EP4153976A1 - Vorrichtung und verfahren zum inspizieren von verschlossenen behältnissen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum inspizieren von verschlossenen behältnissen

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Publication number
EP4153976A1
EP4153976A1 EP21748620.8A EP21748620A EP4153976A1 EP 4153976 A1 EP4153976 A1 EP 4153976A1 EP 21748620 A EP21748620 A EP 21748620A EP 4153976 A1 EP4153976 A1 EP 4153976A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
containers
image recording
marking
closure
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.)
Pending
Application number
EP21748620.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anton Niedermeier
Rainer Kwirandt
Stefan Piana
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.)
Krones AG
Original Assignee
Krones AG
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 Krones AG filed Critical Krones AG
Publication of EP4153976A1 publication Critical patent/EP4153976A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/90—Investigating the presence of flaws or contamination in a container or its contents
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/90—Investigating the presence of flaws or contamination in a container or its contents
    • G01N21/909—Investigating the presence of flaws or contamination in a container or its contents in opaque containers or opaque container parts, e.g. cans, tins, caps, labels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for inspecting closed containers. It is known in the prior art that containers are filled with a liquid and then sealed with closures. These closures are usually screwed onto the respective container.
  • the closure is usually applied directly after the filling process.
  • the container should then be sealed gas and liquid tight.
  • checking the closure for correct seating and thus implicitly checking the tightness of the sealing system represents an essential quality assurance measure.
  • Various methods and devices are known for the case of leaks between the opened screw closure and the container.
  • a cap seat check is carried out by means of a camera from the side using a transmitted light method.
  • the distance between the upper or lower side of the closure or the safety ring and the mouth of the container is measured, for example using a support ring for PET bottles.
  • two views offset by 90° or 3 views offset by 60° or 120° are usually used, as well as imaging through a telecentric lens.
  • a shutter-angle of rotation detection by means of a camera in the horizontal direction and using incident light illumination is also known.
  • This recognition uses image processing or optical sensors to search for the position of an angle-determining feature on the closure and a feature on the outside of a container that is usually transported in any rotational position, and thus monitors the decisive parameter distance between the two markings for the tightness of a closure.
  • the support ring at the lower end of the mouthpiece of a typical plastic still water bottle is increasingly being kept very small, so that it can hardly or no longer be seen from above under the closure. It is also known to completely save the support ring. Therefore, detection of the angle of rotation of the closure, in which the angular position of features on the closure and the support ring is viewed from above and evaluated, can no longer be used here.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a container closure check for containers which, on the one hand, works very precisely and, on the other hand, can also be used with containers which dispense with carrying rings or largely save on them.
  • a device according to the invention for treating containers has a transport device, which transports the containers along a predetermined transport path, and a filling device, which fills the containers with a free-flowing and in particular liquid medium, and a closing device, which attaches closures to the filled containers and in particular screwing these closures onto the containers. Furthermore, an inspection device is provided, which is arranged after the closing device in the transport direction of the containers, and which inspects the containers with the container closures arranged thereon, the inspection device having an illumination device which illuminates the container to be inspected and an image recording device which is suitable and intended for recording spatially resolved images of the containers.
  • the image recording device is at least also aligned with areas of the containers which are arranged in a longitudinal direction of the container below the container closures arranged on the containers, and a viewing direction of the viewing device encloses an angle of more than 20° with the longitudinal direction of the containers in such a way that that at least one marking applied to the container can be detected by the image recording device.
  • This angle thus designates the angle of the camera axis to the bottle axis or container axis.
  • an evaluation device which, from an image taken of the container provided with the marking, determines a relative rotational position of this container in relation to the container closure arranged on the container. In particular, a rotational position with respect to the longitudinal direction of the container is determined. From the rotational position it can in turn be determined whether the closure is properly arranged on the container.
  • the rotary position of the cap relative to the container is linked directly to the vertical position of the cap above the container mouth via the pitch of the thread. If the ideal height deviates from a specified amount, the tightness of the seal cannot be guaranteed and the container must be considered to be inadequately sealed.
  • the container closure preferably also has a marking which indicates the rotational position of the closure with respect to the longitudinal direction of the container.
  • the above-mentioned angle of the viewing device with respect to the longitudinal direction is particularly preferably greater than 30°, preferably greater than 40°, preferably greater than 50°, preferably greater than 60° and particularly preferably greater than 70° and preferably more than 73° (compared to the longitudinal direction).
  • a horizontal or almost horizontal angle (i.e. 90° compared to the longitudinal direction) of the Camera is beneficial for inspection.
  • An opening angle of the image recording device or of a lens is preferably selected in such a way that the closure is completely captured.
  • the optimum angle of view can vary. If the image recording device or camera z. B. 200 mm away, then a 28 mm shutter takes up an angle of view of 8 °.
  • closures are in particular closures screwed or screwed onto the container or the mouth.
  • closures are screwed onto an external thread of the container.
  • the containers are particularly preferably transparent or translucent.
  • the containers are preferably plastic or glass containers.
  • the lighting device has a large area.
  • the lighting device can emit both diffuse and directed radiation.
  • the lighting device can be arranged telecentrically.
  • the container or the area to be inspected is particularly preferably located between the lighting device and the image recording device. This means that the inspection is particularly preferably carried out using the transmitted light method.
  • the image recording device is particularly preferably directed at an unfilled area of the container, that is to say in particular at an area in which no liquid has yet been arranged inside the container.
  • the markings on the container are also advantageously arranged in a neck area of the container, for example below a support ring but above the normal liquid level, preferably directly below the support ring or closure in containers without a support ring, since this area is least stretched during the stretch blow molding process. This is usually the neck area of the container, which is directly below the mouth.
  • This area is particularly suitable for observing the markings attached to the container, since the image recording is not disturbed by the liquid inside the container and there is no medium or filling product in front of or behind the markings.
  • the marking can thus be recognized more reliably and in a significantly larger angular range around the container axis than at the level of the product due to its light refraction properties.
  • Said features or markings on the container can consist, for example, of clear structures applied one or more times next to one another and in particular vertical structures, ie structures running in the longitudinal direction of the container, which can be reliably recognized even under unfavorable conditions.
  • a preferred embodiment requires several views so that the features can be reliably recognized in at least one view.
  • the observation is a view from the side, a view from the side being understood here as a viewing direction of a camera essentially from a horizontal direction (with the container being in a substantially vertical longitudinal direction) with a predetermined elevation angle will.
  • Transmitted light or transmitted light observation is understood to mean that the containers are transparent or translucent and that appropriate lighting is fitted on the side of the observation area opposite the camera.
  • any disruptive structures that may be present on the rear wall can also be visible, measures can also be taken, such as observing the container from a slightly offset horizontal direction (see above). that the rear wall is displayed in a different height position in the camera image).
  • at least one marking applied to the container closure can be detected by the recording device. A relative rotational position between the closure and the container can be deduced from the detection of this marking on the closure and also the marking on the container.
  • the evaluation device therefore preferably determines the relative rotational position of this container in relation to the container closure which is arranged and in particular screwed on the container from an image recorded of the closure provided with the marking.
  • the device preferably has a processor device which, on the basis of the rotational position determined, determines whether the closure is correctly arranged on the container.
  • the evaluation device determines a rotational position of the closure relative to the container and for a processor device to determine from this rotational position whether the closure is properly arranged on the container.
  • limit values for the rotary position can be defined. If the rotational position determined is within these limit values, the container is considered to be properly closed, if the rotational position is outside these limit values or at least above one of these limit values, the container is considered defective.
  • the recognition can contain an ambiguity check. Should a closure have a thread which, for example, encompasses approximately or more than 180°, an ambiguity could arise, namely if the closure is screwed on too little by one or more complete revolution(s). In this case, the rotational position of the closure relative to the container could be within the allowed angular tolerance, but still not seal as required.
  • This case can preferably be recognized in a simple manner by a further image processing evaluation of the recorded camera image. The evaluation is carried out analogously and in combination with the cap seat check described above, for example as a two-stage process.
  • the device has an ejection device which ejects containers identified as defective and in particular containers identified as incorrectly closed.
  • the inspection or control is preferably carried out after the containers have been filled and sealed, where in the neck area of the containers water droplets often adhere both to the inner wall and to the outer wall. These are better recognizable in transmitted light. Therefore, preferably the features on the container are formed as distinct and multiple, i.e. duplicate or multiple, vertical structures. As described in more detail below, these can be arranged protruding (embossing) or recessed (debossing) both on the outer wall and advantageously on the inner wall.
  • the cross section of these structures preferably has clear edges for reasons of better visibility and can be, for example, rectangular, trapezoidal, particularly preferably triangular or sawtooth-shaped, since closely spaced edges and in particular sloping edges enable a particularly strong contrast in a camera image.
  • the horizontal width of the structures is in the range from 0.25 to 2.5 mm, preferably in the range from 0.5 to 1.5 mm and particularly preferably in the range from 0.75 to 1.25 mm.
  • the vertical extent of the markings is preferably greater than 1.0 mm, preferably greater than 2.0 mm, preferably greater than 2.5 mm and particularly preferably greater than 3.0 mm. This size has proven particularly advantageous as it is larger than the diameter of typical droplets.
  • a length extension of these markings is preferably less than 3 cm, preferably less than 2 cm, preferably less than 1 cm and preferably less than 8 mm.
  • the evaluation device is preferably suitable and intended for distinguishing between such structures or markings and water droplets.
  • a search algorithm can be provided, such as shape matching, which is particularly preferably optimized to identify the corresponding structure, especially in any rotational position.
  • the position of the structures could be detected and the angular position thus calculated using a deep neural network, for example CNN.
  • a deep neural network for example CNN.
  • This can be trained, for example, with a large number of annotated camera images (i.e. enriched with angular position information) so that it can determine the position angle from the position and appearance of the marking in the images at runtime.
  • the marking is usually located at an essentially fixed, defined height position, ie in the image the area in which the markings will be located is relatively strongly delimited, which also makes it easier to identify the respective structure.
  • the position of the mark is determined by the bottle manufacture:
  • the marks should be arranged in an area that does not change when the bottle is blown. It is possible for the determination of the structure to take into account both the distance between the two lines recorded in the image and its position within the image, if it is assumed that the imaging device is always essentially aligned with the longitudinal direction of the container.
  • the features on the container and/or the features on the container closure can be recognized with the same image acquisition unit.
  • the image capturing device or the image recording device therefore preferably records both an image of the closure and at the same time an image of said region of the container.
  • this image capturing unit can have a camera and lighting.
  • the device has a further lighting device, which is in particular on that side of the container is arranged, on which the image recording device is also arranged.
  • incident light illumination is (additionally) proposed, which in particular also serves to illuminate the container closure. This is particularly useful when the container closure is made of a non-transparent material, as is usually the case. If only one image recording device is used in this advantageous embodiment, this is preferably arranged at an angle of observation obliquely from above, so that both the container closure and the mouth region lying below the container closure can be detected.
  • a further image recording device which also records the rotational position of the closure using methods known from the prior art (CETIE).
  • CETIE the prior art
  • these two image recording devices it is possible for these two image recording devices to be synchronized with one another.
  • symmetrically multi-part, for example three-part threads are used on the container mouths. If the same number of alignment features, e.g. three, are attached to the container and the closure in a fixed angular relationship to the thread, the entire finish circumference does not have to be checked, but only the corresponding fraction, e.g. one third.
  • the angular range to be recorded can preferably be recorded with a single image recording device and special optics.
  • the image recording device therefore preferably has an optical device which allows an at least partial all-round view in order to capture this in one piece.
  • the angular range it would also be possible for the angular range to be composed of several individual views, with the partial views advantageously overlapping in order in this way to reliably capture the features in each angular position as a whole.
  • the multiple views can preferably be imaged via one or more image recording devices or cameras and/or via mirror systems, so that multiple individual views can also be recorded with an image recording device, or a separate camera can also be used for each individual view.
  • an image evaluation device which enables rectification of recorded images. This is advantageous because due to the perspective or oblique imaging and also the typical circular circumference of the containers and the closure, there is a highly non-linear relationship between the position of the feature in the camera image and the angular position relative to the container.
  • a viewing direction of the image recording device preferably encloses an angle of more than 3°, preferably more than 5°, preferably more than 7° and preferably more than 10° and preferably more than 12° with a direction perpendicular to the longitudinal direction of the container ° a.
  • a slightly oblique observation of the container is advantageous in order in this way to be able to eliminate reflections or optical artefacts originating from the rear wall of the container circumference.
  • the lighting device has a width (in particular in the circumferential direction of the containers to be inspected) that is selected in such a way that it appears only slightly wider than the closure in a recorded image.
  • the width can be less than a cross section of the illuminated container.
  • the containers usually have a base body have a cross section that is larger than the cross section in the neck or mouth area.
  • the lamp width is advantageously narrow and slightly wider than the shutter in the picture.
  • the vertical marks darken well and the position can be determined on the complete shutter. If the lighting device, such as a lamp, is narrower at the sides, the contrast of the vertical cam flanks or the markings becomes better.
  • a tall, narrow lamp is used, that is, a lamp that is long in the longitudinal direction of the container and comparatively short in the direction perpendicular thereto.
  • the narrow design favors the visibility of the markings on the containers.
  • the comparatively large length in the longitudinal direction or the large height is favorable for suppressing horizontal thickening.
  • the present invention is also directed to an inspection device for inspecting filled containers with container closures arranged thereon.
  • This inspection device has a transport device which transports the containers along a predetermined transport path. Furthermore, the inspection device has an illumination device, which illuminates the containers to be inspected, and an image recording device, which is suitable and intended for recording spatially resolved images of the containers.
  • the image recording device is also aligned at least on areas of the containers which are arranged in a longitudinal direction of the containers below the container closures arranged on the containers, and a viewing direction of the image recording device encloses an angle of more than 20° with the longitudinal direction of the containers, such that that at least one marking applied to the containers can be detected by the image recording device.
  • the device has an evaluation device which determines a relative rotational position of this container with respect to the container closure arranged on the container from an image of the container provided with the marking or from an image taken of this container.
  • this determines a relative position of the container closure in relation to the container, in order in this way to conclude that a closing process has taken place.
  • the present invention is also directed to an inspection arrangement for inspecting filled containers with container closures arranged thereon, which has an inspection device of the type described above, and a container to be inspected, wherein the container closure arranged on the container has at least one first optically perceptible marking, and the container has at least one second optically perceptible marking below the container mouth.
  • both markings can preferably be detected with the same image recording device.
  • Said second marking is preferably arranged in a neck area of the container.
  • the present invention is also directed to a method for inspecting filled containers with container closures screwed onto them, with a transport device transporting the containers along a predetermined transport path and an inspection device using an illumination device to illuminate the containers to be inspected and an image recording device to record at least one spatially resolved image of the containers .
  • the image recording device is also aligned at least with areas of the container which are arranged in a longitudinal direction of the container below the container closures arranged on the containers and a viewing direction of the image recording device closes an angle of more than 20° with the longitudinal direction of the containers in such a way that at least one marking attached to the container is detected by the image recording device.
  • an evaluation device uses at least one recorded image of the container provided with the marking to determine a relative rotational position of this container in relation to the container closure arranged on the container.
  • the evaluation device or another unit emits at least one signal which is characteristic of whether the container is a correctly closed container or an incorrectly closed container acts.
  • containers which are identified as faulty are ejected from a production flow.
  • a discharge unit can be arranged downstream of the inspection device, which enables individual containers to be discharged from the production flow.
  • the relative rotational position of this container in relation to the container closure arranged on the container is determined by means of a neural network, in particular an appropriately trained neural network.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an inspection device according to the invention
  • Fig. 3 is a representation of an inspection device according to the invention in a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention.
  • a filling device 4 which fills containers, for example PET or glass containers, with a liquid. These filled containers are then closed by means of a closing device 5, this closing device 5 applying closures to the containers and, in particular, screwing them on.
  • the reference number 2 denotes, roughly diagrammatically, a transport device which transports the containers 10 between the individual treatment stations.
  • Reference number 6 designates an inspection device which inspects the containers and in particular their closure area in order to determine a rotational position between the closures and the containers.
  • the inspection device 6 has an evaluation device 60 which evaluates recorded camera images.
  • the reference symbol T designates the transport path of the plastic containers.
  • the reference number 8 designates a separation device which is suitable and intended for separating containers from the transport path T, for example diverting them onto a reject path T1. This separating device is preferably also controlled by the control and evaluation device 60 and, in particular, rejects those containers which have been identified as incorrectly sealed.
  • FIG. 2 shows an illustration to illustrate the invention.
  • an illumination device 62 is provided which illuminates the container closures.
  • the reference number 10 denotes the container and the reference number 10a denotes a closure attached to the container.
  • the reference character L designates a longitudinal direction of the container. It can be seen that a marking 22 is attached to both the closure 10a and a marking 24 to the container 10, more precisely in the mouth area of the container.
  • an image recording device 64 the relative position between the marking 22 and the marking 24 (more precisely the relative rotational positions with respect to the longitudinal direction L) are determined. It is possible that only one camera is sufficient to record these images.
  • FIG. 1 shows an illustration to illustrate the invention.
  • the image recording device looks at the container in an exactly horizontal direction or at an angle ⁇ of 90° with respect to the longitudinal direction of the container.
  • the image recording device views the container obliquely from above, preferably at an angle to the longitudinal direction of the container of between 70° and 80°, preferably between 72° and 78° and particularly preferably around 75°.
  • Figure 3 shows an illustration in which two image recording devices 64 and two lighting devices 62 are provided, which are however arranged at an angle to one another with respect to the longitudinal direction of the container in order to be independent of the respective position of the markings on the closure 10a or on the container 10 to be able to determine the respective markings.
  • an additional lighting device to be provided which also illuminates the container closure, with this lighting device preferably being arranged on the side of the image recording device 64 (not shown) in order to illuminate the container closure in incident light.
  • FIG. 4 shows a detailed representation of the container 10 with the closure 10a arranged on it.
  • the reference number 10b denotes a carrying ring of the container and the reference number 10c denotes the neck or mouth area of the container. It can be seen that here the marking 24 is arranged in the form of two vertical lines directly on the neck area below the carrying ring.
  • containers often have thickenings below this support ring 10b, because this is where the transition area between the cooled mouth and the heated preformed body is. These thickenings partially direct the horizontal line of sight into a dark cover, making it difficult to identify the marking 24 . As mentioned above, this can be remedied by viewing at an angle from above. Despite the light refractions at the thickening, it is easier to look under the cover.
  • a further improvement can be achieved if the lighting device (shown only in broken lines here) is laterally narrower, because then the contrast of the vertical cams 24 is improved.
  • Optimal is a high narrow lamp, with the narrow design serves for the visibility of the cams, and the height of the lamp for the suppression of the horizontal thickening.
  • flanks with angles of 30° to 60°, with the counter-flank preferably directly adjoining (triangular prism).

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Abstract

Vorrichtung zum Behandeln von Behältnissen mit einer Inspektionseinrichtung (6), welche die die Behältnisse mit den daran angeordneten Behältnisverschlüssen inspiziert, wobei die Inspektionseinrichtung (6) eine Beleuchtungseinrichtung (62) aufweist, welche die zu inspizierenden Behältnisse (10) beleuchtet sowie eine Bildaufnahmeeinrichtung (64) welche zur Aufnahme ortsaufgelöster Bilder der Behältnisse (10) geeignet und bestimmt ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (62) zumindest auch auf Bereiche der Behältnisse (10) ausgerichtet ist, welche in einer Längsrichtung (L) des Behältnisse unterhalb der an den Behältnissen (10) angeordneten Behältnisverschlüsse angeordnet sind und dass weiterhin eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche aus wenigstens einem von dem mit der Markierung versehenen Behältnis aufgenommenen Bild eine relative Drehstellung dieses Behältnisses gegenüber dem an dem Behältnis angeordneten Behältnisverschluss ermittelt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Inspizieren von verschlossenen Behältnissen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Inspizieren von verschlossenen Behältnissen. Im Stand der Technik ist es bekannt, dass Behältnisse mit einer Flüssigkeit befüllt und anschließend mit Verschlüssen verschlossen werden. Dabei werden diese Verschlüsse üblicherweise auf das jeweilige Behältnis aufgeschraubt.
Nach dem Abfüllen von Getränken in Flaschen aus Glas oder Kunststoff wird üblicherweise direkt im Anschluss an den Füllvorgang der Verschluss aufgebracht. Im Fall von aufgebrachten Schraubverschlüssen, meist aus Kunststoff, sollte das Behältnis danach Gas- und Flüssigkeitsdicht verschlossen sein.
Falls der Behältnisverschluss nicht ordnungsgemäß abdichtet, kann dies erhebliche negative Folgen haben. So kann es beispielsweise zu einer Verkeimung durch von außen eindringende Keime und dadurch zu gesundheitlichen Risiken für den Konsumenten kommen. Daneben kann es auch zu einem Druckverlust von Kohlendioxid und dadurch zu einer Beeinträchtigung des Geschmackserlebnisses kommen.
Daneben kann es auch zu einem Druckverlust von vorher in flüssiger Form eingetropftem Stickstoff und durch die mangelnde Stabilität des Kunststoffbehältnisses auch zu einer Beeinträchtigung der Stapelbarkeit auf einer Palette kommen. Daneben kann es auch zu einer Beeinträchtigung des Geschmacks aufgrund von Produktdegradation durch eingedrungenen Sauerstoff kommen. Diese Effekte können letztlich auch für den Produzenten zu einem Reputations- oder Schadenersatzrisiko führen.
Daher stellt die Kontrolle des Verschlusses auf richtigen Sitz und damit implizit die Dichtigkeitskontrolle des Dichtsystems eine wesentliche Qualitätssicherungsmaßnahme dar. Für den Fall von Undichtigkeiten zwischen dem aufgedrehten Schraubverschluss und dem Behältnis sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt.
So ist es beispielsweise bekannt, dass eine Verschlusssitzkontrolle mittels einer Kamera von der Seite in einem Durchlichtverfahren erfolgt. Dabei erfolgt eine Messung des Abstandes der Verschlussober- oder Unterseite bzw. des Sicherungsrings zur Mündung des Behältnisses, beispielsweise anhand eines Tragrings bei PET-Flaschen. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit werden dabei üblicherweise zwei Ansichten um 90° versetzt bzw. 3 Ansichten um 60° oder 120° versetzt verwendet, sowie üblicherweise auch die Abbildung durch ein telezentrisches Objektiv.
Daneben ist eine Verschlusswölbungskontrolle mittels induktiven oder optischen Abstandsraster von oben bei karbonisierten oder abgekühlten Produkten bekannt. Aus der Verschlusswölbung wird auf den Innendruck und damit indirekt auch auf die Dichtigkeit zurückgeschlossen.
Daneben ist auch eine Verschluss-Drehwinkel-Erkennung mittels einer Kamera von oben insbesondere mit Auswertung des Ausrichtwinkels zwischen dem Behältnis und dem Verschluss bekannt. Diese Erkennung sucht mit Mitteln der Bildverarbeitung nach der Position eines winkelbestimmenden Merkmals am Verschluss und auch eines Merkmals am meist in beliebiger Drehlage transportierten Behältnis. Typischerweise befindet sich dieses Merkmal an einem Tragring und überwacht damit den maßgeblichen Parameter des Aufdrehwinkels für die Dichtheit eines Verschlusses.
Daneben ist auch eine Verschluss - Drehwinkel-Erkennung mittels einer Kamera in horizontaler Richtung und unter Verwendung einer Auflichtbeleuchtung bekannt. Diese Erkennung sucht mit den Mitteln der Bildverarbeitung oder optischen Sensorik nach der Position eines winkelbestimmenden Merkmals am Verschluss und eines Merkmals auf der Außenseite eines meist in beliebiger Drehlage transportierten Behälters, und überwacht damit den maßgeblichen Parameter Abstand der beiden Markierungen für die Dichtheit eines Verschlusses.
Vor allem bei Stillwasserflaschen aus Kunststoffen wie PET werden sehr flache und dünnwandige Schraubverschlüsse angebracht, um den Materialeinsatz so gering wie möglich zu halten. Bei solchen Verschlüssen reicht die Genauigkeit der Messung des Verschlusssitzes von der Seite oder eine Wölbungskontrolle nicht mehr aus, um die Dichtheit zu garantieren. In diesen Fällen ist eine Kontrolle des Aufdrehwinkels, also des Ausrichtwinkels des Verschlusses relativ zum Behältnis mit einer engen Winkeltoleranz von wenigen Grad nötig.
Ebenfalls aus Ressourcen- und Kostengründen ist der Tragring am unteren Ende des Mundstücks einer typischen Kunststoffstillwasserflasche in zunehmendem Maß sehr klein gehalten, sodass er von oben unter dem Verschluss kaum oder nicht mehr wahrgenommen werden kann. Auch ist es bekannt, den Tragring vollständig einzusparen. Daher kann hier eine Verschluss-Drehwinkel-Erkennung, bei der die Winkelposition von Merkmalen am Verschluss und am Tragring von oben betrachtet und ausgewertet wird, nicht mehr angewandt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Behältnisverschlusskontrolle für Behältnisse zur Verfügung zu stellen, die einerseits sehr genau arbeitet, und die andererseits auch bei Behältnissen anwendbar ist, welche auf Tragringe verzichten oder diese weitgehend einsparen.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln von Behältnissen weist eine Transporteinrichtung auf, welche die Behältnisse entlang eines vorgegebenen Transportpfads transportiert, sowie eine Fülleinrichtung, welche die Behältnisse mit einem fließfähigen und insbesondere flüssigen Medium befüllt sowie eine Verschließeinrichtung, welche an den be- füllten Behältnissen Verschlüsse anbringt und insbesondere diese Verschlüsse an die Behältnisse anschraubt. Weiterhin ist eine Inspektionsreinrichtung vorgesehen, die in der Transportrichtung der Behältnisse nach der Verschließeinrichtung angeordnet ist, und welche die Behältnisse mit den daran angeordneten Behältnisverschlüssen inspiziert, wobei die Inspektionseinrichtung eine Beleuchtungseinrichtung aufweist, welche das zu inspizierende Behältnis beleuchtet sowie eine Bildaufnahmeeinrichtung, welche zur Aufnahme ortsaufgelöster Bilder der Behältnisse geeignet und bestimmt ist.
Erfindungsgemäß ist die Bildaufnahmeeinrichtung zumindest auch auf Bereiche der Behältnisse ausgerichtet, welche in einer Längsrichtung des Behältnisses unterhalb der an den Behältnissen angeordneten Behältnisverschlüssen angeordnet sind, und eine Blickrichtung der Blickaufnahmeeinrichtung schließt mit der Längsrichtung der Behältnisse einen Winkel von mehr als 20° ein, derart, dass wenigstens eine an dem Behältnis angebrachte Markierung durch die Bildaufnahmeeinrichtung erfassbar ist. Damit bezeichnet dieser Winkel den der Winkel der Kameraachse zur Flaschenachse bzw. Behältnisachse.
Weiterhin ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, welche aus einem von dem mit der Markierung versehenen Behältnis aufgenommenen Bild eine relative Drehstellung dieses Behältnisses gegenüber dem an dem Behältnis angeordneten Behältnisverschluss ermittelt. Insbesondere wird dabei eine Drehstellung bezüglich der Längsrichtung des Behältnisses ermittelt. Aus der Drehstellung kann wiederum ermittelt werden, ob der Verschluss ordnungsgemäß an dem Behältnis angeordnet ist.
Die Drehstellung des Verschlusses gegenüber dem Behältnis ist bei Schraubverschlüssen über die Gewindesteigung direkt mit der Höhenposition des Verschlusses über der Behältnismündung verknüpft. Weicht die ideale Höhenposition über ein vorgegebenes Maß hinaus ab, kann die Verschlussdichtigkeit nicht gewährleistet werden und der Behälter muss als mangelhaft verschlossen betrachtet werden.
Es wird damit vorgeschlagen, dass eine Drehstellung des Behältnisverschlusses ermittelt wird, um so auf den Verschlusszustand zu schließen. Bevorzugt weist auch der Behältnisverschluss eine Markierung auf, welche auf die Drehstellung des Verschlusses bezüglich Längsrichtung des Behältnisses schließen lässt. Besonders bevorzugt ist der oben besagte Winkel der Blickaufnahmeeinrichtung bezüglich der Längsrichtung größer als 30°, bevorzugt größer als 40°, bevorzugt größer als 50°, bevorzugt größer als 60° und besonders bevorzugt größer als 70° und bevorzugt von mehr als 73° (gegenüber der Längsrichtung). Ein horizontaler oder annähernd horizontaler Winkel (also 90° gegenüber der Längsrichtung) der Kamera ist für die Inspektion vorteilhaft.
Bevorzugt wird ein Öffnungswinkel der Bildaufnahmeeinrichtung bzw. eines Objektivs derart gewählt, dass der Verschluss vollständig erfasst wird. Je nach Objektiv und Kameraentfernung kann der optimale Bildwinkel unterschiedlich gewählt sein. Wenn die Bildaufnahmeeinrichtung bzw. Kamera z. B. 200 mm entfernt ist, dann nimmt ein 28 mm Verschluss einen Bildwinkel von 8° ein.
Wie oben erwähnt, handelt es sich bei den Verschlüssen insbesondere um an das Behältnis bzw. an die Mündung angeschraubte bzw. aufgeschraubte Verschlüsse. Insbesondere sind die Verschlüsse dabei auf ein Außengewinde des Behältnisses aufgeschraubt.
Besonders bevorzugt sind die Behältnisse transparent oder transluzent. Bevorzugt handelt es sich bei den Behältnissen um Kunststoff- oder Glasbehältnisse.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beleuchtungseinrichtung großflächig ausgebildet. Dabei kann die Beleuchtungseinrichtung sowohl diffuse als auch gerichtete Strahlung ausgeben. Daneben kann die Beleuchtungseinrichtung telezentrisch angeordnet sein. Daneben ist es auch möglich, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Strahlung ausgibt, welch flächig mit aufgebracht kontrastierenden Strukturen ausgebildet ist. In diesem Fall kann das Behältnis gegenüber einer kontrastreichen Oberfläche abgebildet sein.
Besonders bevorzugt befindet sich das Behältnis bzw. der zu inspizierende Bereich zwischen der Beleuchtungseinrichtung und der Bildaufnahmeeinrichtung. Dies bedeutet, dass die Inspektion besonders bevorzugt im Durchlichtverfahren erfolgt. Besonders bevorzugt ist die Bildaufnahmeeinrichtung auf einen unbefüllten Bereich des Behältnisses gerichtet, das heißt insbesondere auf einen Bereich, in dem im Inneren des Behältnisses noch keine Flüssigkeit angeordnet ist. Auch die Markierungen des Behältnisses sind vorteilhaft in einem Halsbereich des Behältnisses angeordnet, als beispielsweise unterhalb eines Tragrings aber oberhalb des normalen Flüssigkeitsspiegels, bevorzugt direkt unterhalb des Tragrings bzw. Verschlusses bei tragringlosen Behältnissen, da dieser Bereich beim Streckblasvorgang am wenigsten stark verstreckt wird. Dabei handelt es sich üblicherweise um den Halsbereich des Behältnisses, der direkt unterhalb der Mündung liegt. Dieser Bereich ist für eine Beobachtung der an dem Behältnis angebrachten Markierungen besonders geeignet, da die Bildaufnahme nicht durch die im Inneren des Behältnisses befindliche Flüssigkeit gestört wird bzw. sich kein Medium bzw. Füllprodukt vor oder hinter den Markierungen befindet. Damit kann die Markierung sicherer und in einem wesentlich größeren Winkelbereich um die Behälterachse erkannt werden als auf Höhe des Produkts wegen dessen Lichtbrechungseigenschaft.
Dies gilt insbesondere auch für wenig transparente Flüssigkeiten. Es wird daher vorgeschlagen, dass ein winkelbestimmendes Merkmal an dem Behältnis nicht von oben, sondern von der Seite her und insbesondere im Durchlicht erkannt wird.
Dabei können die besagten Merkmale bzw. Markierungen an dem Behältnis beispielsweise aus einfach oder auch mehrfach nebeneinander angebrachten deutlichen Strukturen und insbesondere vertikalen, das heißt in der Längsrichtung des Behältnisses verlaufenden Strukturen bestehen, die auch unter ungünstigen Bedingungen sicher erkannt werden können. Um die Merkmale dabei bevorzugt an jeder Winkelposition sicher erfassen zu können, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform mehrere Ansichten erforderlich, sodass die Merkmale in mindestens einer Ansicht sicher zu erkennen sind.
Bei der Beobachtung handelt es sich, wie oben erwähnt, um eine Ansicht von der Seite, wobei unter einer Ansicht von der Seite hier eine Blickrichtung einer Kamera im Wesentlichen aus einer horizontalen Richtung (bei im Wesentlichen vertikaler Längsrichtung des Behältnisses) mit einem vorgegebenen Elevationswinkel verstanden wird.
Unter einem Durchlicht oder einer Durchlichtbeobachtung wird verstanden, dass die Behältnisse transparent oder transluzent sind, und dass auf der der Kamera gegenüberliegenden Seite des Beobachtungsbereichs eine entsprechende Beleuchtung angebracht ist.
Da im Durchlicht - vor allem bei horizontalen Betrachtungswinkel - neben den Strukturen an der Vorderwand auch gegebenenfalls vorhandene störende Strukturen an der Hinterwand sichtbar sein können, können auch Maßnahmen ergriffen werden, wie etwa eine Beobachtung des Behältnisses aus leicht gegenüber der horizontalen versetzten schrägen Richtung (so dass die Hinterwand im Kamerabild in einer anderen Höhenposition abgebildet wird). Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine an dem Behältnisverschluss angebrachte Markierung durch die Aufnahmeeinrichtung erfassbar. Aus der Erfassung dieser Markierung an dem Verschluss und auch der Markierung an dem Behältnis kann auf eine Relativdrehstellung zwischen dem Verschluss und dem Behältnis geschlossen werden.
Bevorzugt ermittelt daher die Auswerteeinrichtung aus einem von dem mit der Markierung versehenen Verschluss aufgenommenen Bild die relative Drehstellung dieses Behältnisses gegenüber dem an dem Behältnis angeordneten und insbesondere angeschraubten Behältnisverschluss. Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Prozessoreinrichtung auf, welche auf Basis der ermittelten Drehstellung bestimmt, ob der Verschluss ordnungsgemäß an dem Behältnis angeordnet ist.
Dabei ist es möglich, dass die Auswerteeinrichtung eine Drehstellung des Verschlusses gegenüber dem Behältnis ermittelt und eine Prozessoreinrichtung aus dieser Drehstellung ermittelt, ob der Verschluss ordnungsgemäß an dem Behältnis angeordnet ist. So können etwa Grenzwerte für die Drehstellung definiert sein. Falls die ermittelte Drehstellung innerhalb dieser Grenzwerte liegt, wird das Behältnis als ordnungsgemäß verschlossen angesehen, falls die Drehstellung außerhalb dieser Grenzwerte oder zumindest oberhalb eines dieser Grenzwerte liegt, wird das Behältnis als fehlerhaft angesehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann die Erkennung eine Mehrdeutigkeitskontrolle beinhalten. Sollte ein Verschluss einen Gewindegang aufweisen, der beispielsweise annähernd oder mehr als 180° umfasst, könnte eine Mehrdeutigkeit entstehen, nämlich dann, wenn der Verschluss um eine oder mehrere ganze Umdrehung(en) zu wenig weit aufgeschraubt ist. In diesem Fall könnte die Drehstellung des Verschlusses relativ zum Behältnis innerhalb der erlaubten Winkeltoleranz liegen, aber dennoch nicht wie erforderlich abdichten. Dieser Fall kann bevorzugt auf einfache Weise durch eine weitere Bildverarbeitungs-Auswertung des aufgenommenen Kamerabilds erkannt werden. Die Auswertung erfolgt analog und in Kombination der oben beschriebenen Verschlusssitzkontrolle als beispielsweise zweistufiges Verfahren. Da es sich hier aber in diesem Fall um sehr grobe Hochsitzer handelt, ist hier beispielsweise nur eine einfache und damit robuste Höhenauswertung mit nur einer Kamera, Kameraansicht oder z. B. externen Höhensensor ausreichend. Diese Mehrdeutigkeitserkennung ist jedoch nicht auf eine einfache Erkennung limitiert, sondern kann Anforderungen zur Erkennung von Verschlusshochsitz größer 0,5 mm genügen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Ausschleuseeinrichtung auf, welche als fehlerhaft erkannte Behältnisse und insbesondere als fehlerhaft verschlossen erkannte Behältnisse ausschleust.
Daneben wäre es auch denkbar, die jeweilige Optik auf die Vorderwand des Behältnisses scharf zu stellen, damit eventuell an der Hinterwand angeordnete Strukturen nicht in der Schärfe aufgelöst werden (und daher die Hinterwand keine scharfen Strukturen liefert) und deutlich wird, wo die eigentliche Markierung zu finden ist.
Bevorzugt erfolgt die Inspektion bzw. Kontrolle, wie oben erwähnt, nach dem Füllen und Verschließen der Behältnisse, wo im Halsbereich der Behältnisse häufig Wassertröpfchen sowohl an der Innenwandung als auch an der Außenwandung anhaften. Diese sind im Durchlicht besser erkennbar. Daher werden bevorzugt die Merkmale an dem Behälter als deutlich ausgeprägte und mehrfache, das heißt doppelte oder mehrfache vorhandene vertikale Strukturen ausgebildet. Diese können dabei wie unten genauer beschrieben sowohl an der Außenwand als auch vorteilhaft an der Innenwand hervorstehend (Embossing) angeordnet sein, bzw. ausgespart (Debossing).
Bevorzugt weist der Querschnitt dieser Strukturen aus Gründen der besseren Erkennbarkeit klare Kanten auf und kann beispielsweise rechteckig, trapezförmig, besonders bevorzugt dreieckig oder sägezahnförmig sein, da eng beieinander liegende Kanten und insbesondere schräge Kanten einen besonders starken Kontrast in einem Kamerabild ermöglichen.
Die horizontale Breite der Strukturen liegt im Bereich von 0,25 bis 2,5 mm, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1 ,5 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 0,75 bis 1 ,25 mm,
Die vertikale Ausdehnung der Markierungen ist bevorzugt größer als 1 ,0 mm, bevorzugt größer als 2,0 mm, bevorzugt größer als 2,5 mm und besonders bevorzugt größer als 3,0 mm. Diese Größe hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da sie oberhalb des Durchmessers typischer Tröpfchen liegt. Bevorzugt ist eine Längenausdehnung dieser Markierungen kleiner als 3 cm, bevorzugt kleiner als 2 cm, bevorzugt kleiner als 1 cm und bevorzugt kleiner als 8 mm.
Bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung dazu geeignet und bestimmt, derartige Strukturen oder Markierungen und Wassertröpfchen zu unterscheiden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Suchalgorithmus vorgesehen sein, wie beispielsweise Shape Matching, der besonders bevorzugt dahingehend optimiert ist, die entsprechende Struktur insbesondere auch in einer beliebigen Drehlage zu erkennen.
Alternativ oder zusätzlich könnte die Erkennung der Lage der Strukturen und damit die Berechnung der Winkelposition auch über ein tiefes neuronales Netz, beispielsweise CNN erfolgen. Dieses kann dabei beispielsweise mit einer Vielzahl annotierter (also mit Winkelpositionsinformationen angereicherten) Kamerabildern trainiert werden, damit es zur Laufzeit den Positionswinkel aus der Position und Aussehen der Markierung in den Bildern bestimmen kann.
Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Markierung üblicherweise auf einer im Wesentlichen fest definierten Höhenposition liegt, das heißt in dem Bild ist letztlich der Bereich, in dem sich die Markierungen befinden wird, relativ stark eingegrenzt, was auch die Erkennung der jeweiligen Struktur erleichtert.
Die Markenposition ist durch die Flaschenherstellung vorgegeben: Die Markierungen sollten in einem Bereich angeordnet sein, der sich durch das Flaschenblasen nicht verändert. Dabei ist es möglich, dass zur Ermittlung der Struktur sowohl der in dem Bild erfasste Abstand der beiden Linien berücksichtigt wird als auch dessen Position innerhalb des Bildes, wenn davon ausgegangen wird, dass die Bildeinrichtung stets im Wesentlichen auf die Längsrichtung des Behältnisses ausgerichtet ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Merkmale auf dem Behältnis und/oder die Merkmale auf dem Behältnisverschluss mit der gleichen Bilderfassungseinheit erkennbar. Bevorzugt nimmt daher die Bilderfassungseinrichtung bzw. die Bildaufnahmeeinrichtung sowohl ein Bild von dem Verschluss als auch gleichzeitig ein Bild von dem besagten Bereich des Behältnisses auf.
Diese Bilderfassungseinheit kann dabei, wie oben erwähnt, eine Kamera sowie eine Beleuchtung aufweisen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine weitere Beleuchtungseinrichtung auf, welche insbesondere auf derjenigen Seite des Behältnisses angeordnet ist, auf der auch die Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung wird (zusätzlich) eine Auflichtbeleuchtung vorgeschlagen, die insbesondere auch zur Beleuchtung des Behältnisverschlusses dient. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn der Behältnisverschluss aus einem nicht transparenten Material ausgebildet ist, wie dies üblicherweise der Fall ist. Falls in dieser vorteilhaften Ausführungsform lediglich eine Bildaufnahmeeinrichtung eingesetzt wird, ist diese vorzugsweise in einem Beobachtungswinkel schräg von oben angeordnet, damit sowohl der Behältnisverschluss als auch der unterhalb des Behältnisverschlusses liegende Mündungsbereich erfassbar ist.
Alternativ wäre es jedoch auch möglich, dass eine weitere Bildaufnahmeeinrichtung vorgesehen ist, welche die Drehlage des Verschlusses auch mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren (CETIE) erfasst. Dabei ist es möglich, dass diese beiden Bildaufnahmeeinrichtungen aufeinander synchronisiert sind. Oftmals werden an den Behältnismündungen symmetrisch mehrteilige beispielsweise dreiteilige Gewinde zum Einsatz kommen. Wenn dann die Ausrichtmerkmale in der gleichen Vielzähligkeit, also zum Beispiel drei, in fester Winkelbeziehung zum Gewinde an dem Behälter und an dem Verschluss angebracht werden, muss nicht der gesamte Mündungsumfang kontrolliert werden, sondern nur der entsprechende Bruchteil, also zum Beispiel ein Drittel.
Gegebenenfalls sollte etwas mehr von dem Umfang abgebildet werden, um das Merkmal auch am Rand dieses Fassungsbereichs eindeutig erkennen zu können. Im Beispiel wären dies 120°, also beispielsweise ein Drittel des Gesamtumfangs +10°, um das Merkmal bzw. die Markierung auch an der Randposition sicher als Ganzes erfassen zu können. Dies würde erlauben, dass die Behältnisse an einer Transporteinrichtung, beispielsweise an einem ein- bahnigen Transporteur, mit beliebigen Abständen an einer Erfassungseinheit vorbeitransportiert werden, ohne dass dabei die Erfassungseinrichtung bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung auf gleicher Höhe wie die Mündungen der Behältnisse den Behälterstrom behindern würde.
Bevorzugt kann der zu erfassende Winkelbereich mit einer einzigen Bildaufnahmeeinrichtung und einer speziellen Optik aufgenommen werden. Bevorzugt weist also die Bildaufnahmeeinrichtung eine optische Einrichtung auf, welche eine zumindest teilweise Rundumansicht erlaubt, um diese in einem Stück zu erfassen. Daneben wäre es auch möglich, dass der Winkelbereich aus mehreren einzelnen Ansichten zusammengesetzt ist bzw. wird, wobei sich die Teilansichten vorteilhaft überlappen, um auf diese Weise die Merkmale in jeder Winkelposition sicher als Ganzes zu erfassen. Bevorzugt können die mehreren Ansichten über eine oder mehrere Bildaufnahmeeinrichtungen bzw. Kameras und/oder über Spiegelsysteme abgebildet werden, sodass mit einer Bildaufnahmeeinrichtung auch mehrere Einzelansichten erfasst werden können oder für jede Einzelansicht kann auch eine eigene Kamera eingesetzt werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Bildauswerteeinrichtung vorgesehen, welche eine Entzerrung von aufgenommenen Bildern ermöglicht. Dies ist vorteilhaft, da aufgrund der perspektivisch bzw. schrägen Abbildung und auch des typischen kreisrunden Umfangs der Behältnisse und dem Verschluss ein stark nicht linearer Zusammenhang zwischen der Position des Merkmals im Kamerabild und der Winkelposition relativ zu dem Behältnis besteht.
Bevorzugt schließt eine Blickrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung mit einer zu der Längsrichtung des Behältnisses senkrecht stehenden Richtung einen Winkel von mehr als 3°, bevorzugt von mehr als 5°, bevorzugt von mehr als 7° und bevorzugt von mehr als 10° und bevorzugt von mehr als 12° ein. Wie oben erwähnt, ist eine leicht schräge Beobachtung des Behältnisses vorteilhaft, um auf diese Weise Reflexionen bzw. optische Artefakte, die von Rückwand des Behältnisumfangs stammen, eliminieren zu können.
Diese Artefakte von der Rückwand sind allerdings eher sekundär, weil sie bei großer Abbildung unscharf sind. Störende Artefakte kommen bevorzugt von der Vorderwand: Unterhalb des Tragerings entstehen umlaufende horizontale Wülste, die wie Zylinderlinsen wirken. Wenn man horizontal in diese Wülste blickt, wird die Blickrichtung nach oben und unten abgelenkt. Eine Ablenkung nach unten ist weniger kritisch aber bei Ablenkung nach oben blickt man in den Deckel und damit ist die Markierung nicht wahrnehmbar.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Beleuchtungseinrichtung eine Breite (insbesondere in der Umfangsrichtung der zu inspizierenden Behältnisse) auf, die derart gewählt ist, dass sie in einem aufgenommenen Bild nur geringfügig breiter als der Verschluss erscheint. So kann die Breite geringer sein als ein Querschnitt des beleuchteten Behältnisses. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Behältnisse üblicherweise einen Grundkörper mit einem Querschnitt aufweisen, der größer ist als der Querschnitt im Hals oder Mündungsbereich.
Die Lampenbreite ist vorteilhaft schmal und etwas breiter als der Verschluss im Bild. So dunkeln die vertikalen Marken gut ab und am kompletten Verschluss kann die Position bestimmt werden. Wenn die Beleuchtungseinrichtung, wie eine Lampe, seitlich schmäler ist, wird der Kontrast der vertikalen Nockenflanken bzw. der Markierungen besser. Besonders bevorzugt wird eine hohe schmale Beleuchtungseinrichtung bzw. Lampe verwendet, das heißt, eine Beleuchtungseinrichtung, die lang in der Längsrichtung des Behältnisses ist, und vergleichsweise kurz in der hierzu senkrechten Richtung. Die schmale Ausgestaltung bevorzugt die Sichtbarkeit der Markierungen an den Behältnissen. Die vergleichsweise große Länge in der Längsrichtung bzw. die große Höhe ist günstig zur Unterdrückung von horizontalen Verdickungen.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Inspektionsreinrichtung zum Inspizieren von gefüllten Behältnissen mit daran angeordneten Behältnisverschlüssen gerichtet. Diese Inspektionseinrichtung weist eine Transporteinrichtung auf, welche die Behältnisse entlang eines vorgegebenen Transportpfades transportiert. Weiterhin weist die Inspektionseinrichtung eine Beleuchtungseinrichtung auf, welche die inspizierenden Behältnis beleuchtet, sowie eine Bildaufnahmeeinrichtung, welche zur Aufnahme ortsaufgelöster Bilder der Behältnisse geeignet und bestimmt ist.
Erfindungsgemäß ist die Bildaufnahmeeinrichtung zumindest auch auf Bereiche der Behältnisse ausgerichtet, welche in einer Längsrichtung der Behältnisse unterhalb der an den Behältnissen angeordneten Behältnissverschlüssen angeordnet ist, und eine Blickrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung schließt mit der Längsrichtung der Behältnisse einen Winkel von mehr als 20° ein, derart, dass wenigstens eine an den Behältnissen angebrachte Markierung durch die Bildaufnahmeeinrichtung erfassbar ist.
Weiterhin weist die Vorrichtung eine Auswerteinrichtung auf, welche aus einem von dem mit der Markierung versehenen Behältnis bzw. aus einem von diesem Behältnis aufgenommenen Bild eine relative Drehstellung dieses Behältnisses gegenüber dem an dem Behältnis angeordneten Behältnisverschluss ermittelt. Es wird damit auch hinsichtlich der Inspektionseinrichtung vorgeschlagen, dass diese eine Relativstellung des Behältnisverschlusses gegenüber dem Behältnis ermittelt, um auf diese Weise auch auf einen Verschließvorgang zu schließen.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auch auf eine Inspektionsanordnung zum Inspizieren von gefüllten Behältnissen mit daran angeordneten Behältnisverschlüssen gerichtet, welche eine Inspektionsreinrichtung der oben beschriebenen Art aufweist, sowie ein zu inspizierendes Behältnis wobei der an dem Behältnis angeordnete Behältnisverschluss wenigstens eine erste optische wahrnehmbare Markierung aufweist, und das Behältnis unterhalb der Behältnismündung wenigstens eine zweite optisch wahrnehmbare Markierung aufweist. Wie oben erwähnt sind bevorzugt beide Markierungen mit der gleichen Bildaufnahmeeinrichtung erfassbar. Bevorzugt ist die besagte zweite Markierung in einem Halsbereich des Behältnisses angeordnet.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Inspizieren von gefüllten Behältnissen mit daran angeschraubten Behältnisverschlüssen gerichtet, wobei eine Transporteinrichtung die Behältnisse entlang eines vorgegebenen Transportpfades transportiert und eine Inspektionseinrichtung mittels einer Beleuchtungseinrichtung die zu inspizierenden Behältnisse beleuchtet und eine Bildaufnahmeeinrichtung wenigstens ein ortsaufgelöstes Bild der Behältnisse aufnimmt.
Erfindungsgemäß ist die Bildaufnahmeeinrichtung zumindest auch auf Bereiche des Behältnisses ausgerichtet, welche in einer Längsrichtung des Behältnisses unterhalb der an den Behältnissen angeordneten Behältnisverschlüsse angeordnet ist und eine Blickrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung schließt mit der Längsrichtung der Behältnisse einen Winkel von mehr als 20° derart, dass wenigstens eine an dem Behältnis angebrachte Markierung durch die Bildaufnahmeeinrichtung erfasst wird. Weiterhin ermittelt eine Auswerteeinrichtung aus wenigstens einem aufgenommenen Bild von dem mit der Markierung versehenen Behältnis eine relative Drehstellung dieses Behältnisses gegenüber dem an dem Behältnis angeordneten Behältnisverschluss.
Bei einem bevorzugten Verfahren gibt die Auswerteeinrichtung oder eine andere Einheit wenigstens ein Signal aus, welches dafür charakteristisch ist, ob es sich bei dem Behältnis um ein korrekt verschlossenes Behältnis oder um ein fehlerhaft verschlossenes Behältnis handelt. Besonders bevorzugt werden Behältnisse, welche als fehlerhaft erkannt werden, aus einem Produktionsstrom ausgeschleust. Zu diesem Zweck kann stromabwärts zur Inspektionseinrichtung eine Ausschleuseeinheit angeordnet sein, welche ein Ausschleusen einzelner Behältnisse aus dem Produktionsstrom ermöglicht.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren erfolgt die Ermittlung der relativen Drehstellung dieses Behältnisses gegenüber dem an dem Behältnis angeordneten Behältnisverschluss mittels eines neuronalen Netzes, insbesondere eines entsprechend trainierten neuronalen Netzes.
Weiterhin ermöglichen statistische Auswertungen der gemessenen Drehstellungen Aussagen über die Qualität des Verschließvorgangs. So kann z. B. aus Mittelwert und Standardabweichung der Drehstellungswinkel bezogen auf die einzelnen Verschließerköpfe im Sinne des predictive maintenance auf sinnvollerweise anstehende Wartungsaufgaben am Verschließer hingewiesen werden. Ein stärker abweichender Mittelwert deutet bevorzugt auf eine nötige Justage eines Verschließerkopfs hin, während eine zu große Standardabweichung oder zunehmende Ausreißer einen Verschleiß und möglicherweise nötigen Austausch eines solchen Kopfs nahelegt. Die Justage des Verschließerkopfs kann auch automatisiert in einer geschlossenen Regelungsschleife erfolgen, wenn der aktuelle stationsbezogene Mittelwert über geeignete Schnittstellen an die Steuerung des Verschließers übermittelt wird und dieser per Regelalgorithmus z. B. das Verschließdrehmoment oder den Zielwinkel nachführt.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung;
Fig. 3 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung in einer
Ansicht von oben; und Fig. 4 eine teilweise Darstellung eines zu inspizierenden Behältnisses.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei ist zunächst eine Fülleinrichtung 4 vorgesehen, welche Behältnisse, beispielsweise PET- oder Glasbehältnisse mit einer Flüssigkeit befüllt. Anschließend werden diese befüllten Behältnisse mittels einer Verschließeinrichtung 5 verschlossen, wobei diese Verschließeinrichtung 5 auf die Behältnisse Verschlüsse aufbringt und insbesondere aufschraubt. Das Bezugszeichen 2 kennzeichnet grobschematisch eine Transporteinrichtung, welche die Behältnisse 10 zwischen den einzelnen Behandlungsstationen transportiert.
Das Bezugszeichen 6 kennzeichnet eine Inspektionseinrichtung, welche die Behältnisse und insbesondere deren Verschlussbereich inspiziert, um so eine Drehstellung zwischen den Verschlüssen und den Behältnissen zu ermitteln. Zu diesem Zweck weist die Inspektionseinrichtung 6 eine Auswerteeinrichtung 60 auf, welche aufgenommene Kamerabilder auswertet.
Das Bezugszeichen T kennzeichnet den Transportpfad der Kunststoffbehältnisse. Das Bezugszeichen 8 kennzeichnet eine Aussonderungseinrichtung, welche dazu geeignet und bestimmt ist, Behältnisse von dem Transportpfad T auszusondern, beispielsweise auf einen Ausleitepfad T1 auszuleiten. Bevorzugt wird diese Aussonderungseinrichtung auch von der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 60 angesteuert und leitet insbesondere diejenigen Behältnisse aus, die als fehlerhaft verschlossen erkannt wurden.
Figur 2 zeigt eine Darstellung zu Veranschaulichung der Erfindung. Dabei ist eine Beleuchtungseinrichtung 62 vorgesehen, welche die Behältnisverschlüsse beleuchtet. Das Bezugszeichen 10 kennzeichnet das Behältnis und das Bezugszeichen 10a einen an dem Behältnis angebrachten Verschluss. Das Bezugszeichen L kennzeichnet eine Längsrichtung des Behältnisses. Man erkennt, dass sowohl an dem Verschluss 10a eine Markierung 22 angebracht ist, als auch an dem Behältnis 10, genauer gesagt im Mündungsbereich des Behältnisses eine Markierung 24. Mittels einer Bildaufnahmeeinrichtung 64 kann die Relativposition zwischen der Markierung 22 und der Markierung 24 (genauer gesagt die relativen Drehstellungen bezüglich der Längsrichtung L) festgestellt werden. Dabei ist es möglich, dass lediglich eine Kamera genügt, um diese Bilder aufzunehmen. In Figur 2 blickt die Bildaufnahmeeinrichtung in genau horizontaler Richtung auf das Behältnis bzw. in einem Winkel a von 90° gegenüber der Längsrichtung des Behältnisses. Vorteilhaft blickt jedoch die Bildaufnahmeeinrichtung schräg von oben auf das Behältnis als bevorzugt unter einem Winkel gegenüber der Längsrichtung des Behältnisses, der zwischen 70° und 80°, bevorzugt zwischen 72° und 78° und besonders bevorzugt bei ca. 75° liegt.
Figur 3 zeigt eine Darstellung, bei der zwei Bildaufnahmeeinrichtungen 64 und auch zwei Beleuchtungseinrichtungen 62 vorgesehen sind, die jedoch bezüglich der Längsrichtung des Behältnisses in einem Winkel zueinander angeordnet sind, um unabhängig von der jeweiligen Position der Markierungen an dem Verschluss 10a bzw. an dem Behältnis 10 die jeweiligen Markierungen feststellen zu können. Es wäre jedoch auch möglich und bevorzugt, dass eine zusätzliche Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, welche auch den Behältnisverschluss beleuchtet, wobei diese Beleuchtungseinrichtung bevorzugt auf der Seite der Bildaufnahmeeinrichtung 64 angeordnet ist (nicht gezeigt), um so den Behältnisverschluss im Auflicht zu beleuchten.
Figur 4 zeigt eine Detaildarstellung des Behältnisses 10 mit dem daran angeordneten Verschluss 10a. Dabei kennzeichnet das Bezugszeichen 10b einen Tragring des Behältnisses und das Bezugszeichen 10c den Hals oder Mündungsbereich des Behältnisses. Man erkennt, dass hier die Markierung 24 in Form zweier vertikaler Linien direkt an dem Halsbereich unterhalb des Tragrings angeordnet ist.
Wie oben erwähnt, weisen Behältnisse oft unterhalb dieses Tragrings 10b Verdickungen auf, weil hier der Übergangsbereich zwischen der gekühlten Mündung und dem geheizten Pre- formkörper ist. Diese Verdickungen lenken die horizontale Blickrichtung teilweise in einen dunklen Deckel, wodurch die Erkennung der Markierung 24 erschwert wird. Wie oben erwähnt, kann dies durch einen Betrachtungswinkel von schräg oben behoben werden. Dabei wird trotz der Lichtbrechungen an den Verdickungen besser unter dem Deckel hindurchgeschaut.
Eine weitere Verbesserung kann erreicht werden, wenn die Beleuchtungseinrichtung (hier nur gestrichelt dargestellt) seitlich schmäler ist, weil dann der Kontrast der vertikalen Nocken 24 verbessert wird. Optimal ist eine hohe schmale Lampe, wobei die schmale Ausgestaltung für die Sichtbarkeit der Nocken dient, und die Höhe der Lampe für die Unterdrückung der horizontalen Verdickungen.
Auf diese Weise sind Abdunklungen nur schmal und können bei ungeeigneten Drehwinkeln fast verschwinden. Aus diesem Grund sollten entsprechend breite, insbesondere schräge Flanken gewählt werden, also Flanken mit Winkeln 30° bis 60°, wobei sich die Gegenflanke bevorzugt unmittelbar anschließt (Dreiecksprisma).
Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Figuren auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Figur beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Figur vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombination mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Figuren gezeigter Merkmale ergeben können.

Claims

Vorrichtung und Verfahren zum Inspizieren von verschlossenen Behältnissen Patentansprüche
1 . Vorrichtung zum Behandeln von Behältnissen mit einer Transporteinrichtung (2), welche die Behältnisse entlang eines vorgegebenen Transportpfads transportiert, mit einer Fülleinrichtung (4), welche die Behältnisse mit einem Medium befüllt, und mit einer Verschließeinrichtung (5), welche an den befüllten Behältnissen (10) Verschlüsse (10a) anbringt, und mit einer Inspektionseinrichtung (6), die in der Transportrichtung der Behältnisse nach der Verschließeinrichtung (5) angeordnet ist, und welche die die Behältnisse mit den daran angeordneten Behältnisverschlüssen inspiziert, wobei die Inspektionseinrichtung (6) eine Beleuchtungseinrichtung (62) aufweist, welche die zu inspizierenden Behältnisse (10) beleuchtet sowie eine Bildaufnahmeeinrichtung (64) welche zur Aufnahme ortsaufgelöster Bilder der Behältnisse (10) geeignet und bestimmt ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (64) zumindest auch auf Bereiche der Behältnisse (10) ausgerichtet ist, welche in einer Längsrichtung (L) des Behältnisse unterhalb der an den Behältnissen (10) angeordneten Behältnisverschlüsse angeordnet sind und eine Blickrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung mit der Längsrichtung der Behältnisse (10) einen Winkel (a) von mehr als 20°einschließt, derart, dass wenigstens eine an dem Behältnis angebrachte Markierung (24) durch die Bildaufnahmeeinrichtung (64) erfassbar ist und dass weiterhin eine Auswerteeinrichtung (60) vorgesehen ist, welche aus wenigstens einem von dem mit der Markierung versehenen Behältnis aufgenommenen Bild eine relative Drehstellung dieses Behältnisses gegenüber dem an dem Behältnis angeordneten Behältnisverschluss ermittelt.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das inspizierende Behältnis (10) zwischen der Beleuchtungseinrichtung (62) und der Bildaufnahmeeinrichtung (64) angeordnet sind.
3. Vorrichtung (1 ) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch wenigstens eine an dem Verschluss angeordnete Markierung (22) durch die Bildaufnahmeeinrichtung (24) erfassbar ist.
4. Vorrichtung (1 ) nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (60) aus einem von dem mit der Markierung (22) versehenen Verschluss aufgenommenen Bild die relative Drehstellung dieses Behältnisses (10) gegenüber dem an dem Behältnis (10) angeordneten Behältnisverschluss (10a) ermittelt.
5. Vorrichtung (1 ) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Inspektionseinrichtung (6) eine Auswerteeinrichtung (60) aufweist, welche dazu geeignet und bestimmt ist, eine Drehstellung der an dem Behältnis (10) angeordneten Markierung aus dem von dem Behältnis (10) aufgenommenen Bild zu ermitteln.
6. Vorrichtung (1 ) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blickrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung einer zu der Längsrichtung der Behältnisse (10) senkrecht stehenden Richtung einen Winkel (a) von mehr als 3° bevorzugt mehr als 5°, bevorzugt mehr als 7° und bevorzugt mehr als 10° einschließt.
7. Vorrichtung (1 ) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Breite aufweist, die derart gewählt ist, dass sie in einem aufgenommenen Bild nur geringfügig breiter als der Verschluss erscheint.
8. Inspektionseinrichtung (6) zum Inspizieren von gefüllten Behältnissen mit daran angeordneten Behältnisverschlüssen mit einer Transporteinrichtung (2), welche die Behältnisse entlang eines vorgegebenen Transportpfads transportiert wobei die Inspektionseinrichtung (6) eine Beleuchtungseinrichtung (62) aufweist, welche die zu inspizierenden Behältnisse (10) beleuchtet sowie eine Bildaufnahmeeinrichtung (64) welche zur Aufnahme ortsaufgelöster Bilder der Behältnisse (10) geeignet und bestimmt ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (62) zumindest auch auf Bereiche der Behältnisse (10) ausgerichtet ist, welche in einer Längsrichtung (L) der Behältnisse unterhalb der an den Behältnissen (10) angeordneten Behältnisverschlüsse angeordnet sind und eine Blickrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung mit der Längsrichtung der Behältnisse (10) einen Winkel (a) von mehr als 20° einschließt, derart, dass wenigstens eine an den Behältnissen angebrachte Markierung (M) durch die Bildaufnahmeeinrichtung (64) erfassbar ist und das weiterhin eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche aus einem von dem mit der Markierung versehenen Behältnis aufgenommenen Bild eine relative Drehstellung dieses Behältnisses gegenüber dem an dem Behältnis angeordneten Behältnisverschluss ermittelt. Inspektionsanordnung zum Inspizieren von gefüllten Behältnissen mit daran angeordneten Behältnisverschlüssen mit einer Inspektionseinrichtung (6) nach Anspruch 8 und wenigstens einem zu inspizierenden Behältnis (10), wobei der an dem Behältnis (10) angeordnete Behältnisverschluss (10a) eine erste optisch wahrnehmbare Markierung (22) aufweist und das Behältnis (24) unterhalb einer Behältnismündung eine zweite optisch wahrnehmbare Markierung aufweist. Verfahren zum Inspizieren von gefüllten Behältnissen mit daran angeschraubten Behältnisverschlüssen, wobei eine Transporteinrichtung (2), die Behältnisse entlang eines vorgegebenen Transportpfads transportiert und eine Inspektionseinrichtung (6) mittels einer Beleuchtungseinrichtung (62) die zu inspizierenden Behältnisse (10) beleuchtet und eine Bildaufnahmeeinrichtung (64) ortsaufgelöste Bilder der Behältnisse (10) aufnimmt. dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (62) zumindest auch auf Bereiche des Behältnisses (10) ausgerichtet ist, welche in einer Längsrichtung (L) des Behältnisses unterhalb der an den Behältnissen (10) angeordneten Behältnisverschlüsse angeordnet sind und eine Blickrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung mit der Längsrichtung der Behältnisse (10) einen Winkel von mehr als 20° einschließt, derart, dass wenigstens eine an den Behältnissen angebrachte Markierung (M) durch die Bildaufnahmeeinrichtung (64) - 21 erfasst wird und dass weiterhin eine Auswerteeinrichtung aus wenigstens einem aufgenommenen Bild von dem mit der Markierung versehenen Behältnis eine relative Drehstellung dieses Behältnisses gegenüber dem an dem Behältnis angeordneten Behältnisverschluss ermittelt. Verfahren zum Inspizieren von gefüllten Behältnissen mit daran angeschraubten Behältnisverschlüssen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der relativen Drehstellung dieses Behältnisses gegenüber dem an dem Behältnis angeordneten Behältnisverschluss mittels eines entsprechend trainierten neuronalen Netzes erfolgt. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels statistischer Auswertungen der gemessenen Drehstellungen Aussagen über die Qualität des Verschließvorgangs getroffen werden.
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