用于检查容器的设备和方法
【专利摘要】公开了一种检查容器处理机器中的容器(2)的设备(1)，设备(1)包括光学的探头(6，6a?6e)，为了检测表面非规律性物质(5a，5b，17a，17b，20a，20b)，探头(6，6a?6e)被设计为提供平面分辨率和/或体积分辨率的光学相干断层成像探头。
【专利说明】
用于检查容器的设备和方法
技术领域
[0001]本发明涉及具有方案I和/或方案11的前序部分的特征的用于检查容器的设备和方法。
【背景技术】
[0002]通常地，在容器处理机器中制造、分拣、清洁、灌装、密封和/或包装容器。另外，可能的是，在可再使用的容器返回饮料制造商之前利用容器处理机器分拣可再使用的容器。为了确保容器和/或灌装在所述容器中的产品的质量，在单个处理步骤之前、之时和/或之后利用检查设备检查容器。
[0003]由此，除了其它以外，使用光学测量和监测方法，其中利用各种发光装置、镜柜(mirror cabinet)、相机等摄取(absorb)容器。然后，借助于图像处理装置评价如此获得的相机图像，以便鉴别例如容器中的异物。在该方法中，可能会发生:在有色容器的情况下，相机图像的对比度不足，从而无法可靠地检测异物。
[0004]此外，已经使用X-射线法来尝试检测容器中的异物。由此，显而易见的是，由于例如玻璃碎片具有与玻璃瓶自身类似的材料密度，所以借助于X-射线难以检测出玻璃碎片。此外，诸如漂浮物等的特定异物具有相对低的密度并仅非常弱地吸收X-射线。因此，关于这一点，也可能会发生无法可靠地检测异物。
[0005]此外，对于空容器的清洗已知的是，因为不能足够可靠地检测污染物，所以根据能够想到的最高程度的污染物来处理所述容器。
[0006]另外，已知不同的饮料制造商通常具有类似的容器，容器间的区别仅在于容器上的压花不同。由于难以检测该压花，所以可能会发生在分拣期间无法将容器分配给正确的饮料制造商。
【发明内容】
[0007]因此，本发明所要解决的问题是提供用于检查容器的设备和方法，该设备和方法能够可靠地检测容器上或容器中的异物、污染物和/或浮雕状表面标识(例如，压花)。
[0008]在具有方案I的前序部分的特征的用于检查容器的设备中，利用根据特征部分的特征来解决该问题，根据特征部分的特征，用于检测表面非规律性物质的光学探头被设计为提供平面分辨率和/或体积分辨率的光学相干断层成像探头。
[0009]从EP I 887 312 Al和WO 2009/124969的说明书已知光学相干断层成像的原理，并且光学相干断层成像主要使用在诸如皮肤科或眼科等的临床领域。例如，光学相干断层成像用于以微观尺寸范围检验上皮肤层和/或眼底。可选地，相干断层成像还称作白光干涉。
[0010]此外，从DE10 2011 055735 Al已知具有多个探头的光学相干断层成像系统，其中在单个测量点识别容器的厚度。
[0011]出人意料地，现在已经清楚的是，提供平面分辨率和/或体积分辨率的光学相干断层成像探头会以特别可靠的方式检测容器上的表面非规律性物质。光学相干断层成像可与超声波成像技术相媲美，其中代替超声波利用光来扫描样品。由此，取决于表面非规律性物质的材料和所使用的光波长，光在各材料边界和/或各材料过渡处部分地射回。然后，借助于光学相干断层成像探头评价被射回的光的散射深度(depth of dispers1n)。归因于探头被设计成具有平面分辨率和/或体积分辨率，能够确定表面非规律性物质的位置和形状两者。因此，能够利用设备特别可靠地检测诸如异物、污染物和/或浮雕状表面标识等的表面非规律性物质。
[0012]用于检查容器的设备能够配置在饮料加工站中。容器处理站能够为容器制造设备(例如，拉伸吹塑机)、冲洗机、分拣机、空瓶检查机、灌装机、密封机、满瓶检查机和/或包装机。设备能够配置在用于将产品灌装到容器中的灌装站的下游。设备还能够配置在用于PET瓶的拉伸吹塑机的下游。设备还能够配置在用于可再使用的瓶的分拣设备中，或者配置成用于灌装液位检查或密封控制的模块化监测设备的一部分。
[0013]容器被设置成灌装有饮料、卫生用品、糊剂、化学品、生物品和/或药品。容器能够为塑料瓶、玻璃瓶、罐和/或管。特别地，塑料容器能够为PET、PEN、HD-PE或PP容器和/或瓶。同样地，容器能够为可生物降解的容器或瓶，该容器或瓶的主要成分由诸如甘蔗、小麦或谷物等的可再生资源构成。
[0014]容器处理机器和/或检查设备能够包括用于传送容器的输送机。输送机能够为传送带或转盘。设备能够包括使容器相对于探头转动和/或移位的容器输入装置(input)。
[0015]探头能够包括任选地为干涉仪的光学系统。干涉仪能够被形成为迈克尔逊干涉仪或马赫-曾德尔干涉仪。光学系统能够包括透镜、反射镜(mirror)、调节单元和/或分束器。干涉仪能够被形成为借助于分束器将光源的光分成目标路径和参考路径并使光源的光随后经由所述路径或经由另一分束器合并进入干涉路径。探头能够包括布置在干涉仪的干涉路径中的光传感器。换言之，干涉路径能够配置在干涉仪中、配置在分束器与光传感器之间。
[0016]探头能够包括光谱范围为600nm-1700nm(接近红外)的光源，任选地，该光源为超辐射发光二极管或发光二极管。归因于光源在600nm-1700nm的光谱范围工作，也能够以可见的光波范围扫描具有低透明度的容器，并且能够特别良好地检测表面非规律性物质。
[0017]为了信号时域分析，探头能够包括具有长度可调的干涉和/或目标路径的干涉仪。通过长度可调的参考和/或目标路径，能够特别容易地扫描容器的深度。干涉仪能够包括用于改变参考和/或目标路径的长度的可调的反射镜或棱镜。反射镜或棱镜能够移位或转动。与反射器类似，反射镜或棱镜能够形成有多个镜面。在上下文中，“信号时域分析”能够意味着沿着光信号的传播方向扫描该光信号。
[0018]为了信号频域分析，探头能够包括具有光栅或棱镜的干涉仪，该光栅或棱镜配置在干涉路径中。因此，能够在不机械调整目标路径或参考路径的情况下确定散射深度。因此，无须使用用于调节干涉仪的精密引导件或发动机，使得探头特别节省成本。“信号频域分析”能够意味着借助于光栅或棱镜将干涉路径中的光分成其光谱分量。光栅能够具有比光源的光波长小的光栅常数。光栅能够为反射光栅或透射光栅。用于使光在光传感器上聚焦的透镜能够配置在干涉路径中、配置在光栅的正前方或正后方。
[0019]为了平面和/或体积扫描，探头能够包括扫描单元。归因于利用扫描单元扫描容器的体积和/或平面，光学系统和/或光传感器能够以特别简单的方式构成。扫描单元能够包括电机、旋转编码器、振镜(galvanometer)、透镜和/或反射镜。电机或振镜能够被形成为使透镜或反射镜旋转。同样地，可能的是，为了平面和/或体积扫描，探头包括具有多个转动轴线的扫描单元或串联配置的多个扫描单元。
[0020]探头能够包括具有多个感光元件的线或区域传感器。传感器能够为例如CMOS或CCD传感器。线和/或区域传感器能够与信号分析单元连接。信号分析单元能够与线和/或区域传感器一起配置在相机中。
[0021]线和/或区域传感器能够包括至少两个信号分析单元，该至少两个信号分析单元并行地工作并均与部分感光元件连接。归因于此，能够特别快速地评价由这些元件测量到的光信息。信号分析单元能够集成于传感器芯片。
[0022]线和/或区域传感器能够包括用于每个感光元件的单独的信号分析单元。因此，能够同时评价所有元件的光信息，进而能够特别快速地检查容器。单独的信号分析单元能够集成于传感器芯片。
[0023]探头能够与信号分析单元连接，该信号分析单元被形成为用于基于传感器信号计算容器和/或表面非规律性物质的平面和/或体积分辨率数据。因此，能够特别有效地处理探头的信号。信号分析单元能够配置在探头中或与探头分离地配置。信号分析单元能够包括配置在探头中或配置在外部计算机中的数字信号处理器。
[0024]探头的测量区域能够与容器的底部或容器的颈部对准。通过探头与容器的底部的对准，探头能够以低的扫描深度特别容易地检测位于容器的底部的异物。可选地或另外地，探头能够配置于容器颈部，以便检测浮在灌装在容器中的产品中的异物。由此，能够特别良好且可靠地检测诸如漂浮物等的异物。
[0025]此外，本发明利用方案11提供用于检查容器处理机器中的容器的方法，其中利用光学探头检查容器，其特征在于，探头借助于提供平面分辨率和/或体积分辨率的光学相干断层成像法检测表面非规律性物质。
[0026]由于能够借助于光学相干断层成像法沿着容器表面和深度两者检测容器，所以能够特别良好地鉴别表面非规律性物质。
[0027]在该方法中，容器能够灌装有产品，并且能够检测作为表面非规律性物质的位于产品的分界表面的异物。异物能够为例如漂浮物或玻璃碎片。这确保了到达消费者的是无异物的产品。分界表面能够包括产品和容器的内表面之间的边界。分界表面能够包括容器中的产品与位于产品上方的气体体积之间的边界(该分界表面通常称作“镜面”)。
[0028]在该方法中，在灌装容器之前，能够检测作为表面非规律性物质的位于容器内表面的污染物。污染物能够例如为霉菌(mo Id )、来自烟的灰渣、灰尘和/或产品剩余物。由此，能够在灌装之前分拣出被污染的容器。还可能的是，检查容器的外表面的污染物。
[0029]同样地，还可能的是，根据污染物来控制和/或选择容器的清洗处理。例如，在特别粘的污染物的情况下，容器能够经受特殊的化学清洗处理。然而，如果容器被略微粘的灰尘污染，则仅冲洗容器即可。因此，容器的清洗特别节约能源和节省能量。
[0030]在该方法中，能够利用探头检测作为表面非规律性物质的位于容器上的浮雕状表面标识并能够利用评价单元鉴别该浮雕状表面标识。因此，能够特别可靠地根据产品类型和/或饮料制造商来分配容器。浮雕状表面标识能够为由容器材料制成的雕刻和/或凸起的标识。表面标识能够被形成为符号或字(typeface)。
[0031]关于方案1-10的前述特征能够单独地组合或与方案11-15的特征任意组合。
【附图说明】
[0032]以下将基于附图中示出的实施方式说明本发明的其它特征和优点。附图示出:
[0033]图1是示出用于检查容器的设备的实施方式的侧视图；
[0034]图2是示出利用信号时域分析的光学相干断层成像探头的俯视图；
[0035]图3是示出利用信号频域分析的光学相干断层成像探头的俯视图；
[0036]图4示出用于检查容器的设备的另一实施方式，其中识别污染物以控制清洗处理；和
[0037]图5示出用于检查容器的设备的另一实施方式，其中鉴别浮雕状表面标识以分拣容器。
【具体实施方式】
[0038]图1示出了用于检查容器2的设备I的实施方式的侧视图。图1示出了借助于第一输送机4沿方向R将容器2输送进入检查设备I。在检查设备I中，利用光学相干断层成像探头6a和6b检验容器2的异物5a和5b。如果最终在容器2中发现异物5a、5b，则随后将经由第二输送机4将容器2引入分拣处理(这里未示出)，在分拣处理中，分拣出被污染的容器2。然而，如果产品3完好，则将容器2引入包装单元，在包装单元中，将多个容器2包成包装体。
[0039]这里，两个探头6a和6b被形成为提供体积分辨率(volume resolut1n)的光学断层成像探头。由此，第一光学相干断层成像探头6a具有测量体积Va。在该测量体积Va*，通过体积分辨率识别(record)容器的底部2a和位于容器的底部2a上方的产品3。如果在产品3与容器的底部2a之间的分界区域(limitarea)3a中存在诸如玻璃碎片等的异物5a，则由光学相干断层成像探头照射的光将在异物5a上反射，并且能够被探头6a鉴别。
[0040]此外，能够看出，第二光学相干断层成像探头6b利用测量体积Vb识别产品3与容器颈部2b中的位于产品3上方的气体之间的分界表面3a。这里，在分界表面3a上示出了能够为例如浮在产品3的液面上的漂浮物(fly)的异物5b。由光学相干断层成像探头6b照射的光被异物5b反射并能够被识别在测量体积Vb内。
[0041]归因于借助提供体积分辨率的光学相干断层成像探头6a和6b的检查，能够可靠地检测出被灌装的容器2中的异物并能够分拣出不良的容器2。
[0042]关于这一点，还可能的是，例如在平坦的容器底部2a的情况下，光学相干断层成像探头仅提供平面分辨率。
[0043]图2示出了提供体积分辨率的光学相干断层成像探头的俯视图，该光学相干断层成像探头能够例如使用在图1的设备I中或使用在以下图4和图5的实施方式中。图2示出了被形成为迈克尔逊干涉仪(Michelson-1nterferometer)的光学相干断层成像探头6。这里，还能够想到诸如马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder-1nterferometer)等的其它干涉装置。
[0044]由此，光源7被形成为照射光谱范围为600nm-1700nm的光的超辐射发光发光二极管。由此，光源7的光沿光路具有特别短的时间相干性，并且在光束的截面上具有特别大的空间相干性。首先，利用透镜12使光源7的光在光路L中准直，并且光源7的光被引向将该光分向目标路径O和参考路径R的分束器8。例如，在这个过程中，将10%的光引向参考路径R，将90%的光引向目标路径O。然而，诸如20:80、30:70、40:60或50:50等的其它分割比例也是可能的。
[0045]为了信号时域分析，参考路径R被设计成具有可变的长度，其中参考镜9能够沿着方向D移动(例如，借助于线驱动器)。光从参考镜9被引导回分束器8并穿过所述分束器、通过干涉路径I被引向区域传感器U。在目标路径O中，光从分束器8开始、穿过透镜10被引向容器2。由于光接近红外光，所以光还能够以良好的方式透过有色的容器2。然后，光在容器底部2a的内表面和外表面以及异物5a上成比例地反射，并且穿过透镜10被引导回分束器8、引向干涉路径I。来自目标路径O和参考路径R的光在被设计为例如CMOS传感器的区域传感器11上干涉。此外，透镜10使测量体积Va显示在区域传感器11上，在区域传感器11处，测量体积Va被单个的感光元件在横向上分解(dissolve)。
[0046]当参考路径R和目标路径O中的光路完全相同时，归因于光源7的短的时间相干性，干涉路径I中的干涉特别地强。例如，如果目标路径O中的在异物5a上散射之后的光路与参考路径R上的对应光路完全相等，则光将在区域传感器11的对应的感光元件上干涉。为了扫描测量体积Va中的不同深度，逐渐地或连续地移动参考镜9，并且利用信号分析单元22评价(evaluate)区域传感器11的图像序列。能够通过区域传感器11的各感光元件的最大干涉信号得到测量体积Va中的对应的散射(dispert1n)深度。
[0047]这里，区域传感器11具有多个感光元件，各感光元件被分配给单独的信号分析单元22。因此，能够并行地分析单个元件的光信号，并且能够特别快速地移动镜9。因此，能够特别快速地扫描测量体积Va。可选地，还可能的是，存在用于分别评价多个感光元件的较少数量的信号分析单元22或刚好一个信号分析单元22。例如，在计算机中信号分析单元22能够被配置为单独的图像处理单元。
[0048]图3示出了提供体积分辨率的被形成为用于信号频域分析的光学相干断层成像探头6的图。与图2中示出的类似，这里的探头6被设计为迈克尔逊干涉仪。然而，归因于参考镜9是固定的，并且归因于光被光栅13分成该光的单个波长分量，对于干涉路径I中的深度分辨率来说，干涉仪是不同的。
[0049]这里，光源7也被形成为超辐射发光发光二极管并照射波长范围为600nm-1700nm的光。在分束器8之后，参考路径R部分的光被引向参考镜9并通过分束器8、返回参考路径I。另一部分光被分束器8反射并到达目标路径0、穿过透镜10、到达扫描单元16、反射到容器2上。透镜10被形成为使从点P反射回的光经由光栅13显示在线传感器15上。
[0050]因此，识别了包含所有深度信息的干涉光谱。然后，借助于逆傅立叶变换(inverseFourier transformat1n)，将频谱转换成空间坐标系，我们获得了以深度示出异物5a的位置的空间深度扫描。
[0051]此外，扫描单元16被示出为能够绕着轴线Ax和Ay旋转的镜。由此，光束S主要沿着容器底部2a转移，从而横向扫描了测量体积乂3。
[0052]利用图3所示的提供体积分辨率的光学相干断层成像探头6，我们从信号分析单元22获得了整个测量体积体积分辨率数据识别。因此，能够特别良好地检测出容器2中的异物5a。
[0053]在原理上，能够在容器2的任意区域中使用图2和图3所示的提供体积分辨率的光学相干断层成像探头6。
[0054]图4示出了用于检查容器2的设备I的另一实施方式，该另一实施方式用于检测容器2中的污染物17a、17b。
[0055]在设施中，检查设备I具有提供体积分辨率的例如两个光学相干断层成像探头6c和6d，这两个光学相干断层成像探头6c和6d能够分别根据图2或图3而形成。光学相干断层成像探头6c和6d与根据检查结果控制切换器18的中央控制系统23连接。
[0056]例如，容器为从消费者返回饮料制造商的可再使用的容器2。首先，借助于输送机4沿输送方向R将容器供送到设备I中。在设备I中，借助于探头6c和6d检查容器的污染物17a、17b。在略微粘的诸如灰尘等的污染物17a的情况下，经由切换器18将容器供送到清洗装置19a中并冲洗容器。归因于该处理，一方面，节省了清洗期间的能量，另一方面，不必不必要地处理或处置化学清洗剂。然而，如果检查设备I检测到特别强的诸如霉菌等的污染物17b，则借助于切换器18将容器2供送到清洗装置19b，在清洗装置19b中，利用化学清洗剂特别可靠地清洗该容器。这确保了在灌装产品之前特别可靠地去除霉菌。
[0057]图5示出了用于检查容器2的设备I的实施方式，其中鉴别浮雕状表面标识20a、20b，以便分拣容器。在这种情况下，设备中的检查装置I也形成有根据图2或图3的提供体积分辨率的光学相干断层成像探头6e。
[0058]设备例如安装在饮料市场处。在饮料市场处，将消费者返回的可再使用的容器2放在输送机4上并沿方向R供送到检查装置I中。利用提供体积分辨率的光学相干断层成像探头6e扫描容器2，并识别浮雕状表面标识20a和20b。例如，容器为具有不同突起20a和/或20b的啤酒瓶，根据制造商的不同，突起20a和/或20b被形成为不同的符号。通过探头6eK别突起20a和/或20b，并评价突起20a和/或20b。由于还能够借助于光学相干断层成像法在深度上扫描容器2，所以能够特别可靠地识别突起20a和20b。
[0059]向控制系统23传输探头6e的测量数据，然后，控制系统23将根据识别的浮雕状表面标识20a和/或20b以如下方式转换切换器18:根据对应的啤酒类型以分拣的方式将容器2置于啤酒箱21a和/或21b中。因此，仅将具有浮雕状表面标识20a的容器供送到啤酒箱21a中，仅将具有浮雕状表面标识20b的容器供送到啤酒箱21b中。
[0060]能够借助于提供体积分辨率的光学相干断层成像探头6e特别可靠地检测出浮雕状表面标识20a、20b并能够分拣容器2。
[0061]在与图1-图5相关的上述装置I中，根据前述方法利用探头6检查容器2，其中借助于提供平面分辨率和/或体积分辨率的光学相干断层成像法检测表面非规律性物质。
[0062]清楚的是，前述实施方式中提及的特征不限于这些特定组合，因此能够为其它任意组合。
【主权项】
1.一种用于利用光学的探头(6，6a-6e)检查容器处理机器中的容器(2)的设备(I)， 其特征在于， 为了识别表面非规律性物质(5a，5b，17a，17b，20a，20b)，所述探头(6，6a_6e)被形成为提供平面分辨率和/或体积分辨率的光学相干断层成像探头。2.根据权利要求1所述的设备(I)，其特征在于，所述探头(6，6a-6e)包括光谱范围为600nm-1700nm的光源(7)，任选地，所述光源(7)为超辐射发光二极管或发光二极管。3.根据权利要求1或2所述的设备(I)，其特征在于，为了信号时域分析，所述探头(6，6a_6e)包括具有长度可调的参考路径(R)和/或目标路径(O)的干涉仪。4.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(I)，其特征在于，为了信号频域分析，所述探头(6，6a-6e)包括具有光栅(13)或棱镜的干涉仪，所述光栅(13)或棱镜配置在干涉路径⑴中。5.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(I)，其特征在于，为了平面扫描和/或体积扫描，所述探头(6，6a-6e)包括扫描单元(16)。6.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(I)，其特征在于，所述探头(6，6a_6e)包括具有多个感光元件的线或区域传感器(11，15)。7.根据权利要求6所述的设备(I)，其特征在于，所述线或区域传感器(11，15)包括至少两个信号分析单元(22)，所述至少两个信号分析单元(22)并行地工作并均与部分所述感光元件连接。8.根据权利要求6或7所述的设备(I)，其特征在于，所述线或区域传感器(11，15)包括用于每个感光元件的单独的信号分析单元(22)。9.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(I)，其特征在于，所述探头(6，6a_6e)与信号分析单元(22)连接，该信号分析单元(22)被形成为用于基于传感器信号计算所述容器和/或所述表面非规律性物质的平面和/或体积分辨率数据。10.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(I)，其特征在于，所述探头(6，6a_6e)的测量区域与所述容器的底部和/或颈部(2a，2b)对准。11.一种用于检查容器处理机器中的容器(2)的方法，其中利用光学的探头(6，6a-6e)检查所述容器(2)， 其特征在于， 所述探头(6，6a_6e)借助于提供平面分辨率和/或体积分辨率的光学相干断层成像法识别表面非规律性物质(5a，5b，17a，17b，20a，20b)。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，用产品(3)灌装所述容器(2)，并且识别作为表面非规律性物质的位于所述产品(3)的分界表面(3a，3b)的异物(5a，5b)。13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在灌装所述容器(2)之前，识别作为表面非规律性物质的位于容器内表面的污染物(17a，17b)。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，根据所述污染物(17a，17b)来控制和/或选择所述容器(2)的清洗处理。15.根据权利要求11至14中至少一项所述的方法，其特征在于，利用所述探头(6，6a-6e)识别作为表面非规律性物质的位于所述容器(2)上的浮雕状表面标识(20a，20b)并利用评价单元(23)鉴别该浮雕状表面标识。
【文档编号】G01N21/90GK106030291SQ201580010501
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年1月22日
【发明人】乔奇恩·克鲁格
【申请人】克朗斯股份公司