DE9114260U1

DE9114260U1 - Vorrichtung zur optischen Füllgutkontrolle

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Publication number: DE9114260U1
Application number: DE9114260U
Authority: DE
Original assignee: Hans P Friedrich Elektronik 7068 Urbach De GmbH
Current assignee: Hans P Friedrich Elektronik 7068 Urbach De GmbH
Priority date: 1991-11-15
Filing date: 1991-11-15
Publication date: 1992-01-23
Anticipated expiration: 2001-11-16
Also published as: GB2261505B; FR2683791A3; GB2261505A; ITMI920991V0; ITMI920991U1; GB9222013D0; FR2683791B3; IT226990Y1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Füllgutkontrolle bei einem offenen und/oder transparenten Behältnis mit mehrreihig angeordneten Vertiefungen bzw. Hohlräumen zur Aufnahme von Füllgut.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise zur Kontrolle von Blisterpackungen mit Tabletten, Kapseln oder dergleichen verwendet. Dabei wird geprüft, ob jede Vertiefung bzw. jeder Hohlraum mit Füllgut beschickt wurde, und gegebenenfalls das Füllgut auf Bruch kontrolliert.

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Wenn Kameras zur optischen Füllgutkontrolle eingesetzt werden, muß eine zu überwachende Fläche mit Hilfe eines Objektivs auf den quasi punktförmigen lichtempfindlichen Teil der Kamera abgebildet werden. Gerade bei großen Überwachungsbreiten ist es als nachteilig anzusehen, daß eine große räumliche Erstreckung längs der optischen

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Achse erforderlich ist, daß am Rand Verzerrungen und ein Lichtabfall auftreten kann, und daß die Lichtempfindlichkeit gering ist.

So liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Füllgutkontrolle unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile zu schaffen, die einfach und preiswert herzustellen ist und eine verbesserte Auflösung bietet.

Erfindungsgemäß wird dies durch eine Vorrichtung zur optischen Füllgutkontrolle bei einem offenen und/oder transparenten Behältnis mit mehrreihig angeordneten Vertiefungen bzw. Hohlräumen zur Aufnahme von Füllgut dadurch gelöst, daß das Behältnis relativ zu einem Detektor bewegbar ist, daß als Detektor ein quer zur Bewegungsrichtung und parallel zum Behältnis angeordneter Zeilensensor vorgesehen ist, daß eine Lichtquelle zur reflektiven oder transmittierenden Beleuchtung des Behältnisses vorgesehen ist, 0 daß eine Auswerteelektronik zum Vergleich der mit dem Zeilensensor gemessenen Intensitäts-Verteilung reflektierten oder transmittierten Lichts mit einer Sollwert-Verteilung und zur Abgabe eines vom Vergleich abhängigen Steuersignals vorgesehen ist, und daß eine Schaltung zur Synchronisation der Abtastung durch den Zeilensensor bzw. Auswertung mit der Relativbewegung vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen Zeilensensor einzusetzen, wie er von Telefax-Geräten her bekannt ist. Der Zeilensensor arbeitet mit einem Abbildungsmaßstab von 1:1, mit der Folge daß keine Optik zur Verkleinerung erforderlich ist, so daß sich eine extrem niedrige Bauhöhe der Vorrichtung in Richtung der optischen Achse ergibt. So entfallen auch Verzerrungen im Randbereich und es ergibt sich eine hervorragende Lichtempfindlichkeit. Des weiteren

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ist ein derartiger Sensor preisgünstig erhältlich. Wahlweise wird je nach Anwendungsfall, bei einem lichtundurchlässigen Behältnis reflektiertes Licht und bei einem transparenten Behältnis transmittiertes Licht einer entsprechend angeordnete Lichtquelle vom Zeilensensor detektiert. Der Zeilensensor bildet eine eindimensionale Intensitäts-Verteilung des reflektierten oder transmittierten Lichts quer zur Bewegungsrichtung. Die gemessene Lichtintensität verändert sich durch im Strahlengang befindliche Füllgüter, und so wird durch Vergleich mit einer Sollwert-Verteilung entschieden, ob alle dafür vorgesehenen Bereiche ordnungsgemäß mit Füllgütern beschickt wurden, und ein entsprechendes Steuersignal abgegeben. Durch eine Synchronisation der Abtastung mit der Relativbewegung des Behältnisses zum Zeilensensor wird sichergestellt, daß nur dafür vorgesehene Bereiche des Behältnisses auf eine vollständige Beschickung mit Füllgut überprüft werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung zur Füllgutkontrolle bei einer tiefgezogenen Folie, die über eine Führungsplatte mit Längsnuten zur Aufnahme von tiefgezogenen Vertiefungen bewegt wird, zeichnet sich dadurch aus, daß ein sich quer zur Bewegungsrichtung erstreckender Beleuchtungsschlitz in der Führungsplatte vorgesehen ist, daß die Lichtquelle parallel zum Beleuchtungsschlitz auf einer Seite der Führungsplatte angeordnet ist, und daß der Zeilensensor parallel zum Beleuchtungsschlitz auf der anderen Seite der Führungsplatte zur Detektion des die Folie durchstrahlenden Lichtes angeordnet ist.

Hierdurch ergibt sich eine extrem kompakte Bauweise, da der Zeilensensor quasi direkt auf der Folie oder der Führungsplatte angeordnet ist. Der Beleuchtungsschlitz reduziert Einflüsse durch Streulicht oder Fremdlicht weitgehend. Bei der vorgesehenen Durchleuchtung der Folie

ergibt sich eine besonders hohe Auflösung, so daß insbesondere auch eine Brucherkennung beim Füllgut möglich ist.

Der Einfluß von Fremdlicht wird durch eine IR-Lichtquelle und ein vor dem Zeilensensor angeordnetes IR-Filter wesentlich reduziert.

Um eine scharfe Abbildung und damit hohe Auflösung zu gewährleisten, wird ein Linsenfeld vor dem Zeilensensor angeordnet. Insbesondere ist vorgesehen, daß das Linsenfeld zylinderförmige Linsen mit einem über ihre radiale Erstrekkung variierenden Brechungsindex aufweist.Derartige Linsenfelder werden in Telefax-Geräten und Scannern (SLA-SeIfoc Lens Array) verwendet, so daß diese preiswert zu erhalten sind. Sie zeichnen sich durch eine sehr kompakte Bauweise und günstige optische Eigen schäften auf. Durch die Verwendung des Linsenfeldes wird die Lichtempfindlichkeit der Vorrichtung gesteigert.

Bevorzugterweise ist eine serielle Verarbeitung eines zu einer Intensitäts-Verteilung des Lichts korrespondierenden elektrischen Signals des Zeilensensors vorgesehen. So sind die Anforderungen an die Hardware gering und gestatten eine einfache und preisgünstige Realisierung, wobei selbst bei großen Anzahlen von Bildpunkten eine für die Überwachung herkömmlicher Herstellungsprozesse ausreichende Verarbeitungsgeschwindigkeit erreicht wird. Dabei ist insbesondere eine digitale Signalverarbeitung vorgesehen.

Eine Ausführungsform zeichnet sich durch eine Integratoreinheit zur Aufsummierung mehrerer Zeilensensorsignale vor dem Vergleich mit einer Sollwert-Verteilung aus. So kann beispielsweise eine komplette Blisterpackung bei

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einer vorgegebenen Zeilenrasterung überprüft werden, ohne daß auf zwischen den Füllgütern in Bewegungsrichtung liegende Leerräume zu achten ist. Des weiteren wird dadurch auch eine Überprüfung des projizierten Flächeninhalts einzelner Füllgüter und damit eine Brucherkennung ermöglicht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich durch eine Schaltung zum Einlesen von Vorlagen und eine Speichereinheit zum Abspeichern einer oder mehrerer Sollwert-Verteilungen aus. So können sehr einfach Sollwert-Verteilungen eingegeben und je nach zu überwachendem Produkt gewechselt werden.

Zur Einstellung der Empfindlichkeit ist ein eingebbarer Toleranzbereich für den Vergleich einer ggf. aufsummierten Sensorsignal-Verteilung mit einer Sollwert-Verteilung vorgesehen.

Um eine besonders einfache Ausführungsform zu erhalten, wird ein Laufrad mit Drehimpulsgeber zur Aufnahme der Relativbewegung für die Synchronisation verwendet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt;
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Figur 2 einen Schnitt II-II nach Figur 1;

Figur 3 das Signal eines Zeilensensors;

und
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Figur 4 eine Prinzipskizze einer Zeilenrasterung.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach Figur 1 weist eine IR-Lichtquelle 1, ein Linsenfeld 2, ein IR-Filter 3 und einen Zeilensensor 4 mit einer Vielzahl von Photodioden auf. Im Ausführungsbeispiel wird von Lichtstrahlen 5 der Lichtquelle 1 ein Behältnis 6 durchstrahlt. Dieses wird hier durch eine Folie 7 mit tiefgezogenen Vertiefungen 8 zur Aufnahme von Füllgütern 9, wie Tabletten, gebildet.

Die Folie 7 liegt auf einer Führungsplatte 10 mit Längsnuten 11 zur Führung der Vertiefungen 8 auf. Die Lichtquelle 1 ist an der Unterseite der Führungsplatte 10 quer zu den Längsnuten 11 angeordnet und erstreckt sich über die gesamte Breite der Folie 7. Entsprechend sind das Linsenfeld 2, das Filter 3 und der Zeilensensor 4 oberhalb der Führungsplatte 10 angeordnet.

Dem Schnitt nach Figur 2 ist zu entnehmen, daß die Führungsplatte 10 einen Beleuchtungsschlitz 12 aufweist, der sich quer zu den Längsnuten 11 erstreckt.

Das Licht 5 fällt durch den Beleuchtungsschlitz 12 rückseitig auf die Folie 7, durchdringt diese und wird nach Durchlaufen des Linsenfeldes 2 und des Filters 3 vom Zeilensensor 4 detektiert, wenn kein Füllgut 9 im Strahlengang liegt. So ergibt sich am Zeilensensor 4 beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 eine in Figur 3 gezeigte Intensitäts-Verteilung I in Abhängigkeit vom Ort r. Der Signalverlauf I(r) zeigt Lücken 13, die durch den Strahlengang unterbrechendes Füllgut 9 verursacht werden. Die Breite der Lücken 13 ist mit der räumlichen Quererstreckung der Füllgüter 9 korreliert. Entsprechend hat ein beschädigtes Füllgut 9', hier ein Bruchstück einer Tablette, eine Lücke 13' verringerter Breite zur Folge. Daher kann eine nicht dargestellte Auswerteelektronik anhand der durch den Zeilensensor 4

gemessenen Intensitäts-Verteilung I(r) feststellen, ob die Vertiefungen 8 jeweils mit Füllgütern 9 beschickt wurden, und ggf. eine Bruchkontrolle der Füllgüter 9 vornehmen.

In Figur 2 ist durch einen Pfeil 14 dargestellt, wie die Folie 7 in Richtung der Längsnuten 11 bewegt wird. Beim Ausführungsbeispiel wird die Relativgeschwindigkeit der Folie 7 zum Zeilensensor 4 mit der Abtastrate synchronisiert, um eine gleichmäßige Zeilenrasterung 15, wie in Figur 4 skizziert, zu erhalten. Dadurch ist es möglich, die im Bereich einer Längsnut 11 nacheinander auftretenden Lücken 13 im Signalverlauf I(r) aufzusummieren, so daß sich ein für die Projektionsfläche der Füllgüter 9 repräsentativer Wert ergibt, der zur Bruchkontrolle mit einem Sollwert verglichen wird. Durch eine gleichmäßige Zeilenrasterung 15 wird es auch möglich, bei vereinzelten BIisterpackungen über jede Reihe, d. h. alle Füllgüter 9 einer Längsnut 11 einer Packung, die entstehenden Lückenbreiten aufzusummieren, und erst anschließend einen Sollwert-Vergleich durchzuführen. Auf diese Weise wird jede einzelne Blisterpackung insgesamt geprüft, wobei ggf. auch noch die einzelnen "Reihenwerte" addiert werden können, so daß sich die Entscheidung, ob eine Blisterpackung vollständig befüllt wurde, auf den Vergleich zweier Zahlen (Summe der 5 Reihenwerte und Sollwert) reduziert.

Die Synchronisation der Folienvorschubgeschwindigkeit mit der Abtastrate erfolgt im Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines Laufrades auf der Folie 7, einem daran angeschlos-0 senen Drehimpulsgeber und einer die Abtastung mit den Impulsen des Gebers korrelierenden Schaltung (die genannten Teile sind nicht zeichnerisch dargestellt).

Zum Eingeben einer gewünschten Sollwert-Verteilung wird bevorzugt ein Meisterstück (eine Vorlage) gemessen und die dabei gewonnenen Daten werden zusammen mit allen erforderlichen Formatangaben abgespeichert. Auf diese Weise kann sehr einfach und schnell eine Sollwert-Eingabe erfolgen. Zudem kann durch Abrufen einer bestimmten Sollwert-Verteilung aus einer Vielzahl von abgespeicherten Verteilungen bei Produktionswechseln eine einfache Anpassung der Vorrichtung zur Füllgutkontrolle an ein aktuelles Produkt erfolgen.

Mit dem vorgesehenen Zeilensensor 4 können bis zu 4800 Bildpunkte bei einer Abtastbreite bis zu 295 mm ausgewertet werden. So ergibt sich eine sehr gute Auflösung.

Die entstehenden eindimensionalen Schnitte werden durch das Linsenfeld 2 (SLA-Optik) scharf auf den Zeilensensor 4 abgebildet, so daß sich eine hohe Auflösung und eine hohe Lichtempfindlichkeit ergibt.

Die Lichtempfindlichkeit hängt einerseits (geringfügig) vom verwendeten Folienmaterial ab, andereseits (stark) von der Pixelfläche des Sensors. Die hohe Lichtempfindlichkeit wird also in erster Linie durch den Zeilensensor selbst erreicht. Die Pixelgröße des Zeilensensors beträgt ca. 60&mgr;&igr;&eegr; &khgr; 60Mm =3,6 10~ mm , die Pixelgröße der gängigen Sensoren für verkleinernde Optik ca. 14Mm &khgr;

= 1,96 10~⁴ mm² (d.h. Flächenfaktor ca.18). Die SLA-Optik verbessert die Lichtempfindlichkeit des Sensorsy-0 stems gegenüber einem verkleinernden System um einen Faktor von 1 bis 8 (typisch:2) je nach Optik.

Durch das vorgesehene IR-Filter und die Verwendung einer IR-Lichtquelle wird der Einfluß von Fremdlicht ganz erheblich reduziert, so daß auch der Abschirmaufwand gegen Fremdlicht wesentlich vermindert werden kann.

Die Signale des Zeilensensors 4 werden seriell ausgelesen und ausgewertet. Bevorzugt werden die erforderlichen Funktionen wie Auswertung, Synchronisation und die Ablaufsteuerung mit Hilfe einer Mikroprozessorschaltung realisiert.

Claims

Schutzansprüche

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Vorrichtung zur optischen Füllgutkontrolle bei einem offenen und/oder transparenten Behältnis (6) mit mehrreihig angeordneten Vertiefungen bzw. Hohlräumen zur Aufnahme von Füllgut, dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis relativ zu einem Detektor bewegbar ist, daß als Detektor ein quer zur Bewegungsrichtung und parallel zum Behältnis angeordneter Zeilensensor (4) vorgesehen ist, daß eine Lichtquelle (1) zur reflektiven oder transmittierenden Beleuchtung des Behältnisses (6) vorgesehen ist, daß eine Auswerteelektronik zum Vergleich einer mit dem Zeilensensor (4) gemessenen Intensitäts-Verteilung I(r) reflektierten oder transmittierten Lichts mit einer Sollwert-Verteilung und zur Abgabe eines vom Vergleich abhängigen Steuersignals vorgesehen ist, und daß eine Schaltung zur Synchronisation der Abtastung durch den Zeilensensor (4) bzw. Auswertung mit der Relativbewegung vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Füllgutkontrolle bei einer tiefgezogenen, transparenten oder opaken Folie, die über eine Führungsplatte mit Längsnuten zur Aufnahme von tiefgezogenen Vertiefungen der Folie bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich quer zur Bewegungsrichtung erstreckender Beleutungsschlitz (12) in der Führungsplatte (10) vorgesehen ist, daß die Lichtquelle (1) parallel zum Beleuchtungsschlitz (12) auf einer Seite der Führungsplatte (10) angeordnet ist, und daß der Zeilensensor (4) parallel zum Beleutungsschlitz (12) auf der anderen Seite der Führungsplatte zur Detektion des die Folie (7) durchstrahlenden Lichtes (5) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine IR-Lichtquelle (1) und ein vor dem Zeilensensor (4) angeordnetes IR-Filter (3).
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Linsenfeld (2) vor dem Zeilensensor (4).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsenfeld (2) zylinderförmige Linsen mit einem über ihre radiale Erstreckung variierenden Brechungsindex aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine serielle Verarbeitung eines zu einer Intensitäts-Verteilung I(r) des Lichts (5) korrespondierenden elektrischen Signals des Zeilensensors (4).
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine digitale Signalverarbeitung.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Integratoreinheit zur Aufsununierung mehrer Zeilensensorsignale vor dem Vergleich mit einer Sollwert-Verteilung.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schaltung zum Einlesen von Vorlagen und eine Speichereinheit zum Abspeichern einer oder mehrerer Sollwert-Verteilungen.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen eingebbaren Toleranzbereich für den Vergleich einer ggf. aufsummierten Sensorsignal-Verteilung mit einer Sollwert-Verteilung.
11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Laufrad mit Drehimpulsgeber zur Aufnahme der Relativbewegung für die Synchronisation.