EP1868893A1 - Sensorvorrichtung einer verpackungsmaschine - Google Patents

Sensorvorrichtung einer verpackungsmaschine

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Publication number
EP1868893A1
EP1868893A1 EP06708439A EP06708439A EP1868893A1 EP 1868893 A1 EP1868893 A1 EP 1868893A1 EP 06708439 A EP06708439 A EP 06708439A EP 06708439 A EP06708439 A EP 06708439A EP 1868893 A1 EP1868893 A1 EP 1868893A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor device
ray
radiation
ray source
detector
Prior art date
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Granted
Application number
EP06708439A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1868893B1 (de
Inventor
Ralf Schmied
Walter Bauer
Werner Runft
Florian Bessler
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1868893A1 publication Critical patent/EP1868893A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1868893B1 publication Critical patent/EP1868893B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B1/00—Packaging fluent solid material, e.g. powders, granular or loose fibrous material, loose masses of small articles, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B1/30—Devices or methods for controlling or determining the quantity or quality or the material fed or filled
    • B65B1/48—Checking volume of filled material
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61J—CONTAINERS SPECIALLY ADAPTED FOR MEDICAL OR PHARMACEUTICAL PURPOSES; DEVICES OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR BRINGING PHARMACEUTICAL PRODUCTS INTO PARTICULAR PHYSICAL OR ADMINISTERING FORMS; DEVICES FOR ADMINISTERING FOOD OR MEDICINES ORALLY; BABY COMFORTERS; DEVICES FOR RECEIVING SPITTLE
    • A61J3/00—Devices or methods specially adapted for bringing pharmaceutical products into particular physical or administering forms
    • A61J3/07—Devices or methods specially adapted for bringing pharmaceutical products into particular physical or administering forms into the form of capsules or similar small containers for oral use
    • A61J3/071—Devices or methods specially adapted for bringing pharmaceutical products into particular physical or administering forms into the form of capsules or similar small containers for oral use into the form of telescopically engaged two-piece capsules
    • A61J3/074—Filling capsules; Related operations

Definitions

  • the invention relates to a sensor device of a packaging machine according to the features of the independent claim. From DE 100 01 068 Cl is already a
  • the inventive sensor device of a packaging machine comprises at least one conveying means of a packaging machine, which moves at least one material to be packaged to various stations of the packaging machine.
  • at least one X-ray source and at least one detector are provided for irradiating the material to be sensed.
  • the measurement with X-rays is non-contact and non-destructive.
  • the measurement with X-rays is particularly suitable for determining the weight of filled in containers such as gelatin capsules
  • Products for example, medicaments of the most varied consistency, such as, for example, powders, pellets, microtablets, pastes, liquids.
  • focusing means eg diaphragms or x-ray lenses, in particular fiber lenses
  • focusing means are provided for guiding the x-ray radiation.
  • the X-radiation can be easily adapted to the respective size of the material to be sensed, such as different diameters of the gelatin capsules to be filled.
  • the sensor device can thus be used for different products to be packaged.
  • a radiation filter is arranged between the X-ray source and the detector.
  • a pinhole is provided, which is likewise arranged in the beam path of the X-ray radiation. This ensures that even during a reference measurement, a beam path defined by the pinhole is generated, which coincides with the actual measurement process or is at least similar to it.
  • At least one reference element is provided which is brought between the X-ray source and the detector for determining a reference measured value.
  • the normal measurement can be readjusted, so that the quality of the measurement improves.
  • FIG. 1 shows a capsule filling and closing machine simplified in a plan view
  • FIG. 2 shows a perspective view of the sensor device of a packaging machine
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of an X-ray transmission device
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of an X-ray transmission device
  • FIG. 5 shows a first exemplary embodiment of a matrix tube
  • FIG. 6 shows a second exemplary embodiment of a matrix tube
  • Figure 7 is a perspective view of another embodiment.
  • a machine for filling and closing capsule c consisting of a capsule lower part a and an attached cap b has a twelve-part conveyor wheel 20 which is rotated stepwise about a vertical axis, at the stations 1 to 12 of which the individual treatment devices are arranged on the circulation path.
  • the empty capsules c to be filled are abandoned in a disorderly manner, aligned and arranged and fed to the conveying wheel 20.
  • Capsule parts a at 2 separated and both tested by a tester 15 for presence and integrity.
  • the caps b are brought out of coverage with the capsule bottoms a, so that at 4 and 5 contents can be filled into the capsule parts a.
  • a sensor device 16 checks the filling material 19 placed in the capsule parts a. In Fig. 7, it is recognized as being defective
  • the caps b are again moved into coincidence with the capsule bottoms a and merged at 9 and 10 with the capsule bottoms a.
  • the correctly filled and sealed capsules c are expelled and removed.
  • the exceptions of the feed wheel 20 are cleaned at 12, before being filled again at 1 with empty capsules.
  • stepped bores 23 and 24 are arranged congruently, for example, in two rows of six each in the segments 21, 22. Other constellations are conceivable, such as the single-row embodiment with five bores shown in FIG.
  • a reference element 26 is arranged in each case, a total of twelve reference elements 26a to 26k. These reference elements 26 have different thicknesses and / or different materials, which are also detected by the sensor device 16.
  • FIG. 2 shows the arrangement of the sensor device 16 or X-ray transmission device 29 with respect to the conveying wheel 20 of the packaging machine.
  • container carriers 32 containers 32, not shown here during operation, are arranged, for example
  • the sensor device 16 consists of an X-ray source 33, which emits X-ray radiation through a material to be sensed in the container carrier 32 and container 31 to form a detector 37. Furthermore, at least one pinhole 38 is attached to a sensor carrier. Alternatively or additionally, an X-ray lens 40, preferably a fiber bundle lens, can also be used as the beam-guiding element between the X-ray tube 33 and the container carrier 32. A measurement evaluation 41 determines the desired measured variable on the basis of a detector output signal.
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of an X-ray radiating device 29.
  • an X-ray source 33 Arranged in a housing 34 is an X-ray source 33 which generates radiation 35 as a function of a U / I setting device 43. A portion of the generated radiation 35 is also fed to a reference detector 39 whose output processed the measurement evaluation 41.
  • a focusing adjustment device 45 via focusing means 30, influences the focusing of the X-ray source 33.
  • the container carrier 32 a container 31 such as a capsule part a arranged.
  • the radiation 35 penetrates the material to be sensed 19 and the bottom of the container 31 under attenuation and is fed through the pinhole 38 to the detector 37.
  • the output signal of the detector 37 is the measurement evaluation 41 as an input variable.
  • the radiation source 33 is arranged in the housing 34.
  • the spectrum of the radiation 35 is influenced by radiation filters 36 and / or also by the X-ray lens 40. After penetrating the Strahlungsf ⁇ lters 36 meets the
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a matrix tube 50.
  • X-ray sources 33 connected in a common carrier and optionally by insulating means, for.
  • insulating means for.
  • FIG. 6 shows an alternative exemplary embodiment of a matrix tube 50.
  • two x-ray sources 33 are also provided here with the respective cathodes 54a, 54b. These cathodes 54a, 54b are the same as the focusing electrodes
  • the illustrated sensor device 16 of a packaging machine 18 serves to determine the weight of products filled in containers 31 such as, for example, gelatine capsules, such as, for example, medicaments of very different consistency
  • the packaging machines 18 exemplified in FIGS. 1 and 2 are filling and closing machines for two-part capsules. In the lower segments 21 usually sit in each stepped bore 23 to be filled capsule parts a. At stations 4 and 5, the filling material 19 is supplied and in a known manner in the corresponding capsule parts a spent. In addition to pulverformigem filling material and liquid filling material, for example for drug vials, conceivable.
  • the basic principle of the sensor device 16 does not change.
  • the packaging machines 18 shown in FIGS. 1 and 2 run here in clocked mode, ie. H. the segments 21 are transported to the respective next station 1 - 12, remain there for a certain processing cycle and are then brought to the next station 1-12 by the conveyor wheel 20.
  • the measuring principle is also suitable for a continuous, d. H. without service life continuous operation, since the measurement process of the sensor device 16 to be described in the microsecond range vonstatten.
  • the capsule parts a filled with filling material 19 as material to be sensed reach the measuring station 6.
  • X-ray source 33 and detector 37 are now arranged so that X-radiation 35 can be sensed through the associated receptacle 31 and
  • Filling material 19 is sent.
  • the emitted radiation is only partially absorbed by the filling material 19 located in the container 31 and the bottom of the container 31 and passes through a pinhole 38 on the detector 37.
  • the radiation N detected by the detector 37 (number of incoming X-ray quanta) in relation to N 0 (Number of incoming X-ray quanta, if no filling material in the
  • the mass m of the filling material in the container can be determined from this as a product of the basis weight with the irradiated cross-sectional area A.
  • this signal is still distorted by several effects such as scattered radiation and the non-exact parallelism of the radiation.
  • the mass of the containers 31 falsifies the measurement result substantially through the ground.
  • this can be eliminated by a corresponding reference measurement, which is performed, for example, in the empty state for the respective type of capsule and the measurement evaluation 41 is known for the corresponding compensation.
  • the sensor device 16 consists of at least one X-ray source 33, but usually of many, parallel or matrix-shaped X-ray sources 33, depending on the geometry of the segments used on the packaging machine 18 as segments 21. In general, for each hole 23 in the segment 21 a separate X-ray source 33 with associated detector 37 is provided. The propagation of the generated radiation 35 is restricted by the housing 34 so that radiation 35 exits only in the direction of the material to be sensed. Focussing means 30 arranged on or in the x-ray tube influence the source diameter of the radiation 35. As focussing means 30, for example, electric or magnetic lenses are used, which can be influenced by the focussing adjustment device 45.
  • the sensor device 16 can be easily adapted to the different geometries of the products to be packaged, which differ for example by the capsule diameter. Also, a possible different distance between X-ray source 33 and container 31 or container carrier 32 can be adjusted accordingly.
  • a radiation filter 36 is arranged, which varies the spectrum of the X-ray radiation with respect to an optimal measuring range.
  • the radiation filter 36 may be selected, for example, from copper, aluminum or other known materials. Preferably, the Radiation filter 36 easily replaceable. As a result, the sensor device 16 can be adapted to different products to be packaged.
  • an X-ray lens 40, z. B. in the form of a fiber bundle lens, in the beam path between X-ray source 33 and radiation filter 36 or container support 32 are installed.
  • This can also influence the radiation spectrum and allows further optimization, especially at low levels.
  • the radiation 35 strikes the filling material 19 to be sensed via the open side of the container 31. This is particularly advantageous at low filling levels since the radiation 35 still covers almost the entire cross section of the filling material 19 includes.
  • the radiation 35 first passes through the bottom of the container 31 and then at least partially penetrates the filling material 19. However, nothing changes on the principal measuring principle. In both cases, an X-ray lens 40 can optimize the beam path.
  • the U / I setting device 43 influences the tube voltage and / or the tube current of the X-ray source 33.
  • the adjustability optimizes the operating point of the sensor device 16.
  • the sensor device 16 can thereby be easily adapted to different products (with regard to fill level, consistency, cross section) become.
  • the tube voltage U is increased as the expected mass of the filling material 19 increases. This increases the permeability of the radiation 35.
  • a variable light intensity is achieved in order to optimize the measurement results.
  • the absorption behavior of the filling material 19 can be imaged two-dimensionally. This is particularly advantageous if, for example, foreign particles are detected in the filling material 19, for example iron filings, which are reliably detected by such an arrangement.
  • reference elements 26a to 26k of different thickness are provided between the adjacent segments 21. While the segment 21 changes to the next processing station, the sensor device 16 detects the thickness of the respective reference element 26a to 26k. Based on known position data and known absorption behavior of the reference elements 26 takes the measurement evaluation 41 a
  • the respective thickness of the reference elements 26a to 26k forms certain masses of the filling material 19 with different products.
  • a corresponding adjustment in the measurement evaluation or the generation of an error signal can be made.
  • Segments 21 are arranged, for example, a filled capsule with known weight would be used for referencing.
  • the pinhole 38 is provided.
  • a reference detector 39 can optionally also be provided which supports the side of the
  • X-ray source 33 detected radiation and passes on to the evaluation device 41.
  • the reference detectors 39 monitor the source intensity of the X-ray source 33.
  • tube clusters are conceivable, which consist of many individual X-ray tubes as indicated in Figure 4. For example, connected in parallel
  • X-ray tubes are embedded in potting compound 52 for insulation. Instead of potting compound 52, the tubes could also be enclosed by oil or inert gas.
  • FIG. 50 An alternative embodiment of a matrix tube 50 is shown in FIG. Again by way of example two x-ray tubes are shown with the corresponding ones
  • Cathodes 54a, 54b and the optional focusing electrodes or coils 55a, 55b are arranged in a common vacuum 56. As a result, such matrix tubes 50 can be produced more cost-effectively and the installation space can be reduced. Field barriers in the form of bars or sheets can be placed between the tubes.
  • the sensor device 16 can be used not only for determining the mass of the filling material 19, but also for other applications such as the detection of certain parameters of the packaging machine 18.
  • the diameter of the holes 23 determine what conclusions on the to be filled capsule type permits.
  • the bore diameter can be used, for example, by the packaging machine control of a corresponding parameter selection for the respective product to be filled. As a material to be sensed thus the container carrier 32 is to be considered.
  • the sensor device 16 is at least predominantly surrounded by a protective housing 60 and thus encapsulated with respect to the packaging machine 18 and thus washable. Via a corresponding sensor 66, the opening of the protective housing 60 can be detected. The output signal of the sensor 66 is supplied to a turn-off device 64, which shuts off the sensor device 16, so that the
  • FIG. 7 shows a door 62 of the packaging machine 18 as a further protective device. If this door 62 is opened, as detected by the sensor 66, the turn-off device 64 in turn ensures that the X-ray radiation is inhibited.

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Abstract

Es wird eine Sensorvorrichtung für eine Verpackungsmaschine vorgeschlagen, die zumindest ein Fördermittel (21, 32) einer Verpackungsmaschine (18) aufweist, das zumindest ein zu verpackendes und zu sensierendes Material (19) zu verschiedenen Stationen (1 - 12) der Verpackungsmaschine (18) bewegt. Erfindungsgemäß sind zumindest eine Röntgenquelle (33) und ein Detektor (37) vorgesehen zur Durchstrahlung des zwischen Röntgenquelle (33) und Detektor (37) befindlichen zu sensierenden Materials (19).

Description

Sensorvorrichtung einer Verpackungsmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Sensorvorrichtung einer Verpackungsmaschine gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Aus der DE 100 01 068 Cl ist bereits eine
Vorrichtung zum Dosieren und Abgeben von Pulver in Hartgelatinekapseln oder dergleichen bekannt. Stopfstempel pressen beim Eintauchen in Bohrungen das zu verpackende Pulver zu Pressungen. Um eine Aussage über die Masse der Presslinge treffen zu können, sind Mittel vorgesehen, die den Federweg der dem Ausstoßstempel unmittelbar vorgeschalteten Stopfstempel erfassen.
Aus der WO 2004/004626 A2 ist bereits eine Methode zur opto-elektronischen Inspektion pharmazeutischer Artikel bekannt. Zur Ermittlung des Füllgrades einer pharmazeutischen Kapsel wird diese durch ein elektromagnetisches Feld geschickt, das beispielsweise von einem Laser erzeugt wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine genauere und flexiblere Sensierung des zu sensierenden Materials vorzunehmen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung einer Verpackungsmaschine umfasst zumindest ein Fördermittel einer Verpackungsmaschine, das zumindest ein zu verpackendes Material zu verschiedenen Stationen der Verpackungsmaschine bewegt. Erfindungsgemäß ist zumindest eine Röntgenquelle und zumindest ein Detektor vorgesehen zur Durchstrahlung des zu sensierenden Materials. Durch die Verwendung einer Röntgenquelle und eines Detektors lässt sich die Messgenauigkeit erhöhen, da sich die Röntgenstrahlung einfach an das zu sensierende Material anpassen lässt durch Veränderung der Röhrenspannung und/oder des Röhrenstroms und/oder der
Emissionsgeometrie, z. B. dem Brennfleckdurchmesser. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Röntgenstrahlung durch das zu sensierende Material lediglich teilabsorbiert wird. Zudem ist die Messung mit Röntgenstrahlen berührungslos und zerstörungsfrei. Die Messung mit Röntgenstrahlen eignet sich insbesondere zur Gewichtsbestimmung von in Behältern wie beispielsweise Gelatinekapseln abgefüllten
Produkten (beispielsweise Medikamente) von unterschiedlichster Konsistenz wie beispielsweise Pulver, Pellets, Mikrotabletten, Pasten, Flüssigkeiten.
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung sind Fokussierungsmittel (z. B. Blenden oder Röntgenlinsen, insbesondere Faserlinsen) vorgesehen zur Führung der Röntgenstrahlung.
Dadurch lässt sich die Röntgenstrahlung leicht an die jeweilige Größe des zu sensierenden Materials anpassen, wie beispielsweise an unterschiedliche Durchmesser der zu befüllenden Gelatinekapseln. Die Sensorvorrichtung lässt sich somit bei unterschiedlichen zu verpackenden Produkten einsetzen.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Weiterbildung ist ein Strahlungsfilter zwischen Röntgenquelle und Detektor angeordnet. Dadurch lässt sich das Spektrum der am Detektor ankommenden Röntgenstrahlung beeinflussen und eine Optimierung des Messbereichs vornehmen. Die Messung wird dadurch genauer.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Lochblende vorgesehen, die ebenfalls im Strahlengang der Röntgenstrahlung angeordnet ist. Dadurch wird sichergestellt, dass auch während einer Referenzmessung ein durch die Lochblende definierter Strahlengang erzeugt wird, der mit dem eigentlichen Messvorgang übereinstimmt oder diesem zumindest ähnlich ist.
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung wird zumindest ein Referenzelement vorgesehen, welches zwischen Röntgenquelle und Detektor gebracht wird zur Ermittlung eines Referenzmesswerts. Mit dessen Hilfe kann die Normalmessung nachjustiert werden, sodass sich die Qualität der Messung verbessert. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung einer Verpackungsmaschine ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Zeichnung
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Kapselfüll- und Verschließmaschine vereinfacht in einer Draufsicht,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht der Sensoreinrichtung einer Verpackungsmaschine,
Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Röntgendurchstrahlungseinrichtung,
Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Röntgendurchstrahlungseinrichtung,
Figur 5 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Matrixröhre, Figur 6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Matrixröhre sowie
Figur 7 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine Maschine zum Füllen und Verschließen von aus einem Kapselunterteil a und einer aufgesteckten Kappe b bestehenden Kapsel c hat ein zwölfteiliges, schrittweise um eine vertikale Achse gedrehtes Förderrad 20, an dessen Stationen 1 bis 12 an der Umlaufstrecke die einzelnen Behandlungseinrichtungen angeordnet sind. Bei 1 werden die zu füllenden, leeren Kapseln c ungeordnet aufgegeben sowie ausgerichtet und geordnet dem Förderrad 20 zugeführt. Darauf werden die Kappen b von den
Kapselunterteilen a bei 2 getrennt und beide von einer Prüfeinrichtung 15 auf Anwesenheit und Unversehrtheit geprüft. Bei 3 werden die Kappen b außer Deckung mit den Kapselunterteilen a gebracht, sodass bei 4 und 5 Füllgut in die Kapselunterteile a eingefüllt werden kann. Bei 6 überprüft eine Sensoreinrichtung 16 das in die Kapselunterteile a gebrachte Füllmaterial 19. Bei 7 werden als fehlerhaft erkannte
Kapselunterteile a und Kappen b ausgestoßen. Auf Station 8 werden die Kappen b wieder in Deckung mit den Kapselunterteilen a verschoben und bei 9 und 10 mit den Kapselunterteilen a zusammengeführt. Bei 11 werden die korrekt gefüllten und verschlossenen Kapseln c ausgestoßen und abgeführt. Schließlich werden die Ausnahmen des Förderrads 20 bei 12 gereinigt, bevor sie bei 1 wieder mit Leerkapseln gefüllt werden. - A -
Am Umfang des schrittweise gedrehten Förderrades 20 sind in gleichen Winkelabständen zwölf Segmente 21 als Fördermittel bzw. Behälterträger für Kapselunterteile a befestigt. Ferner sind am Förderrad 20 oberhalb der Segmente 21 andere Segmente 22 für die Kappen b heb- und senkbar sowie radial verschiebbar angeordnet. Die unteren Segmente
21 haben vertikal ausgerichtete Stufenbohrungen 23 für die Kapselunterteile a und die oberen Segmente 22 ebenfalls vertikal ausgerichtete Stufenbohrungen 24 für die Kappen b. Die Stufenbohrungen 23 und 24 sind beispielsweise in zwei Reihen zu je sechs in den Segmenten 21, 22 deckungsgleich angeordnet. Andere Konstellationen sind denkbar wie beispielsweise die in Figur 2 gezeigte einreihige Ausführungsform mit fünf Bohrungen.
Zwischen zwei benachbarten Segmenten 21 ist jeweils ein Referenzelement 26 angeordnet, insgesamt also zwölf Referenzelemente 26a bis 26k. Diese Referenzelemente 26 weisen unterschiedliche Dicken und/oder unterschiedliche Materialien auf, die ebenfalls von der Sensoreinrichtung 16 erfasst werden.
Figur 2 zeigt die Anordnung der Sensoreinrichtung 16 bzw. Röntgendurchstrahlungseinrichtung 29 gegenüber dem Förderrad 20 der Verpackungsmaschine. Am Förderrad 20 sind nun einreihige Segmente 21 ' als Fördermittel bzw. Behälterträger 32 befestigt. In Behälterträgern 32 sind im laufenden Betrieb hier nicht dargestellte Behältnisse 32 angeordnet wie beispielsweise
Kapselunterteile a. Die Sensoreinrichtung 16 besteht aus einer Röntgenquelle 33, die Röntgenstrahlung durch im Behälterträger 32 und Behältnis 31 angeordnetes zu sensierendes Material zu einem Detektor 37 aussendet. Ferner ist zumindest eine Lochblende 38 an einem Sensorträger angebracht. Ersatzweise oder zusätzlich kann auch eine Röntgenlinse 40, vorzugsweise eine Faserbündellinse, als strahlführendes Element zwischen Röntgenröhre 33 und Behälterträger 32 verwendet werden. Eine Messauswertung 41 ermittelt anhand eines Detektorausgangssignals die gewünschte Messgröße.
In Figur 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Röntgendurchstrahlungseinrichtung 29 gezeigt. In einem Gehäuse 34 ist eine Röntgenquelle 33 angeordnet, die in Abhängigkeit von einer U/I-Einstelleinrichtung 43 Strahlung 35 erzeugt. Ein Teil der erzeugten Strahlung 35 wird auch einem Referenzdetektor 39 zugeführt, dessen Ausgangssignal die Messauswertung 41 verarbeitet. Eine Fokussiereinstelleinrichtung 45 beeinflusst über Fokussiermittel 30 die Fokussierung der Röntgenquelle 33. In dem Behälterträger 32 ist ein Behältnis 31 wie beispielsweise ein Kapselunterteil a angeordnet. Die Strahlung 35 durchdringt das zu sensierende Material 19 sowie den Boden des Behältnisses 31 unter Abschwächung und wird durch die Lochblende 38 dem Detektor 37 zugeführt. Das Ausgangssignal des Detektors 37 dient der Messauswertung 41 als Eingangsgröße.
Bei dem in Figur 4 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ist lediglich die Anordnung der Komponenten aus Figur 3 eine andere, die prinzipielle Funktionalität ändert sich jedoch nicht. Wiederum ist in dem Gehäuse 34 die Strahlungsquelle 33 angeordnet. Das Spektrum der Strahlung 35 wird durch Strahlungsfϊlter 36 und/oder auch durch die Röntgenlinse 40 beeinflusst. Nach Durchdringen des Strahlungsfϊlters 36 trifft die
Strahlung 35 auf den Boden des Behältnisses 31, in dem sich wiederum das zu sensierende Material 19 befindet. Nach Durchdringung des Bodens und des zu sensierenden Materials trifft die Strahlung 35 durch die Lochblende 38 auf den Detektor 37. Wiederum wird ein Teil der von der Röntgenquelle 33 erzeugten Strahlung 35 durch den Referenzdetektor 39 erfasst.
In Figur 5 ist ein Ausfuhrungsbeispiel einer Matrixröhre 50 dargestellt. Es werden zumindest zwei parallel verschaltete Röntgenquellen 33 in einem gemeinsamen Träger verbunden und gegebenenfalls durch Isoliermittel, z. B. Öl, Gas oder Vergussmasse 52, umschlossen. Dies dient der Isolierung der im 30 kV-Bereich liegenden Röhren-
Spannung.
In Figur 6 ist ein alternatives Ausfuhrungsbeispiel einer Matrixröhre 50 dargestellt. Exemplarisch sind auch hier zwei Röntgenquellen 33 vorgesehen mit den jeweiligen Kathoden 54a, 54b. Diese Kathoden 54a, 54b sind ebenso wie die Fokussierelektroden
55a, 55b in demselben Vakuum 56 angeordnet.
Die gezeigte Sensoreinrichtung 16 einer Verpackungsmaschine 18 dient der Gewichtsbestimmung von in Behältnissen 31 wie beispielsweise Gelatinekapseln abgefüllten Produkten wie beispielsweise Medikamente unterschiedlichster Konsistenz
(wie beispielsweise Pulver, Pellets, Mikrotabletten, Pasten, Flüssigkeiten). Bei den in den Figuren 1 und 2 beispielhaft dargestellten Verpackungsmaschinen 18 handelt es sich um Füll- und Verschließmaschinen für zweiteilige Kapseln. In den unteren Segmenten 21 sitzen in der Regel in jeder Stufenbohrung 23 zu befüllende Kapselunterteile a. An den Stationen 4 und 5 wird das Füllmaterial 19 zugeführt und in bekannter Weise in die entsprechenden Kapselunterteile a verbracht. Neben pulverformigem Füllmaterial wäre auch flüssiges Füllmaterial, beispielsweise für Arzneiampullen, denkbar. Am grundsätzlichen Prinzip der Sensoreinrichtung 16 ändert sich nicht. An der Station 6 erfolgt die Überprüfung des an den vorherigen Stationen 4, 5 zugeführten Füllmaterials 19. Erstrebenswert ist eine Nettogewichtsbestimmung, d. h. die Sensoreinrichtung 16 mit nachgeschalteter Messauswertung 41 liefert ein Maß für das im Behältnis 31 befindliche Füllmaterial 19, welches nach Möglichkeit nicht von dem Behältnis 31 selbst (Kapselunterteil a) verfälscht werden sollte.
Die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Verpackungsmaschinen 18 laufen hier im getakteten Betrieb, d. h. die Segmente 21 werden als Fördermittel zur jeweils nächsten Station 1 - 12 verbracht, verbleiben dort für einen bestimmten Bearbeitungstakt und werden anschließend zur nächsten Station 1 - 12 durch das Förderrad 20 gebracht. Das Messprinzip eignet sich auch für einen kontinuierlichen, d. h. ohne Standzeit fortlaufenden Betrieb, da der Messvorgang der zu beschreibenden Sensoreinrichtung 16 im Mikrosekundenbereich vonstatten geht.
Die mit Füllmaterial 19 als zu sensierendem Material befüllten Kapselunterteile a erreichen die Messstation 6. Röntgenquelle 33 und Detektor 37 sind nun so angeordnet, dass Röntgenstrahlung 35 durch das zugeordnete Behältnis 31 und zu sensierende
Füllmaterial 19 geschickt wird. Die ausgesendete Strahlung wird nur teilweise durch das im Behältnis 31 befindliche Füllmaterial 19 und den Boden des Behältnisses 31 absorbiert und gelangt durch eine Lochblende 38 auf den Detektor 37. Die vom Detektor 37 detektierte Strahlung N (Anzahl der ankommenden Röntgenquanten) im Verhältnis zu N0 (Anzahl der ankommenden Röntgenquanten, wenn kein Füllmaterial in der
Anordnung ist) ist ein Maß für die Masse des Füllmaterials 19 nach den folgenden Zusammenhängen:
__^= e-μ[E,Z]-p-d
mit p = Fülldichte d = Füllhöhe μ[E, Z] = Absorptionskoeffizient (energie- und materialspezifisch)
Das Produkt aus Füllhöhe d und Fülldichte p ergibt die Flächen-Masse m^ = p-d Die Masse m des im Behältnis befindlichen Füllmaterials lässt sich hieraus als Produkt der Flächenmasse mit der durchstrahlten Querschnittsfläche A bestimmen.
m = m^-A
Allerdings wird dieses Signal noch durch mehrere Effekte wie Streustrahlung und die nicht exakte Parallelität der Strahlung verfälscht. Die Masse der Behältnisse 31 verfälscht das Messergebnis im Wesentlichen durch den Boden. Dies kann jedoch durch eine entsprechende Referenzmessung eliminiert werden, die beispielsweise im Leerzustand für den jeweiligen Kapseltyp vorgenommen wird und der Messauswertung 41 zur entsprechenden Kompensation bekannt ist.
Die Sensoreinrichtung 16 besteht aus zumindest einer Röntgenquelle 33, üblicherweise jedoch aus vielen, parallel bzw. matrixförmig angeordneten Röntgenquellen 33, abhängig von der Geometrie der an der Verpackungsmaschine 18 als Fördermittel verwendeten Segmente 21. In der Regel ist für jede Bohrung 23 im Segment 21 eine separate Röntgenquelle 33 mit zugehörigem Detektor 37 vorgesehen. Die Ausbreitung der erzeugten Strahlung 35 wird durch das Gehäuse 34 so eingeschränkt, dass lediglich in Richtung des zu sensierenden Materials Strahlung 35 austritt. An bzw. in der Röntgenröhre angeordnete Fokussiermittel 30 beeinflussen den Quelldurchmesser der Strahlung 35. Als Fokussiermittel 30 kommen beispielsweise elektrische oder magnetische Linsen zum Einsatz, die durch die Fokussiereinstelleinrichtung 45 beeinflussbar sind. Dadurch lässt sich auch die Sensoreinrichtung 16 leicht an die unterschiedlichen Geometrien der zu verpackenden Produkte anpassen, die sich beispielsweise durch den Kapseldurchmesser unterscheiden. Auch ein möglicher unterschiedlicher Abstand zwischen Röntgenquelle 33 und Behältnis 31 bzw. Behälterträger 32 kann dadurch entsprechend angepasst werden. Im Strahlengang zwischen der Röntgenquelle 33 und dem Behälterträger 32 ist ein Strahlungsfilter 36 angeordnet, der das Spektrum der Röntgenstrahlung mit Blick auf einen optimalen Messbereich verändert. Der Strahlungsfilter 36 kann beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder sonstigen bekannten Materialien gewählt werden. Vorzugsweise ist der Strahlungsfilter 36 leicht austauschbar. Dadurch kann die Sensoreinrichtung 16 an unterschiedliche zu verpackende Produkte angepasst werden.
Weiterhin kann als strahlformendes Element eine Röntgenlinse 40, z. B. in Form einer Faserbündellinse, in den Strahlengang zwischen Röntgenquelle 33 und Strahlungsfϊlter 36 oder Behälterträger 32 eingebaut werden. Diese kann ebenfalls das Strahlungsspektrum beeinflussen und ermöglicht eine weitere Optimierung, insbesondere bei niedrigen Füllständen. Bei der Sensoreinrichtung 16 bzw. Röntgendurchstrahlungseinrichtung 29 gemäß Figur 3 trifft die Strahlung 35 über die offene Seite des Behältnisses 31 auf das zu sensierende Füllmaterial 19. Dies ist besonders vorteilhaft bei niedrigen Füllständen, da die Strahlung 35 auch dann noch nahezu den gesamten Querschnitt des Füllmaterials 19 umfasst. Bei der Anordnung gemäß Figur 4 gelangt die Strahlung 35 erst durch den Boden des Behältnisses 31 und durchdringt dann zumindest teilweise das Füllmaterial 19. Am prinzipiellen Messprinzip ändert sich jedoch nichts. In beiden Fällen kann eine Röntgenlinse 40 den Strahlengang optimieren.
Die U/I-Einstelleinrichtung 43 beeinflusst die Röhrenspannung und/oder den Röhrenstrom der Röntgenquelle 33. Die Einstellbarkeit optimiert den Arbeitspunkt der Sensoreinrichtung 16. Außerdem kann dadurch die Sensoreinrichtung 16 leicht an verschieden (bzgl. Füllhöhe, Konsistenz, Querschnitt) zu befüllende Produkte angepasst werden. So wird die Röhrenspannung U erhöht, wenn die erwartete Masse des Füllmaterials 19 zunimmt. Dadurch wird die Durchdringungsfähigkeit der Strahlung 35 erhöht. Mit einem flexiblen Röhrenstrom I wird eine variable Lichtstärke erzielt, um die Messergebnisse zu optimieren.
Als Detektoren 37 können Ionisationskammern, NaJ-Detektoren, Szintillatoren mit Photodioden, Szintillatoren mit Photomultiplier, Silizium-Photodioden mit und ohne Szintillatoren, Geigerzähler, Proportionalzähler oder CdTe-Detektoren eingesetzt werden. Vorteilhafterweise sind auch CCD- oder CMOS-Kameras mit und ohne Szintillatoren möglich. Dadurch kann das Absorptionsverhalten des Füllmaterials 19 zweidimensional abgebildet werden. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn beispielsweise in dem Füllmaterial 19 Fremdpartikel detektiert werden wie beispielsweise Eisenspäne, die von einer solchen Anordnung sicher erkannt werden. Gemäß Figur 1 sind Referenzelemente 26a bis 26k unterschiedlicher Dicke zwischen den benachbarten Segmenten 21 vorgesehen. Während das Segment 21 zur jeweils nächsten Bearbeitungsstation wechselt, erfasst die Sensoreinrichtung 16 die Dicke des jeweiligen Referenzelementes 26a bis 26k. Anhand bekannter Positionsdaten und bekanntem Absorptionsverhalten der Referenzelemente 26 nimmt die Messauswertung 41 eine
Referenzierung vor. So bildet die jeweilige Dicke der Referenzelemente 26a bis 26k bestimmte Massen des Füllmaterials 19 bei unterschiedlichen Produkten ab. Bei Abweichungen zwischen Referenzsignalen und Messsignalen des Füllmaterials 19 kann eine entsprechende Justierung in der Messauswertung oder die Generierung eines Fehlersignals vorgenommen werden. Anstelle der Referenzelemente 26, die zwischen den
Segmenten 21 angeordnet sind, wäre beispielsweise auch eine gefüllte Kapsel mit bekanntem Gewicht zur Referenzierung heranzuziehen. Um zur Referenzierung dem Detektor 37 Strahlung 35 mit demselben Strahlungskegel wie im aktuellen Messbetrieb zuzuführen, ist die Lochblende 38 vorgesehen. Zur weiteren Referenzierung kann optional auch ein Referenzdetektor 39 vorgesehen werden, der die seitlich von der
Röntgenquelle 33 austretende Strahlung erfasst und an die Auswerteeinrichtung 41 weitergibt. Die Referenzdetektoren 39 überwachen die Quellstärke der Röntgenquelle 33.
Für die Strahlenquelle sind auch Röhrencluster denkbar, die aus vielen einzelnen Röntgenröhren bestehen wie in Figur 4 angedeutet. Beispielsweise parallel verschaltete
Röntgenröhren sind zur Isolation in Vergussmasse 52 eingebettet. Anstelle von Vergussmasse 52 könnten die Röhren auch von Öl oder Schutzgas umschlossen sein.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Matrixröhre 50 ist in Figur 6 gezeigt. Wiederum exemplarisch sind zwei Röntgenröhren dargestellt mit den entsprechenden
Kathoden 54a, 54b und den optionalen Fokussierelektroden oder Spulen 55a, 55b. Diese Röntgenröhren sind in einem gemeinsamen Vakuum 56 angeordnet. Dadurch lassen sich solche Matrixröhren 50 kostengünstiger herstellen und der Bauraum reduzieren. Zwischen den Röhren können Feldsperren in Form von Gittern oder Blechen angebracht werden.
Die Sensoreinrichtung 16 kann nicht nur für die Ermittlung der Masse des Füllmaterials 19 verwendet werden, sondern auch für weitere Anwendungen wie beispielsweise die Erfassung bestimmter Parameter der Verpackungsmaschine 18. So lässt sich beispielsweise der Durchmesser der Bohrungen 23 ermitteln, was Rückschlüsse auf den zu befüllenden Kapseltyp zulässt. Der Bohrungsdurchmesser kann beispielsweise durch die Verpackungsmaschinensteuerung einer entsprechenden Parameterauswahl für das jeweilige zu befüllende Produkt verwendet werden. Als zu sensierendes Material ist somit der Behälterträger 32 anzusehen.
Gemäß Figur 7 ist die Sensoreinrichtung 16 zumindest überwiegend von einem Schutzgehäuse 60 umgeben und somit gegenüber der Verpackungsmaschine 18 gekapselt und damit abwaschbar. Über eine entsprechende Sensorik 66 lässt sich das Öffnen des Schutzgehäuses 60 detektieren. Das Ausgangssignal der Sensorik 66 wird einer Abschalteinrichtung 64 zugeführt, die die Sensoreinrichtung 16 abschaltet, damit die
Röntgenquelle 33 die Bedienperson nicht gefährdet. Beispielhaft ist in Figur 7 eine Tür 62 der Verpackungsmaschine 18 dargestellt als weitere Schutzeinrichtung. Wird diese Türe 62 geöffnet, wie von der Sensorik 66 detektiert, sorgt wiederum die Abschalteinrichtung 64 für die Unterbindung der Röntgenstrahlung.

Claims

Ansprüche
1. Sensorvorrichtung für eine Verpackungsmaschine, mit zumindest einem Fördermittel (21, 32) einer Verpackungsmaschine (18), das zumindest ein zu verpackendes und zu sensierendes Material (19) zu verschiedenen Stationen (1 - 12) der Verpackungsmaschine (18) bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Röntgenquelle (33) und ein
Detektor (37) vorgesehen sind zur Durchstrahlung des zwischen Röntgenquelle (33) und Detektor (37) befindlichen zu sensierenden Materials (19).
2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Fokussiermittel (30) vorgesehen sind, die die Fokussierung der in der Röntgenquelle (33) beschleunigten
Elektronen beeinflussen.
3. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Röntgenquelle (33) und Detektor (37) zumindest ein Strahlungsfilter (36) angeordnet ist.
4. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Röntgenquelle (33) und Detektor (37) zumindest eine Lochblende (38) angeordnet ist.
5. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Röntgenlinse (40) vorgesehen ist, die die Fokussierung der von der Röntgenquelle (33) ausgesendeten Strahlung (35) beeinflusst.
6. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Röntgenquelle (33) speisende Spannung durch eine Einstelleinrichtung (43) beeinflussbar ist.
7. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Referenzelement (26) vorgesehen ist, das sich zwischen Röntgenquelle (33) und Detektor (37) befindet.
8. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Referenzdetektor (39) vorgesehen ist, dessen
Ausgangssignal einer Messauswertung (41) zugeführt ist.
9. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Röntgenquellen (33) vorgesehen sind, die von einer gemeinsamen Vergussmasse (52) oder Öl umgeben sind.
10. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Röntgenquellen (33) vorgesehen sind, die in einem gemeinsamen Vakuum (56) angeordnet sind.
11. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schutzgehäuse (60) zumindest die Röntgenquelle (33) umgibt.
12. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgehäuse (60) als Strahlungsabschirmung wirkt.
13. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschalteinrichtung (64) vorgesehen ist, die beim Öffnen oder Entfernen des Schutzgehäuses (16) die Röntgenstrahlung abschaltet.
14. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Tür (62) der Verpackungsmaschine aus Röntgenstrahlen abschirmendem Material besteht.
15. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tür (62) mit einer Abschalteinrichtung (64) zusammenwirkt, die beim Öffnen der Tür (62) die Röntgenstrahlung abschaltet.
16. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermittel (21, 32) das zu sensierende Material (19) zwischen Röntgenquelle (33) und Detektor (37) befördert.
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