DE20212577U1 - Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Behältern - Google Patents
Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von BehälternInfo
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Description
Düsseldorf ■ München · Hamburg New York
Patentanwälte
Dr. Walter Maiwald (München) Dr. Volker Hamm (Hamburg) Dr. Stefan Michalski (Düsseldorf) Dr. Regina Neuefeind (München) Dipl.-Ing. Udo Preuss (München) Dipl.-Ing, Korbinian Kopf, MA. (München)
Rechtsanwalt
Stephan N. Schneller (München)
In Kooperation mit: Maiwald Inc., New York Dipl.-Ing. Korbinian Kopf, M.A. U.S. Patent Agent
Dr. Schmidt-Felzmann & Kozianka Rechtsanwälte (Hamburg)
Parr ■ Tauche ■
Leutheusser-Schnarrenberger Rechtsanwälte (München ■ Starnberg)
Aktenzeichen
Gebrauchsmusterneuanmeldung
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Unser Zeichen ID 40006 / SAM
Düsseldorf,
15. August 2002
IBEA INGENIEURBÜRO FÜR K.EKTRONIK UND AUTOMATION GMBH
Mariowring 21 22525 Hamburg
Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Behältern
SAM:fa
Achenbachstraße 43 ■ 40237 Düsseldorf
Tel. +49 (0)211 669 698 40 ■ Fax +49 (0)211 669 698 60 ■ http://www.maiwald.de ■ [email protected]
Geschäftsführer: Dr. WaltejMaijtfäfcJ ■ Qf.'Vplkertferflcn · QC Steffön MicTTaTsM: DT. "Regina l^euofeind · HRB Nr. 40413
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Behältern, insbesondere der Oberflächenbeschaffenheit der Innenwandung von Behälter, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der US 5 451 773 ist bekannt, die Dichtigkeit von Behältern dadurch zu prüfen, dass die Behälter seitlich mit Lichtimpulsen beleuchtet werden, und eine Videokamera oberhalb des Behälters mit dem Blickfeld in den Behälter hineinsieht und ermittelt, ob der Behälter Undichtigkeiten aufweist.
Aus WO 91/06846 Al ist bekannt, Behälter optisch auf die Oberflächenbeschaffenheit dadurch zu prüfen, dass eine Beleuchtung des Behälters mit Hilfe einer halbkugelförmigen Diffusorkuppel erfolgt, die aus einem milchigen durchscheinenden Material besteht. Die Beleuchtung erfolgt mit Hilfe von Arrays von lichtemittierenden Dioden (LED), die pulsweise zusammen mit dem Verschluß der Videokamera betrieben werden. Die Videokamera sitzt oberhalb der Diffusorkuppel, wobei das Objektiv der Kamera sich innerhalb der Kuppel befindet. Es ist auch bekannt, eine derartige optische Prüfvorrichtung für flache Gegenstände, beispielsweise Deckel für Behälter oder dergleichen zu verwenden.
Da die Beleuchtung mit Rotlicht oder in manchen Fällen auch Grünlicht abgebenden LEDs eine inhomogene Ausleuchtung bewirken und dadurch nicht jede Unregelmäßigkeit der Oberfläche oder der Bedruckung oder dergleichen des zu prüfenden Behälters erkennen läßt, schlägt die DE 196 23 949 Al vor, Weißlichtlampen einzusetzen, die ständig eingeschaltet sind.
Bei den im Stand der Technik offenbarten Vorrichtungen ist nachteilig, dass sich Gegenstände, welche eine Öffnungsfläche aufweisen, die kleiner ist als die maximale horizontale Querschnittsfläche, nicht ausreichend untersuchen lassen. In den Bereichen, die von der kleineren Öffnungsfläche abgeschattet werden, liegen verborgene Bereiche, die
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mittels einer lotrechten Bildaufnahme nicht sichtbar gemacht werden. Behälter, die eine entsprechende Geometrie aufweisen, sind aber weit verbreitet (z.B. Getränkedosen, bei denen sich die zylinderförmige Wandung zur Öffnung hin verjüngt, um eine höhere Stabilität gegen vertikalen Druck beim späteren Aufsetzen des Deckelsegments zu gewährleisten). Auch in diesen Bereichen des Doseninneren muß eine Qualitätskontrolle, beispielsweise die Kontrolle einer nahrungsmittelresistenten Beschichtung, durchgeführt werden, was mit den Vorrichtungen des Standes der Technik nicht möglich ist.
Es ist außerdem bei den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen nachteilig, dass man, um die Innenwandung von Behältern, bei denen sich die zylinderförmige Wandung zur Öffnung hin verjüngt, drehen und/oder kippen muss, um den gesamten Innenwandungsbereich zu erfassen. Alternativ, wird im Stand der Technik mit mehreren Videokameras gearbeitet, um gleichzeitig ein vollständiges Bild des gesamten Innenwandungsbereichs des Behälters zu erfassen. Dies führt zu einer höheren zu verarbeitenden Datenmenge und einem erhöhten Materialaufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Behälter zu schaffen, die es auch ermöglicht, verborgene Bereiche einer optischen Qualitätskontrolle zugänglich zu machen. Insbesondere sollte die Vorrichtung eine optische Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Behälter ermöglichen, welche eine Öffnungsfläche aufweisen, die kleiner ist als die maximale horizontale Querschnittsfläche.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Behälter zu schaffen, die vorzugsweise mit einer Bildaufnahmeeinrichtung (1) auskommt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Gegenständen, insbesondere Behältern, zu schaffen, die vorzugsweise nur mit Tageslicht, d.h. ohne zusätzliche Beleuchtungsquelle, auskommt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von wenigstens einem Gegenstand, insbesondere Behälter, wobei die Vorrichtung einen Spiegel und eine Bildaufnahmeeinrichtung umfaßt, und zwischen dem zu prüfenden Gegenstand und der Bildaufnahmeeinrichtung wenigstens ein Spiegel (3, 4) angeordnet ist, wobei der Siegel bevorzugt die Form einer Mantelfläche eines Kegelsrumpfes aufweist.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit wenigstens eines Behälters, gegebenenfalls mit einer Lichtquelle, die einen darunter befindlichen Behälter beleuchtet, eine Bildaufnahmeeinrichtung und eine Auswerfvorrichtung.
Bei der vorliegenden Erfindung wird somit mittels wenigstens eines Siegels ein Spiegelbild wenigstens eines Teilbereichs der zu untersuchenden Behälterfläche erzeugt. Dieses Spiegelbild wird dann zumindest teilweise, bevorzugt > 90%, von der Bildaufnahmeeinrichtung erfasst.
Die Bildaufnahmeeinrichtung ist vorzugsweise eine Kamera, insbesondere eine Videokamera. 25
Die Auswertevorrichtung ist vorzugsweise eine Datenverarbeitungsvorrichtung mit einem Datenspeicher, insbesondere ein Computer.
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Vorzugsweise steht die Bildaufnahmeeinrichtung mit der Auswertevorrichtung in Verbindung, wobei bevorzugt ist, dass die Auswertevorrichtung ein Bestandteil der Bildaufnahmeeinrichtung ist.
Bei der elektronischen Bildauswertung in der Auswertevorrichtung, wird bevorzugt ein Sollbild oder Sollgrauwerte des Spiegelbilds, das von vorab definierten Flächen des Behälters gespeichert ist/sind, mit dem aufgenommenen Spiegelbild verglichen. Abweichungen zwischen Ist- und Sollbild geben dann eine Information im Hinblick auf die Oberflächengüte.
Behälter können so automatisch und/oder manuell aussortiert werden, wenn die Abweichung zwischen Ist- und Sollbild eine vorgegebene Größe überschreitet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zwischen Bildaufnahmeeinrichtung und der Öffnung des zu untersuchenden Behälters bzw. Objekts, mindestens ein Spiegel angeordnet, der zur Objektvertikalen einen Winkel von 0° < &agr; < 90° aufweist.
Die optische Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit der zu prüfenden Gegenstände erfolgt in der Weise, dass eine Lichtquelle, beispielsweise natürliches Tageslicht ohne weitere Beleuchtungsquellen, einen unter dieser Lichtquelle befindlichen Gegenstand, beispielsweise Behälter, direkt und/oder indirekt beleuchtet, eine Bildaufnahmeeinrichtung das Spiegelbild der zu untersuchenden Oberfläche des Gegenstandes, beispielsweise der Behälterinnenwandung, betrachtet und/oder abbildet und eine Auswertevorrichtung das Bild auswertet.
Im einfachsten Fall kann die Lichtquelle natürliches Licht der Umgebung sein. Da dieses Licht jedoch je nach Art und Standort der Lichtquelle eine inhomogene Ausleuchtung zur Folge haben kann, sind erfindungsgemäße Vorrichtungen bevorzugt, die mindestens eine
eigene Lichtquelle aufweisen, welche eine optimale Ausleuchtung des zu prüfenden Gegenstandes, beispielsweise eines Behälters, sicherstellt.
Grundsätzlich kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung jede Oberfläche eines Gegenstandes geprüft werden, soweit man ein Spiegelbild dieser Fläche erzeugen kann. Das Merkmal "Behälter" steht im Sinne dieser Erfindung beispielhaft für einen Gegenstand.
Die Bildaufnahmeeinrichtung kann im einfachsten Fall das menschliche Auge sein, das lotrecht mittels des Spiegels den zu prüfenden Behälter betrachtet bzw. in diesen hineinblickt. Die Auswertevorrichtung wäre im einfachsten Fall der Betrachter, also ein Mensch, der Abweichungen von der Sollbeschaffenheit erkennt und eine Aussortierung des fehlerhaften Behälter veranlasst. Für die Routineuntersuchung großtechnischer Produktion bieten sich als Bildaufnahmeeinrichtung wenigstens eine Videokamera an.
Die Videokamera nimmt ein Spiegelbild vom der zu prüfenden Behälteroberfläche, insbesondere Behälterinnenoberfläche, auf, wobei die Auswertevorrichtung dieses Bild mit einem Sollbild vergleicht und vorzugsweise ein Auswerfsignal erzeugt, wenn die Abweichung zwischen Ist- und Sollbild eine vorgegebene Größe aufweist. Anstelle eine Bildes kann die Videokamera auch Grauwerte des Prüfbehälters aufnehmen und mit Sollgrauwerten vergleichen.
Erfindungsgemäß ist zwischen Bildaufnahmeeinrichtung und dem Behälter, insbesondere der Öffnung des Behälters, mindestens ein Spiegel angeordnet, der zur Behältervertikalen bzw. Objektvertikalen einen Winkel von 0° < &agr; < 90° aufweist. Bei lotrechter Betrachtung kann die Bildaufnahmeeinrichtung mit Hilfe des Spiegels auch die Bereiche des Prüfbehälters erfassen, die bei normaler lotrechter Betrachtung unsichtbar bleiben, da sie durch die kleinere Öffnungsfläche abgeschattet werden. Als Objektvertikale wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Lot auf die Öffnungsfläche des Prüfbehälters verstanden. Die
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Neigung des Spiegels zur Objektvertikalen liegt oberhalb von 0°, d.h. der Spiegel steht nicht parallel zur Objektvertikalen. Er liegt weiterhin unterhalb von 90°, d.h. steht nicht senkrecht auf der Objektvertikalen. Bevorzugt liegt der Winkel, den der Spiegel und die Objektvertikale einschließen, innerhalb engerer Bereiche. Hier sind erfindungsgemäße Vorrichtungen bevorzugt, bei denen der Winkel &agr; des Spiegels bzw. der Spiegel zur Objektvertikalen einen Winkel von 2,5° < &agr; < 75°, vorzugsweise von 5° < &agr; < 60°, besonders bevorzugt von 7,5° < &agr; < 45°, und insbesondere von 10° < &agr; < 30°, aufweist.
Je nach Lage des Spiegels zwischen Bildaufnahmeeinrichtung und Prüfbehälter kann dieser entweder „nach links" oder „nach rechts" gekippt werden. Der Winkel zwischen Spiegel und Objektvertikale ist der kleinere der beiden Winkel, die die Spiegelebene mit der Objektvertikalen einschließt.
Die Neigung des Spiegels zur Objektvertikalen kann in Abhängigkeit von dem Prüfbehälter variiert werden. Der Spiegel kann dabei entweder verstellbar , d.h. kippbar, ausgelegt werden, es ist aber auch möglich, unterschiedliche Spiegel in eine Spiegelhalterung einzusetzen. Insbesondere bei Konstruktionen aus mehreren Spiegeln oder bei nicht-planen Spiegelgeometrien empfiehlt sich die letztgenannte Vorgehensweise.
Bei der Massenprüfung geometrisch gleicher Prüfgegenstände kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auf den Behälter justiert werden. Nach der Aufnahme eine Sollbildes bzw. von Sollgrauwerten kann dann die Oberflächenbeschaffenheit der Prüfgegenstände automatisiert geprüft werden.
Mit Hilfe eines einzelnen planen Spiegels läßt sich nur ein bestimmter Bereich eines Prüfbehälters erfassen, was z.B. bei einer einfachen, kantenförmigen Hinterschneidung völlig ausreichend ist. Sollen rotationssymmetrische Gegenstände mit abgeschatteten Bereichen, beispielsweise Getränkedosen, geprüft werden, liefert der einzelne plane Spiegel nur einen
Teilbereich der Prüffläche. Die gesamte Prüffläche kann dadurch erhalten werden, dass der zu untersuchende Behälter um seine Objektvertikale gedreht wird. Es ist aber auch möglich und bevorzugt, mehrere Spiegel einzusetzen, so dass ein von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenes Bild gleichzeitig mehrere abgeschattete Bereiche erfaßt. Hier sind erfindungsgemäße Vorrichtungen bevorzugt, bei denen zwischen Bildaufnahmeeinrichtung und Behälter &eegr; Spiegel angeordnet sind, die vorzugsweise jeweils an Punkten im Abstand von 360°/n angeordnet sind, wobei &eegr; für eine ganze Zahl steht und besonders bevorzugte Werte für &eegr; die Zahlen 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 und 16 sind.
Diese Vorrichtungen lassen sich beispielsweise mit zwei planen Spiegeln, die sich gegenüberliegen (im Abstand von 180° angeordnet sind) oder mit drei planen Spiegel, die im Abstand von 120° angeordnet sind, realisieren. Wenn die Spiegel einzelne plane Flächen darstellen, die sich nicht berühren, ergeben sich im Bild der Bildaufnahmeeinrichtung „Fehlstellen" in denen die abgeschatteten Bereiche nicht aufgenommen werden. Dies lässt sich vermeiden, indem mindestens drei Spiegel eingesetzt werden und die Spiegel so ausgestaltet werden, dass sich ihre vertikalen Kanten berühren. Auf diese Weise entstehen Spiegelkonstruktionen in Form umgedrehter Pyramidenstümpfe, die keine Fehlstellen im Bild auftreten lassen. Da die Gegenstände zumeist nacheinander in relativ großer Schnelligkeit in die Prüfzone befördert werden, muß sichergestellt sein, dass der zu prüfende Behälter sich exakt auf einer vorgegebenen Stelle befindet. Mit Hilfe der vorstehend genannten Spiegelkonstruktionen kann daher der gesamte Prüfbehälter in einem Bild erfaßt und geprüft werden, ohne dass eine Drehung erforderlich ist. Eine Drehung des Prüfbehälters ist nicht mehr erforderlich. Aus diesen Gründen sind erfindungsgemäße Vorrichtungen bevorzugt, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Spiegel sich an ihren vertikalen Kanten berühren.
Alternativ kann auch eine Spiegelfläche bereitgestellt werden, die die Form eines umgedrehten Kegelstumpfes hat, d.h. eine vorstehend beschriebene Vorrichtung, bei der die Zahl &eegr; der Einzelspiegel gegen unendlich geht. Ein auf diese Weise ausgestalteter Spiegel
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liefert von einem rotationssymmetrischen Behälter ein Bild, auf dem die abgeschatteten Bereiche, die bei normaler lotrechter Betrachtung unsichtbar sind, als Ring sichtbar sind. Diese Spiegelgeometrie ist insbesondere für Objekte, die rotationssymmetrisch zur Objektvertikalen sind (d.h. die eine kreisförmige Öffnungs- und horizontale Querschnittsfläche aufweisen), geeignet. Eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung weiter bevorzugte Vorrichtung ist daher dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Bildaufnahmeeinrichtung und Behälter mindestens ein Spiegel angeordnet ist, der die Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes aufweist.
Aus der Strahlenoptik ergibt sich unmittelbar, dass eine lotrecht stehende Bildaufnahmeeinrichtung nur dann das Spiegelbild aufnehmen kann, wenn die Spiegel so angeordnet sind, dass die bildaufnahmeeinrichtungsnahe Öffnungsfläche größer ist als die objektnahe Öffnungsfläche zwischen den Spiegelebenen. Völlig analog muß auch ein einzelner Spiegel angeordnet sein, damit die Bildaufnahmeeinrichtung ein Bild auf der spiegelnden Fläche aufnehmen kann. Für Vorrichtungen mit mehreren Spiegel (oder einem ringförmigen Spiegel) und lotrecht stehender Bildaufnahmeeinrichtung sind erfindungsgemäße Vorrichtungen bevorzugt, bei denen die behälternahe horizontale Öffnungsfläche der Spiegel kleiner ist als die bildaufnahmeeinrichtungsnahe horizontale Öffnungsfläche.
Als Spiegelmaterialien können alle aus dem Stand der Technik bekannten Materialien eingesetzt werden, beispielsweise polierte Metalle bzw. Metalllegierungen. Bevorzugt werden Spiegel eingesetzt, die aus einer auf ein Substrat abgeschiedenen dünnen Schicht eines Metalls oder einer Legierung bestehen, wobei Glas mit versilberter Oberfläche ein Beispiel ist. Aus Gründen der besseren Haltbarkeit kann das chemisch abgeschiedene Silber durch aufgedampftes Aluminium ersetzt werden. Zum einen haben die Spiegel dadurch einen höheren Reflexionsgrad, zum anderen bildet sich eine durchsichtige Aluminiumoxid-Schutzschicht an der Oberfläche, die das für Silberspiegel typische Anlaufen verhindert. Die
Aluminiumschicht hat sich bis heute bewährt, beim Grundmaterial für die Spiegelträger hat Glas den Nachteil, dass es sich bei Erwärmung ausdehnt und dadurch die Kontur des Spiegels „verbiegt". Gerade bei größeren Temperaturschwankungen fuhrt dies zu unbrauchbaren Bildern. Man verwendet daher vorzugsweise ein Material mit einer möglichst geringen Wärmeausdehnung, beispielsweise die bei Schott Glas entwickelte Glaskeramik „Zerodur", ein Material das seit 1970 bevorzugt als Träger für Teleskop- und Satellitenspiegel verwendet wird. Neben Aluminium kann die spiegelnde Schicht auch aus Aluminium-Silicium-Oxid (AlSiO), Beryllium-Aluminium-Legierungen, oder Gold bestehen.
Als Lichtquelle kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine eigene Beleuchtungsvorrichtung aufweisen, die gepulst ist und/oder im Dauerbetrieb leuchtet. Der Prüfbehälter kann dabei beispielsweise mit Hilfe einer Lampe seitlich mit Lichtimpulsen beleuchtet werden.
Die Beleuchtung kann aber auch ausgelöst per Lichtschranke geblitzt und/oder gepulst erfolgen.
Für die Bildaufnahmeeinrichtung genügt es, wenn die Beleuchtung nur dann eingeschaltet ist, wenn ein Bild aufgenommen wird.
Es hat sich für die Bildqualität als vorteilhaft erwiesen, die Prüfgegenstände diffus zu beleuchten, um Störungen durch Lichtreflexionen im Bild zu vermeiden. Bevorzugt erfolgt die Beleuchtung des Prüfkörpers mit Hilfe einer halbkugelförmigen Diffusorkuppel, die aus einem milchigen durchscheinenden Material besteht. Die Beleuchtung kann entweder mit Hilfe von Arrays von lichtemittierenden Dioden (LED), oder mit Hilfe von Primärstrahlern erfolgen.
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Besonders bevorzugt weist die Beleuchtungsvorrichtung mischfarbige Lampen und/oder Weißlichtlampen auf, die ständig eingeschaltet und/oder gepulst sind. Die Verwendung von mischfarbigen Lampen und/oder Weißlichtlampen, die permanent strahlen, hat den Vorteil,
dass eine optimale Ausleuchtung der zu prüfenden Gegenstände stattfindet. Die Beleuchtung erfolgt mit einem speziellen Farbspektrum, so dass die Kamera die zu prüfende Fläche relativ genau entsprechend ihrer Auflösung identifizieren kann. Die durch den Prüfvorgang selbst erzeugte Fehlerrate ist daher denkbar gering. Erfindungsgemäß bevorzugte Vorrichtungen sind daher dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine Beleuchtungsvorrichtung ist, die vorzugsweise mischfarbige Lampen und/oder Weißlichtlampen aufweist, welche ständig eingeschaltet und/oder gepulst sind.
Für die Bildaufnahmeeinrichtung genügt es, wie oben beschrieben, wenn die Beleuchtung nur dann eingeschaltet ist, wenn ein Bild aufgenommen wird, d.h. es reicht aus, dass die Lampe bzw. Lampen nur während der jeweiligen Bildaufnahme gepulst und/oder ständig eingeschaltet sind.
Um eine reflexionsarme Beleuchtung zu gewährleisten, kann gegebenenfalls die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise einen Diffusor aufweisen. Der Diffursor kann wenigstens eine Diffusorkuppel und/oder wenigstens eine Diffusorplatte umfassen.
Der Diffusor besteht aus einem milchigen durchscheinenden Material, beispielsweise sogenanntem Milchglas. Alternativ sind auch trübe oder getrübte Kunststoffe einsetzbar.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Diffusorkuppel konisch. Eine derartige Ausbildung ist besonders vorteilhaft für die Anordnung der Lichtquellen um den Mantel des Diffusorkonus herum. Die Lampen bzw. ihre Fassungen sind vorzugsweise entlang von Strahlen angeordnet, von denen mehrere im Umfangsabstand um die Diffusorkuppel herum angeordnet sind. Dadurch läßt sich eine gleichmäßige Einstrahlung in die Diffusorkuppel hinein verwirklichen und somit eine Rundumausleuchtung des zu prüfenden Behälters unterhalb der Diffusorkuppel.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen, bei denen die Beleuchtungsvorrichtung den darunter befindlichen Behälter über eine Diffusorkuppel beleuchtet, wobei die Diffusorkuppel vorzugsweise konisch ist, sind bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Für eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung der Diffusorkuppel hat es sich bewährt, mehrere Lampen, vorzugsweise mischfarbige Lampen und/oder Weißlichtlampen, auf einem Strahl anzuordnen, der annähernd parallel zum Mantel der Diffusorkuppel verläuft. Von diesen Strahlen sind vorzugsweise mehrere in Umfangsrichtung beabstandet entlang des Umfangs der Diffusorkuppel angeordnet. Werden &eegr; solcher Strahlen in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut, sind diese vorzugsweise an Punkten im Abstand von 360°/n angeordnet, wobei &eegr; für eine ganze Zahl steht und besonders bevorzugte Werte für &eegr; die Zahlen 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 sind. Solche Vorrichtungen lassen sich beispielsweise mit zwei Strahlen, die sich gegenüberliegen (im Abstand von 180° angeordnet sind) oder mit drei Strahlen, die im Abstand von 120° angeordnet sind, realisieren. Vorzugsweise sind die Strahlen, welche die Lampen (bzw. die Fassungen oder Gehäuse der Lampen) tragen, an einem Arm befestigt, welcher seinerseits an einer Platte befestigt ist, die auch die Kamera trägt.
Erfindungsgemäß bevorzugte Vorrichtungen sind daher weiter dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lampen jeweils auf einem annähernd parallel zum Mantel der Diffusorkuppel verlaufenden Strahl angeordnet sind, wobei in Umfangsrichtung beabstandet eine Reihe von Strahlen vorgesehen ist. Hier ist besonders bevorzugt, dass die Lampen bzw. die Fassungen bzw. die Gehäuse der Lampen eines Strahls an einem Arm befestigt sind, der seinerseits an einem Ende einer Platte angebracht ist, die auch die Kamera trägt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Bildaufnahmeeinrichtung auf, das vorzugsweise eine Kamera, besonders bevorzugt eine Videokamera ist. Im Hinblick auf die spätere Auswertung der Bilder mittels rechnergestützter Methoden sind insbesondere digitale
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Kameras bevorzugt. Die Kamera ist bei bevorzugten Ausfuhrungsformen asynchron triggerbar und beispielsweise mit einer Auflösung von 1024 &khgr; 1024 Pixel ausgebildet. Beispielsweise handelt es sich um eine hochauflösende CCD-Vollbildkamera.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Objektiv der Videokamera unmittelbar über der oberen Öffnung der Diffusorkuppel angeordnet. Der Durchmesser der Öffnung entspricht annähernd dem Durchmesser des Objektivs. Das Objektiv ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise ein Zoom-Objektiv. Damit läßt sich zum einen eine Anpassung an unterschiedliche Abmessungen der Gegenstände vornehmen und zum anderen eine Veränderung des Abbildungsmaßstabes. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Kamera verstellbar sein, um bestimmte Bereiche des zu prüfenden Behälters besser erkennen zu können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugte Vorrichtungen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufhahmeeinrichtung eine Videokamera ist, deren Objektiv vorzugsweise am oberen Ende der Diffusorkuppel angeordnet ist, wobei besonders bevorzugt ist, dass das Objektiv der Kamera unmittelbar über der oberen Öffnung der Diffusorkuppel angeordnet ist.
Besonders bevorzugt sind hierbei Vorrichtungen, bei denen der Durchmesser der oberen Öffnung der Diffusorkuppel annähernd dem Durchmesser des Objektivs entspricht und Vorrichtungen, bei denen ein Zoom-Objektiv für die Kamera vorgesehen ist.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist unterhalb der Diffusorkuppel eine Blende angeordnet, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Diffusorkuppel im Bereich der Blende. Auf diese Weise wird der Nachteil, der sich durch die Abbildung des Objektivs in der Aufhahmeebene einstellt, kompensiert. Dementsprechend sind erfindungsgemäße Vorrichtungen bevorzugt, bei denen unterhalb der Diffusorkuppel eine
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Blende angeordnet ist, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Diffusorkuppel im Bereich der Blende, wobei die Blende vorzugsweise verstellbar ist.
Das vorstehend beschriebene System aus Beleuchtungsvorrichtung, Diffusorkuppel und Blende führt zu einer homogenen und optimalen Ausleuchtung des zu prüfenden Behälters und ist für den weitaus überwiegenden Teil der zu prüfenden Gegenstände hervorragend geeignet. Für spezielle Anwendungen läßt sich die Ausleuchtung graduell noch verbessern, indem zugeordnet zu der Beleuchtungseinrichtung ein Reflexionsfeld vorgesehen wird.
Der Einsatz eines Reflexionsfeldes kann dabei auch ohne eine Diffusoreinrichtung erfolgen. Das Reflexionsfeld kann durch ein körperliches Reflexionsteil gebildet und oberhalb oder unterhalb einer Beleuchtungseinrichtung angeordnet sein. Auch kann man das Reflexionsfeld unterhalb einer Diffusorscheibe ausbilden. Es kann etwa auch als Wandelement, in Vertikalrichtung, zwischen zwei Beleuchtungseinrichtungen angeordnet sein oder hinter Beleuchtungseinrichtungen, wobei es von der gegenüberliegenden Beleuchtungseinrichtung oder dem gegenüberliegenden Teil einer Beleuchtungseinrichtung angestrahlt wird und dieses Licht dann in besonderer Weise reflektiert. Besonders bevorzugt ist jedoch, dass das Reflexionsfeld höhenmäßig einstellbar vorgesehen ist. Durch eine Vertikalverschiebung eines Reflexionsteils läßt sich so eine besonders einfache Anpassung der Vorrichtung an unterschiedliche zu prüfende Gegenstände erreichen. Im allgemeinen ist bevorzugt, dass nach Anpassung an einen bestimmten Behälter die einmal eingenommene Stellung des Reflexionsteils nicht verändert wird.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich Behälter, beispielsweise nacheinander und/oder in Gruppen, mit relativ großer Schnelligkeit prüfen. Die bei der Prüfung ermittelten schadhaften Behälter können beispielsweise über eine Entferneinrichtung aussortiert werden.
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Eine Lichtschranke, die bei im Stand der Technik bekannten Verfahren, die Annäherung eines Behälters in dem eigentlichen Prüfbereich anzeigt, kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung im Aufnahmebereich liegen. Eine Abtastung mit Hilfe der Kamera erfolgt in dem Augenblick, in dem der Behälter die Lichtschranke erreicht. In einer bevorzugten Ausführungsform spielt es dabei für die Bildqualität keine Rolle, ob der zu prüfende Behälter zur Objektivachse der Kamera genau ausgerichtet ist oder nicht. Bevorzugte Vorrichtungen können dadurch gekennzeichnet sein, dass eine Lichtschranke für die Anwesenheitsmeldung eines Prüfbehälters im Bereich der Aufnahmefläche der Videokamera liegt.
Ein weiterer Behälter der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Behälter unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Prüfung der unterschiedlichsten Behälter, insbesondere solcher Behälter, die Bereiche aufweisen, welche bei normaler lotrechter Betrachtung nicht sichtbar sind. Ein weiterer Behälter der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Behältern deren Öffnungsfläche kleiner ist als deren maximale horizontale Querschnittsfläche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung, bei der vier plane Spiegel eingesetzt sind.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung, bei der ein Spiegel in Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes eingesetzt ist. Fig. 3 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung mit Beleuchtungseinrichtung, Diffusorkuppel und Blende.
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Fig. 4 zeigt in Seitenansicht teilweise aufgeschnitten ein Gehäuse mit einer Vorrichtung nach der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Bildaufnahmeeinrichtung 1 zu erkennen, mit dessen Hilfe ein Behälter 2 aufgenommen werden kann. Der Behälter 2 weist dabei einen bei normaler lotrechter Betrachtung von oben unsichtbaren Bereich 6 unterhalb der gegenüber der maximalen horizontalen Querschnittsfläche verkleinerten Öffnungsfläche auf. Die Objektvertikale 7 ist in Fig. 1 ebenfalls dargestellt. Fig. 1 zeigt weiter drei von vier Spiegeln (3, 4, 3', 4', 3", 4"), wobei der vierte Spiegel aus Gründen der Übersicht weggelassen wurde. Die Spiegel sind aus einem Spiegelträger (3, 3', 3") und einer Spiegeloberfläche (4, 4', 4") gebildet.
In Fig. 2 sind die in Fig. 1 dargestellten Spiegel durch einen einzelnen Spiegel (3, 4) ersetzt, der die Form eines Kegelstumpfmantels aufweist. Auch dieser Spiegel ist aus einer Spiegeloberfläche 4 auf einem Spiegelträger 3 gebildet. Zusätzlich zur Bildaufhahmeeinrichtung 1, mit dessen Hilfe ein Behälter 2 aufgenommen werden kann, wobei der Behälter 2 einen bei normaler lotrechter Betrachtung von oben unsichtbaren Bereich 6 unterhalb der gegenüber der maximalen horizontalen Querschnittsfläche verkleinerten Öffnungsfläche aufweist, zeigt Fig. 2 die Objektvertikale 7 und ein Beispiel für einen Strahlengang 5 vom Behälter 2 zur Bildaufnahmeeinrichtung 1.
Fig. 3 zeigt eine Videokamera 12 mit einem Objektiv 13, das als Zoom-Objektiv ausgebildet ist. Das Objektiv 13 befindet sich oberhalb eines konischen Hohlkörpers 11, der als Diffusorkuppel dient und dementsprechend aus einem milchigen durchscheinenden Material besteht. Der Durchmesser der oberen Öffnung der Diffusorkuppel 11 ist annähernd gleich dem Durchmesser des Objektivs 13. Die Diffusorkuppel 11 ist auf einer Grundplatte angeordnet, die als Blende 14 dient und eine Blendenöffnung 15 aufweist. Wie erkennbar, ist der Durchmesser der Blendenöffnung 15 kleiner als der Durchmesser der Kuppel 11 im Bereich der Platte. Am Umfang der Kuppel 11 ist eine Anzahl von Lampen 10 angeordnet,
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die in die Kuppel 11 hineinstrahlen, so dass diffuses Licht über die Blendenöffnung 15 auf den Behälter 2 trifft. Die Lampen, Weißlicht- bzw. Kaltlichtlampen, sind permanent eingeschaltet und bewirken eine gleichmäßige Ausleuchtung des Behälters mit dem natürlichen Farbspektrum.
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Fig. 3 zeigt darüber hinaus den bereits in Fig. 2 dargestellten Spiegel (3, 4), der die Form eines Kegelstumpfmantels aufweist. Auch dieser Spiegel ist aus einer Spiegeloberfläche 4 auf einem Spiegelträger 3 gebildet.
In Fig. 4 ist die Anordnung nach Fig. 3 in einem Gehäuse gezeigt, in dem die Kamera 12 auf einer Platte 17 angeordnet ist, die über Stützen auf dem Boden des Gehäuses abgestützt ist. Die Lampen 10 bzw. ihre Gehäuse sind an Armen 16 angebracht, die am oberen Ende an der Platte 17 befestigt sind. Jeweils zwei Lampen 10 sind an einem Arm 16 angebracht, die sich annähernd parallel und im Abstand zur Mantelfläche der Kuppel 11 radial erstrecken, wobei in Umfangsrichtung eine Reihe von Armen 16 vorgesehen ist, um eine komplette Ausleuchtung zu erhalten. Unterhalb der Blende 14 ist eine Aufnahmefläche 19 für zu prüfende Gegenstände 2 angeordnet, wie zum Beispiel eine Getränkedose 2, der mit Hilfe einer geeigneten Transportvorrichtung auf der Fläche 19 entlangbewegt wird, hier senkrecht zur Zeichenebene. Der in den Fig. 2 und 3 dargestellte und zwischen Kamera 12 und Behälter 2 angeordnete Spiegel (3, 4), der die Form eines Kegelstumpfmantels aufweist und aus einer Spiegeloberfläche 4 auf einem Spiegelträger 3 gebildet ist, wird in Fig. 4 ebenfalls gezeigt.
In Fig. 4 ist auch die aus Sendeelement und Empfangselement bestehende Lichtschranke 18
zu erkennen, die unmittelbar oberhalb der Produktfläche 19 angeordnet ist, genau zum
Aufhahmebereich der Kamera 12 ausgerichtet. Sobald der Behälter 2 in den Aufhahmebereich gelangt, wird dies von der Lichtschranke festgestellt und ein Signal auf die nicht gezeigte
Steuer- und Rechenvorrichtung gegeben, damit ein Bildaufnahmevorgang über die Kamera 12 in Gang gesetzt wird.
zu erkennen, die unmittelbar oberhalb der Produktfläche 19 angeordnet ist, genau zum
Aufhahmebereich der Kamera 12 ausgerichtet. Sobald der Behälter 2 in den Aufhahmebereich gelangt, wird dies von der Lichtschranke festgestellt und ein Signal auf die nicht gezeigte
Steuer- und Rechenvorrichtung gegeben, damit ein Bildaufnahmevorgang über die Kamera 12 in Gang gesetzt wird.
| 1 | -18- | |
| 2 | Bezugszeichenliste: | |
| 3 | Bildaufnahmeeinrichtung | |
| 4 | Gegenstand bzw. Behälter | |
| 5 | 5 | Spiegelträger |
| 6 | Spiegeloberfläche | |
| 7 | Strahlengang | |
| 8 | normal lotrecht von oben unsichtbarer Bereich | |
| 9 | Objektvertikale | |
| 10 | 10 | Lichtquelle |
| 11 | Beleuchtungsvorrichtung | |
| 12 | mischfarbige Lampen und/oder Weißlichtlampen | |
| 13 | Diffusorkuppel | |
| 14 | Videokamera | |
| 15 | 15 | Objektiv |
| 16 | Blende | |
| 17 | B lendenö ffnung | |
| 18 | Arm | |
| 19 | Platte | |
| 20 | Lichtschranke | |
| Aufnahmefläche | ||
| 25 |
*** ·**· · · · · ·* * ! !.. .* ·* · · ·
·. · · · · · . · . · · · · |
|
Claims (14)
1. Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von wenigstens einem Gegenstand (2), insbesondere Behälter (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Spiegel (3, 4) und eine Bildaufnahmeeinrichtung (1) umfaßt, wobei zwischen dem zu prüfenden Gegenstand (2) und der Bildaufnahmeeinrichtung (1) wenigstens ein Spiegel (3, 4) angeordnet ist, wobei der Siegel bevorzugt die Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (3, 4) so angeordnet ist, dass der Spiegel zur Objektvertikalen des zu prüfenden Behälters (2) einen Winkel von 0° < α < 90° aufweist, wobei der Winkel α des Spiegels (3, 4) bzw. der Spiegel zur Objektvertikalen vorzugsweise einen Winkel von 2,5° ≤ α ≤ 75°, vorzugsweise von 5° ≤ α ≤ 60°, besonders bevorzugt von 7,5° ≤ α ≤ 45°, und insbesondere von 10° ≤ α ≤ 30°, ausmacht.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Bildaufnahmeeinrichtung (1) und Behälter (2) n Spiegel (3, 4; 3', 4'; 3", 4") angeordnet sind, die vorzugsweise jeweils an Punkten im Abstand von 360°/n angeordnet sind, wobei n für eine ganze Zahl steht und besonders bevorzugte Werte für n die Zahlen 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 und 16 sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegel (3, 4; 3', 4'; 3", 4") sich an ihren vertikalen Kanten berühren.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die behälternahe horizontale Öffnungsfläche der Spiegel (3, 4; 3', 4' usw.) kleiner ist als die bildaufnahmeeinrichtungsnahe horizontale Öffnungsfläche.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (8) eine Beleuchtungsvorrichtung (9) ist, die vorzugsweise Farblicht- und/oder Weißlicht-Lampen (10) aufweist, wobei die Lampen vorzugsweise ständig eingeschaltet und/oder gepulst sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (9) den darunter befindlichen Behälter (2) über eine Diffusorkuppel (11) beleuchtet, wobei die Diffusorkuppel (11) vorzugsweise konisch ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (1) eine Videokamera (12) ist, deren Objektiv (13) vorzugsweise am oberen Ende der Diffusorkuppel (11) angeordnet ist, wobei besonders bevorzugt ist, dass das Objektiv (13) der Kamera (12) unmittelbar über der oberen Öffnung der Diffusorkuppel (11) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der oberen Öffnung der Diffusorkuppel (11) annähernd dem Durchmesser des Objektivs (13) entspricht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zoom-Objektiv für die Kamera (12) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Diffusorkuppel eine Blende (14) angeordnet ist, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Diffusorkuppel (11) im Bereich der Blende (14), wobei die Blendenöffnung (15) vorzugsweise verstellbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lampen (10) jeweils auf einem annähernd parallel zum Mantel der Diffusorkuppel (11) verlaufenden Strahl angeordnet sind, wobei in Umfangsrichtung beabstandet eine Reihe von Strahlen vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampen (10) bzw. die Fassungen bzw. die Gehäuse der Lampen eines Strahls an einem Arm (16) befestigt sind, der seinerseits an einem Ende einer Platte (17) angebracht ist, die auch die Kamera (12) trägt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtschranke (18) für die Anwesenheitsmeldung eines Prüfbehälters (2) im Bereich der Aufnahmefläche (19) der Videokamera (12) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE20212577U DE20212577U1 (de) | 2002-08-16 | 2002-08-16 | Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Behältern |
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Publications (1)
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Effective date: 20100924 |
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| R071 | Expiry of right |