(57)【要約】  特に、飲料産業で使用するための、全ての種類の物品用の充填設備（１）を監視、制御及び最適化する方法であって、設備の制御又は監視に必要な情報を取得するために、その情報を光電式認識システムとそのシステムに対応するデータ処理設備によって取得する方法に関し、画像撮影機器（５）と画像処理計算機（６）を使用するものと規定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に、飲料産業で使用するための、全ての種類の物品用の充填設備を監視、制御及び最適化する方法であって、設備の制御又は監視に必要な情報を取得するために、光電式認識システムとそのシステムに対応するデータ処理設備を使用する方法において、
画像撮影機器と画像処理計算機を使用することを特徴とする方法。
【請求項２】
熱画像カメラとそれに対応するデータ処理設備を使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
当該の対応するデータ処理設備において、画像解析及び／又は物体認識手法を使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
当該の光学認識システムが、物体を認識するために使用されることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
当該の物体が、容器及び／又は人であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
当該の物体が、個々の容器及び／又は個々の人であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
当該の光学認識システムが、物体の位置、向き及び動きの中の一つ以上を認識するために使用されることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
当該の光学認識システムが、充填設備の少なくとも一部区間での容器の流れを監視するために使用されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
当該の光学認識システムが、一時保留テーブルの占有率を監視するために使用されることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
当該の光学認識システムが、設備部分とその前及び後に配置された一時保留区間に影響を与える設備特有のエラー動作を監視するために使用されることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
当該の光学認識システムが、容器及び／又は設備部分の温度を計測するために使用されることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
当該の光学認識システムが、人の動線の記録、監視及び最適化の中の一つ以上を行うために使用されることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
当該の光学認識システムが、人の姿勢及び／又は動きを監視するために使用されることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
当該の光学認識システムが、例えば、フォトアイソレータの代わりに、人を保護するために使用されることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
当該の光学認識システムが、製造ライン近傍の内部物流状態を検知するために使用されることを特徴とする請求項１から１４までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
当該の光学認識システムが、消費材の存在を検知及び監視するために使用されることを特徴とする請求項１から１５までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１７】
当該の光学認識システムが、床の汚染状態などの設備の周囲環境を監視するために使用されることを特徴とする請求項１から１６までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１８】
当該の光学認識システムが、バルブを制御するために使用されることを特徴とする請求項１から１７までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１９】
当該の光学認識システムが、安全領域、進入禁止面及び無菌空間の中の一つ以上を監視するために使用されることを特徴とする請求項１から１８までのいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形又は液体の物品を缶やボトル等の容器に充填するための、全ての種類の物品用充填設備を監視、制御及び最適化する方法に関する。特に、本発明は、飲料用充填設備と関連する。
【背景技術】
【０００２】
そのような飲料用充填設備は、例えば、ボトルの供給を出発点として、場合によっては、ボトルの洗浄ステーション、未充填ボトルの検査ステーション、本来の容器充填機、ボトル閉栓機器を経て、最後に、ラベルを貼るための機器、場合によっては、相応の運搬コンテナに梱包して、その運搬コンテナをパレットに積み込むための機器にまで、全自動動作により使用される。
【０００３】
特に、食品分野では、外部からの影響、特に、有害な細菌に対して非常に敏感なボトル内容物が多いために、充填設備は、多くの場合、所謂クリーンルーム内で動かされており、人が充填プロセスに介入することを出来る限り防止している。
【０００４】
運搬ユニットを含む機械ラインの複雑さと必要な制御のために、全ての設備要素を互いに調和させて、出来る限り最適なスループットで、即ち、通常は１時間当りの容器数を単位として計測したスループットを出来る限り大きくして、円滑な充填プロセスとするのに苦労している。
【０００５】
そのような動作形態のためには、全体設備内において場合によっては起こるエラーを出来る限り早期に検知する必要がある。その場合、特に、エラーの無いボトル処理に対する障害は、出来る限り早期に検知するとともに、出来る限り素早く取り除いて、設備の最大処理能力を問題無く活用することができるようにすべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ドイツ特許第１０２００４０２９３５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、基本的に、設備又は機械の監視を行うことである。この設備又は機械の監視という範囲内には、例えば、エラー検知及び／又は性能制御を委任された人を設備内に置くことを完全に止めるか、或いは少なくとも人数を大幅に削減することを含めることもできる。更に、人の安全性又は人の安全性に寄与する機能を実現することができるようにする。有利には、設備の監視と、それと関連する設備のエラー検知及び／又は性能制御とは、自動的に、少なくともほぼ自動的に行われるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
冒頭に述べた形式の方法に関して、本課題は、本発明にもとづき、必要な制御データを取得するために、光電式認識システムとそのシステムに対応するデータ処理設備を使用することによって解決される。有利には、そのような光電式認識システムは、後続のコンピュータ支援式画像処理ユニットと接続された少なくとも一つの電子カメラである。
【０００９】
この場合、画像処理ユニットによって、特に、全体設備の少なくとも一部領域の動作状態に関する最新の情報を取得することが可能であり、カメラによって撮影した画像の内容は、解析されて、設備制御部の能動的な調節、場合によっては人を安全にする措置の発動或いは障害の除去のために使用される。
【００１０】
更に、この場合、本発明の範囲内において、「撮影した画像の解析」及び／又は画像処理という用語は、好適なソフトウェアが、撮影した画像から画像内に有る物体に関する情報を取得することであると解釈する。そのために、先ずは、どのような物体が画像内に存在するのかを周知の手法で認識する。そのような物体は、例えば、ボトルや缶などの容器であり、そのような容器は、様々な場所で様々な向きで存在することができる、即ち、例えば、運搬コンベヤ上に直立するか、さもなければ底を逆さまにして置かれている。
【００１１】
それ以外の可能性の有る物体は、例えば、充填設備内に留まる人である。これらの人も、様々な場所に居る可能性が有り、その際様々な姿勢を取るか、或いは全く動かない。周知の画像処理システムは、物体を認識する際に、例えば、走査した後輪郭を比較する方法にもとづき動作しており、それに続いて、例えば、特徴の認識が続く場合が有る。この手法の目的は、物体と関連する情報又は物体に関する情報を全て検知することである。
【００１２】
同様に、本発明の別の実施構成では、そのような認識システムを使用することによって、故障が発生した場合でも全自動動作を保証することが可能である、即ち、エラーを検出すると、直ちに制御ルーチンを自動的に起動することができ、場合によっては、全自動のエラー除去がそれに続く。
【００１３】
設備内で動作するプロセスの状態を監視するために光電式機器を使用する基本形態は、例えば、特許文献１により周知である。
【００１４】
そのような光電式機器によって、半自動制御機器を制御することも知られており、そのような簡単な従来から周知の手法は、フォトアイソレータを用いることであり、それによって、少なくとも有るか無いかの情報を導き出すことが可能である。
【００１５】
それに対して、本発明による光電式システムは、明らかに多機能である。例えば、本発明を使用することによって、動く物体、例えば、充填すべきボトル又は既に充填されたボトルの数と同様に、ボトルの空間的な位置や、ボトルが逆さまになっており、そのため別の設備部分を誤動作させる危険性が有る状態などを監視することができる。
【００１６】
当業者には、個々の機械間のコンベヤ及び／又は一時保留区間の占有率にもとづき、容器を充填する全体設備の性能制御又は全体設備の個々の機械の性能制御を行うことは、従来技術により周知である。その場合、容器間に起こる衝突圧力によって作動された場合に、即ち、運搬区間又は一時保留区間がボトル又は缶で占められた場合に、デジタル信号を出力する所謂滞留検知スイッチを一定数コンベヤ及び一時保留区間に配置することは、従来技術に相当する。この手法は、当然のことながら、運搬区間又は一時保留区間の占有率に関する情報を非常に粗くしか、例えば、「空」、「２０％占有」、「５０％占有」の段階でしか提供しない。占有率に関するより正確な情報は、確かに設備の制御を改善することを可能とするが、滞留検知スイッチの数を多くすることは、構造的及び製造技術的な負担を明らかに増大することとなるので、目下のところそのような情報は検知されていない。
【００１７】
本発明では、例えば、運搬区間又は一時保留区間の占有状況を一つ以上のカメラによって監視し、撮影した画像の電子的な画像処理によって、その時々の占有率を算出している。この場合、相応のプログラミングによって、例えば、個々の一時保留区間に関して、正確な、即ち、細かい段階の占有率、例えば、２％ステップでの占有率を算出している。このような細かい段階の占有率を算出するために、画像処理内において、例えば、次の通り工程を進めている。先ずは、撮影時点で如何なる数のボトル又は缶が一時保留区間に有るのかという観点で撮影した画像を解析し、その場合、有利には、個々のボトルは、「ボトル」形式の物体、即ち、ボトルとして認識される。次に、認識したボトルの数を計算機内に保存されたボトルの最大許容数と比較し、それにより、その時点の占有率を算出することができる。それに続いて、当該の一時保留区間の算出した占有率に応じて、個々の機械の処理能力を有利に制御することができ、そのため、特に、負担のかかるケーブルの敷設が回避される。
【００１８】
本発明の別の実施形態は、従属請求項から明らかとなる。即ち、例えば、本発明の別の手法は、熱画像カメラを使用することであり、それによって、純粋な光学的認識以外に、例えば、温度を計測することも可能となる。この手法は、特に、全体設備内の個々のプロセスを監視するのに適している。即ち、例えば、食品の充填設備で頻繁に行われる低温殺菌を、その低温殺菌に入る容器の温度及び／又は低温殺菌から出た容器の温度が所定の限界内に有るかという観点から制御するものと規定する。
【００１９】
その後の画像処理及び検知した結果（実際の温度）の設備制御への利用と関連して、本発明にもとづき熱画像カメラを使用することによって、例えば、ケーブルを敷設する負担を増やすこと無く、プロセスの安全性を一層向上することができる。
【００２０】
同様に、本発明では、熱画像カメラとその後の画像処理による解析を組み合わせることによって、充填設備全体のベルトコンベヤ保護機構の監視を行うこともできる。同じく、所定の機械及び／又は貯蔵タンクの特有な温度を監視することも可能である。更に、間違った姿勢の容器、例えば、逆さまの容器を検知するために、これらのシステムを使用することもできる。また、例えば、一時保留機器から、当該の設備への流入動作の情報を本発明による手法で監視することができる。
【００２１】
更に、設備内で働く人又は従業員の保護機能を実現するために、本発明によるシステムを使用することも可能である。即ち、例えば、設備内に居る各人のその時々の位置、その時々の姿勢及びその前の画像と比較して成された動きの中の一つ以上を解析することが可能である。
【００２２】
そのような解析の想定し得る結果は、例えば、人が緊急事態に陥っているか否かである。緊急事態に関する指標は、例えば、当該の人が長く動かないことと関連する「床に倒れている」ことである。
【００２３】
更に、人が許可されていない設備の一部領域、例えば、無菌領域に人が居るか否かを検知することができる。
【００２４】
そのような状況を検知した場合、本発明により規定された設備制御の拡張機能によって、それに対応した措置、例えば、警報の発出を実施することができる。
【００２５】
同様に、本発明による装置によって、所定の最低限の在庫量を下回った場合に相応の措置を実施するために、処理機械、例えば、ラベル貼り機械の近傍に有る消費材のストックを監視することもできる。
【００２６】
更に、充填設備の操作員の動線を記録して、後で将来の設備形態に関する有利な情報を取得することも可能である。
【００２７】
以下において、実施例にもとづき本発明を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】飲料ボトルの充填設備の模式図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
単に模式的に図示し、全般的に符号１で表示した設備は、例えば、飲料ボトルを充填する役割を果たす。この場合、第一の機械２からのボトルは、符号３で表示した運搬区間を介して別の機械４に供給される。この運搬区間３は、駆動モータＭによって駆動されている。
【００３０】
この設備を監視するために、例えば、運搬区間の占有率を監視するとともに、設備を制御するためにも、全般的に符号５で表示されたカメラが配備されており、そのデータは、データ処理設備６に供給されて、設備の制御を可能とするとともに、特に、エラー検知とエラー除去を自動的に行うことができるようになっている。運搬区間の占有段階又は占有率は、両方向矢印の記号で図示されている。更に、図示されている実施例では、設備内に居る人のその時々の場所を監視している。この人は、例えば、安全領域Ｓに入ることを許されていない。この安全領域は、例えば、工場の床に塗られたカラーマークによって目印を付けられている。ここで、人がこのカラーマークを越えた場合、そのことは、画像処理によって検知され、それに対して、例えば、警報信号が発出されるか、さもなければ設備が完全に停止される。
【００３１】
本発明で採用された光学認識システムは、充填設備の少なくとも一部区間でのボトルの流れの監視、一時保留テーブルの占有率の監視及びボトルの流れの中の個々のボトルの識別の中の一つ以上のために使用することができるが、本発明は、そのような特別な用途に限定されない。
【００３２】
即ち、本発明では、同様に、例えば、光学認識システムにもとづき、設備が清潔さに関する全ての要件を満たしているか否かを調べるものと規定している。画像処理によって、例えば、床の汚れを検知することができる。
【００３３】
更に、本発明によって、容器内の到達した充填レベルを監視して、充填バルブの制御によって、そのレベルを変更することもできる。
【図１】
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【国際調査報告】
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