DE29618394U1

DE29618394U1 - Inspektionsvorrichtung für Flaschen o.dgl.

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Publication number: DE29618394U1
Application number: DE29618394U
Authority: DE
Original assignee: Krones AG; Krones AG Hermann Kronseder Maschinenfabrik
Current assignee: Krones AG
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2006-10-31

Description

Beschreibung

Die Neuerung betrifft eine Inspektionsvorrichtung für Flaschen oder dgl. mit einer Lichtquelle, einem Bildaufnähmeelement mit zugeordneter Bildauswerteinrichtung und einem einstückigen, optischen Körper, der aus einem lichtdurchlässigen Material besteht. Eine derartige Vorrichtung ist aus der europäischen Offenlegungsschrift 0 657 732 bekannt. Die in den Fig. 11 bis 14 dieses Dokuments in verschiedenen Abwandlungen gezeigte Vorrichtung besitzt einen ringförmigen optischen Körper mit einer Ein- und Austrittsfläche für die Strahlengänge. Die innere und äußere Ringfläche des Körpes sind verspiegelt, so daß ein von der Flasche kommender Strahlengang nach dem Eintritt in den optischen Körper durch Spiegelung in Richtung zu dem Bildaufnahmeelement umgelenkt wird. Die notwendige Beschichtung des Körpers an den zur Spiegelung vorgesehenen Flächen verursacht nicht unerhebliche Kosten. Wird die Beschichtung bei der Montage oder im Betrieb verkratzt, ist

der optische Körper unbrauchbar und muß ersetzt werden. Ein weiterer Nachteil dieser Inspektionsvorrichtung ergibt sich aus der höhengleichen Anordnung der einander gegenüberliegenden Spiegelflächen, wodurch ein relativ großer Abstand zwischen der abzubildenden Flaschenmündungsseitenwand und dem Abbildungskörper notwendig ist. Außerdem kann der zu inspizierende Mündungsseitenwandbereich nur aus einem vergleichsweise spitzen Winkel erfaßt werden_r wodurch die Abbildungsqualität beschränkt ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das gesamte in den optischen Abbildungskörper gelangende Licht auch vagabundierendes Licht- gespiegelt wird und an der zum Bildaufnahmeelement weisenden Austrittsseite den Körper verläßt.

Demzufolge liegt der Neuerung die Aufgabe zugrunde, eine Inspektionsvorrichtung diesbezüglich zu verbessern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der einstückige, aus lichtdurchlässigem Material bestehende optische Körper eine derart gestaltete Kontur aufweist, daß ein von der beleuchteten, abzubildenden Flasche kommender Strahlgang auf dem Weg zum Bildaufnahmeelement beim Durchtritt durch den optischen Körper mehrfach mittels Totalreflexion innerhalb des optischen Körpers umgelenkt wird. Wegen der eine mehrfache Totalreflexion des Strahlengangs verursachenden Gestaltung der Körperkontur sind keine lichtundurchlässigen Spiegelflächen notwendig, so daß der Herstellungsaufwand reduziert wird. Gemäß einer Weiterbildung der Neuerung können die die Totalreflexion bewirkenden Flächen des

optischen Körpers bei einer wenigstens dreifachen Totalreflexion günstigerweise derart höhenversetzt zueinander angeordnet werden, daß die vollumfänglich zu prüfenden Umfangsabschnitte einer Flasche aus einem stumpferen Winkel erfaßbar sind. Diese Lösung ist speziell bei einer Gewindeinspektion von Vorteil.

Weil im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik auf verspiegelte Flächen verzichtet werden kann, können zum einen die zu prüfenden Flaschenumfangsbereiche von oben durch den optischen Körper hindurch beleuchtet werden, mit dem Vorzug, daß eine problemlose Ringbeleuchtung realisierbar ist, und zum anderen werden Undefinierte, für die Inspektion unerwünschte Lichtstrahlen bei Überschreitung des für die Totalreflexion maßgebenden Grenzwinkels nicht in Richtung zum Bildaufnahmeelement reflektiert, sondern können aus dem optischen Körper ins Freie austreten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Neuerung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. la einen vertikalen Schnitt durch einen neuerungsgemäßen optischen Körper, für die Mündungsseitenwandinspektion von Flaschen, insbesondere mit einem Schraubgewinde,

Fig. Ib einen optischen Körper entsprechend Fig. la mit dem auch eine Boden- und Mündungsdichtflächeninspektion möglich ist und

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch einen optischen Körperfür die Flaschenseitenwandinspektion.

Der in Fig. la erkennbare rotationssymmetrische Körper 4 ist koaxial unterhalb einer nach unten gerichteten CCD-Kamera 2 angeordnet. Die Bildaufnahme erfolgt in dem Augenblick, wenn eine zu prüfende, leere Flasche 1 mit ihrer Hochachse während dem Transport kurzzeitig im wesentlichen mit der optischen Achse der Kamera 2 und der Symmetrieachse des Körpers 4 fluchtet. Zur Bildauswertung werden an sich bekannte Auswerteinrichtungen eingesetzt, durch die dann eine "Gut-Schlecht"-Klassifizierung der abgebildeten Flaschen erfolgt.

Die Beleuchtung der Flasche 1 erfolgt durch eine Lichtquelle 3a, die unter dem Flaschenboden angeordnet ist oder durch eine seitlich neben dem zu prüfenden Flaschenwandabschnitt positionierte Lichtquelle 3c. Ferner kann der entsprechende Flaschenwandabschnitt schräg von unten nach oben, oder umgekehrt, schräg von oben nach unten durch unterhalb bzw. oberhalb der Flaschenmündung plazierte Lichtquellen 3b bzw. 3d beleuchtet werden. Weil der optische Körper 4 keine verspiegelten Flächen besitzt, kann die für eine Beleuchtung von oben notwendige Lichtquelle 3d auch oberhalb des optischen Körpers angeordnet werden und, da sie sich dort außerhalb der beispielsweise geradlinigen Flaschenförderbahn befindet, idealerweise ringförmig nach Art eines Toruskörpers ausgebildet sein. Damit ist eine über den gesamten Umfang gleichmäßige Ausleuchtung, vor allem der Mündungsfläche bei einer Dichtflächeninspektion, erreichbar.

Die zuvor genannten verschiedenen Beleuchtungsvarianten können nicht nur alternativ, sondern auch in geeigneter Kombination in Abhängigkeit der Flascheneigenschaften (Kontur etc.) und der zu kontrollierenden Bereiche zum Einsatz kommen.

Der in Fig. la erkennbare Strahlengangverlauf S wird durch die gewählte Kontur des optischen Körpers 4 bestimmt, der drei derart geneigte Flächenabschnitte B, C, D besitzt, daß ein von der Mündungsseitenwand der Flasche 1 kommender, von unten schräg nach oben gerichtet in den aus Glas oder Kunststoff bestehenden Körper 4 eintretender Strahlengang S durch Totalreflexion an den Flächen B, C, D insgesamt dreimal umgelenkt wird und schließlich nach oben zur Kamera 2 konvergierend aus dem Körper 4 austritt. Es versteht sich, daß die Neigung der drei genannten Flächen B, C, D in Bezug auf den einfallenden Strahlengang S so gewählt ist, daß der für die Totalreflexion maßgebende, materialabhängige Grenzwinkel nicht unterschritten wird. Dadurch, daß der erste Flächenabschnitt B tiefer angeordnet ist als der zweite, ebenfalls an der Außenfläche liegende Flächenabschnitt C, kann der untere Rand des hohlkegelstumpfförmigen, rotationssymmetrischen Scheibenkörpers 4 dicht an die Mündung der zu prüfenden Flasche 1 heranreichen, wodurch eine weitgehend seitliche Bildaufnahme der ein Schraubgewinde besitzenden Mündungsseitenwandflache möglich ist, d.h. die nach beiden Seiten von der Mündung auseinanderlaufenden Strahlengänge S schließen einen stumpfen Winkel ein. Aufgrund der Neigung der am unteren Bereich des Körpers 4 vorhandenen

Strahlengangeintrittsflache A und des Außenflächenabschnitts B besitzt der Körper 4 im Querschnitt gesehen einen schneidenförmigen unteren Rand.

Die mit A bezeichnete Innenfläche am unteren Rand des Körpers ist rechtwinklig zur Mittelachse des von der Fläsehenmündungsseitenwand kommenden Strahlengangs S ausgerichtet, d.h. das Lot der Eintrittsfläche A verläuft parallel zur Strahlengangachse. Auf diese Weise wird eine Brechung beim Übergang vom optisch dünneren in das dichtere Medium vermieden. Aus dem gleichen Grund ist die an der Oberseite des Körpers 4 vorhandene, zur Kamera 2 weisende Austrittstlache E ebenfalls so geneigt, daß sie vom austretenden Strahlengang rechtwinklig, möglichst ohne Brechung nach oben in Richtung zur Kamera passiert wird.

Ferner besitzt der optische Körper 4 an seiner Außen- und Innenkontur zwei gegenüberliegende, parallel verlaufende Flächenabschnitte G und F, die bezüglich der Flaschenmündung so angeordnet sind, daß im Falle einer Beleuchtung der Mündung mit einer oberhalb des Körpers 4 angeordneten Lichtquelle 3d ein Teil des abgestrahlten Lichts den Körper 4 normal zu den Flächenabschnitten G und F ausgerichtet in Richtung zur Flaschenmündung im wesentlichen ohne Brechung passieren kann.

Wenn eine Bodenlichtquelle 3a zum Einsatz kommt, aber keine Flaschenbodeninspektion erforderlich ist bzw. nicht in Verbindung mit der Mündungsseitenwandinspektion erfolgen soll, kann im Hohlraum des Körpers 4 oberhalb des

Flächenabschnitts G eine lichtundurchlässige Scheibe 5 eingesetzt werden, damit das senkrecht vom Flaschenboden kommende, durch den Mündungsinnenquerschnitt nach oben austretende Licht nicht in das Kameraobjektiv gelangt.

In diesem zuletzt genannten Punkt unterscheidet sich die in Fig. Ib abgebildete Variante des Körpers 4, bei der mittels einer Bodenbeleuchtung auch eine Boden- und Mündungsdichtflächeninspektion gleichzeitig mit der Gewindekontrolle stattfindet, wobei die vollumfängliche Bildaufnahme der Mündungsseitenwand in der gleichen Weise wie bei der in Fig. la gezeigten Ausführung erfolgt. Bei dei Variante nach Fig. Ib befindet sich keine lichtundurchlässige Scheibe im Zentrum des Körpers, so daß das aus der Flaschenmündung und der Mündungsdichtfläche vertikal nach oben austretende Lichtbündel SZ ungehindert durch den Körper 4 hindurch zur Kamera 2 gelangt. Im Unterschied zur Ausführung in Fig. la besitzt der Körper 4 nach Fig. Ib an seinem oberen, zentralen Teil an der Außen- und Innenseite zwei horizontale, planparallele Flächen H und I, durch die der vertikale, die Mündung und den Flaschenboden abbildende Lichtstrahl SZ im wesentlichen brechungsfrei durchtreten kann. Wie aus den Abbildungen zu erkennen ist, besitzen die kreisförmig in Umfangsrichtung gekrümmten Flächenabschnitte A, B, C, D, F und G gerade Mantellinien.

In Fig. 2 ist ein optischer Körper 14 dargestellt, dessen Geometrie bzw. Innen- und Außenkontur so gestaltet ist, daß die Flaschenseitenwand über die gesamte Höhe vollumfänglich

abgebildet wird. Gleichzeitig kann, wie bei der Ausführung nach Fig. Ib, bei entsprechender Beleuchtung auch der Flaschenboden und die Mündungsdichtfläche auf Beschädigungen oder Verschmutzungen überprüft werden. Zu diesem Zweck wird ein zentral ausgerichteter, vertikal verlaufender Strahlengang SZ zur Kamera 2 durch das Zentrum des Körpers 14 geleitet. Der optische Körper besitzt analog zur Ausführung nach Fig. Ib im Zentrum einen horizontalen Abschnitt mit planparallelen Flächen H und I für den senkrecht aus der Flaschenmündung kommenden Strahlengang SZ, der die Mündungsdichtfläche und den Flaschenboden in der Kamera 2 abbildet. Auch hier erfolgt beim Durchtritt des Strahlengangs durch die planparallelen Flächen H und I im wesentlichen keine Brechung.

Wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungen sind bei dem in Fig. 2 dargestellten optischen Körper 14 die Strahlein- und -austrittsflächen A und E so angeordnet, daß ein die Flaschenseitenwand beinhaltender Strahlengang S diese Flächen normal, d.h. im wesentlichen brechungsfrei passiert. Beim Durchgang durch den optischen Körper 14 erfolgt eine zweifache Umlenkung des Strahlengangs S durch Totalreflexion an einer äußeren und einer inneren, unverspiegelten Fläche des Körpers, wobei ein von der Flaschenaußenwand schräg nach oben verlaufender Strahl S nach dem Eintritt in den optischen Körper 14 zuerst durch die äußere Fläche C radial nach innen zur zweiten, innenliegenden Fläche D und von dieser wiederum nach oben zu einer CCD-Kamera 2 reflektiert wird. Die Beleuchtung der Flasche kann vom Boden und/oder der Seite erfolgen. Die

beiden Flächen C und D sind in Umfangsrichtung kreisförmig gekrümmt, besitzen jedoch gerade Mantellinien.

Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, den optischen Körper 14 pyramidenstumpfförmig auszubilden, so daß die die Totalreflexion bewirkenden Flächen aus mehreren umfänglich versetzten ebenen Teilflächen bestehen. Mit einer derartigen Kontur bzw. Geometrie können durch Verzerrungen verursachte Abbildungsfehler reduziert werden, die bei gekrümmten Flächen nicht immer ganz vermieden werden können. Diese Ausgestaltung ist auch auf die in den Fig. la und Ib dargestellten optischen Körper 4 übertragbar.

Claims

KRONES AG pat-witi/711-DE Hermann Kronseder 24. Oktober 1996 Maschinenfabrik 93068 Neutraubling Inspektionsvorrichtung für Flaschen oder dgl. Schutzansprüche

1. Inspektionsvorrichtung für Flaschen oder dgl. mit wenigstens einer Lichtquelle (3), einem Bildaufnahmeelement (2) mit zugeordneter Bildauswerteinrichtung und einem einstückigen, optischen Körper (4, 14), der aus lichtdurchlässigem Material besteht und dessen Kontur so gestaltet ist, daß ein von einer beleuchteten Flasche (1) kommender, diese zumindest bereichsweise vollumfänglich abbildender Strahlengang (S) auf dem Weg zum Bildaufnahmeelement (2) durch den optischen Körper (4, 14) hindurchtritt und dabei mehrfach mittels Totalreflexion innerhalb des optischen Körpers (4, 14) umgelenkt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und/oder Austrittstlache (A, E) des optischen Körpers (4, 14) rechtwinklig zu der Achse des von dem abzubildenden Flaschenbereich kommenden

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Abschnitts des Strahlengangs (S) bzw. des zu dem Bildaufnahraeelement {2) führenden Abschnitts des Strahlengangs (S) ausgerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein insbesondere für eine Mündungsseitenwandinspektion verwendbarer optischer Körper (4) zwei Außenflächenabschnitte (B, C) und einen Innenflächenabschnitt (D) aufweist, die derart zueinander geneigt ausgerichtet sind, daß an diesen Abschnitten jeweils eine Totalreflexion eines Strahlengangs (S) erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Außenflächenabschnitte (B, C) höhenmäßig übereinander versetzt, im wesentlichen gegensinnig geneigt, angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Flasche (1) kommender Strahlengang (S) zuerst auf den ersten, untenliegenden Außenflächenabschnitt (B) trifft, dort zum höherliegenden zweiten Außenflächenabschnitt (C) und von diesem zum Innenflächenabschnitt (D) reflektiert wird, der wiederum eine zum Bildaufnahmeelement (2) gerichtete Totalreflexion bewirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung des Innenflächenabschnitts (D) so gewählt ist, daß die Strahlengänge zum Bildaufnahmeelement (2) konvergieren.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Körper (4, 14) eine zur Flasche (1) gerichtete Lichteintrittsfläche (A) für einen von der abzubildenden Flasche kommenden Strahlengang (S) aufweist und diese mit dem ersten, eine Totalreflexion bewirkenden Aussenflächenabschnitt (B) einen schneidenförmigen, unteren Rand am optischen Körper (4, 14) bildet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4, 14) einen oberhalb der Flaschenmündung angeordneten unteren Rand aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Körper (4, 14) als geschlossener, im wesentlichen scheibenartiger Körper mit einem haubenförmigen vertikalen Querschnitt ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Körper (4, 14) einen von seiner Unterseite in Richtung zur Oberseite sich verjüngenden Hohlraum aufweist, dessen Zentrumsbereich eine Sperre (5) gegen axialen Lichtdurchgang von der Flaschenmündung zu dem koaxial darüber angeordneten Bildaufnahmeelement (2) aufweist, insbesondere wenn die Flasche (1) vom Flaschenboden her beleuchtet wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (3a) unterhalb der Flasche (1) positioniert ist und den Flaschenboden beleuchtet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (3b) seitlich unterhalb des zu prüfenden Flaschenumfangsabschnitts angeordnet ist und diesen von außen schräg nach oben in Richtung zur Flaschenmündung gerichtet beleuchtet.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (3c) seitlich neben dem zu prüfenden Flaschenumfangsabschnitt angeordnet ist und diesen von außen beleuchtet.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (3d) oberhalb der Flaschenmündung angeordnet ist und den zu prüfenden Flaschenumfangsabschnitt schräg von oben beleuchtet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3d) oberhalb des optischen Körpers (4) angeordnet ist und den zu prüfenden Flaschenumfangsabschnitt durch den optischen Körper (4) hindurch beleuchtet, wobei die Lichtquelle (3d) vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritts-(F) und Austrittsflächenabschnitt (G) für die Lichtquelle (3d) am optischen Körper (4) so

ausgebildet sind, daß die von der Lichtquelle (3d) kommenden Lichtstrahlen die Flächenabschnitte (F, G) im wesentlichen lotrecht passieren.

17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle im Hohlraum des optischen Körpers (4) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Körper (4, 14) koaxial zur optischen Achse des Bildaufnahmeelements (2) ausgerichtet ist und die Bildaufnahme dann erfolgt, wenn die Flaschenhochachse im wesentlichen mit der optischen Achse des Bildaufnahmeelements (2) fluchtet.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildaufnahmeelement (2) eine CCD-Kamera mit einem Objektiv ist.

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des optischen Körpers (4) so gestaltet ist, daß der Mündungsseitenwandbereich einer Flasche (1) vollumfänglich erfaßt wird, insbesondere ein in diesem Bereich vorhandenes Schraubgewinde.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des optischen Körpers (14) so gestaltet ist, daß die Flaschenseitenwand vollumfänglich erfaßt wird.

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22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Körper (4, 14} für eine Boden- und/oder Mündungsdichtflächenkontrolle im Zentrum zwei planparallele Flächen (H, I) aufweist.

23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche _r dadurch gekennzeichnet, daß der optische Körper (4, 14) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Körper die Kontur eines Pyramidenstumpfs, insbesondere Hohlpyramidenstumpfs, aufweist.

25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Totalreflexion eines Strahlengangs (S) bewirkenden Flächenabschnitte (B, C, D) des optischen Körpers (4, 14) gerade Mantellinien aufweisen.