КОНТРОЛЬ ЕМКОСТЕЙ Российский патент 2019 года по МПК G01N21/90 

Изобретение касается способа и устройства для контроля (инспекции) пустых емкостей на загрязнения, имеющего источник излучения для генерирования возбуждающего излучения, причем это возбуждающее излучение направляется на внутреннюю стенку пустой емкости и возбуждает обнаруживаемые там загрязнения к испусканию люминесцентного излучения, имеющего по меньшей мере одно устройство для обнаружения люминесцентного излучения, испускаемого загрязнениями, а также имеющего устройство для аналитической обработки обнаруженного люминесцентного излучения.

Настоящее изобретение предназначено, в частности, для применения в автоматических линиях розлива, в которых емкости транспортируются с высокими скоростями до 90000 бутылок в час. Чтобы не ухудшить пропускную способность такого рода линий розлива в бутылки, контрольные устройства для контроля емкостей тоже должны быть рассчитаны на контроль емкостей с высокими скоростями.

В автоматических линиях розлива пустые емкости перед наполнением обследуются на возможные загрязнения или инородные тела. Традиционным образом для этого емкости направляются через контрольное устройство, которое включает в себя источник видимого света и ПЗС-камеру (CCD, Charged Coupled Device, англ. прибор с зарядовой связью). При этом емкости по существу просвечиваются насквозь и контролируются под различными углами зрения, так что обеспечено надежное распознавание загрязнений. Такое контрольное устройство известно, например, из EP 0 415 154 A1.

Оказалось, что обнаружение определенных загрязнений, в частности органических загрязнений, таких как грибковая плесень, жиры, углеводороды, личинки насекомых, микробы или полимерные материалы традиционными контрольными устройствами возможно с помощью таких контрольных устройств только с трудом или совсем невозможно.

Также оказалось, что некоторые, в частности органические загрязнения, проявляют люминесценцию, т.е. под воздействием энергии извне они могут приводиться в возбужденные состояния и затем посредством испускания люминесцентного излучения снова могут возвращаться в невозбужденное состояние. При этом разные виды люминесценции подразделяются по продолжительности свечения по окончании возбуждения. Флуоресценцией называется очень короткое остаточное свечение, которое возникает как непосредственное следствие и сопутствующее явление возбуждения. Термин «фосфоресценция» описывает более долгое остаточное свечение, которое удерживается дольше 1 мс по окончании возбуждения.

При этом обычно возбуждение осуществляется путем облучения УФ-(ультрафиолетовым) светом. УФ-свет традиционным образом не применяется для контроля емкостей, так как, в частности, стекло емкости обладает очень низкой или совсем не обладает прозрачностью для УФ-света.

Из WO 2008/092537 A1 известно устройство для оптической характеризации материала проб, при этом, в частности, применяется также УФ-свет. Предусмотрен по меньшей мере один УФ-детектор, с помощью которого может определяться флуоресценция, соответственно, люминесценция пробы. Так как освещение пробы снаружи осуществляется через стенку емкости, эта стенка должна быть прозрачной для применяемого излучения.

Из DE 10 2010 043 131 B1 известно устройство для бесконтактного исследования какого-либо свойства содержимого емкости посредством электромагнитного излучения. Эта емкость может, например, представлять собой элеватор, бродильную емкость или аналогичный резервуар, а устройство служит для того, чтобы выполнять бесконтактное измерение для наблюдения за развитием процессов находящегося в емкости содержимого. Так как глубина проникновения излучения может быть относительно малой, предусмотрено устройство, с помощью которого в емкость втекает некая среда, чтобы создавать внутри емкости завихрение. При этом среда, служащая причиной этого завихрения, является прозрачной для электромагнитного излучения, так что внутри завихрения может выполняться бесконтактное измерение для определения какого-либо свойства содержимого емкости.

Задачей настоящего изобретения является повысить надежность контрольного устройства для емкостей без существенного повышения при этом продолжительности пребывания емкости в контрольном устройстве.

Эта задача в соответствии с изобретением решается таким образом, что внутренние стенки пустой емкости освещаются посредством источника лучей, и люминесцентное излучение, вызванное налипающими на внутренние стенки емкости загрязнениями, обнаруживается в надлежащем устройстве и затем подвергается аналитической обработке. Так как обычно применяемый для емкости материал обладает низкой прозрачностью для возбуждающего излучения, освещение внутренних стенок осуществляется через отверстие, напр., отверстие горловины, пустой емкости.

Источник лучей предпочтительно представляет собой источник электромагнитных лучей, например, источник излучения света в видимом диапазоне, источник УФ-А, УФ-B и УФ-C или рентгеновского излучения или их комбинацию.

Известно, что УФ-C-излучение обладает уничтожающим микробы действием. Поэтому при применении УФ-C-излучения может дополнительно предпочтительным образом использоваться возможность не только обнаружения, но и одновременного уничтожения легких органических загрязнений бактериями, спорами или грибами, так что емкости, имеющие такие загрязнения, не должны будут отбраковываться из устройства розлива.

Источник лучей может эксплуатироваться в импульсном режиме и управляться так, чтобы импульсы света испускались только тогда, когда емкость находится перед источником излучения. Благодаря обычно низкой прозрачности материала емкости для возбуждающего излучения сама емкость служит экраном для излучения, так что только небольшое количество излучения попадает наружу, если вообще попадает. Тогда дополнительное экранирование контрольного устройства может выполняться очень просто или даже совсем отсутствовать. Импульсный режим имеет то дополнительное преимущество, что за счет этого снижается нарушение резкости детекторных устройств.

Источник излучения может также представлять собой источник непрерывных лучей, который применяется в постоянном режиме. В частности, пригодны, например, люминесцентные (газоразрядные) трубки или люминесцентные лампы.

Стенка емкостей, применяемых обычно в производстве напитков, не прозрачна для возбуждающего излучения, так что это возбуждающее излучение или сам источник лучей должен направляться, соответственно, вводиться внутрь емкости, чтобы облучать внутреннюю стенку емкости.

Источник лучей предпочтительно расположен вне емкости, и возбуждающее излучение, напр., с помощью одного или нескольких зеркал, направляется через отверстие горловины внутрь емкости.

В другом варианте осуществления может быть предусмотрено устройство, с помощью которого через отверстие горловины в емкость вводится аппаратная головка. При этом на аппаратной головке может быть установлен, например, световод, с помощью которого в емкость направляется возбуждающее излучение. Альтернативно аппаратная головка сама может также включать в себя источник излучения. Аппаратная головка может также включать в себя детекторные устройства для обнаружения отражаемого излучения.

Испускаемое загрязнениями люминесцентное излучение может выводиться из емкости через отверстие горловины емкости и наводиться, например, посредством зеркала, на детекторное устройство. Такая система имеет то преимущество, что она выполнена особенно просто, так как для обнаружения люминесцентного излучения требуется только одно единственное устройство.

Предпочтительным образом зеркало представляет собой дихроическое зеркало, которое позволяет проходить направляемому в емкость падающему внутрь излучению и отражает выходящее из отверстия горловины емкости люминесцентное излучение, которое имеет большую длину волны, чем возбуждающее излучение, и наводит на детекторное устройство.

Та часть возбуждающего излучения, которая снова отражается из емкости наружу, в отличие от этого, не отклоняется дихроическим зеркалом и поэтому не попадает на детекторное устройство. Опционально дополнительно перед детекторным устройством может быть предусмотрен фильтр излучения, для селективного блокирования УФ-излучения или нежелательных частот излучения, в общем и целом.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления испускаемое загрязнениями люминесцентное излучение выводится через стенки емкости из емкости и улавливается одним или несколькими детекторными устройствами, которые расположены вокруг емкости. Этот вариант осуществления предлагается, когда вследствие геометрии емкости невозможно достичь непосредственного высвечивания внутренней стенки емкости через отверстие горловины. Условием для этого является, конечно, чтобы стенка емкости была по меньшей мере частично прозрачной для ожидаемого люминесцентного излучения. Обычное стекло для емкостей отвечает этому условию.

В этом варианте осуществления имеется возможность свободного выбора как расположения, так и количества применяемых детекторных устройств. При этом решающим является только достижение отображения всей внутренней стенки емкости для обеспечения контроля на загрязнения всей емкости.

Выведение люминесцентного излучения изнутри емкости через стенку емкости предлагается также в вариантах осуществления, в которых источник лучей вводится в емкость через горловину емкости, и тем самым блокирован ход лучей люминесцентного излучения через отверстие емкости.

Устройства для обнаружения люминесцентного излучения представляют собой предпочтительно ПЗС-камеры. Во избежание или, соответственно, для снижения нарушения резкости могут применяться камеры с обтюратором, имеющие короткое время действия затвора. Это особенно предпочтительно, когда источник излучения работает в продолжительном режиме. Для повышения интенсивности излучения возбуждающее излучение может фокусироваться на отверстии горловины посредством линзы.

Изобретение касается, кроме того, способа контроля пустых емкостей на загрязнения. Этот способ включает в себя шаги облучения внутренних стенок емкости с помощью источника излучения, обнаружения люминесцентного излучения, отражаемого вероятно имеющимися загрязнениями, посредством детекторного устройства, и аналитической обработки обнаруженного люминесцентного излучения в устройстве аналитической обработки.

Когда при предлагаемом изобретением способе применяется сильный источник УФ-излучения, например, источник УФ-C-излучения, получается то преимущество, что это излучение может применяться не только для обнаружения загрязнений, но и что этим излучением также одновременно могут уничтожаться загрязнения, такие как микробы, бактерии, грибы или споры.

Кроме того, при регистрации контаминаций создается чувствительность высокой степени, которая, например, позволяет делать различия между слабыми, но обширными контаминациями, такими как инфицирование, и более грубыми загрязнениями. Тонкие слои микробов могут уничтожаться путем облучения УФ-C-излучением, так что тогда нет необходимости отбраковывать такую емкость из процесса розлива. Когда, в отличие от этого, у емкости распознаются более грубые загрязнения, эта емкость должна повторно подвергаться очистке.

По одному другому предпочтительному варианту осуществления контаминированные емкости отбраковываются только тогда, когда обнаруженное люминесцентное излучение превышает предварительно заданное пороговое значение. Для распознавания и характеризации контаминаций основанное на люминесцентном излучении изображение емкости передается в электронику для аналитической обработки изображений, которая распознает, например, особенно светлые области или цветовые различия. Эта аналитическая обработка может, например, осуществляться путем сравнения с данными, сохраненными в памяти, или образцами. При отклонениях или превышениях порогового значения электроника для аналитической обработки подает ответный сигнал ошибки, который затем при необходимости используется для отбраковки соответствующей емкости.

Настоящее изобретение предназначено для обнаружения как флуоресцирующих, так и фосфоресцирующих загрязнений.

Кроме того, настоящее изобретение может применяться для контроля емкостей из любого материала. Особенно предпочтительно изобретение может применяться у емкостей из материалов, которые являются непрозрачными для возбуждающего излучения, но прозрачными для люминесцентного излучения. Поэтому особенно пригодным это изобретение является для применения у емкостей из стекла или прозрачным полимерных материалов, такие как, например, ПЭТ.

Способ и устройство настоящего изобретения поясняются подробнее с помощью последующих изображений. Показано:

фиг.1: принципиальная схема первого устройства для контроля пустых емкостей;

фиг.2: принципиальная схема второго устройства для контроля пустых емкостей;

фиг.3: вид в плане устройства с фиг.2.

Изображенное на фиг.1 устройство включает в себя источник 1 электромагнитного излучения, излучение которого фокусируется посредством линзы 2 в области горловины бутылки. При этом излучение проходит через дихроическое зеркало 3, расположенное между линзой 2 и горловиной бутылки. Это дихроическое зеркало 3 выполнено так, что оно позволяет проходить возбуждающему излучению, но отражает ожидаемое люминесцентное излучение большей длины волны.

Когда бутылка не имеет загрязнений, часть возбуждающего излучения снова отражается обратно из отверстия бутылки и проходит через дихроическое зеркало 3, не отклоняясь на ПЗС-камеру.

Однако если в бутылке находится люминесцентное загрязнение, то есть загрязнение, которое реагирует на возбуждающее излучение, проявляя люминесценцию, то часть испускаемого этим загрязнением люминесцентного излучения выходит из бутылки через горловину и попадает на дихроическое зеркало 3. Дихроическое зеркало 3 отражает это люминесцентное излучение большей длины волны на ПЗС-камеру 5, в которой тогда обнаруживается излучение.

Дополнительно может быть предусмотрен фильтр 4, чтобы предотвращать попадание частей возбуждающего излучения на ПЗС-камеру, или чтобы селективно позволять проходить только определенным частотным диапазонам.

Вариант осуществления, который изображен на фиг.1, особенно пригоден для контроля емкостей, у которых через отверстие емкости может высвечиваться все внутреннее пространство емкости, то есть, например, бутылок, имеющих медленно расширяющиеся горлышки, или емкостей, имеющих большие отверстия горловины.

У емкостей, которые вследствие своей геометрии не допускают высвечивание внутренних стенок через отверстие горловины, предлагается модифицированная конструкция, которая показана на фиг.2. Однако предпосылкой при этом является, чтобы стенка емкости состояла из материала, прозрачного для люминесцентного излучения.

В устройстве в соответствии с фиг.2 источник излучения тоже размещается над обследуемой емкостью. Возбуждающее излучение направляется через отверстие горловины емкости внутрь емкости. Как обозначено на фиг.2, падающее внутрь излучение отражается от внутренних боковых стенок и дна обследуемой емкости, так что у этого устройства также высвечивается все внутреннее пространство емкости.

Если у устройства фиг.2 в емкости находится люминесцентное загрязнение, то это загрязнение вследствие возбуждающего излучения, в свою очередь, испускает люминесцентное излучение. Как описано выше, длина волны этого люминесцентного излучения больше, чем длина волны возбуждающего излучения, и поэтому, если емкость состоит из материала, который прозрачен для частотного диапазона люминесцентного излучения, может выходить из емкости непосредственно через стенку емкости. Для обнаружения этого люминесцентного излучения предусмотрены установленные вне емкости детекторные устройства, такие как, например, ПЗС-камеры. Расположение детекторных устройств представлено на виде в плане фиг.3. При этом расположении по 2 ПЗС-камеры расположены попарно друг напротив друга. Однако имеется возможность свободного выбора количества и расположения детекторных устройств, пока обеспечено получение полного изображения емкости. Можно также установить детекторные устройства под или над обследуемой емкостью.

Дополнительный фильтр для блокирования возбуждающего излучения в этом варианте осуществления не нужен, когда материал емкости является непрозрачным для возбуждающего излучения. Вариант осуществления фиг.2, напр., особенно пригоден для обследования стеклянных емкостей посредством УФ-излучения. Стекло емкости обычно почти непроницаемо для УФ-излучения. Отражаемое загрязнениями люминесцентное излучение имеет, напротив, бо‘льшую длину волны, которая преимущественно лежит в видимом диапазоне и поэтому может без затруднений проходить через стенку емкости.

Использование: для контроля пустых емкостей на загрязнения. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для контроля пустых емкостей на загрязнения включает источник излучения для генерирования возбуждающего излучения, причем это возбуждающее излучение направляется на внутреннюю стенку емкости и возбуждает обнаруживаемые загрязнения к испусканию люминесцентного излучения, по меньшей мере одно устройство для обнаружения люминесцентного излучения, испускаемого загрязнениями, а также устройство для аналитической обработки обнаруженного люминесцентного излучения, при этом источник излучения выполнен так, чтобы освещать все внутреннее пространство емкости, и при этом источник излучения представляет собой работающий в импульсном режиме источник излучения или указанное устройство для обнаружения представляет собой камеру с обтюратором. Технический результат: обеспечение возможности повышения надежности и скорости контроля. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для контроля пустых емкостей на загрязнения, включающее в себя

источник (1) излучения для генерирования возбуждающего излучения, причем это возбуждающее излучение направляется на внутреннюю стенку емкости и возбуждает обнаруживаемые загрязнения к испусканию люминесцентного излучения,

по меньшей мере одно устройство (5) для обнаружения люминесцентного излучения, испускаемого загрязнениями, а также

устройство для аналитической обработки обнаруженного люминесцентного излучения,

отличающееся тем, что

источник излучения выполнен так, чтобы освещать все внутреннее пространство емкости, и при этом источник (1) излучения представляет собой работающий в импульсном режиме источник излучения или указанное устройство (5) для обнаружения представляет собой камеру с обтюратором.

2. Устройство по п.1, при этом источник (1) излучения представляет собой источник электромагнитного излучения, предпочтительно источник излучения света в видимом диапазоне, источник УФ-А, УФ-B и УФ-C или рентгеновского излучения или их комбинацию.

3. Устройство по п.1 или 2, при этом возбуждающее излучение направляется через отверстие емкости внутрь емкости.

4. Устройство по п.1 или 2, при этом источник излучения вводится через отверстие емкости внутрь емкости.

5. Устройство по одному из предыдущих пунктов, при этом испускаемое загрязнениями люминесцентное излучение выводится из емкости через отверстие емкости и наводится на детекторное устройство (5).

6. Устройство по п.5, включающее в себя дихроическое зеркало (3), которое позволяет проходить возбуждающему излучению и наводит выходящее из отверстия емкости люминесцентное излучение на детекторное устройство (5).

7. Устройство по одному из пп.1-4, при этом испускаемое загрязнениями люминесцентное излучение выводится через стенки емкости из емкости и улавливается одним или несколькими детекторными устройствами (5), которые расположены вокруг емкости.

8. Способ контроля пустых емкостей на загрязнения, включающий в себя следующие шаги:

облучение внутренних стенок емкости возбуждающим излучением, причем это возбуждающее излучение возбуждает обнаруживаемые загрязнения к испусканию люминесцентного излучения,

обнаружение люминесцентного излучения, отражаемого загрязнениями, посредством детекторного устройства (5), и

аналитическая обработка обнаруженного люминесцентного излучения в устройстве аналитической обработки,

отличающийся тем, что

источником (1) излучения освещают все внутреннее пространство емкости, и при этом

либо источник (1) излучения эксплуатируют в импульсном режиме, либо указанное устройство (5) для обнаружения представляет собой камеру с обтюратором.

9. Способ по п.8, при этом источник (1) излучения представляет собой источник электромагнитного излучения, предпочтительно источник излучения света в видимом диапазоне, источник излучения УФ-А, УФ-B и УФ-C или рентгеновского излучения или их комбинацию.

10. Способ по п.8 или 9, при этом возбуждающее излучение направляется через отверстие емкости внутрь емкости.

11. Способ по п.8 или 9, при этом источник лучей вводится через отверстие емкости внутрь емкости.

12. Способ по одному из пп.8-11, при этом применяемый источник излучения имеет по меньшей мере одну долю УФ-C-излучения, так что органические загрязнения, такие как грибы, споры и бактерии, обнаруживаются и одновременное обезвреживаются.

13. Способ по одному из пп.8-12, при этом контаминированная емкость отбраковывается только тогда, когда обнаруженное люминесцентное излучение превышает предварительно заданное пороговое значение.

14. Способ по одному из пп.8-13, при этом осуществляется аналитическая обработка как флуоресценции, так и фосфоресценции загрязнений.