用于檢查容器的設備和方法
【專利摘要】公開了一種檢查容器處理機器中的容器(2)的設備(1)，設備(1)包括光學的探頭(6，6a?6e)，為了檢測表面非規律性物質(5a，5b，17a，17b，20a，20b)，探頭(6，6a?6e)被設計為提供平面分辨率和/或體積分辨率的光學相干斷層成像探頭。
【專利說明】
用于檢查容器的設備和方法
技術領域
[0001]本發明涉及具有方案I和/或方案11的前序部分的特征的用于檢查容器的設備和方法。
【背景技術】
[0002]通常地，在容器處理機器中制造、分揀、清潔、灌裝、密封和/或包裝容器。另外，可能的是，在可再使用的容器返回飲料制造商之前利用容器處理機器分揀可再使用的容器。為了確保容器和/或灌裝在所述容器中的產品的質量，在單個處理步驟之前、之時和/或之后利用檢查設備檢查容器。
[0003]由此，除了其它以外，使用光學測量和監測方法，其中利用各種發光裝置、鏡柜(mirror cabinet)、相機等攝取(absorb)容器。然后，借助于圖像處理裝置評價如此獲得的相機圖像，以便鑒別例如容器中的異物。在該方法中，可能會發生:在有色容器的情況下，相機圖像的對比度不足，從而無法可靠地檢測異物。
[0004]此外，已經使用X-射線法來嘗試檢測容器中的異物。由此，顯而易見的是，由于例如玻璃碎片具有與玻璃瓶自身類似的材料密度，所以借助于X-射線難以檢測出玻璃碎片。此外，諸如漂浮物等的特定異物具有相對低的密度并僅非常弱地吸收X-射線。因此，關于這一點，也可能會發生無法可靠地檢測異物。
[0005]此外，對于空容器的清洗已知的是，因為不能足夠可靠地檢測污染物，所以根據能夠想到的最高程度的污染物來處理所述容器。
[0006]另外，已知不同的飲料制造商通常具有類似的容器，容器間的區別僅在于容器上的壓花不同。由于難以檢測該壓花，所以可能會發生在分揀期間無法將容器分配給正確的飲料制造商。
【發明內容】
[0007]因此，本發明所要解決的問題是提供用于檢查容器的設備和方法，該設備和方法能夠可靠地檢測容器上或容器中的異物、污染物和/或浮雕狀表面標識(例如，壓花)。
[0008]在具有方案I的前序部分的特征的用于檢查容器的設備中，利用根據特征部分的特征來解決該問題，根據特征部分的特征，用于檢測表面非規律性物質的光學探頭被設計為提供平面分辨率和/或體積分辨率的光學相干斷層成像探頭。
[0009]從EP I 887 312 Al和WO 2009/124969的說明書已知光學相干斷層成像的原理，并且光學相干斷層成像主要使用在諸如皮膚科或眼科等的臨床領域。例如，光學相干斷層成像用于以微觀尺寸范圍檢驗上皮膚層和/或眼底。可選地，相干斷層成像還稱作白光干涉。
[0010]此外，從DE10 2011 055735 Al已知具有多個探頭的光學相干斷層成像系統，其中在單個測量點識別容器的厚度。
[0011]出人意料地，現在已經清楚的是，提供平面分辨率和/或體積分辨率的光學相干斷層成像探頭會以特別可靠的方式檢測容器上的表面非規律性物質。光學相干斷層成像可與超聲波成像技術相媲美，其中代替超聲波利用光來掃描樣品。由此，取決于表面非規律性物質的材料和所使用的光波長，光在各材料邊界和/或各材料過渡處部分地射回。然后，借助于光學相干斷層成像探頭評價被射回的光的散射深度(depth of dispers1n)。歸因于探頭被設計成具有平面分辨率和/或體積分辨率，能夠確定表面非規律性物質的位置和形狀兩者。因此，能夠利用設備特別可靠地檢測諸如異物、污染物和/或浮雕狀表面標識等的表面非規律性物質。
[0012]用于檢查容器的設備能夠配置在飲料加工站中。容器處理站能夠為容器制造設備(例如，拉伸吹塑機)、沖洗機、分揀機、空瓶檢查機、灌裝機、密封機、滿瓶檢查機和/或包裝機。設備能夠配置在用于將產品灌裝到容器中的灌裝站的下游。設備還能夠配置在用于PET瓶的拉伸吹塑機的下游。設備還能夠配置在用于可再使用的瓶的分揀設備中，或者配置成用于灌裝液位檢查或密封控制的模塊化監測設備的一部分。
[0013]容器被設置成灌裝有飲料、衛生用品、糊劑、化學品、生物品和/或藥品。容器能夠為塑料瓶、玻璃瓶、罐和/或管。特別地，塑料容器能夠為PET、PEN、HD-PE或PP容器和/或瓶。同樣地，容器能夠為可生物降解的容器或瓶，該容器或瓶的主要成分由諸如甘蔗、小麥或谷物等的可再生資源構成。
[0014]容器處理機器和/或檢查設備能夠包括用于傳送容器的輸送機。輸送機能夠為傳送帶或轉盤。設備能夠包括使容器相對于探頭轉動和/或移位的容器輸入裝置(input)。
[0015]探頭能夠包括任選地為干涉儀的光學系統。干涉儀能夠被形成為邁克爾遜干涉儀或馬赫-曾德爾干涉儀。光學系統能夠包括透鏡、反射鏡(mirror)、調節單元和/或分束器。干涉儀能夠被形成為借助于分束器將光源的光分成目標路徑和參考路徑并使光源的光隨后經由所述路徑或經由另一分束器合并進入干涉路徑。探頭能夠包括布置在干涉儀的干涉路徑中的光傳感器。換言之，干涉路徑能夠配置在干涉儀中、配置在分束器與光傳感器之間。
[0016]探頭能夠包括光譜范圍為600nm-1700nm(接近紅外)的光源，任選地，該光源為超輻射發光二極管或發光二極管。歸因于光源在600nm-1700nm的光譜范圍工作，也能夠以可見的光波范圍掃描具有低透明度的容器，并且能夠特別良好地檢測表面非規律性物質。
[0017]為了信號時域分析，探頭能夠包括具有長度可調的干涉和/或目標路徑的干涉儀。通過長度可調的參考和/或目標路徑，能夠特別容易地掃描容器的深度。干涉儀能夠包括用于改變參考和/或目標路徑的長度的可調的反射鏡或棱鏡。反射鏡或棱鏡能夠移位或轉動。與反射器類似，反射鏡或棱鏡能夠形成有多個鏡面。在上下文中，“信號時域分析”能夠意味著沿著光信號的傳播方向掃描該光信號。
[0018]為了信號頻域分析，探頭能夠包括具有光柵或棱鏡的干涉儀，該光柵或棱鏡配置在干涉路徑中。因此，能夠在不機械調整目標路徑或參考路徑的情況下確定散射深度。因此，無須使用用于調節干涉儀的精密引導件或發動機，使得探頭特別節省成本。“信號頻域分析”能夠意味著借助于光柵或棱鏡將干涉路徑中的光分成其光譜分量。光柵能夠具有比光源的光波長小的光柵常數。光柵能夠為反射光柵或透射光柵。用于使光在光傳感器上聚焦的透鏡能夠配置在干涉路徑中、配置在光柵的正前方或正后方。
[0019]為了平面和/或體積掃描，探頭能夠包括掃描單元。歸因于利用掃描單元掃描容器的體積和/或平面，光學系統和/或光傳感器能夠以特別簡單的方式構成。掃描單元能夠包括電機、旋轉編碼器、振鏡(galvanometer)、透鏡和/或反射鏡。電機或振鏡能夠被形成為使透鏡或反射鏡旋轉。同樣地，可能的是，為了平面和/或體積掃描，探頭包括具有多個轉動軸線的掃描單元或串聯配置的多個掃描單元。
[0020]探頭能夠包括具有多個感光元件的線或區域傳感器。傳感器能夠為例如CMOS或CCD傳感器。線和/或區域傳感器能夠與信號分析單元連接。信號分析單元能夠與線和/或區域傳感器一起配置在相機中。
[0021]線和/或區域傳感器能夠包括至少兩個信號分析單元，該至少兩個信號分析單元并行地工作并均與部分感光元件連接。歸因于此，能夠特別快速地評價由這些元件測量到的光信息。信號分析單元能夠集成于傳感器芯片。
[0022]線和/或區域傳感器能夠包括用于每個感光元件的單獨的信號分析單元。因此，能夠同時評價所有元件的光信息，進而能夠特別快速地檢查容器。單獨的信號分析單元能夠集成于傳感器芯片。
[0023]探頭能夠與信號分析單元連接，該信號分析單元被形成為用于基于傳感器信號計算容器和/或表面非規律性物質的平面和/或體積分辨率數據。因此，能夠特別有效地處理探頭的信號。信號分析單元能夠配置在探頭中或與探頭分離地配置。信號分析單元能夠包括配置在探頭中或配置在外部計算機中的數字信號處理器。
[0024]探頭的測量區域能夠與容器的底部或容器的頸部對準。通過探頭與容器的底部的對準，探頭能夠以低的掃描深度特別容易地檢測位于容器的底部的異物。可選地或另外地，探頭能夠配置于容器頸部，以便檢測浮在灌裝在容器中的產品中的異物。由此，能夠特別良好且可靠地檢測諸如漂浮物等的異物。
[0025]此外，本發明利用方案11提供用于檢查容器處理機器中的容器的方法，其中利用光學探頭檢查容器，其特征在于，探頭借助于提供平面分辨率和/或體積分辨率的光學相干斷層成像法檢測表面非規律性物質。
[0026]由于能夠借助于光學相干斷層成像法沿著容器表面和深度兩者檢測容器，所以能夠特別良好地鑒別表面非規律性物質。
[0027]在該方法中，容器能夠灌裝有產品，并且能夠檢測作為表面非規律性物質的位于產品的分界表面的異物。異物能夠為例如漂浮物或玻璃碎片。這確保了到達消費者的是無異物的產品。分界表面能夠包括產品和容器的內表面之間的邊界。分界表面能夠包括容器中的產品與位于產品上方的氣體體積之間的邊界(該分界表面通常稱作“鏡面”)。
[0028]在該方法中，在灌裝容器之前，能夠檢測作為表面非規律性物質的位于容器內表面的污染物。污染物能夠例如為霉菌(mo Id )、來自煙的灰渣、灰塵和/或產品剩余物。由此，能夠在灌裝之前分揀出被污染的容器。還可能的是，檢查容器的外表面的污染物。
[0029]同樣地，還可能的是，根據污染物來控制和/或選擇容器的清洗處理。例如，在特別粘的污染物的情況下，容器能夠經受特殊的化學清洗處理。然而，如果容器被略微粘的灰塵污染，則僅沖洗容器即可。因此，容器的清洗特別節約能源和節省能量。
[0030]在該方法中，能夠利用探頭檢測作為表面非規律性物質的位于容器上的浮雕狀表面標識并能夠利用評價單元鑒別該浮雕狀表面標識。因此，能夠特別可靠地根據產品類型和/或飲料制造商來分配容器。浮雕狀表面標識能夠為由容器材料制成的雕刻和/或凸起的標識。表面標識能夠被形成為符號或字(typeface)。
[0031]關于方案1-10的前述特征能夠單獨地組合或與方案11-15的特征任意組合。
【附圖說明】
[0032]以下將基于附圖中示出的實施方式說明本發明的其它特征和優點。附圖示出:
[0033]圖1是示出用于檢查容器的設備的實施方式的側視圖；
[0034]圖2是示出利用信號時域分析的光學相干斷層成像探頭的俯視圖；
[0035]圖3是示出利用信號頻域分析的光學相干斷層成像探頭的俯視圖；
[0036]圖4示出用于檢查容器的設備的另一實施方式，其中識別污染物以控制清洗處理；和
[0037]圖5示出用于檢查容器的設備的另一實施方式，其中鑒別浮雕狀表面標識以分揀容器。
【具體實施方式】
[0038]圖1示出了用于檢查容器2的設備I的實施方式的側視圖。圖1示出了借助于第一輸送機4沿方向R將容器2輸送進入檢查設備I。在檢查設備I中，利用光學相干斷層成像探頭6a和6b檢驗容器2的異物5a和5b。如果最終在容器2中發現異物5a、5b，則隨后將經由第二輸送機4將容器2引入分揀處理(這里未示出)，在分揀處理中，分揀出被污染的容器2。然而，如果產品3完好，則將容器2引入包裝單元，在包裝單元中，將多個容器2包成包裝體。
[0039]這里，兩個探頭6a和6b被形成為提供體積分辨率(volume resolut1n)的光學斷層成像探頭。由此，第一光學相干斷層成像探頭6a具有測量體積Va。在該測量體積Va*，通過體積分辨率識別(record)容器的底部2a和位于容器的底部2a上方的產品3。如果在產品3與容器的底部2a之間的分界區域(limitarea)3a中存在諸如玻璃碎片等的異物5a，則由光學相干斷層成像探頭照射的光將在異物5a上反射，并且能夠被探頭6a鑒別。
[0040]此外，能夠看出，第二光學相干斷層成像探頭6b利用測量體積Vb識別產品3與容器頸部2b中的位于產品3上方的氣體之間的分界表面3a。這里，在分界表面3a上示出了能夠為例如浮在產品3的液面上的漂浮物(fly)的異物5b。由光學相干斷層成像探頭6b照射的光被異物5b反射并能夠被識別在測量體積Vb內。
[0041]歸因于借助提供體積分辨率的光學相干斷層成像探頭6a和6b的檢查，能夠可靠地檢測出被灌裝的容器2中的異物并能夠分揀出不良的容器2。
[0042]關于這一點，還可能的是，例如在平坦的容器底部2a的情況下，光學相干斷層成像探頭僅提供平面分辨率。
[0043]圖2示出了提供體積分辨率的光學相干斷層成像探頭的俯視圖，該光學相干斷層成像探頭能夠例如使用在圖1的設備I中或使用在以下圖4和圖5的實施方式中。圖2示出了被形成為邁克爾遜干涉儀(Michelson-1nterferometer)的光學相干斷層成像探頭6。這里，還能夠想到諸如馬赫-曾德爾干涉儀(Mach-Zehnder-1nterferometer)等的其它干涉裝置。
[0044]由此，光源7被形成為照射光譜范圍為600nm-1700nm的光的超輻射發光發光二極管。由此，光源7的光沿光路具有特別短的時間相干性，并且在光束的截面上具有特別大的空間相干性。首先，利用透鏡12使光源7的光在光路L中準直，并且光源7的光被引向將該光分向目標路徑O和參考路徑R的分束器8。例如，在這個過程中，將10%的光引向參考路徑R，將90%的光引向目標路徑O。然而，諸如20:80、30:70、40:60或50:50等的其它分割比例也是可能的。
[0045]為了信號時域分析，參考路徑R被設計成具有可變的長度，其中參考鏡9能夠沿著方向D移動(例如，借助于線驅動器)。光從參考鏡9被引導回分束器8并穿過所述分束器、通過干涉路徑I被引向區域傳感器U。在目標路徑O中，光從分束器8開始、穿過透鏡10被引向容器2。由于光接近紅外光，所以光還能夠以良好的方式透過有色的容器2。然后，光在容器底部2a的內表面和外表面以及異物5a上成比例地反射，并且穿過透鏡10被引導回分束器8、引向干涉路徑I。來自目標路徑O和參考路徑R的光在被設計為例如CMOS傳感器的區域傳感器11上干涉。此外，透鏡10使測量體積Va顯示在區域傳感器11上，在區域傳感器11處，測量體積Va被單個的感光元件在橫向上分解(dissolve)。
[0046]當參考路徑R和目標路徑O中的光路完全相同時，歸因于光源7的短的時間相干性，干涉路徑I中的干涉特別地強。例如，如果目標路徑O中的在異物5a上散射之后的光路與參考路徑R上的對應光路完全相等，則光將在區域傳感器11的對應的感光元件上干涉。為了掃描測量體積Va中的不同深度，逐漸地或連續地移動參考鏡9，并且利用信號分析單元22評價(evaluate)區域傳感器11的圖像序列。能夠通過區域傳感器11的各感光元件的最大干涉信號得到測量體積Va中的對應的散射(dispert1n)深度。
[0047]這里，區域傳感器11具有多個感光元件，各感光元件被分配給單獨的信號分析單元22。因此，能夠并行地分析單個元件的光信號，并且能夠特別快速地移動鏡9。因此，能夠特別快速地掃描測量體積Va。可選地，還可能的是，存在用于分別評價多個感光元件的較少數量的信號分析單元22或剛好一個信號分析單元22。例如，在計算機中信號分析單元22能夠被配置為單獨的圖像處理單元。
[0048]圖3示出了提供體積分辨率的被形成為用于信號頻域分析的光學相干斷層成像探頭6的圖。與圖2中示出的類似，這里的探頭6被設計為邁克爾遜干涉儀。然而，歸因于參考鏡9是固定的，并且歸因于光被光柵13分成該光的單個波長分量，對于干涉路徑I中的深度分辨率來說，干涉儀是不同的。
[0049]這里，光源7也被形成為超輻射發光發光二極管并照射波長范圍為600nm-1700nm的光。在分束器8之后，參考路徑R部分的光被引向參考鏡9并通過分束器8、返回參考路徑I。另一部分光被分束器8反射并到達目標路徑0、穿過透鏡10、到達掃描單元16、反射到容器2上。透鏡10被形成為使從點P反射回的光經由光柵13顯示在線傳感器15上。
[0050]因此，識別了包含所有深度信息的干涉光譜。然后，借助于逆傅立葉變換(inverseFourier transformat1n)，將頻譜轉換成空間坐標系，我們獲得了以深度示出異物5a的位置的空間深度掃描。
[0051]此外，掃描單元16被示出為能夠繞著軸線Ax和Ay旋轉的鏡。由此，光束S主要沿著容器底部2a轉移，從而橫向掃描了測量體積乂3。
[0052]利用圖3所示的提供體積分辨率的光學相干斷層成像探頭6，我們從信號分析單元22獲得了整個測量體積體積分辨率數據識別。因此，能夠特別良好地檢測出容器2中的異物5a。
[0053]在原理上，能夠在容器2的任意區域中使用圖2和圖3所示的提供體積分辨率的光學相干斷層成像探頭6。
[0054]圖4示出了用于檢查容器2的設備I的另一實施方式，該另一實施方式用于檢測容器2中的污染物17a、17b。
[0055]在設施中，檢查設備I具有提供體積分辨率的例如兩個光學相干斷層成像探頭6c和6d，這兩個光學相干斷層成像探頭6c和6d能夠分別根據圖2或圖3而形成。光學相干斷層成像探頭6c和6d與根據檢查結果控制切換器18的中央控制系統23連接。
[0056]例如，容器為從消費者返回飲料制造商的可再使用的容器2。首先，借助于輸送機4沿輸送方向R將容器供送到設備I中。在設備I中，借助于探頭6c和6d檢查容器的污染物17a、17b。在略微粘的諸如灰塵等的污染物17a的情況下，經由切換器18將容器供送到清洗裝置19a中并沖洗容器。歸因于該處理，一方面，節省了清洗期間的能量，另一方面，不必不必要地處理或處置化學清洗劑。然而，如果檢查設備I檢測到特別強的諸如霉菌等的污染物17b，則借助于切換器18將容器2供送到清洗裝置19b，在清洗裝置19b中，利用化學清洗劑特別可靠地清洗該容器。這確保了在灌裝產品之前特別可靠地去除霉菌。
[0057]圖5示出了用于檢查容器2的設備I的實施方式，其中鑒別浮雕狀表面標識20a、20b，以便分揀容器。在這種情況下，設備中的檢查裝置I也形成有根據圖2或圖3的提供體積分辨率的光學相干斷層成像探頭6e。
[0058]設備例如安裝在飲料市場處。在飲料市場處，將消費者返回的可再使用的容器2放在輸送機4上并沿方向R供送到檢查裝置I中。利用提供體積分辨率的光學相干斷層成像探頭6e掃描容器2，并識別浮雕狀表面標識20a和20b。例如，容器為具有不同突起20a和/或20b的啤酒瓶，根據制造商的不同，突起20a和/或20b被形成為不同的符號。通過探頭6eK別突起20a和/或20b，并評價突起20a和/或20b。由于還能夠借助于光學相干斷層成像法在深度上掃描容器2，所以能夠特別可靠地識別突起20a和20b。
[0059]向控制系統23傳輸探頭6e的測量數據，然后，控制系統23將根據識別的浮雕狀表面標識20a和/或20b以如下方式轉換切換器18:根據對應的啤酒類型以分揀的方式將容器2置于啤酒箱21a和/或21b中。因此，僅將具有浮雕狀表面標識20a的容器供送到啤酒箱21a中，僅將具有浮雕狀表面標識20b的容器供送到啤酒箱21b中。
[0060]能夠借助于提供體積分辨率的光學相干斷層成像探頭6e特別可靠地檢測出浮雕狀表面標識20a、20b并能夠分揀容器2。
[0061]在與圖1-圖5相關的上述裝置I中，根據前述方法利用探頭6檢查容器2，其中借助于提供平面分辨率和/或體積分辨率的光學相干斷層成像法檢測表面非規律性物質。
[0062]清楚的是，前述實施方式中提及的特征不限于這些特定組合，因此能夠為其它任意組合。
【主權項】
1.一種用于利用光學的探頭(6，6a-6e)檢查容器處理機器中的容器(2)的設備(I)， 其特征在于， 為了識別表面非規律性物質(5a，5b，17a，17b，20a，20b)，所述探頭(6，6a_6e)被形成為提供平面分辨率和/或體積分辨率的光學相干斷層成像探頭。2.根據權利要求1所述的設備(I)，其特征在于，所述探頭(6，6a-6e)包括光譜范圍為600nm-1700nm的光源(7)，任選地，所述光源(7)為超輻射發光二極管或發光二極管。3.根據權利要求1或2所述的設備(I)，其特征在于，為了信號時域分析，所述探頭(6，6a_6e)包括具有長度可調的參考路徑(R)和/或目標路徑(O)的干涉儀。4.根據前述權利要求中至少一項所述的設備(I)，其特征在于，為了信號頻域分析，所述探頭(6，6a-6e)包括具有光柵(13)或棱鏡的干涉儀，所述光柵(13)或棱鏡配置在干涉路徑⑴中。5.根據前述權利要求中至少一項所述的設備(I)，其特征在于，為了平面掃描和/或體積掃描，所述探頭(6，6a-6e)包括掃描單元(16)。6.根據前述權利要求中至少一項所述的設備(I)，其特征在于，所述探頭(6，6a_6e)包括具有多個感光元件的線或區域傳感器(11，15)。7.根據權利要求6所述的設備(I)，其特征在于，所述線或區域傳感器(11，15)包括至少兩個信號分析單元(22)，所述至少兩個信號分析單元(22)并行地工作并均與部分所述感光元件連接。8.根據權利要求6或7所述的設備(I)，其特征在于，所述線或區域傳感器(11，15)包括用于每個感光元件的單獨的信號分析單元(22)。9.根據前述權利要求中至少一項所述的設備(I)，其特征在于，所述探頭(6，6a_6e)與信號分析單元(22)連接，該信號分析單元(22)被形成為用于基于傳感器信號計算所述容器和/或所述表面非規律性物質的平面和/或體積分辨率數據。10.根據前述權利要求中至少一項所述的設備(I)，其特征在于，所述探頭(6，6a_6e)的測量區域與所述容器的底部和/或頸部(2a，2b)對準。11.一種用于檢查容器處理機器中的容器(2)的方法，其中利用光學的探頭(6，6a-6e)檢查所述容器(2)， 其特征在于， 所述探頭(6，6a_6e)借助于提供平面分辨率和/或體積分辨率的光學相干斷層成像法識別表面非規律性物質(5a，5b，17a，17b，20a，20b)。12.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，用產品(3)灌裝所述容器(2)，并且識別作為表面非規律性物質的位于所述產品(3)的分界表面(3a，3b)的異物(5a，5b)。13.根據權利要求11或12所述的方法，其特征在于，在灌裝所述容器(2)之前，識別作為表面非規律性物質的位于容器內表面的污染物(17a，17b)。14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，根據所述污染物(17a，17b)來控制和/或選擇所述容器(2)的清洗處理。15.根據權利要求11至14中至少一項所述的方法，其特征在于，利用所述探頭(6，6a-6e)識別作為表面非規律性物質的位于所述容器(2)上的浮雕狀表面標識(20a，20b)并利用評價單元(23)鑒別該浮雕狀表面標識。
【文檔編號】G01N21/90GK106030291SQ201580010501
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年1月22日
【發明人】喬奇恩·克魯格
【申請人】克朗斯股份公司