DE69522028T2 - Prüfung von durchsichtigen Behältern - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät und ein Verfahren zur Prüfung des Bodens eines Behälters gemäß des Oberbegriffs der Ansprüche 1 bzw. 5.
Hintergrund der Erfindung
• Bei der Herstellung durchsichtiger Behälter wie beispielsweise klarer oder farbiger Glasflaschen und -gefäße können verschiedene Arten von Hindernissen oder anderen kommerziell bedeutsamen Abweichungen in den Wänden der Behälter auftreten. Beispielweise können im Behälterboden (d. h. der Basis und dem Bodenrand des Behälters) Glaspartikel, -knoten und -klumpen und undurchsichtige Steine oder andere Einschlüsse auftreten, welche die kommerzielle Attraktivität der Behälter beeinträchtigen. Andererseits können im Boden des Behälters ringförmige Oberflächenbänder (durch Verformung im heiß-plastischen Zustand des Bodens) auftreten, ohne die kommerzielle Akzeptanz der Behälter zu beeinträchtigen, und es können Kodierungsringe in den Behälterboden geformt sein, um den Behälter optisch seiner Ursprungsform zuzuordnen. Es ist deshalb einerseits erwünscht, ein Prüfverfahren zum Feststellen und Quantifizieren potentiell unerwünschter Abweichungen wie etwa Eeinschlüsse, Glaspartikeln, -knoten und -klumpen zur Verfügung zu stellen, während gleichzeitig ausgebildete Kodierungsringe und Abweichungen, beispielsweise Oberflächenbändern, welche die kommerzielle Akzeptanz des Behälters nicht beeinträchtigen, im wesentlichen ignoriert werden.
• Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, elektrooptische Prüfsysteme zum Erkennen kommerziell bedeutsamer Abweichungen, welche die optischen Eigenschaften des Behälters beeinträchtigen, anzuwenden. Das Grundprinzip besteht darin, daß an einer Seite des Behälters eine Lichtquelle angeordnet ist, und daß an der anderen eine Kamera angeordnet ist.
• Aus "Patent Abstracts of Japan", Band 13, Nr. 524, Seite 964 und aus JP-A-0 1213558 ist bekannt, einen Behälterboden durch die Mundöffnung des Behälters gemäß des Oberbegriff s von Anspruch 1 und 5 anzuvisieren. Eine Sichtungskamera weist ein begrenztes, streifenförmiges Sichtfeld auf. Eine u-förmige Lampe beleuchtet den Behälterboden von unten, während dieser gedreht wird, und eine lichtabschirmende Platte in der Art eines Rostes wird verwendet, um nur seitliche Bereiche des Behälterbodens zu beleuchten, d. h. eine Fläche im und angrenzend an das Sichtfeld, und eine Fläche, die sich senkrecht an beiden Seiten von Positionen der Oberflächenbänder aus erstreckt, wird nicht direkt beleuchtet. Licht, das von den seitlichen beleuchteten Bereichen in dem Behälterboden ausgeht, trifft auf Defekte, welche erkannt werden können, wenn sie durch das Sichtfeld laufen. Die Erwartung besteht darin, daß die Oberflächenbänder, Nahtlinien und Riffelungen, wenn sie durch das Sichtfeld durchgehen, das Licht nicht in Richtung der Kamera streuen. Wenn diese Abweichungen von der ebenen Fläche dunkel sind, können sie jedenfalls nicht als Defekte erkannt werden.
• Es ist auch bekannt ("Patent Abstracts of Japan", Band 6, Nr. 30, Seite 103 und JP-A-56 151355), Laserstrahlen zur Beleuchtung eines Behälterbodens von oben zu verwenden, und unterhalb des Bodens einen Schlitz zusammen mit Detektoren an beiden Seiten des Schlitzes vorzusehen. Laserstrahlen, die auf Glasvorsprünge und -stücke auftreffen, werden gestreut und somit von den Detektoren erkannt. Da Markierungen auf der Bodenfläche des Behälters ebenfalls als Defekte fehlgedeutet werden können, sollte das bekannte Gerät bei Behältern ohne solche Markierungen verwendet werden.
• Außerdem ist bekannt, den Boden eines durchsichtigen Behälters durch Beleuchten des Behälterbodens entlang eines Streifens und Anvisieren oder Sichten dieses Streifenbereiches durch die Behälterwände mit Kameras auf fehlerhafte Zustände zu prüfen (EP-A-0 324 285).
• Lichtstrahlen treten normalerweise von der Quelle gerade durch die Behälterwände und werden dann auf die Kamera fokussiert und von der Kamera mit einer gegebenen Intensität gesichtet. Eine kommerziell bedeutsame Brechungsabweichung beugt den Lichtstrahl jedoch, wenn dieser durch die Behälterwand hindurchgeht, so daß das auf die Kamera projizierte Bild eine von der Lichtquelle unterschiedliche Fläche aufweist. Wenn eine solche andere Fläche eine andere Intensität aufweist, als die der normalerweise auf der Kamera abgebildeten Fläche, kann die Kamera die brechende Stelle erkennen. Eine undurchsichtige Stelle wie etwa ein Stein verhindert die Durchlassung von Licht durch die Behälterwand und kann deshalb als ein dunkler Fleck gegenüber einem hellen Hintergrund erkannt werden.
• US-A-5,243,400 offenbart ein Verfahren zur Veränderung der effektiven Intensität der Lichtquelle über die Breite der Lichtquelle. Eine lichtregulierende Schicht wird in der Nähe der Lichtquelle zwischen der Lichtquelle und dem Behälter angeordnet und umfaßt eine Mehrzahl paralleler Lamellen, die so voneinander beabstandet sind, daß sie den Winkel, aus welchem das Bild von der Lichtquelle durch die Kamera anvisiert werden kann, begrenzen. Kommerziell bedeutsame Abweichungen werden als eine Funktion von Abweichungen der an der Kamera empfangenen Lichtintensität erkannt. Jede brechende Abweichung in der Behälterwand bricht oder beugt die Sichtlinie der Kamera in einem Winkel zur Kameraachse hin. Mit sich erhöhendem Winkel versperren die Lamellen allmählich die Lichtquelle, bis die Kamera an dem kritischen Sichtwinkel der Lamellen die Lichtquelle nicht mehr sichten kann.
Zusammenfassung der Erfindung
• Es ist eine Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Gerät und ein Verfahren zur Prüfung des Bodens eines Behälters zur Verfügung zu stellen, welches ermöglicht, zwischen harmlosen Abweichungen, wie beispielsweise eingeformten Kodierungsringen und Oberflächenbändern, und solchen Abweichungen zu unterscheiden, die einen Defekt in dem Boden des Behälters anzeigen, wie etwa Knoten und Klumpen aus Glaspartikeln und undurchsichtige Steine oder andere Einschlüsse.
• Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1 bzw. 5 definiert. Das Gerät zur Prüfung des Bodens eines Behälters gemäß der augenblicklich bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beinhaltet einen Lichtsensor, der so angeordnet ist, daß er den Behälterboden durch die offene Mundöffnung des Behälters anvisiert, eine Lichtquelle, die außerhalb des Behälters auf der gegenüberliegenden Seite des Behälterbodens angeordnet ist, und Elektronik zum Erkennen kommerziell bedeutsamer Abweichungen in dem Behälterboden als eine Funktion der Energie des auf den Sensor einfallenden Lichtes. Die Lichtquelle ist, von dem Sensor aus durch den Boden des Behälters betrachtet, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Richtung in Bezug auf den Behälterboden länglich ist - d. h. in der radialen Richtung - und daß sie in Querrichtung schmal ist. Auf diese Weise sind alle Abweichungen im Boden des Behälters, welche die Sichtlinie des Sensors in der radialen Richtung brechen, wie beispielsweise eingeformte Kodierungsringe und Oberflächenbänder, von dem Sensor aus betrachtet im wesentlichen durchsichtig. Andererseits erzeugen Abweichungen, die die Sichtlinie des Sensors seitlich zum Behälterboden brechen, wie etwa Glaspartikel, -knoten und -klumpen, ein dunkles Bild auf den Sensor, da der Sensor die Lichtquelle durch die Abweichung hindurch nicht sehen kann. Die Lichtquelle der bevorzugten Ausführungsformen ist so aufgebaut, daß sie radial durch eine längliche Ausdehnung und seitlich durch eine schmale Ausdehnung gekennzeichnet ist, indem entweder die Lichtquelle so konstruiert ist, daß sie physikalisch lang und schmal ist, oder indem eine lichtregulierende Schicht wie in dem zuvor erwähnten US-Patent verwendet wird, mit parallelen Lamellen, die sich radial zum Behälterboden erstrecken. In beiden Ausführungsformen ist die Lichtquelle durch einen breiten Beleuchtungswinkel radial zum Behälterboden und durch einen schmalen Beleuchtungswinkel quer zum Behälterboden gekennzeichnet. Vorzugsweise erstreckt sich die Lichtquelle über die Breite des gesamten Durchmessers des Behälterbodens, und der Lichtsensor weist eine Linienabtastkamera mit einer Matrix aus lichtempfindlichen Elementen auf, die ein Bild des Behälterbodens, wie er durch die Lichtquelle über den gesamten Durchmesser des Behälterbodens (d. h. die Basis und den Bodenrand umfassend) beleuchtet wird, empfängt. Der Behälter wird während der Prüfung um seine zentrale Achse gedreht, und der Matrixsensor wird in Schritten der Behälterdrehung abgetastet, um ein zweidimensionales Bild des Behälterbodens zu entwickeln. Dieses Bild kann unter Anwendung von anderweitigen herkömmlichen Verfahren im Hinblick auf kommerziell bedeutsame brechende und undurchsichtige Abweichungen analysiert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die Erfindung wird zusammen mit ihren weiteren Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen am besten aus der nachfolgenden Beschreibung, den angefügten Ansprüchen und den beiliegenden Zeichnungen verständlich werden, in welchen:
• Fig. 1 eine schematische elektrooptische Darstellung ist, die eine augenblicklich bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt;
• Fig. 2 eine Teilansicht des Prüfgerätes aus Fig. 1 von der Seite ist;
• Fig. 3 ein Aufriß des Behälterbodens und der Lichtquelle aus den Fig. 1 und 2 wie durch die Kamera gesichtet ist; die
• Fig. 4 und 5 schematische Teilansichten jeweils analog zu Abschnitten aus den Fig. 2 und 1 sind, welche die Funktionsweise der Erfindung veranschaulichen; und
• Fig. 6 eine schematische Teilansicht analog der aus Fig. 2 ist, die aber eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• Die Fig. 1 und 2 stellen das Prüfstationsgerät 10 zur Prüfung der Böden 12 eines durchsichtigen Behälters 14 - d. h. der Grundfläche 16 und des Bodenrandes 18 des Behälters 14 - dar. Aufeinanderfolgende Behälter 14 werden von einer Sternrad-Transporteinrichtung oder ähnlichem, welche die Behälter entlang einer Schiebeplatte 20 in Ausrichtung mit einem Schlitz 22 bewegt, zu der Prüfstation des Gerätes 10 gebracht. Eine Lichtquelle 24 ist unterhalb der Schiebeplatte 20 angeordnet, um den Behälterboden 12 durch den Schlitz 22 zu beleuchten. Eine Zeilenabtastkamera 26 ist oberhalb des Behälters 14 in dem Gerät 10 angeordnet, um den Boden 12 des Behälters 14 durch die offene Mundöffnung 28 des Behälters anzuvisieren, und um somit das Bild der Lichtquelle 24 durch den Behälterboden und den Schlitz 22 der Schiebeplatte zu sichten.
• Die Lichtquelle 24 ist lang und schmal, wie am besten aus dem Vergleich der Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, wobei sich die längliche Ausdehnung der Lichtquelle 24 diametral über die Breite des Behälterbodens erstreckt und die Behälterachse 25 schneidet (Fig. 3). Die Lichtquelle 24 kann eine längliche Glühlampe oder eine Reihe einzelner Lampen umfassen, die den Boden des Behälters 14 durch einen Diffusor beleuchten. Die Zeilenabtastkamera 26 beinhaltet einen linearen Matrixsensor 30 mit einer Mehrzahl von lichtempfindlichen Elementen, die entlang einer Linie parallel zu der länglichen Ausdehnung der Lichtquelle 24 und die Behälterachse schneidend angeordnet sind. Ein Objektiv 32 fokussiert das Bild des Behälterbodens 12 wenn dieser durch die Lichtquelle 24 beleuchtet wird, anvisiert durch die offene Mundöffnung 28 des Behälters 14, auf den linearen Matrixsensor 30. Der Behälter 14 wird in dem Gerät 10 durch einen geeigneten Mechanismus 36 in Eingriff genommen, um den Behälter um seine zentrale Achse 25 zu drehen. Die Kamera 26 ist mit einem Informationsprozessor 34 gekoppelt, um den Sensor 30 in Teilschritten der Drehung des Behälters abzutasten.
• Die Funktionsweise der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 ist in den Fig. 3 bis 5 veranschaulicht. Fig. 3 stellt die Geometrie der Lichtquelle 24 in Bezug auf den Behälterboden 12 dar, welche, wie zuvor angemerkt, diametral zum Behälter länglich und seitlich zum Behälter schmal ist. Wenn eine brechende Abweichung 38 (Fig. 5), welche die Sichtlinie der Kamera im wesentlichen in einer radialen Richtung bricht, wie etwa ein Oberflächenband oder ein eingeformter Kodierungsring, in das Sichtfeld der Kamera eintritt, beeinflußt die brechende Abweichung nicht die Intensität des auf den Sensor einfallenden Lichts, weil der Sensor die Lichtquelle wegen deren länglicher Abmessung in der radialen Richtung weiterhin sehen wird. Wenn andererseits jedoch eine Brechungsabweichung 40 (Fig. 4) solcher Art in das Sichtfeld der Kamera eintritt, welche die Sichtlinie der Kamera seitlich zum Behälterdurchmesser bricht, wie beispielsweise ein Glaspartikel, -knoten oder -klumpen, wird die Sichtlinie wenigstens einiger der Kameraelemente von der Lichtquelle weg gebrochen, wie in Fig. 4 veranschaulicht. Der Kamerasensor 30 wird durch den Informationsprozessor 34 in Teilschritten der Behälterdrehung abgetastet, um ein zweidimensionales Bild des gesamten Behälterbodens zu entwickeln. Brechende Abweichungen 40 (als auch undurchsichtige Abweichungen wie etwa Einschlüsse) werden in einem solchen Bild als dunkle Flecken oder Flächen gegen einen ansonsten hellen Hintergrund erscheinen. Das Bild kann unter Anwendung herkömmlicher Verfahren analysiert werden, wie beispielsweise in US-Patent Nr. 4,601,395 gezeigt, und der Informationsprozessor 34 erzeugt ein Zurückweisungssignal, um den Behälter 14 in dem Fall, daß eine oder alle der Brechungsabweichungen 40 (und der undurchsichtigen Abweichungen) akzeptable spezifizierte Größen überschreiten, aus der Fertigungslinie zu entfernen.
• Fig. 6 stellt ein modifiziertes Gerät 42 gemäß vorliegender Erfindung dar, bei welchem die Lichtquelle 44 mittels einer lichtregulierenden Schicht 46 mit einer Mehrzahl beabstandeter paralleler Lamellen 48, die sich diametral zum Boden 12 des Behälters 14 erstrecken, in seitlicher Richtung schmal ausgeführt ist. Jede Abweichung 38 (Fig. 5), welche die Sichtlinie der Kamera in der radialen Richtung bricht, wird das Kamerabild des Behälterbodens nicht beeinflussen, da die Brechung in einer zu den Lamellen 48 parallelen Richtung erfolgt. Jede Abweichung 40 (Fig. 4), welche die Sichtlinie der Kamera seitlich zur Lichtquelle bricht, wird jedoch von der Kamera aus gesehen eine allmähliche Versperrung der Lichtquelle bewirken, bis die Kamera beim kritischen Sichtwinkel der Lamellen die Lichtquelle nicht mehr durch den Behälterboden sehen kann. Somit bewirkt die Ausführungsform der Fig. 1 bis 5, daß das Bild entweder hell oder dunkel ist, wenn die Sichtlinie der Kamera von der Lichtquelle weg gebrochen wird, während die Ausführungsform aus Fig. 6 Graustufen zwischen einer unverdeckten Ansicht der Lichtquelle und einer vollständig verdeckten Ansicht der Lichtquelle an dem kritischen Sichtwinkel der Lamellen der lichtregulierenden Schicht liefert.

Claims (5)

1. Gerät zur Prüfung des Bodens (12) eines Behälters (14) mit einer Mundöffnung (28) und einer zentralen Achse (25), mit folgenden Merkmalen:

Lichtabtastmittel (26) sind mit einem Objektiv (32) so angeordnet, daß eine Streifenzone (22) des Behälterbodens (12) durch die Behältermundöffnung (28) hindurch auf den Lichtabtastmitteln abgebildet wird;

eine Lichtquelle (24, 44) ist extern des Behälters auf einer Seite des Behälterbodens (12) gegenüber der Behältermundöffnung (28) angeordnet;

eine Einrichtung (34) ist zur Feststellung kommerziell bedeutsamer Abweichungen im Behälterboden (12) als Funktion des einfallenden Lichts auf die Lichtabtastmittel (26) vorgesehen;

eine Dreheinrichtung (36) zum Drehen des Behälters (14) um seine zentrale Achse (25);

dadurch gekennzeichnet,

daß die Lichtquelle (24, 44) in Richtung der Streifenzone (22) länglich und in Querrichtung schmal ist, um die Streifenzone (22) auf dem Behälterboden (12) zu beleuchten, so daß undurchsichtige Partikel und Brechungsstellen (40), welche das Licht in seitlicher Richtung brechen, gesehen von der beleuchteten Streifenzone (22), als dunkle Flecken auf den Lichtabtastmitteln (26) erscheinen, während Brechungsabweichungen (38), welche das Licht in Richtung der Streifenzone brechen, in der beleuchteten Streifenzone nicht festgestellt werden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beleuchtete Streifenzone (22) am Behälterboden (12) diametral zum Behälterboden erstreckt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtlenkeinrichtung (46) eine Mehrzahl von parallelen Lamellen (48) umfaßt, die sich radial zum Behälterboden (12) erstrecken und so voneinander entfernt sind, daß der seitliche Winkel begrenzt wird, von dem das Bild der Lichtquelle (44) bei den Lichtabtastmitteln (26) anvisiert werden kann.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtabtastmittel (26) einen Matrixsensor (30) mit einer Mehrzahl von Abtastelementen umfaßt, die in einer Gruppe oder Reihe angeordnet sind, die sich radial zum Behälter erstreckt, und

daß die Feststelleinrichtung (34) für wirtschaftlich bedeutsame Abweichungen Mittel zum Abtasten der Gruppe oder Reihe bei Schritten der Behälterdrehung umfaßt, um ein zweidimensionales Bild des Behälterbodens zu entwickeln.

5. Verfahren zur Prüfung des Bodens (12) eines Behälters (14) mit einer Mundöffnung (28) und einer zentralen Achse (25), mit folgenden Schritten:

(a) ein Lichtsensor (26) mit einem Objektiv (32) wird so angeordnet, daß eine Streifenzone (22) des Behälterbodens (12) durch die Behälteröffnung (28) auf dem Lichtsensor abgebildet wird;

(b) der Behälter (14) wird um seine Achse (25) gedreht; gekennzeichnet durch:

(c) die Streifenzone (22) am Behälterboden (12) wird mit einer schmalen, länglichen Lichtquelle (24, 44) von außerhalb des Behälters in axialer Ausrichtung zum Sensor (26) beleuchtet, so daß kommerziell bedeutsame Abweichungen, wie undurchsichtige Partikel und brechende Stellen (40), welche Licht in seitlicher Richtung, gesehen von der beleuchteten Streifenzone (22) aus, brechen, als dunkle Flecken auf den Lichtabtastmitteln (26) erscheinen, während Brechungsabweichungen (38), welche das Licht in Richtung der Streifenzone brechen, in der beleuchteten Streifenzone nicht registriert werden;

(d) kommerziell bedeutsame Abweichungen im Boden (12) des Behälters werden als Funktion der Intensität des Lichts, welches auf den Sensor (26) von der beleuchteten Streifenzone (22) auftreffen, festgestellt.