КОНТРОЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С ИНВЕРСНОЙ ПЛЕНОЧНОЙ ЛИНЗОЙ Российский патент 2018 года по МПК G02B5/02 

Изобретение относится к устройству для контроля с помощью проходящего света для определения структур емкости, например бутылки.

Контрольные устройства для определения структур, например, профилирований или выдавливаний на емкости, известны, например, из DE 102004040164 A1 или также из DE 102008053876 A1. Обе публикации описывают выполненные с изгибом, трудоемко сконструированные осветительные элементы, освещающие корпус бутылки. Отраженные от бутылки лучи света регистрируются камерой, а посредством блока управления происходит анализ отраженных в камере лучей света. При этом образцы отражения, например, выдавленных участков стенки емкости заметно отличаются от обычных образцов отражения невыдавленной стенки емкости. Для выполненного с изгибом осветительного элемента требуется большее конструктивное пространство и это затрудняет применение устройства, например, на участке транспортировочной звездочки, с помощью которой бутылки транспортируются по круговой траектории. К тому же, при движении емкостей по круговой траектории и вследствие скорости прохождения бутылок, возникают центробежные силы, из-за которых емкость при транспортировании не фиксируется в транспортировочной звездочке совсем вертикально к его центральной оси, а отклоняется из своего вертикального положения. Поэтому интерпретация определенных камерой отраженных лучей света часто является неточной, поскольку в момент съемки отсутствует информация о точном положении бутылки. Вследствие этого в основе изобретения лежит задача создать усовершенствованное контрольное устройство для определения структур емкости во время ее движения по траектории транспортирования.

Изобретение решает указанную задачу с помощью устройства для контроля посредством проходящего света с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствованные варианты изобретения представлены в независимых пунктах формулы изобретения. При этом все описанные признаки в отдельности или в любой комбинации являются, по существу, предметом изобретения, независимо от их объединения в пунктах формулы изобретения или ссылок.

Согласно изобретению устройство для контроля с помощью проходящего света для определения структур емкости, например бутылки для напитков, имеет расположенное на одной стороне транспортировочного участка для емкостей осветительное устройство для просвечивания по меньшей мере одного участка емкости и расположенное на второй стороне транспортировочного участка оптическое устройство для регистрации изображения, снятого в проходящем свете участка емкости, причем в осветительном устройстве расположена линза для ориентации исходящих от осветительного устройства лучей света.

При регистрации изображения снятой в проходящем свете емкости или снятого участка емкости регистрируют спроектированный контур структуры емкости. При этом отбрасываемый осветительным устройством на емкость свет светопроницаемых участков емкости поглощается значительно меньше, чем свет от светонепроницаемых участков емкости. Вследствие этого, внешние кромки емкости воспринимаются (регистрируются) особенно точно, например, в виде тени. Также можно особенно хорошо регистрировать выдавливания, нанесения буквенно-цифровой информации способом выдавливания или также утолщенные участки емкости. Благодаря этому, оптическим устройством можно особенно отчетливо регистрировать, например, горлышко бутылки и, в частности, участок горловины бутылки. Кроме того, посредством регистрации участка горловины емкости и/или внешних контуров емкости особенно предпочтительно можно определять возможное косое расположение, т.е. смещение емкости относительно вертикального положения.

При этом линза поддерживает оптическое устройство так, что свет падает особенно направленно на емкость. Благодаря этому предотвращаются, например, отражения, а структуры края спроектированного контура отображаются особенно ясно (с высокой резкостью), вследствие чего заметно улучшается точность регистрации оптическим устройством.

При этом под линзами следует понимать обычные линзы для направления лучей света или также системы линз, т.е. несколько отдельных линз, подключенных последовательно. Особенно предпочтительной линзой является линза со слоем пленки. Такие оптические пленки служат для лучшего светорассеяния или светового коэффициента полезного действия (пленка с повышенным качеством выделения контуров).

Линза со слоем пленки занимает особенно небольшое конструктивное пространство устройства для контроля с помощью проходящего света, благодаря чему также можно, например, располагать устройство для контроля с помощью проходящего света интегрированным в рабочую позицию обработки емкостей, например, разливочной установки, устройства для изготовления этикеток или системы распознавания шва бутылок. Независимо от конструкции линзы, устройство для контроля с помощью проходящего света может быть также расположено альтернативно в качестве отдельной позиции на протяжении транспортировочного участка емкости.

Ориентацию лучей света выполняют, как правило, так, что лучи света входят под разными углами и выходят все вертикально (параллельно) от поверхности линзы, поэтому на корпус (например, на емкость) лучи света падают, например, исключительно вертикально и просвечивают ее при необходимости.

Согласно усовершенствованному варианту изобретения предусмотрено, что линза направляет лучи света так, что они выходят в двух разных направлениях в пространстве от поверхности линзы. Угол между лучами света может составлять вследствие этого, например, от 10° до 170°, предпочтительно 90°. Предпочтительно, если лучи света преломляются линзой равномерно, поэтому угол α между поверхностью линзы и всеми лучами света (независимо от направления в пространстве) имеет одинаковую величину. Для этого линзу со слоем пленки (пленку с повышенным качеством выделения контуров) можно использовать, например, особенно предпочтительно в инверсной ориентации, так чтобы лучи света выходили не параллельно, а при ее эксплуатации по прямому назначению, также как приведено в примерах выполнения, свет выходил в двух основных направлениях под углом 45°. При использовании, в частности, в качестве источника света светодиодной матрицы, можно выдерживать особенно стесненное конструктивное пространство и, тем не менее, одновременно или с минимальным временным сдвигом снимать две различные перспективы емкости.

Вследствие этого инверсная компоновка линзы со слоем пленки обеспечивает отклонение света в таком направлении в пространстве, которое не является вертикальным к направлению транспортирования/участку транспортирования, а перед линзой со слоем пленки имеется темное поле. В частности, используется линза со слоем пленки, преломляющая свет или поворачивающая его так, что лучи не поворачиваются параллельно друг к другу и вертикально к транспортировочному участку.

Предпочтительно, устройство для контроля с помощью проходящего света расположено в устройстве для обработки емкостей так, что емкость или участок емкости просвечивают лучами света, испускаемыми в обоих различных направлениях в пространстве, поэтому возникают два изображения емкости, снятые в проходящем свете, которые можно регистрировать оптическим устройством.

Если емкость, оптическое устройство и осветительное устройство при регистрации изображений, снятых в проходящем свете, расположены, например, равномерно относительно друг друга, изображения, снятые в проходящем свете идентичны по своему расположению, то есть, например, расположенный горизонтально к проходящей перпендикулярно центральной оси емкости край участка горловины емкости, также показан горизонтальным в обоих изображениях, снятых в проходящем свете.

Однако при отклонении емкости от своего вертикального положения, изображения емкости, снятые в проходящем свете, также имеют наклон. Таким образом, расположенные, например, горизонтально к медиатрисе края емкости могут появляться, например, в изображении, снятом в проходящем свете, также с наклоном.

В частности, замыкающий край участка горловины в каждом изображении, снятом в проходящем свете, появляется с наклоном, например, при направленном в двух направлениях в пространстве косом просвечивании участка горловины. При этом углы наклона могут быть направлены, например, зеркально друг к другу.

По углам наклона появляющихся в обоих изображениях, снятых в проходящем свете участков горловины емкости можно особенно просто определять смещение емкости из своего вертикального положения.

Регистрация обоих изображений емкости, снятых в проходящем свете, может осуществляться посредством отдельно расположенных оптических устройств. Для этого каждое оптическое устройство может иметь камеру. Согласно усовершенствованному варианту изобретения, тем не менее, предусмотрено, что оптическое устройство имеет регистрирующее устройство, в частности, камеру, и по меньшей мере два изменяющих направление лучей света элемента, изменения направления лучей. Это позволяет регистрировать посредством оптического устройства также лучи света, испускаемые в двух разных направления в пространстве.

Элементы изменения направления лучей особенно предпочтительно выполнены в виде отклоняющего зеркала и/или отклоняющей призмы. Компоновка элементов изменения направления лучей может быть выполнена так, что испускаемые из осветительного устройства в двух направлениях в пространстве лучи света просвечивают емкость, падают на отклоняющие зеркала, затем от них - на отклоняющую призму и отклоняются призмой в камеру.

Для анализа зарегистрированного камерой изображения, снятого в проходящем свете, согласно усовершенствованному варианту изобретения, располагается блок обработки данных, сравнивающий заданное положение и/или заданную маркировку емкости с зарегистрированным оптическим устройством действительным положением и/или действительной маркировкой.

В зависимости от просвеченного участка емкости можно определять, как уже описывалось выше, расположение емкости относительно своей вертикальной центральной оси. Также можно определять положения маркировок или этикеток на емкости, сравнивая изображение в проходящем свете маркировки и/или этикетки, с учетом смещения емкости относительно своего вертикального положения, с заданным положением/заданной маркировкой. При отклонениях от заданного положения/заданной маркировки блок обработки данных предпочтительно дополняется блоком управления, который перемещает емкость в ее нормальное положение или также выводит емкость из потока емкостей.

Особенно предпочтительно, система распознавания шва бутылок расположена со второй оптической системой для регистрации шва (емкости) шва бутылок. Вторая оптическая система может быть выполнена в виде камеры и расположена вертикально над или под бутылкой для возможности воспроизведения изображения дна бутылок.

Проблематичным при этом является то, что бутылки вследствие центробежных сил наклоняются во время транспортирования в транспортировочной звездочке из своего вертикального положения. Системой распознавания шва не может из-за этого точно определяться позиционирование шва бутылки, так как ей не известен угол опрокидывания, т.е. смещение бутылки от ее вертикали.

Посредством устройства согласно изобретению для контроля с помощью проходящего света можно определять смещение емкости, а посредством сравнения зарегистрированного второй оптической системой изображения шва бутылки его точное действительное положение на бутылке. При отклонении шва бутылки от заданного положения бутылку можно, например, выводить затем из потока бутылок.

Устройство, согласно изобретению, для контроля с помощью проходящего света может, в частности, располагаться в своем особенно компактном выполнении с линзой со слоем пленки на устройстве, транспортирующем емкости, или непосредственно, или неразделимо соединенным с рабочей позицией устройства, обрабатывающего емкости. При этом устройство для контроля с помощью проходящего света может располагаться на участке транспортировочной звездочки, так как линза со слоем пленки обеспечивает особенно маленькое конструктивное пространство устройства контроля в проходящем свете.

Кроме того, устройство согласно изобретению для контроля с помощью проходящего света также обеспечивает регистрацию таких структур емкости, как шов бутылки или подобные элементы во время транспортирования емкости в транспортировочной звездочке или даже на линейном или дугообразном транспортере, поэтому для этого не требуется располагать дополнительные контрольные рабочие позиции на пути транспортирования емкости.

Далее приводится более детальное описание изобретения на нескольких примерах выполнения устройства. На чертежах показаны:

фиг.1 и фиг.2 – схематическое изображение в перспективе возможного варианта выполнения устройства для контроля с помощью проходящего света;

фиг. 3 – схематический вид сверху устройства для контроля с помощью проходящего света по фигурам 1 и 2;

фиг.4 – схематический вид в разрезе фрагмента осветительного устройства и пленочной линзы по фигурам 1 – 3.

На фиг. 1 и фиг. 2 показано устройство 1 для контроля с помощью проходящего света, расположенное неразъемно в выполненной в виде транспортировочной звездочки (на чертежах не изображено) рабочей позиции обработки емкостей устройства для обработки емкостей. Устройство 1 для контроля с помощью проходящего света имеет осветительное устройство 2, которое предусмотрено в качестве излучающего свет элемента и состоит в данном случае из многочисленных люминесцентных ламп (на чертежах не изображено). В идеальном варианте альтернативно может быть предусмотрено также множество светодиодов (светодиодная матрица или - пластина) или подобные элементы.

Люминесцентные лампы закрыты прозрачным стеклом или пластиной, в виде стеклянной пластины или стекла из полимерного материала, на внешней стороне которого расположена линза 10, выполненная в виде линзы со слоем пленки. Это имеет место также аналогично в варианте выполнения со множеством светодиодных ламп, причем также используется стекло или другой подходящий несущий элемент линз со слоем пленки. Линза со слоем пленки выполнена так, что она направляет исходящие от люминесцентных ламп, проникающие в линзу со слоем пленки лучи 11 света так, при этом лучи 12 света выходят из пленочной линзы под углом 45° к поверхности линзы в двух направлениях А, В в пространстве.

Перед осветительным устройством 2 расположена емкость 3, в данном случае прозрачная бутылка, в положении захвата. Бутылка расположена в транспортировочной звездочке и транспортируется посредством нее на кольцеобразном транспортировочном участке (смотри фигуру 3) через рабочую позицию.

Осветительное устройство 2 расположено на первой стороне 13 транспортировочного участка C, D, E. На одной из противоположных первой стороне 13 транспортировочного участка C, D, E второй стороне 14 транспортировочного участка C, D, E расположено оптическое устройство 4. Оптическое устройство 4 имеет выполненное в виде камеры 9 регистрирующее устройство и три элемента изменения направления лучей. В качестве изменяющих направления лучей элементов на несущей конструкции 5 на некотором расстоянии друг от друга расположены два плоскостных отклоняющих зеркала 6 и находящаяся в центре между отклоняющими зеркалами 6 отклоняющая призма 8. Отклоняющая призма 8 расположена вертикально над камерой 9.

Несущая конструкция 5 оптического устройства 4 расположена параллельно к осветительному устройству 2, причем отклоняющая призма 8 и расположенная в положении захвата емкость 3 ориентированы вертикально к линзе со слоем пленки. Т.е. отклоняющая призма 8 и находящаяся в положении захвата емкость 3 расположены вдоль прямой линии, проходящей вертикально на линзе со слоем пленки.

На фиг. 2 дополнительно видно, что отклоняющие зеркала 6 фиксированы также на несущих элементах 12, расположенных с возможностью перемещения относительно несущей конструкции 5. Несущие элементы 12 расположены с возможностью перемещения подобно каретке вдоль продольной оси несущей конструкции 5 и, в частности, передвижения, в зависимости от угла α лучей 11 света. На несущих элементах 12 фиксированы отклоняющие зеркала 6. Несущие элементы 12 могут, кроме того, образовывать опору для отклоняющих зеркал 6 или для несущего элемента отклоняющих зеркал. На этой опоре, не изображенной детально на чертежах, отклоняющие зеркала 6 могут поворачиваться вокруг своей вертикальной продольной оси.

В дополнение к этому камера 9 также может быть установлена с возможностью перемещения подобно каретке или по меньшей мере вертикально и расположена так, что в целом получается контрольная система, с возможностью предельно быстрого и разностороннего передвижения, обеспечивающая короткое время переналадки и юстировки.

При необходимости могут быть предусмотрены один или несколько моторных приводов для обеспечения, в частности, горизонтального передвижения несущих элементов 12 (при необходимости синхронного), но также и угловой регулировки отклоняющих зеркал 6 или перемещения камеры 9.

На фиг. 3 показано устройство 1 для контроля с помощью проходящего света по фиг.1 и фиг. 2. На ней осветительное устройство 2 изображено с линзой 10, выполненной в виде линзы со слоем пленки. Исходя из поверхности линзы, со слоем пленки лучи 11 света отражаются под косым углом α около 45° к поверхности линзы 10a в направлении отклоняющего зеркала 6, а вследствие этого в двух разных направлениях АВ в пространстве. При этом лучи 11 света просвечивают емкость 3, в данном случае, - участок 3а горловины емкости 3.

Емкость 3 находится в момент просвечивания в положении захвата на транспортировочном участке C, D, E. На чертеже она находится на кольцеобразном транспортировочном участке C, проходящем вокруг оптического устройства 4. Альтернативно емкость 3 может находиться также на кольцеобразном транспортировочном участке D вокруг осветительного устройства 2 или на линейно проходящем транспортировочном участке E.

На фиг. 4 показано поперечное сечение осветительного устройства 2 и линза 10. Для лучшего изображения линза 10 и осветительное устройство 2 показаны на чертеже на некотором расстоянии друг от друга. Линза 10 может также располагаться непосредственно примыкая к осветительному устройству 2. Линза 10 выполнена в виде пленочной линзы и сконструирована двухслойной.

Испускаемые осветительным устройством 2 лучи 11 света имеют при этом рассеянное светораспределение. Они проникают в пленочную линзу и направляются при прохождении обоих слоев линз так, что выходят исключительно под углом 45° к поверхности линзы 10a в двух разных направлениях А, В пространства. Выходящие излучаемые в разных направлениях в пространстве лучи 11 света имеют вследствие этого угол 90° относительно друг друга.

При эксплуатации емкость 3 транспортируется, например, транспортировочной звездочкой на кольцеобразном транспортировочном участке C. Как только емкость 3 достигает положения захвата (как показано на фигурах 1-3), камерой 9 снимается изображение участка 3а горловины емкости, снятое в проходящем свете. Для этого камера 9 регистрирует лучи 11 света, испускаемые, выходя из осветительного устройства 2 через линзу 10 со слоем пленки в двух косых направлениях А, В в пространстве A, B под углом 45° к отклоняющим зеркалам 6. При этом они просвечивают участок 3а горловины емкости 3 и неодинаково поглощаются в зависимости, например, от толщины материала емкости. Отображенные на отклоняющем зеркале 6 спроектированные контуры участка 3а горловины кажутся, например, особенно темными и со светлыми контурами.

От отклоняющего зеркала 6 спроектированные контуры направляются дальше к отклоняющей призме 8, а от отклоняющей призмы 8 насквозь, через световое отверстие 7 - в регистрационный участок камеры 9. Камера 9 регистрирует оба спроектированных контура и передает их дальше, например, в виде информационного сигнала в блок обработки данных (на чертеже не изображен), с помощью которого осуществляется сравнение между заданным и действительным значениями.

При этом предпочтительный вариант выполнения изобретения предусматривает такую ориентацию линзы 10 со слоем пленки, при которой луч проходит без отклонения от вертикали по меньшей мере до отклоняющих зеркал 6. В идеальном варианте отклоняющие зеркала 6 и отклоняющая призма 8 расположены так, что при прохождении луча между линзой 10 со слоем пленки, отклоняющими зеркалами 6 и отклоняющей призмой 8 он не имеет отклонения от вертикали.

Так, как емкость 3 находится на круговой траектории, она незначительно отклонена относительно своей вертикальной продольной оси. Вследствие этого смещения в значительной мере горизонтально расположенного к продольной оси участка 3а горловины емкости 3 и скошенного просвечивания участка 3а горловины с помощью распространяемых в двух разных направлениях А, В в пространстве лучей 11 света, оба изображения участка 3а горловины, снятые в проходящем свете, имеют наклон.

С помощью блока обработки данных оцениваются переданные камерой 9 изображения, снятые в проходящем свете и определяется с помощью обоих углов наклона участка 3а горловины угол отклонения емкости 3.

Альтернативно или в дополнение, также можно регистрировать с помощью изображения, снятого в проходящем свете, например, внешние кромки этикетки, маркировку или также нанесение буквенно-цифровой информации способом выдавливания и определять их расположение на емкости 3. Альтернативно эти изображения, снятые в проходящем свете, также могут использоваться для определения смещения емкости 3.

Также дополнительно можно разместить, например, систему распознавания шва емкостей, определяющую положение шва емкости на емкости, а посредством сравнения с определенным устройством для контроля с помощью проходящего света смещения емкости, определять точное действительное положение шва емкости на емкости.

Изобретение относится к устройствам контроля структур емкости посредством проходящего света. Устройство для контроля и регистрации структур емкости, с расположенным на одной стороне транспортировочного участка для емкостей осветительным устройством для просвечивания участка емкости, и расположенным на второй стороне транспортировочного участка оптическим устройством для регистрации изображения участка емкости, снятого в проходящем свете. Причем в осветительном устройстве расположена линза со слоем пленки, направляющая лучи света по меньшей мере в одном направлении в пространстве, не вертикальном к транспортировочному участку, причем линза направляет лучи света так, что они выходят в двух разных направлениях в пространстве от поверхности линзы. Технический результат заключается в улучшении точности регистрации структур емкости во время ее движения по траектории транспортирования. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для контроля с помощью проходящего света для регистрации структур емкости (3), например бутылки, с

- расположенным на одной стороне транспортировочного участка для емкостей (3) осветительным устройством (2) для просвечивания по меньшей мере одного участка емкости и

- расположенным на второй стороне транспортировочного участка оптическим устройством (4) для регистрации изображения, снятого в проходящем свете участка емкости,

- причем в осветительном устройстве (2) расположена линза (10) для ориентации исходящих от осветительного устройства (2) лучей (11) света,

отличающееся тем, что линзой (10) является линза со слоем пленки, направляющая лучи (11) света по меньшей мере в одном направлении (А, В) в пространстве, не вертикальном к транспортировочному участку, причем линза направляет лучи света так, что они выходят в двух разных направлениях в пространстве от поверхности линзы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оптическое устройство (4) имеет по меньшей мере одно регистрирующее устройство, в частности камеру (9), и по меньшей мере два элемента изменения направления лучей, изменяющих направление лучей (11) света.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что имеется блок обработки данных, установленный с возможностью сравнивать заданное положение и/или заданную маркировку емкости (3) с зарегистрированным оптическим устройством (4) действительным положением и/или действительной маркировкой.

4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что имеется система распознавания шва бутылок со второй оптической системой для регистрации положения шва на бутылке (3).

5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно имеет осветительное устройство (2), выполненное в виде многочисленных люминесцентных ламп, причем линза (10) со слоем пленки нанесена на прозрачное стекло или пластину или покрыта ими.