PL212556B1 - Urzadzenie do badania pojemnika wypelnionego cieklym produktem - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do badania pojemnika wypełnionego ciekłym produktem, zwłaszcza do badania butelki z ciekłym produktem. W szczególności, przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wykrywania obecności niepożądanych cząstek, takich jak cząstki szkła, w ciekłym produkcie.

Wykrywanie niepożądanych cząstek w ciekłym produkcie, zwłaszcza w produkcie spożywczym, jest ważne, ponieważ obecność takich niepożądanych cząstek może spowodować szkodę dla zdrowia końcowych użytkowników i może spowodować straty finansowe lub szkody handlowe dla dostawców lub producentów takich ciekłych produktów.

W publikacji WO 97/14956 opisano urządzenie do wykrywania cząstek szklanych w szklanych butelkach napełnionych piwem. W urządzeniu tym butelki z piwem są obracane wokół swej osi wzdłużnej, po czym butelki są gwałtownie zatrzymywane, to znaczy silnie hamowane. Wkrótce potem butelka jest oświetlana światłem widzialnym i zapisywane są obrazy butelek. Na podstawie tych obrazów komputer stwierdza, czy w butelce są cząstki szkła.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia pozwalającego na bardziej dogodne badanie pojemników z ciekłym produktem, zwłaszcza pojemników, które są przynajmniej nieco zużyte lub inaczej doprowadzone do większego lub mniejszego stopnia nieprzezroczystości wobec światła widzialnego.

Według wynalazku, urządzenie do badania pojemnika wypełnionego ciekłym produktem, zawiera

- zespół obracający dostosowany do obracania opakowania na jego własnej osi i do wprawiania pojemnika wraz z zawartością w ruch obrotowy,

- zespół zatrzymujący dostosowany do zatrzymywania obrotu pojemnika,

- zespół naświetlający dostosowany do naświetlania pojemnika,

- zespół rejestrujący dostosowany do rejestrowania obrazu co najmniej części zawartości pojemnika,

- zespół przesyłający dostosowany do przesyłania zapisanego obrazu z zespołu rejestrującego obraz do zespołu analizującego obraz,

- zespół analizujący obraz dostosowany do analizowania informacji z zapisanego obrazu i udostępniający informacje dotyczące obecności niepożądanych cząstek, oraz

- aparat karuzelowy zawierający co najmniej jeden zespół obracający i zatrzymujący. Urządzenie charakteryzuje się tym, że zespół naświetlający zawiera nieruchomy wspornik montażowy, a co najmniej część zespołu naświetlającego emituje promieniowania o długości fali w zakresie podczerwieni.

Korzystnie, gdy zespół analizujący obraz jest dostosowany do rozróżniania pomiędzy informacjami dotyczącymi cząstek, które zwykle tworzą część produktu, a informacjami dotyczącymi niepożądanych cząstek.

Ponadto korzystnie jest, gdy zespół naświetlający zawiera jedno lub większą liczbę pierwszych źródeł promieniowania, emitujących promieniowanie o pierwszej długości fali, oraz drugich źródeł promieniowania, emitujących promieniowanie o drugiej długości fali.

Korzystnie jest także, gdy zespół przesyłający jest dostosowany do prowadzenia komunikacji z wykorzystaniem protokołu łączności, dla przesyłania nie tylko informacji obrazu, ale również informacji dla ustawienia zespołu rejestrującego obraz z lub przez zespół analizujący.

Korzystnie, gdy komunikacja jest komunikacją dwukierunkową.

Dodatkowo korzystnie jest, gdy średnica zespołu naświetlającego lub wspornika montażowego jest mniejsza niż jedenaście centymetrów, a zwłaszcza nie większa lub tylko nieco większa niż średnica badanego pojemnika.

Korzystnie również, gdy zawiera zespół sterujący natężeniem światła, do zmiennej regulacji mocy zespołu naświetlającego, w zależności od pojemnika i/lub produktu.

Korzystnie jest także, gdy zawiera zespół sterujący dostosowany do wytwarzania z zespołu naświetlającego widma o częstotliwości odpowiedniej dla badanego pojemnika i/lub produktu.

Ponadto korzystnie, gdy zawiera nieruchomy zespół naświetlający, który zawiera wiele wsporników montażowych.

Korzystnie jest też, gdy zespół naświetlający zawiera wiele źródeł światła.

Dodatkowo korzystnie, gdy zawiera różne rodzaje źródeł światła emitujących promieniowanie o różnej częstotliwości.

Badany pojemnik jest naświetlany promieniowaniem w zakresie długości fali odpowiedniej dla pojemnika wypełnionego ciekłym produktem, przy czym przynajmniej część tego promieniowania koPL 212 556 B1 rzystnie ma częstotliwość w zakresie podczerwieni. Dzięki użyciu promieniowania w zakresie podczerwieni uzyskano wiele zalet. Jedna zaleta polega na tym, że butelki, które nie są odpowiednio przezroczyste, mogą być również badane, np. butelki uszkodzone przez tak zwane zmatowione, butelki ze szkła niejednorodnego, takie jak znane butelki coca-cola™, butelki z ciekłym produktem o ciemnym zabarwieniu, butelki o stosunkowo grubych ściankach, butelki z produktem, w którym zmieszane są przykładowo drożdże lub cząstki owoców, albo np. zdobione lub drukowane butelki lub też butelki pakowane przy użyciu rękawa. Butelki barwione, np. niebieskie, np. do napojów mieszanych, mogą być również sprawdzane lepiej przy użyciu promieniowania podczerwonego, ponieważ promieniowanie to jest mniej wrażliwe na współczynnik przepuszczalności szkła. Przy stosowaniu promieniowania podczerwonego, na ile to było możliwe, uniknięto problemów związanych ze światłem widzialnym. Ponadto, dzięki wyższemu poziomowi energetycznemu promieniowania podczerwonego potrzeba mniejszej mocy do generowania promieniowania. A zatem, wspornik montażowy źródeł promieniowania, takich jak diody elektroluminescencyjne, może być mniejszy. Jest to korzystne, ponieważ kiedy przykładowo źródła promieniowania są stosowane w układzie karuzelowym, opisanym dalej, całkowita średnica układu karuzelowego może być mniejsza, ponieważ mniejsze są poszczególne źródła światła. Możliwe jest również stosowanie źródeł promieniowania o różnych długościach fali, ponieważ potrzeba mniejszej liczby źródeł promieniowania o takiej samej długości fali. Dwie lub więcej różnych długości fali można dzięki temu stosować we wspornikach montażowych. Dla specyficznej kombinacji butelka-produkt jest możliwe stosowanie promieniowania stanowiącego specyficzną kombinację różnych częstotliwości.

Urządzenie według wynalazku pozwala na odróżnienie informacji dotyczących cząstek, które zwykle stanowią cząstki produktu, od informacji związanych z niepożądanymi cząstkami. Przykładowo, w sokach owocowych lub w piwie z wtórną fermentacją w butelce, produkty takie zawierają naturalne cząstki, takie jak miazga owocowa lub cząstki drożdży, oprócz ewentualnych cząstek niepożądanych. Urządzenie według wynalazku pozwala na odróżnienie cząstek pożądanych od cząstek niepożądanych. Dzięki temu, nawet takie produkty, w których wykrywanie niepożądanych cząstek jest skomplikowane, mogą jeszcze być bezpiecznie dostarczane konsumentowi.

Korzystnie, zespół do rejestracji obrazu zawiera co najmniej jedną kamerę, zaś zespół naświetlający zawiera co najmniej jeden wspornik montażowy, zawierający wiele źródeł promieniowania, takich jak diody elektroluminescencyjne. Przykładowo, może być stosowany wspornik montażowy zawierający diody elektroluminescencyjne w zakresie światła widzialnego, zwłaszcza światła widzialnego o długości fali 590 nm (zwłaszcza wspornik montażowy znany z publikacji WO 00/77499).

Korzystnie, urządzenie zawiera zespół naświetlający, który przynajmniej częściowo nadaje się do emitowania promieniowania o długości fali w zakresie podczerwieni. Zaleta takiego rozwiązania polega na tym, że można stosować specyficzne kombinacje promieniowania o wielu długościach fali nadających się do specyficznych kombinacji produkt- pojemnik.

Korzystnie, zespół przesyłający stanowi zespół wykorzystujący pewien protokół łączności. Bardzo odpowiednim protokółem jest tak zwany protokół FireWire lub IEEE 1394. Protokół ten jest odpowiedni, ponieważ jest on przykładowo przeznaczony do stosowania w urządzeniu końcowego użytkownika. Można również jednak poważnie rozważać zastosowanie innych protokółów łączności, takie jak np. Ethernet lub szybsza wersja podobnego protokółu użytkowego.

Szczególnie korzystnym jest, jeśli jest możliwa komunikacja dwukierunkowa pomiędzy zespołem rejestrującym obraz a zespołem analizującym obraz. Umożliwia to m.in. zdalne ustawianie kamery, np. przysłony lub czułości, za pomocą oprogramowania. Jest to praktyczne przy specyficznym modyfikowaniu takich ustawień dla badanych kombinacji butelka-produkt.

Korzystnie, średnica zespołu naświetlającego lub wspornika montażowego wynosi 5-11 cm, albo nawet mniej niż 1 cm. Jak opisano powyżej, ma to tę zaletę, że średnica wspornika montażowego, służącego do oświetlania, może być taka sama lub nawet mniejsza niż średnica pojemnika (np. butelki), której badanie trzeba przeprowadzić.

Korzystnie, skład widma częstotliwości zespołu naświetlającego jest regulowany w zależności od rodzaju pojemnika i/lub produktu. Jeśli źródła promieniowania, lub diody elektroluminescencyjne, emitujące promieniowanie o różnej długości fali są umieszczone we wsporniku montażowym, można włączać jedną długość fali lub równocześnie wiele długości fali. Stosowanie kilku długości fali może być optymalizowane dla specyficznej kombinacji pojemnik-produkt.

Korzystnie, zestaw karuzelowy zawiera wiele urządzeń pomiarowych opisanych powyżej. Karuzela jest wyposażona w pierwszy układ przenoszący, do przenoszenia pojemników z linii transporto4

PL 212 556 B1 wej na karuzelę, oraz drugi układ przenoszący, do przenoszenia pojemników z karuzeli na linię transportową po przeprowadzeniu badania.

Zestaw karuzelowy korzystnie zawiera nieruchomy zespół naświetlania do oświetlania pojemników w równocześnie obracających się urządzeniach pomiarowych, gdy mijają one zespół naświetlania. W karuzeli, dla każdego z urządzeń pomiarowych z każdą równocześnie obracającą się butelką zastosowano współobracający się zespół naświetlający. W jednym wariancie, urządzenie według wynalazku zawiera wiele (np. trzydzieści sześć) zespołów naświetlających i wsporników montażowych.

W innym wariancie, urządzenia według wynalazku zawiera np. dwanaście wsporników montażowych lub jeden segmentowo wykonany wspornik montażowy o wielkości odpowiadającej przykładowo dwunastu wspornikom montażowym, które jedynie oświetlają obracające się butelki od spodu podczas prowadzenia badania. Ma to tę zaletę, że potrzebna jest mniejsza liczba źródeł promieniowania, karuzela ma prostszą konstrukcję, a zasilacz wsporników montażowych jest mniej skomplikowany.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny widok urządzenia do badania pojemnika, fig. 2 przedstawia przekrój szczegółu Il z fig. 1, fig. 3 przedstawia widok z góry szczegółu III z fig. 2, fig. 4 przedstawia schematyczny widok z góry karuzelowego układu pomiarowego, fig. 5 przedstawia schematyczny widok z góry innego wariantu karuzelowego układu pomiarowego, fig. 6 przedstawia inny wariant wspornika montażowego z fig. 5.

Butelka B z piwem (fig. 1) jest w każdym przypadku zaciskana pomiędzy pierścieniem 1 a głowicą 2 i obracana szybko, a następnie hamowana przez silnik 3, który jest sprzężony z głowicą 2 poprzez zębaty mechanizm 4 i hamulec 5. Pierścień 1 i głowica 2 są w tym celu zamontowane obrotowo względem ramy 6. W każdym przypadku natychmiast po hamowaniu butelki światło jest rzucane ze źródła 7 światła na butelkę, a ruchy ewentualnych zanieczyszczeń w cieczy są przekazywane do stanowiska 9 przetwarzania obrazu, wykorzystującego kamerę 8 z analizatorem obrazu na urządzeniu ze sprzężeniem ładunkowym, przy czym mogą być one pokazywane na ekranie 11 przez procesor 10.

Otwór głowicy ma średnicę d1 45-50 mm, natomiast głowica ma wysokość (h) około 75 mm. W celu rzucania wystarczającego światła poprzez ten otwór ognisko wiązki jest usytuowane w odległości 25-30 mm od obudowy 12 źródła 7 światła. W tym korzystnym przykładzie wykonania ogniskowa f ma długość około 185 mm.

Długość fali promieniowania podczerwonego jest w zakresie 600-6000 nm. W korzystnym przykładzie wykonania źródła światła emitują promieniowanie w zakresie 700-1000 nm, korzystnie 700-800 nm.

Wspornik montażowy może przyjmować bardzo zwartą postać dzięki stosowaniu podczerwonych diod elektroluminescencyjnych. Dzięki temu staje się możliwa średnica 5-11 cm. Jest to możliwe, ponieważ natężenie promieniowania podczerwonego jest w tym zastosowaniu większe niż natężenie światła widzialnego. Na skutek tego pomimo stosowania mniejszych wsporników montażowych dostępny jest wystarczający sygnał do wykrywania niepożądanych cząstek w wyrobie. Zalecane jest, by średnica środków oświetlających była mniejsza niż średnica największej butelki umieszczonej na karuzeli.

W korzystnym przykładzie wykonania może nawet być pojedyncza dioda elektroluminescencyjna o średnicy przykładowo 0,5-1 cm (lub nawet mniejsza), przy czym można całkowicie lub częściowo pominąć obudowę szklaną.

Chociaż do pomyślenia jest ogniskowanie za pomocą soczewki, np. za pomocą płaskiej soczewki Fresnela, w przedmiotowym przykładzie wykonania źródło 7 światła (fig. 2) jest wyposażone w płaskie okienko 21 z przeświecającego materiału, korzystnie twardego i odpornego na zarysowania, przy czym takie źródło 7 światła jest niezwykle wytrzymałe. Obudowa jest ponadto wyposażona w pochyloną górną ściankę 22, dzięki czemu wilgoć i/lub zanieczyszczenia w środowisku przemysłowym nie będą miały szkodliwego wpływu na natężenie źródła światła. Ponieważ okienko jest korzystnie usytuowane w powierzchni wewnątrz zewnętrznej krawędzi pochyłej ścianki górnej z zastosowaniem uszczelnienia (nie pokazano), można je łatwo i prawidłowo czyścić.

Na fig. 3 przedstawiono wiele elektroluminescencyjnych diod 31, (około 350), które są umieszczone w kulistej oprawie 32, przez co uzyskuje się ogniskowanie. Te diody elektroluminescencyjne mają mały kąt wyjścia rzędu wielkości 1-6 stopni.

Stosowane są, jak pokazano (fig. 2, 3) różne rodzaje elektroluminescencyjnych diod 31, 33. Te diody elektroluminescencyjne mają różne długości fali. Umożliwia to emitowanie światła o dwóch

PL 212 556 B1 różnych długościach fali przy użyciu jednego wspornika montażowego. Możliwe jest stosowanie kilku różnych diod elektroluminescencyjnych w jednym wsporniku montażowym.

W dalszym przykładzie wykonania (nie pokazano) wspornik montażowy jest wyposażony w zespół sterujący do zmieniania natężenia światła diod elektroluminescencyjnych. Bardzo jasna butelka może być przy tym napromieniowywana przy użyciu jednego wspornika montażowego. Możliwe jest przykładowo również oświetlanie stosunkowo grubych lub ciemnych butelek ze zmieniającym się natężeniem, aby zapewnić skuteczną detekcję. Różne rodzaje butelek można przy tym traktować bardzo elastycznie stosując urządzenie wykrywające z nieruchomo zamontowanymi wspornikami. Ponadto możliwe jest wybranie odpowiedniej kombinacji natężenia i długości fali dla butelek o określonych właściwościach, takich jak butelki z zacieraniem, znane butelki typu coca-cola z niejednorodnymi właściwościami przepuszczania światła, krótsze lub grubsze butelki, butelki z wyrobem zawierającym drożdże, takim jak określone rodzaje piwa, albo butelki zdobione, np. za pomocą nadruku lub rękawa.

Wiele urządzeń pomiarowych z fig. 1 (wykrywających niepożądane cząstki w ciekłym produkcie) zastosowano w detekcyjnym układzie 40 (fig. 4), który jest sprzężony z taśmowym przenośnikiem 41, na którym butelki są transportowane w kierunku zaznaczonym strzałką A. W tym przykładzie wykonania karuzela 42 zawiera trzydzieści sześć wykrywających zespołów 44. W każdym z tych wykrywających zespołów butelki są obracane, zatrzymywane, oświetlane i mierzone, jak opisano powyżej. W tym celu w końcowych dwunastu położeniach na karuzeli 42 przed zespołem 48 wyładowania i przenoszenia umieszczone są kamery. Po przeniesieniu z taśmowego przenośnika 41 na karuzelę 42 za pomocą przenoszącego zespołu 43 butelki mogą być obracane i zatrzymywane, a obrazy mogą być zapisywane, zanim butelki opuszczą karuzelę.

W przykładzie wykonania z fig. 5 karuzela 42 jest pokazana bez obracających się wraz z nią wsporników montażowych oświetlenia. W tym przykładzie wykonania segmentowo ukształtowany montażowy wspornik 45 jest umieszczony na dolnej stronie karuzeli. Ten montażowy wspornik oświetla butelki od spodu dokładnie w tej części, gdzie umieszczone są kamery do zapisywania obrazu. Zaletą takiego rozwiązania jest prostsza konstrukcja karuzeli. Segmentowa część 45 może być ewentualnie podzielona na subsegmenty, jak pokazano na fig. 5. Zaletą może być to, że takie subsegmenty mogą być sterowane niezależnie. Ponadto subsegmenty można przykładowo wymieniać niezależnie od siebie. Segmentowa część 45 jest wyposażona w diody elektroluminescencyjne (nie pokazano) w sposób podobny jak wspornik montażowy z fig. 3. Jak widać w kierunku łuku wspornik montażowy korzystnie przyjmuje kształt krzywoliniowy podobnie jak na fig. 2, aby ogniskować światło w kierunku butelki poruszającej się nad wspornikiem montażowym. Taki wspornik montażowy może podobnie być wyposażony w ogniskujące zamknięcie, takie jak zamknięcie 21 z fig. 2. Alternatywą wobec segmentowej części 45 jest segmentowa część pokazana na fig. 6. Umieszczone są tu montażowe wsporniki 46, które są podobne do wsporników z fig. 3.

Połączenie pomiędzy komputerem 10 a kamerą 8 jest przykładowo zrealizowane za pomocą połączenia z pewnym protokółem łączności. Zalecany jest przy tym przykładowo protokół FireWire lub IEEE 1394. Zaletą tego jest umożliwiana przez ten standard szybka transmisja danych. Protokół ten może być stosowany w układzie ze stosunkowo prostym sprzętem.

Urządzenie według wynalazku pozwala też na kontrolowanie poziomu napełnienia butelek. W butelkach przezroczystych poziom napełnienia można sprawdzać za pomocą układu badającego opartego na świetle widzialnym. Gdy wykorzystuje się promieniowanie podczerwone, jest możliwe sprawdzanie poziomu napełnienia w nieprzezroczystych butelkach, takich jak butelki drukowane lub butelki pakowane przykładowo przy użyciu rękawa. Poziom napełnienia takich butelek sprawdzano dotychczas stosując promieniowanie rentgenowskie, co jest bardzo kosztowne. Ze względu na naturę promieniowania rentgenowskiego prowadzenie badania wymaga środków konstrukcyjnych i organizacyjnych, które są zbędne, jeśli do badania nieprzezroczystych butelkach stosuje sie urządzenie według wynalazku.

Opisane powyżej urządzenia nadają się do bardzo dokładnego określania obecności ciał obcych, takich jak cząstki szkła. Zwłaszcza w przypadku cząstek o takiej wielkości, że są one szkodliwe dla zdrowia, według definicji instytucji takich jak FDA w USA oraz Health Protection Branch w Kanadzie, urządzenia takie zapewniają osiągnięcie bardzo dobrych wyników nawet podczas pierwszych prób. Dla specyficznych kombinacji pojemnik-produkt jest możliwe doświadczalne ustalenie optymalnego działania urządzenia.

Claims (11)

1. Urządzenie do badania pojemnika wypełnionego ciekłym produktem, zawierające

- zespół obracający dostosowany do obracania opakowania na jego własnej osi i do wprawiania pojemnika wraz z zawartością w ruch obrotowy,

- zespół zatrzymujący dostosowany do zatrzymywania obrotu pojemnika,

- zespół naświetlający dostosowany do naświetlania pojemnika,

- zespół rejestrujący dostosowany do rejestrowania obrazu co najmniej części zawartości pojemnika,

- zespół przesyłający dostosowany do przesyłania zapisanego obrazu z zespołu rejestrującego obraz do zespołu analizującego obraz,

- zespół analizujący obraz dostosowany do analizowania informacji z zapisanego obrazu i udostępniający informacje dotyczące obecności niepożądanych cząstek,

- aparat karuzelowy zawierający co najmniej jeden zespół obracający i zatrzymujący, znamienne tym, że zespół (7) naświetlający zawiera nieruchomy wspornik (45) montażowy, oraz co najmniej część zespołu (7) naświetlającego emituje promieniowania o długości fali w zakresie podczerwieni.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zespół (9, 10) analizujący obraz jest dostosowany do rozróżniania pomiędzy informacjami dotyczącymi cząstek, które zwykle tworzą część produktu, a informacjami dotyczącymi niepożądanych cząstek.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zespół (7) naświetlający zawiera jedno lub większą liczbę pierwszych źródeł (31) promieniowania, emitujących promieniowanie o pierwszej długości fali, oraz drugich źródeł (33) promieniowania, emitujących promieniowanie o drugiej długości fali.

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zespół przesyłający jest dostosowany do prowadzenia komunikacji z wykorzystaniem protokołu łączności, dla przesyłania nie tylko informacji obrazu, ale również informacji dla ustawienia zespołu (8) rejestrującego obraz z lub przez zespół (9, 10) analizujący.

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że komunikacja jest komunikacją dwukierunkową.

6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że średnica zespołu (7) naświetlającego lub wspornika (45) montażowego jest mniejsza niż jedenaście centymetrów, zwłaszcza nie większa lub tylko nieco większa niż średnica badanego pojemnika (B).

7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera zespół sterujący natężeniem światła, do zmiennej regulacji mocy zespołu naświetlającego, w zależności od pojemnika i/lub produktu.

8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera zespół sterujący dostosowany do wytwarzania z zespołu naświetlającego widma o częstotliwości odpowiedniej dla badanego pojemnika i/lub produktu.

9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera nieruchomy zespół (7) naświetlający, który zawiera wiele wsporników (45) montażowych.

10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że zespół (7) naświetlający zawiera wiele źródeł (31, 33) światła.

11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że zawiera różne rodzaje źródeł (31, 33) światła emitujących promieniowanie o różnej częstotliwości.