EP1848969A1 - Verfahren und vorrichtung zur füllstandsmessung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur füllstandsmessung

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Publication number
EP1848969A1
EP1848969A1 EP06706344A EP06706344A EP1848969A1 EP 1848969 A1 EP1848969 A1 EP 1848969A1 EP 06706344 A EP06706344 A EP 06706344A EP 06706344 A EP06706344 A EP 06706344A EP 1848969 A1 EP1848969 A1 EP 1848969A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
container
column
transmitting device
beams
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06706344A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinz Sayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Retec Electronische Regeltechnik GmbH
Original Assignee
Retec Electronische Regeltechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Retec Electronische Regeltechnik GmbH filed Critical Retec Electronische Regeltechnik GmbH
Publication of EP1848969A1 publication Critical patent/EP1848969A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G01F23/292—Light, e.g. infrared or ultraviolet
    • G01F23/2921—Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels

Definitions

  • the present invention relates to a method for level measurement on containers such as bottles, wherein a container is moved in a transport direction through a measuring station, which has a column-like transmitting device for measuring beams and a parallel thereto column-like receiving means for measuring beams, which are generally aligned transversely to the transport direction and between which the container is moved therethrough, the measuring beams having a frequency for which the containers are transparent.
  • the invention further relates to a device for level measurement, wherein the transmitting device and the receiving device form a measuring station and wherein a control device for controlling the measuring station is provided, such that on the basis of the received measuring beams, the level of the container is measurable.
  • the generic devices for level measurement are used, for example, in automatic filling systems in which contents are automatically filled into containers.
  • the contents may be, for example, liquids, such as drinks, dairy products, bulk goods, such as cereals, or the like.
  • a further level measuring device for bottles is known.
  • the device has a first light source and a first light receiver, between which the bottles to be tested pass through and thereby intersect a first light beam. Furthermore, the device has a second light source and a second Li ⁇ htempfnatureer between which the bottles are also passed.
  • the first measuring section is arranged at the level of the bottleneck above the normal filling level.
  • the second measuring section is inclined thereto and meets a bottle wall deviating from the cylindrical shape.
  • Another light receiver which receives light from the first light source, is provided to determine the bottle position for signal recall, in other words, serves to trigger the measurement process.
  • a method in which a measuring beam in the infrared wavelength range is directed through the interior of a container, wherein it is determined by means of one or two measuring receivers where the measuring beam has emerged from the container.
  • the respective recipient made possible a statement about whether the measuring beam is hit on its way through the interior of the container on filling or not. It is also possible to use two such measuring beams, so as to qualify for overfilling / To allow underfilling.
  • the vertical distance between the two measuring beams reflects the tolerance range for the inaccuracy of the filling level.
  • This object is achieved in the method mentioned above in that a two-dimensional transmitted light image of a container is generated by the column-like transmitting device is driven multiple times to produce an image column, while that container is moved through the measuring station.
  • a device for level measurement on containers such as bottles in particular for carrying out the method according to the invention, with a column-like transmitting device for measuring beams and a corresponding column-like receiving device for measuring beams, wherein the transmitting device and the receiving device form a measuring station, through which a transport path for containers is set up, and wherein the measuring beams have a frequency for which the containers are transparent, and with a control device for controlling the measuring station, such that on the basis of the received measuring beams the filling level of the container can be measured, the control device for this purpose is set up, the column-like transmitting device several times to drive one image column at a time while moving a container through the measuring station so as to produce a two-dimensional transmitted light image of that container.
  • a two-dimensional transmitted light image of the container is provided by the method according to the invention or the device according to the invention.
  • the two-dimensional transmitted light image results in further possible applications, in particular based on digital image processing, e.g. a control of the container shape, a closure control etc.
  • the frequency of the measuring jets can be chosen so that a filling material to be filled into the containers for the measuring jets is transparent. Alternatively, however, the filling material for the measuring beams is not transparent.
  • the term transparent is intended to mean that measuring beams pass through, but can be "damped" in the sense that the intensity is greater on the input side than on the output side.
  • the column-like transmitting device has a plurality of transmitters which are each actuated at least once during an activation process for generating an image column, to generate a respective measuring beam.
  • the resolution of the image column is determined by the number of transmitters of the column-like transmission device.
  • the number of transmitters is in the range between 10 and 250, in particular in the range between 12 and 50.
  • the transmitting device has a plurality of transmitters and the receiving device has a corresponding plurality of receivers, so that a plurality of measuring paths is formed.
  • a transmitted-light measurement is performed at the individual measuring sections, wherein during a control process for generating an image column (during a "scan") each measuring section is driven at least once.
  • the resolution of the two-dimensional transmitted light image in the column direction is therefore determined by the number of measuring sections.
  • the resolution perpendicular to the column direction results from the number of scans during the passage of the respective container through the measuring station. This number is determined on the one hand by the scanning speed itself, on the other hand by the speed with which the container is moved through the measuring station.
  • the container is moved incrementally through the measuring station, with the container stopping for each scan.
  • the container is moved substantially continuously through the measuring station, whereby the scans, for example, follow one another directly.
  • the receivers of the receiving device are divided into at least two groups and if the order of the control of the transmitter of the transmitting device for generating an image column is selected so that in each case a measuring section of another group is controlled in the sequence.
  • the division of the receivers into groups has the particular advantage that on the one hand it is not necessary to provide a separate measuring amplifier for each receiver. As a result, the size in particular of the receiving device can be significantly reduced.
  • Each group is then preferably assigned a measuring amplifier. Since each measuring amplifier must re-oscillate for each new measuring process of a receiver, a measuring amplifier of a group can settle, while the measuring amplifier of another group is still busy to amplify a received measurement signal. As a result, the speed of the scans can also be increased.
  • each transmitter sends a pre-beam with an intensity matched to the maximum permissible intensity of the associated receiver before sending a measuring beam and if a subsequent measuring beam is transmitted with an intensity that matches that of the receiver previously received intensity is adjusted.
  • the transmitters in each case individually send a pre-beam before sending a respective measuring beam in order to check how strong the transmitter can be set for the actual measuring beam.
  • a transmitter whose level measurement is already covered by a container area can be driven with a high intensity so that the receiver can also be operated in a favorable range.
  • the level measurement method can be performed largely independently of the material of the container.
  • the measured values are logarithmized and the evaluation includes a subtraction of logarithmic measured values in order to eliminate the attenuation by the container. It has been found that the damping by the material of the container is a factor in the measured value. By logarithmizing the factor is converted into an additive constant. If the evaluation forms differences of measured values, the constant (and thus the bottle material) falls out.
  • the transmitting device has a transmitter-multiplexer controllable by the control device in order to control the individual transmitters of the transmitting device successively.
  • the multiplexer is preferably addressable, in the sense that not necessarily neighboring transmitters are controlled in succession, but, as in the preferred embodiment, transmitters spaced as far apart as possible from each other and assigned to different receiver groups.
  • the receiving device has a plurality of receivers which are divided into at least two groups, wherein each group is assigned a measuring amplifier.
  • the division of the receivers into groups makes it possible to achieve fast scans on the one hand (because the settling times of measuring amplifiers can not be taken into account). On the other hand, it is also possible to keep the number of measuring amplifiers as low as possible in order to reduce the number of measuring amplifiers Component costs and thus to minimize the costs and the necessary space.
  • the receiving device has an amplifier multiplexer which can be controlled by the transmitting device and which combines the outputs of the measuring amplifiers.
  • the outputs of the measuring amplifier can be placed on a single line, for further processing in the - usually digital - control device.
  • this connection takes place via an analog-to-digital converter.
  • the transmitting device has a current regulator, by means of which the intensity of the measuring beams to be transmitted is adjustable.
  • the current regulator may, for example, be arranged between a digital-to-analog converter connected to the control device and the transmitter-multiplexer.
  • the column-like transmitting device has at least two sub-columns, each of which contains a plurality of transmitters, the two sub-columns being offset from one another in the column direction. This allows the image column resolution to be increased in the column direction, given the size of transmitters.
  • the receiving device may have a similar arrangement of receivers, but that the receiving device may also be designed, if appropriate, as a purely linear arrangement of receivers.
  • a two-dimensional transmitted light image can be generated, but not by a single imaging optics from reflected on the container light of a lighting device. Rather, the imaging is preferably done without optics from a transmitted light measurement of individual associated measuring beams, which are preferably vertically resolved by the distance of the measuring beams (measuring sections) and horizontally by the movement of the container (for example, synchronized by means of an angular momentum generator).
  • the horizontal resolution is not determined by the design of the transmitter or receiver, but preferably by the temporal / spatial distance of the individual drive operations to generate a picture column ("scans").
  • a receiver receives only light from its associated transmitter, but not light from adjacent light sources.
  • the measuring beams are preferably infrared measuring beams, as described in DE 44 10 515 C2.
  • the transmitters may be IR photodiodes, for example.
  • the two-dimensional transmitted light images can be evaluated by digital image processing.
  • the current fill level can be determined and output as it were "analogue". It is also possible to control the shape of the containers and, if necessary, perform a closure inspection or the like, ie whether a closure is present, whether it is damaged or the like.
  • Fig. 1 is a schematic plan view of a first embodiment of a level measuring device according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic longitudinal sectional view through the level measuring device of Fig. 1; 3 shows a schematic cross-sectional view of a further embodiment of a fill level measuring device according to the invention;
  • FIG. 4 shows an example of a two-dimensional transmitted light image, which is generated by a level measuring device according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic side view of a transmitting device of a fill level measuring device according to the invention according to a preferred embodiment
  • Fig. 6 shows graphs with intensities of transmitted and received measuring beams, wherein Fig. 6a shows pre-and measuring pulses of a single transmitter, Fig. 6b showing the pulses received at an associated receiver, and Fig. 6c calculating those calculated from the received pulses Represents measured values.
  • a first embodiment of a level measuring device according to the invention is generally designated 10.
  • the level measuring device 10 is used to measure the level of containers 12, and optionally other filling parameters.
  • the containers 12 may be bottles, cups, etc., for example.
  • the material of the container 12 may be, for example, glass, plastic (PET), etc.
  • the Medstan ' dsmessvorraum 10 has a column-like transmitting device 14 and a corresponding column-like Emp- catching device 16 on.
  • the transmitting device 14 and the receiving device 16 form a measuring station 17.
  • a transport path 18 Between the transmitting device 14 and the receiving device 16 runs a transport path 18, are transported on the container 12 through the measuring station 17 therethrough.
  • the corresponding transport direction is shown at 20.
  • the transmitting device 14 and the receiving device 16 are aligned substantially parallel to one another and essentially transversely to the transport direction 20.
  • the transmitting device 14 and the receiving device 16 are aligned approximately vertically. In general, however, they could also be aligned horizontally.
  • the term column used herein refers to a generally linear arrangement and is to be used synonymously with the term "row”.
  • the transmitting device 14 has a plurality of transmitters, which are arranged in the column direction and each emit a measuring beam 22.
  • the distance of the measuring beams 22 (hence the distance of the individual transmitters of the transmitting device 14) is shown at 23.
  • the transmitters of the transmitting device 14 are each driven at least once. This is preferably done sequentially to reduce component cost and signal processing overhead, in the form of a so-called "scan".
  • the individual transmitters are not necessarily driven in the order of their arrangement. Rather, the sequence can be chosen so that as far as possible from each other spaced transmitters are driven directly successive.
  • Fig. 2 In which it is shown that the entire measuring range of the container is covered with a grid of measuring points.
  • This grid is composed of a plurality of measuring gaps 24, which have been taken at different times during the passage of the container 12 through the measuring station 17 and thus each provided with an index i-1, i, i + 1, i + 2 are (see also Fig. 1 for the position of the container 12 in the various positions within the measuring station 17).
  • a two-dimensional transmitted light image of a container 12 can thus be generated.
  • the resolution of the transmitted light image in the direction parallel to the column arrangement is designated by 26 in FIG.
  • the resolution 26 is essentially determined by the distance of the measuring beams 22.
  • the resolution in the transport direction 20 is designated 28 in FIG. 2.
  • the resolution 28 is essentially determined by the ratio of scan speed to speed. speed of movement of the container 12 through the measuring station. 17 through.
  • the container 12 is moved continuously through the measuring station 17.
  • the individual measuring points of the measuring gaps 24 are also not arranged exactly one below the other due to the fact that the container 12 is moved during a scan.
  • this effect can be largely neglected.
  • the effect can be compensated by a signal evaluation.
  • FIG. 3 another embodiment of a level measuring device according to the invention is denoted by 10 '.
  • the general structure and the general mode of operation of the level measuring device 10 "correspond to those of the device 10 of FIGS. 1 and 2. In the following, only the differences are explained.
  • the level measuring device 10 has a control device 40, in particular a digital control device.
  • the transmitting device 14 has a plurality n of transmitters 42-1,..., 42-n.
  • the receiving device 16 has, in a corresponding manner, a plurality n of receivers 44-1,..., 44-n.
  • the measuring station 17 forms a plurality n of measuring sections 45-1,..., 45-n.
  • the transmitters 42 are connected to a transmitter multiplexer 46, which is addressed or addressed by the control device 40.
  • the input of the transmitter multiplexer 46 is connected to the output of a current regulator 48 which provides a current adjustable by the controller 40 for operation of the respective transmitters 42.
  • the input of the current regulator 48 is connected to the control device 40 via a digital-to-analog converter 50 (DAC).
  • DAC digital-to-analog converter
  • the receivers 44 are divided into a plurality of m groups, each group having its own receiver multiplexer 52-1, ..., 52-m assigned.
  • the outputs of the receiver multiplexers 52-1, ..., 52-m are connected to a respective measuring amplifier 54-1, ..., 54-m.
  • the outputs of the measuring amplifiers 54 are connected to an amplifier multiplexer 56 whose output is connected to an analog-to-digital converter 58.
  • the output of the A / D converter 58 is connected to the controller 40.
  • the receiver multiplexer 52 and the amplifier multiplexer 56 are also controlled by the controller 40 and addressed.
  • each receiver 44 could have its own sense amplifier 54.
  • the receivers 44 of the groups 1,..., M are each multiplexed onto their own measuring amplifier 54-1,..., 54-m. At least two receiver multiplexers are required so that during a current measurement on a measurement path 45 (for example measurement path 45-1) the measurement amplifier 54 can settle the next measurement path 45 (for example measurement path 45-n) following the scan.
  • each set 1,..., M is assigned a set of n: m, here eight (24: 3), receivers 44.
  • An example of an order of control of the measuring sections 45 would then be, for example, I 1 9, 17, 2, 10, 18, 3, 11, 19, ..., 8, 16, 24.
  • This sequence ensures that always another measuring amplifier 54 becomes active, so that the necessary settling time of the measuring amplifiers 54 has essentially no influence on the speed of a scanning process.
  • control device 40 signal processing of the two-dimensional transmitted light image takes place, which can be detected by the filling state apparatus 10 '.
  • this signal processing for example, non-linearities of the transmitters 42 (for example, characteristic curves) can be compensated. Also tolerances of the transmitter 42 and the receiver 44 can be compensated.
  • the measured values of the individual measuring sections 45 can be logarithmized. Since the attenuation of a received measuring beam 22 by the bottle material manifests itself as a factor in the measured value, the damping by the bottle material can be eliminated in a favorable manner by means of logarithmization. Because logarithms convert the factor into an additive constant. If, during the evaluation, differences of logarithmized measured values are formed, the constant and thus the influencing factor of the bottle material is eliminated.
  • the fill level measuring device 10, 10 'according to the invention or the fill level measuring method associated with it makes it possible to obtain two-dimensional transmitted light images of containers in order to achieve a high resolution (quasi "analogue") level. and, if necessary, to detect and evaluate additional filling parameters, such as the container shape (for example outer contour) and container closure (closure present or possibly damaged), by suitable digital image processing.
  • the transmitted light image 60 is composed of a plurality of image columns 61, which essentially correspond to the measurement gaps 24.
  • a closure 62 is present. Furthermore, the outer contour 64 of the container 12 can be detected and checked for damage. At 66, the level of the container is shown with a filling material 68, such as a liquid or a bulk material.
  • FIG. 5 shows a particularly preferred embodiment of a transmitting device 14 'which can be used for the transmitting devices 14 of the level measuring devices 10, 10' of FIGS. 1 to 3.
  • the transmitting device 14 has a first sub-column 70 with a number of transmitters 42 and a second sub-column 72 with a number of transmitters 42.
  • the total number of transmitters 42 of the transmitting device 14 is twenty.
  • the transmitters 1, 3, 5,..., 19 are assigned to the first partial column 70.
  • the transmitters 2, 4,... 20 are the second partial column 72 assigned.
  • the two sub-columns 70, 72 are arranged directly adjacent to one another and offset from each other in the column direction.
  • the resolution in the column direction can be increased for a given size of the individual transmitter 42. While the dimension of a transmitter 42 in the column direction is shown at 74, the two sub-columns 70, 72 are offset from one another by a value 76, which is preferably one-half the dimension value 74.
  • the resolution in the column direction can be halved substantially from the dimension value 74 to the offset value 76.
  • the receiving device 16 may have a similar arrangement of receivers 44.
  • This embodiment is characterized in that a high dynamic range can be achieved by exploiting the possibility of being able to set the intensity I of the transmitters 42 within wide limits in each case. This is promoted in particular by the provision of a current regulator 48 for the transmitters 42, as explained above. It should be noted that the receiver 44 never overdriven (too "blinded") by too much light. However, the dynamic range, ie the difference between maximum transmission (no container in the measuring section 45) and minimal transmission (dark container, cloudy dark liquid) is so high that a single measuring range of a single receiver is not sufficient in some circumstances.
  • a pre-pulse 86 of constant intensity I v is triggered before each actual measuring pulse 88.
  • the intensity l v is significantly smaller than the maximum intensity I max which the receiver 44 is allowed to experience.
  • the value of I v may be, for example, 75% of the value of I max .
  • FIG. 6 a shows the signals or pulses triggered at a single transmitter 42.
  • Fig. 6b shows the intensity received at the associated receiver 44.
  • the individual scanning processes are designated i, i + 1, i + 2,.
  • the intensity received at the receiver due to the pre-pulse 86 is about the same as the intensity I v .
  • no container 12 is included in the associated measuring section 45.
  • the subsequent measuring pulse 8S 1 is set to an initial value or minimum value I 1n .
  • the intensity received at the receiver is significantly less than in the previous scan i. This means that there is now within the associated measuring section 45, an object that limits the transmission.
  • the receiver is controlled in a favorable range, as shown at 92 1 + 2 .
  • the measured values 94 can be calculated from the received pulses 92 and the setting of the respectively assigned measuring pulses.
  • each individual pixel of the two-dimensional image that is to say each individual measuring process, is set individually with respect to intensity by a transmitter 42.
  • each individual pixel is exposed individually.
  • the dark value of the respective receiver 44 can be determined between, before or after each measurement with the transmitter 42 switched off and subtracted from the measured value 94, so that the measurement is independent of the ambient brightness.

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Abstract

Es wird vorgeschlagen ein Verfahren zur Füllstandsmessung an Behältern (12) wie Flaschen, wobei ein Behälter (12) in einer Transportrichtung (20) durch eine Messstation (17) hindurch bewegt wird, die eine spaltenartige Sendeeinrichtung (14) für Messstrahlen (22) und eine hierzu parallele spaltenartige Empfangseinrichtung (16) für Messstrahlen (22; 88) aufweist, die generell quer zu der Transportrichtung (20) ausgerichtet sind und zwischen denen der Behälter (12) hindurch bewegt wird, wobei die Messstrahlen (22; 88) eine Frequenz aufweisen, für die die Behälter (12) durchsichtig sind. Dabei wird ein zweidimensionales Durchlichtbild (60) eines Behälters (12) erzeugt, indem die spaltenartige Sendeeinrichtung (14) mehrfach angesteuert wird, um jeweils eine Bildspalte (24) zu erzeugen, während jener Behälter (12) durch die Messstation (17) hindurch bewegt wird .

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Füllstandsmessung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllstandsmessung an Behältern wie Flaschen, wobei ein Behälter in einer Transportrichtung durch eine Messstation hindurch bewegt wird, die eine spaltenartige Sendeeinrichtung für Messstrahlen und eine hierzu parallele spaltenartige Empfangseinrichtung für Messstrahlen aufweist, die generell quer zu der Transportrichtung ausgerichtet sind und zwischen denen der Behälter hindurch bewegt wird, wobei die Messstrahlen eine Frequenz aufweisen, für die die Behälter durchsichtig sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung, wobei die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung eine Messstation bilden und wobei eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Messstation vorgesehen ist, derart, dass anhand der empfangenen Messstrahlen der Füllstand des Behälters messbar ist.
Ein derartiges Verfahren bzw. eine solche Vorrichtung zur Füllstandsmessung sind bekannt aus der DE 44 10 515 C2.
Die gattungsgemäßen Vorrichtungen zur Füllstandsmessung werden beispielsweise in automatischen Abfüllanlagen verwendet, in denen Füllgut automatisiert in Behälter gefüllt wird. Bei dem Füllgut kann es sich beispielsweise um Flüssigkeiten, wie Getränke, um Milchprodukte, um Schüttgut, wie beispielsweise Cerealien, oder ähnliches handeln.
Es ist aus der Praxis bekannt, als Messstrahlung γ-Strahlung zu verwenden. Insbesondere dann, wenn es sich bei dem Füllgut um Lebensmittel handelt, findet diese Art der Füllstandsmessung nur noch wenig Akzeptanz .
Auch ist es bekannt, ein Messverfahren auf Hoσhfrequenzbasis zu verwenden, bei dem der Effekt ausgenutzt wird, dass sich die Frequenz der jeweiligen HF-Strahlung aufgrund kapazitiver Kopplung mit dem Füllgut verschieben kann. Dieses Verfahren ist jedoch im Hinblick auf die Störanfälligkeit nicht überzeugend.
Aus der DE 31 28 094 Al ist ein Verfahren zum Messen des Füllstandes von durchsichtigen Behältern bekannt. Hierbei werden die Behälter, die entlang einer Messstation bewegt werden, jeweils mit einer vorbestimmten Anzahl von seitlich aufeinanderfolgenden Lichtblitzen aus einem Infrarot-Laser beaufschlagt. Die aus dem Behälter austretenden Lichtblitze werden auf einen Empfänger gerichtet, wobei die Ausgangssignale aufintegriert werden.
Aus der DE 24 37 798 C2 ist eine weitere Füllstandsmessvorrichtung für Flaschen bekannt. Die Vorrichtung weist eine erste Lichtquelle und einen ersten Lichtempfänger auf, zwischen denen die zu prüfenden Flaschen hindurch wandern und dabei einen ersten Lichtstrahl schneiden. Ferner weist die Vorrichtung eine zweite Lichtquelle und einen zweiten Liσhtempfänger auf, zwischen denen die Flaschen ebenfalls hindurch geführt werden. Die erste Messstrecke ist in Höhe des Flaschenhalses oberhalb des normalen Füllstandsniveaus angeordnet. Die zweite Messstrecke verläuft geneigt hierzu und trifft auf eine von der Zylinderform abweichende Flaschenwand auf. Ein weiterer Lichtempfänger, der Licht von der ersten Lichtquelle empfängt, ist vorgesehen, um die Flaschenposition für den Signalabruf zu bestimmen, dient also mit anderen Worten zur Triggerung des Messvorganges.
Bei der eingangs genannten gattungsgemäßen Füllstandskontrollvorrichtung wird ein Verfahren verwendet, bei dem ein Messstrahl im infraroten Wellenlängenbereich durch das Innere eines Behälters gelenkt wird, wobei mittels einem oder zwei Messempfängern festgestellt wird, wo der Messstrahl aus dem Behälter ausgetreten ist. Der jeweils getroffene Empfänger ermöglicht eine Aussage darüber, ob der Messstrahl auf seinem Weg durch das Innere des Behälters auf Füllgut getroffen ist oder nicht. Auch ist es möglich, zwei derartige Messstrahlen zu verwenden, um so eine Qualifizierung bezüglich Überfüllung/ Unterfüllung zu ermöglichen. Dabei gibt der vertikale Abstand zwischen den beiden Messstrahlen den Toleranzbereich für die Ungenauigkeit des Füllstandes wieder.
Obgleich sich diese Füllstandsmessvorrichtung bewährt hat, bleibt Raum für Verbesserungen.
Es ist demzufolge die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Füllstandsmessverfahren bzw. eine verbesserte Füllstandsmessvorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass ein zweidimensionales Durchlichtbild eines Behälters erzeugt wird, indem die spaltenartige Sendeeinrichtung mehrfach angesteuert wird, um jeweils eine Bildspalte zu erzeugen, während jener Behälter durch die Messstation hindurch bewegt wird.
Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung an Behältern wie Flaschen, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einer spaltenartigen Sendeeinrichtung für Messstrahlen und einer entsprechenden spaltenartigen Empfangseinrichtung für Messstrahlen, wobei die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung eine Messstation bilden, durch die hindurch ein Transportpfad für Behälter eingerichtet ist, und wobei die Messstrahlen eine Frequenz aufweisen, für die die Behälter durchsichtig sind, und mit einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Messstation, derart, dass anhand der empfangenen Messstrahlen der Füllstand "des Behälters messbar ist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die spaltenartige Sendeeinrichtung mehrfach anzusteuern, um jeweils eine Bildspalte zu erzeugen, während ein Behälter durch die Messstation hindurch bewegt wird, um so ein zweidimensionales Durchlichtbild jenes Behälters zu erzeugen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung wird folglich ein zweidimensionales Durchlichtbild des Behälters bereitgestellt. Hierdurch ergibt sich bei entsprechender Auflösung die Möglichkeit, nicht nur eine Aussage in Bezug auf eine korrekte bzw. inkorrekte Befüllung (Unterfüllung/Überfüllung) zu treffen. Vielmehr ist es auch möglich, den Füllpegel sozusagen "analog" zu messen und auszugeben. Ferner ergeben sich durch das zweidimensionale Durchlichtbild weitere Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere auf der Grundlage einer digitalen Bildverarbeitung, z.B. eine Kontrolle der Behälterform, eine Verschlusskontrolle etc.
Die Frequenz der Messstrahlen kann so gewählt sein, dass ein in die Behälter einzufüllendes Füllgut für die Messstrahlen durchsichtig ist. Alternativ ist das Füllgut für die Messstrahlen jedoch nicht durchsichtig.
Der Begriff durchsichtig soll im vorliegenden bedeuten, dass Messstrahlen hindurchgehen, jedoch „gedämpft" werden können in dem Sinne, das die Intensität eingangsseitig größer ist als ausgangsseitig.
Von besonderem Vorteil ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn die spaltenartige Sendeeinrichtung eine Mehrzahl von Sendern aufweist, die bei einem -Ansteuervorgang zur Erzeugung einer Bildspalte jeweils wenigstens einmal angesteuert werden, um einen jeweiligen Messstrahl zu erzeugen. Die Auflösung der Bildspalte wird bestimmt durch die Anzahl der Sender der spaltenartigen Sendeeinriσhtung. Vorzugsweise liegt die Anzahl der Sender im Bereich zwischen 10 und 250, insbesondere im Bereich zwischen 12 und 50.
Von besonderem Vorteil ist es ferner, wenn die Sendeeinrichtung eine Mehrzahl von Sendern und die Empfangseinrichtung eine entsprechende Mehrzahl von Empfängern aufweist, so dass eine Mehrzahl von Messstrecken gebildet wird.
Mit anderen Worten erfolgt hierbei eine Durchlichtmessung an den einzelnen Messstrecken, wobei während eines Ansteuervorganges zur Erzeugung einer Bildspalte (während eines "Scans" ) jede Messstrecke wenigstens einmal angesteuert wird.
Die Auflösung des zweidimensionalen Durchlichtbildes in Spaltenrichtung ergibt sich folglich durch die Anzahl der Messstrecken. Die Auflösung senkrecht zu der Spaltenrichtung (im Vorliegenden "Zeilenrichtung") ergibt sich durch die Anzahl der Scans während des Durchgangs des betreffenden Behälters durch die Messstation hindurch. Diese Anzahl wird zum einen bestimmt durch die Scan-Geschwindigkeit selbst, zum anderen jedoch durch die Geschwindigkeit, mit der der Behälter durch die Messstation hindurch bewegt wird.
Es ist generell möglich, den Behälter schrittweise durch die Messstation hindurch zu bewegen, wobei der Behälter für jeden Scan anhält. Bevorzugt wird der Behälter jedoch im Wesentlichen kontinuierlich durch die Messstation hindurch bewegt, wobei die Scans beispielsweise unmittelbar aufeinander folgen. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Empfänger der Empfangseinrichtung in wenigstens zwei Gruppen aufgeteilt sind und wenn die Reihenfolge der Ansteuerung der Sender der Sendeeinrichtung zur Erzeugung einer Bildspalte so gewählt wird, dass in der Folge jeweils eine Messstrecke einer anderen Gruppe angesteuert wird.
Ein Scan erfolgt hierbei folglich nicht so, dass jeweils zueinander benachbarte Sender aufeinanderfolgend angesteuert werden. Vielmehr erfolgt die Ansteuerung der Sender so, dass diese nacheinander jeweils zu einem Empfänger einer anderen Gruppe passen.
Die Aufteilung der Empfänger in Gruppen hat den besonderen Vorteil, dass es zum einen nicht notwendig ist, für jeden Empfänger einen eigenen Messverstärker vorzusehen. Hierdurch kann die Baugröße insbesondere der Empfangseinrichtung deutlich verringert werden . Jeder Gruppe wird dann vorzugsweise ein Messverstärker zugeordnet. Da jeder Messverstärker für jeden neuen Messvorgang eines Empfängers neu einschwingen muss, kann ein Messverstärker einer Gruppe einschwingen, während der Messverstärker einer anderen Gruppe noch damit beschäftigt ist, ein empfangenes Messsignal zu verstärken. Demzufolge kann auch die Geschwindigkeit der Scans erhöht werden.
Da bei dieser Art der Ansteuerung der Sender jeweils solche Sender nacheinander aktiviert werden, die nicht unmittelbar benachbart zueinander sind, können zudem Streu-Interferenzen auf der Empfängerseite vermieden werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden beim Ansteuern der Sendeeinrichtung zum Erzeugen einer Bildspalte (während eines "Scans") vor dem Absenden von Messstrahlen so genannte Vorstrahlen abgesendet, um die Messstrahlen in Abhängigkeit hiervon einzustellen.
Hierbei wird erreicht, dass ein hoher Dynamikumfang der einzelnen Scans erzielbar ist.
Da auf der Empfängerseite dann, wenn sich kein Behälter in der Messstation befindet, eine hohe Lichtintensität "ankommt" und andererseits bei Vorhandensein eines Behälters, insbesondere eines gefüllten Behälters, nur noch eine geringe Intensität bei der Empfangseinrichtung "ankommt", kann durch einen solchen Vorstrahl geprüft werden, mit welcher Intensität die Sende- einriσhtung Messstrahlen absenden darf, ohne die Empfangseinrichtung zu übersteuern.
Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn jeder Sender vor Absenden eines Messstrahles einen Vorstrahl mit einer Intensität absendet, die an die maximale zulässige Intensität des zugeordneten Empfängers angepasst ist, und wenn ein darauffolgender Messstrahl mit einer Intensität gesendet wird, die an die von dem Empfänger zuvor empfangene Intensität angepasst ist.
Generell ist es zwar denkbar, für einen Scan nur einen "pauschalen" Vorstrahl abzusenden, um zu überprüfen, ob ein Behälter in der Messstation ist oder nicht. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Sender jeweils einzeln vor Absenden eines jeweiligen Messstrahles einen Vorstrahl senden, um zu überprüfen, wie stark der Sender für den eigentlichen Messstrahl eingestellt werden kann.
Dies hat den Vorteil, dass der Messstrahl für jeden Empfänger individualisiert ideal eingestellt werden kann, um einen hohen Dynamikumfang zu erzielen.
Bei der "Pauschallösung" besteht hingegen generell die Gefahr, dass während eines Scans manche der Empfänger bereits durch einen Behälter abgedeckt sind, andere hingegen nicht.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der individuellen Vorstrahlen kann hingegen beispielsweise ein Sender, dessen Füllstandsmessung bereits durch einen Behälterbereich abgedeckt ist, mit einer hohen Intensität angesteuert werden, damit der Empfänger auch in einem günstigen Bereich betrieben werden kann.
Insgesamt ist es ferner vorteilhaft, wenn die Auswertung von Messwerten der Empfänger beinhaltet, die durch den Behälter hervorgerufene Dämpfung der Messstrahlen zu eliminieren.
Bei dieser Ausführungsform kann das Füllstandsmessverfahren weitgehend unabhängig von dem Material des Behälters durchgeführt werden.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Messwerte loga- rithmiert werden und die Auswertung eine Differenzbildung von logarithmischen Messwerten beinhaltet, um die Dämpfung durch den Behälter zu eliminieren. Es ist herausgefunden worden, dass die Dämpfung durch das Material des Behälters sich im Messwert als ein Faktor darstellt. Durch Logarithmieren wird der Faktor in eine additive Konstante umgewandelt. Wenn die Auswertung Differenzen von Messwerten bildet, fällt die Konstante (und damit das Flaschenmaterial) heraus.
Bei der erfindungsgemäßen Füllstandsmessvorrichtung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Sendeeinrichtung einen von der Steuereinrichtung steuerbaren Sender-Multiplexer aufweist, um die einzelnen Sender der Sendeeinrichtung aufeinanderfolgend anzusteuern.
Der Multiplexer ist dabei vorzugsweise adressierbar, in dem Sinn, dass nicht notwendigerweise benachbarte Sender aufeinanderfolgend angesteuert werden, sondern, wie bei der bevorzugten Ausführungsform, jeweils möglichst weit voneinander beabstande- te Sender, die unterschiedlichen Empfängergruppen zugeordnet sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Empfangseinrichtung eine Mehrzahl von Empfängern auf, die in wenigstens zwei Gruppen aufgeteilt sind, wobei jeder Gruppe ein Messverstärker zugeordnet ist.
Wie bereits oben erwähnt, kann durch die Aufteilung der Empfänger in Gruppen erreicht werden, dass einerseits schnelle Scans möglich sind (da Einschwingzeiten von Messverstärkern unberücksichtigt bleiben können) . Andererseits ist es auch möglich, die Anzahl der Messverstärker möglichst gering zu halten, um den Bauteilaufwand und damit die Kosten sowie den notwendigen Bau- raum zu minimieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es dabei bevorzugt, wenn die Empfangseinrichtung einen von der Sendeeinrichtung steuerbaren Verstärker-Multiplexer aufweist , der die Ausgänge der Messverstärker zusammenfasst .
Durch diese Maßnahme können die Ausgänge der Messverstärker auf eine einzelne Leitung gelegt werden, zur Weiterverarbeitung in der - in der Regel digitalen - Steuereinrichtung.
So ist es von besonderem Vorteil, wenn ein Ausgang des Verstär- ker-Multiplexers mit der Steuereinrichtung verbunden ist.
Vorzugsweise erfolgt diese Verbindung dabei über einen Analog- Digital-Wandler.
Insgesamt ist es ferner vorteilhaft, wenn die Sendeeinrichtung einen Stromregler aufweist, mittels dessen die Intensität der zu sendenden Messstrahlen einstellbar ist.
Der Stromregler kann beispielsweise zwischen einem mit der Steuereinrichtung verbundenen Digital-Analog-Wandler und dem Sender-Multiplexer angeordnet sein.
Ferner ist es bei der erfindungsgemäßen Füllstandsmessvorrichtung vorteilhaft, wenn die spaltenartige Sendeeinrichtung wenigstens zwei Teilspalten aufweist, die jeweils eine Mehrzahl von Sendern beinhalten, wobei die zwei Teilspalten in Spaltenrichtung gegeneinander versetzt sind. Dies ermöglicht es, dass die Auflösung der Bildspalte in Spaltenrichtung erhöht werden kann, und zwar bei gegebener Baugröße von Sendern.
Es versteht sich, dass die Empfangseinrichtung eine ähnliche Anordnung von Empfängern aufweisen kann, dass die Empfangseinrichtung jedoch auch gegebenenfalls als rein lineare Anordnung von Empfängern ausgebildet sein kann.
Insgesamt kann folglich ein zweidimensionales Durchlichtbild erzeugt werden, jedoch nicht durch eine einzelne abbildende Optik aus am Behälter reflektiertem Licht einer Beleuchtungseinrichtung. Vielmehr erfolgt die Bildgebung bevorzugt ohne Optik aus einer Durchlichtmessung einzelner zugeordneter Messstrahlen, die vorzugsweise vertikal aufgelöst sind durch den Abstand der Messstrahlen (Messstrecken) und horizontal durch die Bewegung des Behälters (beispielsweise synchronisiert mittels eines Drehimpulsgebers).
Mit anderen Worten ist die horizontale Auflösung nicht durch die Bauart der Sender bzw. Empfänger vorgegeben, sondern vorzugsweise durch den zeitlichen/räumlichen Abstand der einzelnen Ansteuervorgänge zur Erzeugung einer Bildspalte ("Scans").
Sofern ausschließlich diskrete Messstrahlen verwendet werden, empfängt ein Empfänger nur Licht von seinem zugeordneten Sender, nicht jedoch Licht aus daneben liegenden Lichtquellen. Demzufolge kann das entstehende zweidimensionale Durchlichtbild einzelne horizontale Schichten des Behälters beschreiben. Die Messstrahlen sind vorzugsweise Infrarot-Messstrahlen, wie es in der DE 44 10 515 C2 beschrieben ist. Die Sender können beispielsweise IR-Fotodioden sein.
Die zweidimensionalen Durchlichtbilder können durch digitale Bildverarbeitung ausgewertet werden. Der aktuelle Füllpegel kann sozusagen "analog" ermittelt und ausgegeben werden. Auch ist es möglich, die Form der Behälter zu kontrollieren und gegebenenfalls eine Verschlusskontrolle oder ähnliches durchzuführen, also ob ein Verschluss vorhanden ist, ob er beschädigt ist oder ähnliches.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Füllstandsmessvorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Längsschnittansicht durch die Füllstandsmessvorrichtung der Fig. 1; Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Füllstands- messVorrichtung;
Fig. 4 ein Beispiel eines zweidimensionalen Durchlichtbildes, das von einer erfindungsgemäßen Füllstandsmessvorrichtung erzeugt ist;
Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer Sendeeinrichtung einer erfindungsgemäßen Füllstandsmessvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; und
Fig. 6 Diagramme mit Intensitäten von gesendeten bzw. empfangenen Messstrahlen, wobei Fig. 6a Vor- und Messimpulse eines einzelnen Senders zeigt, wobei Fig. 6b die an einem zugeordneten Empfänger empfangenen Impulse zeigt, und wobei Fig. 6c die aus den empfangenen Impulsen berechneten Messwerte darstellt.
In den Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Füllstandsmessvorrichtung generell mit 10 bezeichnet.
Die Füllstandsmessvorrichtung 10 dient zum Messen des Füllstandes von Behältern 12, sowie gegebenenfalls anderer Füllparameter. Die Behälter 12 können beispielsweise Flaschen, Becher etc. sein. Das Material der Behälter 12 kann beispielsweise Glas sein, Kunststoff (PET) etc.
Die Füllstan'dsmessvorrichtung 10 weist eine spaltenartige Sendeeinrichtung 14 und eine entsprechende, spaltenartige Emp- fangseinrichtung 16 auf. Die Sendeeinrichtung 14 und die Empfangseinrichtung 16 bilden eine Messstation 17.
Zwischen der Sendeeinrichtung 14 und der Empfangseinrichtung 16 verläuft ein Transportpfad 18, auf dem Behälter 12 durch die Messstation 17 hindurch transportiert werden. Die entsprechende Transportrichtung ist bei 20 gezeigt.
Die Sendeeinrichtung 14 und die Empfangseinrichtung 16 sind im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen quer zu der Transportrichtung 20 ausgerichtet.
Im vorliegenden Fall sind die Sendeeinrichtung 14 und die Empfangseinrichtung 16 etwa vertikal ausgerichtet. Generell könnten sie jedoch auch horizontal ausgerichtet sein. Der vorliegend verwendete Begriff der Spalte bezieht sich auf eine generell linienförmige Anordnung und ist synonym mit dem Begriff "Zeile" zu verwenden.
Die Sendeeinrichtung 14 weist eine Mehrzahl von Sendern auf, die in Spaltenrichtung angeordnet sind und jeweils einen Messstrahl 22 abgeben. Der Abstand der Messstrahlen 22 (folglich der Abstand der einzelnen Sender der Sendeeinrichtung 14) ist bei 23 gezeigt.
Zur Darstellung einer Bild- bzw. Messspalte 24 werden die Sender der Sendeeinrichtung 14 jeweils mindestens einmal angesteuert. Dies erfolgt vorzugsweise nacheinander, um den Bauteilaufwand und den Signalverarbeitungsaufwand zu verringern, und zwar in Form eines so genannten "Scans". Die einzelnen Sender werden jedoch nicht notwendigerweise in der Reihenfolge ihrer Anordnung angesteuert. Vielmehr kann die Folge so gewählt werden, dass möglichst weit voneinander beabstandete Sender unmittelbar aufeinanderfolgend angesteuert werden .
Der oben genannte Scan-Vorgang erfolgt während des Durchganges eines Behälters 12 durch die Messstation 17 hindurch mehrfach. Dies ist am besten in Fig. 2 zu erkennen, in der gezeigt ist, dass der gesamte Messbereich des Behälters mit einem Raster von Messpunkten überzogen ist. Dieses Raster setzt sich zusammen aus einer Mehrzahl von Messspalten 24, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Durchganges des Behälters 12 durch die Messstation 17 hindurch aufgenommen worden sind und demzufolge jeweils mit einem Index i-1, i, i+1, i+2 versehen sind (vgl. auch Fig. 1 für die Position des Behälters 12 in den verschiedenen Positionen innerhalb der Messstation 17).
Mit der erfindungsgemäßen Füllstandsmessvorrichtung 10 lässt sich somit ein zweidimensionales Durchlichtbild eines Behälters 12 erzeugen.
Die Auflösung des Durchlichtbildes in Richtung parallel zu der Spaltenanordnung ist in Fig. 2 mit 26 bezeichnet. Die Auflösung 26 bestimmt sich im Wesentlichen durch den Abstand der Messstrahlen 22.
Die Auflösung in Transportrichtung 20 ist in Fig. 2 mit 28 bezeichnet. Die Auflösung 28 bestimmt sich im Wesentlichen durch das Verhältnis von Scan-Geschwindigkeit zu Geschwindig- keit der Bewegung des Behälters 12 durch die Messstation. 17 hindurch.
Generell wird bei dem erfindungsgemäßen Füllstandsmessverfahren der Behälter 12 kontinuierlich durch die Messstation 17 hindurch bewegt.
Generell ist es jedoch auch denkbar, den Behälter 12 für die einzelnen Positionen 12i, 12i+l, 12i+2 etc. jeweils anzuhalten, um dann einen Scanvorgang durchzuführen.
Bei der kontinuierlichen Bewegung sind die einzelnen Messpunkte der Messspalten 24 streng genommen auch nicht genau untereinander bzw. miteinander ausgerichtet angeordnet, und zwar wegen der Tatsache, dass der Behälter 12 während eines Scans bewegt wird. Aufgrund der Geschwindigkeit des Scans im Verhältnis zu der Geschwindigkeit des Behälters 12 kann dieser Effekt jedoch weitgehend vernachlässigt werden. Alternativ kann der Effekt von einer Signalauswertung kompensiert werden.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Füllstandsmessvorrichtung mit 10' bezeichnet.
Der generelle Aufbau und die generelle Funktionsweise der Füll- standsmessvorrichtung 10" entsprechen jener der Vorrichtung 10 der Fig. 1 und 2. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede erläutert.
Die Füllstandsmessvorrichtung 10' weist eine Steuereinrichtung 40 auf, insbesondere eine digitale Steuereinrichtung. Die Sendeeinrichtung 14 weist eine Mehrzahl n von Sendern 42-1, ..., 42-n auf. Die Empfangseinrichtung 16 weist in entsprechender Weise eine Mehrzahl n von Empfängern 44-1, ..., 44-n auf. Demzufolge bildet die Messstation 17 eine Mehrzahl n von Messstrecken 45-1, ..., 45-n.
Die Sender 42 sind an einen Sender-Multiplexer 46 angeschlossen, der von der Steuereinrichtung 40 angesteuert bzw. adressiert wird.
Der Eingang des Sender-Multiplexers 46 ist mit dem Ausgang eines Stromreglers 48 verbunden, der einen von der Steuereinrichtung 40 einstellbaren Strom zum Betrieb der jeweiligen Sender 42 liefert.
Der Eingang des Stromreglers 48 ist über einen Digital-Analog- Wandler 50 (DAC) mit der Steuereinrichtung 40 verbunden.
Die Empfänger 44 sind in eine Mehrzahl von m Gruppen aufgeteilt, wobei jeder Gruppe ein eigener Empfänger-Multiplexer 52- 1, ..., 52-m zugeordnet ist. Die Ausgänge der Empfänger- Multiplexer 52-1, ..., 52-m sind mit einem jeweiligen Messverstärker 54-1, ..., 54-m verbunden.
Die Ausgänge der Messverstärker 54 sind mit einem Verstärker- Multiplexer 56 verbunden, dessen Ausgang mit einem Analog- Digital-Wandler 58 verbunden ist. Der Ausgang des Analog- Digital-Wandlers 58 ist mit der Steuereinrichtung 40 verbunden. Die Empfänger-Multiplexer 52 und der Verstärker-Multiplexer 56 werden ebenfalls von der Steuereinrichtung 40 angesteuert bzw. adressiert.
Die Durchführung eines Scans, also die Ansteuerung sämtlicher Sender 42 der Sendeeinrichtung 14 nacheinander, muss schnell erfolgen. Um Einschwingvorgänge zu minimieren, könnte jeder Empfänger 44 einen eigenen Messverstärker 54 aufweisen.
Um die Baugröße und die Kosten der Empfangseinrichtung 16 zu verringern, werden die Empfänger 44 der Gruppen 1, ..., m jeweils auf einen eigenen Messverstärker 54-1, ..., 54-m gemul- tiplext. Es sind mindestens zwei Empfänger-Multiplexer erforderlich, damit während einer aktuellen Messung an einer Messstrecke 45 (z.B. Messstrecke 45-1) der Messverstärker 54 der im Rahmen des Scans als nächstes folgenden Messstrecke 45 (beispielsweise Messstrecke 45-n) einschwingen kann.
Man erkennt hieraus, dass es im Rahmen eines Scans dann in entsprechender Weise nicht sinnvoll ist, die einzelnen Messstrecken 45 fortlaufend von oben nach unten oder umgekehrt anzusteuern. Vielmehr können jeweils weit voneinander beabstan- dete Messstrecken 45 aufeinanderfolgend angesteuert werden. Hierdurch wird auch die Lichtmenge auf den als nächstes zu messenden Empfänger 44 verringert, so dass sich die Einschwingzeit auch für die Messverstärker 54 weiter verringert.
Demzufolge ist jeder Gruppe 1, ..., m jeweils ein Satz von n : m, hier acht (24 : 3), Empfängern 44 zugeordnet. Ein Beispiel für eine Reihenfolge der Ansteuerung der Messstrecken 45 wäre dann beispielsweise I1 9, 17, 2, 10, 18, 3, 11, 19, ..., 8, 16, 24.
Durch diese Reihenfolge wird gewährleistet, dass immer ein anderer Messverstärker 54 aktiv wird, so dass die notwendige Einschwingzeit der Messverstärker 54 im Wesentlichen keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit eines Scan-Vorganges hat.
In der Steuereinrichtung 40 erfolgt eine Signalverarbeitung des zweidimensionalen Durchlichtbildes, das sich von der Füll- standsiαessvorriσhtung 10' erfassen lässt. In dieser Signalverarbeitung können beispielsweise Nichtlinearitäten der Sender 42 (beispielsweise Kennlinienkrümmungen) ausgeglichen werden. Auch können Toleranzen der Sender 42 und der Empfänger 44 ausgeglichen werden.
Die Messwerte der einzelnen Messstrecken 45 können logarith- miert werden. Da sich die Dämpfung eines empfangenen Messstrahls 22 durch das Flaschenmaterial als Faktor im Messwert äußert, kann die Dämpfung durch das Flaschenmaterial mittels einer Logarithmierung auf günstige Weise eliminiert werden. Denn durch Logarithmieren wird der Faktor in eine additive Konstante umgewandelt. Wenn man bei der Auswertung Differenzen von logarithmierten Messwerten bildet, fällt die Konstante und damit der Einflussfaktor des Flaschenmaterials heraus.
Durch die erfindungsgemäße Füllstandsmessvorrichtung 10, 10' bzw. das damit verbundene Füllstandsmessverfahren ist es möglich, zweidimensionale Durchlichtbilder von Behältern zu erzielen, um so den Füllstand mit hoher Auflösung (quasi "analog") zu messen und um gegebenenfalls zusätzliche Füllparameter, wie die Behälterform (beispielsweise Außenkontur) und Behälterver- schluss (Verschluss vorhanden oder gegebenenfalls beschädigt), durch geeignete digitale Bildverarbeitung zu erfassen und auszuwerten .
In Fig. 4 ist ein beispielhaftes zweidimensionales Durchlichtbild 60 gezeigt.
Das Durchlichtbild 60 setzt sich zusammen aus einer Mehrzahl von Bildspalten 61, die im Wesentlichen den Messspalten 24 entsprechen.
Man erkennt in dem Durchlichtbild 60 zum einen, dass ein Verschluss 62 vorhanden ist. Ferner kann die Außenkontur 64 des Behälters 12 erfasst und auf Beschädigungen überprüft werden. Bei 66 ist der Füllstand des Behälters mit einem Füllgut 68, wie beispielsweise einer Flüssigkeit oder einem Schüttgut, gezeigt.
Fig. 5 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer Sendeeinrichtung 14', die für die Sendeeinrichtungen 14 der Füllstandsmessvorrichtungen 10, 10' der Fig. 1 bis 3 verwendbar ist.
Die Sendeeinrichtung 14' weist eine erste Teilspalte 70 mit einer Anzahl Sendern 42 und eine zweite Teilspalte 72 mit einer Anzahl Sendern 42 auf. Im vorliegenden Fall beträgt die Gesamtanzahl der Sender 42 der Sendeeinrichtung 14" zwanzig. Dabei "sind die Sender 1, 3, 5, ..., 19 der ersten Teilspalte 70 zugeordnet. Die Sender 2, 4, ... 20 sind der zweiten Teilspalte 72 zugeordnet. Die zwei Teilspalten 70, 72 sind unmittelbar benachbart zueinander angeordnet und sind gegeneinander in Spaltenrichtung versetzt.
Durch diese Maßnahme kann bei vorgegebener Baugröße der einzelnen Sender 42 die Auflösung in Spaltenrichtung vergrößert werden. Während die Abmessung eines Senders 42 in Spaltenrichtung bei 74 gezeigt ist, sind die zwei Teilspalten 70, 72 um einen Wert 76 gegeneinander versetzt, der vorzugsweise halb so groß ist wie der Abmessungswert 74.
Demzufolge kann die Auflösung in Spaltenrichtung halbiert werden, und zwar im Wesentlichen von dem Abmessungswert 74 auf den Versatzwert 76.
Es versteht sich, dass die Empfangseinrichtung 16' eine ähnliche Anordnung von Empfängern 44 aufweisen kann.
In Fig. 6 ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Füllstandsmessverfahrens anhand einiger Zeitdiagramme erläutert .
Diese Ausführungsform ist dadurch geprägt, dass sich ein hoher Dynamikumfang erzielen lässt, indem die Möglichkeit ausgenutzt wird, die Intensität I der Sender 42 jeweils in weiten Grenzen einstellen zu können. Dies wird insbesondere gefördert durch die Maßnahme, einen Stromregler 48 für die Sender 42 vorzusehen, wie oben erläutert. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Empfänger 44 niemals durch zu viel Licht übersteuert ("geblendet") werden dürfen. Allerdings ist der Dynamikumfang, also der Unterschied zwischen maximaler Transmission (kein Behälter in der Messstrecke 45) und minimaler Transmission (dunkler Behälter, trübe dunkle Flüssigkeit) derart hoch, dass ein einzelner Messbereich eines einzelnen Empfängers unter manchen Umständen nicht hinreichend ist.
Dies wird durch die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Füllstandsmessverfahrens gelöst, indem vor jedem eigentlichen Messvorgang ein Vormessvorgang durchgeführt wird, mit dem festgestellt wird, wie stark die Intensität des Senders 42 eingestellt werden kann.
Wie es in Fig. 6a gezeigt ist, wird vor jedem eigentlichen Messpuls 88 ein Vorpuls 86 konstanter Intensität Iv ausgelöst. Die Intensität lv ist deutlich kleiner als die maximale Intensität Imax, die der Empfänger 44 erfahren darf. Der Wert von Iv kann beispielsweise 75 % des Wertes von Imax sein.
Fig. 6a zeigt dabei die an einem einzelnen Sender 42 ausgelösten Signale bzw. Pulse.
Fig. 6b zeigt die an dem zugeordneten Empfänger 44 empfangene Intensität.
In Fig. 6 sind die einzelnen Scan-Vorgänge jeweils mit i, i+1, i+2, ... bezeichnet. Beispielsweise während des Scans i ist die aufgrund des Vorpulses 86 empfangene Intensität an dem Empfänger etwa genauso groß wie die Intensität Iv. In diesem Fall ist beispielsweise kein Behälter 12 in der zugeordneten Messstrecke 45 enthalten.
Demzufolge wird der anschließende Messpuls 8S1 auf einen Ausgangswert bzw. Minimalwert I1n eingestellt. Als Ergebnis führt dies am Empfänger zu einem Empfangsimpuls 92, der deutlich unterhalb von Imax liegt und in etwa genauso groß ist wie der Wert von IM.
Als nächstes (nachdem die anderen Sender jeweils entsprechend angesteuert worden sind, also jeweils mit Vorpuls 86 und Messpuls 88), erfolgt an dem hier betrachteten Sender in dem folgenden Scan i+1 ein weiterer Vorpuls 86.
In diesem Fall ist die an dem Empfänger empfangene Intensität deutlich geringer als in dem vorherigen Scan i. Dies bedeutet, dass sich nunmehr innerhalb der zugeordneten Messstrecke 45 ein Gegenstand befindet, der die Transmission begrenzt.
Demzufolge wird in dem darauffolgenden Messpuls 88i+1 eine deutlich höhere Intensität eingestellt als zuvor, um den Empfänger 44 trotz der geringeren Transmission gut auszusteuern. Dies führt zu einem Empfangspuls 92i+1, der nach wie vor in einem günstigen Aussteuerungsbereich des Empfängers liegt.
Im nächsten Scan i+2 wird aufgrund eines Vorpulses 86i+2 nur eine sehr geringe Intensität am Empfänger gemessen (Puls 9O1+2). Demzufolge wird die "Intensität des Senders für den zugeordneten Messpuls 88i+2 sehr hoch eingestellt, wie es in Fig. 6a gezeigt ist.
Durch diese Maßnahme wird trotz der äußerst geringen Transmission über die Messstrecke 45 der Empfänger in einem günstigen Bereich ausgesteuert, wie es bei 921+2 gezeigt ist.
In Fig. 6c sind die aus den Empfangspulsen 92^ 92i+1 jeweilige Messwerte 94±, 94i+1, ... errechnet worden, und zwar mittels der Steuereinrichtung 40.
Man erkennt, dass die Messwerte nunmehr deutlich wiedergeben, dass die Transmission von dem Scan i bis zu dem Scan i+2 deutlich geringer geworden ist .
Die Messwerte 94 lassen sich aus den Empfangspulsen 92 sowie der Einstellung der jeweils zugeordneten Messpulse errechnen.
Insgesamt kann so mit angepasster Intensität der volle Dynamikumfang erhalten bleiben.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn jeder einzelne Bildpunkt des zweidimensionalen Bildes, also jeder einzelne Messvorgang, mit einem Sender 42 hinsichtlich der Intensität individuell eingestellt wird. Hierbei wird sozusagen jeder einzelne Bildpunkt individuell belichtet.
Ferner kann zwischen, vor oder nach jeder Messung der Dunkelwert des jeweiligen Empfängers 44 bei abgeschaltetem Sender 42 ermittelt und vom Messwert 94 abgezogen werden, so dass die Messung unabhängig ist von der Umgebungshelligkeit.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Füllstandsmessung an Behältern (12) wie Flaschen, wobei ein Behälter (12) in einer Transportrichtung (20) durch eine MessStation (17) hindurch bewegt wird, die eine spaltenartige Sendeeinrichtung (14) für Messstrahlen (22) und eine hierzu parallele spaltenartige Empfangseinrichtung (16) für Messstrahlen (22; 88) aufweist, die generell quer zu der Transportrichtung (20) ausgerichtet sind und zwischen denen der Behälter (12) hindurch bewegt wird, wobei die Messstrahlen (22; 88) eine Frequenz aufweisen, für die die Behälter (12) durchsichtig sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein zweidimensionales Durchlichtbild (60) eines Behälters (12) erzeugt wird, indem die spaltenartige Sendeeinrichtung (14) mehrfach angesteuert wird, um jeweils eine Bildspalte (24) zu erzeugen, während jener Behälter (12) durch die Messstation (17) hindurch bewegt wird.
2. Füllstandsmessverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltenartige Sendeeinrichtung (14) eine Mehrzahl von Sendern (42) aufweist, die bei einem Ansteuervorgang zur Erzeugung einer Bildspalte (24) jeweils wenigstens einmal angesteuert werden, um einen jeweiligen 'Messstrahl (22) zu erzeugen.
3. Füllstandsrαessverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (14) eine Mehrzahl (n) von Sendern (42) und die Empfangseinrichtung (16) eine entsprechende Mehrzahl (n) von Empfängern (44) aufweist, so dass eine Mehrzahl (n) von Messstrecken (45) gebildet wird.
4. Füllstandsmessverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfänger (44) der Empfangseinrichtung (16) in wenigstens zwei Gruppen (1-m) aufgeteilt sind und dass die Reihenfolge der Ansteuerung der Sender (42) der Sendeeinrichtung (14) zur Erzeugung einer Bildspalte (24) so gewählt wird, dass in der Folge jeweils eine Messstrecke (45) einer anderen Gruppe (1-m) angesteuert wird.
5. Füllstandsmessverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ansteuern der Sendeeinrichtung (14) zum Erzeugen einer Bildspalte (24) vor Absenden von Messstrahlen (22; 88) Vorstrahlen (86) abgesendet werden, um die Messstrahlen (22; 88) in Abhängigkeit hiervon einzustellen.
6. Füllstandsmessverfahren nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sender (42) vor Absenden eines Messstrahles (22; 88) einen Vorstrahl (86) mit einer Intensität (Iv) absendet, die an die maximale zulässige Intensität (Imar) des zugeordneten Empfängers (44) angepasst ist, und dass ein darauf folgender Messstrahl (22; 88) mit einer Intensität (IM) gesendet wird, die an die von dem Empfänger (44) zuvor empfangene Intensität (IE) angepasst ist.
7. Füllstandsmessverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung von Messwerten der Empfänger (44) beinhaltet, die Dämpfung der Messstrahlen (22; 88) durch den Behälter (12) zu eliminieren.
8. Füllstandsmessverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte (921) logarithmiert werden und die Auswertung eine Differenzbildung von logarithmi- sσhen Messwerten beinhaltet, um die Dämpfung durch den Behälter (12) zu eliminieren.
9. Vorrichtung (10) zur Füllstandsmessung an Behältern (12) wie Flaschen, insbesondere zu Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit
einer spaltenartigen Sendeeinrichtung (14) für Messstrahlen (22; 88) und einer entsprechenden spaltenartigen Empfangseinrichtung (16) für Messstrahlen (22; 88), wobei die Sendeeinrichtung (14) und die Empfangseinrichtung (16) eine Messstation (17) bilden, durch die hindurch ein Transportpfad (18) für Behälter (12) eingerichtet ist, und wobei die Messstrahlen (22; 88) eine Frequenz aufweisen, für die die Behälter (12) durchsichtig sind, und
einer Steuereinrichtung (40) zur Ansteuerung der Messstation (17), derart, dass anhand der empfangenen Messstrahlen (92) der Füllstand (66) des Behälters (12) messbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, die spaltenartige Sendeeinrichtung (14) mehrfach anzusteuern, um jeweils eine Bildspalte (24) zu erzeugen, während ein Behälter (12) durch die Messstation (17) hindurch bewegt wird, um so ein zweidimensionales Durchlichtbild (60) jenes Behälters (12) zu erzeugen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (14) einen von der Steuereinrichtung (40) steuerbaren Sender-Multiplexer (46) aufweist, um einzelne Sender (42) der Sendeeinrichtung (14) aufeinanderfolgend anzusteuern.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (16) eine Mehrzahl von Empfängern (44) aufweist, die in wenigstens zwei Gruppen (1-m) aufgeteilt sind, wobei jeder Gruppe (1-m) ein Messverstärker (54) zugeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (16) einen von der Steuereinrichtung (40) steuerbaren Verstärker-Multiplexer (56, 58) aufweist, der die Ausgänge der Messverstärker (54) zusammen- fasst.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang des Verstärker-Multiplexers (56, 58) mit der Steuereinrichtung (40) verbunden ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (14) einen Stromregler (48) aufweist, mittels dessen die Intensität (IM) der zu sendenden Messstrahlen (22? 88) einstellbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltenartige Sendeeinrichtung (141) wenigstens zwei Teilspalten (70, 72) aufweist, die jeweils eine Mehrzahl von Sendern (42) aufweisen, wobei die zwei Teilspalten (70, 72) in Spaltenrichtung gegeneinander versetzt sind.
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