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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung
von Behältern
und/oder Gebinden insbesondere von Behältern in Gebinden, wie beispielsweise
etwa Flaschen in Flaschenkästen.
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Rücklaufendes
Leergut muss zur Weiterverwertung in der Regel sortiert werden,
da die rücklaufenden
Flaschen nicht sortenrein sind, d.h., dass verschiedene Flaschensorten
miteinander vermischt zurückgegeben
werden. In der Regel kann jedoch nur eine Flaschensorte in der entsprechenden
Abfüllanlage
wiederverwendet werden.
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Auch
werden Flaschen mit der Flaschenmündung nach unten statt nach
oben in den Kästen angetroffen
und müssen
vor für
die Entnahme aus den Kästen
entsprechend erkannt werden.
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Eine
Schwierigkeit tritt hierbei dadurch auf, dass die Flaschen in Getränkekästen angeordnet sind
und daher für
beispielsweise Bilderkennungsverfahren nur schwer zugänglich sind,
da die Seitenansicht auf die Flaschen durch die Getränkekastenwände versperrt
ist.
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Aus
der
DE 19 509 631 ist
ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erkennen und Sortieren von Getränkebehältern insbesondere
Flaschen und Flaschenkästen
bekannt. Hier wird der Flaschenkasten von oben durch einen halbdurchlässigen Spiegel
hindurch beleuchtet und von einer seitlich angeordneten Kamera,
die auf den halbdurchlässigen
Spiegel blickt, ebenfalls von oben betrachtet. Dabei können dann
beispielsweise Mündungsdurchmesser
ermittelt werden.
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Bei
einer anderen Anordnung sind Kamera und Lampe jeweils schräg über dem
Kasten angeordnet, so dass das von den Flaschenmündungsflächen reflektierte Licht von
der Kamera erfasst wird.
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Hierbei
hat es sich als nachteilig herausgestellt, dass es in der Regel
nicht ausreicht, nur den Mündungsdurchmesser
zu bestimmen, da hiermit eine sortenreine Flaschensortierung nicht
gewährleistet
wird.
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Besonders
erschwerend bei der Inspektion ist es, dass die unterschiedlichsten
Dinge und Zustände
in den Flaschenkästen
vorzufinden sind, und dass reale Gegenstände eine Mischung von verschiedenen
optischen Eigenschaften aufweisen, die zu Störungen bei Feststellung von
den unterschiedlichen Kasten- und
Flaschenmerkmalen führen.
Als Beispiel kann ein Kasten aus dunklem Material dienen, der mit
offenen und geschlossenen Flaschen befüllt ist. Die offenen Flaschen
werden anhand der Reflexe auf der Flaschenmündung erkannt. Eine Beleuchtung
die diese Reflexe erzeugt, verursacht aber auch Reflexe auf den
horizontalen Teilen des Kastens und auf den Verschlüssen der
geschlossenen Flaschen. Dadurch können dann auch dunkle Kästen besser
gesehen und inspiziert werden, aber das helle Reflexlicht führt dazu,
dass weder die Farbe des Kastens noch der Aufdruck und die Farbe
der Verschlüsse
einwandfrei festgestellt werden können. Für letztere Merkmale ist eine
Beleuchtung von Vorteil, die diffus streuende Oberflächeneigenschaften
hervorhebt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannte Vorrichtung
und das bekannte Verfahren zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren
nach Anspruch 15 gelöst.
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Eine
optimale Inspektion ist durch Einsatz mehrerer Beleuchtungsarten
erreichbar. Durch Kombination der Ergebnisse der verschiedenen Verfahren
können
dann umfassendere und genauere Aussagen über den Zustand und Inhalt
eines Kastens gemacht werden. (Eine derartig umfassende Inspektion könnte aus
folgenden Stationen bestehen: Höhenerkennung
mit Ultraschall, Glas-PET-Unterscheidung, Durchlichtstation,
eine Aufnahme der Reflexe, eine Aufnahme der diffusen Merkmale,
Kastenlogoerkennung etc.).
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Bei
der Vorrichtung und bei dem Verfahren sind Beleuchtung und Kamera
so ausgelegt, dass die Kamera einmal ein Bild mit unmittelbar reflektiertem Licht
von horizontalen Flächen
aufnimmt. Hierbei wird das Licht an beispielsweise der Flaschenmündungsoberfläche, Verschlüssen, Kastenboden
oder der Oberseite eines Getränkekastens
direkt von der Beleuchtungseinrichtung in die Kamera reflektiert. Diese
Flächen
wirken quasi als Spiegelflächen.
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Gleichzeitig
ist in diesem ersten Bild diffus gestreutes Licht von solchen Flächen zu
sehen, die nicht spiegelnd das Licht von der Beleuchtungseinrichtung
in die Kamera reflektieren. Hierzu gehören beispielsweise die Etiketten
auf Flaschen, die durch ihre vergleichsweise raue Oberfläche das
Licht diffus streuen. Da für
die Sichtbarkeit der Reflexe die Kamera und das Licht fast aus der
gleichen Richtung in den Kasten schaut, können hier auch Gegenstände, die
tief im Gefache liegen, gesehen werden. Licht, das aus der Tiefe
der Flaschen wieder nach oben reflektiert wird, liefert Informationen über Flaschenfarbe
und -inhalt. Vorteilhafterweise sind die Beleuchtungseinrichtung
und die Kamera so ausgebildet, dass die horizontal liegenden Flächen wie
etwa die Mündungsflächen von
aufrechtstehenden Flaschen oder die oberen flachen Seiten von Getränkekästen das
Licht von der Beleuchtungseinrichtung in die Kamera reflektieren
können.
Der Flaschenboden einer mit der Flaschenmündung nach unten orientierten Flasche
ist ebenfalls horizontal und kann Licht in die Kamera reflektieren.
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Bei
der zweiten Aufnahme wird eine flach in den Kasten einstrahlende
Lichtquelle verwendet, von der keine Reflexe auf den horizontalen
Flächen
von der Kamera gesehen werden. Dadurch kann die Farbe von Kasten
und Flaschenverschlüssen
erkannt werden. Sogar die Aufdrucke der Verschlüsse können ungestört erfaßt werden. Die schräge Lichteinstrahlung
führt dazu,
dass die Tiefe des Kastens dunkel bleibt und nur Merkmale aufscheinen
wie Etiketten im Schulterbereich oder auch offene PET-Mündungen.
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Die
zweite Beleuchtungseinrichtung ist vorteilhafterweise so angeordnet,
dass horizontalliegende Flächen
das Licht an der Kamera vorbeireflektieren, um so störende direkte
Reflexe zu vermeiden; d. h. das Licht wird so auf diffus streuende
Flächen
der Behälter
und/oder Gebinde gerichtet, dass die Kamera diese Flächen mit
dem diffus gestreuten Licht aufnehmen kann. Störende Lichtreflexe werden damit vermieden.
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Vorteilhaft
ist es jedoch, dass die beiden Kamerabilder mit der Kamera in ein
und derselben Position aufgenommen werden.
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Vorteilhaft
ist eine Bildaufnahme, bei der nacheinander zwei Bilder aufgenommen
werden und bei einem Bild nur die erste Beleuchtungseinrichtung und
bei dem zweiten Bild nur die zweite Beleuchtungseinrichtung beleuchtet.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die erste Beleuchtungseinrichtung die Behälter und/oder
die Gebinde im Wesentlichen senkrecht von oben beleuchtet, da dann
mit einer Kamera, die ebenfalls senkrecht über Behälter und/oder Gebinde angeordnet
ist, eine charakteristische Aufnahme gemacht werden kann, bei der
die Mündungsoberflächen erkannt
werden können.
Mit dieser Kameraanordnung kann auch eine gut auszuwertende Aufnahme
mit der zweiten Beleuchtung gemacht werden.
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Vorteilhaft
ist es weiterhin wenn die zweite Beleuchtungseinrichtung Licht auf
die Behälter und/oder
die Gebinde abgibt, das von unter einem Winkel von mehr als 60° zur Senkrechten
abgestrahlt wird, da dann die Reflexe auf den horizontalen Flächen unterdückt werden
und die seitlichen Teile von behälter
und Gebinde gut beleuchtet werden und mit der Kamera erkannt werden
können.
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Mögliche Lichtquellen
für die
erste oder zweite Beleuchtungseinrichtung sind eine Blitzlichtlampe, Leuchtstoffröhren, Laser
eine LED-Lampe, wobei beispielsweise eine LED-Lampe mehrere LEDs
umfassen kann.
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Blitzlichtlampe
und LEDs haben unter den hier vorliegenden Bedingungen gegenüber Leuchtstoffröhren den
Vorteil, dass sie viel weniger Energie verbrauchen und weniger Abwärme produzieren: Eine
Leuchtstoff röhre
muss dauerhaft eingeschaltet sein und erzeugt somit Licht im Wesentlichen
zu Zeiten, in deren keine Kameraaufnahme stattfindet und die Lichterzeugung
somit unnötig
ist.
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Bei
den Blitzlichtlampen oder einer LED-Lampe ist es jedoch möglich, diese
nur kurzzeitig einzuschalten und zwar nur dann, wenn eine Kameraaufnahme
erfolgen soll. Außerdem
ermöglicht das
Blitzen, dass die beiden Aufnahmen mit den verschiedenen Beleuchtungen
am selben Ort und mit der gleichen Kamera erfolgen können.
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Die
erste Beleuchtungseinrichtung muß, um auch in den Kastenecken
die Reflexe erzeugen zu können,
wesentlich größer als
der Kasten sein; typischerweise hat die Lampe mehr als die 4-fache
Kastenfläche.
Da auch eine großflächige und
genügend helle
LED-Beleuchtung mit erhöhten
Kosten verbunden ist, kann die erste Beleuchtungseinrichtung beispielsweise
aus einer Blitzlichtlampe bestehen, die mit einer Fresnel-Linse und/oder einer
Streuscheibe zusammenwirkt, so dass aus einem möglichst großflächigen Bereich Licht von oben
auf die Behälter und/oder
die Gebinde treffen kann.
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Auch
können
unterhalb der Fresnel-Linse weitere spiegelnde Flächen vorgesehen
sein die Licht, das seitlich an dem Behälter und/oder dem Gebinde vorbeilaufen
würde in
Richtung des Behälters oder
des Gebindes lenkt. In diesen Reflektoren spiegelt sich die Fresnellinse,
so dass der Kasten eine wesentlich größere Lampe sieht, als real
vorhanden ist. Dadurch kann die Größe dieser Lampe auf ein vertretbares
Maß begrenzt
werden.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn in der Fresnellinse eine Öffnung vorgesehen
ist, durch die die Kamera auf den Aufnahmebereich blicken kann.
Je größer der
Abstand der Kamera von den aufzunehmenden Objekten ist, desto geringer
sind perspektivische Verzerrungen.
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Vorteilhaft
ist es weiterhin, wenn die zweite Beleuchtungseinrichtung eine Anordnung
von Lichtquellen umfasst, die wenigstens annähernd auf einem Kreisring angeordnet
sind. Damit ist eine möglichst
gleichmäßige Ausleuchtung
der aufzunehmenden Behälter
oder Gebinde möglich,
die sich (von oben gesehen) innerhalb des Kreisrings befinden. Vorteilhaft
ist weiterhin, wenn die Lichtquellen oberhalb der Behälter oder
Gebinde angeordnet ist, so dass der Lichteinfall schräg von oben
erfolgt, da dann die charakteristischen Merkmale von Behältern und Gebinden
gut beleuchtet und erfasst werden können.
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Vorteilhaft
ist hierbei, wenn der Durchmesser des Kreisrings etwa der Größenabmessung
der Fresnel-Linse entspricht. Da die Fresnel-Linse und die darunter
befindlichen Reflektoren den Durchmesser des Lichtbündels angibt,
der auf die Beobachtungsposition trifft, würden die Lichtquellen auf einem Kreisring
mit einem kleineren Durchmesser dieses Licht abschatten. Ein größerer Kreisdurchmesser würde dazu
führen,
dass zuwenig Licht in der Beobachtungsposition ankommt. von daher
ergibt sich hier ein guter Kompromiss.
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Aus
der
DE 20 108 131 ist
eine Vorrichtung zur Erkennung des Materials von Gefäßen bekannt, mit
der zwischen Glas und PET-Flaschen
unterschieden werden kann. vorteilhaft ist es, eine solche Vorrichtung
mit der hier vorgeschlagenen Vorrichtung zu kombinieren, um so zu
einer möglichst
umfassenden Sortenreinheit zu gelangen.
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Vorteilhaft
ist es weiterhin, wenn das Verfahren so durchgeführt wird, dass ein Gebinde
mit darin befindlichen Behältern
zwischen der Aufnahme von zwei Behältern bewegt wird. Dies erlaubt
einen kontinuierlichen Transport von Gebinden während der Erkennung der Gebinde
und der Behälter.
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Vorteilhaft
ist die Verwendung einer Kamera, bei der in kurzer Folge von maximal
1 msec 2 Aufnahmen gemacht werden können, da sich der Kasten während dieser
Zeit praktisch nicht im Bild bewegt.
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Möglich ist
auch ein Stillstand des Gebindes bei der Erkennung, da dann zwei
Bilder an identischer Aufnahmepositionen aufgenommen werden können und
so einfacher ausgewertet werden können.
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Eine
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und des erfindungsgemäßen Verfahrens
soll anhand der beiliegenden Figuren erläutert werden. Dabei zeigt:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Vorrichtung,
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2 eine
schematische dreidimensionale Darstellung der Vorrichtung,
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3 eine
schematische Draufsicht auf die Vorrichtung,
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4 eine
schematische dreidimensionale Darstellung einer Flasche und eines
Getränkekastens.
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In
den 1 und 2 ist eine Vorrichtung 1 zur
Erkennung von Flaschen 2 in oben offenen Flaschenkästen 3 dargestellt.
Ein Flaschenkasten 3 befindet sich auf einem Förderband 13.
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Oberhalb
der Bahn des Flaschenkastens 3 ist die Vorrichtung 1 angeordnet.
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Die
Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 19, das nur in 1 dargestellt
ist und in 2 der Übersichtlichkeit halber weggelassen
wurde.
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Die
Vorrichtung 1 umfasst eine Blitzlichtlampe 4 im
oberen Teil des Gehäuses,
die von einem Reflektor 5 umgeben ist. Der Reflektor 5 dient
dazu, das Licht der Blitzlichtlampe 4 im Wesentlichen in
Richtung einer Fresnel-Linse 6 zu richten.
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Die
Blitzlichtlampe 4 oder die Innenseite des Reflektors 5 kann
hierbei so ausgestaltet sein, dass hier diffuses Licht ausgesendet
wird.
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Das
von der Blitzlichtlampe 4 ausgesendete Licht kann von einer
Fresnel-Linse 6 weitgehend kollimiert werden. Die Fresnel-Linse 6 kann
hierbei eine Größe von bis
zu 80 oder 110 cm haben. Es ist daher vorteilhaft, die Fresnel-Linse 6 nicht
freitragend aufzuhängen,
sondern auf einer geeigneten Unterlage, wie etwa einer Glasscheibe 7,
aufzulegen. Damit die Fresnel-Linse nicht verschmutzt, ist es vorteilhaft,
sie mit ihrer geriffelten Struktur nach unten zu legen, so dass
auf der Oberseite eine glatte leicht zu reinigende Fläche verbleibt.
Auch für
die optischen Eigenschaften ist es besser, wenn die glatte Seite
nach oben zeigt, da dann die sphärische
Aberation verringert ist. Deshalb sind Fresnellinsen üblicher
Weise auch mit der hier erforderlichen Orientierung gefertigt, so
daß weder
eine Sonderanfertigung noch eine obige Schutzscheibe erforderlich
sind. Zu weiteren Lichtverteilung kann die Fresnellinse noch durch
eine Streuscheibe ergänzt
bzw. ersetzt werden.
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Unterhalb
der Glasscheibe 7 sind vier senkrechte Reflektorflächen 11 in
Form eines Rechtecks angeordnet. Diese Flächen 11 können beispielsweise
Glasspiegel, Metallspiegel, spiegelnde Folien oder Ähnliches
sein.
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Wie
in 1 dargestellt, kann ein Lichtstrahl 16 mit
der reflektierenden Fläche 11 auf
den Flaschenkasten 3 gerichtet werden. Ohne die spiegelnde
Fläche 11 wäre dieses
Licht sonst verloren.
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Die
Kombination aus Blitzlichtlampe 4, Reflektor 5,
Fresnel-Linse 6,
Glasplatte 7 und den spiegelnden Flächen 11 bildet eine
mögliche
Ausführungsform
der ersten Beleuchtungseinrichtung.
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Als
zweite Beleuchtungseinrichtung ist ein kreisförmiger Kranz von LED-Modulen 12 vorgesehen.
Diese Module sind jeweils mit einer Mehrzahl von LEDs bestückt, die
Licht 14 direkt auf die Flaschen 2 und den Flaschenkasten 3 richten
können und
zwar schräg
von oben.
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In
der Mitte der Fesnel-Linse 6 ist eine Ausnehmung 21.
Oberhalb der Ausnehmung 21 ist eine Kamera 8 mit
einem Objektiv 9 angeordnet. Diese Kamera kann senkrecht
von oben auf den Flaschenkasten 3 innerhalb eines Winkels 18 blicken
und den gesamten Kasten auf einmal aufnehmen.
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Alternativ
ist es auch möglich,
dass nur beispielsweise eine Reihe von Flaschen 2 aufgenommen
wird.
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Um
das Objektiv 9 herum kann ein Licht absorbierendes Material 10 angeordnet
sein, das störende
Reflexe verhindert.
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Dies
kann beispielsweise ein Ring aus schwarzem schaumstoffförmigen Material
sein, in das das Objektiv 9 gesteckt wird.
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Aus
Sicht des Flaschenkastens 3 spiegelt sich die Fresnel-Linse 6 in
der seitlichen reflektierenden Fläche 11. Durch die
reflektierenden Flächen 11 wird
somit die effektive Größe der Lichtquelle
bestehend aus Blitzlichtlampe 4, Reflektor 5 und
Fresnel-Linse 6 vergrößert.
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Damit
wird es möglich,
dass auch Reflexe von Randbereichen des Flaschenkastens 3 noch
mit der Kamera 8 erfasst werden können.
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Die
LED-Module 12 sind auf einem Tragring 20 angeordnet.
Dies ist noch einmal in 3 dargestellt. Die Module 12 können in
ihrer Abstrahlrichtung justierbar sein, um eine optimale Ausleuchtung
zu erhalten. So kann beispielsweise der Abstrahlwinkel gegenüber der
Senkrechten variierbar sein. Bevorzugt beträgt der Abstrahlwinkel bezogen
auf die Senkrechte mehr als 60°,
um eine flache Lichteinstrahlung zu erreichen.
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Anstelle
eines kreisförmigen
Tragrings 20 ist auch ein ellipsenförmiger Tragring möglich. Das
bedeutet, dass auch die LED-Module 12 nicht auf einem Kreisring,
sondern auf einer Ellipse angeordnet sind.
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Auch
ist es möglich,
dass nur die LED-Module 12, die sich seitlich neben einer
langen Seite der reflektierenden Flächen 11 befinden,
im Vergleich zu einem Kreisring oder einer Ellipse etwas nach Innen gerückt sind.
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Auch
eine Anordnung auf einem rechteckigen Rahmen ist denkbar.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die LED-Module 12, d.h. die zweite Beleuchtungseinrichtung
so angeordnet ist, dass sie das Licht der ersten Beleuchtungseinrichtung
nicht oder nur geringfügig
abschatten, aber auch nicht zu weit weg von der Position der Behälter oder
der Gebinde sind.
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Die
Kamera 8 und beide Beleuchtungseinrichtungen, d. h. Blitzlampe 4 und
LED-Module 12 werden von einer Steuerung S gesteuert und
zwar in Abhängigkeit
der Förderbewegung
der Flaschenkästen 3.
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In 4 ist
die Reflektion und diffuse Streuung des Lichts näher erläutert. In 4 ist
ein Flaschenkasten 3 und eine Flasche 2 dargestellt.
Der Flaschenkasten 3 hat eine oben angeordnete horizontalliegende
Fläche 25 (Kastenrand).
Die Flasche 2 hat auf ihrer Oberseite eine Mündungsfläche 26, die
ebenfalls horizontal liegt. Licht, das von der ersten Lichtquelle
entlang des Lichtstrahls 27 auf die Fläche 25 oder 26 trifft,
wird nach dem Reflexionsgesetz für
Licht zur Kamera reflektiert. Dadurch ergeben sich helle Reflexe
der Flächen 25 und 26 in
dem Kamerabild.
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Licht,
das auf die Seitenflächen 24 des
Flaschenkastens 3 oder das Etikett 23 trifft wird
hier im wesentlichen diffus gestreut.
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Eine
Ausführungsform
des Verfahrens soll im Folgenden erläutert werden.
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Ein
Flaschenkasten 3 mit Flaschen 2 wird in Pfeilrichtung 15 auf
einem Förderer 13 unter
die Vorrichtung 1 gefördert,
wobei die Bewegung und aktuelle Position durch nicht dargestellte
Sensoren und ggf. Drehimpulspulsgeber am Förderer von der Steuerung S
erfassbar sind. Dann wird mit der Blitzlichtlampe 4 ein
Lichtblitz erzeugt, der mit dem Reflektor 5, der Fresnel-Linse 6 und
den reflektierenden Flächen 11 auf
die Flaschen 2 und den Flaschenkasten 3 gerichtet
wird. Das an den horizontalliegenden Flächen 25 und 26 reflektierte
Licht der Flaschen 2 und des Flaschenkastens 3 wird
von der Kamera 8 durch das Objektiv aufgenommen. Hierbei
ist die zweite Beleuchtungseinrichtung 12 ausgeschaltet.
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Anschließend wird
die zweite Beleuchtungseinrichtung 12 eingeschaltet und
dabei die Blitzlichtlampe 4 nicht mehr verwendet. Dann
wird unter Beleuchtung durch die zweite Beleuchtungseinrichtung 12 mit
der Kamera 8 ein zweites Bild aufgenommen. Hierbei werden
die diffusen Merkmale der horizontalliegenden Flächen 25 und 26 ohne
störende
Reflexe erfaßt.
Ebenfalls wird diffus gestreutes Licht des Flaschenkörpers 2,
der Etiketten 23 und der Flaschenkästen 3 mit der Kamera 8 aufgenommen.
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Es
ist auch möglich,
in umgekehrter Reihenfolge, erst das Bild mit der zweiten Beleuchtungseinrichtung
und dann das Bild mit der ersten Beleuchtungseinrichtung aufzunehmen.
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Die
beiden so gewonnenen Bilder werden in einer nicht dargestellten
Bildauswertungseinrichtung ausgewertet, um den Flaschentyp zu erkennen.
Dies kann beispielsweise Form und Größe der Flaschenmündung 26,
Form und Größe der Flasche 2,
Aufdruck der Etiketten 23, Anordnung der Etiketten 23, Farbe der
Etiketten 23, Farbe der Flaschen 2, Form, Farbe
und Größe der Flaschenkästen 3 etc.
umfassen.
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Es
ist so möglich,
sowohl die Behälter 2 als auch
die Gebinde 3 zu erkennen und anschließend, z.B. über entsprechende Signale der
Steuerung S, zu sortieren.
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Vorteilhaft
ist hierbei, wenn nach der Untersuchung mit der Vorrichtung
1 eine
Untersuchung mit einer Durchlichteinrichtung, wie sie in der
DE 20 108 131 dargestellt
ist, erfolgt, um zusätzliche
Information für
die Sortierung zu erhalten.