ИНСПЕКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОСТОРОННИХ ВЕЩЕСТВ
INSPECTION DEVICE FOR DETECTION OF FOREIGN SUBSTANCES

Изобретение относится к установке для обработки емкостей, в частности разливочной машине, в которой емкости, такие как бутылки и т.п., а также металлические банки транспортируются в направлении транспортировки с помощью удерживающе-транспортирующих элементов и заполняются продуктом, причем установка содержит, по меньшей мере, одно инспекционное устройство для контроля бутылок или подобных емкостей на наличие нежелательных посторонних веществ, которое связано с блоком обработки.
Такие бутылки или подобные емкости могут использоваться для жидкостей, например напитков. Емкости могут состоять из прозрачного или просвечивающего материала, например, стекла, или из просвечивающего пластика, например ПЭТ.
Известно исследование таких емкостей посредством инспекционного устройства на наличие нежелательных посторонних веществ в заполненном продукте, что осуществляется не только для обеспечения здоровья потребителя, но и в целях сохранения репутации производителя продукта, которая может пострадать при наличии такого постороннего вещества. Поэтому такой контроль на наличие посторонних веществ проводится с большими затратами для предупреждения, например, возможных исков по ответственности за продукт.
Такой контроль на наличие посторонних веществ может проводиться с помощью оптических инспекционных устройств, раскрытых, например, в DE 10257238 A1, или инспекционных устройств на основе рентгеновского излучения (DE 20217559 U1, DE 102006048327 A1, DE 20218138 U1).
Однако эти, в принципе, хорошо функционирующие системы достигают своих пределов, если инспектируемые емкости очень темные или вообще непрозрачные, такие, например, как металлические банки, или если продукт очень мутный и/или содержит твердые частицы, или волокнистый.
Известен также способ инспектирования, при котором в лабораторных условиях используется пьезодатчик, раскрытый в AiF-Kurzbericht 264 ZBG (Новое мультиконтактное детектирование на основе инновационных гибридных систем для автоматического обнаружения твердых посторонних тел в расфасованных текучих, некусковатых пищевых продуктах на примере продуктов выбранной реологической структуры. Дельгадо, Антонио; Беннинг, Райнер; Форстнер, Юдит; Эрланген, ФАУ Эрланген-Нюрнберг, 2009 (AIF264ZGB)).
Раскрытый в AIF264ZGB способ должен быть пригоден для обнаружения посторонних тел посредством приема сигнала пьезодатчиком и анализа колебаний после возбуждения жидкости. В качестве емкостей для проводимых исследований использовались пол-литровые бутылки, используемые для розлива пива или безалкогольных напитков. Для численного моделирования методом конечных элементов (программа ANSYS CFX) выбиралась, например, заполненная водой бутылка, чтобы исследовать, оказывается ли более подходящим для позиционирования поступательное или вращательное ускорение. В качестве посторонних тел рассматривались, в основном, стеклянные шарики диаметром 0,5, 1,0 и 1,5 мм. Помимо этого проводились первые теоретические исследования с ПЭТ-частицами, а также с оливковым маслом. За счет возможности регулирования верхнего центрирования бутылки и упругого опирания дна можно определенным образом устанавливать зажимное усилие. Последнее вызывает одновременно сравнительно простую реализацию необходимого исключения воздействующих извне колебаний. Прием сигнала пьезодатчиком происходит при этом исключительно через дно бутылки за счет того, что он приклеивается непосредственно к ее дну.
Следовательно, в принципе, можно было бы обнаружить посторонние вещества также в трудно инспектируемых емкостях и/или продуктах. Однако выводы упомянутого краткого доклада основаны только на лабораторных исследованиях.
В основе изобретения лежит задача усовершенствования простыми средствами установки для обработки емкостей, в частности разливочной машины описанного выше рода или ее инспекционного устройства, так, чтобы посторонние вещества можно было надежно обнаруживать.
Согласно изобретению, эта задача решается посредством установки для обработки емкостей, в частности разливочной машины, характеризующейся признаками п.1 формулы изобретения, причем инспекционное устройство является неотъемлемой составной частью удерживающе-транспортирующего элемента, выполнено в виде пьезодатчика и соединяется с емкостью так, что она движется в направлении транспортировки вместе с инспекционным устройством.
Установка для обработки емкостей может быть выполнена вращательного типа или с линейным транспортером, причем удерживающе-транспортирующий элемент для удержания емкостей может иметь захватный участок. Обычно установка для обработки емкостей содержит несколько удерживающе-транспортирующих элементов, т.е. соответствующее числу обрабатывающих станций число удерживающе-транспортирующих элементов. Например, установка для обработки емкостей выполнена в виде разливочной машины, так что предусмотрено соответствующее числу разливочных станций число удерживающе-транспортирующих элементов.
Направлением транспортировки является направление, в котором емкость подается к отдельным, следующим друг за другом обрабатывающим станциям и/или возможным инспекционным станциям, причем направление движения, о котором подробно говорится ниже, создается независимо от направления транспортировки. Так, направление движения может создаваться вокруг вертикальной оси емкости, а также вдоль нее или под углом к ней также соответственно с наложением. Преимущественно, если, по меньшей мере, одно инспекционное устройство будет связано с емкостью, т.е. как в направлении транспортировки, так и в опциональном направлении движения.
При наполнении продукта в емкость он движется по отношению к ней. Согласно изобретению, например, находящееся в емкости перед наполнением и не обнаруженное до сих пор постороннее вещество может всплыть за счет поступающего продукта и за счет движения последнего удариться о внутреннюю стенку емкости. Возможно также, что в наполняемом продукте содержится нежелательное постороннее вещество, которое за счет движения продукта внутри емкости также может удариться о ее внутреннюю стенку. Этот импульс ударяющих о внутреннюю стенку нежелательных посторонних веществ воспринимается инспекционным устройством или пьезодатчиком и подается на блок обработки, который, таким образом, формирует сигнал об оставлении емкости на производственной линии или ее отбраковке. Разумеется, блок управления выполнен так, что он может отличать сигналы нежелательных посторонних веществ от сигналов желательных веществ.
Благодаря изобретению создана установка для обработки емкостей или инспекционное устройство, которое может надежно обнаруживать посторонние вещества внутри емкости или в наполненном продукте.
В одном целесообразном варианте может быть предусмотрено, что, по меньшей мере, один пьезодатчик расположен на захватном участке удерживающе-транспортирующего элемента.
Возможно, чтобы захватный участок имел соответствующее удерживаемому участку емкости выполнение, причем в особенно целесообразном варианте пьезодатчик интегрирован именно в этот соответствующий удерживаемому участку захватный участок, предпочтительно в его внутреннюю часть.
В особенно предпочтительном варианте инспекционное устройство или пьезодатчик имеет постоянно контакт с инспектируемой емкостью, так что ударные импульсы могут восприниматься через стенку емкости и в соответствующей измерительной зоне удерживающе-транспортирующего элемента расположенным там пьезодатчиком.
Возможно, чтобы в материале удерживающе-транспортирующего элемента была выполнена выемка, т.е. как бы окошко в соответствии с формой пьезодатчика, так что его измерительная зона может иметь непосредственный контакт с инспектируемой емкостью. Можно также интегрировать пьезодатчик или его измерительную зону под защитным слоем в удерживающе-транспортирующем элементе, так что достигается косвенный, однако достаточный измерительный контакт с инспектируемой емкостью.
С помощью пьезодатчика можно надежно обнаруживать нежелательные посторонние вещества в продукте, причем внешнее колебание емкости. Кроме того, инспекционное устройство может выполнять двойную функцию. Возможно, чтобы инспекционное устройство одновременно с обнаружением посторонних веществ контролировало еще наполняемое количество, т.е. чтобы инспекционное устройство одновременно определяло еще массу. Для этого предпочтительно на удерживающе-транспортирующем элементе может быть расположен или интегрирован в него дополнительный пьезодатчик. В оптимальном варианте этот пьезодатчик интегрирован в ориентированный радиально к емкости консольный участок удерживающе-транспортирующего элемента. Разумеется, блок обработки также согласован с этой функцией определения массы.
Целью изобретения является выполнение пьезодатчика в виде неотъемлемой составной части удерживающе-транспортирующего элемента так, чтобы инспекционное устройство было расположено на самой установке для обработки емкостей, а соединение инспектируемой емкости с инспекционным устройством было кратковременным, однако с возможностью желаемого разъема без необходимости соединения инспекционного устройства с емкостью с материальным замыканием, т.е. склеивания с ней, при осуществлении обнаружения посторонних веществ.
На удерживающе-транспортирующем элементе в точке его привязки к установке для обработки емкостей для проводной передачи тока и данных к пьезодатчику и от него может быть предусмотрено соответствующее присоединение. Для электропитания может использоваться также внутренний источник энергии, который может быть расположен на удерживающе-транспортирующем элементе. Для передачи данных может быть предусмотрен также передатчик, который обеспечивает беспроводную передачу к приемнику, который, в свою очередь, может быть связан беспроводным или проводным путем с блоком обработки.
Как уже сказано, можно, собственно, отказаться от приведения емкости в движение. В равной мере, разумеется, можно сообщить емкости движение независимо от движения вдоль направления транспортировки. При этом удерживающе-транспортирующий элемент может иметь, например, точку, на которую воздействует возбуждающий элемент. Например, возбуждающий элемент может вызывать возвратно-поступательное движение емкости вдоль или поперек ее вертикальной оси, так что продукт в емкости будет перемещаться, причем о внутреннюю стенку могут ударяться также нежелательные посторонние вещества или желательные. Возможно также возбуждение вращения продукта в емкости, например за счет наложения обоих вышеназванных движений. Посредством возбуждающего элемента емкость может перемещаться и резко останавливаться или может быть также возвратно перемещаться. За счет инерции наполненного продукта он будет перемещаться или вращаться, причем о внутреннюю стенку емкости ударяются возможные нежелательные посторонние вещества, и этот сигнал воспринимается пьезодатчиком, который воспринимает, разумеется, также сигналы желательных веществ и направляет их на блок обработки.
Целесообразно, если на удерживающе-транспортирующем элементе расположен один или несколько пьезодатчиков, или если они являются его неотъемлемой составной частью, причем, по меньшей мере, один пьезодатчик является неотъемлемой составной частью, по меньшей мере, каждого удерживающе-транспортирующего элемента, чтобы одновременно с наполнением осуществлять обнаружение нежелательных посторонних веществ.
Возможно также, чтобы емкость опиралась на подставку и удерживалась со стороны горлышка удерживающе-транспортирующим элементом. Также можно зажать емкость посредством удерживающе-транспортирующего элемента со стороны горлышка и подставки вдоль вертикальной оси емкости. Удерживающе-транспортирующий элемент может выполнять, тем самым, функцию держателя, причем подставка вместе с удерживающе-транспортирующим элементом осуществляет транспортировку в направлении транспортировки. Целесообразно, по меньшей мере, одно инспекционное устройство может быть, тем самым, также неотъемлемой составной частью подставки. В простейшем варианте предусмотренная с интегрированным в нее пьезодатчиком подставка может быть просто приложена к стороне дна емкости, в результате чего создается необходимый контакт. Можно расположить на подставке несущие элементы, в которые интегрировано, по меньшей мере, одно инспекционное устройство в виде пьезодатчика.
Могут быть предусмотрены несущие элементы, которые проходят от поверхности опоры подставки, и их ножки, несущие пьезодатчики, наподобие пружин прилегают к наружной стенке емкости. Разумеется, при этом к емкости должны прилегать, в частности, участки ножек, содержащие пьезодатчики. Само собой, несущие элементы могут иметь разную или одинаковую протяженность по длине.
В другом варианте несущие элементы могут быть расположены на подставке не только жестко, но и с возможностью перемещения из исходного положения в инспекционное положение и обратно. Для этого могут быть предусмотрены подходящие приводы, например электро- или пневмоприводы, которые перемещают несущие элементы вдоль вертикальной оси инспектируемой емкости. При этом несущий элемент своей измерительной зоной, т.е. зоной, в которой расположен пьезодатчик, может перемещаться снизу к дну емкости или, перемещаясь мимо него, прилегать к телу емкости, что относится, разумеется, и к перемещаемым несущим элементам на удерживающе-транспортирующем элементе со стороны горлышка. Кроме того, подставка может содержать привод вращения для сообщения емкости, например, вращения. Электроснабжение привода вращения, несущего элемента и/или для пьезодатчика может быть интегрировано в подставку или удерживающе-транспортирующий элемент или может осуществляться извне. Внешнее электроснабжение не только несущих элементов, но и пьезодатчиков может осуществляться, как в известных вращающихся подставках, например, посредством контактного кольца, индуктивного передатчика (RFID) и/или электроснабжения от динамо-машины. Также возможна проводная или беспроводная передачи сигналов, по меньшей мере, одного пьезодатчика на блок обработки.
Возможно также, чтобы, по меньшей мере, один пьезодатчик был интегрирован в саму подставку. Для этого может быть предусмотрено, что подставка имеет, по меньшей мере, один несущий и один сенсорный слои, т.е. может быть выполнена, по меньшей мере, двухслойной. Так, можно расположить радиально снаружи несущий слой для бутылки, а внутри, т.е. по центру, предусмотреть сенсорный слой. Несущими материалами могут быть металлы, стекло, керамика, гели, гелевые подушки, жидкости подходящего рода и/или технические ткани. Разумеется, возможно многослойное строение. Можно также залить пьезодатчик или пьезодатчики в подставку или в ее металлическое основание. Однако при этом существенно, чтобы пьезодатчик или пьезодатчики имел/имели контакт с поверхностью емкости, чтобы воспринимать ударные сигналы.
Блок обработки может объединять в себе усилительные, вычислительные, преобразовательные и/или фильтрующие элементы и выполнен также в виде блока управления.
Предпочтительно благодаря изобретению создан также способ инспектирования емкостей с помощью инспекционного устройства в описанном выше выполнении, причем способ включает в себя, по меньшей мере, следующие этапы:
- удержание емкости в направлении транспортировки посредством удерживающе-транспортирующего элемента,
- заполнение емкости продуктом,
- создание контакта, по меньшей мере, одного пьезодатчика с емкостью, причем пьезодатчик является неотъемлемой составной частью, по меньшей мере, удерживающе-транспортирующего элемента,
- восприятие сигналов от ударяющихся о внутреннюю стенку емкости частиц посредством, по меньшей мере, одного пьезодатчика, когда емкость заполняется и/или заполнена продуктом,
- передачу воспринятых, по меньшей мере, одним инспекционным устройством сигналов на блок обработки, который принимает решение в отношении содержащей или не содержащей посторонние вещества емкости.
Можно одновременно с обнаружением посторонних веществ осуществлять еще контроль массы требуемого наполненного количества. Эту функцию может выполнять, по меньшей мере, одно инспекционное устройство, причем, разумеется, может быть предусмотрен также дополнительный пьезодатчик. Однако, в принципе, в смысле изобретения можно одновременно с обнаружением посторонних веществ осуществлять еще измерение массы.
В частности, может быть предусмотрено еще сообщение емкости движения после ее заполнения, что можно повторять для достижения, таким образом, движения жидкости внутри емкости, так, что об ее внутреннюю стенку могут ударяться нежелательные посторонние вещества. Этим можно осуществлять как бы контролирующее обнаружение посторонних веществ.
Само собой, могут восприниматься и обрабатываться несколько наборов данных нескольких пьезодатчиков. Сообщение движения может быть однородным, т.е. непрерывным, причем возможно также импульсное возбуждение. Возможно также, как уже сказано, наложение вертикального и горизонтального направлений движения, т.е. вибрационное движение инспектируемой емкости.
Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы и нижеследующем описании чертежей, на которых:
фиг.1 - удерживающе-транспортирующий элемент установки для обработки емкостей;
фиг.2 - емкость, зажатая между удерживающе-транспортирующим элементом со стороны горлышка и подставкой со стороны дна;
фиг.3 - подставка в одном возможном варианте с несущими элементами.
На разных фигурах одинаковые части обозначены одинаковыми ссылочными позициями, поэтому они описаны, как правило, только один раз.
На фиг.1 изображена емкость 1, инспектируемая в установке для обработки емкостей (не показана). Этой установкой является предпочтительно разливочная машина, наполняющая емкости 1 продуктом. Для этого вдоль вращательного или линейного направления транспортировки предусмотрено большое число разливочных станций. Установка содержит соответствующее или равное числу станций обработки емкостей число удерживающе-транспортирующих элементов 2. В зоне горлышка емкости 1 они захватывают ее за кольцо 3.
Удерживающе-транспортирующий элемент 2 имеет точку привязки 4 к установке, причем напротив расположен захватный участок 5. С его помощью удерживающе-транспортирующий элемент 2 может захватывать емкость 1. Для этого захватный участок 5 предпочтительно согласован с выполнением соответствующего участка емкости 1.
На фиг.1 разливочные элементы не показаны. Посредством разливочных элементов наполняемый продукт попадает в емкости 1.
На установке предусмотрено, по меньшей мере, одно инспекционное устройство 6 для обнаружения посторонних веществ. Согласно изобретению, по меньшей мере, одно инспекционное устройство является неотъемлемой составной частью удерживающе-транспортирующего элемента 2 и выполнено в виде пьезодатчика 6.
Оптимальным образом, по меньшей мере, один пьезодатчик 6 является неотъемлемой составной частью каждого удерживающе-транспортирующего элемента 2.
Согласно предпочтительному варианту осуществления на фиг.1, по меньшей мере, один пьезодатчик 6 является неотъемлемой составной частью захватного участка 5 удерживающе-транспортирующего элемента 2.
При наполнении продукта можно посредством, по меньшей мере, одного пьезодатчика 6 регистрировать ударные контакты нежелательных посторонних веществ о внутреннюю стенку емкости и передавать их на блок обработки (не показан). Разумеется, воспринимаются также ударные контакты желательных веществ о внутреннюю стенку и передаются на блок обработки. Последний выполнен предпочтительно так, что он может отличать ударные контакты нежелательных посторонних веществ от ударных контактов желательных веществ и формировать сигнал об оставлении или отбраковке инспектированной емкости 1.
Поскольку наполняемый продукт имеет скорость относительно внутреннего пространства емкости, нежелательные и/или желательные вещества получают достаточные импульсу, так что возможны ударные контакты о внутреннюю стенку емкости. Следовательно, можно в известной степени отказаться от внешнего возбуждения, которое, тем не менее, возможно.
Для внешнего возбуждения емкости 1 могут быть предусмотрены возбуждающие элементы, которые могут быть локализованы, например, в точке привязки 4, что обозначено стрелкой 7.
Так, емкости 1 после или во время заполнения может сообщаться движение, которое может вызвать ударные контакты упомянутых веществ с внутренней стенкой.
Одновременно с обнаружением посторонних веществ можно осуществлять еще контроль наполненного количества продукта, каковые сигналы также подаются на блок обработки. Следовательно, с помощью, по меньшей мере, одного пьезодатчика 6 можно осуществлять не только обнаружение посторонних веществ, но и измерение массы. Разумеется, можно осуществлять оба контроля разными пьезодатчиками, которые, однако, расположены на одном и том же удерживающе-транспортирующем элементе 2, что, вероятно, целесообразно. Дополнительный пьезодатчик для измерения массы может быть расположен на радиальном, направленном к емкости 1 консольном участке удерживающе-транспортирующего элемента 2. Разумеется, это инспекционное устройство для измерения массы необязательно должно быть выполнено в виде пьезодатчика, а может иметь любое другое выполнение.
В другом возможном варианте емкость 1 может опираться со стороны дна на подставку 8 и направляться со стороны горлышка удерживающе-транспортирующим элементом 2 (фиг.2). Подставка 8 установлена с возможностью перемещения в вертикальном направлении (двойная стрелка 9), так что емкость 1 может как бы зажиматься, когда удерживающе-транспортирующий элемент 2 и подставка 8 соответственно прилегают к ней.
Инспекционное устройство или пьезодатчик 6 может быть неотъемлемой составной частью подставки 8. Подставка 8 вместе с интегрированным пьезодатчиком 6 может перемещаться к дну емкости 1, чтобы, таким образом, воспринимать ударные сигналы.
Возможно выполнение подставки двухслойной с несущим и сенсорным слоями или даже многослойной.
Можно также расположить на подставке 8, по меньшей мере, один несущий элемент 10, в который интегрирован пьезодатчик 6 (фиг.3). Поверхность опоры подставки 8 ориентирована к нижнему краю листа, причем предусмотрены несколько несущих элементов 10, равномерно распределенных по периферии.
Каждый несущий элемент 10 проходит своей ножкой 11 от поверхности опоры подставки 8 в направлении удерживающе-транспортирующего элемента 2. На свободном конце ножки 11 расположена опора 12. Следовательно, можно также сказать, что несущий элемент 10 выполнен как бы L-образным.
Пьезодатчик 6 расположен предпочтительно в соответствующей ножке 11. Оптимальным образом ножка 11 выполнена так, что она, по меньшей мере, своей измерительной зоной может прилегать, что обусловлено упругостью, к опирающейся на подставку 8 емкости 1. Измерительная зона определяется положением пьезодатчика 6.
Можно выполнить несущие элементы 10 разной протяженности по длине, благодаря чему достигаются разные участки прилегания к емкости 1.
Можно также расположить несущие элементы 10 на подставке 8 не жестко, а с возможностью перемещения. Так, несущие элементы 10 и интегрированные в них пьезодатчики 6 могут с возможностью произвольного выбора достигать любой измеряемой зоны емкости 1.
Как видно на фиг.3, может быть предусмотрено проводное или беспроводное соединение отдельных пьезодатчиков 6 с блоком обработки. На подставке 8 может быть предусмотрен также передатчик, находящийся в связи с приемником.
Аналогично выполнению несущих элементов 10 на подставке 8, разумеется, можно предусмотреть такие несущие элементы 10 также на удерживающе-транспортирующем элементе 2 или даже на разливочном элементе.
В качестве инспекционного устройства для внутренней инспекции емкости 1 на наличие нежелательных посторонних веществ предусмотрено, по меньшей мере, одно инспекционное устройство в виде пьезодатчика 6, который выполнен предпочтительно в виде неотъемлемой составной части удерживающе-транспортирующего элемента 2 и/или подставки 8.
Посредством подставки 8 емкости 1 может к тому же сообщаться перемещение дополнительно к направлению транспортировки направлению движения. Направлением транспортировки здесь является направление, в котором емкость подается к отдельным, следующим друг за другом разливочным станциям, причем направление перемещения создается независимо от направления транспортировки. Так, направление перемещения может быть создано вокруг вертикальной оси емкости 1, как на фиг.2, а также вдоль нее или под углом к ней также соответственно с наложением, как на фиг.1.
Предпочтительно посредством привода вращения создается вращательное движение емкости 1 вокруг ее вертикальной оси, для чего наилучшим образом подходит подставка 8 с ее приводом вращения, поскольку он может создавать также вращение более чем 1000 об/мин. Следовательно, подставка 8 является не только опорно-ориентирующим элементом, но и выполняет к тому же функцию в качестве элемента для сообщения движения емкости 1.
Инспекционное устройство в предпочтительном выполнении в виде пьезодатчика 6 способно обнаруживать нежелательные посторонние вещества в продуктах, в которых, например, оптические способы имеют свои пределы.
В примере на фиг.3 все несущие элементы 10 имеют одинаковую протяженность по длине. Возможно также выполнение несущих элементов 10 разной протяженности по длине. Так, по меньшей мере, один пьезодатчик 6 может прилегать, например, к корпусу емкости 1, причем, по меньшей мере, один другой может быть расположен в зоне ее горлышка. Возможно выполнение каждого несущего элемента 10 с возможностью перемещения в его направлении по длине, так что каждый нужный участок емкости 1 может индивидуально контролироваться пьезодатчиком 6. Для этого несущие элементы 10 могут перемещаться из исходного положения в произвольно выбираемое измерительное или инспекционное положение.
Разумеется, по меньшей мере, один пьезодатчик может быть расположен не только на приведенной в качестве примера разливочной машине, но и на этикетировочных, укупорочных машинах и подобных установках для обработки емкостей. Эти установки могут быть выполнены с вращательным направлением движения или же в виде линейных транспортеров. В последних, по меньшей мере, один пьезодатчик 6 может быть интегрирован в удерживающе-транспортирующий элемент, выполненный в виде транспортерной ленты.
Кроме того, возможен вариант, в котором пьезодатчик осуществляет бесконтактное измерение.