WO2007134632A1

WO2007134632A1 - Verfahren zur erfassung von unregelmässigkeiten an einem messobjekt

Info

Publication number: WO2007134632A1
Application number: PCT/EP2006/010166
Authority: WO
Inventors: Wienzek Torsten; Harald Mätzig; Dirk Schneider
Original assignee: Scanware Electronic Gmbh
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-10-21
Publication date: 2007-11-29
Also published as: DE112006003902A5; DE102006023745A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Unregelmäßigkeiten an einem Messobjekt (70), bei dem die Oberfläche des Messobjektes (70) von wenigstens einem Lichtbündel (77) aus wenigstens einer Lichtquelle (73,74) beleuchtet, das von der Oberfläche reflektierte Licht erfasst und in von einer Auswerteelektronik (40) mit einem Referenzbild der Oberfläche verglichen und über das Vorhandensein einer Unregelmäßigkeit entschieden wird. Um ein zuverlässiges Bild eines Messobjektes, beispielsweise eine im versiegelten Blister enthaltene Tablette oder Kapsel, auch bei nur schwachem Kontrastunterschied zu der an das Produkt angrenzenden Folie mit einfacheren Mitteln zu erzeugen, ist vorgesehen, dass die Lichtquelle (73,74) auf der Oberfläche des Messobjektes (70) einen eindimensionalen Lichtstreifen erzeugt, ein Sensor (75), welcher mehrere zweidimensional angeordnete lichtempfindliche Elemente aufweist, das reflektierte Licht erfasst und die Elemente von der Auswerteelektronik (40) abgetastet werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Verpackungsmaschine zur Durchführung des Verfahrens.

Description

BESCHREIBUNG

Verfahren zur Erfassung von Unregelmäßigkeiten an einem Meßobjekt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Unregelmäßigkeiten an einem Meßobjekt, bei dem die Oberfläche des Meßobjektes von wenigstens einem Lichtbündel aus wenigstens einer Lichtquelle beleuchtet, das von der

Oberfläche reflektierte Licht erfaßt und in einer Auswerteelektronik mit einem

Referenzbild der Oberfläche verglichen und über das Vorhandensein einer

Unregelmäßigkeit entschieden wird, sowie eine Verpackungsmaschine zur Durchführung des Verfahrens.

In der Schrift DE 36 22 112 A1 wird ein Verfahren zur Füllgutkontrolle einer verschlossenen Tablettenpackung in Blisterform aus tiefgezogener Kunststofffolie mit einer Versiegelung aus Aluminiumfolie beschrieben, bei der man die Kunststofffolie mit Infrarotlicht durchstrahlt, das reflektierte Licht mit einem Lichtempfänger abtastet und ein gerastertes Grauwertbild erzeugt, das Grauwertbild mittels Mikrorechner auswertet und das Ergebnis der Auswertung mit einem Sollwert vergleicht. Damit soll es möglich sein, dass der Blister nach seiner Versiegelung auf Vollständigkeit seines Inhalts und Unversehrtheit der Tabletten kontrolliert werden kann. Dabei wird Infrarotlicht benutzt, das langwelliger als 800 Nanometer ist und wobei die Rasterung der aufgenommenen Bilder mit einer Matrix von ca. 400 x 300 Bildpunkten vorgenommen wird.

In der Patentschrift DE 43 31 772 C2 wird eine Vorrichtung zur Farberkennung von in den Näpfen von Blisterfolien liegenden Objekten, nämlich insbesondere von

Tabletten oder Pillen beschrieben, deren Farbe ein Kennzeichen darstellt und die auf ihre richtige Anwesenheit und/oder Verteilung in der Kunststoff-Blisterfolie kontrolliert werden müssen, bevor die Blisterfolie durch Aufschweißen einer anderen Folie zum Beispiel einer Aluminium-Durchdrückfolie, versiegelt wird. Zur Farberkennung von in den Näpfen von Blisterfolien liegenden Objekten, die auch bei schwachem oder fehlendem Kontrast zwischen den Objekten und dem

Material der Blisterfolie zuverlässig arbeitet, sieht die dort beschriebene

Vorrichtung vor, den Bildbereich von unten mit Infrarotbestrahlung zu beaufschlagen, wobei eine Farbkamera das durchstrahlte Infrarotlicht aufnimmt und eine Schwarzweißkamera den gleichen Bildbereich aus dem Auflicht erfasst und die Bildinhalte beider Kameras zusammen geführt werden. Die Rotlichtkamera ermittelt die genauen Umrisse des zu prüfenden Objektes unter Ausschaltung der angrenzenden Blisterfolie, so dass aus dem von der Schwarzweißkamera aufgenommenen Bild der Umriss der angrenzenden Blisterfolie ausgeblendet werden kann.

An den gegenwärtigen Verpackungen, sei es Blister, Tray, Karton, werden Qualitätssicherungssysteme in der Regel zum Beispiel Hochleistungs- Farbfüllgutkontrollsysteme eingesetzt, die auf herkömmlichen optischen Bilderzeugungsverfahren, elektronischer Bildverarbeitung und software-gestützter Auswertung basieren. Dies ist für viele Zwecke ein weiterhin ausreichendes Verfahren.

Bei Bildern, die durch diese 2D-Bildaufnahmeverfahren mittels einer getakteten Digital-Kamera und einer diffus streuenden Weißlichtquelle (z.B. LED) gewonnen werden, ist jedoch unter Umständen der Kontrast zwischen zu kontrollierendem Produkt und seiner Umgebung nicht ausreichend hoch genug, so dass ein nachgelagerter Software-Algorithmus oft nur unzureichende Bildauswertungen durchführen kann. Insbesondere Bei Blister- und Tray-Verpackungen können auch bei Verwendung unterschiedlicher Materialien immer wieder Konstellationen mangelnden Kontrastes auftreten.

Als Beispiele von Blisterverpackungen sei hierbei vorrangig genannt die gängige Verwendung einer ALU-Bodenfolie oder auch eines anderen „grauen" Materials, in welchem ein „graues" bzw. „dunkles" Produkt, zum Beispiel eine graue Tablette, verpackt werden soll. Ähnlich schwierige Verhältnisse können sich bei Tray- Verpackungen ergeben, wenn Produkte aus transparentem Glas, wie etwa Ampullen, in weiße Kartons verpackt werden sollen.

Weiterhin sind oft Defekte an Produkten und/oder Verpackungen mit den bisherigen 2D-Bildaufnahmeverfahren bei Beleuchtung von oben nicht sicher erkennbar. Als Beispiele seien genannt in Näpfen der Verpackungen kongruent übereinander liegende Produkte oder volumendefekte Produkte bei unveränderter Oberfläche oder Defekte an Folien, in deren Näpfen kein Produkt eingelegt wurde. Die genannten Mängel stellen daher für die Qualitätssicherung zum Beispiel von Produkten für den Pharma-, Lebensmittel- oder auch Kosmetikbereich bisher ungelöste Probleme dar.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges, Bild eines Messobjektes, beispielsweise eine im versiegelten Blister enthaltene Tablette oder Kapsel, auch bei nur schwachem Kontrastunterschied zu der an das Produkt angrenzenden Folie mit einfacheren Mitteln zu erzeugen.

Insbesondere ist es ein Ziel, oben genannte Defekte an Produkt und/oder Verpackung in den erwähnten Verpackungsprozessen hinreichend sicher detektieren und zusätzlich auch den Geschwindigkeitsanforderungen von Hochleistungsverpackungsmaschinen genügen zu können, durch die Verpackungen von einem oder mehreren Produkten entweder getaktet oder kontinuierlich gefördert werden.

Zur Lösung der Aufgaben sieht die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung von Unregelmäßigkeiten an einem Meßobjekt vor, bei dem die Oberfläche des Meßobjektes von wenigstens einem Lichtbündel aus wenigstens einer Lichtquelle beleuchtet, das von der Oberfläche reflektierte Licht erfasst und in einer Auswerteeinheit mit einem Referenzbild der Oberfläche verglichen und über das Vorhandensein einer Unregelmäßigkeit entschieden wird, wobei die Lichtquelle auf der Oberfläche des Meßobjektes einen eindimensionalen Lichtstreifen erzeugt, ein Sensor, welcher mehrere zweidimensional angeordnete lichtempfindliche Elemente aufweist, das reflektierte Licht erfasst und die Elemente von der Auswerteeinheit abgetastet werden.

Die Erfindung bringt besondere Vorteile in der Feststellung von Unregelmäßigkeiten oder Prägezeichen, nämlich insbesondere eine - Detektion von bestimmten Foliendefekten wie etwa eingedrückte Näpfe oder Löcher,

- Detektion von bestimmten Produktfehlern wie zum Beispiel kongruente Doppelbefüllung von Näpfen, horizontaler Bruch von Produkten, eingedrückte Kapseln, Glasbruch vornehmlich von Ampullen, - Detektion von bestimmten Fremdkörpern, wie etwa Unterlegscheiben auf ALU-Folie,

Detektion von bestimmten Fülldefekten, wie etwa Lagefehler von Produkten, oder - Erkennung von Prägeschriften, wie zum Beispiel Blindenschrift auf Folien,

Kartonverpackungen.

Zweckmäßig werden in der Auswerteeinheit für den Vergleich die Grauwerte des von den einzelnen Elementen erfassten Lichtes ausgewertet. Damit liegen in der Auswerteelektronik für den Vergleich drei voneinander unabhängige Angaben über den Ausgangspunkt des von dem betreffenden Element aufgenommenen reflektierten Lichtes vor, die eine besonders zuverlässige Entscheidung über das Vorliegen einer Unregelmäßigkeit erlauben. Es wird also insgesamt eine Art dreidimensionales Bild des Meßobjektes erzeugt, das in einem Speicher abgelegt werden kann. Die Genauigkeit des erzeugten Bildes wird erhöht, wenn in Weiterbildung der Erfindung das reflektierte Licht von einer digitalen Kamera auf das Elementenfeld des Sensors fokussiert wird.

Vorteilhaft ist, wenn das Meßobjekt von einem ebenen divergenten Lichtbündel beleuchtet wird. Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, dass der Lichtstreifen durch mehrere diskrete eindimensional angeordnete Lichtpunkte gebildet wird. Vorzugsweise wird das Meßobjekt in einer vorgegebenen Vorschubrichtung kontinuierlich oder getaktet beispielsweise durch eine Verpackungsmaschine bewegt, die die Bewegung des Meßobjektes steuert. Für die Erzeugung eines Meßobjektbildes ist es günstig, wenn das Meßobjekt unter einem Auflichtwinkel beleuchtet wird, der von 90° relativ zur Vorschubrichtung verschieden ist. Dabei kann der Abbildungswinkel, unter dem die Kamera das reflektierte Licht aufnimmt, vom Auflichtwinkel, unter dem das Mesßobjekt beleuchtet wird, betragsmäßig verschieden sein. Weiterhin ist vorteilhaft, wenn das Meßobjekt von zwei nebeneinander angeordneten Lichtquellen beleuchtet wird, deren Lichtbündel einen vorgegebenen Beleuchtungswinkel einschließen, dessen Scheitel sich auf dem Meßobjekt befindet, und dass die Kamera längs der Halbierenden des Beleuchtungswinkels angeordnet ist, die sich zweckmäßig quer zur Vorschubrichtung erstreckt. Die Auswerteeinheit umfasst zweckmäßig eine 2D-Positionserkennungseinheit, in welcher aus eingelesenen 3D-Bilddaten des Meßobjektes dessen genaue Lage in der Fläche bestimmt wird, sowie eine Boden-Offset-Einheit, in welcher die relative Höhe zwischen Scheitel des Meßobjektes und des Referenzbodens bestimmt wird, und schließlich eine Pattern-Match-Einheit, in der ein Vergleich mit entsprechenden Daten des Referenzobjektes durchgeführt und die Nicht- Übereinstimmung als Fehler gewertet wird. Weiterhin kann sich eine weitergehende Detektion dahingehend empfehlen, daß nach Übereinstimmung in einer Lichtschnitt-Positionsbestimmungseinheit in der Auswerteeinheit eine Einzelbewertung der Lichtschnitte des Meßobjektes hinsichtlich ihrer relativen Position zu den Lichtschnitten des Referenzobjektes durchgeführt und das Überschreiten einer vorgegebenen Toleranzgrenze als Fehler gewertet wird. Weitergehend bringt es Vorteile, wenn bei eingehaltener Toleranz in einer 3D- Deformations-Berechnungseinheit der Auswerteeinheit das Deformationsmaß des Meßobjektes in Bezug zum Referenzobjektbild für alle drei Dimensionen bestimmt wird und dass es als Fehler gewertet wird, wenn die ermittelten Differenzen einen vorgegebenen Toleranzbereich überschreiten. Vorteilhafterweise kann dann ein Gesamtbild des Meßobjektes als ein 2D-BiId mit Grauwertstufen, die die dritte Dimension repräsentieren, durch Verwendung von farbigem Laserlicht in einer Bildverarbeitungseinheit abgelegt werden. Vorteilhafterweise wird rotes Licht zur Beleuchtung eingesetzt.

Zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich eine Verpackungsmaschine, die gemäß Patentanspruch 17 eine Formstation zum Einprägen von Näpfen in eine angelieferte Bodenfolie, eine der Formstation folgende Füllstation zum Befüllen der Näpfe mit einem Produkt, eine Siegelstation zum Versiegeln der befüllten Näpfe mit einer Deckfolie , eine Stanze zum Auftrennen der versiegelten Bodenfolie in einzelne Blister, Trays oder dergleichen sowie eine Auswurfweiche und eine Ausgabestation aufweist. Am Förderweg der Bodenfolie durch die Verpackungsmaschine ist eine Beleuchtungseinheit mit wenigstens einer Lichtquelle und einer Kamera vorgesehen, welche mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit eine 2D- Positionserkennungseinheit, eine Offset-Berechnungseinheit und eine Vergleichseinheit aufweist. Dabei erweist es sich als zweckmäßig, wenn die Beleuchtungseinheit zwei Laserlichtquellen aufweist, deren emittierte Lichtbündel einen vorbestimmten Beleuchtungswinkel einschließen, wobei dann die Kamera längs der Winkelhalbierenden des Beleuchtungswinkels, die vorzugsweise senkrecht zum Förderweg weist, angeordnet ist. Für die Position der Beleuchtungseinheit längs des Förderweges kommt infrage eine solche zwischen Füllstation und Siegelstation oder zwischen Siegelstation und Stanze. Im Einzelfall kann auch eine andere geeignete Position gewählt werden. Auch kann die Beleuchtungseinheit oberhalb oder unterhalb des Förderweges vorgesehen sein. Schließlich können in Weiterbildung der Erfindung auch mehrere gleichartige Beleuchtungseinheiten, die jeweils mit der Auswerteeinheit verbunden sind, eingesetzt werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausgabestation als Verpackungsstation ausgebildet, in welcher mit „gut" bewertete Blister oder dergleichen in Tablettenpackungen oder dergleichen Faltschachteln eingeführt und verpackt werden. Zur Erfassung und Prüfung von Prägezeichen auf Karton oder Verpackungen oder Folie kann in der Verpackungsstation eine der Beleuchtungseinheiten vorgesehen sein. Ferner kann es sich empfehlen, längs des Förderweges eine Druck- oder Prägestation anzuordnen.

Im Übrigen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in den Unteransprüchen angegeben. Unter Meßobjekt im Sinne der Erfindung ist zu verstehen ein in einem Napf enthaltenes Produkt und/oder eine Produktverpackung und/oder die Gesamtheit aus Produktverpackung mit einem oder mehreren in der Produktverpackung enthaltenen Produkten oder Prägezeichen auf einer Verpackung.

Die Erfindung wird an Hand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Lasertriangulation;

Figur 2: eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem Lichtschnittverfahren; Figur 3: eine schematische Darstellung zur weiteren Erläuterung der Erfindung;

Figur 4: eine Figur 3 ähnliche schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Figur 5: ein Flußdiagramm zur Auswertung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Daten des Meßobjekts,

Figur 6 eine Seitenansicht einer Verpackungsmaschine nach Abnahme einer Schutzhaube, und

Figur 7 eine schematische Darstellung der einzelnen Stationen der Verpackungsmaschine nach Figur 6 in ihrer seriellen, funktionalen Anordnung.

Das verwendete und hier näher beschriebene Schichtaufnahme- oder Lichtschnittverfahren beinhaltet die Generierung eines durch einen Laser- Lichtstrahl erzeugten 3D-Bildes, das in geeigneter Form elektronisch aufbereitet einer entsprechenden Auswerteeinheit zugeführt wird. Dieses Schichtaufnahmeverfahren beruht auf dem mathematischen Verfahren der Triangulation aus der Trigonometrie und nutzt technisch eine gebündelte Laserlichtquelle und eine Kamera („Lasertriangulation"). Das abzubildende Meßobjekt wird im Vorzug einer Verpackungsmaschine bewegt. Dabei wird in definierten Takten das durch das Laserlicht erzeugte Abbild des Meßobjektes an der Position des jeweiligen Taktes von der Kamera aufgenommen. So entsteht in Schichten ein digitales Gesamtbild des Meßobjektes, das nun von einer speziellen Software hinsichtlich der zu detektierenden Abweichungen untersucht werden kann.

Bei der Lasertriangulation wird gemäß Figur 1 ein Laserlichtpunkt auf das Messobjekt projiziert und mit einer Kamera beobachtet. Das Objektiv bildet den Lichtfleck auf den CCD- oder PSD-Sensor ab. Die Verbindung Kamera-Lichtquelle sowie die beiden Strahlen von und zum Objekt bilden hierbei ein Dreieck, daher die Bezeichnung Triangulation. Ändert sich die Entfernung des Messobjektes vom Laserprojektor, so ändert sich auch der Winkel, unter dem der Lichtpunkt beobachtet wird sowie die Position seines Abbildes in der Kamera. Eine Verschiebung des Objektes um Dz führt also auch zu einer Verschiebung des Bildes auf dem Sensor. Beim Sensor handelt es 5 sich um ein lichtempfindliches ortsauflösendes optisches Element, das die Position des Lichtpunktes im Bild bestimmt. Aus dieser Bildposition wird die Distanz zwischen Sensor und Objekt berechnet. Aus der Positionsänderung kann mit Hilfe einfacher geometrischer Beziehungen die Entfernung des Objektes vom Laserprojektor berechnet werden.

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Ein Vorteil der Triangulation ist der Umstand, dass es sich um rein trigonometrische Berechnungen handelt. Die Messung kann darum sehr schnell durchgeführt und wiederholt werden und eignet sich damit auch zur Abstandsmessung an vertikal bewegten Objekten.

I₅

Beim Lichtschnittverfahren gemäß Figur 2 wird ein ebenes Lichtbündel auf das zu messende Objekt projiziert. Dieses Lichtbündel erzeugt eine helle Linie auf dem Objekt. Man spricht daher auch von einem „Lichtschnitt". Aus der Blickrichtung des Projektors ist diese Linie exakt gerade. Aus der seitlichen Sicht der Kamera sieht 20 man sie durch die Objektgeometrie deformiert. Die Abweichung von der Geradheit im Kamerabild ist ein Maß für die Objekthöhe. Damit kann die Distanzinformation zu allen Punkten des Musters mit einem einzigen Kamerabild für diesen einen „Lichtschnitt" berechnet werden.

5 Wird das Meßobjekt rasterartig oder kontinuierlich bewegt, dann kann das Oberflächenrelief mit großer Genauigkeit bestimmt werden.

Ein System für die Umsetzung des Verfahrens in Verpackungsmaschinen (für Blister, Trays bzw. Kartons) besteht aus folgenden Komponenten: 30 - ein oder zwei Laser als Lichtquelle;

- eine CCD-Kamera mit Bildaufbereitungsprogrammen;

- Auswerteeinheit mit der Bildverarbeitungs- und Auswertelogik

- Automatisierungsschnittstellen (z.B. SPS) Zur Umsetzung dieses Verfahrens werden je nach Anforderung (z.B. Art zu prüfender Objekte, Verpackungsmaschine) prinzipiell zwei verschiedene Systemkonstellationen verwendet.

Bei der Variante 1 wird in der Kamera pro Bildaufnahme ein Schnittbild des Objektes über die gesamte Fläche des Kamerasensors erfasst. Dieser Ansatz bietet Kosten- und Geschwindigkeitsvorteile, kann aber in Abhängigkeit von der Objektform den Nachteil von Schattenbildung haben.

Bei der Variante 2 werden in der Kamera mit einer Bildaufnahme die zwei Schnittbilder des Objektes der beiden Laser-Lichtquellen in je einer Hälfte der aufgeteilten Fläche des Kamerasensors erfasst. Dieser Ansatz bietet ohne größere Zusatzkosten durch die rechnerische Eliminierung von objektform- bedingten Schatten Vorteile in der Bildqualität und damit eine daraus resultierende erhöhte Erkennungsleistung. Durch die doppelt notwendig werdende Auswertung (zum rechnerischen Zusammenfügen der beiden Schnittbilder inklusive Schatteneliminierung) kann es in der konkreten Anwendung zu Geschwindigkeitsnachteilen kommen.

Das anspruchsgemäße Verfahren beinhaltet bei beiden Systemkonstellationen grundsätzlich das zeilenweise Einlesen von einzeln aufgenommenen Bildern von Lichtschnitten eines zu prüfenden Objektes. Dazu wird der Vorzug des Objektes in der Verpackungsmaschine in definierte und mit der Verpackungsmaschine synchronisierte Taktsignale mit festgelegten Start- und Endpunkten unterteilt. Bei jedem Takt wird ein Bild aufgenommen. Dadurch wird implizit festgelegt, aus wieviel Zeilen = Lichtschnitten sich das Gesamtbild eines Objektes zusammensetzen soll.

Direkt nach der Aufnahme führt eine geschwindigkeits-optimierte Software in der Kamera die Triangulationsberechnungen auf diese einzelnen Lichtschnittbilder durch. Eine spezielle Elektronik (Frame Grabber) übernimmt anschließend zeilenweise die aufgenommenen und aufbereiteten Bilder und speichert sie als

Gesamtbild für die Auswertung in einem Zwischenspeicher. Dieses Gesamtbild des Objektes ist nun abgelegt als ein 2D-BiId mit Grauwertstufen, die die dritte Dimension (das Höhenrelief des Objektes) repräsentieren. Der Kontrast der Grauwertstufen wird verbessert, wenn rotes Laserlicht zur Beleuchtung benutzt wird.

Zur Realisierung der hohen Geschwindigkeitsanforderungen erfolgt nun die Auswertung des Bildes nach speziell hierfür entwickelten

Mustererkennungsverfahren, um in kürzesten Zeiten eine Bewertung des Objektes und dessen weitere Behandlung (z.B. Auswurf) zu treffen. Die Mustererkennung setzt sich aus mehreren Prüfalgorithmen, die zum Teil konfigurationsabhängig in einer priorisierten Reihenfolge abgearbeitet werden, und jeweiligen Toleranzvergleichen zusammen.

Hierbei werden die eingelesenen Bilddaten zunächst einer 2D-Positionserkennung unterzogen, um die genaue Lage des jeweiligen Objektes in der Fläche zu bestimmen. Dann folgt über eine Offset-Berechnung die Bestimmung der relativen Höhe zwischen Objekt und dem Referenzboden (z.B. Folie auf dem das Objekt aufliegt). Dies dient dazu, um zum Beispiel Höhenschwankungen des Folienmaterials beim Transport durch die Verpackungsmaschine zu kompensieren. Es wird daher keine absolute Vermessung der Maße eines Objektes vorgenommen.

In mehreren Iterationsschnitten, die jeweils erneut Positionserkennung und Offset einschließen, wird nun das Objektbild mit dem Referenzbild in Deckung gebracht (vektorielle Kongruenzanalyse). Gelingt dies nach einer definierten Zahl von Iterationen und innerhalb krümmungsabhängiger Toleranzbereiche nicht, wird bereits hier davon ausgegangen, dass das Objekt nicht dem Soll entspricht und demzufolge als „fehlerhaft" bewertet.

Der nächste Prüfschritt beinhaltet die Einzelbewertung der Lichtschnitte hinsichtlich ihrer relativen Position zu den Lichtschnitten des Referenzbildes. Sich hierbei außerhalb von Toleranzen ergebende Abweichungen an den jeweiligen Schnitten führen ebenfalls zu einer „fehlerhaft" Bewertung.

Im letzten Prüfschritt wird mit Hilfe von 3D-Labelling das Deformationsmaß des

Objektbildes in Bezug zum Referenzbild bestimmt. Dabei wird für alle drei Dimensionen eine entsprechende Berechnung durchgeführt, um etwaige Differenzen zu ermitteln. Sind diese innerhalb der Toleranzbereiche, wird letztlich das Objekt für „gut" befunden.

Die weitere Steuerung des Systems auf Basis der oben ermittelten Bewertungsergebnisse („gut", „fehlerhaft") und der externen Peripherie einschließlich der Kommunikation mit der Verpackungsmaschine ist teilweise konfigurationsabhängig bzw. anlagenspezifisch.

Gemäß Figur 1 ist über einem schematisch dargestellten Meßobjekt 1 beispielsweise in Form eines Trägersubstrats ein Laser 3 so angeordnet, dass die Mittellinie 4 seiner abgegebenen Strahlung senkrecht auf die Oberfläche des Meßobjektes 1 auftrifft. Die von der Oberfläche reflektierte Strahlung in Form eines Lichtbündels 7 wird von der Linse eines Objektivs 5 auf eines oder mehrere nebeneinander angeordneter lichtempfindlicher Elemente, sogenannte Pixel 61 , 62, 63, 64, 65, 66, 67 eines Sensors 6 fokussiert. Im Einzelnen nicht dargestellt ist, dass der Sensor 6 ein zweidimensionales, ebenes Feld aus Pixeln aufweist, so dass bei Bewegung des Meßobjektes 1 quer zu seiner vom Laser 3 beleuchteten Oberfläche mehrere Pixel des zweidimensionalen Feldes nacheinander bestrahlt werden. Demzufolge werden andere Pixel des Feldes belichtet, wenn die beleuchtete Oberfläche des Meßobjektes 1 in Richtung auf den Laser 3 ansteigt und etwa in eine Position gelangt, die mit 2 angedeutet und etwa um die Höhendifferenz DZ relativ zum Meßobjekt 1 angehoben ist. Aufgrund der Abbildungsgeometrie des Objektivs 5 erscheint die Höhendifferenz DZ als Seitenversatz Dz im Pixelfeld des Sensors 6.

Als Sensor 6 kommt beispielsweise ein CCD-Sensor in Betracht, das heißt ein solcher, der als Charge Coupled Device im Wesentlichen aus Halbleitern besteht und vor allem in Digitalkameras eingesetzt wird. Andererseits kann auch ein PSD- Sensor verwendet werden, der als Photo-Sensitive Device oder als Position Sensing Device bezeichnet wird und mit einer Fotodiode mit gezogener Beleuchtungsfläche arbeitet.

Bei der Anordnung gemäß Figur 2 weist das Meßobjekt 10 ein flächiges

Trägersubstrat in Form eines Blisters 11 mit über den Blister erhabenem Napf 12 auf, in welchem ein Produkt, etwa eine Tablette, eine Kapsel oder eine Ampulle enthalten sein kann (nicht muß). Ein über dem Meßobjekt 10 gehaltener Projektor 13 richtet ein ebenes, divergentes Lichtbündel 14 auf Napf 12 und Blister 11 , so dass das Lichtbündel 14 auf Blister 11 und Napf 12 einen Lichtstreifen 16 erzeugt. Der Mittelstrahl 17 des Lichtbündels 14 bildet mit einer zur Oberfläche des Blisters 11 parallelen Ebene 18 einen Auflichtwinkel α, der von 90° verschieden ist und etwa 45° betragen kann.

Eine Kamera 15 ist über der vom Projektor 13 beleuchteten Oberfläche des Meßobjektes 10 im Wesentlichen gegenüber dem Projektor gehalten und erfasst das vom Meßobjekt 10 längs des Lichtstreifens 16 reflektierte Licht in einem Lichteinfallsbereich 19, dessen Mittellinie 21 mit der Ebene 18 einen von 90° verschiedenen Abbildungswinkel ß bildet, wobei ß betragsmäßig gleich oder verschieden sein kann von α. Auf einem Monitor 25 einer nicht dargestellten und mit der Kamera 15 elektrisch verbundenen Auswerteeinheit erscheint ein Bild 22 des Lichtstreifens 14 zur Auswertung.

Selbstverständlich ist der Öffnungswinkel des Lichtbündels keinen Beschränkungen unterworfen. Er kann wie in Figur 2 dargestellt so groß gewählt werden, dass das Lichtbündel 14 gerade einen Napf mit Umgebung überdeckt. Weist der Blister 11 mehrere in der Ebene des Lichtbündels ausgebildete Näpfe auf, empfiehlt es sich, den Öffnungswinkel entsprechend groß zu wählen. Entsprechendes gilt für den Öffnungswinkel des Lichteinfallsbereichs 19. Des Weiteren sind auch die Winkel α und ß keinen Beschränkungen unterworfen, solange sie verschieden von 90° bleiben. Die Wahl der Winkel α und ß kann zum Beispiel von den Lichtreflexionseigenschaften des Meßobjektes 10 abhängig gemacht werden. Auch die Form und Höhe des Napfes 12 sowie das Reflexionsverhalten seines möglichen Inhalts können die Wahl beeinflussen. Schließlich kann für die Wahl auch bestimmend sein, ob der Napf 12 sich nicht wie dargestellt über den Blister 11 erhebt sondern eine unter die Fläche des Blisters reichende Eindrückung bildet, die beispielsweise durch eine durchscheinende oder durchsichtige Folie abgedeckt sein kann.

Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Figur 3 ist senkrecht über der

Oberfläche eines Meßobjektes 30, das ein flächiges Trägersubstrat 31 und ein auf diesem fixiertes Produkt 32 umfaßt, ein Laser 33 so befestigt, dass das Laserlicht gemäß schematisch angedeutetem Strahl 34 auf dem Meßobjekt 30 einen Lichtstreifen erzeugt. Unter einem von 90° verschiedenen Winkel ist eine Kamera 36, die sowohl das Objektiv 35 wie auch den oben beschriebenen Sensor beherbergt, auf den Lichtstreifen gerichtet und nimmt das von diesem reflektierte Licht auf. Kamera 36 und Laser 33 sind mit einer im Ganzen mit 40 bezeichneten Auswerteeinheit elektrisch über Signalleitungen 37, 38 verbunden, so dass die Auswerteeinheit 40 den Betrieb der Kamera 36 und des Lasers 33 steuert und synchronisiert. Ausgangsseitig ist die Auswerteeinheit 40 über eine Leitung 39 mit einer Automatisierungseinrichtung 50 verbunden, welche ihrerseits über ein Kabel 51 an eine Verpackungsmaschine 60 angeschlossen ist. Es versteht sich, dass alle genannten Leitungen mehradrige Kabel sein können.

Die Auswerteeinheit umfasst mehrere Funktionsbausteine zusätzlich zu anderen ihren Betrieb sichernden Einheiten, nämlich insbesondere einen Zwischenspeicher 41 zur Aufnahme des Gesamtbildes des Meßobjektes 30, eine 2D- Positionserkennungseinheit 42, eine Offset-Berechnungseinheit 43, eine Vergleichseinheit (Pattern Match) 44, eine Einzelbewertungseinheit 45 und eine Deformationsmaßbestimmungseinheit 46. Die Einheiten 42 bis 44 werden wie oben beschrieben iterativ von der nicht dargestellten Steuerung n mal (n = positive ganze Zahl) durchlaufen, wobei der Übergang von der Vergleichseinheit 44 zur Einzelbewertungseinheit 45 vom Ergebnis („gut" oder „fehlerhaft") aus der iterativ vorhergehenden Vergleichseinheit 44 abhängt. Üblicherweise sonst noch in der Auswerteelektronik enthaltene Funktionsbausteine sind nicht dargestellt. Die einzelnen Ergebnisse aus den einzelnen Einheiten können beispielsweise an einem mit der Auswerteelektronik verbundenen Monitor 47 abgelesen werden.

Figur 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die sich von der in Figur 3 dargestellten lediglich durch die Verwendung zweier Laser 73, 74, von denen jeder über je eine Leitung 71, 72 mit der Auswerteelektronik 40 verbunden ist, und eine Anordnung der Kamera 75 zwischen beiden Lasern unterscheidet. Die Auswertung der von der Kamera 75 seriell und zeilenweise gelieferten Bilddaten von dem jeweils in der Prüfung befindlichen Meßobjekt 70 an die Auswerteeinheit 40 geschieht in der gleichen Weise, wie oben im Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben wurde. Die beiden von den Lasern 73, 74 auf das jeweilige Meßobjekt 70 gerichteten Lichtbündel 76, 77 schließen einen Beleuchtungswinkel ε ein, der beispielsweise 60° betragen kann. Der Winkel ε spannt eine Ebene auf, die im Wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche des jeweiligen Meßobjektes steht. Die Halbierende des Winkels ε steht im Allgemeinen senkrecht auf der Oberfläche und weist damit quer zur Vorschubrichtung durch die Verpackungsmaschine 60. Abhängig von der Form der Oberfläche kann es sich jedoch empfehlen, die beiden Laser 73, 74 asymmetrisch zur Senkrechten auf die Oberfläche des Meßobjektes zu befestigen, beispielsweise um unsymmetrisch in das Trägermedium 78 des Meßobjektes 70 eingeprägte Näpfe besser ausleuchten zu können. Jedenfalls ist es zu bevorzugen, dass die Kamera 75 längs der Winkelhalbierenden 79 des Winkels ε befestigt wird.

In Figur 5 sind die einzelnen Funktionsbausteine aus der Auswerteeinheit 40 in der Reihenfolge wiedergegeben, in der sie iterativ angesteuert werden. In die Iteration von allgemein n Wiederholungen sind nur die Funktionsbausteine 42, 43 und 44 seriell einbezogen. Die Bausteine 45 und 46 werden für jedes Meßobjekt nur einmal seriell durchlaufen. Im Übrigen wird auf die Beschriftung der Figur 5 Bezug genommen.

Die Automatisierungseinrichtung 50 ist eine speicherprogrammierbare elektronische Baugruppe für Steuerungs- und Regelungsaufgaben in der Verpackungsmaschine 60. Die Verpackungsmaschine 60 weist ein durchgehendes zweckmäßig taktweise angetriebenes Förderband auf, welches die Einzelteile des in der Verpackungsmaschine 60 zusammenzusetzenden Meßobjektes in Richtung des Pfeiles 81 fördert. In einer Speicherstation 85 für die Bodenfolie 11 befindet sich eine Speichertrommel 83, von der die Bodenfolie abgezogen und einer nachfolgenden Formstation 68 zugeleitet wird. Die seitlichen Abmessungen der Bodenfolie 11 richten nach den Bearbeitungsmöglichkeiten der Verpackungsmaschine und nicht primär nach der Dimension der einzelnen herzustellenden Blister. In der Formstation 68 wird in die Bodenfolie 11 an vorbestimmten Stellen, die üblicherweise in sich quer zur Förderrichtung erstreckenden Reihen angeordnet sind, jeweils ein Napf 12 eingeprägt. In Figur 2 ist der Napf 12 so dargestellt, dass er sich über die Bodenfolie 11 erhebt. Die Erfindung ist jedoch in gleicher Weise auch auf solche Fälle anwendbar, wenn der Napf 12 wie beispielsweise gemäß Figur 6 in die Bodenfolie 11 eingeprägt ist.

Von der Formstation 68 transportiert das Förderband die Bodenfolie 11 mit eingeprägten Näpfen zur nachfolgenden Füllstation 80, in welcher jeder Napf einer Reihe von oben mit je einem vorgegebenen Produkt gefüllt wird, seien es Tabletten, Kapseln, Ampullen, medizinische Spritzen oder dergleichen. Nach der Befüllung gelangen die Meßobjekte längs des Förderweges nacheinander unter die mit 86 bezeichnete und den oder die Laser sowie die Kamera enthaltende Beleuchtungseinheit, (siehe auch Figur 3). Die Beleuchtungseinheit ist über Leitungen 38, 71 , 72 mit der Auswerteeinheit 40 verbunden, die Teil der Verpackungsmaschine 60 oder in einem separaten Schrank untergebracht sein kann. Nach der Beleuchtungseinheit 86 gelangen die Meßobjekte in eine Siegelstation 84, der aus einer Vorratstrommel 89 eine Deckfolie 87 zugeführt wird. In der Siegelstation 84 wird die Deckfolie 87 über die Meßobjekte gelegt und mit den ebenen Partien der Bodenfolie 11 verklebt (versiegelt). Durch das Versiegeln der Deckfolie 87 auf der Bodenfolie 11 werden die einzelnen Produkte in ihren jeweiligen Näpfen eingefangen. Eine der Siegelstation 84 nachfolgende Stanze 92 trennt die einzelnen Blister von der versiegelten Bodenfolie ab. Längs des Förderweges folgt auf die Stanze 92 eine Auswurfweiche 95, Die Auswurfweiche 95 wird von der Auswerteeinheit 40 so gesteuert, dass die von der Auswerteeinheit als fehlerhaft ermittelten Blister in einen Abwurfschacht 95 aus dem Förderweg abgeworfen werden, wohingegen die nicht als fehlerhaft ermittelten Blister über die Auswurfweiche 95 einer Verpackungsstation 96 zugeführt werden, in welcher ein oder mehrere Blister in eine handelsübliche Faltschachtel eingefüllt, die Faltschachteln geschlossen und aus der Verpackungsmaschine bei 98 ausgegeben werden.

Die Position der Beleuchtungseinheit 86 kann statt zwischen der Füllstation 80 und der Siegelstation 84 auch an anderer Stelle an dem Förderweg angebracht sein. So ist in Figuren 6 und 7 als weitere günstige Position diejenige zwischen Siegelstation 84 und Stanze 92 gestrichelt eingetragen. Es ist auch nicht erforderlich, dass die Beleuchtungseinheit 86 wie dargestellt oberhalb der Bodenfolie 11 gehalten ist. An der Bildgewinnung ändert sich nichts für die Erfindung Wesentliches, wenn die Beleuchtungseinheit 86 unterhalb der Bodenfolie angeordnet ist.

Ist das Meßobjekt ein Karton oder eine Folie, die mit gegebenenfalls erhabenen Prägezeichen versehen werden sollen, wird bei unveränderter Beleuchtungseinheit 86 die Füllstation 80 durch eine Druck- oder Prägestation ersetzt. Gegebenenfalls kann zusätzlich zur Füllstation 80 eine nicht dargestellte Druck- oder Prägestation für Schriftzeichen vorgesehen sein.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Erfassung von Unregelmäßigkeiten an einem Messobjekt, bei dem die Oberfläche des Messobjektes von wenigstens einem Lichtbündel aus wenigstens einer Lichtquelle beleuchtet, das von der Oberfläche reflektierte Licht erfasst und in von einer Auswerteelektronik mit einem Referenzbild der Oberfläche verglichen und über das Vorhandensein einer Unregelmäßigkeit entschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle auf der Oberfläche des Messobjektes einen eindimensionalen Lichtstreifen erzeugt, ein Sensor welcher mehrere zweidimensional angeordnete lichtempfindliche Elemente aufweist, das reflektierte Licht erfasst und die Elemente von der Auswerteelektronik abgetastet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteelektronik für den Vergleich die Grauwerte des von den einzelnen Elementen erfassten Lichtes ausgewertet werden.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt von einem ebenen divergenten Lichtbündel beleuchtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstreifen durch mehrere diskrete eindimensional angeordnete Lichtpunkte gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt in einer vorgegebenen Vorschubrichtung kontinuierlich oder getaktet bewegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung von einer Verpackungsmaschine für das Messobjekt gesteuert wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt unter einem Auflichtwinkel (α) beleuchtet wird, der von 90° verschieden ist.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbildungswinkel (ß), unter dem die Kamera das reflektierte Licht aufnimmt, vom Auflichtwinkel (α), unter dem das Messobjekt beleuchtet wird, betragsmäßig verschieden ist.

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9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt von zwei nebeneinander angeordneten Lichtquellen beleuchtet wird, deren Lichtbündel einen vorgegebenen Beleuchtungswinkel (ε) einschließen, dessen Scheitel sich auf dem Messobjekt befindet, und dass lo die Kamera längs der Halbierenden des Beleuchtungswinkels angeordnet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbierende quer zu dem Förderweg weist.

i5 11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtaufnehmende Fläche des Sensors von einem zweidimensionalen Feld aus diskreten lichtempfindlichen Elementen (61 , ..., 67) gebildet wird.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 20 dass in einer 2D-Positionserkennungseinheit (42) aus eingelesenen 3D-

Bilddaten des Messobjekts dessen genaue Lage in der Fläche bestimmt wird, wobei anschließend in einer Boden-Offset-Einheit (43) die relative Höhe zwischen Scheitel des Messobjektes und eines Referenzbodens (78) bestimmt wird und danach in einer Pattem-Match-Einheit (44) ein Vergleich mit 25 entsprechenden Daten des Referenzobjektes durchgeführt wird und die Nicht-

Übereinstimmung als Fehler gewertet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach Übereinstimmung in einer Lichtschnitt-Positionsbestimmungseinheit (45) eine

30 Einzelbewertung der Lichtschnitte des Messobjektes hinsichtlich ihrer relativen

Position zu den Lichtschnitten des Referenzobjektes durchgeführt und das Überschreiten einer vorgegebenen Toleranzgrenze als Fehler gewertet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei eingehaltener 35 Toleranz in einer 3D-Deformationsmaß-Berechnungseinheit (46) das Deformationsmaß des Messobjektes in Bezug zum Referenzobjektbild für alle drei Dimensionen bestimmt wird und dass es als Fehler gewertet wird, wenn die ermittelten Differenzen einen vorgegebenen Toleranzbereich überschreiten.

15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtbild des Messobjektes als ein 2D-BiId mit Grauwertstufen, die die dritte Dimension repräsentieren, in einer Bildverarbeitungseinheit abgelegt wird.

16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass rotes Licht zur Beleuchtung eingesetzt wird.

17. Verpackungsmaschine für Blister, Tray-Verpackungen und der gleichen, mit einer Formstation (68) zum Einprägen von Näpfen (12) in eine (aus 85) angelieferte Bodenfolie (11), einer der Formstation (68) nachfolgenden Füllstation (80) zum Befüllen der Näpfe (12) mit einem Produkt (Tabletten, Ampullen, Kapseln, Spritzen) einer Siegelstation (84) zum Versiegeln der befüllten Näpfe (12) mit einer Deckfolie (87) einer Stanze (92) zum Auftrennen der versiegelten Bodenfolie (11 ) in einzelne Blister, Trays oder dergleichen, mit einer Auswurfweiche (95) und einer Ausgabe (96), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Förderweg der Bodenfolie (11) eine Beleuchtungseinheit (86) mit wenigstens einer Lichtquelle (33; 13; 73, 74) und einer Kamera (15, 75) vorgesehen ist, welche mit einer Auswerteeinheit (40) verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit eine 2D-Positionserkennungseinheit (42), eine Offset-Berechnungseinheit (43) und eine Vergleichseinheit (Pattern Match 44) aufweist.

18. Maschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die 19. Beleuchtungseinheit (86) zwei Laserlichtquellen (73, 74) aufweist, deren emittierte Lichtbündel (76, 77) einen vorbestimmten Winkel (ε) einschließen und dass die Kamera (75) längs der Winkelhalbierenden des Winkels (ε) angeordnet ist.

19. Maschine nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabestation als Verpackungsstation ausgebildet ist.

20. Maschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelhalbierende (79) senkrecht zum Förderweg weist.

21. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (40) eine Einzelbewertungseinheit (45) und eine Deformationsmaßbestimmungseinheit (46) aufweist.

22. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (86) längs des Förderweges zwischen Füllstation (80) und Siegelstation (84) angeordnet ist.

23. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (86) längs des Förderweges zwischen Siegelstation (84) und Stanze (92) angeordnet ist.

24. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (86) zwischen Stanze (92) und

Auswurfweiche (95) am Förderweg angeordnet ist.

25. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gleichartige und mit der Auswerteeinheit verbundene Beleuchtungseinheiten längs des Förderweges vorgesehen sind.

26. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 18-25, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit Teil der Verpackungsstation ist.

27. Maschine nach einem oder mehreren Ansprüchen 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (40) mit der Auswurfweiche (95) elektrisch verbunden ist.

28. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Beleuchtungseinheiten unterhalb des Förderweges angeordnet sind.

29. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Beleuchtungseinheiten oberhalb des Förderweges angeordnet ist.

30. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass längs des Förderweges eine Druck- oder Prägestation angeordnet ist.