ITPN990076A1 - Apparato ottico-elettronico perfezionato per il controllo automatico di preforme - Google Patents

Description

Descrizione del Brevetto per Invenzione Industriale intitolato: "APPARATO OTTICO-ELETTRONICO PERFEZIONATO PER IL CONTROLLO AUTOMATICO DI PREFORME"

DESCRIZIONE

Il presente brevetto riguarda un apparato perfezionato per controllare l'eventuale presenza di difetti di varia natura durante l'utilizzo su grande scala di articoli semi-lavorati trasparenti oppure opachi, noti come "preforme", realizzati in resina termoplastica, in specie in polietilen-tereftalato (PET) e poli-propilene (PP), le quali sono normalmente sottoposte alla operazione di soffiaggio .-In particolare questo brevetto trova la migliore utilizzazione quando l'apparato descritto e' collegato o preferibilmente integrato ad un impianto di fabbricazione di contenitori in plastica, specialmente bottiglie, eventualmente dotato di mezzi di produzione delle rispettive preforme di tipo trasparente, noto anche come impianto monostadio.-Poiché' le preforme sono destinate ad essere soffiate e quindi espanse ad una temperatura intorno a 100’C e oltre, quasi ogni difetto che viene prodotto nel loro corpo, in particolare inclusioni, bolle anche molto piccole, stirature del materiale etc. durante il soffiaggio sono causa di corrispondenti difetti che vengono molto amplificati dato l'elevato rapporto di stiro e che normalmente rendono inutilizzabile il contenitore finale che deve essere quindi scartato, con i conseguenti danni economici.

Quanto appena ricordato e' ben noto all'esperto del settore e viene ricordato solo per meglio spiegare la motivazione dell'invenzione .

Sono stati trovati e adottati quindi alcuni metodi ottici atti ad controllare ogni singola preforma e ad individuare l'eventuale presenza dei difetti sopra descritti.-Uno dei metodi meno recenti ma tuttavia efficace e' descritto nel brevetto JP 60049920, a nome TOPPAN PRINTING; secondo tale brevetto ogni preforma viene illuminata da un raggio laser, che viene riflesso e raccolto da un opportuno dispositivo che lo analizza e che, a seconda delle sue caratteristiche, produce un segnale atto a far accettare o scartare la preforma stessa.

Questo metodo tuttavia presenta il doppio inconveniente della elevata complessità' del metodo di indagine e del fatto che, pur risultando particolarmente efficace per rilevare la presenta di materiali estranei, come ad es.

inclusioni di particelle carbonizzate, non e' altrettanto sicuro nella individuazione di altri tipi di difetti come micro-bolle, stirature localizzate anomale ed altri difetti tipici del procedimento di plastificazione continua.-E' anche noto, da US 5,591,462 a nome PRESSCO TECHNOLOGY INC., un apparato per l'ispezione mediante telecamera di bottiglie in plastica; ma appunto tale apparato e' atto a controllare le bottiglie dopo il loro soffiaggio e non prima, per cui eventuali preforme difettose da cui sono state ottenute quelle bottiglie non vengono preventivamente controllate e selezionate; ne deriva che vengono prodotte bottiglie difettose che, anche se controllate e rimosse dal ciclo successivo, hanno comunque assorbito i relativi costi di soffiaggio e quindi la circostanza di non avere preventivamente selezionato le preforme e' causa di costi aggiuntivi e di inefficienze produttive.-Per controllare le preforme stesse, e' noto utilizzare apparati e procedimenti che prevedono l'impiego di piu' telecamere che riprendono da angolazioni diverse il corpo della preforma da esaminare e confrontano la corrispondente immagine, in pratica il relativo segnale elettrico, con il segnale elettrico di una immagine virtuale che rappresenta lo standard accettabile di quel tipo di preforma osservata dal punto di osservazione della rispettiva telecamera.

Tale tecnica si e' dimostrata molto efficace nel rilievo di una vasta gamma di difetti, essendo esaltata nella sua prestazione dal fatto che, data la trasparenza della preforma, essa viene posta tra una sorgente di luce preferibilmente uniforme, a LED, e la stessa telecamera; in tal modo questa riceve la luce emessa da detta sorgente e filtrata dal corpo trasparente della preforma, cosi' che ogni minima irregolarità' viene enormemente esaltata e facilmente individuata.-Tuttavia data la forma cilindrica della preforma una sola telecamera non risulta sufficiente poiché' con essa si può' esaminare efficacemente solo la porzione frontale e posteriore del corpo della preforma, e non le porzioni laterali dato che la luce che le incide viene in pratica oscurata dal loro maggior spessore, naturalmente visto dalla stessa telecamera.-Per ovviare a questo inconveniente e' quindi pratica comune esaminare il corpo della preforma da piu' angolazioni distinte, in modo che tutto il corpo viene di fatto ripreso dalla telecamera, a porzioni distinte, e separatamente esaminato.-Tuttavia tale procedimento presenta due ordini di problemi: il primo dipende dal fatto che l'installazione di una pluralità' di telecamere, disposte a raggiera, associate a rispettive fonti di illuminazione, impegna uno spazio ragguardevole e questo non e' sempre disponibile in impianti essere quanto piu' compatti possibile, per ragioni facilmente comprensibili.-Il secondo ordine di problemi nasce dal fatto che la presenza di fonti di illuminazioni poste a raggiera intorno alla preforma crea degli effetti ottici indesiderati, in particolare zone di rifrazione, sulla telecamera posta non esattamente davanti a dette fonti; tali effetti possono mascherare dei difetti realmente esistenti ed anche, al contrarlo, possono essere rilevati e falsamente riconosciuti come difetti della preforma quando sono solo effetti ottici non prevedibili ne' eliminabili.-Conformemente a quanto premesso, e' dunque scopo della presente Invenzione di realizzare un apparato per la rilevazione ottica di preforme in una linea di produzione continua, che sia immune dai due ordini di problemi descritti, che sia atto a funzionare in modo sostanzialmente continuo ed automatico negli impianti di utilizzo, senza l'interposizione di fasi non automatiche o che arrestino la continuità' del flusso di preforme; inoltre tale apparato deve essere facilmente realizzabile con le attuali tecniche produttive e quindi ragionevolmente economico.-Tale scopo, con altre caratteristiche dell'invenzione, e' conseguito mediante un apparato realizzato e funzionante secondo le rivendicazioni che seguono.

L'invenzione stessa può' concretizzarsi secondo una forma di realizzazione preferenziale e non limitativa qui descritta in dettaglio ed illustrata a solo scopo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati in cui: - la fig. 1 mostra una vista in prospettiva laterale generale di un apparato atto ad utilizzare l'invenzione, - la fig. 2 mostra una vista dall'alto del medesimo apparato,

- la fig. 3 mostra un ingrandimento della porzione centrale della fig. 2,

- la fig. 4 mostra la medesima vista della fig. 3 ma con l'apparato in una differente condizione operativa,

- la fig. 5 mostra una vista piana verticale di una porzione di linea di trasporto delle preforme secondo l'invenzione. - la fig. 6 mostra una vista piana verticale della porzione di linea di trasporto presa dalla sezione A - A di fig. 5.-

Si fa riferimento alle figure che rappresentano un apparato per il controllo ottico di prodotti almeno parzialmente trasparenti, particolarmente preforme in materiale plastico, e comprendente:

- dispositivi di illuminazione 1 di dette preforme 2,

- dispositivi di rilevazione 3 di immagini luminose, come telecamere o simili, disposti dal lato opposto a detti dispositivi di illuminazione 1 riguardo a dette preforme, atti a generare rispettivi segnali elettrici corrispondenti a dette immagini luminose,

- mezzi di trasferimento e passaggio ordinato 4 di una sequenza di dette preforme tra detti dispositivi di illuminazione e detti dispositivi di rilevazione di immagini luminose,

e comprendente inoltre, non mostrati nelle figure:

- mezzi di memoria elettronica atti ad essere caricati e conservare dati corrispondenti ad immagini elettroniche di detti prodotti,

- dispositivi di elaborazione di detti segnali elettrici, e atti ad eseguire il confronto tra detti segnali con rispettivi segnali prelevati da detti mezzi di memoria elettronica precedentemente caricati,

- dispositivi di separazione selettiva di detti prodotti qualora il risultato di detto confronto non rientri entro valori specificati.-L'invenzione si basa sull'accorgimento di sostituire:

una pluralità' di coppie di dispositivi tra loro associati e cioè' un dispositivo di illuminazione/dispositivo di captazione di immagini, (in particolare una opportuna telecamera) , disposti ai lati opposti della preforma da esaminare,

- con una sola fonte di luce e relativa telecamera, in cui la preforma viene fatta avanzare con moto continuo in una pluralità' di distinte posizioni successive x, a, b, c; con riferimento alla figura 3, essa rappresenta quindi 4 distinte posizioni assunte in rispettivi momenti successivi dalla medesima preforma generica, ma poiché' le preforme sono allineate con regolarità' lungo detti mezzi di trasferimento 4, la stessa figura 3 mostra anche, nello stesso istante, la disposizione di quattro diverse successive preforme rispetto all'apparato dell'invenzione.-Lo stesso può' essere affermato riguardo alla figura 4, ed in particolare dall'esame comparato tra le figure 3 e 4 si osservi che:

- la preforma 2 che nella fig. 3 occupava la posizione x, nella figura 4 occupa la posizione a,

- la preforma 12 che nella fig. 3 occupava la posizione a, nella figura 4 occupa la posizione b,

- la preforma 22 che nella fig. 3 occupava la posizione b, nella figura 4 occupa la posizione c,

- la preforma 32 che nella fig. 3 occupava la posizione c, nella figura 4 non viene piu' rappresentata perche' spostata fuori dal cerchio della figura.-Secondo l'invenzione, la telecamera può' osservare la preforma in detta pluralità' di posizioni, e detto dispositivo di illuminazione 1 e' dotato di una larghezza "L" sufficientemente ampia da consentire che in queste posizioni la preforma generica 2 si trova ancora nel cono definito tra l'angolo "p" di osservazione della telecamera e detto dispositivo di illuminazione, cosi' che questa può' ricevere la luce trasmessa da detta fonte e filtrata attraverso la preforma.-Inoltre, e questo e' un fattore essenziale all'invenzione, e' necessario che, come mostrato simbolicamente nelle figure 3 e 4, la preforma mostri alla telecamera la propria porzione frontale e posteriore H e K che vengono esaminate e confrontate preferenzialmente da detti mezzi di memoria elettronica e dispositivi di elaborazione .-Infatti solo in dette porzioni H. K disposte in modo quasi ortogonale rispetto all'asse s che congiunge la sorgente luminosa con la telecamera (vedi fig. 4) si verificano le due condizioni, particolarmente favorevoli per il controllo ottico, in cui:

- la luce viene filtrata in modo ridotto, e

- la luce viene rifratta in modo ridotto.

Pertanto se in tali porzioni si trova un difetto rilevabile otticamente, la condizione ottimale per rilevarlo e' di esaminarlo nella direzione dell'asse luce/telecamera.-Infatti se un difetto si dovesse trovare nelle porzioni laterali R, T, allora evidentemente, e non servono particolari spiegazioni, la visibilità' di tale difetto sarebbe grandemente ridotta a causa del molto maggior spessore totale di quelle porzioni laterali R. T tal parete cilindrica della preforma, osservata dalla telecamera 3, che la luce dovrebbe attraversare prima di essere captata dalla telecamera.-In buona sostanza, secondo l'invenzione la preforma viene esaminata da una sola coppia di dispositivi - fonte di luce/telecamera; tuttavia questi dispositivi esaminano la preforma per una pluralità' di volte, e ogni volta l'esame avviene secondo un orientamento differente della preforma rispetto all'asse - fonte di luce/telecamera.

In tal modo, ad ogni esame, vengono riprese rispettive porzioni frontali e posteriori H, K le cui immagini, opportunamente combinate, realizzano una immagine virtuale "complessiva" in trasparenza del corpo della preforma.

E' quindi possibile dall'esame di tale immagine "complessiva", in pratica dall'esame di tutte le immagini riprese, effettuare un controllo ottico, per porzioni distinte, di tutto il corpo cilindrico della preforma.

Tuttavia durante il procedimento sia mono-stadio che bi-stadio di produzione delle bottiglie, le relative preforme vengono normalmente immesse ed allineate sul mezzo di trasferimento 4 che le sposta con un movimento continuo rispetto all'assieme dispositivo di illuminazione/telecamera. Dovendo quindi tener conto che le preforme sono in movimento, per poter eseguire la ripresa di ogni preforma con angolazione diversa sara' necessario che ogni preforma venga ripresa in posizioni diverse, e quindi in istanti successivi dato che queste sono in movimento, rispetto a detto assieme -dispositivo di illuminazione/telecamera - in modo che l'intervallo tra un istante e l'altro e quindi tra una posizione e l'altra possa essere utilizzato per ruotare di un angolo opportuno la preforma, cosi' da poter realizzare le descritte riprese da piu' angolazioni.

In sostanza, il procedimento si riassume nel fatto che:

- le preforme sono allineate ed in movimento continuo lungo un convogliatore in movimento continuo uniforme,

in una zona specifica, compresa tra la fonte di illuminazione e la telecamera, le preforme vengono fatte ruotare assumendo una pluralità' di orientamenti distinti, - in ciascuno di tali orientamenti viene effettuata la ripresa della preforma, che offre alla ripresa della telecamera lati rispettivamente diversi.-Le immagini captate ad ogni ripresa generano rispettivi segnali elettrici i quali vengono confrontati con i dati di rispettive immagini virtuali memorizzate in detti mezzi di memoria elettronica; se almeno uno di tutti detti confronti da' esito positivo, cioè' vengono rilevate difformità' eccedenti livelli pre-determinati, viene dato un segnale di interdizione che comanda opportuni organi di comando atti ad escludere da detto convogliatore le rispettive preforme.-Sia le tecniche di memorizzazione di segnali, che di confronto ed elaborazione, sia i dispositivi di esclusione delle preforme non conformi sono noti allo stato dell'arte e non fanno parte della presente invenzione.

E' stato sperimentalmente verificato che, per un controllo ottimale delle preforme sostanzialmente trasparenti senza eseguire esami ridondanti e quindi eccessivi, e' sufficiente eseguire tre riprese della medesima preforma ruotata di 60* e di 120* rispetto all'asse t che congiunge la telecamera con l'asse 0 della preforma nella posizione di ripresa iniziale. (Fig. 3).-E' evidente che la rotazione della preforma nelle due posizioni di ripresa successive non dovrà' essere di 60* e 120* gradi esatti, poiché' si dovrà' tener conto che lo spostamento della preforma da una posizione di ripresa alla successiva posizione di ripresa porta di per se' ad un autonomo differente orientamento rispetto alla telecamera, e quindi tale spostamento comporta anche una rispettiva rotazione rispetto alla telecamera, ma l'esperto del settore sa facilmente considerare tale rotazione da spostamento nelle diverse conseguenze sia meccaniche sia di elaborazione elettronica.-Per altri tipi di preforme, come quelle opache o sostanzialmente opache, per cui non e' possibile esaminare l'immagine in trasparenza anche con una fonte luminosa intensa, si possono eseguire comunque riprese di immagini di un numero adeguato di rispettive porzioni della superficie esterna, in modo da poter confrontare comunque le diverse immagini ottenute con rispettive immagini virtuali memorizzate in detti mezzi di memoria elettronica.-In quest'ultimo caso e' stato verificato che, per un controllo ottimale delle preforme sostanzialmente opache e senza eseguire eccessive riprese di immagini diverse, e' sufficiente eseguire tre riprese della medesima preforma ruotata di 120<* >e di 240<* >rispetto all'asse t che congiunge la telecamera con l'asse Q_ della preforma nella posizione di ripresa iniziale. (Fig. 3).-Relativamente ai mezzi per far ruotare dell'angolo voluto le preforme lungo il percorso del convogliatore, sono possibili varie soluzioni tecniche;.la preferita e' quella rappresentata nelle figure, che mostrano che delle porzioni opportune "F" delle preforme, preferibilmente vicine alla rispettiva baga, vengono disposte su detto mezzo di trasferimento 4 in modo da essere toccate da opportuni elementi di contatto 16, 17 disposti solidalmente con la telecamera; polche' le preforme sono supportate su detti mezzi di trasferimento 4 in modo da poter ruotare attorno al loro asse, il contatto ed attrito successivo tra dette porzioni ”F" di ogni preforma e detti elementi di contatto, oppor tunamente , fa ruotare la preforma, in due tempi successivi, di due rispettivi angoli, preferibilmente di 60* corretti della rotazione da spostamento come sopra spiegato; la preforma viene quindi ripresa dalla stessa telecamera in tre orientamenti successivi, e cioè' in un primo orientamento di riferimento, ad es. nella posizione "a" di fig, 4, e quindi nelle successive posizioni "b” e "c" in cui presenta alla telecamera 3 lati complessivamente ruotati di 60" e 120'

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1) Apparato per il controllo ottico di prodotti (2) almeno parzialmente trasparenti, particolarmente preforme in materiale plastico, e comprendente: dispositivi di illuminazione di detti prodotti trasparenti, atti ad illuminare rispettivi detti prodotti, - dispositivi di rilevazione di immagini luminose, come telecamere o simili, disposti dal lato opposto a detti dispositivi di illuminazione riguardo a detti rispettivi prodotti, ed atti a generare rispettivi segnali elettrici corrispondenti a dette immagini luminose, - mezzi di memoria elettronica atti ad essere caricati e conservare dati corrispondenti ad immagini elettroniche di detti prodotti, - dispositivi di elaborazione di detti segnali elettrici, e atti ad eseguire il confronto tra detti segnali con rispettivi segnali prelevati da detti mezzi di memoria elettronica precedentemente caricati, - dispositivi di separazione selettiva di detti prodotti qualora il risultato di detto confronto non rientri entro valori specificati, - mezzi di trasferimento e passaggio ordinato di una sequenza di detti prodotti tra detti dispositivi di illuminazione e detti dispositivi di rilevazione di immagini luminose, - detti mezzi di trasferimento e passaggio fanno transitare singolarmente detti prodotti trasparenti tra detti dispositivi di illuminazione e detti dispositivi di rilevazione di immagini, caratterizzato dal fatto che; detti dispositivi di rilevazione di immagini sono costituiti da un unico mezzo di ripresa di immagini (3), durante il passaggio tra detti dispositivi di illuminazione (1) e detto mezzo di ripresa di immagini il singolo di detti prodotti trasparenti (2) viene ripreso in trasparenza in una pluralità' di orientamenti distinti da detto unico mezzo di ripresa di immagini (3).- 2) Apparato secondo il preambolo della riv. 1 con la variante che detti prodotti (2) sono opachi, caratterizzato dal fatto che - detti dispositivi di rilevazione di immagini sono costituiti da un unico mezzo di ripresa di immagini (3), durante il passaggio tra detti dispositivi di illuminazione (1) e detto mezzo di ripresa di immagini il singolo di detti prodotti (2) viene ripreso in una pluralità' di orientamenti distinti da detto unico mezzo di ripresa di immagini (3).- 3) Apparato secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che a ciascuno di detti orientamenti distinti di ripresa corrisponde una distinta dif ferente posizione ( x, a, b, c ) , tra detto mezzo di ripresa ( 3 ) e detti dispositivi di illuminazione, del rispettivo prodotto (2).- 4) Apparato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che sono disposti mezzi (4) atti a trasportare detti prodotti (2) in dette rispettive posizioni (di ripresa) con movimento continuo uniforme.- 5) Apparato secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto che sono disposti ulteriori mezzi di contatto {15, 16) atti a far ruotare di un pre-definito angolo detto singolo prodotto (2) quando trasferito in dette distinte posizioni (di ripresa), di modo che ciascuno di detti singoli prodotti viene ripreso, successivamente nelle dette distinte posizioni, dopo pre-definiti angoli di rotazione.- 6) Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti 1, 3, 4 o 5, caratterizzato dal fatto che dette distinte differenti posizioni (di ripresa) sono tre e a queste corrispondono tre rispettivi orientamenti angolati tra loro di 60’ tra detto dispositivo di rilevazione e l'asse della preforma. 7) Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti 2, 3, 4 o 5, caratterizzato dal fatto che dette distinte differenti posizioni (di ripresa) sono tre e a queste corrispondono tre rispettivi orientamenti angolati tra loro di 120<* >tra detto dispositivo di rilevazione e l'asse della preforma.- 8) Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di contatto (15, 16) sono solidali con detto mezzo di ripresa e sono atti ad entrare in contatto successivamente con opportune porzioni (F) della superficie esterna di detti rispettivi prodotti (2) in modo da indurre su questi una rotazione per attrito volvente.- 9) Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti dispositivi di elaborazione di detti segnali elettrici sono atti a confrontare i segnali elettrici relativi alle immagini ottenute in dette distinte posizioni con rispettive immagini conservate elettronicamente in detti mezzi di memoria.