DE102004054349A1 - Prüfen der Integrität von Produkten in Behältern - Google Patents

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Abstract

Zur Prüfung der Integrität von den Produkten in Behältern (10) werden mehrere Merkmale des Produktes mit physikalischen Messmethoden erfasst und wird auf Grund der Messergebnisse ein Gut-Schlecht-Signal erzeugt, wozu mehrere der Messergebnisse miteinander in Beziehung gesetzt werden. Das Miteinander-in-Beziehung-Setzen kann darin bestehen, dass die Abweichungen der einzelnen Messergebnisse von einem Referenzwert, eventuell nach Gewichtung und Normierung, aufsummiert werden und die Summe mit einem Schwellwert verglichen wird. Die Messergebnisse können auch einen multidimensionalen Raum bilden, in dem eine oder mehrere Grenzflächen die guten und die schlechten Wertebereiche voneinander abgrenzen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Integrität von Produkten in Behältern, wobei mehrere Merkmale des Produktes mit physikalischen Messmethoden erfasst werden und auf Grund der Messergebnisse ein Gut-Schlecht-Signal erzeugt wird.
  • Produkte in Behältern, insbesondere Lebensmittel, z.B. Getränke in Kunststoff- oder Glasflaschen, können mit verschiedenen physikalischen Messmethoden untersucht werden. Es kann die Absorption des Produktes bei bestimmten Wellenlängen von Licht oder Infrarotstrahlung gemessen werden, wobei auch die Drehung von polarisiertem Licht gemessen werden kann. Ebenso kann die Absorption von Röntgen- oder Gammastrahlung gemessen werden, wobei hier die Absorption vom Atomgewicht der in dem Produkt vorhandenen Elemente abhängt. Mittels eines Hochfrequenzfeldes kann die Dielektrizitätskonstante gemessen werden, die bei Getränken insbesondere vom Salzgehalt abhängt. Außer diesen Materialeigenschaften können auch makroskopische Eigenschaften, z.B. die Füllhöhe des Produkts in dem Behälter oder die Masse des Produkts in dem Behälter gemessen werden. In der deutschen Patentanmeldung 10 2004... (Anmeldetag 5. November 2004, Titel: Verfahren zur Feststellung der Integrität eines in einem Behälter befindlichen Produktes, eigenes Zeichen: 36144-de) wird ein vorgegebenes Merkmal des Produkts mittels zweier unterschiedlicher physikalischen Messmethoden bestimmt, wobei Abweichungen der nach beiden Messmethoden erhaltenen Werten des vorgegebenen Merkmals ein Hinweis auf die Verletzung der Integrität des Produkts sind. Der Füllstand des Produktes in dem Behälter kann z.B. mittels Röntgenstrahlenabsorption und mittels Dämpfung eines HF-Feldes ermittelt werden. Beide Verfahren müssen kalibriert werden, da die Röntgenstrahlungsabsorption vom Atomgewicht und die Dämpfung des HF-Feldes von der Dielektrizitätskonstante des Produktes abhängen. Wenn die mit beiden Messmethoden erhaltenen Werte nicht derselben Füllhöhe entsprechen, so bedeutet dies, dass entweder das Atomgewicht der in dem Produkt vorhandenen Elemente oder die Dielektrizitätskonstante des Produktes nicht den Vorgaben, d.h. einem integeren oder unverfälschten Produkt, entsprechen.
  • Aus DE-A-43 43 058 ist eine multisensorielle Kamera für die Qualitätssicherung bekannt, bei der verschiedene, auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien arbeitende bildgebende Sensoren wie s/w- und Farbkameras, bildgebende 3D-Sensoren, bildgebende Sensoren, die mit durchdringender Strahlung arbeiten, bildgebende NIR-Spektroskopie-Sensoren gemeinsam eingesetzt werden. Die Sensoren sind dabei so angeordnet, dass sie das gleiche Bildfeld erfassen und sich entsprechende Bildpunkte der Sensoren auf gleiche Bildpunkte der Produktoberfläche beziehen. Die Signale der Sensoren werden mit Hilfe eines Klassifikators bildpunktweise in ein Klassenbild umgewandelt, bei dem jedem Bildpunkt ein Code zugeordnet wird, welcher seine Zugehörigkeit zu einer von zahlreichen, vorher eingelernten Klassen entspricht. Mittels dieser multisensioriellen Kamera können geschredderte Metall- und Kunststoff abfälle aus einem ungeordneten Schüttstrom aussortiert werden.
  • Die Integrität oder Unverfälschtheit eines Produktes in einem Behälter wird gegenwärtig durch chemische Laboruntersuchungen festgestellt, wozu das Produkt aus dem Behälter genommen wird.
    •
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Prüfung der Integrität eines in einem Behälter enthaltenen Produktes, insbesondere eines in einem verschlossenen Behälter enthaltenen Produktes.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zur Erzeugung des Gut-Schlecht-Signals mehrere der Messergebnisse miteinander in Beziehung gesetzt werden.
  • Dadurch dass mehrere Merkmale des Produkts überprüft werden, kann die Integrität mit größerer Zuverlässigkeit sichergestellt werden, als wenn nur ein einziges Merkmal überprüft wird.
  • Die Messergebnisse können auf unterschiedliche Weise miteinander in Beziehung gesetzt werden. Einige Möglichkeiten werden nachfolgend aufgezählt:
    • – Die Messwerte werden auf einen Referenzwert normiert, der der Wert ist, der bei einem fehlerfreien Produkt vorliegt. Die norminierten Messergebnisse geben dann die Abweichung als Faktor oder als Prozentwert an. Die Abweichungen der Messergebnisse von den jeweiligen Referenzwerten können als skalare Größen addiert werden. Wenn die Summe der Abweichungen einen Schwellwert übersteigt, so wird ein Schlecht-Signal erzeugt. Es ist hierbei möglich, die einzelnen Messergebnisse zu wichten, sodass die einzelnen Messverfahren das Ergebnis unterschiedlich stark beeinflussen.
    • – Die Messergebnisse können einen multidimensionalen Raum bilden, in dem eine oder mehrere Grenzflächen die guten und die schlechten Wertebereiche voneinander abgrenzen. Diese Grenzfläche kann durch eine Funktion mit einer der Anzahl der Messergebnisse entsprechenden Anzahl von Veränderlichen wiedergegeben werden. Ein einfacher Fall für eine mathematische Gleichung ist die Kugelfläche in einem mehrdimensionalen Raum (R2 = u2 + v2 + w2 + x2 . . .). In dieser Gleichung können jedoch auch gemischte Terme auftreten, d.h. die Beeinflussung eines Messergebnisses kann von dem Wert eines anderen Messergebnisses abhängen. Die Gut-Schlecht-Grenzfläche hat dann keine Kugelform, sondern eine beliebige unregelmäßige Form. In der Praxis ist es einfacher, eine entsprechende Wertetabelle im laufenden Betrieb einzulesen.
    • – Schließlich können die Messergebnisse auch noch durch Fuzzy-Logik miteinander verknüpft sein.
  • Als Messverfahren kommen alle zur Untersuchung des jeweiligen Produktes geeigneten Verfahren in Frage. Bei Getränkeflaschen sind es insbesondere Farb-, IR-, Röntgen- oder Gamma-Spektroskopie, die Bestimmung der Drehung von polarisiertem Licht durch das Produkt, die Bestimmung der Füllhöhe oder die Bestimmung des Behälter-Innendrucks.
  • Zur Bestimmung von Getränken in Glas- oder Kunststoffflaschen hat sich insbesondere die Kombination von NIR-Spektroskopie, die Messung der Röntgen-Absorption und die Messung des Dielektrizitätsmoduls bewährt. Die NIR-Spektroskopie kann dabei bereits für sich als eine Mehrzahl von Messmethoden angesehen werden, nämlich entsprechend der Anzahl untersuchten Absorptionspeaks.
  • Bei der Überprüfung einzelner mit dem Produkt gefüllter Behälter müssen in Abhängigkeit von der verwendeten Messmethode zum Teil relativ große Abweichungen zugelassen werden, da z.B. bei Glas- oder Kunststoffflaschen die Wandstärke des Behälters das Messergebnis sehr stark beeinflussen kann. Nach einem bevorzugtem Verfahren werden die Messergebnisse zunächst einer Messmethode daher über eine große Anzahl von Behältern gemittelt. Für die über eine größere Anzahl von Behältern gemittelten Werte der einzelnen Merkmale des Produktes können die zulässigen Abweichungen wesentlich kleiner angesetzt werden. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung lassen sich daher systematische Produktfehler, seien sie absichtlich oder unabsichtlich verursacht, mit hoher Zuverlässigkeit feststellen.
  • Die Mittelwertbildung ist zweckmäßig gleitend, d.h. der Mittelwert wird jeweils über eine bestimmte Anzahl der zuletzt überprüften Behälter gebildet. Zum Beispiel können zur Mittelwertbildung jeweils die letzten hundert Behälter verwendet werden.
  • Selbstverständlich können die einzelnen Messergebnisse zusätzlich in herkömmlicherweise für sich ausgewertet werden, d.h. wenn ein einzelnes Messergebnis nicht in einem bestimmten Bereich liegt, so wird der betreffende Behälter aus dem weiteren Produktionsverfahren ausgeschlossen.
  • Insgesamt werden die Messergebnisse damit in dreifacher Weise verwendet:
    • – Jedes Messergebnis wird für sich daraufhin überprüft, ob es in einem bestimmten Bereich liegt. Wenn es außerhalb des Bereiches liegt, wird der Behälter ausgeschlossen;
    • – Die Messergebnisse mehrerer Messmethoden werden miteinander in Beziehung gesetzt, z.B. werden die prozentualen Abweichungen von den betreffenden Referenzwerten skalar addiert, und die Summe der Abweichungen wird mit einem Schwellwert verglichen. Sie können auch in eine Gleichung erster oder höherer Ordnung mit einer entsprechenden Anzahl von Veränderlichen eingesetzt werden und je nach dem, ob das betreffende Produkt in diesem mehrdimensiona len Raum innerhalb oder außerhalb einer Gut-Schlecht-Grenzfläche liegt wird der Behälter weiterverarbeitet oder ausgeschlossen.
    • – Es wird der Mittelwert der Messergebnisse der einzelnen Messmethoden über eine größere Anzahl von Behältern gebildet und dieser Mittelwert kann wieder so wie im ersten Fall für jede Messmethode getrennt mit einem Referenzwert verglichen werden und/oder die Mittelwerte der Messergebnisse mehrerer Messmethoden können wie unter 2. angegeben miteinander in Beziehung gesetzt werden.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Behälter im verschlossenen Zustand und damit am Ende des Herstellungsverfahrens geprüft werden können, zu dem eine nachträgliche Verletzung der Integrität weitgehend ausgeschlossen ist.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt dabei schematisch eine Vorrichtung zur Prüfung der Integrität von Getränkeflaschen.
  • Eine Vielzahl von Getränkeflaschen 10 werden aufeinanderfolgend mit geringem Abstand auf einem Transporteur 12 durch mehrere Inspektionseinrichtungen 21 bis 25 transportiert.
  • In der ersten und in der zweiten Inspektionseinrichtung 21, 22 wird die Füllhöhe des Getränks in der Flasche 10 mittels Röntgenstrahlen und einem HF-Feld ermittelt. Die ermittelten Werte für den Füllstand werden einer Steuerungseinrichtung 30 übertragen, in der die Werte verglichen werden, wie in der oben genannten Patentanmeldung 10 2004... (Titel: Verfahren zur Feststellung der Integrität eines in einem Behälter befindlichen Produktes, eigenes Zeichen: 36144-de) beschrieben.
  • In der dritten Inspektionseinrichtung 23 wird die Röntgenabsorption im unteren, zylindrischen Bereich der Flaschen 10 gemessen.
  • In der vierten Inspektionseinrichtung 24 wird mittels des aus WO 98/21557 bekannten Verfahrens der Innendruck des Behälters gemessen.
  • In der fünften Inspektionseinrichtung 25 wird die Absorption eines Infrarotstrahls von 1,06 μm gemessen.
  • Die Messwerte aller Inspektionseinrichtungen 21 bis 25 werden an die Steuerung 30 übermittelt.
  • Wie bereits erwähnt, werden die Signale der ersten und zweiten Inspektionseinrichtungen 21, 22 miteinander verglichen und aus beiden Signalen wird ein Füllhöhe-Differenzsignal gebildet. Das Füllhöhe-Differenzsignal darf für jeden einzelnen Behälter einen vorgegebenen Schwellwert S nicht überschreiten. Die Werte der drei anderen Inspektionseinrichtungen 23, 24 und 25 werden jeweils mit einem Referenzwert verglichen, wobei für jeden einzelnen Behälter die Abweichung vom Referenzwert nicht mehr als 10 % betragen darf.
  • Für jeden Behälter werden die von den Inspektionseinrichtungen 23, 24 und 25 gemeldeten prozentualen Abweichungen vom Referenzwert außerdem aufsummiert, wobei die Summe der prozentualen Abweichungen nicht mehr als 20 % betragen darf.
  • Ferner wird der Mittelwert der Füllhöhe-Differenzsignale der letzten hundert Flaschen 10 gebildet und dieser Mittelwert darf ein Zehntel des Schwellwertes S nicht übersteigen. Ebenso wird der Mittelwert der Signale der Inspektionseinrichtungen 23, 24 und 25 der letzten hundert Flaschen 10 gebildet und dieser Mittelwert darf maximal ein Fünftel des Wertes von den jeweiligen Referenzwerten abweichen, der für die Abweichung der einzelnen Flaschen 10 gilt, also 2 %.
  • Zusätzlich wird die Summe der Quadrate der prozentualen Abweichungen der über jeweils hundert Flaschen 10 gemittelten Werte berechnet und diese Summe darf einen vorgegebenen weiteren Schwellwert nicht übersteigen. Dieser Schwellwert ist dabei so gesetzt, dass ein Fehlersignal bereits erzeugt wird, wenn die Abweichungen der Messwerte der Inspektionseinrichtungen 23, 24 und 25 für sich betrachtet noch akzeptabel sind.
    • 10
    Getränkeflasche
    12
    Transporteur
    21, 22, 23, 24 und 25
    In
    spektionseinrichtung
    30
    Steuerungseinrichtung

Claims (10)

  1. Verfahren zum Prüfen der Integrität von Produkten in Behältern (10), wobei mehrere Merkmale des Produktes mit physikalischen Messmethoden erfasst werden und auf Grund der Messergebnisse ein Gut-Schlecht-Signal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Gut-Schlecht-Signals mehrere der Messergebnisse miteinander in Beziehung gesetzt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der physikalischen Messmethode um Farb-, IR-, Röntgen- oder Gamma-Spektroskopie, die Bestimmung der Drehung von polarisiertem Licht durch das Produkt, die Bestimmung der Füllhöhe oder die Bestimmung des Behälter-Innendrucks handelt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest für einige Messergebnisse deren Abweichung von einem Referenzwert festgestellt wird und die Abweichungen als skalare Größen aufsummiert werden und die Summe der Abweichungen mit einem Schwellwert verglichen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Messergebnisse gewichtet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Quadrate oder höhere Potenzen der Abweichungen aufsummiert werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messergebnisse einen multidimensionalen Raum bilden, in dem eine oder mehrere Grenzflächen die guten und die schlechten Wertebereiche voneinander abgrenzen.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messergebnisse durch Fuzzy-Logik miteinander verknüpft werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Messergebnisse jeder Messmethode über eine größere Anzahl von Behältern gemittelt werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zusätzlich für jedes Produkt in einem Behälter (10) ein oder mehrere Messergebnisse getrennt ausgewertet werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei – für jedes Produkt in einem Behälter (10) mindestens ein Messergebnis getrennt ausgewertet wird, – für jedes Produkt in einem Behälter (10) mehrere Messergebnisse zur Erzeugung des Gut-Schlecht-Signals miteinander in Beziehung gesetzt werden und – zumindest die Messergebnisse einer Messmethode über mehrere Produkte gemittelt werden und die Messergebnisse miteinander in Beziehung gesetzt werden, um ein weiteres Gut-Schlecht-Signal zu erzeugen.
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