Die Prüfung der Eingrenzungszone 5 reicht
aus, um das mögliche
Vorhandensein von Fremdkörpern
zu erfassen, die unter der Wirkung der Schwerkraft unweigerlich
zum Boden der Flasche geführt
werden. Es ist zu bemerken, daß die
Eingrenzungszone 5 in Bezug zur Größe der Flasche begrenzt ist.
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Erfindungsgemäß weist
die Erfassungsvorrichtung 1 eine erste Lichtquelle 9 und
eine erste Videokamera 11 auf, welche wenigstens die Beobachtung
der Eingrenzungszone 5 ermöglichen. Die Lichtquelle 9 ist
z.B. eine Quelle mit quadratischer Form mit einer Seitenlänge von
etwa 60 bis 80 mm und kann unterschiedslos aus Neon- oder Fluoreszenzröhren gebildet
sein, die ständig
ein hochfrequentes weißes
Licht emittieren, aus einem Block von Farbelektrolumineszenzdioden
oder einer Gleichstromlampe vom Typ Halogenbirne. Wie dies aus 1 und 2 hervorgeht,
ist die Lichtquelle 9 entlang des Körpers 6 der Flasche
an der Seite gegenüber
der Eingrenzungszone 5 plaziert.
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Die
Kamera 11 ist unter dem Boden 7 der Flasche derart
angeordnet, daß ihre
Sichtachse A im wesentlichen die Innenwand 71 des
Bodens des Behälters
tangiert.
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Es
muß selbstverständlich bedacht
werden, daß die
Innenwand 71 diejenige ist, die
den kontrollierten Teil der Bodennaht verlängert, also diejenige, die
die Eingrenzungszone 5 verlängert. Es ist nämlich zu
bemerken, daß der
Boden der zu kontrollierenden Behälter verschiedenartig sein
kann, so flach, gewölbt,
bombiert oder halb bombiert. Die Kamera 11 ist also derart
plaziert, daß aus
ihrem Sichtfeld der Boden 7 der Flasche ausgeschlossen
ist. Eine solche Positionierung der Kamera 11 ermöglicht es,
durch Transmission das von der Flasche 2 transmittierte und
von der Lichtquelle 9 kommende Licht einzufangen.
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Die
Kamera 11 ist eine elektronische Standardkamera, nämlich eine
Matrixkamera mit hoher Erfassungsfrequenz, die mit einer Einheit 12 zur
Analyse und Bearbeitung des von der Kamera transmittierten Videosignals
verbunden ist. Auf herkömmliche Weise
weist diese Einheit 12 zur Analyse und Bearbeitung eine
Erfassungsschaltung für
die elektronischen Signale auf, die von der Kamera geliefert werden
und für
die Lichtstärke
stehen, die von jeder der lichtempfindlichen Zellen der Kamera empfangen wird
und Bildern entspricht. Die Erfassungsschaltung gewährleistet
die Umwandlung des analogen Signals in ein digitales Signal, das
auf eine Anzahl von Bits gemäß einer
bestimmten Grauskala codiert ist. Die Erfassungsschaltung wird über eine
Steuereinheit gesteuert, die mit einem System zur Erfassung des Vorhandenseins
einer Flasche verbunden ist, das ermöglicht, die Bildaufnahme beim
Vorbeifahren der Flaschen 2 vor der Kamera 11 zu
synchronisieren. So liefert die Kamera 11 für jeden
Durchgang einer Flasche ein Videosignal, das einem Bild I entspricht,
das von der Bearbeitungseinheit 12 derart analysiert wird,
daß das
Vorhandensein einer grauen oder dunklen Zone I4 erfaßt wird,
die einem Fremdkörper 4 entspricht,
wie dies genauer aus 3 hervorgeht. In Anbetracht
der Tatsache, daß die
Kamera 11 das durch Transmission von der Flasche 2 transmittierte Licht
einfängt,
erscheinen die Fremdkörper 4 wie eine
Grauzone I4, während die Flüssigkeit
und die Wände
der Flasche 2 wie eine helle Zone I2 auf
dem Bild erscheinen. Es ist zu bemerken, daß der Boden 7 auf
dem Bild wie eine durnkle Zone I7 erscheint, während die
anderen Kennzeichnungen oder Gravierungen ebenfalls als dunkle Zonen
I6 erscheinen.
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Erfindungsgemäß weist
die Einheit zur Bearbeitung und Analyse 12 Mittel auf,
die die Feststellung des Vorhandenseins eines Fremdkörpers 4 ermöglichen.
Solche Mittel, die Teil eines Informatiksystems sind, ermöglichen
die Durchführung
einer Erfassungsmethode oder eines Erfassungsverfahrens, das wie
folgt abläuft.
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Das
Verfahren besteht darin, das von dem Videosignal gebildete Bild
I zu analysieren, indem auf dem Bild ein Prüffenster Z5 definiert
wird, das wenigstens der Zone 5 zur Eingrenzung der Abfallstoffe
entspricht. Das Verfahren besteht darin, eine Trennlinie P zu definieren,
die an einer Seite eine erste Kontrollzone Z1 und
an der anderen Seite eine zweite Prüfzone Z2 abgrenzt,
in welcher die möglichen
Kennzeichnungen oder Motive liegen, die von dem Behälter getragen
werden. Bei dem veranschaulichten Beispiel weist die zweite Zone
Z2 als Kennzeichnungen eine Gravierung und
eine Codeperle auf, die in Form von durnklen Zonen I6 erscheinen.
Das Verfahren besteht darin, in der ersten Kontrollzone Z1 eine dunkle Zone zu suchen, die unweigerlich
dem Vorhandensein eines Fremdkörpers
entspricht. Bei dem veranschaulichten Beispiel wird die dunkle Zone
I4 erfaßt,
die über
der Linie P liegt. Bevorzugt wird die Fläche und/oder die Form der erfaßten dunklen
Zone I4 mit einem Schwellenwert verglichen, über den
hinaus die dunkle Zone als dem Vorhandensein eines Fremdkörpers entsprechend
betrachtet wird. In diesem Fall gilt, daß die Flasche 2 einen
Fremdkörper
einschließt.
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Im
Falle des Nichtvorhandenseins einer dunklen Zone in der ersten Zone
Z1 wird in der zweiten Kontrollzone Z2 das Vorhandensein einer dunklen Zone gesucht,
die einem Fremdkörper
entspricht. Dazu besteht das Verfahren darin, auf dem Bild I das Profil
F des Bodens des Behälters
zu bestimmen, nämlich
die dunkle Zone I7, die sich am unteren
Teil des Bildes über
seine gesamte Breite erstreckt. Das Verfahren besteht darin, zu
bestimmen, ob die erfaßte
dunkle Zone das Profil F des Bodens berührt oder nicht, um zu wissen,
ob sie einem Fremdkörper
bzw. einem Motiv entspricht. Die dunkle Zone I4 gilt
nämlich
als einem Fremdkörper 4 entsprechend,
wenn sie das Profil F des Bodens der Flasche berührt oder daran angrenzt, sofern
der Fremdkörper
am Boden der Flasche liegt. Es ist zu bemerken, daß in der
zweiten Zone Z2 das Verfahren ebenfalls
darin besteht, die Fläche
und/oder die Form der dunklen Zone zu bestimmen und sie mit einem
Schwellenwert zu vergleichen, über
den hinaus die dunkle Zone als einem Fremdkörper entsprechend betrachtet
wird.
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Die
oben beschriebene Vorrichtung der Erfindung ermöglicht die Erfassung von Bildern
mit einer Beleuchtung in Transmission und auf zuverlässige Weise
die Bestimmung des Vorhandenseins eines Fremdkörpers. Die Fremdkörper werden
nämlich systematisch
in einer Prüfzone
eingegrenzt, deren aufgenommenes Bild analysiert wird, um die Fremdkörper von
den Kennzeichnungen zu unterscheiden, die von den Flaschen getragen
werden. Zur Vervollständigung
der Erfassung kann die Vorrichtung 1 nach der Erfindung
eine zweite Erfassungseinrichtung aufweisen, die eine Lichtquelle
und eine Kamera vom gleichen Typ wie oben beschrieben aufweisen, die
aber ein reduzierteres Erfassungsfeld aufweist. Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsmerkmal weist
die Erfassungsvorrichtung 1 eine zweite Erfassungseinrichtung
auf, die aus einer zweiten Lichtquelle 30, welche wenigstens
die Kontrollzone 5 beleuchtet, und aus einer zweiten Kamera 31 besteht, die
dazu geeignet ist, das Licht einzufangen, das durch Reflexion von
der Flasche 2 transmittiert wird und aus der zweiten Lichtquelle 30 stammt.
Die zweite Kamera 31 ist unter dem Boden 7 der
Flasche derart angeordnet, daß ihre
Sichtachse 32 zu der Eingrenzungszone 5 gerichtet
ist und mit der Symmetrieachse A1 der Flasche
einen Neigungswinkel β zwischen
0 und 80° und
vorzugsweise etwa 30° bildet. Die
zweite Lichtquelle 31 ist vom gleichen Typ wie die erste
Quelle oder nicht und ist entlang der Wand der Flasche angeordnet,
die die Eingrenzungszone verlängert,
d.h. diametral entgegengesetzt zur ersten Quelle 9. Es
empfiehlt sich zu bedenken, daß die Lichtquelle 30 es
ermöglicht,
wenigstens die Prüfzone 5 des
Behälters
zu beleuchten, womit ermöglicht wird,
daß die
Kamera 31 das durch Reflexion von der Flasche 2 transmittierte
Licht einfängt.
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Die
Kamera ist mit einer Bearbeitungsschaltung 33 verbunden,
die es ermöglicht,
den Graupegel des von der Kamera (ebenfalls vom Typ CCD) gelieferten
Videosignals zu analysieren. Für
jeden Durchgang einer Flasche vor der Erfassungsstation nimmt die
zweite Kamera 31 ein Bild I' auf, dessen Graupegel von der Bearbeitungsschaltung
derart analysiert wird, daß das
Vorhandensein einer hellen Zone erfaßt wird, die einem Fremdkörper entspricht.
Es muß nämlich bedacht
werden, daß das
mit einer Beleuchtung in Reflexion erhaltene Bild I' dazu führt, daß ein schwarzer
Hintergrund erhalten wird, auf welchem die die Fremdkörper als
strahlende oder helle Zonen erscheinen.
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Die
Bearbeitungsschaltung 33 weist Mittel auf, um die gebildeten
Bilder I' zu analysieren
und das Vorhandensein einer hellen Zone zu erfasssen, die einem
Fremdkörper
entspricht. Wie dies aus 4 hervorgeht, besteht das Analyseverfahren
darin, auf dem Bild I' ein
Prüffenster
Z'5 zu
definieren, das wenigstens der Eingrenzungszone 5 der Fremdkörper entspricht.
Das Verfahren besteht darin, eine Kontur E zu definieren, die dem
inneren Profil der Aufstellebene der Flasche entspricht. Bei dem
veranschaulichten Beispiel ist die Kontur E eine Ellipse, soweit
die betrachtete Flasche einen kreisförmigen Querschnitt besitzt.
Die Kontur E begrenzt auf einer Seite eine erste Prüfzone Z'1 und
auf der anderen Seite eine zweite Prüfzone Z'2, welche die
Motive der Aufstellebene des Behälters
umfaßt.
Bei dem veranschaulichten Beispiel erscheinen die Motive der Aufstellebene,
die durch Einschnitte gebildet sind, in Form einer Abfolge von hellen
Zonen I'6. In der ersten Zone Z'1 wird die Suche
einer hellen Zone vorgenommen, die dem Vorhandensein eines Fremdkörpers entspricht.
Bei dem veranschaulichten Beispiel erscheint der Fremdkörper 4 in
Form einer hellen Zone I'4. Dann werden die Fläche und/oder die Form der erfaßten hellen
Zone I'4 derart
bestimmt, daß sie
mit einem sogenannten Standardschwellenwert verglichen werden, über den
hinaus die helle Zone als einem Fremdkörper entsprechend betrachtet
wird. Die Flasche gilt dann als fehlerhaft.
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Im
Falle des Nichtvorhandenseins einer hellen Zone in der ersten Zone
Z'1 wird
in der zweiten Prüfzone
Z'2 das
Vorhandensein einer hellen Zone gesucht, die einem Fremdkörper entspricht.
Dazu ist vorgesehen, daß in
dieser zweiten Prüfzone
die hellen Zonen I'6 gesucht werden, die den Motiven der Aufstellebene
entsprechen, und eine andere helle Zone erfaßt wird als diejenige, die
diesen Motiven entspricht, und sie mit Schwellenwerten einer radialen
Dicke und einer Fläche
verglichen werden, über die
hinaus die helle Zone als einem Fremdkörper entsprechend betrachtet
wird.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele
begrenzt, denn verschiedene Modifizierungen können daran vorgenommen werden,
ohne ihren Rahmen zu verlassen.