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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Prüfen
der Form und/oder Abinessungen von Objekten, umfassend
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- eine Fördereinrichtung zum Fördern der Objekte entlang
einer Bewegungsbahn,
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- eine Teststation, die in der Bewegungsbahn angeordnet
ist,
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- eine elektronische Kameraeinrichtung in der Teststation
zum Abtasten der ihr dargebotenen gtirnflächen der
Objekte und zum Erzeugen von Ausgangssignalen,
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- eine elektronische Schaltungsanordnung für die
Steuerung des Kamerabetriebes und zum Verarbeiten der
Kameraausgangssignale, um entsprechende Meßsignale, die die
Form und/oder Abmessungen der Objekte darstellen, zu
erzeugen, und
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- eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der
Meßsignale mit Referenzdatensignalen.
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In der Konservendosenindustrie werden leere Dosen auf einen
Förderer geladen, der sie zu einem Füllsystem
transportiert.
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Wenn eine Dose verformt ist, kann sie sich in dem
Füllsystem verklemmen und/oder eine Beschädigung des letzteren
verursachen. Daher ist es in dem Fall von nominell runden
Dosen erwünscht, zu überprüfen, daß Dosen mit einer
Unrundverformung nicht zu dem Füllsystem gelangen.
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Ein weiterer üblicher Fehler, der bei Dosen vorhanden ist,
ist Verbeulen, d.h. eine Verformung der Dosenlippe.
Übermäßiges Verbeulen kann ebenfalls Probleme hervorrufen, wenn
die Dose zu dem Füllsystem gelangt, insbesondere, weil die
Dose dann nicht korrekt verschlossen werden kann.
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Die vorliegende Erfindung ist zwar insbesondere für die
Vorprüfung von Dosen geeignet, insbesondere von runden
Dosen, die als Konservendosen benutzt werden, sie ist jedoch
nicht darauf beschränkt und kann bei dem abschließenden
Testen von gefüllten und verschlossenen Dosen, z.B. auf
Eindrücke, und bei dem Testen von anderen Objekten allgemein,
wie z.B. Flaschen und geformten Verpackungen, Anwendung
finden.
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Eine Vorrichtung des oben erwähnten Typs ist in der DE-A-29
16 361 beschrieben worden zum Prüfen des Randes von
transparenten Behältern. Gemäß dieser Druckschrift ist eine
elektronische Kamera vorgesehen, die die Objekte in einer
Richtung kontinuierlich abtastet. Aus den Kamerasignalen
werden Signale, die die Länge von Sehnen des Objekts längs
der Abtastlinien angeben, gewonnen, jedoch mit schlechter
Genauigkeit am Beginn und am Ende eines abgetasteten, z.B.
kreisförmigen oder ovalen Objekts. Meßsignale, welche
Abmessungen in einer Richtung repräsentieren, die zu der
Abtastrichtung rechtwinkelig ist, können erzeugt werden durch
Verarbeiten einer Reihe von aufeinanderfolgenden
Zeilensignalen, was jedoch Datenspeicher von beträchtlicher
Kapazität und eine speziell angepaßte Rechenschaltungsanordnung
und Software verlangt.
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Die vorliegende Erfindung hat eine Modifizierung dieser
Vorrichtung zum Gegenstand, um die Prüfung von Objekten mit
hoher Geschwindigkeit zu vereinfachen und zu verbessern.
Gemäß der Erfindung ist diese Vorrichtung dadurch
gekennzeichnet, daß die Kameraeinrichtung eine erste und zweite
Zeilenkamera umfaßt, die in Richtung der Förderbewegung
bzw. in dazu rechtwinkeliger Richtung abtasten, und daß die
elektronische Schaltungsanordnung so ausgelegt ist, daß die
Ausgangssignale der ersten Kamera, die für die
Relativbewegung der Objekte repräsentativ sind, ein
Abtastsynchronisiersignal für die zweite Kamera ergeben. Durch diese
Einrichtung werden Meßsignale, die in Beziehung zu zwei
rechtwinkeligen
Richtungen der Objekte stehen, direkt aus der
Kameraeinrichtung und unabhängig von der
Förderergeschwindigkeit erzielt.
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Die Fördereinrichtung kann so arbeiten, daß die Objekte
kontinuierlich oder halbkontinuierlich (die Objekte
berühren sich oder sind vorzugsweise beabstandet), vorzugsweise
letzteres, durch die Teststation gefördert werden.
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Die Zeilenkameraeinrichtung weist zwar vorzugsweise eine
oder mehrere ladungsgekoppelte Vorrichtungen auf, es ist
jedoch alternativ möglich, andere Kameraarten zu verwenden,
wie z.B. den Typ mit lineare Photodiodenmatrix.
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Die Vergleichseinrichtung liefert vorzugsweise ein
Ausgangsssignal, das angibt, ob oder ob nicht die Form
und/oder die Abmessungen eines Objekts vorgewählte
Grenzwerte einhalten. Ein solches Ausgangssignal kann z.B. eine
Alarmvorrichtung oder eine Fördererstopvorrichtung oder
einen Objektausstoßmechanismus betätigen.
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Eine bevorzugte Verarbeitungsschaltungsanordnung für die
Kameraausgangssignale beinhaltet eine Einrichtung, die
einen ersten Meßimpuls liefert, der die Vorderflanke in der
Abtastrichtung des Objekts repräsentiert, und einen zweiten
Meßimpuls, der die Hinterflanke desselben repräsentiert.
Der Abstand zwischen diesen Impulsen kann, wenn notwendig
hinsichtlich der Objektbewegung während der Abtastperiode
korrigiert, einen Meßwert der Objektgröße in einer Richtung
liefern. Das andere Kamerasignal (falls notwendig wieder
hinsichtlich der Bewegung korrigiert) ist in der Lage,
einen Meßwert der Objektgröße in Querrichtung zu liefern.
Somit können z.B. im Falle einer Dose zwei
Durchmessermeßwerte unter rechten Winkeln erzielt werden, und ein
Vergleich zwischen den beiden liefert einen Meßwert einfacher
Unrundheit. Die Analogverarbeitung der Videosignale, die
aus der Kameraeinrichtung erhalten werden, kann Meßwerte
der Breite des Randes der Dose in verschiedenen Punkten auf
ihrem Umfang liefern, was ermöglicht, die Dose auf
Verbeulen zu testen. Andere Fehler und Deformationen von Objekten
können auf ähnliche Weise erkannt und ausgewertet werden.
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Zur zuverlässigen und wiederholbaren Erfassung und Messung
ist es wichtig zu gewährleisten, daß die Ausgangssignale
aus der Kameraeinrichtung wesentliche Veränderungen in der
Amplitude aufweisen, wenn Merkmale des Objekts abgetastet
werden. Vorzugsweise weist deshalb die Teststation eine
Einrichtung auf, die eine im wesentlichen gleichmäßige
Beleuchtung der Stirnfläche des der Kameraeinrichtung
dargebotenen Objekts bewirkt.
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In einer bevorzugten Vorrichtung ist die
Vergleichseinrichtung in einem Computer vorgesehen, der zweckbestimmt
ausgebildet oder geeignet programmiert ist und in welchem die
Referenzdatensignale gespeichert sind, vorzugsweise mit
einer Einrichtung zur Einstellung und Veränderung derselben
durch den Benutzer. Ein solcher Computer ist in der Lage,
die aus der primären Verarbeitungsschaltungsanordnung
empfangenen Rohdaten (Meßsignale) weiterzuverarbeiten und die
während und anschließend an die Verarbeitung erzielten
Signale zu analysieren und zu vergleichen, z.B. unter
Verwendung sowohl von Referenzdaten als auch von Algorithmen,
bevor ein Ausgangssignal zum Steuern einer Vorrichtung, z.B.
eines Ausstoßmechanismus, erzeugt wird.
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Darüber hinaus liegt es auch im Rahmen der Erfindung,
Meßsignale innerhalb des Computers zu bilden, der in diesem
Falle ein digitalisiertes Ausgangsvideosignal empfangen
würde, indem die Ausgangssignale der Kameraeinrichtung
durch einen Analog/Digital-Wandler hindurchgeleitet werden.
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Schutz wird nur für die Ausführungsformen gesucht, die der
Patentanspruch umfaßt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beispielshalber beschrieben, wobei: -
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Fig. 1 schematisch eine Objekttestvorrichtung gemäß der
Erfindung veranschaulicht;
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Fig. 2 ein Blockschaltbild ist; und
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Fig. 3 eine Schar von Signalwellenformen umfaßt.
Beschreibung einer Ausführungsform.
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Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung nach der Erfindung ein
Gestell 10 auf, das eine Hülle 12 trägt und dafür
vorgesehen ist, einen Förderer 14 rittlings zu überdecken, auf dem
Dosen 16 gefördert werden, z.B. leere Dosen beim Transport
zu einem Füll- und Verschließsystem.
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An der Hülle 12 sind zwei CCD-Zeilenkameras 18, 20 zusammen
mit einer Lichtquelle 22 befestigt, die eine diffuse
Lichtquelle aus mehreren Wolframlampen, Leuchtstofflampen oder
eine Laserlichtquelle wie z.B. ein Helium-Neon-Laser sein
kann, der eine Lichtebene in einer Zylinderlinse erzeugt.
Die Kameras 18, 20 sind vertikal oberhalb des Weges der
sich bewegenden Dosen, die zu testen sind, der durch die
Hülle 12 hindurch führt, abgestützt, so daß sie die obere,
nominell runde Stirnfläche 24 derselben sehen, die durch
die Lichtquelle 22 beleuchtet ist. Eine Kamera ist mit
ihrer Abtastrichtung auf und längs des geometrischen Ortes
der Bewegung des Mittelpunkts der Stirnfläche 24
ausgerichtet; die andere Kamera ist rechtwinkelig dazu ausgerichtet
und führt aufeinanderfolgende Messungen normal zu der
Bewegungsrichtung aus, wenn die Dose unter ihr hindurchgeht.
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Außerdem ist in der Zeichnung ein elektronischer
Steuerkasten 26 gezeigt, in welchem eine primäre
Logikschaltungsanordnung
und ein Mikrocomputer untergebracht sind, die über
eine elektronische Steuertafel 28 zugänglich sind. Die
Hülle 12 hat außerdem eine entfernbare Inspektionstafel 30,
damit Dosen, die durch die Teststation hindurchgehen,
visuell inspiziert werden können, und um außerdem das Einführen
von Teststücken für Ausricht- und Eichzwecke zu
ermöglichen.
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Die erste Kamera 18 liefert z.B. einen Meßwert der
maximalen Breite (Durchmesser) der Dose von Rand zu Rand und der
Breite des Flankenrandes sowohl an der Vorder- als auch an
der Hinterkante. Darüber hinaus wird die Relativbewegung
der Dose, die durch diese erste Kamera erfaßt wird,
benutzt, um eine Abtastsynchronisation für die zweite Kamera
20 zu bewirken.
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Die elektronische Steuerschaltungsanordnung 26, die weiter
unten beschrieben ist, enthält eine Zeitsteueruhr zum
Steuern des Kamerabetriebes und der Datenverarbeitung, bei
Bedarf begleitet von einer Datenauslesung in eine
Datenregistriereinrichtung. Ein Zeilenabtastsynchronisiersignal wird
geliefert, um den Beginn einer neuen Zeile anzuzeigen.
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Die Kameravideosignale werden in bezug auf den
eingestellten Wert eines Diskriminators digitalisiert, und die
digitalisierten Signale werden verarbeitet und die Meßsignale
durch den Computer analysiert. Um Zuverlässigkeit und
Wiederholbarkeit der Messungen zu gewährleisten, wird die
Quelle 22 durch eine Gleichstromversorgung (nicht gezeigt)
gespeist, um eine konstante und gleichmäßige Beleuchtung
der Stirnfläche der durch die Kameras betrachteten Dose zu
erzielen.
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Stromabwärts der Teststation wird ein Auswerfmechanismus
(nicht gezeigt) durch ein Signal gesteuert, das von dem
Computer geliefert wird, um Dosen auszuwerfen, die die
gesetzten Standards der Form und der Abmessung, die
voreingestellt oder in den Computer einprogrammiert sind, nicht
einhalten.
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Gemäß Fig. 2, auf die nun Bezug genommen wird, enthält die
Steuerelektronik einen Taktgeber 31, der für die Erzeugung
von Steuersignalen innerhalb der CCD-Kamera 20 sorgt,
welche rechtwinkelig zu der Linie des Förderers abtastet. Eine
insgesamt analoge Schaltungsanordnung, die demselben
Mikrocomputer 32 zugeordnet ist, kann für die Kamera 18
vorgesehen sein. Die Schnittstelle zwischen der Kamera 20 und dem
Computer 32 umfaßt zusätzlich zu dem Taktgeber 30 eine
integrierte Schaltungslogik, die nun beschrieben wird.
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Ein Starte-neues-Zeile-Signal (SNL) wird erzeugt als ein
Untervielfaches des Abtasttaktes entweder durch eine
externe Steuerung (z.B. eine weitere Kamera, wie die Kamera
18) oder durch den Computer oder die Kamera kann wiederum
freilaufend sein. Der SNL-Generator 40 (oder der
Steuersignalgenerator in der Kamera) setzt den Neue-Zeile-erfaßt-
Zwischenspeicher (NLD) 42. Das Videosignal aus der Kamera
18 wird in ein Digitalsignal in dem Diskriminator (DISC) 44
durch Vergleich mit einem voreingestellten Referenzsignal
umgewandelt. Das digitalisierte Signal wird auf fehlende
oder marginale Impulse durch den Fehlender-Impuls-Detektor
(MPD) 46 geprüft und liefert ein Freigabesignal, das einen
Rand oder ein anderes interessierendes Merkmal an der Dose
angibt. Die Vorderflanke des MPD-Signals setzt den Start-
Impuls-Detektor-Zwischenspeicher (SPD) 48, und die
Hinterflanke setzt den Ende-Impuls-Detektor-Zwischenspeicher
(EPD) 50. Der Neue-Zeile-Detektor 42, der durch den SNL 40
eingestellt wird, zeigt den Start einer neuen Abtastzeile
an und wird durch den EPD 50 am Ende der ersten erfaßten
Flanke rückgesetzt. Ein Zähler 51 wird durch die
Vorderflanke des NLD 42 auf null rückgesetzt und zählt
anschließend die CCD-Kameradiodenabtastposition für diese Zeile.
Die Inhalte des Zählers werden in den Zwischenspeicher 54
durch den SPD-Zwischenspeicher 48 in Verbindung mit dem
NLD-Zwischenspeicher 42 übertragen, wodurch die
Vorderflankenkoordinate der Dose übertragen wird. Anschließend
überträgt
mit dem NLD-Zwischenspeicher-Rücksetzen der
EPD-Zwischenspeicher 50 aufeinanderfolgende
Hinterflankenkoordinaten in den Zwischenspeicher 56, bis am Ende der
Zeilenabtastung der Zwischenspeicher 56 die Koordinate für die
hintere Flanke der Dose enthält. Ebenso enthalten die Zähler
57 und 58 die Breite der ersten und letzten Flanke der
erfaßten Dose. Beide Zähler werden durch den MPD 46 und
Zähltaktimpulse freigegeben, während der MPD aktiv ist. Der
Zähler 57 zählt die Breite der Vorderflanke, während der
NLD aktiv ist und der Zähler 58 aufeinanderfolgende
Ereignisse zählt, wenn der NLD rückgesetzt wird, bis die Breite
der entfernten Flanke am Ende der Abtastzeile verbleibt:
jedes folgende Ereignis in der Zeile bewirkt, daß der
Zähler 58 durch den SPD-Zwischenspeicher 48 rückgesetzt wird,
obgleich nur dem ersten und dem letzten Ereignis in der
Zeile brauchbare Daten zugeordnet sind, wogegen dazwischen
gelegene Ereignisse im allgemeinen störend sind. Im Falle
einer einzelnen Flanke, die erfaßt wird, wird der Zähler 58
null enthalten.
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Daten werden zu dem Mikrocomputer 32 unter der Steuerung
des NLD-Zwischenspeichers 42 übertragen. Wenn der NLD 42
rücksetzt, zeigt eine Unterbrechung an, daß Daten in dem
Zwischenspeicher 54 und dem Zähler 57 bereit zum übertragen
sind. Am Ende der Abtastzeile oder, wenn NLD 42 in der
folgenden Abtastzeile aktiv wird, zeigt eine weitere
Unterbrechung an, daß Daten in dem Zwischenspeicher 56 und dem
Zähler 58 zum übertragen bereit sind. In dem Falle einer
einzelnen Flanke, die erfaßt wird, wird die einzige
Unterbrechung am Ende der Abtastzeile sein; wenn der Inhalt des
Zwischenspeichers 54 null ist, ist keine Flanke erfaßt
worden.
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Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen. Der obere Teil der
Darstellung zeigt eine Abtastzeile 70 über einer
Dosenoberseite, die einen Fehler 72 hat, und die Wellenformen
darunter zeigen die resultierenden Signale, welche in den
verschiedenen logischen Schaltungskomponenten erzeugt werden,
die oben mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben worden sind. Jede
Wellenform ist markiert, um die relevante Komponente
anzugeben, zu der sie gehört. Die erzeugten Meßsignale sind
:a) die Vorderflankenposition in dem Zwischenspeicher 54; b)
die Hinterflankenposition in dem Zwischenspeicher 56; c)
die Breite des Randes an der Vorderflanke in dem Zähler 57;
d) die Breiten des Fehlers und des Randes an der
Hinterflanke in dem Zähler 58.
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In dem Computer 32 sind Referenzwerte gespeichert, welche
die Grenzwerte zum Akzeptieren der Dose in bezug auf
Verzerrungen der Form und Abmessungsveränderungen festlegen.
Wenn die Meßsignale die gesetzten Grenzen nicht einhalten,
kann eine Dosenausstoßvorrichtung unter der Steuerung des
Computers automatisch betätigt werden.
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Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf das Erfassen
von einfacher Unrundheit und Verbeulung. Es ist jedoch
klar, daß zwei Kameras vorhanden sein können (oder eine
zweidimensionale Kamera oder ein anderes Äquivalent),
welche die Dose in gegenseitig quer angeordneten Richtungen
abtasten, und daß während des Durchgangs durch die
Teststation eine große Vielzahl von Abtastungen in der Lage ist,
eine große Anzahl von Meßsignalen dem Computer zu liefern.
Der Computer kann voreingestellt oder programmiert sein, um
diese Signale kumulativ zu verarbeiten und die Form sowie
die Abmessungen der Dose genauer hinsichtlich Fehlern der
Form und der Abmessungen auszuwerten, z.B. mit Hilfe von
Algorithmen, die in seinem Speicher abgespeichert sind.
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Daher können Fehler in dem Flankenrand der Dose erfaßt
werden durch a) Vergleichen der Breite des Randes an der
Vorder- und Hinterflanke; b) Vergleichen der Änderung in den
Randbreiten zwischen aufeinanderfolgenden parallelen
Abtastungen c) Integrieren der Randbreitenmeßwerte über einem
Bogen um die Dose und Durchführen eines Vergleiches der
integrierten Werte. Analog ist es durch überwachen der
Änderung in der Vorder- und Hinteflankenposition durch
aufeinanderfolgende
Abtastungen möglich, auf komplizierte
Unrundheiten und andere Abweichungen von der Rundheit zu prüfen,
die durch einen einfachen Vergleich der maximalen
Durchmesser in zwei Koordinatenrichtungen nicht hervorgehen.
Allgemein kann Unrundheit geprüft werden durch:- a) Vergleichen
der Durchmesser in zueinander rechtwinkeligen Richtungen,
wie oben erwähnt; b) Prüfen, daß der maximale Durchmesser
in dem Mittelpunkt der rechtwinkeligen Achse ist; c)
Prüfen, daß der Median der Dose, gemessen auf der geeigneten
Achse, eine konstante Position hat.
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Allgemeiner ausgedrückt, die oben beschriebene Vorrichtung,
die einen geeignet zugeordneten oder programmierten
Computer enthält, ist in der Lage:-
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(a) die Deformation eines Objekts zu bestimmen durch
Vergleichen der Maximalmeßwerte in zwei rechtwinkeligen
Achsen unter Verwendung von zwei Zeilanabtastkameras,
während Gegenstände in kontinuierlicher Bewegung auf
einem Förderer sind;
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(b) die Deformation eines Gegenstands zu erfassen, der um
die Bewegungsachse symmetrisch ist, durch Messen der
Breite rechtwinkelig zu der Bewegungsachse, den Median
des Objekts zu bestimmen durch Bestimmen der Position
der beiden äußeren Flanken für aufeinanderfolgende
Abtastungen und damit die Abweichung des Medians in bezug
auf die Bewegungsachse;
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(c) die Unrundheit eines Objekts zu erfassen, das den
abtastenden Kameras eine runde Stirnfläche darbietet;
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(d) die Breite von einer (mehreren) Flanke(n) des Objekts
zu bestimmen durch Abtasten in einer Richtung,
Speichern der Breite der Vorderflanke, dann Speichern der
Breite von aufeinanderfolgenden Ereignissen, Rücksetzen
der Breite jedes Ereignisses bei der Erfassung eines
weiteren Merkmals, bis am Ende der Abtastung das letzte
Ereignis die Breite der Hinterflanke repräsentiert;
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(e) nachdem die Aufeinanderfolge von Flankenbreiten eines
Gegenstands bestimmt worden ist, Abweichungen in der
Gleichmäßigkeit der gesamten Flankenoberfläche für den
gesamten Gegenstand zu berechnen;
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(f) die Abtastung in der Achse parallel zu der
Bewegungsachs zu benutzen, um gleiche beabstandete
Abtastungen in der anderen Achse rechtwinkelig zu der
Bewegungsachse zu erzeugen und dadurch eine
intermittierende oder variable Geschwindigkeit des Gegenstands
längs der Förderers zu gestatten;
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(g) runde Gegenstände (insbesondere Dosen) auf Unrundheit
zu prüfen;
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(h) mit Lippen versehene Gegenstände (insbesondere Dosen)
auf eine Deformation der Lippe zu prüfen.
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Eine mögliche Modifikation in Verbindung mit den obigen
Merkmalen (g) besteht darin, zwei Kameras zu benutzen, die
parallel abtasten, eine zum Erfassen des Beginns und eine
zum Erfassen des Endes eines Dosenrandes.