专利名称：用于检查多个物体、材料层或类似物构成的组件的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检查多个部分，特别是多个物体、材料层或类似物构成的组件如卷烟组、卷筒、材料带等的装置，在一检查装置中使用具有一系列光敏检查元件的检查构件，以及一评价装置检查其完整的和/或正确的结构。
在包装技术中，主要是在包装机中，必须检查不同物体的正确结构，也要检查消耗情况(如包装材料)。以前使用的机械检查构件不再适用于新型的高效率包装机。因此，更经常地需要使用光电子监测构件，以便连续地或不时地检查物体的正确结构。
在包装卷烟中也必须进行多阶段监测和检查任务。因此，对于每一个卷烟盒来说，必须监测卷烟组的完整和正确的组成，以及监测包装材料的正确结构等。
本发明的目的是提供一种监测装置，它可以被多种方式地应用，特别是应用在快速包装机中，并提供正确的检查结果。
为了达到上述目的，按照本发明的装置的特征在于它的检查构件是CCD线性阵列芯片，(CCDlineary array chip)，它带有多个作为检查元件的光敏件，CCD线性阵列芯片与被检查的物体或材料带层成横向，从而通过CCD线性阵列芯片可以检查被检查的物体的轮廓。
大家知道，CCD线性阵列芯片是一种长形的光电子构件，它带有一个邻接一个设置的多个光敏元件，并且按照所接受的光线将电子信号送至一个评价装置。按照本发明，作为检查装置的一部分或检查构件，这种CCD线性阵列芯片的取向使其纵向长度与被检查的物体(例如卷烟)、材料层(例如卷筒的材料层)或材料带(一个在另一个上方地多层布置)成横向。检查装置或检查构件最好配置以最佳方式照明被检查物体的光源。另外，在CCD线性阵列芯片的上游最好设置一个光学系统或一个透镜膜片系统，它将收到的光线以适当的方式送至CCD线性阵列芯片。在这个过程中，一个或多个透镜膜片可保护CCD线性阵列芯片免受外部光源影响，也可改善聚焦。
由CCD线性阵列芯片测到的轮廓在评价装置中受到处理，特别是借助基准图像受到调节。
现在对照以下附图更详细描述本发明的细节和特征，特别是本发明的推荐实施例。
图1以纵剖图表示带有卷烟组检查件的卷烟组输送器。
图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ剖面的图1所示装置的横剖图。
图3是沿图1中Ⅲ-Ⅲ剖面的图1所示装置的横剖图。
图4是图1所示装置的平面图。
图5是图1至4所示装置的测出的强度信号的曲线图。
图6以卷筒的径向剖视图表示卷筒、缠绕的材料带及检查装置。
图7以放大的比例表示图6实施例的检查装置。
图8是图6和7所示装置的测出的强度信号的曲线图。
图9以垂向剖视图表示材料带的检测装置。
图10是图9所示装置的测出的强度信号的曲线图。
图11是连续材料带的检查装置的示意横剖图。
图12以材料带的纵剖图表示图11所示装置。
这些附图表示监测或检查装置的多个实施例，其中使用长形CCD线性阵列芯片10作为检查件来检测经过检查件的物体的表面或外形，然后，这些物体由评定装置(未画出)进行处理。在上述过程中，物体在垂直于CCD线性阵列芯片10的纵向的方向上运行。在本例中，以不同的亮度值为基础检测物体表面结构的轮廓，该轮廓是在与运动方向垂直方向上运行的。物体也可以沿着CCD线性阵列芯片10的纵向作纵向移动。然后，以不同的亮度为基础记录表示结构沿运动方向运行的轮廓。
或者，也可以借助CCD线性阵列芯片10在永久或分阶段监测的基础上检测固定物体的变化结构。所有应用实例涉及包装技术领域，特别是卷烟的包装技术。
图1至图5所示实施例涉及对卷烟11，特别是卷烟组12的监测，其数量和构成涉及到卷烟盒的内容物。在图示实施例中，卷烟组12包括三层13,14,15。按照通常的构成，两个外层13和15包括7支卷烟，中层包括6支卷烟11。中层的卷烟放置在外层13,15的卷烟11的鞍形位置上。
这样形成的卷烟组12沿卷烟轨道16输送，卷烟是沿输送方向取向的。在本例中，卷烟组12在竖直侧轨18,19之间放置在下轨板17上。卷烟组12最好由驱动器21相互间隔地连续输送。驱动器21安装在环形输送件如链条上，穿过轨板17上的槽22。
卷烟组12移过设置在卷烟轨道16的区域中的一个检查装置23。所述检查装置设置在卷烟轨道16的顶侧上，具体来说，在顶轨20上的一个切口中。检查装置23包括一个壳体24，其所有侧面是封闭的，在面对卷烟组12的下侧面上有一个检查孔25。检查孔25在卷烟组12或卷烟轨道16的整个宽度以槽缝状延伸。
但是，上述壳体也可以具有一个设置在检查孔25的侧面上的一个封闭板25a。所述封闭板25a设计成可互换的，且可卸式连接于壳体24，因而取决于所形成的卷烟组12可以采用不同的封闭板25a。
在检查装置23中即在壳体24中设置一个CCD线性阵列芯片10作为检查件；其纵向垂直于卷烟组，因而与运动方向垂直或平行。CCD线性阵列芯片10的结构使卷烟组12的顶侧即上层13当经过CCD线性阵列芯片10时由其在整个宽度上作光学检测。
为此目的，CCD线性阵列芯片10布置在壳体24中的一个腔或座架26中，通过光和/或光信号的通孔检查卷烟11或卷烟组12。在上述通孔中设有光学或透镜膜片系统27，特别是一个凸镜，它将卷烟组12的顶侧面聚焦在CCD线性阵列芯片10上，因而使CCD线性阵列芯片10可从光学检测顶层13中的所有卷烟11。
检查装置23包括用于照亮被检查物体即卷烟组12的上部区域的光学构件。光学构件是多个，具体来说是4个光源28,29，它们成对地设置在壳体24内的相对两侧上，在本例中是连接在座架26上。在卷烟组12的运动轨道两侧各设置两个光源28,29。由于光源28,29的倾斜位置，其光线以特殊方式照射在卷烟组12上，确切地说是按照强调明、暗区域的方式。光源28,29最好是具有红外区光线的LED元件。
由CCD线性阵列芯片10接受的卷烟组12顶侧面的图像与评价装置中的基准图像作比较。万一由于卷烟组12结构缺陷引起偏差，那就会产生一个差错信号，以便将有关卷烟组从生产过程中分离出来。在本例中，CCD线性阵列芯片10连接在一安装板30上，安装板30设置在检查装置23中，即，设置在壳体24中。用于评价光电子信号的处理器、存储器等或CCD线性阵列芯片10可布置在壳体24的上部区域中。
由CCD线性阵列芯片10接受的卷烟组12的图像表示在图5的曲线图中，其变化可被评价。在卷烟组12照明基础上产生不同光线强度的区域。卷烟比卷烟之间的间隙反射光线更强。这些光线强调的值借助CCD线性阵列芯片10接受并评价。图5所示的曲线图横坐标31表示并置的CCD线性阵列芯片10的光敏元件，即，CCD线。测出的光线强度由纵坐标32表示。曲线的冠部33分别相应于存在的一支卷烟11。凹部34分别是卷烟11之间的间隔。虚线的槽形35用来表示当顶层13的区域中缺少一支卷烟11时所产生的图像。另外，在本方法中假定在卷烟组12的结构内任意部位缺少一支卷烟时总会在被检查的顶层13中引起变化。
检查装置23或作为检查件的CCD线性阵列芯片10并不是连续接通的，而是周期式启动以便在每个周期中检查一个卷烟组12。为此目的，在检查装置23的区域中设有一个光学断路件36。该断路件包括一个(光)发射器37和一个接收器38。发射器37产生一个由经过的卷烟组12中断的光障，或者在本例中由接收器38反射、接受。发射器37和接收器38通过光纤缆，具体来说，通过玻璃纤维束39一方面连接于一个光源，另一方面连接于评价装置(以便产生一个接通信号)。发射器37、接收器38和玻璃纤维束39设置在壳体24下壁的斜向孔40中。
但是，发射器37和接收器38不是必须借助玻璃纤维束39连接于光源和评价装置38。作为替代方案，光源可以作为发射器37，光电变换器可以用作接收器38。这些电元件由设在它们前面的玻璃板保护。
壳体24上的凹部41使光障可以穿过。因此上述零件，特别是发射器37和接收器38相对于卷烟组12设置得是靠后的。断路件36在卷烟组12运动方向上位于检查孔25下游。当卷烟组12以位于输送方向前面的一个区域断开光障时，断路件36使检查装置23接通。因此，在相对于卷烟11纵向长度来说，在一个中间区域进行卷烟组12的检查。
断路件36可以是反射扫描器、单路光障和/或反射光障，如果在轨板中已设置了发射器和接收器，或者视情况而定，已设置了镜子的话。
但是，在一个替代实施例中，断路件36也可以被省略。具体来说，如果采用了高效的评价装置，特别是快速处理器的话，就可以这样做。那样，CCD线性阵列芯片10就不必以时针控制的方式工作了。当卷烟组的前部区域被CCD线性阵列芯片10检测到时，相应的(图像)信号经历一个陡的脉冲边缘，特别是一个陡的脉冲斜坡。这个脉冲边缘使评价装置被接通或断开，从而开始评价操作。因此可以不设断路件36，CCD线性阵列芯片10以连续方式工作。
图6至图8表示检查装置的一个具体实例，它是对材料带的缠绕层43构成的卷筒42的(连续或周期式)检查，主要涉及到包装材料如纸、薄膜、锡箔等。材料带缠绕在一圆筒形筒芯44上以形成卷筒42。上述筒芯有中央圆孔45。
为了对材料带进行加工，卷筒42安装在座架上，具体来说，安装在伸入中央圆孔45的可转动的止推轴颈46上。
检查装置23监测卷筒42的消耗情况。具体来说，当准备将替换卷筒的新材料带连接于输出材料带时，要确定材料带在筒芯44上的一个残余部分。当监测时应考虑到不能或不应使材料带从运载的卷筒42完全拉出。必须存在一个残余部分，以便在卷筒42或筒芯44上的连接操作(拼接)开始时连接于新材料带，使拉出的材料带不丧失张力，使材料带的其余部分可从筒芯44拉出。
检查装置23固定地设置在卷筒座架的区域中。卷筒座架包括一个支承框架47，该框架不可转动地支承在一根连接于止推轴颈46的轴48上。(可转动驱动的)轴48连接于一支承板49，卷筒42以筒芯44支承在支承板49上。止推轴颈46和支承板49构成一个转动组件。
固定的支承框架47构成一个壳体50，其用于容纳检查件。具体来说是CCD线性阵列芯片10。壳体50布置在杯形支承框架47的面对卷筒42的那一侧上。在上述检查孔内设有一个光学系统52-透镜-或透镜膜片系统，其用于将光线聚焦在CCD线性阵列芯片10上。
检查装置23扫描材料带的端部区域，即，面对筒芯44的层43。具体来说，缠绕层43的一个分区域和筒芯44的一个分区域受到光学检测。支承板49设置在这个区域中，使一通孔53与检查装置23对准。因此，当随支承板49转动的通孔53与检查装置23相对时的那个瞬间周期式地进行光学检查。特别是由LED构成的光源(未画出)可适当地被开关。
由于被层43和筒芯44反射的光的亮度值不同，与层43成横向的CCD线性阵列芯片10可以确定材料带的消耗情况并在达到层43的预定最小值时发出开始拼接操作的适当信号。在图8所示的曲线图中，作用在CCD线性阵列芯片10的各传感器(像素)上的亮度值由纵坐标54表示。横坐标55表示CCD线性阵列芯片10在顺序点上并置的传感器或像素。曲线56表示CCD线性阵列芯片10的各传感器/像素的光线强度。横坐标55的左侧区域表示在筒芯44的区域上没有光照。曲线56的上部分支表示在边缘传感器/像素的情况中光线强度增加，设在CCD线性阵列芯片10已接收到充分的光线强度。监测件的设置使得在一个特定的传感器57，例如总共256个传感器中位置228的传感器57的特定光线强度的情况下，拼接操作被接通。但是传感器或像素的数目基本上是任意的，对于CCD芯片来说最好是256个，但是也可以是512,1024,2048或4096个等等。
图9至图12表示涉及检查或监测主题的另一个实例，其涉及包装材料如薄膜、纸等构成的材料带58的正确结构。材料带58逐渐地、连续地移过上述类型的检查装置23，可方便地沿水平方向移送材料带58，将检查装置23设置在材料带58上方。在本例中，检查或监测涉及两个特征。一方面是带边59的正确引导或定位，另一方面是检测材料带58顶侧面上设置的一个标记或类似物，在本例中，材料条60在材料带58的纵向上铺设并连接于材料带58。所述材料条，具体来说是用于薄膜材料构成的包装的撕开条。
图9所示的检查装置23的构制方式与图7的检查装置23相同或相似。CCD线性阵列芯片10扫描材料带58顶侧面的一个边缘区域。在本实例中，一个光源61布置在材料带58下面，从而使材料带在与检查装置23相对的一侧受到照明。在透明材料带的情形中，其结果形成图10所示的曲线，其中，光线强度由纵坐标62表示，CCD线性阵列芯片10的并置的传感器或像素在横坐标63上表示。曲线64相应于材料带构成正确的情形中由CCD线性阵列芯片10接受的亮度值。从左起第一曲线段65和第三曲线段66代表(未涂覆)的材料带58的区域中的光线的值。中间的曲线段67表示显著较低的光线强度，代表材料条60的位置。最后，边缘处的曲线段68相应于材料带58外侧的区域。曲线段65…68必须总是表示相同的预定宽度和位置，表示材料带58的正确构成。所接受的光线值的偏差是由于材料带58或材料条60错误的位置造成的。
借助单一的检查装置23，也可以采用一个横向的CCD线性阵列芯片10来在多个区域检查或监测长形物体。图11和图12所示的实施例，可以按照与图9和图10类似的方式，涉及在相对较长的部分检查材料带58，可以如图9所示检查多个外部特征，例如，材料条60和/或撕开条和/或带像59。
在图9所示的实施例中，检查装置23设置在材料带58的上方。一个光源61在材料带58下面相对于检查装置23偏开设置。材料带58的在检查装置23和光源61之间的区域由光反射，特别是由在材料带58上、下方的镜子69,70,71,72的光反射检测。镜子69…72的定位使得光源61发出的光束73横穿材料带58，在第一镜子69的相对侧反射，使光束73再次沿倾斜方向穿过材料带58，射向下一面镜子70。镜子70沿横向反射向在材料带58上方相对设置的镜子71。另一面在检查装置23下方的镜子72将光束73射向CCD线性阵列芯片10。光线部分由多个穿过材料带的通路吸收。为此目的设置CCD线性阵列芯片10的传感器。在材料条60错误位置基础上的偏差形成CCD线性阵列芯片区域中接受的光线的变化，该变化被相应地记录下来。
在图6,7所示的和图9所示的检查装置23的情形中，作为具有光学效果的盖子，一个散射光过滤器74分别设置在CCD线性阵列芯片10的上游。该散射光过滤器74特别是用来滤出可能作为干扰源的短波环境光线。
以上描述的系统的一个特殊优点是，通过变化软件可使CCD芯片对图像的评价适应于任何应用场合。对软件所做的变化可以存储在评价装置的存储单元区中。
权利要求
1．用于检查多个(单独)部分，特别是多个单独物体、材料层或类似物构成的组件，例如，卷烟组(12)、卷筒(42)、材料带(58)的装置，在一个检查装置(23)中使用具有一系列光敏检查元件的检查构件，以及使用一个评价装置来检查其完整和/或正确的结构，其特征在于所述检查构件是一个CCD线性阵列芯片(10)，它具有作为检查元件的多个光敏件，所述CCD线性阵列芯片的取向与被检查的物体或材料层成横向，从而使被检查的物体的轮廓可以在反射光的基础上由CCD线性阵列芯片(10)检测。
2．根据权利要求1所述的装置，其特征在于被检查物体的表面轮廓在不同的亮度值的基础上由CCD线性阵列芯片(10)检测，并且在评价装置中与标准的基准亮度值进行比较。
3．根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于被检查的物体或其被检查的一个区域被照明，特别是被光源照明，光源最好是检查装置(23)配置红外区域的LED光源。
4．根据权利要求1所述的装置，其特征在于在CCD线性阵列芯片(10)的上游设置光学系统(27,52)或透镜膜片系统，借以将被检查物体的图像或反射光聚焦在CCD线性阵列芯片(10)上。
5．根据权利要求1所述的装置，其特征在于CCD线性阵列芯片(10)被取向使其纵向长度与被检查物体的运动方向成横向，或与物体被监测的变化方向成横向。
6．根据权利要求1所述的装置，其特征在于为了检查卷烟组(12)的正确结构，可以借助CCD线性阵列芯片(10)检查卷烟组的顶侧面，具体来说是卷烟组(12)的顶层(13)，所述CCD线性阵列芯片(10)设置得与卷烟(11)成横向并在其上方，所述卷烟正沿其纵向被输送。
7．根据权利要求1所述的装置，其特征在于；CCD线性阵列芯片(10)连同光学系统(27,52)一起设置在一个壳体(24,50)中，所述壳体在其面对被检查物体的侧面。具体来说是下侧面上具有一个孔-检查孔(25)，通孔(53)-以便检测被检查物体。
8．根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述检查装置(23)可以被周期式地，特别是按照间隔地移过检查装置(23)的物体被启动，检查装置(23)配置有一个断路件(36)，它最好容纳在共用的壳体(24)中并以非接触方式，特别是光电子方式检测通过的物体。
9．根据权利要求1所述的装置，其特征在于检查装置(23)用于检测在层(43)中一个在另一个上方设置的材料带或坯件，CCD线性阵列芯片(10)的取向与坯件或材料带的层(43)成横向，以便确定层(43)的去除。
10．根据权利要求9所述的装置，其特征在于为了确定在筒芯(44)上的缠绕的材料带或卷筒(42)的残余量，一个固定的检查装置(23)设置在缠绕的材料带向筒芯(44)过渡的区域中，CCD线性阵列芯片(10)的取向与卷筒的层(43)成横向，即，其取向为径向，从而能够以光电子方式检测邻近筒芯(44)的多个层(43)，以及筒芯(44)的一个分区域，当在筒芯上达到最小数目的层(43)时信号可被断开。
11．根据权利要求1所述的装置，其特征在于为了检查或控制放置在上方或下方的连续材料带，设置一个固定的检查装置(23)，它带有一个面对材料带(58)的检查孔(51)，材料带(58)在被检查的区域被照明，最好使连续材料带(58)的边缘区域可以被与运动方向成横向布置的CCD线性阵列芯片(10)检测。
12．根据权利要求11所述的装置，其特征在于在透明的材料带(58)的情形中，一个光源(61)最好布置在与检查装置(23)相反的下侧，用于借助CCD线性阵列芯片(10)进行检查的光线方向可以穿过材料带(58)，并可以并排地经过材料带(58)。
13．根据权利要求11所述的装置，其特征在于为了检测长的物体，特别是连续材料带(58)的一个相对较长的部分，检查装置(23)和光源(61)在材料带(58)的相对两侧偏开设置，光源(61)产生的光束(77)如适当的话借助在多个区域的多重反射穿过材料带，并最后由检查装置(23)的CCD线性阵列芯片(10)接受。
全文摘要
本发明涉及用于检查多个部分、层或类似物构成的物体如卷烟组(12)、材料带等的装置。材料带或类似物移动,从物体反射的光由光电子检查构件,特别是与运动方向成横向的和/或与物体纵向长度成横向的CCD线性阵列芯片(10)接受。物体的轮廓由CCD线性阵列芯片(10)借助不同光线强度的区域而检测到并在评价装置中被处理。
文档编号B65B7/04GK1232767SQ9910515
公开日1999年10月27日 申请日期1999年4月21日 优先权日1998年4月21日
发明者海因茨·福克, 拉尔夫·辛纳布林克 申请人:福克有限公司