DE102016117262A1

DE102016117262A1 - Vorrichtung und Verfahren zur telezentrischen Inspektion eines Objekts

Info

Publication number: DE102016117262A1
Application number: DE102016117262.6A
Authority: DE
Inventors: Jürgen-Peter Herrmann; Marius Michael Herrmann; Wolfgang Schorn
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2018-03-15
Also published as: WO2018050353A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur telezentrischen Inspektion eines Objekts, insbesondere zum Erkennen von Fehl- oder Fremdbehältern in einem Flaschenkasten. Um eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, wobei die Vorrichtung eine besonders geringe Bauform aufweist, kostengünstig herzustellen und zu betreiben ist sowie auch durch Nachrüstung einer bestehenden Vorrichtung erhalten werden kann, und wobei mittels des Verfahrens eine besonders genaue Inspektion eines Objekts sowie auch einer Reihe hintereinander angeordneter, gleicher Objekte besonders schnell und zuverlässig möglich ist, ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Beleuchtungseinheit zum Beleuchten des Objekts, ein zwischen der Beleuchtungseinheit und dem Objekt angeordneten Filterelement zur Kollimation des von der Beleuchtungseinheit kommenden Lichts, eine Kamera zum Erfassen des von dem Objekt kommenden Lichts, sowie ein Linsenelement zum Bündeln des vom Objekt kommenden kollimierten Lichts auf die Kamera umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur telezentrischen Inspektion eines Objekts, insbesondere zum Erkennen von Fehl- oder Fremdbehältern in einem Kasten. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Transportvorrichtung für Kästen, mit wenigstens einer Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion eines Objekts, sowie ein Verfahren zum Transport und zum bedarfsweisen Ausleiten von fehlerhaften Objekten, insbesondere Kästen mit wenigstens einem Fehl- oder Fremdbehälter. Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung eines eine teilweise lichtabsorbierende Folie zur Kollimation von Licht umfassenden Filterelements für eine Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion.
Vorrichtungen und Verfahren zur Inspektion eines Objekts, insbesondere zum Erkennen von Fehl- oder Fremdbehältern in einem Kasten sind in vielfältiger Ausgestaltung aus dem Stand der Technik bekannt. Entsprechende Vorrichtungen und Verfahren werden dabei zur Identifikation, Vermessung der Größe und Kontur oder zur Ermittlung von Fehlern an einem Objekt verwendet. Die bekannten Vorrichtungen finden dabei in vielfältigen Gebieten der Technik Anwendung, sowohl bei der Kontrolle von Objekten oder nach der Produktion, als auch bei deren Verarbeitung und Verwendung, insbesondere bei vollautomatischen Prozessen. Schließlich ist eine Inspektion von Objekten auch häufig im Bereich der Verpackung sowie der Aufbereitung gebrauchter Objekte notwendig.
Eine typische Anwendung solcher Vorrichtungen und Verfahren ist beispielsweise die Erkennung von falsch einsortierten Flaschen und leeren Positionen in einem Getränkekasten bei der Leergutrücknahme sowie bei einer nachfolgenden Aufbereitung von Leergut bei einem Getränkeabfüller zum erneuten Gebrauch der Flaschen. Darüber hinaus ist dabei eine Kontrolle der Flaschen auf Beschädigungen und auf eine übermäßige Verschmutzung notwendig, die ebenfalls mittels solcher Vorrichtungen und Verfahren erfolgen kann.
Ein übliches Verfahren zur Inspektion von Objekten ist ein optisches Abtasten des Objektes mittels eines Lasers oder alternativ die seitliche Beleuchtung mittels mehrerer Lichtquellen, wie es beispielsweise in der DE 196 25 055 offenbart wird. Dabei sind mehrere zueinander seitlich versetzte Sendedioden paarweise entlang der Höhe des zu untersuchenden Objekts angeordnet, während sich auf der gegenüberliegenden Seite des Objekts zahlreiche Empfangseinheiten befinden, die die Schattengrenze des zu untersuchenden Objektes erfassen sollen. Ein solcher Aufbau ist jedoch zum einen aufwändig und damit teuer. Zum anderen kann mit einer solchen Vorrichtung die Kontur eines insbesondere transparenten Objekts nur ungenau erfasst werden. Gleiches gilt für Vorrichtungen des Standes der Technik, die lediglich eine Lichtquelle sowie einen Detektor aufweisen und dabei den einen Lichtstrahl der Lichtquelle mittels zahlreicher Linsen und Spiegel aufteilen und umleiten. Weiterhin besteht bei solchen Vorrichtungen der Nachteil, dass die erkannte Größe des Objekts von dem Abstand des Objekts zur Empfangseinheit bzw. zum Detektor abhängt, wodurch eine sehr genaue Positionierung des Objekts notwendig ist und eine zeitgleiche Vermessung mehrerer, hintereinander angeordneter Objekte ausgeschlossen ist.
Bei anderen Vorrichtungen des Standes der Technik zur Inspektion eines Objekts erfolgt die Beleuchtung des zu untersuchenden Objekts sowie die Erfassung durch eine Kamera von oberhalb und/oder unterhalb des Objekts, wie es beispielsweise aus der EP 2 671 649 A1 bekannt ist, wobei jedoch mittels einer solchen Vorrichtung Objekte mit einer komplexen Form nur unzureichend erfasst werden können und darüber hinaus der Aufbau aufwändig und teuer ist. Weiterhin hat eine Erfassung von der Oberseite her den Nachteil, dass bei einer Anordnung von mehreren Objekten in einer Reihe alle Objekte einzeln inspiziert werden müssen.
Darüber hinaus sind Vorrichtungen aus dem Stand der Technik bekannt, die eine Objekt entweder von unten, wie beispielsweise in der US 5,280,170 offenbart, oder von der Seite her, wie beispielsweise in der DE 195 12 133 A1 gelehrt, erfassen, wobei das Objekt mit kollimiertem Licht beleuchtet wird. Das von einer Lichtquelle abgestrahlte Licht wird dabei jeweils von einer Fresnel-Linse kollimiert. Solche Vorrichtungen haben jedoch ebenfalls zahlreiche Nachteile. Zum einen weisen solche Vorrichtungen eine große Bauform auf, da ein deutlicher Abstand zwischen der Lichtquelle und der Fresnel-Linse notwendig ist, da die Lichtquelle im Brennpunkt der Linse angeordnet sein muss. Dabei führt ein solcher Abstand dazu, dass Fremdlicht in die Vorrichtung eindringen kann, was zu einer verschlechterten Erkennung des Objekts führt. Alternativ muss die Vorrichtung kostenintensiv gegen Fremdlicht abgeschottet werden. Weiterhin muss die Lichtabstrahlung der Lichtquelle auf die Fresnel-Linse angepasst werden, so dass das Nachrüsten einer bestehenden Inspektionsvorrichtung mittels einer Fresnel-Linse nicht möglich ist. Darüber hinaus muss die Lichtquelle eine hohe Lichtintensität zur Verfügung stellen, was zu hohen Anschaffungs- und Betriebskosten sowie zu einer kurzen Lebensdauer der Lichtquelle führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, wobei die Vorrichtung eine besonders geringe Bauform aufweist, kostengünstig herzustellen und zu betreiben ist sowie auch durch Nachrüstung einer bestehenden Vorrichtung erhalten werden kann, und wobei mittels des Verfahrens eine besonders genaue Inspektion eines Objekts sowie auch einer Reihe hintereinander angeordneter, gleicher Objekte besonders schnell und zuverlässig möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, durch die Verwendung einer teilweise lichtabsorbierenden Folie zur Kollimation von Licht gemäß Anspruch 10 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion eines oder mehrerer Objekte, insbesondere zum Erkennen von Fehl- oder Fremdbehältern in einem Kasten, weist eine Beleuchtungseinheit zum Beleuchten des Objekts, insbesondere einer Seitenfläche des Kastens, ein zwischen der Beleuchtungseinheit und dem Objekt angeordnetes Filterelement zur Kollimation des von der Beleuchtungseinheit kommenden Lichts, eine Kamera zum Erfassen des von dem Objekt kommenden Lichts, sowie ein Linsenelement zum Bündeln des vom Objekt kommenden kollimierten Lichts auf die Kamera auf.
Die Verwendung eines Filterelements zur Kollimation des auf das Objekt fallenden Lichts erlaubt dabei einen besonders kompakten Aufbau der Vorrichtung, da kein Abstand zwischen der Beleuchtungseinheit und dem Filterelement notwendig ist. Weiterhin wird dadurch auch eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Nachrüstung einer bestehenden Vorrichtung möglich. Schließlich kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in besonders einfacher Weise der Einfluss von Fremdlicht verringert und das auftreffende Fremdlicht ebenfalls gefiltert werden, so dass das zu untersuchende Licht nahezu ausschließlich mit kollimiertem Licht der Beleuchtungseinheit beleuchtet wird.
Ein solcher telezentrischer Aufbau bzw. eine solche telezentrische Beleuchtung des zu inspizierenden Objekts ohne einen störenden Fremdlichteinfluss hat zahlreiche Vorteile: Die Größe des zu inspizierenden Objekts innerhalb des telezentrischen Bereichs ändert sich nicht in Abhängigkeit der Entfernung von der Kamera, so dass eine genaue Positionierung des Objektes nicht notwendig ist. Weiterhin lassen sich auch zumindest teilweise spiegelnde Objekte besonders gut vermessen, da am Objekt reflektierte Strahlen nicht abgebildet werden. Darüber hinaus besteht der Vorteil, dass bei transparenten Objekten mit diffusem Licht, wie es gängig im Stand der Technik verwendet wird, die Kontur und/oder das Profil des zu inspizierenden Objekts nicht genau ausgemacht werden kann, während sich bei telezentrischer Beleuchtung klare Objektkonturen zeigen, wodurch das Objekt besonders genau vermessen werden kann.
Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Transportvorrichtung für Objekte, insbesondere Kästen, mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion eines Objekts, insbesondere zum Erkennen von Fehl- oder Fremdbehältern in einem Kasten, und mit einem Transportmittel zum Transport mehrerer Objekte, insbesondere Kästen, in wenigstens einer Transportrichtung, wobei die wenigstens eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion eines Objekts in Bezug zu der Transportrichtung des Transportmittels verwinkelt, bevorzugt um 90°, angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Transportvorrichtung eine Ausleitstation für als fehlerhaft erkannte Objekte, insbesondere Kästen mit Fehl- oder Fremdbehältern, zur Trennung von fehlerfreien und fehlerhaften Objekten.
Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion eines Objekts in einer Transportvorrichtung ermöglicht eine besonders schnelle und zuverlässige Inspektion, insbesondere zugleich von mehreren, innerhalb eines Kastens in einer Reihe angeordneten Objekten, wobei in jedem Fall zu große Objekte sowie Fremdkörper an den Objekten in besonders einfacher Weise erkennbar sind. Darüber hinaus ist bei zumindest teilweise lichtdurchlässigen Objekten auch eine Inspektion mehrerer Objekte auf Defekte oder eine zu geringe Größe sowie auf das Fehlen einzelner Objekte in einer Reihe von Objekten möglich.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch die Verwendung einer teilweise lichtabsorbierenden Folie zur Kollimation von Licht in einem Filter für eine Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion von Objekten, insbesondere in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion.
Die Verwendung einer kollimierenden Folie ermöglicht zum einen in besonders einfacher Weise eine Nachrüstung einer bestehenden Vorrichtung mit einem Filterelement in beliebiger Größe durch Zuschneiden einer größeren Folie auf die erwünschten Maße. Zum anderen ist bei einer solchen Folie keine exakte Positionierung des Filterelements in Bezug zu einer Lichtquelle notwendig, im Gegenteil zu der Verwendung einer Linse, wo die Lichtquelle im Brennpunkt der Linse sein sollte. Schließlich ist eine solche Folie besonders kostengünstig herstellbar und besonders einfach und schnell austauschbar, so dass die Verwendung einer solchen Folie in vorteilhafter Weise sowohl zu einer Senkung der Anschaffungs- als auch der Betriebskosten führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur telezentrischen Inspektion eines Objekts, insbesondere zum Erkennen von Fehl- oder Fremdbehältern in einem Kasten, umfasst als Verfahrensschritt ein Anordnen einer Beleuchtungseinheit sowie eines Filterelements zur Kollimation des von der Beleuchtungseinheit kommenden Lichts auf einer Seite des zu inspizierenden Objekts sowie eines Linsenelements und einer Kamera auf der gegenüberliegenden Seite des zu inspizierenden Objekts, gefolgt von einem Erfassen von Bilddaten des Objekts mittels der Kamera, sowie einer anschließenden Auswertung der Bilddaten zur Ermittlung der Form, der Größe oder des Profils des Objekts.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Transport und zum bedarfsweisen Ausleiten von fehlerhaften Objekten, insbesondere Kästen mit wenigstens einem Fehl- oder Fremdbehälter, wobei das zu inspizierenden Objekt mittels wenigstens eines Transportmittels durch wenigstens eine Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion des Objekts transportiert wird und dabei mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur telezentrischen Inspektion eines Objekts inspiziert wird. Bei Erkennung eines Fehlers oder einer unerwünschten Abweichung von einer Vorgabe während der telezentrischen Inspektion erfolgt bedarfsweise ein Ausleiten des fehlerhaften Objekts, so dass fehlerhafte und fehlerfreie Objekte voneinander getrennt werden können.
Ein solches Verfahren ermöglicht in besonders einfacher Weise und besonders zuverlässig die Unterscheidung zwischen fehlerhaften und fehlerfreien Objekten, wobei auch transparente bzw. teilweise lichtdurchlässige und zumindest teilweise reflektierende Objekte ohne Einschränkung inspiziert werden können.
Unter einer telezentrischen Inspektion eines Objekts wird eine optische Untersuchung des Objekts verstanden, bei der sich das Objekt in einem achsparallelen Hauptstrahlenverlauf des von der Beleuchtungseinheit kommenden Lichts, insbesondere zwischen einem Filterelement zur Kollimation des Lichts und einem Linsenelement, befindet. Bevorzugt wird dabei das das zu inspizierende Objekt ausschließlich mit kollimiertem, d. h. achsparallelem Licht beleuchtet wird.
Bei dem zu inspizierenden Objekt kann es sich zunächst um einen beliebigen Gegenstand aus einem beliebigen Material handeln. Dabei kann der Gegenstand sowohl einstückig, als auch mehrstückig ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Objekt ein Behälter aus Metall, Kunststoff, Glas und/oder einem Verbundwerkstoff, insbesondere umfassend Kunststoff, Metallfolie, Pappe oder Papier. Bevorzugt ist der Behälter zur Verpackung von Nahrungsmitteln oder Getränken vorgesehen. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich dabei um eine Getränkeflasche aus Glas oder Kunststoff. Das zu inspizierende Objekt kann aber auch aus mehreren Gegenständen gebildet sein. Insbesondere kann es sich dabei um mehrere Getränkeflaschen in einem Kasten, in einem Gebinde oder auf einem Tray handeln.
Der Kasten ist bevorzugt ein Flaschenkasten und/oder eine Flaschenkiste zur Aufnahme mehrerer Flaschen, insbesondere in mehreren Reihen, in vordefinierten Positionen. Besonders bevorzugt sind sämtliche Behälter in dem Kasten in einem rechtwinkligen Raster hintereinander und nebeneinander angeordnet.
Fehl- und Fremdbehälter im Sinne der Erfindung sind sowohl Behälter, die aufgrund ihrer Größe, Form, Farbe, Material oder einer anderen Eigenschaft von einer Vorgabe abweichen, als auch leere Positionen in einer Reihe mehrerer Behälter, insbesondere in einem Kasten. Insbesondere sind Fremdbehälter überbreite Flaschen. Die Abweichung von der Vorgabe kann dabei auf einem Defekt des Behälters, einer Verschmutzung, einer fehlerhaften Beklebung oder einem fehlerhaften Druck basieren. Insbesondere kann sich eine Abweichung von einer Vorgabe bzw. zu übrigen in einer Reihe platzierten Behältern ergeben, wenn in einem Kasten eine nicht für diesen Kasten vorgesehene Flasche einsortiert ist. Ein Beispiel dafür können zumindest abschnittsweise überbreite und/oder höhere Behälter, insbesondere Flaschen sein.
Eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit kann grundsätzlich beliebiges Licht mit einer beliebigen Wellenlänge und/oder einem beliebigen Spektralbereich abstrahlen. Bevorzugt strahlt die Beleuchtungseinheit lediglich Licht in einem vorbestimmten oder einstellbaren Spektralbereich ab. Dazu kann die Beleuchtungseinheit zunächst ein einzelnes oder mehrere beliebige Leuchtmittel aufweisen, beispielsweise eine Glühlampe, eine Halogenglühlampe, eine Leuchtstofflampe, eine Gasentladungsröhre oder eine Leuchtdiode. Bevorzugt ist das Leuchtmittel wenigstens eine Leuchtdiode, insbesondere eine weiße LED, eine IR-LED oder eine RGB-LED. Auch kann die Lichtquelle der Beleuchtungseinheit sowohl punktförmig, als auch in eine oder zwei Raumrichtungen ausgedehnt gebildet sein. Bevorzugt weist die Beleuchtungseinheit eine flächige Lichtquelle auf, insbesondere eine Matrix bzw. ein Feld von Lichtquellen. Ganz besonders bevorzugt weist die Beleuchtungseinheit eine einzige, zweidimensionale und/oder flache Matrix aus LEDs auf.
Besonders bevorzugt erzeugt die Beleuchtungseinheit monochromatisches Licht, wodurch der Störeinfluss von Fremdlicht minimiert werden kann und zugleich das abgestrahlte Licht an die Farbe der zu untersuchenden Behälter anpassbar ist. Darüber hinaus führt die Verwendung von monochromatischen Licht zu einer vorteilhaften Erhöhung der Bildschärfe und somit zu einer genaueren Erfassung der Behälterkonturen. Ebenfalls besonders bevorzugt strahlt die Beleuchtungseinheit Licht im Infrarotbereich ab und ganz besonders bevorzugt ausschließlich im Infrarotbereich, wodurch in besonders einfacher Weise eine Fremdlichtabschottung bzw. eine Störung der Erkennung durch Fremdlicht verringert oder sogar ausgeschlossen wird. Weiterhin bevorzugt ist die Beleuchtungseinheit geblitzt bzw. stroboskopisch betreibbar, wobei die Beleuchtungseinheit ebenfalls bevorzugt wenigstens 1 bis 10, besonders bevorzugt wenigstens 25 100 Lichtblitze pro Sekunde erzeugen kann.
Das erfindungsgemäße Filterelement richtet die von der Beleuchtungseinheit kommenden Lichtstrahlen zumindest in einer Raumrichtung, bevorzugt in zwei Raumrichtungen, parallel zueinander aus bzw. absorbiert sämtliche nicht in einem bestimmten Winkel verlaufende Lichtstrahlen, d. h., das Filterelement ist ein Kollimator. Weiterhin bevorzugt ist das Filterelement ausschließlich zur Kollimation von Lichtstrahlen geeignet und weist keine darüber hinausgehende Funktion auf. Dazu kann das Filterelement grundsätzlich beliebig viele Bauteile umfassen. Bevorzugt umfasst das Filterelement wenigstens eine Filterfolie oder einen Filterfilm zur Kollimation des auf das Filterelement treffenden Lichts, insbesondere durch teilweise Absorption. Unter teilweiser Absorption wird dabei insbesondere eine winkelabhängige Absorption verstanden, wobei besonders bevorzugt alle Lichtstrahlen außerhalb eines bestimmten Winkels oder einem Winkelbereich, bevorzugt von kleiner als 10°, besonders bevorzugt kleiner 5° und ganz besonders bevorzugt kleiner 2° absorbiert werden. Außerdem kann das Filterelement auch einen Träger, insbesondere aus transparentem Glas oder Kunststoff für die Filterfolie bzw. den Filterfilm aufweisen. Besonders bevorzugt ist das Filterelement ausschließlich aus einer oder mehreren kollimierenden Filmen bzw. Folien und ggf. einem Träger gebildet. Dabei weist die Filterfolie bzw. der Filterfilm bevorzugt eine Dicke zwischen 10 µm und 1 mm, besonders bevorzugt zwischen 50 µm und 500 µm und ganz besonders bevorzugt zwischen 100 µm und 250 µm auf. Weiterhin bevorzugt tritt das auf eine Oberfläche der Filterfolie bzw. des Filterfilms treffende Licht auf einer gegenüberliegenden Oberfläche aus. Ebenfalls bevorzugt weist die Filterfolie bzw. der Filterfilm genau eine Seite zur Aufnahme von Licht und genau eine zweite Seite zur Abgabe des kollimierten Lichts auf, wobei sich bevorzugt die erste und die zweite Seite an der Filterfolie bzw. dem Filterfilm gegenüberliegen.
Bei der Kamera kann es sich zunächst um eine beliebige Vorrichtung zur Erfassung eines Bildes handeln. Bevorzugt ist die Kamera eine CCD-Kamera. Dabei kann die Kamera eine Grau-Wert-Kamera sein und/oder lediglich die Intensität des einfallenden Lichtes erfassen. Alternativ kann die Kamera aber auch das ganze sichtbare und/oder wenigstens Teile des infraroten Lichtspektrums erfassen. Darüber hinaus kann die von der Kamera erfasste Wellenlänge des Lichts bzw. der erfasste Wellenlängenbereich an die von der Beleuchtungseinheit abgestrahlten bzw. abstrahlbaren Wellenlängen angepasst sein.
Weiterhin bevorzugt ist eine Vorrichtung zur digitalen Bildauswertung mit der Kamera verbunden oder in der Kamera integriert. Dabei kann es sich sowohl um einen herkömmlichen Computer handeln, als auch um eine speziell angepasste Datenverarbeitungseinheit. Darüber hinaus kann die Datenverarbeitung auf einem Industrierechner erfolgen, der gegebenenfalls noch weitere Aufgaben, beispielsweise die Steuerung einer Transportvorrichtung bzw. eines Transportmittels und/oder eine Ausleitvorrichtung übernimmt.
Das Linsenelement kann grundsätzlich aus einer oder mehreren beliebigen Linsen gebildet sein, die Licht fokussieren können, insbesondere das durch das Filterelement hindurchtretende kollimierte Licht auf die Kamera lenken. Dabei kann es sich insbesondere um eine Konvexlinse handeln. Bevorzugt handelt es sich bei dem Linsenelement um eine einzige Linse und um keinen optischen, mehrere Linsen umfassenden Aufbau. Weiterhin bevorzugt ist das Linsenelement eine Fresnel-Linse, die aufgrund ihrer kompakten, insbesondere flachen Bauform und des geringen Preises besonders vorteilhaft ist.
Bevorzugt sind die Beleuchtungseinheit, das Filterelement, das Linsenelement sowie die Kamera parallel zueinander und/oder entlang einer gemeinsamen optischen Achse ausgerichtet, die ebenfalls bevorzugt mittig durch die Beleuchtungseinheit und/oder durch die Kamera verläuft.
Weiterhin bevorzugt ist die optische Achse senkrecht auf eine Oberfläche des zu inspizierenden Objekts und insbesondere senkrecht zu einer Seitenfläche eines zu untersuchenden Kastens ausgerichtet und/oder verläuft besonders bevorzugt mittig durch ein Eingriffsfenster des Kastens. Alternativ kann die optische Achse aber auch in einem beliebigen Winkel, insbesondere diagonal auf den Kasten gerichtet sein, so dass die optische Achse besonders bevorzugt durch zwei Eingriffsfenster an zwei zueinander rechtwinkligen und/oder aneinander angrenzenden Seiten des Kastens verläuft.
Weiterhin bevorzugt verläuft die optische Achse parallel zu einer Grund- oder Auflagefläche des Objekts, insbesondere einem Boden eines Kastens oder der Behälter im Kasten. Ganz besonders bevorzugt sind sämtliche parallelen Lichtstrahlen derart senkrecht auf eine erste Seite des Kastens gerichtet, dass die gegenüberliegende Seite des Kastens sich auf dem von der Kamera erfassten Bilds vollständig in Deckung mit der ersten Seite des Kastens befindet.
Bei dem Transportmittel kann es sich grundsätzlich um eine oder mehrere beliebige Vorrichtungen zum Transport eines zu inspizierenden Objekts handeln. Bevorzugt ist als Transportmittel ein Transporteur, insbesondere ein Lineartransporter, ein Transportband oder eine Transportkette, insbesondere zum stehenden Transport mehrerer Objekte bzw. Kästen unmittelbar hintereinander oder beabstandet voneinander. Weiterhin bevorzugt ist das Transportmittel endlos umlaufend gebildet. Darüber hinaus kann das Transportmittel auch gekrümmt, insbesondere um 90° gebogen, verlaufen. Ebenfalls kann das Transportmittel aus mehreren zusammenwirkenden Transportbändern, -ketten oder anderweitigen Transportmitteln gebildet sein, die nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet sind. Dabei kann auch ein verwinkelter Transport des Objekts vorgesehen sein, wobei bevorzugt zwei zueinander in einem Winkel, besonders bevorzugt von 90°, zueinander angeordnete Transportmittel zusammenwirken. Darüber hinaus kann das Transportmittel wenigstens eine Wendestation umfassen.
Unter einer verwinkelten Anordnung der wenigstens einen Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion eines Objekts zu der Transportrichtung des Transportmittels wird eine Anordnung verstanden, bei der die optische Achse der Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion nicht parallel zu der Transportrichtung ist. Bei einem gekrümmt oder verwinkelt verlaufendem Transportmittel ist die Transportrichtung die Richtung des Transportmittels an der Stelle, wo die optische Achse über oder auf dem Transportmittel verläuft. Bei einer um 90° verwinkelten Anordnung verlaufen die optische Achse und die Transportrichtung entsprechend rechtwinklig zueinander. Bevorzugt verläuft die optische Achse dabei oberhalb des Transportmittels und/oder parallel zu einer Oberfläche des Transportmittels, insbesondere der Oberfläche in dem Bereich auf oder über dem die optische Achse verläuft.
Die Ausleitstation für als fehlerhaft erkannte Objekte oder Kästen ist entlang der Transportrichtung der Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion eines Objekts nachfolgend an dem oder hinter dem Transportmittel angeordnet. Dabei ist die Ausleitstation grundsätzlich derart gestaltet, dass ein als fehlerhaft erkanntes Objekt in eine andere Richtung bewegt bzw. umgelenkt wird, als fehlerfreie Objekte. Dies kann sowohl mittels eines beweglichen Elements, beispielsweise mittels eines verstellbaren Schiebers, erfolgen, als auch mittels eines Transportmittels, das das Objekt, insbesondere einen Kasten, in wenigstens zwei unterschiedliche Richtungen transportieren kann. Darüber hinaus kann das Ausleiten auch durch eine Änderung einer seitlichen Führung der Objekte an oder auf dem Transportmittel erfolgen.
Unter dem Erfassen von Bilddaten des Objekts, insbesondere von in einem Kasten enthaltenen Behältern, wird die Aufnahme von Licht durch die Kamera aus einem Bereich des Objekts verstanden, in dem das Objekt, insbesondere mehrere Behälter in einem Kasten, zumindest abschnittsweise ausgeleuchtet ist. Besonders bevorzugt erfolgt in der Kamera bereits eine Verarbeitung zu einer digitalen Bilddatei. Ebenfalls bevorzugt wird zumindest ein Teil der Silhouette bzw. der Kontur des Objektes erfasst. Ganz besonders bevorzugt werden alle in einem Kasten befindlichen Behälter bzw. Flaschen zumindest abschnittsweise erfasst, wobei die Beleuchtung ganz besonders bevorzugt durch zwei sich gegenüberliegende Eingriffsfenster des Kastens erfolgt.
Die Auswertung der Bilddaten kann zunächst in beliebiger Weise und mit einer beliebigen Zielsetzung erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Auswertung der Bilddaten zur Ermittlung der Form, der Größe oder des Profils des inspizierten Objekts. Bei der Auswertung handelt es sich bevorzugt um eine automatische digitale Bildauswertung. Ebenfalls bevorzugt erfolgt eine wenigstens abschnittsweise Ermittlung des Profils bzw. der Kontur des Objekts bzw. der im Kasten befindlichen Behälter und/oder ein Abgleich mit einem vorgegebenen Profile bzw. einer bekannten Kontur, wodurch in besonders einfacher Weise fehlerhafte Objekte bzw. Behälter sowie Objekte bzw. Behälter mit abweichenden Formen oder Größen ermittelt werden können. Weiterhin kann auch ein Abgleich von mehreren zugleich inspizierten, insbesondere in wenigstens einer Reihe zueinander angeordneten Objekten, insbesondere Behältern in einem Kasten, erfolgen.
Besonders bevorzugt umfasst die Auswertung der Bilddaten auch eine Erkennung von Falschkästen, insbesondere durch Abgleich mit einem vorgegebenen Profil bzw. einer bekannten Kontur des Kastens. Weiterhin bevorzugt erfolgt auch eine Erkennung von Fremdobjekten auf oder an dem zu inspizierenden Objekt oder an den Behältern und/oder an dem Kasten, beispielsweise fehlerhafter oder abgelöster Etiketten, Papier- oder Pappstück, Scherben oder Aufklebern.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Filterelement Mikrolinsen auf, die das auftreffende Licht kollimieren, wodurch in besonders einfacher Weise eine gleichmäßige Kollimation des auf das Filterelement treffenden Lichts unabhängig von der Position der Lichtquelle erreicht werden kann.
Dabei handelt es sich bei dem auftreffenden Licht insbesondere um ein von der Beleuchtungseinheit abgestrahltes Licht. Insbesondere umfasst das Filterelement dabei einen Film bzw. eine Folie mit Mikrolinsen und ganz besonders bevorzugt ist das Filterelement ein Film bzw. eine Folie mit Mikrolinsen. Dabei sind in die Folie wenigstens eine Lage zahlreicher kleiner Linsen, die Mikrolinsen, angeordnet, die auf die Folie auftreffende Lichtstrahlen unabhängig von dem Einfallswinkel alle parallel zueinander und bevorzugt dabei senkrecht zu der Oberfläche der Folie ausrichten, aus der das kollimierte Licht aus der Folie austritt. Bei den Mikrolinsen handelt es sich um Linsen, die so klein sind, dass diese vollständig innerhalb des Films bzw. der Folie angeordnet sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Filterelement optische Mikrokanäle und/oder Mikrolamellen auf, die nur Lichtstrahlen senkrecht bzw. normal zur Oberfläche des Filterelements durchlassen, wodurch in besonders einfacher Weise das Filterelement auch über eine große Fläche Licht zuverlässig kollimieren kann. Die Kollimation der auf das Filterelement treffenden Lichtstrahlen erfolgt dabei ausschließlich durch Absorption nichtparalleler Lichtstrahlen bzw. von Lichtstrahlen außerhalb eines bestimmten Winkels oder Winkelbereichs an den Mikrokanälen und -lamellen, wohingegen das Filterelement bzw. die Mikrokanäle und -lamellen keinerlei Linseneffekte aufweisen. Bevorzugt ist das Filterelement derart gestaltet, dass wenigstens eine 95%ige, besonders bevorzugt eine 100%ige Absorption von Licht mit einem Durchtrittswinkel durch das Filterelement von größer als 30°, besonders bevorzugt von größer als 20° und insbesondere bevorzugt von größer als 10° und ganz besonders bevorzugt von größer als 5° erfolgt.
Dabei sind die optischen Mikrokanäle bevorzugt im Inneren des Filterelements und insbesondere vollständig innerhalb einer Filterfolie angeordnet. Die Mikrolamellen können grundsätzlich auch im Inneren einer Filterfolie angeordnet sein. Bevorzugt sind die Mikrolamellen jedoch auf einer Oberfläche einer Filterfolie und dabei besonders bevorzugt zugleich in dem Filterelement angeordnet. Die Mikrokanäle und die Mikrolamellen verlaufen dabei parallel zueinander und/oder senkrecht zur Durchtrittsrichtung des Lichts durch das Filterelement. Im Übrigen ist die Filterfolie bevorzugt aus einem lichtdurchlässigen Material gebildet. Weiterhin bevorzugt beträgt die Höhe der Mikrokanäle im Filterelement bzw. in der Filterfolie bzw. der Mikrolamellen auf einer Filterfolie wenigstens 50%, besonders bevorzugt wenigstens 75% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 95% der Höhe des Filterelements bzw. der Filterfolie in Durchtrittsrichtung des Lichts.
Alternativ ist es möglich eine APS- oder CMOS-Kamera vorzusehen. Dies kann bevorzugt eine Flächenkamera sein, aber auch der Einsatz einer Zeilenkamera ist möglich. Wird lediglich eine Zeilenkamera vorgesehen, dann ist es erforderlich, das das Linsenelement und die Beleuchtung als Streifen in der Vertikalen ausgelegt werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Mikrolamellen aus einem lichtabsorbierenden Material gebildet oder die Mikrokanäle des Filterelements mit einem solchen Material gefüllt, wodurch in besonders einfacher Weise eine kollimierende Wirkung durch Absorption verwinkelt laufender bzw. auftreffender Lichtstrahlen erreicht werden kann. Dabei ist das Material der Mikrolamellen bzw. in den optischen Mikrokanälen bevorzugt schwarz und/oder nichtreflektierend. Insbesondere bevorzugt sind die Mikrolamellen oder -kanäle über das gesamte Filterelement angeordnet. Die Breite der Mikrolamellen oder -kanäle beträgt in einer Richtung rechtwinklig zur Durchgangsrichtung des Lichts bevorzugt zwischen 5 µm und 50 µm, besonders bevorzugt zwischen 10 µm und 25 µm und ganz besonders bevorzugt zwischen 15 µm und 20 µm. Weiterhin bevorzugt sind dabei zwischen 5 und 20, besonders bevorzugt zwischen 10 und 15 und ganz besonders bevorzugt 12 Mikrolamellen oder Mikrokanäle pro Millimeter angeordnet.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Filterelement wenigstens eine Filterfolie, die besonders bevorzugt wenigstens genauso groß ist wie ein lichtabstrahlender Bereich der Beleuchtungseinheit. Bevorzugt weist die Filterfolie dabei die Mikrolinsen, die Mikrolamellen oder die Mikrokanäle auf. Besonders bevorzugt weist am Filterelement ausschließlich die Filterfolie die Mikrolinsen, Mikrolamellen oder die Mikrokanäle auf. Die Filterfolie kann zunächst beliebig angeordnet sein, beispielsweise an einem separaten Rahmen, auf einem transparenten Träger oder bevorzugt unmittelbar auf einer Oberfläche oder an einem Gehäuse der Beleuchtungseinheit. Ganz besonders bevorzugt die die Filterfolie oder der Filterfilm auf einer Seite, insbesondere zu den auftreffenden Lichtstrahlen gewandten Seite, selbstklebend gestaltet.
Ebenfalls bevorzugt weist die Beleuchtungseinheit eine lichtabstrahlende Fläche, insbesondere eine LED-Matrix bzw. ein LED-Feld auf, die vollständig von der Filterfolie bedeckt ist. Weiterhin bevorzugt ist das Filterelement exakt genauso groß wie der lichtabstrahlende Bereich oder wie die Seite der Beleuchtungseinheit, die den lichtabstrahlenden Bereich umfasst.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Filterelement eine erste Filterfolie mit in einer ersten Raumrichtung angeordneten Mikrolamellen oder Mikrokanälen und eine auf der ersten Filterfolie angeordnete, zweite Filterfolie mit um 90° in Bezug zur ersten Raumrichtung angeordneten Mikrolamellen oder Mikrokanälen, wodurch in besonders einfacher Weise eine Kollimation in zwei Raumrichtungen erreicht werden kann. Dabei sind bevorzugt die erste und die zweite Filterfolie identisch.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung strahlt die Beleuchtungseinheit farbiges Licht ab und ist dabei bevorzugt farbmodulierbar. Weiterhin bevorzugt ist für die Kamera eine Farbkamera, wobei die Verwendung von farbigem Licht und/oder einer Farbkamera in besonders einfacher Weise eine Unterscheidung der Farbe des zu inspizierenden Objekts, insbesondere der Flaschenfarben, erlaubt. Alternativ kann die Farbigkeit der Beleuchtungseinheit auch durch einen, vorzugsweise austauschbaren, Farbfilter an der Beleuchtungseinheit erreicht werden. Unter einer farbmodulierbaren Beleuchtungseinheit wird eine Beleuchtungseinheit verstanden, die wenigstens zwei verschiedene Lichtspektren, bevorzugt zahlreiche verschiedene Lichtspektren abstrahlen kann. Dabei umfasst die Beleuchtungseinheit besonders bevorzugt eine aus RGB-LEDs oder IR-LEDs gebildete Matrix bzw. gebildetes Feld. Ebenfalls bevorzugt kann die Farbkamera wenigstens die von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Wellenlänge bzw. den Spektralbereich erfassen und besonders bevorzugt den gesamten sichtbaren Bereich, insbesondere wenigstens zwischen 380 und 750 nm. und/oder wenigstens eines Teils des Infrarot-Bereichs, insbesondere den nahen Infrarot-Bereich zwischen 750 nm und 1,4 µm.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Beleuchtungseinheit zur Abstrahlung von polychromatischen Licht, insbesondere weißem Licht, gelbem Licht und/oder Tageslicht, ausgebildet und abgeschirmt und/oder eingehaust, um einen Zutritt von weiterem Licht aus der Umgebung, beispielsweise Tageslicht oder Licht anderer Beleuchtungseinheiten, zu minimieren oder sogar vollständig zu verhindern und somit die Erkennung des Objekts, insbesondere der Behälter, durch die Kamera zu verbessern.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Transportvorrichtung sind entlang des Transportmittels wenigstens zwei Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion eines Objekts angeordnet, wobei das Beleuchten des zu inspizierenden Objekts mittels jeweils einer Beleuchtungseinheit aus unterschiedlichen Richtungen bzw. auf unterschiedliche Seiten erfolgt, wodurch eine besonders umfassende Inspektion des Objekts vorgenommen werden kann. Weiterhin bevorzugt ist die optische Achse beider Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion auf gleicher Höhe in Bezug zum Objekt angeordnet.
Ebenfalls bevorzugt sind die beiden optischen Achsen zueinander verwinkelt, wobei der Winkel besonders bevorzugt 180° oder 90° beträgt. Ein zweite, gegenüber der ersten Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion um 90° versetzte Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion ist insbesondere dahingehend besonders vorteilhaft, dass zum einen eine Erfassung des Objekts bzw. der Behälter im Kasten aus zwei Raumrichtungen und/oder durch beide Kasteneingriffsfenster erfolgt, wobei häufig eine Raumrichtung bzw. eines der Kasteneingriffsfenster eine bessere Erfassung des Objekts oder der im Kasten befindlichen Behälter erlaubt, und somit die Zuverlässigkeit des Verfahrens deutlich erhöht werden kann. Zum anderen kann dadurch eine genaue Position des Fehl- oder Fremdbehälters in einem Kasten positionsgenau bestimmt werden, wohingegen bei der Verwendung nur einer Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion lediglich die jeweilige Reihe im Kasten bestimmbar ist, in der sich der Fehl- oder Fremdbehälter befindet. Die Verwendung einer zweiten Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion verbessert die ansonsten nur reihenweise Erkennung zu einer positionsgenauen Erkennung.
Besonders bevorzugt ist die erste Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion auf einem geraden Abschnitt des Transportmittels angeordnet und die zweite Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion auf oder hinter einem gekrümmten oder verwinkelten Abschnitt des Transportmittels angeordnet. Alternativ sind beide Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion auf einem geraden Abschnitt eines einzigen Transportmittels mit den Kameras auf sich gegenüberliegenden Seiten angeordnet.
Bei einem verwinkelten und insbesondere gebogenem Verlauf des Transportmittels ist bevorzugt wenigstens im verwinkelten oder gebogenen Bericht eine seitliche Führung des Objekts bzw. Kastens zur exakten Positionsfestlegung angeordnet, insbesondere, wenn die Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion im gebogenen oder verwinkelten Bereich angeordnet ist und/oder das Objekt bzw. den Kasten in diesem Bereich erfasst wird. Dabei kann die seitliche Führung beispielsweise mittels eines Geländers oder eines Rollenbandes erfolgen.
Grundsätzlich kann auch der Antrieb bzw. der Transport des Objekts über die seitliche Führung, beispielsweise mittels zwei endlos umlaufenden Bändern, die das Objekt an zwei gegenüberliegenden Seiten einklemmen, erfolgen, während das Objekt an der Unterseite gleitend oder rollend gelagert ist, jedoch von dieser Seite her kein aktiver Transport erfolgt.
Bei einem linearen bzw. geraden Transport des Objekts wenigstens in dem Bereich der Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion ist dagegen eine seitliche Führung des Objekts nicht notwendig, da aufgrund des parallele Verlaufs der von der Beleuchtungseinheit angestrahlten Lichtstrahlen es keinen Unterschied macht, wie weit das Objekt von der Beleuchtungseinheit und/oder von der Kamera entfernt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Beleuchtungseinheit stroboskopisch bzw. geblitzt betrieben, so dass von jedem sich bewegenden Objekt genau ein Bild von der Kamera erfasst wird, wodurch in einfacher Weise eine genaue Erfassung von sich auf einem schnell laufenden Transportmittel befindlichen Objekten möglich ist. Bevorzugt wird das zu inspizierende Objekt dabei derart beleuchtet bzw. geblitzt, dass sich jedes beleuchtete Objekt auf dem sich bewegenden Transportmittel zum Zeitpunkt der Beleuchtung in der gleichen Position in Bezug zu der Beleuchtungseinheit und der Kamera befindet.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Objekt bzw. der Kasten auf dem Transportmittel nacheinander durch wenigstens zwei Vorrichtungen zum Erkennen von Fehl- oder Fremdbehältern transportiert, wodurch eine besonders genaue Erkennung ermöglicht wird.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels zwei Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion jeweils eine Prüfung auf Fehler bzw. auf Fehl- oder Fremdbehälter aus zwei sich gegenüberliegenden Seite des Objekts vorgenommen, wobei nachfolgend die mittels der ersten Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion erfassten Bilddaten mit den mittels der zweiten Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion erfassten Bilddaten abgeglichen werden. Insbesondere bevorzugt erfolgt die Prüfung von sich gegenüberliegenden Seiten des Objekts, ohne dass das Objekt bzw. der Kasten dabei gedreht wird. Bei dem nachfolgenden Abgleich müssen bevorzugt die mittels beiden Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion erfassten Bilddaten dann übereinstimmen, ansonsten liegt wenigstens ein Fehler bzw. ein Fehl- oder Fremdbehälter vor. Die Bilddaten der ersten Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion bilden dabei den Erwartungswert für die mittels der zweiten Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion gewonnenen Daten.
Nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt mittels zwei Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion jeweils eine Prüfung auf Fehler bzw. Fehl- oder Fremdbehälter aus zwei zueinander verwinkelten Richtungen, insbesondere rechtwinklig zueinander. Dies kann zum einen durch Drehen des Objekts bzw. des Kastens zwischen den beiden Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion erfolgen. Weiterhin können auch die beiden Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion verwinkelt zueinander an einem Transportmittel für das Objekt bzw. den Kasten angeordnet sein. Dabei ist besonders bevorzugt eine der Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion mit der optischen Achse rechtwinklig zu einer Transportrichtung des Objekts bzw. des Kastens angeordnet und die zweite Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion derart, insbesondere in einem gekrümmten Bereich des Transportmittels, angeordnet, dass die optische Achse wenigstens im Mess- bzw. Erfassungsbereich parallel zur bzw. entlang der Transportrichtung des Objekts bzw. des Kastens verläuft.
Weiterhin bevorzugt erfolgt eine kontinuierliche Aufnahme während des Verlaufs des Objektes bzw. des Kastens auf dem Transportmittel, insbesondere in einem gekrümmten Bereich, wodurch in besonders einfacher Weise eine Erfassung des Objekts aus unterschiedlichen, sich kontinuierlich ändernden Winkeln erreicht werden kann.
Mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion,
2a eine erste Ausführungsform einer geraden Transportvorrichtung mit einer Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion in schematischer Ansicht,
2b eine zweite Ausführungsform einer geraden Transportvorrichtung mit zwei zueinander entgegengesetzt angeordneten Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion in schematischer Ansicht,
3 eine erste Ausführungsform einer verwinkelten Transportvorrichtung mit zwei Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion in schematischer Ansicht,
4 eine erste Ausführungsform einer gekrümmten Transportvorrichtung mit zwei Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion in schematischer Ansicht und
5 in einer Seitenansicht die in 2a dargestellte Ausführungsform einer geraden Transportvorrichtung mit einer Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion.
Bei einer in 1 schematisch dargestellten Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion 1 eines mit Flaschen 2a, b gefüllten Flaschenkastens 3 auf Fehl- und Fremdflaschen 2b ist auf einer Seite des Flaschenkastens 3 eine LED-Matrix 4 als Lichtquelle derart angeordnet, dass das Licht der LED-Matrix 4 entlang einer optischen Achse A durch zwei sich gegenüberliegende Eingriffsfenster 31 den Flaschenkasten 3 durchscheinen kann. Die LED-Matrix 4 ist dabei aus zahlreichen in einem Raster angeordneten IR-LEDs gebildet.
Vor der LED-Matrix 4 ist eine Filterfolie 5 derart angeordnet, dass die von der LED-Matrix 4 auf den Flaschenkasten 3 gerichteten Lichtstrahlen auf die Filterfolie 5 fallen und durch diese kollimiert werden. Dabei ist die Filterfolie 5 im Wesentlichen genauso groß wie ein lichtabstrahlender Bereich der LED-Matrix 4. Auf der Oberfläche der Filterfolie 5 sind zahlreiche Mikrolamellen parallel zueinander angeordnet, wobei die Mikrolamellen eine Dicke von 18 µm aufweisen und jeweils 12 Mikrolamellen pro Millimeter auf der Oberfläche der Filterfolie 5 angeordnet sind.
Der Flaschenkasten 3 mit den darin befindlichen, zu untersuchenden Flaschen 2a, b befindet sich entlang der optischen Achse A in einem Bereich zwischen der Filterfolie 5 und einer Fresnel-Linse 7, in dem sämtliche Lichtstrahlen parallel zueinander verlaufen, wodurch selbst bei der Durchleuchtung mehrerer im Flaschenkasten 3 in Richtung der optischen Achse A hintereinander angeordneter Flaschen 2a, b eine Fremdflasche 2b von den übrigen Flaschen 2a aufgrund der abweichenden Kontur ohne Weiteres erkannt werden kann.
Die Fresnel-Linse 7 fokussiert die parallelen Lichtstrahlen nachfolgend auf eine IRempfindliche Kamera 6, mittels der die Konturen der in dem Flaschenkasten 3 befindlichen Flaschen 2a, b in dem Bereich des Eingriffsfensters 31 erfasst werden.
Bei der in 2a dargestellten ersten Ausführung einer Transportvorrichtung 11 ist eine Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion 1 eines mit Flaschen 2a, b gefüllten Flaschenkastens 3 an einem endlos umlaufenden Transportband 12 angeordnet. Die damit transportierten Kästen 3 werden dabei jeweils durch das Eingriffsfenster 31 an der Breitseite des Flaschenkastens 3 durchleuchtet, wodurch sämtliche Reihen aus jeweils drei Flaschen 2a, b zu einem Zeitpunkt in die optische Achse A der Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion 1 gelangen und erfasst werden können. Die mittels der Kamera 6 erfassten Bilddaten werden nachfolgend von einem Computer ausgewertet und bei der Erkennung von Fehl- oder Fremdflaschen 2b wird der jeweilige Flaschenkasten 3 mittels eines ansteuerbaren Schiebers 13, der entlang der Transportrichtung R des Transportbandes 12 der Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion 1 nachfolgend angeordnet ist, ausgeschieden.
Die in 2b dargestellte zweite Ausführung einer Transportvorrichtung 11 unterscheidet sich von der in 2a dargestellten ersten Ausführung dadurch, dass entlang der Transportrichtung R des Transportbandes 12 eine zweite Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion 1 eines mit Flaschen 2a, b gefüllten Flaschenkastens 3 angeordnet ist, die die Flaschen 2a, b im Flaschenkasten 3 von der anderen Seite her erfasst, d. h., bei der die Kamera 6 auf der der Kamera 6 der ersten Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion 1 gegenüberliegenden Seite des Flaschenkastens 3 angeordnet ist. Zusätzlich unterscheidet sich die zweite Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion 1 von der Ersten dadurch, dass die LED-Matrix 4 der zweiten Vorrichtung 1 kein Infrarotlicht abstrahlt, sondern im gesamten sichtbaren Spektralbereich beliebig modulierbar ist und somit die abgestrahlte Wellenlänge des Lichts derart an die erwünschte Farbe der Flaschen 2a, b angepasst werden kann, dass besonders einfach fehlfarbige Flaschen 2b erkannt werden können. Entsprechend ist die Kamera 6 der zweiten Vorrichtung 1 eine Farb-CCD-Kamera 6. Das Ausleiten eines Flaschenkastens 3 von dem Transportband 12 mittels des Schiebers 13 erfolgt immer dann, wenn wenigstens eine der beiden Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion 1 eine Fehl- oder Fremdflasche 2b in dem Flaschenkasten 3 erkennt.
Auch die in der 3 dargestellte dritte Ausführung einer Transportvorrichtung 11 weist zwei Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion 1 auf, wobei sich diese Ausführung von der in 2b dargestellten Ausführung maßgeblich dadurch unterscheidet, dass der ersten Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion 1 entlang der Transportrichtung R des Transportbandes 12 nachfolgend der Flaschenkasten 3 an ein weiteres Transportband 12a übergeben wird, das rechtwinklig zum ersten Transportband 12 verläuft. Entsprechend ist die optische Achse A der zweiten der beiden Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion 1 auf zwei sich gegenüberliegende Eingriffsfenster 31 an der Schmalseite des Flaschenkastens 3 gerichtet und die zweite Inspektion erfolgt in einem Winkel von 90° zu der ersten Inspektion, so dass die Flaschen 2a, b im Flaschenkasten 3 aus zwei unterschiedlichen Richtungen erfasst werden. Beide Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion 1 weisen dabei eine identische LED-Matrix 4 sowie eine identische Kamera 6 auf.
Bei der in der 4 dargestellten vierten Ausführung einer Transportvorrichtung 11 ist die erste Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion 1 identisch zu den vorausgegangenen Ausführungen angeordnet, während die zweite Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion 1 derart in einem gekrümmten Bereich 14 des Transportbandes 12 angeordnet ist, dass eine kontinuierliche Erfassung der Flaschen 2a, b innerhalb des Flaschenkastens 3 durch eine Schmalseite des Flaschenkastens 3 während des Durchfahrens durch den gekrümmten Bereich 14 ermöglicht wird. Um eine exakte Führung des Flaschenkastens 3 im gekrümmten Bereich 14 zu gewährleisten, ist beidseitig an dem Transportband 12 ein seitliches Führungselement 15 angeordnet (siehe 5).
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion
2a: Objekt
2b: fehlerhaftes Objekt
3: Kasten
31: Eingriffsfenster
4: Beleuchtungseinheit
5: Filterelement
6: Kamera
7: Linsenelement
11: Transportvorrichtung
12: Transportmittel
12a: weiteres Transportmittel
13: Ausleitstation
14: gekrümmter Bereich
15: seitliches Führungselement
A: optische Achse
R: Transportrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19625055 [0004]
EP 2671649 A1 [0005]
US 5280170 [0006]
DE 19512133 A1 [0006]

Claims

Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion (1) eines Objekts (2a, b), insbesondere zum Erkennen von Fehl- oder Fremdbehältern in einem Kasten (3), mit – einer Beleuchtungseinheit (4) zum Beleuchten des Objekts (2a, b), – einem zwischen der Beleuchtungseinheit (4) und dem Objekt (2a, b) angeordneten Filterelement (5) zur Kollimation des von der Beleuchtungseinheit (4) kommenden Lichts, – einer Kamera (6) zum Erfassen des von dem Objekt (2a, b) kommenden Lichts, sowie – einem Linsenelement (7) zum Bündeln des vom Objekt (2a, b) kommenden kollimierten Lichts auf die Kamera (6).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) optische Mikrokanäle oder Mikrolamellen aufweist, die nur Lichtstrahlen senkrecht zur Oberfläche des Filterelements (5) durchlassen.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolamellen des Filterelements (5) aus einem lichtabsorbierenden Material gebildet sind.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) eine erste Folie mit in einer ersten Raumrichtung angeordneten Mikrolamellen oder Mikrokanälen und eine auf der ersten Folie angeordnete zweite Folie mit um 90° in Bezug zur ersten Raumrichtung angeordneten Mikrolamellen oder Mikrokanälen umfasst.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) wenigstens eine Filterfolie umfasst, die wenigstens genauso groß ist wie ein lichtabstrahlender Bereich der Beleuchtungseinheit (4).
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (4) farbiges Licht abstrahlt und dabei bevorzugt farbmodulierbar ist, und die Kamera (6) eine Farbkamera ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) Mikrolinsen aufweist, die das auftreffende Licht kollimieren.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (6) eine APS- oder CMOS-Kamera ist und diese als Flächenkamera oder als Zeilenkamera ausgebildet ist.
Transportvorrichtung (11) für Objekte (2a, b), mit wenigstens einer Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion (1) eines Objekts (2a, b), insbesondere zum Erkennen von Fehl- oder Fremdbehältern in einem Kasten (3), nach wenigstens einem der Ansprüche 1–8, gekennzeichnet durch – ein Transportmittel (12) zum Transport mehrerer Objekte (2a, b), insbesondere Kästen (3), in wenigstens einer Transportrichtung (R), – eine, bevorzugt um 90°, verwinkelte Anordnung der wenigstens einen Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion (1) eines Objekts (2a, b), insbesondere zum Erkennen von Fehl- oder Fremdbehältern (2b) in einem Kasten (3), zu der Transportrichtung (R) des Transportmittels (12), sowie – eine Ausleitstation (13) für als fehlerhaft erkannte Objekte (2b), insbesondere Kästen (3) mit Fehl- oder Fremdbehältern.
Transportvorrichtung (11) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Transportmittels (12) wenigstens zwei Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion (1) eines Objekts (2a, b) angeordnet sind, wobei das Beleuchten der Objekte (2a, b) mittels jeweils einer Beleuchtungseinheit (4) aus unterschiedlichen Richtungen erfolgt.
Verwendung einer teilweise lichtabsorbierenden Folie zur Kollimation von Licht in einem Filterelement für eine Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verfahren zur telezentrischen Inspektion eines Objekts (2a, b), insbesondere zum Erkennen von Fehl- oder Fremdbehältern in einem Kasten (3), mit den Schritten – Anordnen einer Beleuchtungseinheit (4) sowie eines Filterelements (5) zur Kollimation des von der Beleuchtungseinheit (4) kommenden Lichts auf einer Seite des Objekts (2a, b) sowie eines Linsenelements und einer Kamera (6) auf der gegenüberliegenden Seite des Objekts (2a, b), – Erfassen von Bilddaten des Objekts (2a, b) mittels der Kamera (6), sowie – Auswertung der Bilddaten zur Ermittlung der Form, der Größe oder des Profils des Objekts (2a, b).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (4) stroboskopisch betrieben wird, so dass von jedem sich bewegenden Objekt (2a, b) genau ein Bild von der Kamera (6) erfasst wird.
Verfahren zum Transport und zum bedarfsweisen Ausleiten von fehlerhaften Objekten (2b), mit den Schritten – Transport des Objekts (2a, b) mittels wenigstens eines Transportmittels (12) durch wenigstens eine Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion (1) des Objekts (2a, b), – Prüfen auf Fehler mittels eines Verfahrens zur telezentrischen Inspektion eines Objekts (2a, b) nach Anspruch 12 oder 13, – bedarfsweises Ausleiten des fehlerhaften Objekts (2b).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zwei Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion (1) jeweils eine Prüfung auf Fehler aus zwei sich gegenüberliegenden Seite des Objekts (2a, b) vorgenommen wird, wobei nachfolgend die mittels der ersten Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion (1) erfassten Bilddaten mit den mittels der zweiten Vorrichtung zur telezentrischen Inspektion (1) erfassten Bilddaten abgeglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zwei Vorrichtungen zur telezentrischen Inspektion (1) jeweils eine Prüfung auf Fehler aus zwei zueinander verwinkelten Richtungen, insbesondere rechtwinklig zueinander, erfolgt.