WO2001042843A1 - Innenbesichtigung von gasflaschen - Google Patents

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WO2001042843A1
WO2001042843A1 PCT/EP2000/011515 EP0011515W WO0142843A1 WO 2001042843 A1 WO2001042843 A1 WO 2001042843A1 EP 0011515 W EP0011515 W EP 0011515W WO 0142843 A1 WO0142843 A1 WO 0142843A1
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WO
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lighting
camera
bottle
compressed gas
wall
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PCT/EP2000/011515
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English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Gerling
Michael Kessler
Original Assignee
Messer Griesheim Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/90—Investigating the presence of flaws or contamination in a container or its contents
    • G01N21/909—Investigating the presence of flaws or contamination in a container or its contents in opaque containers or opaque container parts, e.g. cans, tins, caps, labels
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    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/954—Inspecting the inner surface of hollow bodies, e.g. bores
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407—Optical details
    • G02B23/2461—Illumination
    • G02B23/2469—Illumination using optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2476—Non-optical details, e.g. housings, mountings, supports
    • G02B23/2492—Arrangements for use in a hostile environment, e.g. a very hot, cold or radioactive environment
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B37/00—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • G03B37/005—Photographing internal surfaces, e.g. of pipe

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the internal inspection of compressed gas containers.
  • Gases are filled into steel or aluminum bottles under a pressure of approx. 200 bar. Due to the high pressure, the gas bottles are subjected to a safety and cleanliness check at regular intervals. The bottles are checked for their pressure resistance by means of a water pressure test. Then all the bottles tested in this way must be visually inspected for holes and cracks, since the pressure test does not allow any conclusions to be drawn about the surface properties.
  • the gas bottles in the bottle treatment center become an interior and
  • test personnel For the visual inspection of the bottle following the water pressure test and the internal treatment, the test personnel lowered a small light bulb on a cable into the bottle in order to view the inside surface from above through the bottle opening. Based on comparison photos, it must now be decided whether the bottles meet the requirements. This test method is very subjective and also depends on the daily form of the test personnel.
  • the object of the invention is to provide a device which makes it possible to determine and display the above-mentioned errors in compressed gas containers, in particular re the device should enable the control of compressed gas cylinders in an automatic system quickly and with as little mechanical effort.
  • the invention is based on the further object of designing the interior of pressurized gas containers, as are present in the gas industry, with internal diameters up to 30 cm and bottle heights up to 2.00 m, with small openings up to 45 mm, preferably openings up to 25 mm, to be examined with a device that contains no moving parts and is particularly good at showing typical faults.
  • This device can evaluate the wall and floor surface of a pressure vessel for deviations with a single step (moving a lance in and out).
  • the test system should be suitable for large bottles (diameter 200 mm) and small bottles (diameter 100 mm and less) with changing bottle sizes during an automatic check.
  • the device is advantageously used for imaging the surface of the compressed gas container on a monitor, which makes it easier for personnel to view the inside of compressed gas containers, or for automatic or semi-automatic detection of anomalies (errors) on the surface of the compressed gas container, in particular using an automatic image evaluation.
  • Pressurized gas containers are preferably pressurized gas cylinders.
  • the device is generally rod-shaped, the rod-shaped body of the device having a diameter which is dimensioned such that the device can be inserted into the pressure gas container through the opening of the pressure gas container.
  • the device contains at least one camera and a lighting device. Preferably two or more cameras, in particular CCD cameras, are used, with which pictures of the inner surface of a pressurized gas container be included. The image data are acquired and forwarded to a data processing device and evaluated.
  • the device preferably contains no moving parts but adjustable, fixed parts.
  • the device contains a rod-shaped body for insertion into a pressurized gas container through the filling opening. No parts protrude outside the rod-shaped body or are fitted outside the rod-shaped body.
  • the rod-shaped body of the device is formed, for example, from a tubular part (cladding tube), in particular a cylindrical part, which serves as a carrier or holder for the parts such as the camera.
  • a tubular part cladding tube
  • cylindrical part which serves as a carrier or holder for the parts such as the camera.
  • two miniature CCD cameras are installed in a thin-walled tube, a CCD camera (wall camera) with its optical axis arranged parallel to the compressed gas container axis (cylinder axis) and equipped with a light beam deflection unit (e.g.
  • the floor camera usually takes pictures of the floor directly, without a deflection unit.
  • the floor camera is arranged parallel to the container axis, which runs through the opening of the container, or inclined.
  • the device is preferably rotatable and adjustable in height (when the compressed gas container is not moving). Alternatively, the device can be locked and the compressed gas container moved (rotation and height adjustment). As a further alternative, combinations of movements of the device and compressed gas container are useful, for. B.
  • a height-adjustable, rotationally fixed device and a rotatable pressure gas container The movement of the device and / or the pressurized gas container advantageously takes place by means of a drive, in particular one or more controllable drives such as a stepper motor.
  • the movements, which are usually movement steps, are preferably automated and are controlled by a control unit.
  • Suitable cameras are usually CCD cameras and have z. B. a diameter (of the camera body) in the range of 6 to 9 mm. It should be noted that the pixel resolution of the CCD camera must be sufficient to make the surface defects sufficiently visible.
  • the camera "PenCam" from Liomat used As a suitable camera z. B. the camera "PenCam" from Liomat used.
  • the features of the camera are image sensor type: 1/4 "Color IT CCD; 291000 pixels (500 x 582 pixels); light sensitivity 2.5 lux at light intensity 1, 2; dimensions of the camera head without lens: 9 mm diameter and 300 mm length
  • the lighting or lighting technology plays an essential role in the optical surface inspection. With the targeted use of the lighting, any irregularities that may be present can be highlighted. In other words, the object under consideration can only be reproduced in a clearly visible manner with well-coordinated individual components.
  • the lighting is attached in such a way that the light falls on the object at an angle (incident light), a relatively uniform reflection of the light on the object under consideration is obtained. If, on the other hand, the lighting is carried out from the side, different reflection conditions are obtained on the unevenness on the surface.
  • a survey shows a change from light to dark from the side of the light source, with a deepening there is a change from dark to light. With With the help of these light / dark changes, statements about the surface properties of the object can be made with little effort.
  • lighting technology is used, which has to meet all of the individual requirements.
  • one or more projectors consisting of halogen lamps with integrated reflectors, which in turn feed the light into optical fibers (preferably plastic fiber light guides), are used.
  • the lighting projector or projectors are attached to the head of the cladding tube and can be moved with the cladding tube due to their small dimensions and weights.
  • the projector consists of one
  • This halogen lamp is built into a housing, which in turn has a funnel-shaped reflector. This means that the Haiogen lamp is arranged so that it shines its light into the reflection funnel.
  • the optical fiber cable is attached to the exit of the reflection funnel.
  • the luminous flux distribution at the exit from the light cable is specified via the reflection funnel angle.
  • This lighting projector is relatively small (dimensions approx. 6 x 6 x 12 cm). With a power of 50 W, these projectors manage without additional cooling.
  • a miniature blower is integrated at higher outputs.
  • the light guide cable is led through the cladding tube to the respective light exit point.
  • the light guide cable is only slightly longer than the cladding tube itself.
  • miniaturized lighting sources make it possible to arrange several lighting sources directly on the head of the cladding tube and to move them with the cladding tube.
  • This simple principle allows multiple light sources with different beam angles to be installed in a common cladding tube.
  • Miniature cameras are preferable to endoscopes because there are fewer space problems due to the small bottle opening (diameter 25 mm).
  • endoscopes there are additional sources of error due to the large lengths required (up to 1800 mm), due to optical lens defects, manufacturing errors and deflection prisms at the outlet of the cladding tube for connection to CCD cameras.
  • Additional light sources and cameras can be arranged. For example, in order to look at the head area from the bottle neck, an additional light source, radiating from bottom to top, can be attached.
  • Fig. 1 shows a diagram of the device.
  • Fig. 2 schematically illustrates the lighting of the wall.
  • 3 schematically illustrates the lighting of the floor.
  • Fig. 4 shows the arrangement of the device in a compressed gas bottle.
  • the device shown in Fig. 1 has a rod-shaped body (cladding tube) 2, the camera 3 (bottom camera) with the lens 11 and the data cable 18 at the lower end and the associated lighting fixture 4 (also referred to as lighting unit) with the Projector 20 for viewing the bottom of the gas cylinder carries.
  • the camera 3 bottom camera
  • the associated lighting fixture 4 also referred to as lighting unit
  • the Projector 20 for viewing the bottom of the gas cylinder carries.
  • the camera 6 in the lower region of the cladding tube 2
  • the camera 6 wall camera
  • the illuminating body or the illuminating unit 7, which is connected to the projector 21 via the optical fiber bundle 23, is used for lateral illumination (oblique illumination) of the compressed gas bottle inner wall.
  • the lighting device comprising the lighting fixture 4, the optical fiber bundle 22 and the projector 20.
  • the cladding tube is e.g. a stainless steel tube with an outer diameter of 20 mm and a wall thickness of 0.5 mm with a length of 1.6 m is used.
  • the projectors (dimensions 6 x 6 x 12 cm) are arranged directly above the cladding tube. Due to their small size, several projectors can be firmly connected to the cladding tube.
  • the distance between the floor camera and the wall camera results from the requirement that the entire inner surface must be recorded. That is, the permissible maximum distance for steel bottles is max. the height of the visible wall area 14 (e.g. 120 mm).
  • the light source 7 is attached above the camera 6.
  • the light source 7 forms an oblique light cone between the light exit 12 and the wall area 14.
  • the field of view of the camera 6 is located in the illuminated wall area 14.
  • the distance d L ⁇ denotes the distance between the light exit 12 and point 13 (camera viewing window on prism 5) from the requirement that the entire area visible above the camera must be illuminated.
  • the distance b K w denotes the distance between the bottle wall 1 and the container axis AA.
  • the floor is advantageously illuminated as shown in FIG. 3.
  • the floor is illuminated indirectly by reflection from the bottle wall. Starting from the light exit angle, the beam angle and the distance d w between the light exit and the floor must be selected so that the entire area to be viewed is illuminated. With ideal reflection, an isosceles triangle results for the light beam and thus a radiation angle W A of 30 °.
  • FIG. 4 shows an example of the use of the device which is equipped with two miniature cameras 3, 6 and two permanently installed lighting devices 4, 7 with the projectors 8 (corresponds to the projectors 20, 21 in FIG. 1).
  • the device is adjustable in height and rotatable.
  • the projectors 8 are permanently installed at the head of the device.
  • the lance 2 is moved into the bottle by the device. The procedure is explained below.
  • test methods are set automatically, e.g. B. based on the data of a data chip on the bottle (z. B. Transponder unit for pressurized gas cylinder identification as in DE 198 57 722 (internal name MG 2202), DE 44 09 313 (MG 1901) or EP
  • the device 2 is automatically moved into a compressed gas bottle 1.
  • the miniature camera 3 is active when driving in. Before the device 2 is retracted, images of the head of the compressed gas bottle are recorded and evaluated with the aid of the lighting 9 (FIG. 4). With the help of this data, the bottle opening is checked for closures or stoppers. The exact bottle height is determined on the basis of the travel path in connection with the data from the test for closures. With this device, 50 I bottles can be safely distinguished from 10 I bottles. At the same time, this system checks the internal thread of the bottle. After the device 2 has been moved into the compressed gas bottle 1, the wall lighting 7 and the miniature camera 6 with the deflecting prism 5 are switched over (for example automatically after the diameter of the bottle thread has been checked).
  • the entire wall surface is systematically scanned in a grid, the images being recorded and fed to an evaluation unit.
  • This evaluation unit checks the image data for relevant ones Defects such as cracks, deposits, changes in color and pass these deviations, which are noticeable on the basis of learned target patterns, to a storage unit.
  • the offset attachment of the lighting 7 to the camera 6 ensures that the light falls in obliquely (see FIG. 2) and the errors are thereby made more visible. If a permissible number of errors is exceeded, the test process is stopped and bottle 1 is displayed as bad, for example via a lamp. Via a data chip attached to the bottle 1 (e.g.
  • transponder unit as described in DE 198 57 722 (internal designation MG 2202), DE 44 09 313 (MG 1901) or EP 0 772 152 (MG 1968), to which reference is made ) data can also be read out or notes about the bottle can be saved.
  • the determined bottle size (the bottle height is determined by the bottle's internal thread diameter when entering) serves the system z. B. for orientation, where the lance tip (lower end of the device 2) is located. If the lance tip has reached the ground clearance, it stops and the miniature camera 3 (ground camera) is activated. The lighting 7 is switched off and the lighting 4 is switched on. The image sharpness of the camera 3 for the floor area is automatically adjusted by a short up / down movement of the device 2. The floor area is then recorded by rotating the device 2 by means of the camera 3 and evaluated by the evaluation unit. The picture of the floor is taken at Schrägt. The lighting 4 is arranged so that the light is reflected over the bottle wall onto the floor (see Fig. 3).
  • the evaluation unit checks the image data for relevant errors such as cracks, deposits, color changes, blasting material, abrasion, residues and gives these deviations to the control unit.
  • the device 2 (lance) is switched to a rapid exit and the lance is extended from bottle 1.
  • the evaluation is ended and the bottle is released or marked as bad. This can be done using a red-green signal lamp and saved using a data chip on the bottle.

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Abstract

Die Vorrichtung zur Innenbesichtigung von Druckgasbehältern ist gekennzeichnet durch eine Halterung (2) mit mindestens einer CCD-Kamera (3, 6) und mindestens eine Beleuchtungseinrichtung (4, 7). Die Vorrichtung enthält insbesondere in einem Hüllrohr als Halterung (2) eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen (4, 7), die das zu untersuchende Objekt schräg oder seitlich beleuchten, und eine oder mehrere CCD-Kameras (3, 6). Mit der Vorrichtung wird ein Verfahren ausgeführt, bei dem die mit Hilfe einer oder mehrerer CCD-Kameras (3, 6) aufgenommenen Bilder an eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Auswertung weitergeleitet werden.

Description

Innenbesichtigung von Gasflaschen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Innenbesichtigung von Druckgasbehältern.
Gase werden in Stahl- oder Aluminiumflaschen unter einem Druck von ca. 200 bar abgefüllt. Aufgrund des hohen Druckes werden die Gasflaschen in regelmäßigen Abständen einer Sicherheits- und Reinheitsprüfung unterzogen. Hierbei werden die Flaschen durch eine Wasserdruckprüfung auf ihre Druckbeständigkeit hin geprüft. Anschließend müssen alle so geprüften Flaschen visuell auf Löcher und Risse untersucht werden, da die Druckprüfung keine Schlüsse auf die Oberflächenbeschaffen- heit zuläßt.
Um diesen Anforderungen hinsichtlich der Sicherheit und der Reinheit nachzukom- men, werden die Gasflaschen im Flaschenbehandlungszentrum einer Innen- und
Außenbehandlung unterzogen. Bei der Innenbehandlung werden Aluminiumflaschen chemisch (gebeizt) und Stahlflaschen mechanisch (gestrahlt) gereinigt. Im Anschluß an die Innenbehandlung werden die Flaschen visuell auf Rückstände, z. B. Strahlgut, abgesucht. Gleichzeitig wird kontrolliert, ob die Innenbehandlung erfolgreich war o- der ob sie erneut durchgeführt werden muß.
Zur visuellen Prüfung der Flasche im Anschluß an die Wasserdruckprüfung und der Innenbehandlung wird von dem Prüfpersonal eine kleine Glühlampe an einem Kabel in die Flasche hinabgelassen, um von oben durch die Flaschenöffnung die Innen- Oberfläche zu betrachten. Anhand von Vergleichsfotos muß nun entschieden werden, ob die Flaschen den Anforderungen entsprechen. Diese Prüfmethode ist sehr subjektiv und zudem noch von der jeweiligen Tagesform des Prüfpersonals abhängig.
Heute ist eine Vielzahl von Endoskopen und Kameras auf dem Markt, mit denen In- nenräume besichtigt werden können. Die Beleuchtung wird dabei von außen durch eine weitere Öffnung mit oder ohne Fenster oder über Lichtleitkabel, mit Glühbirnen oder Leuchtdioden direkt am Kopf angeordnet vorgenommen. Das Objekt kann über ein starres oder bewegliches Endoskop oder mit einer CCD-Kamera direkt betrachtet werden. Für eine gute Aufnahme des Objektes ist es erforderlich, die Objektiveinrichtung in die richtige Position zu bringen. Dies wird bei Behältern oder Rohren mit kleinen Öffnungen mit einem beweglichen Endoskop von Hand oder über eine entsprechende Mechanik gesteuert. Die am Kopf von Endoskopen integrierten Beleuchtungseinrichtungen sind nur dann hilfreich, wenn das Objekt aus dem richtigen Blickwinkel betrachtet werden kann. Mit den herkömmlichen Endoskopeinrichtungen, welche Beleuchtungseinrichtungen direkt am Kopf beinhalten, konnten keine befrie- digenden Resultate erzielt werden.
Wegen der hohen Stückzahlen, wie sie bei der Kontrolle der Innenoberfläche von Gasflaschen auftreten, können keine beweglichen Endoskope verwendet werden.
Bei den heute üblichen Endoskopen und lanzengeführten Miniaturkameras wird Auflicht für die Beleuchtung der Objekte benutzt. Das hat zur Folge, daß das zu betrachtende Objekt bei den starren Endoskopen nur geringe Helligkeitsunterschiede aufweist. Dadurch werden Unregelmäßigkeiten, wie Strahlgut, Risse, Vertiefungen, Rückstände etc., nur sehr schlecht abgebildet. Beziehungsweise muß dieser geringe Helligkeitsunterschied durch eine höhere Auflösung ausgeglichen werden. Mit beweglichen Endoskopen kann das zu betrachtende Objekt von der Seite beleuchtet werden, wodurch ein wesentlich aussagefähigeres Bild erhalten wird. Dagegen spricht jedoch der relativ hohe Aufwand für die Steuerung des Systems und die Anfälligkeit einer beweglichen Einrichtung. Des weiteren werden mögliche Fehlstellen oder Rückstände nicht deutlich hervorgehoben wie bei einer echten Seitenlichtbe- leuchtung, da der Lichtwinkel und der Beobachtungswinkel gleich sind und sich dadurch nur ein geringer Helligkeitsunterschied ergibt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, die genannten Fehler bei Druckgasbehältern festzustellen und anzuzeigen, insbesonde- re soll die Vorrichtung die Kontrolle von Druckgasflaschen in einer automatischen Anlage schnell und mit möglichst geringem mechanischem Aufwand ermöglichen.
Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, den Innenraum von Druckgasbe- hältern, wie sie in der Gasbranche vorhanden sind, mit Innendurchmessern bis zu 30 cm und Flaschenhöhen bis 2,00 m, mit kleinen Öffnungen bis 45 mm, vorzugsweise Öffnungen bis 25 mm, mit einer Einrichtung zu untersuchen, die keine beweglichen Teile enthält und die typischen Fehler besonders gut zur Ansicht bringt. Wobei diese Einrichtung mit einem einzigen Arbeitsschritt (Ein- und Ausfahren einer Lanze) die Wand- und die Bodenoberfläche eines Druckbehälters auf Abweichungen bewerten kann. Im speziellen soll das Prüfsystem für große Flaschen (Durchmesser 200 mm) wie kleine Flaschen (Durchmesser 100 mm und weniger) bei wechselnden Flaschengrößen während einer automatischen Kontrolle geeignet sein.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 beschriebenen
Merkmalen gelöst.
Die Vorrichtung dient vorteilhaft zur Abbildung der Druckgasbehälterinnenoberfläche auf einem Monitor, wodurch die Innenbesichtigung von Druckgasbehältern durch Personal erleichtert wird, oder zur automatischen oder teilautomatischen Erkennung von Anomalien (Fehlern) der Druckgasbehäiterinnenoberfläche, wobei insbesondere eine automatische Bildauswertung eingesetzt wird.
Druckgasbehälter sind vorzugsweise Druckgasflaschen.
Die Vorrichtung ist in der Regel stabförmig, wobei der stabförmige Körper der Vorrichtung einen Durchmesser aufweist, der so bemessen ist, daß die Vorrichtung durch die Öffnung des Druckgasbehälters in den Druckgasbehälter eingeführt werden kann. Die Vorrichtung enthält mindestens eine Kamera und eine Beleuchtungs- einrichtung. Vorzugsweise werden zwei oder mehr Kameras, insbesondere CCD- Kameras, eingesetzt, womit Bilder der inneren Oberfläche eines Druckgasbehälters aufgenommen werden. Die Bilddaten werden erfaßt und an eine Datenverarbeitungseinrichtung weitergeleitet und ausgewertet.
Die Vorrichtung enthält vorzugsweise keine beweglichen Teile sondern justierbare, fest stehende Teile. Die Vorrichtung enthält einen stabförmigen Körper zum Einführen in einen Druckgasbehälter durch die Füllöffnung, Keine Teile ragen außerhalb des stabförmigen Körpers heraus oder sind außerhalb des stabförmigen Körpers angebracht. Der stabförmige Körper der Vorrichtung wird zum Beispiel aus einem rohrartigen Teil (Hüllrohr), insbesondere einem zylindrischen Teil, gebildet, das als Trä- ger oder Halter für die Teile wie die Kamera dient. Beispielsweise werden in einem dünnwandigen Rohr zwei Miniatur-CCD-Kameras eingebaut, wobei eine CCD- Kamera (Wandkamera) mit ihrer optischen Achse parallel zur Druckgasbehälterachse (Flaschenachse) angeordnet und mit einer Lichtstrahlumlenkeinheit (z.B. Spiegel oder 90°-Prisma) ausgerüstet ist und zur Inspektion der Druckgasbehälterwand (Fla- schenwand) dient und eine CCD-Kamera (Bodenkamera) am Ende des Hüllrohres zur Inspektion des Druckgasbehälterbodens angeordnet ist. Die Bodenkamera nimmt in der Regel Bilder des Bodens direkt, ohne Umlenkeinheit, auf. Je nach Gestalt des Bodens (z. B. flacher oder gewölbter Boden) wird die Bodenkamera parallel zur Behälterachse, die durch die Öffnung des Behälters verläuft, oder geneigt angeordnet. Die Vorrichtung ist vorzugsweise drehbar und in der Höhe verstellbar (bei unbewegtem Druckgasbehälter). Alternativ kann die Vorrichtung festgestellt und der Druckgasbehälter bewegt werden (Drehung und Höhenverstellung). Als weitere Alternative sind auch Kombinationen von Bewegungen von Vorrichtung und Druckgasbehälter sinnvoll, z. B. eine, höhenverstellbare, drehfixierte Vorrichtung und ein drehbarer Druckgasbehälter. Die Bewegung der Vorrichtung und/oder des Druckgasbehälters erfolgt vorteilhaft mittels eines Antriebes, insbesondere einem oder mehreren steuerbaren Antrieben wie einem Schrittmotor. Die Bewegungen, das sind in der Regel Bewegungsschritte, sind vorzugsweise automatisiert und werden von einer Steuereinheit gesteuert. Geeignete Kameras sind in der Regel CCD-Kameras und haben z. B. einen Durchmesser (des Kamerakörpers) im Bereich von 6 bis 9 mm. Es gilt zu beachten, daß die Pixelauflösung der CCD-Kamera ausreichen muß, um die Oberflächenfehler hinreichend sichtbar zu machen. Als geeignete Kamera wird z. B. die Kamera "Pen- Cam" von der Fa. Liomat verwendet. Die Merkmale der Kamera sind Bildaufnehmertyp: 1/4 " Color IT CCD; 291000 Pixel (500 x 582 Pixel); Lichtempfindlichkeit 2,5 Lux bei Lichtstärke 1 ,2; Abmessungen des Kamerakopfes ohne Objektiv: 9 mm Durchmesser und 300 mm Länge. Als Objektiv dient vorteilhaft ein 4-linsiges Objektiv mit Brennweite f=10 mm und Öffnungsverhältnis von z. B. 1 :2,8 mit einer Länge von 12,7mm und Anschluß M12 x 0,5 mm.
Eine wesentliche Rolle bei der optischen Oberflächenprüfung stellt die Beleuchtung bzw. die Beleuchtungstechnik dar. Mit einem gezielten Einsatz der Beleuchtung lassen sich eventuell vorhandene Unregelmäßigkeiten hervorheben. D. h., nur mit gut abgestimmten einzelnen Komponenten kann das betrachtete Objekt gut sichtbar wiedergegeben werden.
Aufgrund des lichtundurchlässigen Materials der Flaschenwand kann kein Seitenlicht oder Durchlicht für eine gute Bildqualität eingesetzt werden. Bedingt durch die kleine Flaschenöffnung bei Druckgasflaschen ist es außerordentlich schwierig, die Fla- scheninnenoberfläche richtig auszuleuchten. Unter den genannten Bedingungen läßt sich keine weitere Lichtquelle wie eine Lichtquellenlanze, die zudem noch unabhängig bewegt werden müßte, verwenden.
Wird die Beleuchtung so angebracht, daß das Licht in einem Winkel auf das Objekt fällt (Auflicht), erhält man eine relativ gleichmäßige Reflexion des Lichtes auf dem betrachteten Objekt. Wird die Beleuchtung dagegen von der Seite vorgenommen, erhält man an den Unebenheiten auf der Oberfläche unterschiedliche Reflexionsverhältnisse. Eine Erhebung zeigt von der Seite der Lichtquelle her einen Wechsel von Hell nach Dunkel, bei einer Vertiefung liegt der Wechsel von Dunkel nach Hell. Mit Hilfe dieser Hell/Dunkel-Wechsel lassen sich mit geringem Aufwand Aussagen über die Oberflächenbeschaffenheit des Objektes machen.
Soll eine seitliche Beleuchtung bei der Inneninspektion von Gasflaschen angewendet werden, so ergibt sich bei der Beleuchtung des Bodens das Problem, daß hier keine Möglichkeit besteht, das Licht seitlich einzustrahlen. Deshalb wird im Bodenbereich eine indirekte Beleuchtung eingesetzt.
Im Sinne dieser Erfindung wird die Beleuchtungstechnik eingesetzt, welche alle ein- zelnen Anforderungen erfüllen muß. Dies wird erreicht, dadurch daß ein oder mehrere Projektoren, bestehend aus Halogenlampen mit integrierten Reflektoren, die ihrerseits über Reflektoren das Licht in Lichtleitfasern (vorzugsweise Kunststofffaser- Lichtleiter) einspeisen, eingesetzt werden. Der oder die Beleuchtungsprojektoren sind am Kopf der Hüllrohres angebaut und können durch ihre kleinen Abmaße und Gewichte mit dem Hüllrohr bewegt werden. Im Prinzip besteht der Projektor aus einer
Halogenlampe mit integriertem Reflektor. Diese Halogenlampe wird in ein Gehäuse gebaut, welches seinerseits einen trichterförmigen Reflektor aufweist. D.h. die Haio- genlampe ist so angeordnet, das sie ihr Licht in den Reflexionstrichter einstrahlen. Am Ausgang des Reflexionstrichters ist das Lichtleitfaserkabel angebracht. Über den Reflexionstrichterwinkel ist die Lichtstromverteilung am Austritt aus dem Lichtkabel vorgegeben. Dieser Beleuchtungsprojektor ist relativ klein (Abmaße ca. 6 x 6 x 12 cm). Bei einer Leistung von 50 W kommen diese Projektoren ohne zusätzliche Kühlung aus. Bei höheren Leistungen wird ein Miniaturgebläse integriert. Das Lichtleitkabel wird durch das Hüllrohr zum jeweiligen Lichtaustrittspunkt geführt. Das Licht- leitkabel ist hierbei nur unwesentlich länger als das Hüllrohr selbst. Durch diese miniaturisierten Beleuchtungsquellen ist es möglich mehrere Beleuchtungsquellen direkt am Kopf des Hüllrohres anzuordnen und mit dem Hüllrohr mitzubewegen. Durch dieses einfache Prinzip können mehrere Lichtquellen mit den unterschiedlichsten Abstrahlwinkeln in einem gemeinsamen Hüllrohr eingebaut werden. Mit den Miniatur- CCD-Kameras, die in unterschiedlichen Höhen eingebaut werden, können aussagefähige Bilder erhalten werden. Durch die unterschiedlich angebrachten Beleuch- tungsausgänge müssen keine Endoskop- oder Kamerawechsel bei 10 oder 40, 50 I Flaschen vorgenommen werden.
Die Miniaturkameras sind den Endoskopen vorzuziehen, da sich hierbei weniger Platzprobleme aufgrund der geringen Flaschenöffnung (Durchmesser 25 mm) ergeben. Bei Einsatz von Endoskopen kommen zusätzliche Fehlerquellen durch die erforderlichen großen Baulängen (bis 1800 mm) hinzu, bedingt durch optische Linsenfehler, Fertigungsfehler und Ablenkprismen am Ausgang des Hüllrohres zum Anschluß an CCD-Kameras.
Es können weitere Lichtquellen und Kameras angeordnet werden. Z. B. um den Kopfbereich vom Flaschenhals aus zu betrachten, kann eine zusätzliche Lichtquelle, von unten nach oben strahlend, angebracht werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung weiter erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Schema der Vorrichtung. Fig. 2 veranschaulicht schematisch die Beleuchtung der Wand. Fig. 3 veranschaulicht schematisch die Beleuchtung des Bodens. Fig. 4 zeigt die Anordnung der Vorrichtung in einer Druckgasflasche.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist ein stabförmigen Körper (Hüllrohr) 2 auf, der am unteren Ende die Kamera 3 (Bodenkamera) mit dem Objektiv 11 und dem Datenkabel 18 und der zugeordnete Beleuchtungskörper 4 (auch als Beleuchtungs- einheit bezeichnet) mit dem Projektor 20 zur Betrachtung des Bodens der Druckgasflasche trägt. Oberhalb der Kamera 3, im unteren Bereich des Hüllrohres 2, ist die Kamera 6 (Wandkamera) mit Objektiv 10, dem Datenkabel 19 und Umlenkeinrichtung 5 zur Wandinspektion feststehend angeordnet. Für eine seitliche Beleuchtung (Schrägbeleuchtung) der Druckgasflascheninnenwand dient der Beleuchtungskörper oder die Beleuchtungseinheit 7, die über das Lichtleitfaserbündel 23 mit dem Projektor 21 verbunden ist. Für eine indirekte oder Schrägbeleuchtung des Bodens dient die Beleuchtungseinrichtung aus Beleuchtungskörper 4, Lichtleitfaserbündel 22 und Projektor 20.
Als Hüllrohr wird z.B. ein Edelstahlrohr mit einem äußeren Durchmesser von 20 mm und einer Wandstärke von 0,5 mm mit einer Länge von 1 ,6 m eingesetzt. Die Projektoren (Abmaß 6 x 6 x 12 cm) werden direkt über dem Hüllrohr angeordnet. Durch ihre geringe Baugröße können mehrere Projektoren fest mit dem Hüllrohr verbunden werden. Der Abstand der Bodenkamera zu Wandkamera ergibt sich aus der Forderung, daß die gesamte Innenoberfläche erfaßt werden muß. D. h. der zulässige Höchstabstand für Stahlflaschen beträgt max. die Höhe des sichtbaren Wandbereichs 14 (z.B. 120 mm).
Für die Ausleuchtung (siehe Fig. 2) des Wandbereiches 14 der Druckgasflascheninnenwand 1 wird die Lichtquelle 7 oberhalb der Kamera 6 angebracht. Die Lichtquelle 7 bildet einen schrägen Lichtkegel zwischen Lichtaustritt 12 und Wandbereich 14. In dem beleuchteten Wandbereich 14 liegt das Betrachtungsfeld der Kamera 6. Der Abstand dLκ bezeichnet den Abstand zwischen Lichtaustritt 12 und Punkt 13 (Kamerasichtfenster an Prisma 5. Der Abstand ergibt sich aus der Forderung, daß die gesamte über der Kamera sichtbare Fläche ausgeleuchtet werden muss. Der Abstrahl-
winkel WA ergibt sich über die Beziehung WA = arctan . Bei idealer Reflexion
Figure imgf000010_0001
ergibt sich für den Lichtstrahl ein gleichschenkliges Dreieck und somit ein Abstrahlwinkel von 22,3°. Der Abstand bKw bezeichnet den Abstand zwischen Flaschenwand 1 und Behälterachse A-A.
Die Ausleuchtung des Bodens erfolgt vorteilhaft wie in Fig. 3 gezeigt. Der Boden wird indirekt durch Reflexion über die Flaschenwand beleuchtet. Ausgehend von dem Lichtaustrittswinkel muß der Abstrahlwinkel und der Abstand dw zwischen Lichtaustritt und Boden so gewählt werden, daß der gesamte zu betrachtende Bereich beleuchtet wird. Bei idealer Reflexion ergibt sich für den Lichtstrahl ein gleichschenkli- ges Dreieck und somit ein Abstrahlwinkel WA von 30°. Fig. 4 zeigt ein Beispiel für den Einsatz der Vorrichtung, die mit zwei Miniaturkameras 3, 6 und zwei fest installierte Beleuchtungseinrichtungen 4, 7 mit den Projektoren 8 (entspricht den Projektoren 20, 21 in Fig. 1) ausgerüstet ist. Die Vorrichtung ist höhenverstellbar und drehbar. Die Projektoren 8 sind am Kopf der Vorrichtung fest in- stalliert. Von der Vorrichtung wird die Lanze 2 in die Flasche eingefahren. Das Verfahren wird im folgenden erläutert.
Für die unterschiedlichen Flaschenarten (z. B. für N2, O2, HCI, NH3, NO oder unterschiedliche Qualitäten usw.) werden in der Regel verschiedene Auswertealgorithmen verwendet. Zur Auswahl des richtigen Auswertealgorithmus in einem Steuerprogramm wird vor der eigentlichen Bildaufnahme dem System über eine Eingabetastatur die Prüfungsart mitgeteilt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Prüfmethoden automatisch eingestellt werden, z. B. anhand der Daten eines Datenchips an der Flasche (z. B. Transpondereinheit zur Druckgasflaschenkennzeichnung wie in DE 198 57 722 (interne Bezeichnung MG 2202), DE 44 09 313 (MG 1901) oder EP
0 772 152 (MG 1968) beschrieben).
In eine Druckgasflasche 1 wird die Vorrichtung 2 automatisch eingefahren. Beim Einfahren ist die Miniaturkamera 3 aktiv. Vor dem Einfahren der Vorrichtung 2 wer- den mit Hilfe der Beleuchtung 9 (Fig. 4) Bilder von dem Kopf der Druckgasflasche aufgenommen und ausgewertet. Mit Hilfe dieser Daten wird die Flaschenöffnung auf Verschlüsse oder Stopfen überprüft. Die genaue Flaschenhöhe wird anhand des Verfahrweges im Zusammenhang mit den Daten aus der Prüfung auf Verschlüsse festgestellt. Mit dieser Einrichtung können 50 I - Flaschen von 10 I - Flaschen sicher unterschieden werden. Gleichzeitig wird mit diesem System eine Prüfung des Flascheninnengewindes vorgenommen. Nachdem die Vorrichtung 2 in die Druckgasflasche 1 eingefahren worden ist, wird (z. B. automatisch nach der Durchmesserprüfung des Flaschengewindes) auf die Wandbeleuchtung 7 und die Miniaturkamera 6 mit dem Umlenkprisma 5 umgeschaltet. Systematisch wird die gesamte Wandoberfläche in einem Raster abgefahren, wobei die Bilder aufgenommen und einer Auswerteeinheit zugeführt werden. Diese Auswerteeinheit überprüft die Bilddaten auf relevante Fehler wie Risse, Ablagerungen, farbliche Veränderungen und gibt diese Abweichungen, die anhand von gelernten Sollmustern auffallen, an eine Speichereinheit. Durch die versetzte Anbringung der Beleuchtung 7 zur Kamera 6 wird erreicht, daß das Licht schräg einfällt (siehe Fig. 2) und die Fehler dadurch besser sichtbar ge- macht werden. Bei Überschreitung einer zulässigen Fehlerzahl wird der Prüfvorgang gestoppt und die Flasche 1 als schlecht, z.B. über eine Lampe, angezeigt. Über einen an der Flasche 1 angebrachten Datenchip (z. B. Transpondereinheit wie in DE 198 57 722 (interne Bezeichnung MG 2202), DE 44 09 313 (MG 1901) oder EP 0 772 152 (MG 1968) beschrieben, worauf Bezug genommen wird) können auch Daten ausgelesen oder Vermerke zu der Flasche gespeichert werden.
Die ermittelte Flaschengröße (die Flaschenhöhe wird über den Flascheninnenge- windedurchmesser beim Einfahren festgelegt) dient dem System z. B. zur Orientierung, wo sich die Lanzenspitze (unteres Ende der Vorrichtung 2) befindet. Hat die Lanzenspitze den Bodenabstand erreicht bleibt sie stehen und die Miniaturkamera 3 (Bodenkamera) wird aktiviert. Die Beleuchtung 7 wird ausgeschaltet und die Beleuchtung 4 wird eingeschaltet. Über eine kurze auf-/ab-Fahrt der Vorrichtung 2 wird die Bildschärfe der Kamera 3 für den Bodenbereich automatisch eingestellt. Danach wird der Bodenbereich durch eine Rotation der Vorrichtung 2 mittels der Kamera 3 aufgenommen und durch die Auswerteeinheit ausgewertet. Die Bildaufnahme des Bodens erfolgt bei Schräglicht. Die Beleuchtung 4 ist so angeordnet, daß das Licht über die Flaschenwand auf den Boden reflektiert wird (siehe Fig. 3). Dadurch werden die Fehler wesentlich besser sichtbar gemacht und erkannt, die Bildauswertung vereinfacht sich. Die Auswerteeinheit überprüft die Bilddaten auf relevante Fehler wie Risse, Ablagerungen, farbliche Veränderungen , Strahlgut, Abrieb, Rückstände und gibt diese Abweichungen an die Steuereinheit. Nach dieser Bildaufnahme wird auf schnelle Ausfahrt der Vorrichtung 2 (Lanze) geschaltet und die Lanze wird aus der Flasche 1 ausgefahren. Gleichzeitig wird die Auswertung beendet und die Flasche freigeben oder als schlecht gekennzeichnet. Dies kann über eine Rot-Grün- Signallampe erfolgen und oder über einen an der Flasche befindlichen Datenchip gespeichert werden. Bezugszeichen
1 Druckgasbehälterwand 2 Halter (Hüllrohr; Lanze)
3 Bodenkamera
4 Beleuchtungseinheit der Bodenkamera
5 Umlenkeinheit (Spiegel oder Prisma)
6 Wandkamera 7 Beleuchtungseinheit der Wandkamera
8 Projektoren
9 Beleuchtung 10, 11 Kameraobjektiv
12 Ausgangspunkt des Beleuchtungskegels der Wandbeleuchtungseinheit 13 Ausgangspunkt des Beobachtungskegels der Wandkamera
14 erfaßte Beobachtungsfläche
15 Ausgangspunkt des Beleuchtungskegels der Bodenbeleuchtungseinheit
16 Ausgangspunkt des Beobachtungskegels der Bodenkamera
17 erfaßte Beobachtungsfläche 18, 19 Daten- und Versorgungsleitung 0, 21 Projektor 2, 23 Lichtleitfaserbündel

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Innenbesichtigung von Druckgasbehältern, gekennzeichnet durch eine Halterung (2) mit mindestens einer CCD-Kamera (3, 6) und mindestens einer Beleuchtungseinrichtung (4, 7).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß in einem Hüllrohr als Halterung (2) eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen (4, 7), die das zu untersuchende Objekt schräg oder seitlich beleuchten, und eine oder mehrere CCD- Kameras (3, 6) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Querschnitt von weniger als 45 mm, vorzugsweise weniger als 25 mm, insbesondere 20 mm oder weniger, aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtungen (4, 7) so in der stabförmigen Halterung (2) angeordnet sind, daß die zugeordneten CCD-Kameras (3, 6) die Betrachtungsobjekte im Schräglicht erfassen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (4, 7) Lichtleitfasern zur Lichtübertragung und Lichtabgabe enthält.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung für die Bodenbetrachtung indirekt durch eine Beleuchtungseinrichtung (4) über die Wand (1) des Druckgasbehälters mit einem definierten Abstand und Winkel zum Boden und zur Flaschenachse erfolgt und die Kamera (3) in einem bestimmten Winkel zur Flaschenachse (A-A) angebracht ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung für die Wandbetrachtung indirekt durch eine Beieuchtungseinrichtung (7) über die Wand (1) des Druckgasbehälters mit einem definierten Abstand zur CCD-Kamera (6) und Winkel zur Flaschenachse (A-A) erfolgt und die Kamera in ei- nem bestimmten Winkel zur Flaschenachse angebracht ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildsensorfläche der CCD-Kamera (6) für die Wandbetrachtung senkrecht zur Flaschenachse (A-A) ausgerichtet ist und die Aufnahme der Wand (1) über einen Spie- gel oder ein Prisma (5) erfolgt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtungen (4, 7) mit Licht eines einfachen Projektors mit Halogenlampe mit integriertem Reflektor und zusätzlichem Reflektor gespeist werden.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die CCD-Kamera (3, 6) eine Auflösung von mindestens 500 x 582 Bildpunkten aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgasbehälter eine Druckgasflasche ist.
12. Verfahren zur Innenbesichtigung von Druckgasbehältern mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in den Druckgasbehälter eingeführt wird und mit Hilfe einer oder mehrerer CCD- Kameras (3, 6) Bilder der Behälterinnenoberfläche aufgenommen werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Hilfe einer oder mehrerer CCD-Kameras (3, 6) aufgenommenen Bilder an eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Auswertung weitergeleitet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung und/oder der Druckgasbehälter bewegt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung automatisch betrieben wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Daten von oder auf einem Flaschenchip gelesen oder gespeichert werden.
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