DE20108131U1

DE20108131U1 - Vorrichtung zur Erkennung des Materials von Gefäßen

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Publication number: DE20108131U1
Application number: DE20108131U
Authority: DE
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2011-05-15

Description

KRONES AG pat-wm/887-DE

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93068 Neutraubling

Vorrichtung zur Erkennung des Materials von Gefäßen

Beschreibung

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung des Materials von unsortiert in Transportbehältern stehenden transparenten Gefäßen (Flaschen oder dgl.) aus unterschiedlichem Material, wie z.B. Glas oder Kunststoff.

In der Getränkeindustrie besteht das Problem, dass durch den zunehmenden Trend weg von Einheitsflaschen zu immer individuelleren Flaschen das vom Verbraucher zurückkommende Leergut nicht sortenrein ist, d.h. die Flaschen haben verschiedene Formen, Höhen und Farben. Bislang wurde dieses Problem unter anderem durch mit dafür geeigneten Sensoren ausgestatteten Sortierauspackmaschinen gelöst (EP O₁ 645 Bl, DE 25 34 183 C3).

Durch die vermehrt auf den Markt drängenden Kunststoffflaschen, überwiegend PET-Flaschen, besteht jedoch das Problem, dass in Transportbehältern stehende Flaschen gleicher Farbe, Form oder Höhe aber aus unterschiedlichem

Material bislang nicht zuverlässig voneinander unterscheidbar waren.

Demzufolge liegt der Neuerung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Unterscheidung unsortiert in Transportbehältern befindlichen Gefäßen aus unterschiedlichen Materialien anzugeben. Insbesondere sollen Gefäße aus PET von aus anderem Material, vorzugsweise Glas, bestehenden Gefäßen zuverlässig unterscheidbar sein.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die Transportbehälter von einer - größtenteils offenen - Seite her mittels einer Beleuchtungseinrichtung im wesentlichen längs zur Achse der darin aufrecht stehenden Gefäße durchstrahlt werden und die durchdringende Strahlung wenigstens einem Sensor zugeführt wird. Dieser Sensor kann eine CCD-Kamera sein. Durch ein der Beleuchtungseinrichtung vorgeordnetes lineares Polfilter werden die Gefäße im Transportbehälter mit linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung, bevorzugt im sichtbaren Spektrum, beleuchtet. Da die überlicherweise zum Transport von Getränkeflaschen verwendeten Kunststoffkästen in der Regel nur dünne Bodenstreben aufweisen, können die Flaschen in Längsrichtung problemlos mit Licht, durchstrahlt werden, wobei die Strahlung vor dem Eintritt in den wenigstens einen Sensor ein vorgeordnetes zweites lineares Polfilter passieren muss, dessen Ausrichtung gekreuzt, insbesondere senkrecht gekreuzt zur Ausrichtung des ersten Polfilters an der Beleuchtungseinrichtung gewählt ist.

Durch diese Anordnung kann vorteilhafterweise der Umstand genutzt werden, dass bestimmte Kunststoffe, insbesondere PET, im Gegensatz zu Glas bei Bestrahlung mit polarisiertem Licht eine Drehung der Polarisationsebene hervorrufen.

Wegen der rechtwinkligen Ausrichtung der beiden verwendeten linear polarisierenden Polfilter kann das durch Glasflaschen tretende polarisierte Licht aufgrund seiner unverändert bleibenden Ausrichtung das zweite Polfilter nicht passieren und gelangt nicht zum dahinter liegenden Sensor. Im Gegensatz dazu passiert das PET-Flaschen durchstrahlende und dabei eine Drehung erfahrende Licht das zweite Polfilter, wodurch auf dem Sensor eine helle Abbildung erzeugt wird.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung der Vorrichtung, die den vom Transportbehälter kommenden Strahlengang vor dem Erreichen des wenigstens einen Sensors in zumindest zwei vorzugsweise gleich lange Teilstrahlen aufteilt, wobei in einem der Teilstrahlen das zweite Polfiler eine zum ersten linearen Polfilter nicht parallele, vorzugsweise senkrechte (gekreuzte) Ausrichtung aufweist. Zur Strahlaufteilung kann ein halb durchlässiger Spiegel verwendet werden. Auf diese Weise ist jedes Gefäß im Transportbehälter zweifach in gleicher Größe abbildbar. Durch einen dritten linearen, zum ersten Polfilter an der Beleuchtungseinrichtung parallelen Polfilter im zweiten Teilstrahl wird die Helligkeit der beiden Abbildungen angeglichen. Mit Hilfe von Umlenkspiegeln oder dgl. sind die Teilstrahlen nebeneinander auf einem einzigen Sensor, wie z. B. einer CCD-Kamera in Zeilen- oder Matrixausführung, abbildbar. Während Gefäße aus PET in beiden Abbildungen hell erscheinen, ist dies bei Gefäßen aus Glas nur bei den vom zweiten Teilstrahl gelieferten Abbildungen der Fall, da dessen zum ersten Polarisationsfiler parallel ausgerichtetes zweites Polarisationsfilter das unbeeinflußte Licht passieren läßt. Im ersten Teilstrahl mit senkrecht ausgerichtetem zweiten Polarisationsfilter kann das Licht nicht passieren, d. h. Glasgefäße werden nur dunkel abgebildet oder sind gar nicht erkennbar. Durch einen einfachen Helligkeitsvergleich beider vom selben Gefäß

stammenden Abbildungen sind Glasgefäße mit geringem Aufwand und hoher Zuverlässigkeit von PET-Gefäßen unterscheidbar. Von einer dem Sensor (CCD-Kamera) zugeordneten Auswerteinrichtung sind zum Sortieren der Gefäße dienende Signale abgebbar, um beispielsweise die Greiforgane einer Auspackmaschine selektiv anzusteuern. Gefäße können dann dem erkannten Material entsprechend getrennt ausgepackt werden.

Gemäß einer Weiterbildung ist eine telezentrische Abbildung der Transportbehälter und Gefäße besonders vorteilhaft, weil einerseits auch am Rand stehende Gefäße bzw. Flaschen dann gut abgebildet werden und andererseits die Wände der Transportbehälter annähernd parallel zu den abbildenden Lichtstrahlen stehen, so dass die Behälterwände kaum sichtbar in der Abbildung erscheinen. Darüber hinaus werden Gefäßverschlüsse -im Vergleich zu einer konventionellen Optik- nicht überproportional groß abgebildet. Besonders günstig ist eine telezentrische Abbildung durch eine über einem Transportbehälter angeordnete Fresnellinse erreichbar.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Neuerung an Hand der Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig.l eine Vorrichtung zur Materialunterscheidung von in Transportbehältern stehenden Gefäßen in einer schematischen Seitenansicht,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der optischen Kontrolleinrichtung der Vorrichtung gemäß Fig.l und

Fig.3 eine von der Kontrolleinrichtung gelieferte Abbildung von in einem Transportbehälter stehenden Gefäßen.

Gemäß Fig. 1 besteht die Vorrichtung 1 im Wesentlichen aus einer Transporteinrichtung 2, die aus zwei in Förderrichtung höhengleich fluchtenden, mit Zwischenabstand anschließenden Förderbändern 2a und 2b gebildet wird, einer unter dem Zwischenabstand angeordneten Beleuchtungseinrichtung 4 und einem vertikal darüber positionierten Sensor 3, z.B. CCD-Kamera.

Der Sensor 3 steht mit einer Steuerung 5 in Verbindung, an der auch ein Drehgeber 6 des Transportbehälter 8 zuführenden Förderbands 2a und ein im Bereich des Zwischenabstands positionierter Triggersensor 7 (Lichtschranke oder dgl.) angeschlossen ist. In nicht dargestellter Weise besteht zwischen der Steuerung 5 und einer Sortierauspackmaschine ein Datentransfer, um Gefäße 9, insbesondere Flaschen, ihren festgestellten Materialeigenschaften entsprechend zu sortieren bzw; separieren. Sobald der Triggersensor 7 die vorauslaufende Transportbehälterwand detektiert, kann die Steuerung 5 die kontinuierliche Förderbewegung des Transportbehälters mit Hilfe des Drehgebers 6 mitverfolgen und eine reihenweise Abbildung der Gefäße veranlassen.

Aus der Fig. 2 ist die Gestaltung der optischen Ausrüstung der Vorrichtung 1 ersichtlich. Die Beleuchtungseinrichtung wird beispielsweise durch eine stabförmige, den Transportbehälter 8, insbesondere Kunststoffkasten mit Bodenverstrebung, über seine gesamte Breite durchleuchtende Lampe gebildet, wobei über der Lampe ein erstes Polfilter angeordnet ist. Dieses Polfilter hat linear polarisierende Eigenschaften. Im Bereich über der Bewegungsbahn der Transportbehälter 8 befindet sich in dem von der Beleuchtungseinrichtung 4 nach oben ausgehenden Strahlengang 11 eine Fresnellinse 10.

Mit Abstand hinter der Fresnellinse 10 ist ein erster Strahlteiler 13a angeordnet, der aus,dem Strahlengang 11 einen ersten Teilstrahl 11a quer zu einem Spiegel 14 reflektiert, während ein zweiter Teilstrahl 11b den Strahlteiler 13a und ein dahinter liegendes lineares Polfilter 17 passiert, das parallel zum ersten Polfilter ausgerichtet ist. Hinter diesem Polfilter 17 trifft der Teilstrahl 11b auf einen Spiegel 15 und wird zu einem Strahlteiler 13b reflektiert, der wiederum einen Anteil des Teilstrahls 11b zu der als Sensor dienenden CCD-Kamera 3 umlenkt, während der verbleibende Anteil ungenutzt den Strahlteiler 13b in nicht gezeigter Weise passiert.'

Der erste Teilstrahl 11a wird von einem Spiegel 14 durch ein zum ersten .Polfilter 12 gekreuzt, insbesondere senkrecht ausgerichtetes Polfilter 16 geleitet, wobei dahinter ein Anteil des Teilstrahls 11a den Strahlteiler 13b passiert und der Rest ungenutzt in nicht abgebildeter Weise zur Seite reflektiert wird.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die beiden Strahlteiler 13a und 13b zur Montagevereinfachung durch einen einteiligen Strahlteiler 13 gebildet, könnten jedoch auch zweiteilig, d.h. getrennt ausgeführt sein.

Für die Funktion der Vorrichtung 1 ist das parallele Polfilter 17 im Gegensatz zum gekreuzten Polfilter 16 nicht zwingend erforderlich, wird aber zur Helligkeitsangleichung der beiden Teilstrahlen benutzt.

Beide Spiegel 14 und 15 sind so ausgerichtet, dass die gleich langen Teilstrahlen 11a und 11b - wie in Fig. 3 gezeigt nebeneinander in gleicher Größe auf dem Flächenarray der CCD-Kamera 3 abgebildet werden, d.h. jede im Transportbehälter

von unten durchleuchtete Flaschenreihe wird immer doppelt abgebildet.

Wie aus der Fig.3 zu erkennen ist, sind im vorliegenden Fall die Abbildungen der beiden Flaschenreihen nicht identisch. Während in der oben, durch den Teilstrahl 11b abgebildeten Reihe alle vier Flaschen 9a bis 9d hell erscheinen, gilt dies in der unteren, durch den Teilstrahl 11a abgebildeten Reihe nur für die Flaschen 9b und 9d, die aus PET bestehen. Bei den beiden abgedunkelten Flaschen handelt es sich um Glasflaschen. Da Glas im Gegensatz zu PET keine Drehung der Polarisationebene des durchtretenden Lichts bewirkt, kann das von Glasflaschen kommende Licht das gekreuzte Polarisationfilter 16 nicht passieren, weshalb diese Flaschen in der Abbildung dunkel erscheinen. Durch einen einfachen Helligkeitsvergleich der Abbildungen beider Flaschenreihen sind die unterschiedlichen Materialien schnell identifizierbar.

Claims

1. Vorrichtung (1) zur Materialunterscheidung von unsortiert in Transportbehältern (8) befindlichen transparenten Gefäßen (9) wie Flaschen oder dgl. bestehend aus einer Beleuchtungseinrichtung (4) mit einem vorgeordneten ersten linearen Polfilter (12), wenigstens einem mit Abstand gegenüberliegenden Sensor (3) zum Auffangen des von der Beleuchtungseinrichtung (4) ausgehenden elektromagnetischen Strahlengangs (11, 11a, 11b), wobei dem Sensor (3) ein zweites, zum ersten Polfilter (12) gekreuztes Polfilter (16) vorgeordnet ist, sowie einer Transporteinrichtung (2, 2a, 2b) zum Positionieren und Fördern der Transportbehälter (8) durch den Strahlengang (11).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Polfilter (16) senkrecht zum ersten Polfilter (12) ausgerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Sensor (3) und dem zweiten Polfilter (16) der durch einen Transportbehälter (8) hindurchgetretene Strahlengang (11) mittels einer optischen Anordnung (13, 13a, 13b), insbesondere Strahlteiler, in vorzugsweise gleich lange Teilstrahlen (11a, 11b) aufteilbar ist und die Teilstrahlen jeweils einem eigenen Sensor oder beide dein, wenigstens einen Sensor (3) durch Umlenkvorrichtungen (14, 15, 13b), wie Spiegel oder dgl. zuführbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Teilstrahl (11b) ein dritter, zum ersten Polfilter (12) parallel ausgerichteter Polfilter (17) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang (11) eine Fresnellinse (10) angeordnet ist, insbesondere im Bereich zwischen einem Transportbehälter (8) und dem wenigsten einen Sensor (3).

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (4) den Boden der Transportbehälter (8) bestrahlt.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (3) ein Zeilen- oder Flächensensor, insbesondere eine CCD-Kamera ist.

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Anspüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung (13, 14, 15) der Vorrichtung (1) zwei gleich lange Teilstrahlen (11a, 11b) erzeugt und diese einer gemeinsamen CCD-Kamera (3) zuführt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung (13, 14, 15) die Teilstrahlen (11a, 11b) nebeneinander auf der CCD-Kamera (3) abbildet.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung wenigstens einen Strahlteiler (13) und zwei Umlenkspiegel (14, 15) aufweist.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem wenigstens einen Sensor (3) eine Steuer- und Auswerteinrichtung (5) zugeordnet ist.

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die von den wenigstens zwei Teilstrahlen (11a, 11b) gelieferten Abbildungen durch die Steuer- und Auswerteinrichtung (5) vergleichbar sind, insbesondere abschnittsweise, wobei wahlweise bei übereinstimmenden oder abweichenden Helligkeitswerten ein Signal von der Auswerteinrichtung abgebbar ist, insbesondere an eine Sortierpackmaschine mit selektiv ansteuerbaren Greiforgangen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefäße (9) aus Glas oder Kunststoff, insbesondere PET, bestehen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefäße (9) jeweils reihenweise auf dem Sensor (3) abgebildet werden, vorzugsweise während einer kontinuierlichen Förderbewegung der Transportbehälter (8) mittels einer Transporteinrichtung (2).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (2) zwei in Förderrichtung mit Zwischenabstand fluchtende Förderbänder (2a, 2b) aufweist und unter dem Zwischenabstand die Beleuchtungseinrichtung (4) angeordnet ist.