EP4356116A1 - Verfahren und vorrichtung zur vollbehälterinspektion - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur vollbehälterinspektion

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Publication number
EP4356116A1
EP4356116A1 EP22732233.6A EP22732233A EP4356116A1 EP 4356116 A1 EP4356116 A1 EP 4356116A1 EP 22732233 A EP22732233 A EP 22732233A EP 4356116 A1 EP4356116 A1 EP 4356116A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
radiation
detection device
designed
recording
Prior art date
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Pending
Application number
EP22732233.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Heuft
Jörg Nonnen
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.)
Heuft Systemtechnik GmbH
Original Assignee
Heuft Systemtechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Heuft Systemtechnik GmbH filed Critical Heuft Systemtechnik GmbH
Publication of EP4356116A1 publication Critical patent/EP4356116A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
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    • G01N21/90—Investigating the presence of flaws or contamination in a container or its contents
    • G01N21/9018—Dirt detection in containers
    • G01N21/9027—Dirt detection in containers in containers after filling
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    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • G01N2021/8845—Multiple wavelengths of illumination or detection

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for inspecting filled containers for foreign bodies, comprising a planar illumination device, a detection device and an evaluation device, the detection device being aligned at an acute angle to the horizontal on the bottom area of the container to be inspected.
  • the present invention is intended in particular for use in automatic filling systems in the beverage, food and pharmaceutical industries, in which containers are transported at high speeds of up to 90,000 bottles per hour.
  • the containers are here performed on transport devices, which usually include a umlau Fendes conveyor belt or a circulating link chain.
  • the invention is intended for the inspection of filled containers.
  • filled containers are checked for possible contamination or foreign objects after filling.
  • Typical foreign bodies are glass splinters that have arisen during previous container treatment steps, for example during cleaning, during filling or during the sealing process, and have been introduced into the container. Such glass splinters can only be identified inadequately using conventional methods.
  • the casks must be lifted off the transport equipment for inspection, in particular for base inspection, so that the cask base can be recorded in terms of radiation. This requires additional devices that complicate the overall structure of the inspection device.
  • a method for inspecting filled containers for foreign bodies comprising the provision of a planar illumination device that is designed to emit radiation that shines through a container to be inspected, the provision of a detection device that is designed to detect the radiation, which was emitted by the illumination device and has irradiated the container and to create a recording of the container on the basis of the detected radiation, as well as the provision of an evaluation device which is designed to evaluate the recording made by the detection device.
  • the detection device is aimed at the bottom area of the container to be inspected at an acute angle relative to the horizontal. A foreign object on the bottom of the container is recognized as a local disturbance in the image recording.
  • a filled transparent container has the optical effect of a cylindrical lens.
  • Light that is visible in the transmitted light image of a filled container and has illuminated the entire cross-section of the container originates from a relatively small area around the focal point or focal line of the container's cylindrical lens.
  • a comparatively narrow illumination optics with a high luminous intensity can therefore be used.
  • the lighting device is projected onto the camera through the filled bottle as a cylindrical lens. Since the lighting device has a smaller width than the container to be examined or than the diameter of the container to be examined, it is simultaneously avoided that interfering light passes directly past the bottle and directly into the detection device. Disturbing reflections from neighboring containers also do not occur. This achieves a significantly higher signal-to-noise ratio between the useful light through the bottle and the disturbing incident or reflected light.
  • the present invention can be used to inspect containers made of any transparent material.
  • the present method is particularly suitable for inspecting glass containers such as clear glass bottles, colored glass bottles and transparent plastic containers such as PET bottles.
  • the flat lighting device preferably has a width that is smaller than the width or the diameter of the container to be examined.
  • the width of the lighting device can advantageously be adapted to the respective inspection task.
  • Bottles typically used in the beverage industry are cylindrical in shape and have a diameter of between about 5 and 15 cm.
  • containers used in the pharmaceutical industry can be significantly smaller and have diameters of between approximately 1 and 3 cm.
  • the planar illumination device can therefore preferably have a width of less than 4 cm, preferably less than 2 cm and particularly preferably less than 1 cm.
  • the flat lighting device can preferably have a width of 10 to 90% of the diameter of the container to be examined.
  • the flat lighting device can preferably have a width of 20 to 80% of the diameter of the container to be examined.
  • the flat lighting device can preferably have a width of 30 to 70% of the diameter of the container to be examined.
  • the diameter is understood to be the dimension that has the smallest dimensions. If the lighting device has a width less than the diameter of the containers so defined, this ensures that no light can get past the container directly into the detection device.
  • the height of the lighting device can also advantageously be adapted to the respective inspection task.
  • the height of the planar lighting device can be selected so that it roughly corresponds to the height of the containers to be examined.
  • the flat lighting device can have a height of less than 30 cm, preferably less than 25 cm and particularly preferably less than 15 cm.
  • the height and/or width of the emission surface of the lighting device is preferably adjustable and can be adapted to the respective container size.
  • a screen can be provided which delimits the radiating surface of the lighting device.
  • Such a screen can be designed to be adjustable by motor, so that the screen is automatically adapted to the size of the container to be inspected, for example when the inspection device is initialized.
  • the lighting device is preferably set up to emit electromagnetic radiation.
  • the lighting device is also preferably set up to emit light in the visible range.
  • the lighting device can also be designed to emit UV or infrared light or a combination thereof. Infrared radiation can be used to advantage with colored containers, particularly brown glass bottles.
  • the lighting device can be in the form of a flat lighting means which emits essentially monochromatic, for example white, visible light.
  • the planar lighting device can also have a large number of individual radiation sources. These radiation sources can be LEDs, LCDs or OLEDs. In this case, the individual radiation sources of the lighting device can then also be controlled as a function of the container shape, so that the size of the radiating surface of the lighting device can be varied in this way.
  • the inspection accuracy can be further increased if you use a lighting device that has lighting areas with different radiation characteristics.
  • the lighting device can be designed to generate color-coded lighting. Color-coded lighting means that the lighting has any geometric color pattern. Glass splinters or glass chips cause light refraction. This refraction of light changes the local hue in the image recorded by the detection device. In cases in which the total reflection alone only leads to relatively small intensity changes in the image recording, local changes in the hue can still indicate foreign bodies or defects on the bottom of the container.
  • the color-coded illumination can be, for example, a stripe pattern consisting of a plurality of horizontal illumination strips arranged one above the other, the illumination strips each emitting light of a different colour.
  • the light hits the bottom of the container at different angles, is totally reflected there and deflected into the detection device.
  • a splinter of glass from the glass chip on the bottom of the container disrupts the total reflection and causes light refraction, which changes the color composition of the radiation detected by the detection device. This hue-changing property enables the detection of such defects on the bottom of the container that would otherwise not be detectable solely through differences in contrast and transparency in the image recording.
  • a color film can be provided in the beam path between the lighting device and the container to be examined to produce color-coded lighting.
  • the color film then has a corresponding colored pattern, as a result of which the individual lighting areas are formed.
  • the color-coded lighting can be designed to be particularly flexible if the planar lighting device has a large number of individual radiation sources such as the LEDs or OLEDs already mentioned above.
  • the lighting device consists of multicolored LEDs and UV LEDs
  • a predetermined color-coded lighting can be set via software parameterization.
  • any color pattern can be set.
  • a diffuser can be used to achieve soft color gradients between the individual lighting areas. This can further increase the sensitivity of the device.
  • the lighting device can also be formed by a beamer or a projector.
  • a beamer has the advantage that any color pattern can be specified by the software.
  • color patterns can be used in a targeted manner that are specially adapted to specific container shapes.
  • special patterns can thus be used.
  • Such patterns can then be particularly suitable, for example, for inspecting individual bottles with certain embossings.
  • the lighting areas do not necessarily have to be designed to emit different colors. Alternatively or additionally, the lighting areas can also differ in terms of other emission characteristics. In addition to the emitted color, the different illumination areas can also differ from one another with regard to the polarization, the intensity and/or the phase of the emitted light.
  • the color coding is only given here as an example for these emission characteristics and is described in more detail.
  • the lighting device can be operated in a pulsed manner and controlled in such a way that the radiation pulses are only emitted when a container to be examined is located in front of the lighting device.
  • the lighting device can also be operated continuously.
  • the detection device is preferably a commercially available color camera, in particular a semiconductor camera. Infrared and UV cameras can also be used. In order to avoid or reduce motion blur, shutter cameras with short shutter speeds can be used. This is particularly advantageous when the lighting device is operated continuously.
  • the detection device preferably detects an image of each container to be examined. In this way, a high inspection speed can be guaranteed. Alternatively, the detection device can detect multiple images of each container to be examined.
  • the recordings can can be detected, for example with a time delay of 100 ps to 1000 ps, preferably about 300 ps.
  • the time-delayed recordings are preferably detected as a function of the transport speed of the containers to be examined. Since three-dimensional container structures such as decorative elements produce light scattering, time-delayed recordings can make it easier to identify the local color contrast that occurs in the area of decorative elements. It is also conceivable to provide a plurality of detection devices which are each designed to detect at least one recording of the container to be examined. The detection devices are preferably arranged in such a way that they can take pictures of the container to be examined from different directions.
  • the lighting device can be controlled between the different pictures, so that the lighting between the pictures can be modified.
  • An individual color pattern can thus be generated for each recording.
  • the colors emitted by the illumination areas can be changed.
  • the shape of the lighting areas can be varied.
  • vertical, strip-shaped illumination areas could be used in a first recording, while horizontal, strip-shaped illumination areas are used in a second recording.
  • a color image of the container is usually created with the camera in the RGB color space.
  • the evaluation device is advantageously designed to convert the recording made by the detection device of the container to be examined into a recording in the FISV or FISL color space.
  • the FISV color space results in a color value recording or color value Fl, a fill value recording or fill value V or L and a saturation recording or saturation S.
  • the fill value recording corresponds to the recording of a conventional inspection device with a monochromatic radiation source and allows conclusions to be drawn about local brightness contrasts.
  • the color value signal Fl can also be used for further evaluation be used.
  • foreign bodies should also show local disturbances in the color contrast.
  • the evaluation device detects the presence of a three-dimensional foreign body such as a glass splinter in this area.
  • the saturation S can also be used to assess the significance of the color contrast signal.
  • the special evaluation device can also be used to identify structures such as glass chips that cause essentially no or only a low local brightness contrast but cause a local color contrast.
  • Glass chips can be an indication of glass splinters in the container. Such containers should therefore not be put on the market. As a rule, such glass chips cannot be detected with conventional methods.
  • Suitable filter and classification methods are used for image evaluation.
  • a 360° inspection of containers can also be implemented.
  • two inspection stations arranged one behind the other can be provided.
  • the containers, which are already conveyed on a transport device, are fed to these two inspection stations one after the other.
  • the containers are turned by 90° between the inspection stations during transport. As a result, the containers are inspected in two mutually orthogonal alignments.
  • the evaluation device can control the sorting out of containers depending on the inspection result.
  • Containers in which a foreign body or a piece of broken glass has been detected on the bottom of the container are preferably sorted out of the filling process by a ejection device
  • the invention also relates to a device for foreign body inspection of filled containers, comprising:
  • a planar illumination device wherein the illumination device is designed to emit radiation that shines through a container to be examined, - a detection device, which is designed to detect the radiation which was emitted by the illumination device and has penetrated the container and based on the detected radiation to create a recording of the container, and
  • an evaluation device that is designed to evaluate the recording made by the detection device, with the detection device being aligned at an acute angle to the florizontal on the bottom area of the container to be inspected, and with a foreign body located on the bottom of the container as a local disturbance in the image recording is detected.
  • FIG. 1 top view of an inspection device according to the invention
  • FIG. 2 side view of an inspection device according to the invention
  • FIG. 3 beam path in a filled glass bottle
  • FIG. 4 beam path in an empty glass bottle
  • FIG. 5 beam path in a filled glass bottle with a cuboid glass foreign body
  • FIG. 6 beam path in a filled glass bottle with a spherical foreign body of its own glass
  • FIG. 7 Color image of a container bottom with glass splinters.
  • FIG. 1 shows the inspection device according to the invention in a plan view.
  • containers 10 such as glass bottles are examined for foreign bodies.
  • the containers 10 are transported through the inspection device on a transport device 12 .
  • a planar illumination device 14 and a detection device 16 are provided for identifying the foreign bodies.
  • the radiation generated by the planar illumination device 14 is imaged in the detection device 16 by the filled container 10, which acts like a cylindrical lens. Since the lighting device 14 is narrower than the diameter of the container age 10, only such radiation is imaged in the detection device 16, which has passed through the container 10.
  • the planar lighting device 14 is designed to generate color-coded lighting.
  • the illumination device 14 is segmented horizontally and has a stripe pattern.
  • the stripe pattern consists of strip-shaped illumination areas 18a-18n arranged one above the other. Each of these strip-shaped illumination areas 18 emits light of different colors.
  • the detection device 16 is a commercially available CCD camera. This is arranged at an acute angle a with respect to the florizontal area and on the floor area 11 of the container 10.
  • the detection device 16 is designed in such a way that only radiation from the direction of the container bottom 11 is detected.
  • the detection device 16 is provided with a corresponding screen 20 .
  • Total reflection occurs at the container bottom 11 when the light beams emerge from the container, so that radiation from a plurality of illumination areas 18 is imaged from the entire container bottom 11 into the detection device 16 .
  • the beam path is explained schematically using a container 10, which has the shape of a conventional GdB bottle.
  • the container 10 is located between a horizontally segmented lighting device 14 with 5 lighting regions 18a-e arranged one above the other and a detection device 16.
  • the calculated beam path is shown for a large number of exemplary incident beams 22.
  • FIG. 3 shows the calculated beam path for a GdB bottle filled with water.
  • a GdB bottle filled with water.
  • light from all different illumination areas 18a-e is totally reflected on the container bottom 11 and imaged in the detection device 16.
  • the container bottom 11 appears as a bright area in such a recording, because light from all the different illumination areas 18a-e is superimposed and formed in the detection device 16.
  • FIGS. 5 and 6 show the calculated beam path for a GdB bottle filled with water, with a cuboid (FIG. 5) or a spherical (FIG. 6) foreign body 24 on the container bottom.
  • a cuboid FIG. 5
  • a spherical FIG. 6
  • the refraction of light at the foreign body 24 changes the beam path so that light from other illumination areas 18 is imaged onto the detection device 16 .
  • the color composition of the total radiation that is imaged in the detection device 16 changes locally. This color disturbance can be used to detect the foreign body 24 .
  • FIG. 7 shows a photograph of a container 10 created using the method according to the invention.
  • the recording shows two small shards of glass 26, which stand out as a clear disturbance of the local color space in the area of the container bottom 11. These broken pieces of glass 26 would not have been recognizable with a conventional transmitted light method.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fremdkörperinspektion von gefüllten Behältern, umfassend - Bereitstellen einer flächigen Beleuchtungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist Strahlung zu emittieren, die einen zu untersuchenden Behälter durchstrahlt, - Bereitstellen einer Detektionseinrichtung, welche ausgebildet ist die Strahlung zu detektieren, welche von der Beleuchtungseinrichtung emittiert wurde und den Behälter durchstrahlt hat und auf Basis der detektierten Strahlung eine Aufnahme des Behälters zu erstellen, - Bereitstellen einer Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die von der Detektionseinrichtung erstellte Aufnahme auszuwerten, wobei die Detektionseinrichtung unter einem spitzen Winkel α gegenüber der Horizontalen auf den Bodenbereich (11) des zu inspizierenden Behälters (10) ausgerichtet ist, und wobei ein am Behälterboden (11) befindlicher Fremdkörper (26) als lokale Störung in der Bildaufnahme erkannt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Vollbehälterinspektion
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fremdkörperinspektion von gefüllten Behältern, umfassend eine flächige Beleuchtungseinrichtung, eine Detek tionseinrichtung sowie eine Auswerteeinrichtung, wobei die Detektionseinrichtung unter einem spitzen Winkel gegenüber der Horizontalen auf den Bodenbereich des zu inspi zierenden Behälters ausgerichtet ist.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zum Einsatz in automatischen Abfüllanla gen der Getränke-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie bestimmt, in denen Behälter mit hohen Geschwindigkeiten von bis zu 90.000 Flaschen pro Stunde transportiert werden. Die Behälter werden hierbei auf Transporteinrichtungen geführt, die meist ein umlau fendes Transportband oder eine umlaufende Gliederkette umfassen.
Insbesondere ist die Erfindung zur Inspektion von gefüllten Behältern bestimmt. In au tomatischen Abfüllanlagen werden gefüllte Behälter nach der Befüllung auf mögliche Verunreinigungen oder Fremdkörper untersucht. Typische Fremdkörper sind dabei Glassplitter, die während vorgelagerter Behälterbehandlungsschritte, zum Beispiel während der Reinigung, während der Befüllung oder während des Verschlussvorgangs entstanden und in den Behälter eingebracht worden sind. Solche Glassplitter sind mit herkömmlichen Methoden nur unzureichend zu identifizieren.
Darüber hinaus müssen die Behälter zur Inspektion, insbesondere zur Bodeninspektion von den T ransporteinrichtungen abgehoben werden, sodass der Behälterboden strah lungstechnisch erfasst werden kann. Hierzu sind zusätzliche Einrichtungen nötig, die den Gesamtaufbau der Inspektionsvorrichtung verkomplizieren.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zuverlässigkeit einer Vorrichtung zur Inspektion von gefüllten Behältern auf Fremdkörper zu erhöhen und insbesondere sich am Behälterboden befindende Fremdkörper in gefüllten Behältern verlässlich zu detektieren. Gleichzeitig ist es wünschenswert, dabei die Komplexität der Inspektions einrichtung zu reduzieren. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Fremdkörperinspektion von gefüllten Behäl tern vorgeschlagen, umfassend das Bereitstellen einer flächigen Beleuchtungseinrich tung, die dazu ausgebildet ist, Strahlung zu emittieren, die einen zu untersuchenden Behälter durchstrahlt, das Bereitstellen einer Detektionseinrichtung, welche ausgebildet ist, die Strahlung zu detektieren, welche von der Beleuchtungseinrichtung emittiert wurde und den Behälter durchstrahlt hat und auf Basis der detektierten Strahlung eine Aufnahme des Behälters zu erstellen, sowie das Bereitstellen einer Auswerteeinrich tung, die dazu ausgebildet ist, die von der Detektionseinrichtung erstellte Aufnahme auszuwerten. Die Detektionseinrichtung ist dabei unter einem spitzen Winkel gegen über der Horizontalen auf den Bodenbereich des zu inspizierenden Behälters ausge richtet. Ein sich am Boden des Behälters befindender Fremdkörper wird als lokale Stö rung in der Bildaufnahme erkannt.
Bei der vorliegenden Erfindung werden mehrere Effekte ausgenutzt, die überra schenderweise dazu führen, dass bei gefüllten Behältern die Bodeninspektion mit er höhter Zuverlässigkeit durchgeführt werden kann.
Zum einen wirkt ein gefüllter transparenter Behälter optisch wie eine Zylinderlinse. Licht, das im Durchlichtbild eines gefüllten Behälters sichtbar ist und den gesamten Querschnitt des Behälters durchleuchtet hat, stammt aus einem relativ kleinen Bereich um den Brennpunkt bzw. um die Brennlinie der Behälter-Zylinderlinse. Es kann daher eine vergleichsweise schmale Beleuchtungsoptik mit hoher Leuchtintensität verwendet werden. Die Beleuchtungseinrichtung wird gleichsam durch die gefüllte Flasche als Zylinderlinse in die Kamera abgebildet. Da die Beleuchtungseinrichtung eine geringere Breite als der zu untersuchende Behälter bzw. als der Durchmesser des zu untersu chenden Behälters hat, wird gleichzeitig vermieden, dass störendes Licht direkt an der Flasche vorbei direkt in die Detektionseinrichtung gelangt. Auch störende Reflexionen von benachbarten Behältern treten nicht auf. Dadurch wird ein erheblich größeres Sig nal-Rauschverhältnis zwischen dem Nutzlicht durch die Flasche und störenden Auf- licht- oder Reflexionsanteilen erzielt.
Des Weiteren wurde ein weiterer optischer Effekt beobachtet, der insbesondere bei der Bodeninspektion von gefüllten Behältern zum Tragen kommt. Wenn die Kamera unter einem spitzen Winkel von oben auf den Boden eines Behälters gerichtet ist, tritt Total reflexion an der Unterkante des Behälterbodens auf. Dadurch leuchtet der Boden gleichsam vollflächig auf, obwohl sich unterhalb des Behälters eine normale Kunststoff oder Metallkette befindet, auf der der Behälter transportiert wird.
Sich auf dem Behälterboden befindende Fremdkörper, insbesondere auch transparen te Glassplitter oder auch Fehler der Behälterwand führen zusätzlich zu Lichtbre chungseffekten und zu erkennbaren Störungen in der von der Detektionseinrichtung erstellten Bildaufnahme. Solche Störungen können erkannt und klassifiziert werden.
Die vorliegende Erfindung kann zur Inspektion von Behältern aus beliebigem transpa rentem Material eingesetzt werden. Das vorliegende Verfahren ist insbesondere zur Inspektion von Glasbehältern wie Klarglasflaschen, farbigen Glasflaschen sowie von transparenten Kunststoffbehältern wie PET Flaschen geeignet.
Die flächige Beleuchtungseinrichtung weist vorzugsweise eine Breite auf, die geringer ist als die Breite bzw. der Durchmesser der zu untersuchenden Behälter. Hierzu kann die Breite der Beleuchtungseinrichtung vorteilhafterweise an die jeweilige Inspektions aufgabe angepasst werden. Typischerweise in der Getränkeindustrie verwendete Fla schen sind zylinderförmig und weisen einen Durchmesser von zwischen etwa 5 und 15 cm auf. In der Pharmaindustrie verwendete Behälter können dagegen deutlich kleiner sein und Durchmesser von zwischen etwa 1 und 3 cm aufweisen. Die flächige Be leuchtungseinrichtung kann daher vorzugsweise eine Breite von weniger als 4 cm, be vorzugt von weniger als 2 cm und besonders bevorzugt von weniger als 1 cm aufwei sen.
Die flächige Beleuchtungseinrichtung kann vorzugsweise eine Breite von 10 bis 90% des Durchmessers des zu untersuchenden Behälters haben. Die flächige Beleuch tungseinrichtung kann vorzugsweise eine Breite von 20 bis 80% des Durchmessers des zu untersuchenden Behälters haben. Die flächige Beleuchtungseinrichtung kann vorzugsweise eine Breite von 30 bis 70% des Durchmessers des zu untersuchenden Behälters haben.
Mit der vorliegenden Erfindung können Behälter mit unterschiedlichen Formen unter sucht werden. Unabhängig von der Form der Behälter wird als Durchmesser diejenige Abmessung verstanden, die die geringsten Ausmaße hat. Wenn die Beleuchtungsein richtung eine geringere Breite aufweist als der so definierte Durchmesser der Behälter, so ist sichergestellt, dass kein Licht an dem Behälter vorbei auf direktem Weg in die Detektionseinrichtung gelangen kann.
Auch die Höhe der Beleuchtungseinrichtung kann vorteilhafterweise an die jeweilige Inspektionsaufgabe angepasst werden. Die Höhe der flächigen Beleuchtungseinrich tung kann so gewählt werden, dass diese in etwa der Höhe der zu untersuchenden Behälter entspricht. Die flächige Beleuchtungseinrichtung kann eine Höhe von weniger als 30 cm, bevorzugt von weniger als 25 cm und besonders bevorzugt von weniger als 15 cm aufweisen.
Vorzugsweise ist die Höhe und/oder Breite der Abstrahlfläche der Beleuchtungseinrich tung einstellbar und kann an die jeweilige Behältergröße angepasst werden. Hierzu kann eine Blende vorgesehen sein, die die Abstrahlfläche der Beleuchtungseinrichtung begrenzt. Eine solche Blende kann motorisch verstellbar ausgeführt sein, sodass die Blende zum Beispiel bei der Initialisierung der Inspektionsvorrichtung automatisch an die Größe der zu inspizierenden Behälter angepasst wird.
Die Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise zur Emission elektro-magnetischer Strahlung eingerichtet. Die Beleuchtungseinrichtung ist weiter vorzugsweise zur Emis sion für Licht im sichtbaren Bereich eingerichtet. Die Beleuchtungseinrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, UV- oder Infrarotlicht oder eine Kombination hiervon zu emittieren. Infrarotstrahlung kann vorteilhafterweise bei farbigen Behältern, insbeson dere bei braunen Glasflaschen, zum Einsatz kommen.
Die Beleuchtungseinrichtung kann als flächiges Leuchtmittel ausgebildet sein, das im Wesentlichen einfarbiges, beispielsweise weißes sichtbares Licht emittiert.
Die flächige Beleuchtungseinrichtung kann auch eine Vielzahl an einzelnen Strah lungsquelle aufweisen. Diese Strahlungsquellen können LEDs, LCDs oder OLEDs sein. Die einzelnen Strahlungsquellen der Beleuchtungseinrichtung können in diesem Fall dann zusätzlich in Abhängigkeit von der Behälterform angesteuert werden, so dass hierüber die Größe der Abstrahlfläche der Beleuchtungseinrichtung variiert werden kann. Die Inspektionsgenauigkeit kann weiter erhöht werden, wenn man eine Beleuchtungs einrichtung verwendet, die Beleuchtungsbereiche mit unterschiedlicher Abstrahlungs charakteristik aufweist. Zum Beispiel kann die Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung einer farbcodierten Beleuchtung ausgeführt sein. Unter einer farbcodierten Beleuch tung wird dabei verstanden, dass die Beleuchtung ein beliebiges geometrisches Farb muster aufweist. Glassplitter oder Glasabplatzer verursachen eine Lichtbrechung. Durch diese Lichtbrechung wird der lokale Farbton in der von der Detektionseinrichtung erstellten Bildaufnahme verändert. In Fällen, in denen die Totalreflexion alleine nur zu relativ geringen Intensitätsänderungen der Bildaufnahme führen, kann aus lokalen Än derungen des Farbtons trotzdem noch auf Fremdkörper oder Fehlstellen am Behäl terboden geschlossen werden.
Die farbcodierte Beleuchtung kann zum Beispiel ein Streifenmuster sein, das aus meh reren übereinander angeordneten horizontalen Beleuchtungsstreifen besteht, wobei die Beleuchtungsstreifen jeweils Licht unterschiedlicher Farbe abstrahlen. Das Licht trifft unter unterschiedlichen Winkeln auf den Behälterboden auf, wird dort totalreflektiert und in die Detektionseinrichtung abgelenkt. Aufgrund eines sich am Behälterboden befindlichen Glassplitters des Glasabplatzers kommt es zu einer Störung der Totalre flexion sowie zu Lichtbrechung, wodurch sich die Farbzusammensetzung der von der Detektionseinrichtung erfassten Strahlung verändert. Diese den Farbton verändernde Eigenschaft ermöglicht die Erkennung von derartigen Defekten am Behälterboden, die ansonsten alleine durch Kontrast- und Transparenzunterschiede in der Bildaufnahme nicht erkennbar wären.
Zur Erzeugung einer farbcodierten Beleuchtung kann im Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinrichtung und dem zu untersuchenden Behälter eine Farbfolie vorgese hen werden. Die Farbfolie weist dann entsprechend ein farbiges Muster auf, wodurch die einzelnen Beleuchtungsbereiche ausgebildet werden.
Besonders flexibel kann die farbcodierte Beleuchtung gestaltet sein, wenn die flächige Beleuchtungseinrichtung eine Vielzahl an einzelnen Strahlungsquellen wie den oben bereits angesprochenen LEDs oder OLEDs aufweist. Insbesondere wenn die Beleuch tungseinrichtung aus mehrfarbigen LEDs und UV-LEDs besteht, kann eine vorgegebe ne farbcodierte Beleuchtung über eine Softwareparametrisierung eingestellt werden. Jedoch können beliebige Farbmuster eingestellt werden. Zusätzlich kann ein Diffusor eingesetzt werden, um weiche Farbverläufe zwischen den einzelnen Beleuchtungsbereichen zu erhalten. Dies kann die Sensitivität der Vorrich tung weiter erhöhen.
Die Beleuchtungseinrichtung kann auch von einem Beamer oder einem Projektor ge bildet sein. Ein Beamer hat den Vorteil, dass beliebige Farbmuster softwareseitig vor gegeben werden können. Hierdurch können in gezielter Art und Weise Farbmuster verwendet werden, die speziell an spezifische Behälterformen angepasst sind. Insbe sondere bei Individualflaschen, die heutzutage häufig verwendet werden, können somit spezielle Muster eingesetzt werden. Solche Muster können dann zum Beispiel speziell geeignet sein, um Individualflaschen mit bestimmten Embossings zu inspizieren.
Die Beleuchtungsbereiche müssen nicht zwangsläufig zur Abstrahlung unterschiedli cher Farben ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich können sich die Beleuchtungs bereiche auch hinsichtlich anderer Abstrahlungscharakteristika unterscheiden. Neben der abgestrahlten Farbe können sich die unterschiedlichen Beleuchtungsbereiche auch hinsichtlich der Polarisation, der Intensität und/oder der Phase des abgestrahlten Lichts voneinander unterscheiden. Die Farbcodierung wird hierin lediglich beispielhaft für die se Abstrahlungscharakteristika angeführt und näher beschrieben.
Die Beleuchtungseinrichtung kann gepulst betrieben werden und so gesteuert werden, dass die Strahlungsimpulse nur dann abgegeben werden, wenn sich ein zu untersu chender Behälter vor der Beleuchtungseinrichtung befindet. Alternativ kann die Be leuchtungseinrichtung auch kontinuierlich betrieben werden.
Die Detektionseinrichtung ist vorzugsweise eine handelsübliche Farbkamera, insbe sondere eine Halbleiterkamera. Ebenso können Infrarot- und UV-Kameras eingesetzt werden. Um Bewegungsunschärfe zu vermeiden bzw. zu reduzieren, können Shutter- Kameras mit kurzen Verschlusszeiten eingesetzt werden. Dies ist besonders von Vor teil, wenn die Beleuchtungseinrichtung kontinuierlich betrieben wird.
Vorzugsweise detektiert die Detektionseinrichtung eine Aufnahme von jedem zu unter suchenden Behälter. Hierdurch kann eine hohe Geschwindigkeit der Inspektion ge währleistet werden. Alternativ kann die Detektionseinrichtung von jedem zu untersu chenden Behälter mehrere Aufnahmen detektieren. Die Aufnahmen können zeitver- setzt detektiert werden, beispielsweise zeitversetzt um 100 ps bis 1000 ps, bevorzugt etwa um 300 ps. Die zeitversetzten Aufnahmen werden vorzugsweise in Abhängigkeit der Transportgeschwindigkeit der zu untersuchenden Behälter detektiert. Da dreidi mensionale Behälterstrukturen wie beispielsweise Dekorelemente Lichtstreuung er zeugen, können zeitversetzte Aufnahmen den auftretenden lokalen Farbkontrast im Bereich von Dekorelementen besser erkennen lassen. Auch ist es denkbar, mehrere Detektionseinrichtungen vorzusehen, welche jeweils zur Detektion mindestens einer Aufnahme des zu untersuchenden Behälters ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Detektionseinrichtungen so angeordnet, dass sie Aufnahmen des zu untersuchenden Behälters von verschiedenen Aufnahmerichtungen anfertigen können.
Falls mehrere Aufnahmen von dem zu detektierenden Behälter angefertigt werden, kann die Beleuchtungseinrichtung zwischen den verschiedenen Aufnahmen angesteu ert werden, so dass die Beleuchtung zwischen den Aufnahmen modifiziert werden kann. Für jede Aufnahme kann somit ein individuelles Farbmuster erzeugt werden. Beispielsweise können die Farben, welche von den Beleuchtungsbereichen emittiert werden, verändert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Form der Beleuchtungs bereiche variiert werden. Beispielsweise könnten bei einer ersten Aufnahme vertikale streifenförmige Beleuchtungsbereiche zum Einsatz kommen, während bei einer zwei ten Aufnahme horizontale streifenförmige Beleuchtungsbereiche eingesetzt werden. Flierdurch können verschiedene dreidimensionale Strukturen, beispielsweise vertikale oder horizontal ausgerichtete Strukturen optimal hervorgehoben werden.
Üblicherweise wird mit der Kamera ein Farbbild des Behälters im RGB Farbraum er stellt. Die Auswerteeinrichtung ist vorteilhafterweise ausgebildet, die von der Detekti onseinrichtung erstellte Aufnahme des zu untersuchenden Behälters in eine Aufnahme im FISV oder FISL Farbraum umzuwandeln. Der FISV-Farbraum ergibt eine Farbwert aufnahme oder Farbwert Fl, eine Flellwertaufnahme oder Flellwert V oder L und eine Sättigungsaufnahme oder Sättigung S. Die Flellwertaufnahme entspricht der Aufnahme einer konventionellen Inspektionsvorrichtung mit einer einfarbigen Strahlungsquelle und ermöglicht den Rückschluss auf lokale Helligkeitskontraste.
Diese Helligkeitskontraste können auf Fremdkörper am Boden der untersuchten Behäl ter zurückzuführen sein. Das Farbwertsignal Fl kann ebenfalls zur weiteren Auswertung herangezogen werden. Fremdkörper sollten neben einer Störung im Helligkeitskontrast auch lokale Störungen im Farbkontrast aufweisen.
Falls also ein lokaler Helligkeitskontrast mit einem lokalen Farbkontrast zusammenfällt, wird von der Auswerteeinrichtung in diesem Bereich das Vorliegen eines dreidimensio nalen Fremdkörpers wie z.B. eines Glassplitters detektiert. Die Sättigung S kann ferner zur Beurteilung der Signifikanz des Farbkontrastsignals herangezogen werden.
Durch die spezielle Auswerteeinrichtung können auch Strukturen wie Glasabplatzer identifiziert werden, welche im Wesentlichen keinen oder nur einen geringen lokalen Helligkeitskontrast verursachen aber einen lokalen Farbkontrast verursachen. Glasab platzer können ein Hinweis auf Glassplitter im Behälter sein. Solche Behälter sollten also nicht in den Verkehr kommen. Mit herkömmlichen Methoden können solche Glasabplatzer in der Regel nicht detektiert werden.
Zur Bildauswertung kommen geeignete Filter- und Klassifikationsverfahren zum Ein satz.
Mit dem vorliegenden Verfahren lässt sich auch eine 360° Inspektion von Behältern realisieren. Hierzu können zwei hintereinander angeordnete Inspektionsstationen vor gesehen sein. Die ohnehin auf einer Transportvorrichtung geförderten Behälter werden dabei nacheinander diesen beiden Inspektionsstationen zugeführt. Zwischen den In spektionsstationen werden die Behälter während des Transports um 90° gedreht. Dadurch werden die Behälter in zwei zueinander orthogonalen Ausrichtungen inspi ziert.
Die Auswerteeinrichtung kann ein Aussortieren von Behältern in Abhängigkeit des In spektionsergebnisses steuern. Behälter, bei denen ein Fremdkörper oder ein Glasab platzer am Behälterboden detektiert worden ist, werden vorzugsweise über eine Aus schleuseeinrichtung aus dem Abfüllprozess aussortiert
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Fremdkörperinspektion von gefüllten Behältern, umfassend:
- eine flächige Beleuchtungseinrichtung, wobei die Beleuchtungseinrichtung aus gebildet ist Strahlung zu emittieren, die einen zu untersuchenden Behälter durchstrahlt, - eine Detektionseinrichtung, welche ausgebildet ist die Strahlung zu detektieren, welche von der Beleuchtungseinrichtung emittiert wurde und den Behälter durchstrahlt hat und auf Basis der detektierten Strahlung eine Aufnahme des Behälters zu erstellen, und
- eine Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist die von der Detektionseinrichtung erstellte Aufnahme auszuwerten, wobei die Detektionseinrichtung unter einem spitzen Winkel gegenüber der Florizonta- len auf den Bodenbereich des zu inspizierenden Behälters ausgerichtet ist, und wobei ein am Boden des Behälters befindlicher Fremdkörper als lokale Störung in der Bildaufnahme erkannt wird.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung durch die beiliegenden Zeichnungen nä her beschrieben. Hierbei zeigt:
Figur 1 Aufsicht einer erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung;
Figur 2 Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung;
Figur 3 Strahlengang in einer gefüllten Glasflasche;
Figur 4 Strahlengang in einer leeren Glasflasche;
Figur 5 Strahlengang in einer gefüllten Glasflasche mit quaderförmigem Eigen glas-Fremdkörper;
Figur 6 Strahlengang in einer gefüllten Glasflasche mit kugelförmigem Eigen glas-Fremdkörper;
Figur 7 Farbbildaufnahme eines Behälterbodens mit Glassplittern.
In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Inspektionsvorrichtung in einer Aufsicht abgebildet. In der Inspektionsvorrichtung werden Behälter 10 wie z.B. Glasflaschen auf Fremdkör per untersucht. Die Behälter 10 werden auf einer Transporteinrichtung 12 durch die Inspektionsvorrichtung befördert. Zur Identifizierung der Fremdkörper sind eine flächige Beleuchtungseinrichtung 14 und eine Detektionseinrichtung 16 vorgesehen. Die von der flächigen Beleuchtungseinrichtung 14 erzeugte Strahlung wird von dem gefüllten Behälter 10, der wie eine Zylinderlinse wirkt, in die Detektionseinrichtung 16 abgebil det. Da die Beleuchtungseinrichtung 14 schmäler ist als der Durchmesser des Behäl ters 10, wird nur solche Strahlung in die Detektionseinrichtung 16 abgebildet, die durch den Behälter 10 hindurchgetreten ist. Die flächige Beleuchtungseinrichtung 14 ist zur Erzeugung einer farbcodierten Be leuchtung ausgeführt. Wie in der Seitenansicht von Figur 2 angedeutet ist, ist die Be leuchtungseinrichtung 14 dabei horizontal segmentiert und weist ein Streifenmuster auf. Das Streifenmuster besteht aus übereinander angeordneten, streifenförmigen Be leuchtungsbereichen 18a-18n. Jeder dieser streifenförmigen Beleuchtungsbereiche 18 strahlt Licht unterschiedlicher Farbe ab.
Die Detektionseinrichtung 16 ist eine handelsübliche CCD Kamera. Diese ist unter ei nem spitzen Winkel a gegenüber der Florizontalen angeordnet und auf den Bodenbe reich 11 des Behälters 10 ausgerichtet. Die Detektionseinrichtung 16 ist so ausgeführt, dass nur Strahlung aus Richtung des Behälterbodens 11 detektiert wird. Flierzu ist die Detektionseinrichtung 16 mit einer entsprechenden Blende 20 versehen.
Am Behälterboden 11 kommt es beim Austritt der Lichtstrahlen aus dem Behälter zur Totalreflektion, so dass vom gesamten Behälterboden 11 aus Strahlung aus mehreren Beleuchtungsbereichen 18 in die Detektionseinrichtung 16 abgebildet wird.
In den Figuren 3 bis 6 wird der Strahlengang schematisch anhand eines Behälters 10, der die Form einer konventionellen GdB-Flasche hat, erläutert. In allen Figuren 3 bis 6 befindet sich der Behälter 10 zwischen einer horizontal segmentierten Beleuchtungs einrichtung 14 mit 5 übereinander angeordneten Beleuchtungsbereichen 18a-e und einer Detektionseinrichtung 16. Für eine Vielzahl von exemplarischen einfallenden Strahlen 22 ist jeweils der berechnete Strahlengang eingezeichnet.
In Figur 3 ist der berechnete Strahlengang bei einer mit Wasser gefüllten GdB-Flasche gezeigt. Wie man erkennen kann, wird bei einem solchen gefüllten Behälter Licht aus allen verschiedenen Beleuchtungsbereichen 18a-e am Behälterboden 11 totalreflektiert und in die Detektionseinrichtung 16 abgebildet. Der Behälterboden 11 erscheint in ei ner solchen Aufnahme als heller Bereich, denn Licht aus allen unterschiedlichen Be leuchtungsbereichen 18a-e wird überlagert und in die Detektionseinrichtung 16 abge bildet.
Wenn sich kein Wasser im Behälter 10 befindet, kommt es nicht zur Totalreflektion. Diese Situation ist in Figur 4 dargestellt. In diesem Fall würde lediglich Strahlung, die von unterhalb des Behälterbodens 11 auf den Behälter 10 gerichtet wird, in die Detek- tionseinrichtung 16 abgebildet. Ein solcher Strahlengang ist bei der Verwendung von konventionellen Transporteinrichtungen 12 mit Kunststoff- oder Metallketten nicht reali sierbar, da diese eine Beleuchtung von unten nicht zulassen.
In den Figur 5 und 6 ist der berechnete Strahlengang bei einer mit Wasser gefüllten GdB-Flasche gezeigt, wobei sich am Behälterboden 11 jeweils ein quaderförmiger (Fi gur 5) oder ein kugelförmiger (Figur 6) Eigenglas-Fremdkörper 24 befindet. In beiden Fällen ändert die Lichtbrechung am Fremdkörper 24 den Strahlengang, so dass dadurch Licht aus anderen Beleuchtungsbereichen 18 auf die Detektionseinrichtung 16 abgebildet wird. Dadurch ändert sich lokal die farbliche Zusammensetzung der Ge samtstrahlung, die in die Detektionseinrichtung 16 abgebildet wird. Diese Farbstörung kann zur Detektion des Fremdkörpers 24 genutzt werden.
In Figur 7 ist eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erstellte Aufnahme eines Behälters 10 wiedergegeben. Die Aufnahme zeigt zwei kleine Glasscherben 26, die sich als deutliche Störung des lokalen Farbraumes im Bereich des Behälterbodens 11 abzeichnen. Mit einem herkömmlichen Durchlichtverfahren wären diese Glasscherben 26 nicht erkennbar gewesen.
Bezugszeichenliste:
10 Behälter 18a-k Beleuchtungsbereiche
11 Behälterboden 20 Blende
12 Transporteinrichtung 22 Lichtstrahlen
14 Beleuchtungseinrichtung 24 Fremdkörper
16 Detektionseinrichtung 26 Glasscherben

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Fremdkörperinspektion von gefüllten Behältern (10), umfassend:
- Bereitstellen einer flächigen Beleuchtungseinrichtung (14), die dazu ausgebildet ist Strahlung zu emittieren, die einen zu untersuchenden Behälter (10) durchstrahlt,
- Bereitstellen einer Detektionseinrichtung (16), welche ausgebildet ist die Strah lung zu detektieren, welche von der Beleuchtungseinrichtung (14) emittiert wurde und den Behälter (10) durchstrahlt hat und aut Basis der detektierten Strahlung eine Auf nahme des Behälters (10) zu erstellen,
- Bereitstellen einer Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die von der Detektionseinrichtung (16) erstellte Aufnahme auszuwerten, wobei die Detektionseinrichtung (16) unter einem spitzen Winkel a gegenüber der Ho rizontalen auf den Bodenbereich (11) des zu inspizierenden Behälters (10) ausgerich tet ist, und wobei ein am Behälterboden (11) befindlicher Fremdkörper (26) als lokale Störung in der Aufnahme erkannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die flächige Beleuchtungseinrichtung eine Breite aufweist, die geringer ist als die Breite bzw. der Durchmesser der zu untersu chenden Behälter.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Höhe und/oder die Breite der Abstrahlfläche der Beleuchtungseinrichtung einstellbar sind und an die Behältergröße angepasst werden können.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die flächige Be leuchtungseinrichtung Bereiche mit unterschiedlicher Abstrahlungscharakteristik auf weist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die flächige Be leuchtungseinrichtung zur Erzeugung einer farbcodierten Beleuchtung ausgeführt ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die flächige Be leuchtungseinrichtung eine Vielzahl an einzelnen Strahlungsquelle aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzelnen Strahlungsquellen, LEDs, OLEDs, farbige LEDs, IR- oder UV-LEDs sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungs einrichtung ein Beamer oder ein Projektor ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Bilder aufgenommen werden und die Beleuchtungseinrichtung so gesteuert wird, dass für jede Aufnahme ein individuelles Farbmuster erzeugt wird.
10. Vorrichtung zur Fremdkörperinspektion von gefüllten Behältern (10), umfassend:
- eine flächige Beleuchtungseinrichtung (14), wobei die Beleuchtungseinrichtung (14) ausgebildet ist Strahlung zu emittieren, die einen zu untersuchenden Behälter (10) durchstrahlt,
- eine Detektionseinrichtung (16), welche ausgebildet ist die Strahlung zu detek- tieren, welche von der Beleuchtungseinrichtung (16) emittiert wurde und den Behälter (10) durchstrahlt hat und auf Basis der detektierten Strahlung eine Aufnahme des Be hälters (10) zu erstellen, und
- eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die von der Detektionsein richtung (16) erstellte Aufnahme auszuwerten, wobei die Detektionseinrichtung (16) unter einem spitzen Winkel gegenüber der Hori zontalen auf den Bodenbereich des zu inspizierenden Behälters (10) ausgerichtet ist, und wobei ein am Boden des Behälters (10) befindlicher Fremdkörper (26) als lokale Stö rung in der Aufnahme erkannt wird.
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