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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum optischen
Detektieren der Anwesenheit.
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Die
vorliegende Erfindung kann vorteilhaft in bezug auf ein Detektieren
der Anwesenheit eines Gegenstands an einer Steuer- bzw. Regelstation,
die entlang eines Pfads bzw. Wegs des Gegenstands selbst angeordnet
ist, und insbesondere zum Detektieren der Anwesenheit von Zigaretten
an einer Steuer- bzw. Regelstation bzw. Kontrollstation, die entlang
des Pfads einer einzigen und von Gruppen von Zigaretten angeordnet
ist, insbesondere durch eine Zigarettenverpackungsmaschine verwendet
werden.
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Auf
Zigaretten-Verpackungsmaschinen wird zuerst eine Gruppe von Zigaretten
ausgebildet, normalerweise umfassend drei übereinander gelagerte Schichten
von 7-6-7 Zigaretten, und welche zu einer Aufeinanderfolge von Verpackungsrädern zugeführt wird.
Bevor irgendeine der Verpackungsarbeiten durchgeführt wird,
ist es jedoch übliche
Praxis, an jeder Gruppe von Zigaretten eine Serie von Überprüfungen durchzuführen, umfassend
bzw. beinhaltend das Detektieren der Anwesenheit von allen Zigaretten
in der Gruppe.
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Davon
ist es bekannt, daß es
unter Verwendung einer Vorrichtung der Art durchgeführt wird,
wie sie im US Patent Nr. 5,235,649 (oder in dem korrespondierenden
EP Patent Nr. 518,141) beschrieben ist, welches ein optisches Faserbündel bzw.
Optikfaserbündel
verwendet, worin ein erstes Ende von jeder optischen Faser so positioniert
ist, um an einer Steuer- bzw. Regelstation zu der Spitze einer entsprechen den
Zigarette in der Gruppe für
die Überprüfung zu
schauen bzw. gerichtet zu sein und ein zweites Ende von jeder optischen
Faser optisch mit der Linse eines CCD Fernsehers verbunden ist,
welcher wiederum mit einer Digitalisierungskarte eines Überwachungscomputers
verbunden ist.
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In
der tatsächlichen
Verwendung wird jede Gruppe von Zigaretten in die Steuer- bzw. Regelstation
zugeführt,
wo die Kamera ein Bild der Spitzen an einer Seite der Gruppe aufnimmt;
die Digitalisierungskarte, die mit der Kamera verbunden ist, digitalisiert
das Bild; und der Computer erhält
das digitalisierte Bild von der Digitalisierungskarte in der Form einer
Matrix von Helligkeitswerten und verarbeitet das Bild, um die Anwesenheit
oder Abwesenheit und möglicherweise
auch die Füllungsdichte
von jeder Zigarette zu bestimmen.
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Vorrichtungen
der obigen Art sind ziemlich teuer, da sie eine Fernsehkamera mit
einer entsprechenden, optischen Anordnung, eine Digitalisierungskarte
und einen Überwachungscomputer
erfordern, und sind selbst noch teurer, wenn ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb
gefordert ist, wie in dem Fall von modernen Zigarettenverpackungsmaschinen, die
fähig sind,
bis zu zehn Zigarettenpackungen pro Sekunde zu produzieren. Folglich
sind bekannte Vorrichtungen der Art normalerweise nur gerechtfertigt, wenn
sie verwendet werden, um sowohl die Anwesenheit als auch die Spitzenfülldichte
der Zigaretten zu bestimmen, und sind redundant, wenn sie nur für die Anwesenheitsdetektion
verwendet werden, indem ein "komplexes" Bild erhalten und
verarbeitet wird, d. h. enthaltend Information, welche für Anwesenheitsdetektionszwecke
alleine nicht von Verwendung sind.
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US
Patent Nr. 5,299,275 offenbart eine Vorrichtung umfassend ein optisches
Faserbündel,
welches als ein Verwackelfilter verwendet ist, um hohe Raumfrequenzen
zu begrenzen, die auf einen Bildsensor einfallen. Jede optische
Faser hat ein erstes Ende mit einer Linse gekoppelt und ein zweites Ende
direkt mit einer photoempfindlichen Oberfläche eines CCD-Sensors gekoppelt.
In den obigen bekannten Vorrichtungen ist, um einen Verwackelfiltereffekt
zu erreichen, das zweite Ende von jeder optischen Faser um einen
vorgegebenen Abstand getrennt von der photoempfindlichen Oberfläche des CCD-Sensors
angeordnet.
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Es
ist ein Ziel bzw. Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zum optischen Detektieren einer Anwesenheit zur Verfügung zu
stellen, die dazu bestimmt ist, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen,
und welche insbesondere schnell bzw. geradlinig und billig herzustellen
ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Vorrichtung zum optischen Detektieren der Anwesenheit
von wenigstens einem Gegenstand, insbesondere einer Zigarette, zur
Verfügung
gestellt, wobei die Vorrichtung wenigstens eine optische Faser, die
ein erstes Ende, das so angeordnet ist, um in einer Verwendung zu
dem Gegenstand zu schauen, und ein zweites Ende aufweist; einen
abstützenden bzw.
Abstützkörper zum
Abstützen
der optischen Faser, wobei der Abstützkörper eine erste und eine zweite
Oberfläche
aufweist, und wobei die zweite Oberfläche eine flache bzw. ebene
Oberfläche
ist; einen CCD-Sensor, der eine photoempfindliche Oberfläche aufweist;
und eine elektronische Steuer- bzw. Regeleinheit umfaßt, die
mit dem CCD-Sensor verbunden ist; wobei die Vorrichtung dadurch
gekennzeichnet ist, daß das
zweite Ende der optischen Faser direkt mit der photoempfindlichen
Oberfläche
des CCD-Sensors verbunden ist; wobei ein Abschnitt der zweiten Oberfläche durch
das zweite Ende der optischen Faser definiert ist und die zweite
ebene Oberfläche
parallel zu und in direktem Kontakt mit der photoempfindlichen Oberfläche ist.
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Eine
nicht einschränkende
Ausbildung der vorliegenden Erfindung wird in beispielhafter Weise unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine schematische perspektivische Ansicht
einer bevorzugten Ausbildung der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
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2 eine schematische teilweise Schnitt-Seiten-Ansicht
von 1 zeigt;
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3 eine schematische, größer dimensionierte
Vorderansicht eines Details von 1 zeigt;
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4 perspektivische Ansichten,
wobei Teile für
die Klarheit weggelassen sind, von zwei Variationen der Vorrichtung
von 1 zeigt;
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5 eine perspektivische Ansicht
einer beispielhaften Anwendung der Vorrichtung von 1 zeigt;
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6 eine perspektivische Ansicht
einer weiteren beispielhaften Anwendung der Vorrichtung von 1 zeigt.
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Bezugszeichen 1 in 1 und 2 zeigt als ein Gesamtes eine Vorrichtung
zum optischen Detektieren der Anwesenheit, umfassend einen im wesentlichen
parallelepipedischen Abstützkörper 2,
der zwei parallele flache bzw. ebene Oberflächen 3 und 4 aufweist;
eine Anzahl von optischen Fasern 5, die durch den Abstützkörper 2 getragen
sind und jeweils ein Ende 6 und ein Ende 7 aufweisen;
einen CCD-Sensor 8, der mit dem Abstützkörper 2 verbunden ist
und eine ebene, photoemp findliche Oberfläche 9 aufweist; und
eine elektrische Steuer- bzw. Regeleinheit 10, die mit
dem CCD-Sensor 8 verbunden ist und die mit einer externen Überwachungseinheit 11 – normalerweise
einem Computer – über ein
Kabel 11a kommuniziert bzw. in Verbindung steht.
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Wie
dies deutlicher in 2 gezeigt
ist, sind die Enden 6 und 7 der optischen Fasern 5 im
wesentlichen eben und definieren jeweils einen Abschnitt einer Oberfläche 3 bzw.
einen Abschnitt einer Oberfläche 4 des
Abstützkörpers 2;
und die Oberfläche 4 des Abstützkörpers 2 ist
parallel zu und in direktem Kontakt mit der photoempfindlichen Oberfläche 9 des CCD-Sensors 8,
so daß das
Ende 7 von jeder optischen Faser 5 direkt mit
dem CCD-Sensor 8 verbunden ist.
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Wie
dies in 3 gezeigt ist,
umfaßt
eine photoempfindliche Oberfläche 9 des
CCD-Sensors 8 ein Gitter 12 von Pixeln 13 und
das Ende 7 von jeder optischen Faser 5 kontaktiert
direkt eine entsprechende Gruppe 14 von Pixeln bzw. Bildpunkten 13.
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Die
Arbeitsweise bzw. der Betrieb der Vorrichtung 1 wird der
Einfachheit halber unter Bezugnahme auf eine optische Faser 5 für ein optisches Detektieren
der Anwesenheit an einer Steuer- bzw. Regelstation 15 eines
Gegenstands 16 beschrieben, der durch eine Fördervorrichtung 17 entlang
eines Pfads P geführt
ist, der sich durch die Station 15 erstreckt.
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An
der Steuer- bzw. Regelstation 15 ist das Ende 6 der
optischen Faser 5 so angeordnet, um zu dem Gegenstand 16 zu
schauen, der sich durch die Station 15 bewegt.
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In
der tatsächlichen
Verwendung überträgt die optische
Faser 5 zu dem Ende 7 und somit direkt zu den
Bildpunkten 13 in der entsprechenden Gruppe 14,
wobei das Licht auf das Ende 6 einfällt bzw. auftritt; und die
Steuer- bzw. Regeleinheit 10 liest den Helligkeitswert,
der durch die Bildpunkte 13 in der Gruppe 14 aufgenommen
ist, und bestimmt auf der Basis des Helligkeitswerts, ob das Ende 6 der
optischen Faser 5 zu einem Gegenstand 16 schaut
oder nicht. Spezifischer erhält,
wenn es nicht zu einem Gegenstand 16 schaut, das Ende 6 eine
relativ große Lichtmenge,
so daß der
durch die entsprechenden Bildpunkte 13 aufgenommene Helligkeitswert über einem
ersten Schwellwert liegt. Im Gegensatz dazu erhält, wenn es zu einem Gegenstand 16 schaut
bzw. gerichtet ist und somit durch diesen abgeschirmt ist, das Ende 6 eine
relativ kleine Menge an Licht, so daß der durch die entsprechenden
Bildpunkte 13 aufgenommene Helligkeitswert unter einem
zweiten Schwellwert liegt.
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In
einer alternativen Ausbildung kann die Steuer- bzw. Regeleinheit 10 einen
Schwellwert benutzen, um die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Gegenstands 16 gegenüberliegend
einem Ende 6 der optischen Faser 5 zu bestimmen.
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In
noch einer weiteren Ausbildung kann die Einheit 10 die
Helligkeit lesen, die nur durch einen Abschnitt 18 der
Bildpunkte 13 in der Gruppe 14 aufgenommen ist – typischerweise
dem zentralen Abschnitt, wie dies in 3 gezeigt
ist. Ein Nichtlesen der äußeren Bildpunkte 13 stellt
ein Eliminieren von jeglichen Fehlern zur Verfügung, die durch ein unkorrektes
Positionieren der optischen Fasern 5 in bezug auf die photoempfindliche
Oberfläche 9 verursacht werden,
in welchem Fall die äußeren Bildpunkte 13 nicht
kor rekt mit dem Ende 7 der optischen Faser 5 verbunden
werden können.
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Wie
dies in 1 und 4a gezeigt ist, kann die Vorrichtung 1 eine
Anzahl von optischen Fasern 5 umfassen, wobei entsprechende
Enden 6 an einer Steuer- bzw. Regelstation 15 in
einer gegebenen geometrischen Konfiguration angeordnet sind. Diese Ausbildung
stellt ein simultanes Detektieren der Anwesenheit einer Anzahl von
Gegenständen 16,
die sich in einer Gruppe bewegen, die in der genannten geometrischen
Konfiguration angeordnet sind, durch jeden Gegenstand 16 zur
Verfügung,
der in der Verwendung zu dem Ende 6 einer entsprechenden
optischen Faser 5 gerichtet positioniert ist.
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In
einer weiteren Ausbildung, die in 4b gezeigt
ist, umfaßt
die detektierende bzw. Detektionsvorrichtung 1 eine Anzahl
von aufeinanderfolgenden Steuer- bzw. Regelstationen 15,
die entlang des Pfads P des Gegenstands 16 (oder einer
Gruppe von Gegenständen 16)
angeordnet sind; und das Ende 6 einer optischen Faser 5 ist
so an jeder Steuer- bzw. Regelstation 15 angeordnet, um
zu dem Gegenstand 16 zu schauen, der sich durch die Steuer-
bzw. Regelstation 15 bewegt. Diese Ausbildung ist normalerweise
verwendet, um die Bewegung des Gegenstands 16 entlang des
Pfads P zu bestimmen.
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In
weiteren Ausbildungen, die in 4a und 4b gezeigt sind, kann der
Abstützkörper 2 in
einen Körper 2a,
der eine Oberfläche 3 aufweist,
die teilweise durch die Enden 6 der optischen Fasern 5 definiert ist,
und einen Körper 2b unterteilt
sein, der von dem Körper 2a getrennt
ist, und eine Oberfläche 4 aufweist,
die teilweise durch die Enden 7 der optischen Fasern 5 definiert
ist und mit der photoempfind lichen Oberfläche 9 des CCD-Sensors 8 verbunden
ist. Der Abstand zwischen den Körpern 2a und 2b ist
nur durch die Lichtübertragungskapazität der optischen Fasern 5 beschränkt. In
noch einer weiteren Ausbildung (nicht gezeigt) sind die Enden 6 der
optischen Fasern 5 durch eine Anzahl von entsprechenden
unabhängigen
Körpern 2a getragen.
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In
noch einer anderen Ausbildung (nicht gezeigt) umfaßt jede
optische Faser 5 ein Bündel
von elementaren optischen Fasern.
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Wie
ausgeführt,
kann Vorrichtung 1, wie beschrieben, zum Vorteil in der
Zigarettenverpackungsindustrie und insbesondere zum Detektieren
der Anwesenheit von Zigaretten 19 verwendet werden.
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5 zeigt eine Anzahl von
Zigaretten 19, die in einer nicht gezeigten, bekannten
Weise in einer geordneten Gruppe 20 angeordnet sind, welche
entlang des Pfads P durch einen bekannten Förderer 21 zugeführt wird,
der sich durch die Station 15 erstreckt, wo der abstützende bzw.
Abstützkörper 2 mit der
Oberfläche 3 parallel
zum Pfad P angeordnet ist; und die Oberfläche 3 ist teilweise
durch Enden 6 einer Gruppe von optischen Fasern 5 definiert,
die in derselben geometrischen Konfiguration wie die Zigaretten 19 in
der Gruppe 20 angeordnet sind.
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Wenn
eine Gruppe 20, die sich entlang des Pfads P bewegt, die
Steuer- bzw. Regelstation 15 erreicht, fragt die Überwachungseinheit 11 über ein
Kabel 11a die Einheit 10, welche nach einem Bestimmen
des Helligkeitsschwellwerts von jeder Gruppe 14 von Bildpunkten 13 die Überwachungseinheit 11 mit
einer Antwort versorgt, die die Anwesenheit oder Ab wesenheit von
jeder Zigarette 19 m anzeigt, die mit einer entsprechenden
optischen Faser 5 assoziiert ist.
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Wie
dies in 6 gezeigt ist,
kann neben einem Detektieren von Gruppen 20 von Zigaretten 19 die
Detektionseinheit 1 auch vorteilhaft verwendet werden,
um die Anwesenheit von Zigaretten 19 innerhalb der Kanäle 22 eines
Zigarettentrichters 23 zu detektieren.
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6 zeigt eine Masse 24 von
Zigaretten 19, welche durch Schwerkraft entlang eines Pfads
P zugeführt
werden, der durch Kanäle 22 definiert
ist, und entlang welchem eine Steuer- bzw. Regelstation 15 einer
Detektionsvorrichtung 1 der oben beschriebenen Art angeordnet
ist.
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Über das
Kabel 11a stellt die Überwachungseinheit 11 eine
zyklisch abfragende Einheit 10 zur Verfügung, welche nach einem Bestimmen
des Helligkeitsschwellwerts von jeder Gruppe 14 von Bildpunkten 13 die
Einheit 11 mit einer Antwort versorgt, welche die Anwesenheit
oder Abwesenheit von jeder Zigarette 19 anzeigt, die mit
einer entsprechenden, optischen Faser 5 assoziiert ist.
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Das
Kabel 11a zwischen den Einheiten 10 und 11 ist
vorzugsweise ein serielles Kabel, das gemäß einem Standard IBM 2848 Protokoll
arbeitet.