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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verschlusskontrolle für Verschlüsse auf Behältern.
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Bei Behältern, beispielsweise Glas- oder PET-Flaschen mit Kronkorken-Verschluss oder Kunststoff- oder Aluminium-Schraubverschluss, Weithalsgläsern mit Schraubverschluss oder Getränkedosen mit aufgebördeltem Deckel, wird typischerweise der korrekte Sitz, die Kontur und die Abdichtung des Verschlusses In-Line, also beim Transport der Behälter, geprüft.
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Dies erfolgt mittels eines Sensors, der zum Messen des Abstands zwischen dem Sensor und dem Verschluss ausgebildet ist, bei Metallverschlüssen beispielsweise mittels eines induktiven Näherungsinitiators, bei Kunststoff-Verschlüssen beispielsweise mit einem optischen Abstandstaster der auf Triangulationsbasis arbeitet, kann aber auch ein Ultraschalltaster sein. Eine In-Line Kontrolle findet üblicherweise bei einbahnig und drucklos linear transportierten verschlossenen Behältern statt. Der Sensor ist dabei mittig oberhalb des Transportwegs der Behälter platziert.
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Dabei wird beispielsweise die Anwesenheit des Verschlusses mit einem schaltenden Initiator geprüft, beispielsweise einem induktiven Sensor, der ein digitales Signal ausgibt. Symmetrie, Wölbung und Hochstand können mit einem analog messenden Initiator geprüft werden, beispielsweise einem induktiven Sensor mit analogem Ausgangssignal. Beispielsweise wird der Verlauf des Sensorsignals aufgenommen, während der Behälter mit dem Verschluss unter dem Sensor hindurch transportiert wird, und ausgewertet. Das Sensorsignal liefert dabei ein Maß für den Abstand zwischen Sensor und Verschlussoberfläche.
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Bei richtig aufgesetzten Verschlüssen ergibt sich ein symmetrischer Kurvenverlauf mit einer typischen Krümmung, die sich aufgrund von Material- und Verarbeitungsstreuung innerhalb eines bestimmten Bereichs bewegt. Ein asymmetrischer Kurvenverlauf oder ein Kurvenverlauf mit nicht-stetiger Krümmung weist auf einen schief aufgesetzten oder auf einen geknickten und damit potentiell nicht ordnungsgemäß abdichtenden Verschluss hin. Die Wölbung kann Auskunft geben, ob der Innendruck im Behälter im richtigen Bereich liegt, wobei typischerweise ein karbonatisiertes Produkt aufgrund des Gasdrucks eine konvexe Wölbung und ein heiß abgefülltes Produkt nach der Abkühlung eine konkave Wölbung erzeugt. Ein Hochstand des Verschlusses oder eines Teils davon kann auf mangelnde Dichtungseigenschaften oder auf einen verdrückten Verschluss hinweisen.
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Ein Nachteil der bekannten Verfahren ist, dass bei einem linearen Transport der Behälter mit den Verschlüssen unter dem mittig angeordneten Sensor hindurch der Kurvenverlauf nur in der Transportrichtung aufgenommen wird. Eine Asymmetrie quer zur Transportrichtung bzw. seitlich hochstehende Verschlussteile außerhalb des Erfassungsbereichs des Sensors können nicht oder nicht zuverlässig erkannt werden. Die Zuverlässigkeit der Erkennung ist damit hochgradig von der Position und der Winkelausrichtung des Verschlussfehlers abhängig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem Verschlussfehler, insbesondere korrekter Sitz, unabhängig von ihrer Position und Winkelausrichtung zuverlässiger erkannt werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Das Vorrichtung zur Verschlusskontrolle für Verschlüsse auf Behältern umfasst mindestens zwei zur Abstandsmessung ausgebildete Sensoren, die oberhalb einer Transportstrecke für die Behälter und quer zu einer Transportrichtung der Behälter zueinander versetzt angeordnet sind.
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Bei den zur Abstandsmessung ausgebildeten Sensoren handelt es sich um Sensoren, die zur Messung des Abstands zwischen dem Sensor und dem Verschluss ausgebildet sind.
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Da jeder der mindestens zwei Sensoren den vorbeifahrenden, geschlossenen Behälter an einer anderen Stelle vermisst, erhält man zusätzliche Informationen, die es ermöglichen, auch eine Aussage zu quer zur Transportstrecke ausgerichteten und nicht mittig angeordneten Verschlussfehlern zu treffen.
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Durch die beanspruchte Vorrichtung wird also eine deutlich verbesserte Erkennung von fehlerhaften oder falsch aufgesetzten Verschlüssen erreicht, und zwar weitgehend unabhängig von der Ausrichtung des Verschlussfehlers.
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Steht beispielsweise ein Verschlussteil nur auf einer Seite quer zur Transportrichtung hoch, dann wird der Sensor auf dieser Seite einen deutlich geringeren Abstand messen als ein Sensor in der Mitte oder auf der anderen Seite. Als Mitte wird hier die Mittelachse der Behälter und deren Verlängerung zu dem Zeitpunkt betrachtet, zu dem sie unterhalb der Sensoren angeordnet sind.
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Außerdem ist mit der beanspruchten Vorrichtung eine einfache und preisgünstige Auswertung möglich, da nur geringer Mehraufwand gegenüber der Standardauswertung mit einem Sensor nötig ist.
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Das Vorrichtung ist außerdem zum Einsatz für Verschlüsse aus verschiedenen Materialien, beispielsweise Metallverschlüsse oder Kunststoffverschlüsse, und bei verschiedenartigen Verschlusstypen geeignet, wie beispielsweise Kronkorken, Schraubverschlüsse, insbesondere Weithals-Schraubverschlüsse, oder aufgebördelte Deckel von Getränkedosen.
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Die Vorrichtung kann auch mehr als zwei Sensoren umfassen, die quer zur Transportrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
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Mindestens einer, insbesondere zwei oder mehr, der Sensoren kann bezogen auf die Mitte der Verschlüsse der Behälter quer zur Transportrichtung versetzt angeordnet sein.
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Es ist möglich, dass einer der Sensoren mittig über den Verschlüssen angeordnet ist. Der Vorteil ist, dass solche Sensoren in bestehenden Systemen unter Umständen schon vorhanden sind und nicht ausgetauscht werden müssen. Stattdessen können ein oder mehrere weitere Sensoren und gegebenenfalls entsprechende Auswertungslogik ergänzt werden.
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Die Sensoren können so positioniert sein, dass sich der Verschluss eines auf der Transportstrecke transportierten Behälters gleichzeitig im Messbereich beider Sensoren befindet.
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Dies ermöglicht, dass die gegenseitige Zuordnung der Messkurven verbessert wird. Außerdem kann das Problem vermieden werden, dass die Behälter während des Transports und zwischen der Erfassung der Messwerte durch die beiden Sensoren drehen oder verschieben und somit die erfassten Messwerte nicht die tatsächliche Form der Verschlüsse abbilden.
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Die Position der beiden Sensoren entlang der Transportrichtung kann nicht-versetzt sein. Das ist angesichts der Problematik, dass sich Behälter beim Transport drehen oder seitlich verschieben vorteilhaft, wie oben erläutert.
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Die beiden Sensoren können vom gleichen Typ sein. Dies vereinfacht die Auswertung der erfassten Daten und macht den Prozess somit einfacher und effizienter.
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Bei den Sensoren kann es sich um analog messende Sensoren handeln. Diese können beispielsweise als messende, induktive Sensoren ausgeführt sein. Die beiden Sensoren können beispielsweise induktive Näherungsinitiatoren mit unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen sein. Wenn die Sensoren mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten, wird erreicht, dass sich die Sensoren nicht gegenseitig beeinflussen. Der Vorteil analog messender Sensoren ist, dass der Abstand zwischen Sensor und Verschluss kontinuierlich messbar ist.
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Generell ist die Funktionsweise eines induktiven Sensors, dass ein Oszillator mittels eines Schwingkreises ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, das aus der aktiven Fläche des Sensors austritt und in dem Metallverschluss Wirbelströme induziert, welche dem Oszillator Energie entziehen. So ergibt sich eine Pegeländerung, die das Ausgangssignal des Sensors bestimmt.
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Die Vorrichtung kann eine Recheneinheit umfassen, die zum Kalibrieren der Sensoren ausgebildet ist, insbesondere zum Kalibrieren derart, dass nach dem Kalibrieren mittels der Sensorsignale ein Nicht-Aufsitzen eines Verschlusses auf dem Behälter und/oder eine Schrägstellung eines Verschlusses quer zur Transportrichtung bestimmbar ist.
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So kann insbesondere bestimmt werden, dass Verschlüsse quer zur Transportrichtung schräg aufgesetzt sind, was mit nur einem Sensor nicht erkannt werden kann.
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Die Recheneinheit kann derart ausgebildet sein, dass sie, insbesondere zum Bestimmen eines Nicht-Aufsitzens eines Verschlusses, prüft, ob das Signal beider Sensoren jeweils in einem vorgegebenen (ersten) Toleranzbereich liegt. Wenn dies nicht der Fall ist, also der Abstand des Verschlusses vom Sensor für mindestens einen der beiden Sensoren nicht in einem vorgegebenen Bereich liegt, kann beispielsweise bestimmt werden, dass der Verschluss zumindest auf einer Seite nicht oder nicht ausreichend auf dem Behälter aufsitzt oder einen Knick aufweist. Der Toleranzbereich kann insbesondere anhand der beim Kalibrieren gemessenen Werte festgelegt werden, also beispielsweise eine vorgegebene maximale Abweichung von den beim Kalibrieren gemessenen Werten sein.
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Die Recheneinheit kann alternativ oder zusätzlich derart ausgebildet sein, dass sie zum Bestimmen der Schrägstellung eines Verschlusses ein Differenzsignal zwischen den Signalen zweier, insbesondere der beiden, Sensoren bestimmt. Insbesondere kann auch geprüft werden, ob dieses Differenzsignal innerhalb eines vorgegebenen (zweiten) Toleranzbereichs liegt. Das heißt, es kann geprüft werden, ob der Betrag der Differenz unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt. Wenn das Differenzsignal außerhalb des Toleranzbereichs (also der Betrag oberhalb des Schwellwertes) liegt, wird dies als Schrägstellung betrachtet, die eine unzureichende Verschlusseigenschaft zur Folge hat. Der Toleranzbereich kann empirisch festgelegt sein, beispielsweise indem im Voraus gemessen wird, wie stark die Schrägstellung sein kann, ohne dass die Verschlusseigenschaften beeinträchtigt sind.
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Hier sei angemerkt, dass die Signale der Sensoren und entsprechend auch die Differenzsignale sich jeweils in einen Abstand bzw. die Differenz aus zwei Abständen umrechnen lassen. Daher entspricht ein Toleranzbereich für den Wert eines Signals eines Sensors auch einem Toleranzbereich für einen Abstand zwischen dem Sensor und dem Verschluss und ein Toleranzbereich für ein Differenzsignal entspricht einer Toleranz für die Differenz der Abstände zwischen dem jeweiligen Sensor und dem Verschluss.
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Darüber hinaus kann ein solches Differenzsignal auch zwischen aus den Sensorsignalen abgeleiteten Signalen wie beispielsweise der Krümmung gebildet werden, um beispielsweise einseitig vorliegende Knicke in Verschlüssen zu erkennen.
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Die Auswertung kann adaptiv erfolgen. Der Toleranzbereich bzw. der Schwellwert können zeitabhängig, insbesondere mit langer Zeitkonstante, nachgeführt werden. So können langsam wirkende oder einmalige Effekte kompensiert werden.
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Eine solche adaptive Auswertung ist beispielsweise vorteilhaft, wenn Führungsgeländer bei der Sortenumstellung nicht immer exakt gleich eingestellt werden oder wenn Fülldruck oder Fülltemperatur, beispielsweise von der Nachtschicht zur Tagschicht, langsam driften.
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Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Verschlusskontrolle für Verschlüsse auf Behältern bereit, insbesondere ein Verfahren unter Verwendung einer der vorangegangenen Vorrichtungen.
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Bei dem Verfahren zur Verschlusskontrolle für Verschlüsse auf Behältern werden Behälter auf einer Transportstrecke transportiert und Sensorsignale von mindestens zwei oberhalb der Transportstrecke und quer zu einer Transportrichtung der Behälter zueinander versetzt angeordneten und zur Abstandsmessung ausgebildeten Sensoren werden erfasst. Die Sensorsignale der mindestens zwei Sensoren können insbesondere zeitgleich erfasst werden.
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Die Sensoren können insbesondere analog messende Sensoren sein.
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Die Sensoren können induktive Näherungsinitiatoren sein und mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden. Dadurch wird erreicht, dass sich die Sensoren nicht gegenseitig beeinflussen.
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Die Sensoren können mit richtig aufgesetzten Verschlüssen derart kalibriert werden, dass nach dem Kalibrieren mittels der Sensorsignale ein Nicht-Aufsitzen eines Verschlusses auf dem Behälter und/oder eine Schrägstellung eines Verschlusses quer zur Transportrichtung bestimmbar ist.
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Das Verfahren kann zum Bestimmen eines Nicht-Aufsitzens eines Verschlusses umfassen, dass geprüft wird, ob das Signal beider Sensoren jeweils in einem vorgegebenen (ersten) Toleranzbereich liegt. Wenn dies nicht der Fall ist, also der Abstand des Verschlusses vom Sensor für mindestens einen der beiden Sensoren nicht in einem vorgegebenen Bereich liegt, wird bestimmt, dass der Verschluss zumindest auf einer Seite nicht oder nicht ausreichend auf dem Behälter aufsitzt.
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Das Verfahren kann alternativ oder zusätzlich umfassen, dass zum Bestimmen der Schrägstellung eines Verschlusses ein Differenzsignal zwischen den Signalen der beiden Sensoren oder davon abgeleiteten Signalen, wie beispielsweise der Krümmung, bestimmt wird. Insbesondere kann auch geprüft werden, ob dieses Differenzsignal innerhalb eines vorgegebenen (zweiten) Toleranzbereichs liegt. Das heißt, es kann geprüft werden, ob der Betrag der Differenz unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt. Wenn das Differenzsignal außerhalb des Toleranzbereichs (also der Betrag oberhalb des Schwellwertes) liegt, wird dies als Schrägstellung betrachtet, die eine unzureichende Verschlusseigenschaft zur Folge hat. Das Verfahren kann darüber hinaus auch umfassen, ein solches Differenzsignal auch zwischen aus den Sensorsignalen abgeleiteten Signalen, wie beispielsweise der Krümmung, zu bilden. Wenn ein solches Signal außerhalb ihres Toleranzbereichs liegt, deutet dies beispielsweise auf einen einseitig vorliegenden Knick in einem Verschluss hin.
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Das Verfahren kann eine adaptive Auswertung umfassen. Der Toleranzbereich bzw. der Schwellwert können zeitabhängig, insbesondere mit langer Zeitkonstante, nachgeführt werden.
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Es versteht sich, dass oben im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebene Merkmale und Vorteile auf das Verfahren ebenfalls anwendbar sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile werden nachfolgend anhand der beispielhaften Figuren erläutert. Dabei zeigen
- 1 eine Seitenansicht auf einen Behälter auf einer Transportstrecke und zwei Sensoren,
- 2 eine Draufsicht auf den Behälter und die beiden Sensoren und
- 3 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung mit drei Sensoren, die entlang der Transportrichtung versetzt angeordnet sind.
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In 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Verschlusskontrolle für Verschlüsse 2 auf Behältern 3 gezeigt. Hier sind beispielhaft Flaschen mit einem Kronkorken (also Metallverschlüssen) gezeigt. In 2 ist eine Seitenansicht auf die in 1 gezeigte Anordnung dargestellt.
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Der hier gezeigte Verschluss weist eine Schrägstellung quer zur Transportrichtung auf. Außerdem sind in der Figur die beiden zur Abstandsmessung ausgebildeten Sensoren 4a und 4b gezeigt. Die Sensoren dienen zum Detektieren der Verschlusseigenschaften. Weiterhin ist ein Transportband 5 als Teil der Transportstrecke gezeigt. Außerdem ist die Richtung 6 quer zur Transportrichtung 7 gezeigt.
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Seitlich neben den Behältern sind Führungselemente 8 angeordnet, die die Behälter im Transport führen, beispielsweise Geländer.
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Beispielhaft sind hier beide Sensoren vom gleichen Typ, nämlich induktive Näherungsinitiatoren. Die Sensoren können aber auch von unterschiedlichem Typ sein. In diesem Beispiel sind die Sensoren derart ausgebildet, dass sie im Betrieb nicht mit der gleichen Frequenz sondern mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten.
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Die Sensoren sind oberhalb der Transportstrecke und quer zur Transportrichtung, also entlang der Richtung 6 zueinander versetzt angeordnet. Außerdem sind beide Sensoren bezogen auf die Mitte, gekennzeichnet durch die Mittelachse M, der Behälter quer zur Transportrichtung versetzt angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann einer der beiden Sensoren oder ein zusätzlicher Sensor mittig über dem Verschluss angeordnet sein.
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Die Sensoren sind außerdem so positioniert, dass sich der Verschluss eines transportierten Behälters gleichzeitig im Messbereich beider Sensoren befindet. In diesem Beispiel sind insbesondere die Sensoren nicht entlang der Transportrichtung versetzt, was der Draufsicht in 2 zu entnehmen ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die Sensoren entlang der Transportstrecke versetzt sind (ein Beispiel hierfür wird unten Anhand von 3 beschrieben).
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Die Vorrichtung kann eine Recheneinrichtung 9 umfassen. Die Recheneinrichtung kann einen Speicher 10 umfassen oder mit einem Speicher über eine Datenverbindung verbunden sein.
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Man kann der 1 entnehmen, dass bei der gezeigten Flasche der Abstand 12 zwischen dem Sensor 4b und dem Verschluss an der hochstehenden Seite des Verschlusses geringer ist, als der Abstand 11 zwischen dem Sensor 4a und dem Verschluss an der nichthochstehenden Seite des Verschlusses. Der Verschluss weist also quer zur Transportrichtung eine Schrägstellung auf.
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Je nach Ausmaß der Schrägstellung kann die Verschlusseigenschaft beeinträchtigt sein. Wie bestimmt wird, ob die Verschlusseigenschaften beeinträchtigt sind, wird im Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert.
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Bei einem beispielhaften Verfahren, das beispielsweise mit der oben beschriebenen oder mit einer anderen Vorrichtung ausgeführt werden kann, werden die Behälter 3 auf dem Transportband 5 entlang der Transportrichtung 7 unter den beiden Sensoren 4a und 4b hindurch transportiert. Die beiden Sensoren detektieren, beispielsweise kontinuierlich, den Abstand zwischen dem Verschluss 2 eines Behälters und den Sensoren. Dabei detektiert der Sensor 4a den Abstand 11 und der Sensor 4b den Abstand 12. Es ergibt sich also für jeden Sensor eine Kennlinie oder eine Wertetabelle, die beschreibt, wie sich der Abstand zwischen dem Verschluss und dem jeweiligen Sensor verändert, während der Behälter unter dem Sensor durch transportiert wird. Wenn die Transportrichtung als X-Richtung und die vertikale Richtung als Z-Richtung definier wird, würde sich also für beide Sensoren jeweils eine Funktion Z(x) ergeben. Die Richtung quer zur Transportrichtung wäre dann die Y-Richtung.
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Das Verfahren kann ein Bestimmen einer Schrägstellung eines Verschlusses quer zur Transportrichtung umfassen.
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Beispielsweise können die beiden Abstände 11 und 12 mittels der Recheneinrichtung 9 verglichen werden. Dazu können aus den Ausgangsignalen der Sensoren jeweils die Abstände 11 und 12 bestimmt und dann die Differenz gebildet werden oder es kann aus den beiden Ausgangssignalen ein Differenzsignal gebildet werden, aus dem dann die Differenz der Abstände 11 und 12 bestimmt wird. In diesem Beispiel wird festgestellt, dass der Verschluss eine Schrägstellung aufweist, wenn die Werte für 11 und 12 ungleich sind (bzw. die Differenz der Abstände nicht Null ist). In dem Speicher 10 kann optional ein Toleranzbereich für die Differenz zwischen 11 und 12 hinterlegt sein. Wenn die Differenz innerhalb des Toleranzbereichs liegt, kann die Recheneinrichtung entscheiden und gegebenenfalls speichern, dass eine mögliche Schrägstellung die Verschlusseigenschaften nicht beeinträchtigt. Wenn die Differenz außerhalb des Toleranzbereichs liegt, also eine sehr starke Schrägstellung vorliegt, kann die Recheneinrichtung entscheiden und gegebenenfalls speichern, dass der Behälter nicht korrekt verschlossen ist. Das Ergebnis kann durch eine optische und/oder akustische Ausgabe ausgegeben werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Recheneinrichtung die Werte für 11 und 12 jeweils mit einem Soll-Wert vergleichen, der bei einem Kalibrierungsschritt mit einem korrekt verschlossenen Behälter für den Abstand zwischen den Sensoren und dem Verschluss gemessen wurde. Für die Differenz zwischen dem jeweiligen Soll-Wert und den im Betrieb gemessenen Werten kann jeweils, ähnlich wie oben beschrieben, ein Toleranzbereich für die Differenz hinterlegt sein. Hier kann bestimmt werden, dass ein Behälter nicht korrekt verschlossen ist, wenn bei mindestens einem der Sensoren die Differenz nicht innerhalb des Toleranzbereichs liegt. Dies ermöglicht, dass ein Knick oder eine Wölbung im Verschluss quer zur Transportrichtung oder auch ein Nicht-Aufsitzen des Verschlusses präzise abgebildet werden können. Auch hier gilt, dass die Differenz unmittelbar aus der Differenz der Ausgangssignale oder aus einer Differenz der jeweils aus den Ausgangssignalen berechneten Abstände bestimmt werden kann.
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Die Grenzen des Toleranzbereichs (bzw. der Schwellwert) können zeitabhängig nachgeführt werden, um Drift-Effekte auszugleichen.
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3 zeigt eine Vorrichtung zur Verschlusskontrolle bei der die Sensoren entlang der Transportstrecke versetzt angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich auch Sensoren einsetzen, die in der Breite mehr Bauraum beanspruchen als der Abstand der Messspuren quer zur Transportrichtung beträgt.
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In diesem Fall kann vorteilhaft der Versatz der Sensoren entlang der Transportstrecke so klein gewählt werden, dass nicht wahrscheinlich ist, dass sich der Behälter nach der Messung durch den ersten Sensor und vor der Messung durch den zweiten Sensor gedreht oder verschoben hat.
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In 3 sind drei Sensoren 4a, 4b und 4c gezeigt. Außerdem sind in der Figur die Messkurven a, b und c jedes Sensors gezeigt, wie sie aufgezeichnet werden, wenn ein Behälter 3 unter den Sensoren hindurch transportiert wird. Mit dem Sensor 13 werden Weginformationen mittels eines Drehgebers erfasst und an die Recheneinrichtung 9 übertragen. Die Messkurven und Weginformationen werden dann in der Recheneinrichtung 9 ausgewertet und rechnerisch die Verschlusseigenschaften bestimmt. Insbesondere können die Signale örtlich synchronisiert werden. So ist eine bessere Auswertung möglich. Bei der rechnerischen Bestimmung der Verschlusseigenschaften muss der Versatz zwischen den Sensoren entlang der Transportrichtung berücksichtigt werden.
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Es versteht sich, dass in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen genannte Merkmale nicht auf diese speziellen Kombinationen beschränkt sind und auch in beliebigen anderen Kombinationen möglich sind.
