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Dokumentenidentifikation DE102004054859B4 03.05.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zur optischen Schaumkontrolle in Flaschenhälsen
Anmelder Sensor- Data Instruments e.K., 58515 Lüdenscheid, DE
Erfinder Hunger, Winfried, 58515 Lüdenscheid, DE
Vertreter Patentanwälte Dörner, Kötter & Kollegen, 58095 Hagen
DE-Anmeldedatum 12.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004054859
Offenlegungstag 24.05.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse G01N 21/25(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01F 23/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Schaumkontrolle in Flaschenhälsen, insbesondere von Getränkeflaschen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur optischen Schaumkontrolle in Flaschenhälsen.

Bei der Befüllung von Behältern mit sauerstoffempfindlichen Produkten, z.B. in der Lebensmittelindustrie, ist darauf zu achten, dass möglichst wenig Sauerstoff nach dem Verschließen des Behälters im Behälter verbleibt. Ein im Kopfraum des Behälters (bei Flaschen ist dies der Flaschenhals) verbliebener Luftsauerstoff führt in der Regel zu einer Reaktion mit dem Produkt und somit beispielsweise zu Geschmacksabweichungen. Darüber hinaus besteht bei Vorhandensein von ausreichend Sauerstoff die Gefahr eines Verderbs des jeweiligen Produktes durch aerobe Mikroorganismen.

Beim Befüllen von Flaschen mit Flüssigkeiten, beispielsweise beim Befüllen von Bierflaschen, wird üblicherweise die sogenannte Hochdruck-Wasserstrahleinspritzung (HDE) eingesetzt. Dabei wird nach dem Befüllen der Flaschen und vor dem Verschließen der Flaschen ein dünner Wasserstrahl unter hohem Druck in die Flaschen eingespritzt, wodurch ein Aufschäumen der Flüssigkeit bewirkt wird. Die im Flaschenhals der Flaschen vorhandene Luft wird durch die aufschäumende Flüssigkeit aus den Flaschen verdrängt. Das in den Schaumblasen enthaltene Gas ist Kohlendioxyd (CO2), welches im Getränk enthalten ist.

Wird die Flüssigkeit, beispielsweise aufgrund eines Fehlers in der Abfüllanlage, nicht vollständig bis zum Flaschenrand aufgeschäumt, so ist das restliche Volumen mit Luft ausgefüllt, wodurch sich die oben genannten negativen Einflüsse auf die Flüssigkeit einstellen können. Ein solches Vorhandensein von Restluft kann bisher innerhalb des Abfüllvorgangs nicht detektiert werden, da sich ein mit Restluft behafteter Flaschenhals optisch nicht von einem vollständig mit Kohlendioxyd ausgefüllten Flaschenhals unterscheidet.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das die Erkennung eines unzureichenden Aufschäumens im Flaschenhals beim Aufschäumverfahren und dadurch eine Detektion unzureichender Luftverdrängung ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Mit der Erfindung ist ein Verfahren zur optischen Schaumkontrolle in Flaschenhälsen geschaffen, das die Erkennung eines unzureichenden Aufschäumens im Flaschenhals beim Aufschäumverfahren und dadurch eine Detektion unzureichender Luftverdrängung ermöglicht.

In Weiterbildung der Erfindung wird der Lichtemitter im Infrarotbereich eingesetzt und die Kamera ist eine Infrarotkamera. Hierdurch wird eine besonders gute Strukturerkennung des Schaumbildes ermöglicht, da feinporiger Schaum keine Infrarotstrahlung durchlässt.

Vorteilhaft erfolgt über die Kamera zusätzlich eine optische Füllmengenkontrolle. Hierdurch ist eine gleichzeitige Qualitätskontrolle der Abfüllung ermöglicht. Darüber hinaus kann hierdurch eine Bestimmung des notwendigen Aufschäumvolumens erfolgen, wodurch die Qualität der Schaumkontrolle erhöht ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung erfolgt zusätzlich eine optische Kontrolle des Sitzes des Verschlusses der Flasche. Hierdurch wird einer möglichen Luftzufuhr aufgrund eines fehlerhaften Verschlusssitzes entgegengewirkt.

In Ausgestaltung der Erfindung erfolgt über eine zusätzliche Kamera eine Beurteilung des Aufdrucks auf dem Verschluss und/oder der Flasche. Hierdurch wird eine integrierte Qualitätssicherung des optischen Flaschengesamteindrucks ermöglicht.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Erkennung eines unzureichenden Aufschäumens im Flaschenhals beim Aufschäumverfahren und dadurch eine Detektion unzureichender Luftverdrängung ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 6 gelöst.

Mit der Erfindung ist eine Vorrichtung zur optischen Schaumkontrolle in Flaschenhälsen geschaffen, welche die Erkennung eines unzureichenden Aufschäumens im Flaschenhals beim Aufschäumverfahren und dadurch eine Detektion unzureichender Luftverdrängung ermöglicht.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Lichtemitter ein Infrarotemitter und die Kamera eine Infrarotkamera. Hierdurch ist ein optimales Schaumbild erzielt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist über die Auswerteeinheit zusätzlich der Füllgrad der Flasche bestimmbar. Hierdurch ist die Ermittlung des aufzuschäumenden Volumens im Flaschenhals ermöglicht, wodurch die Qualität der Schaumkontrolle erhöht ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine weitere Kamera vorgesehen, deren definiertes optisches Kontrollfenster etwa den Abmessungen des Verschlusses und/oder des Flaschenetikettes entspricht und die mit der Auswerteeinheit verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit über Bildanalysefunktionen verfügt, mittels derer der Aufdruck des Verschlusses beurteilbar ist. Hierdurch ist eine integrierte Qualitätskontrolle des äußeren Erscheinungsbildes der befüllten Flasche ermöglicht.

Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Schaumkontrolle in Flaschenhälsen;

2 eine andere perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach 1;

3 die Seitenansicht von rechts der in 1 dargestellten Vorrichtung;

4 die Ansicht von vorne der Vorrichtung nach 1 und

5 ein prinzipielles Bewertungsschema eines Schaumbildes.

Die als Ausführungsbeispiel gewählte Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 1, in dem ein Lichtemitter 2, eine Kamera 3, eine weitere Kamera 4 und ein Lichtschrankensensor 5 angeordnet sind sowie einer externen Auswerteeinheit, bei der es sich vorzugsweise um einen Personal-Computer (PC) handelt.

Das Gehäuse 1 ist weitgehend als Hohlquader ausgebildet, wobei etwa mittig seiner die Unterseite bildenden Grundfläche eine quaderförmige Schneise 11 ausgeformt ist. Die beiden seitlichen Begrenzungsflächen der Schneise 11 sind gegenüberliegend angeordnet mit jeweils einem Fenster 111, 112 versehen; in der Deckfläche der Schneise 11 ist ein weiteres Fenster 113 eingebracht. Des weiteren sind in den seitlichen Begrenzungsflächen der Schneise 11 jeweils im äußeren Bereich der Schneise Fenster 114 und 115 angeordnet. Weiterhin sind in den Begrenzungsflächen der Schneise 11 auf ihrer der Schneise entgegen gerichteten Seite Fixierungsstifte 12 zur Aufnahme des Lichtemitters 2 und der Kamera 3 vorgesehen. An der Deckfläche der Schneise 11 sind Fixierungsstifte 13 zur Aufnahme der Kamera 4 vorgesehen. Auf seiner Unterseite ist an dem Gehäuse 1 ein Halteprofil 14 angeordnet.

Der Lichtemitter 2 ist im Ausführungsbeispiel als Infrarotemitter ausgebildet und über die Fixierungsstifte 12 an der dem Halteprofil 14 gegenüber angeordneten Seitenfläche der Schneise 11 innerhalb des Gehäuses 1 derart befestigt, dass eine Ausleuchtung über die gesamte Fläche des Fensters 111 ermöglicht ist. Der Lichtemitter 2 ist vorzugsweise hinter einer Scheibe angeordnet. An der gegenüberliegenden Seitenfläche der Schneise 11 ist innerhalb des Gehäuses 1 die Kamera 3 befestigt. Die Kamera 3 ist im Ausführungsbeispiel eine Infrarotkamera. Diese ist derart angeordnet, dass das Fenster 112 vollständig erfasst werden kann. Durch eine abschließende optische Scheibe 31, welche auf das Fenster 112 aufgebracht ist, erfolgt die Bildaufnahme durch die Kamera 3 (3).

Die Kamera 4 ist über die Fixierungsstifte 13 innerhalb des Gehäuses 1 auf der Deckfläche der Schneise 11 vorgesehen. Die Kamera 4 ist im Ausführungsbeispiel eine hochauflösende CCD-Kamera, die über optische Gläser das Fenster 113 vollständig erfassen kann. Das von der Kamera 4 definierte optische Kontrollfenster entspricht etwa den Abmessungen des Verschlusses 72.

Der Lichtschrankensensor 5 besteht aus einem Emitter 51 und einem Detektor 52. Der Emitter 51 ist in unmittelbarer Nachbarschaft eines der Fenster 114 angeordnet; der Detektor 52 ist in unmittelbarer Nachbarschaft eines der Fenster 115 angeordnet. Der Lichtschrankensensor dient der Ermittlung der Position der Flasche 7 in der Förderstrecke 6. Der Lichtschrankensensor 5 ist in Laufrichtung der Förderstrecke 6 am hinteren Ende der Schneise 11 angeordnet. Sobald eine Flasche 7 in den Bereich des Lichtschrankensensors 5 eintritt, ist die Lichtschranke unterbrochen, was von dem Detektor 52 ermittelt und an die Auswerteeinheit weitergeleitet wird. Die Flasche 7 befindet sich beim Auslösen des Lichtschrankensensors 5 in einer Position, in der der Flaschenhals 71 im Sichtfeld der Fenster 111 und 112, der Verschluss 72 unterhalb des Fensters 113 befindet. Durch das von dem Detektor 52 an die Auswerteeinheit gegebenen Signal werden die Kameras 3 und 4 ausgelöst. Die Anordnung von jeweils zwei Fenstern 114 und 115 in den seitlichen Begrenzungsflächen der Schneise 11 bietet die Möglichkeit, auch bei Umkehr der Förderrichtung die Vorrichtung ohne Umbau betreiben zu können, da in jedem Falle immer am hinteren Ende der Schneise ein Lichtschrankensensor 5 vorsehbar ist. Alternativ kann der optische Sensor über einen Reflektor angesteuert werden, der dann an dem Einbauort des Detektors 52 vorgesehen ist. In diesem Fall sind sowohl der Emitter 51 als auch der Detektor 52 in einem Bauteil zusammengefasst, das dann an dem Einbauort des Emitters 51 in 1 vorgesehen ist.

Die Kameras 3, 4 sowie der Lichtschrankensensor 5 sind mit der Auswerteeinheit verbunden. Alternativ können die Kameras 3, 4 zusammen mit dem Lichtschrankensensor 5 in einem anders geformten Gehäuse integriert sein.

Die Vorrichtung ist über das Halteprofil 14, das in eine seitlich an einer Förderstrecke 6 vorgesehene Aufnahme 61 eingreift, mit einer Förderstrecke 6 verbunden. Die Förderstrecke 6 weist ein horizontales Förderband 62 zum Transport der befüllten Flaschen 7 auf, welches durch zwei parallel angeordnete Führungswände 63 beidseitig begrenzt ist. Die Kontrollvorrichtung ist derart an der Förderstrecke 6 ausgerichtet, dass die Führungswände 63 mit den Seitenflächen der Schneise 11 des Gehäuses 1 fluchten. Der so gebildete Tunnel weist eine lichte Breite auf, die mindestens dem Außendurchmesser der Flaschen 7 entspricht, um eine Förderung der Flaschen durch den Tunnel/die Schneise 11 zu ermöglichen. Beim Durchfahren der Schneise 11 befindet sich der Flaschenhals 71 der Flasche 7 im Sichtfeld der Fenster 111, 112. Der Verschluss 72, der Flasche 7, im Ausführungsbeispiel ein Kronkorken, passiert beim Durchtritt durch die Schneise 11 das durch das Fenster 113 gebildete Kontrollfeld.

Die befüllte Flasche 7 wird unmittelbar nach dem Aufschäumvorgang über das Förderband 62 durch die Schneise 11 gefördert, wobei der Flaschenhals 71 durch den Infrarotemitter 2 beleuchtet wird. Die Kamera 3 liefert gleichzeitig Bilder des mit Schaum gefüllten und mittels Infrarotemitter 2 beleuchteten Flaschenhalses 71 an die Auswerteeinheit, welche eine Beurteilung der gesendeten Bilder durchführt. Bewertet wird dabei sowohl die Helligkeit eines Bildausschnittes (feinporiger Schaum lässt kaum IR-Strahlung hindurch) sowie der Kontrast innerhalb dieses Bildausschnittes (grobporiger Schaum zeigt Helligkeitsunterschiede innerhalb des Bewertungsfensters), wie dies prinzipiell in 4 dargestellt ist. Die Beurteilung des Bildausschnittes zur Schaumkontrolle anhand von Referenzstrukturen liefert Rückschlüsse auf den Luft- bzw. Sauerstoffgehalt im Flaschenhals. Parallel dazu liefert die Kamera 4 an die Auswerteeinheit Bilder des Verschlusses 72 der Flasche 7. Auf Basis dieser Bilder erfolgt eine Beurteilung des Sitzes des Verschlusses. Wird über die Auswerteeinheit ein übermäßiger Lufteinschluss im Flaschenhals oder ein unzureichender Kronkorkensitz detektiert, erfolgt ein Signal an die – nicht dargestellte – Steuereinheit der Förderstrecke 6, wodurch eine Ausschleusung der entsprechenden Flasche ermöglicht ist.


Anspruch[de]
Verfahren zur optischen Schaumkontrolle in Flaschenhälsen, wobei der Flaschenhals (71) durch einen Lichtemitter (2) beleuchtet und die Schaumkonsistenz innerhalb des Flaschenhalses (71) über eine Kamera (3) anhand von Helligkeit und Kontrast der Flaschenhalskontur über eine Auswerteeinheit bewertet wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtemitter (2) im Infrarotbereich eingesetzt wird und die Kamera (3) eine Infrarotkamera ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über die Kamera (3) zusätzlich eine optische Füllmengenkontrolle erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine optische Kontrolle des Sitzes des Verschlusses (72) der Flasche (7) erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass über eine zusätzliche Kamera (4) eine Beurteilung des Aufdrucks auf dem Verschluss (72) erfolgt. Vorrichtung zur optischen Schaumkontrolle in Flaschenhälsen, gekennzeichnet durch einen Lichtemitter (2) sowie eine dem Lichtemitter (2) gegenüberliegende Kamera (3), wobei Lichtemitter (2) und Kamera (3) derart angeordnet sind, dass zwischen diesen ein optisches Kontrollfeld gebildet ist, das einem definierten Ausschnitt des Flaschenhalses (71) entspricht, und dass die Kamera (3) mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, über welche die Schaumkonsistenz innerhalb des Flaschenhalses (71) anhand der Parameter Helligkeit und Kontrast bestimmbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtemitter (2) ein Infrarotemitter und die Kamera (3) eine Infrarotkamera ist. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass über die Auswerteeinheit zusätzlich der Füllgrad der Flasche (7) bestimmbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere Kamera (4) vorgesehen ist, deren definiertes optisches Kontrollfenster etwa den Abmessungen des Verschlusses (72) und/oder des Flaschenetiketts entspricht und die mit der Auswerteeinheit verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit über Bildanalysefunktionen verfügt, mittels derer der Aufdruck des Verschlusses (72) beurteilbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtschrankensensor (5) vorgesehen ist.






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