WO2006051078A2 - Prüfen der integrität von produkten in behältern - Google Patents

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    • G01F25/20—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of apparatus for measuring liquid level

Definitions

  • the invention relates to a method for checking the integrity of products in
  • Containers where several characteristics of the product are detected by physical measuring methods and a good-bad signal is generated on the basis of the measurement results:
  • Products in containers, especially food, e.g. Beverages in plastic or glass bottles can be examined with different physical measuring methods.
  • the absorption of the product at certain wavelengths of light or infrared radiation can be measured, wherein the rotation of polarized light can also be measured.
  • the absorption of X-rays or gamma rays can be measured, in which case the absorption depends on the atomic weight of the elements present in the product.
  • the dielectric constant can be measured, which depends in particular on the salt content of beverages.
  • macroscopic properties e.g. the level of the product in the container or the mass of the product in the container are measured.
  • a multi-sensorial camera for quality assurance is known in which various, working on different physical principles imaging sensors such as b / w and color cameras, imaging 3D sensors, imaging sensors that work with penetrating radiation, imaging NIR spectroscopy sensors are used together.
  • the sensors are arranged so that they capture the same image field and ent speaking pixels of the sensors refer to the same pixels of the product surface.
  • the signals from the sensors are converted point by point into a class image with the aid of a classifier, in which each pixel is assigned a code which corresponds to its belonging to one of numerous previously learned classes. Shredded metal and plastic waste can be sorted out of a disordered bulk flow by means of this multisensory camera.
  • the object of the invention is to test the integrity of one in one
  • Container contained product, in particular a product contained in a sealed container.
  • this object is achieved in a method of the type mentioned above in that several of the measured results are related to one another in order to generate the good-bad signal.
  • the measurement results can be related to each other in different ways. Some possibilities are listed below:
  • the measured values are normalized to a reference value, which is the value that exists in a faultless product.
  • the normalized measurement results then indicate the deviation as a factor or as a percentage.
  • the deviations of the measurement results from the respective reference values can be added as scalar quantities. If the sum of the deviations exceeds a threshold value, then a bad signal is generated. In this case, it is possible to weight the individual measurement results so that the individual measurement methods influence the result to different degrees.
  • the measurement results can form a multidimensional space in which one or more interfaces the good and the bad value ranges from each other delimit.
  • This interface can be represented by a function with a number of variables corresponding to the number of measurement results.
  • mixed terms can also occur in this equation, ie the influence on a measurement result may depend on the value of another measurement result.
  • the good-bad interface then has no spherical shape, but any irregular shape. In practice, it is easier to read in a corresponding table of values during operation.
  • Suitable measuring methods are all methods suitable for the investigation of the respective product. With beverage bottles, it is in particular color, IR, X-ray or gamma spectroscopy, the determination of the rotation of polarized light by the product, the determination of the filling level or the determination of the Be ⁇ plierinnendrucks.
  • the combination of NIR spectroscopy, the measurement of the X-ray absorption and the measurement of the dielectric modulus has proven itself for the determination of beverages in glass or plastic bottles.
  • the NIR spectroscopy can already be considered as a plurality of measuring methods, namely according to the number of absorption peaks investigated.
  • the measurement results of a measurement method are first averaged over a large number of containers. For the values of the individual features of the product averaged over a larger number of containers, the permissible deviations can be set much smaller. With this embodiment of the invention, therefore, systematic product errors, whether intentional or unintentional, can be determined with high reliability.
  • the averaging is suitably gliding, i. the average is in each case formed over a certain number of the last checked containers. For example, the last hundred containers can be used for averaging.
  • the individual measurement results can additionally be evaluated in conventional manner for themselves, i. E. if a single measurement result is not within a certain range, then the container in question is excluded from the further production process.
  • each measurement result is checked for itself if it is within a certain range. If it is outside the range, the container is made ⁇ closed;
  • the measurement results of several measurement methods are related to each other, e.g. the percentage deviations from the respective reference values are added scalar, and the sum of the deviations is compared with a threshold value. They can also be used in a first-order or higher-order equation with a corresponding number of variables, and depending on whether the product in question lies within or outside a good-bad interface in this multi-dimensional space, the container is further processed or excluded.
  • a particular advantage of the method is that the container can be tested in the closed state and thus at the end of the manufacturing process, to which a subsequent violation of integrity is largely excluded.
  • the single figure shows schematically a device for testing the integrity of beverage bottles.
  • a plurality of beverage bottles 10 are successively transported at a small distance on a conveyor 12 by a plurality of inspection devices 21 to 25.
  • the filling level of the beverage in the bottle 10 is determined by means of X-rays and an RF field.
  • the determined values for the level are transmitted to a control device 30, in which the values are compared.
  • the X-ray absorption in the lower, zy ⁇ -cylindrical region of the bottles 10 is measured.
  • the internal pressure of the container is measured by means of the method known from WO 98/21557.
  • the absorption of an infrared ray of 1.06 ⁇ m is measured.
  • the measured values of all inspection devices 21 to 25 are transmitted to the controller 30.
  • the signals of the first and second inspection devices 21, 22 are compared with one another and a fill level difference signal is formed from both signals.
  • the filling level difference signal may not exceed a predetermined threshold value S for each individual container.
  • the values of the three other inspection devices 23, 24 and 25 are each compared with a reference value, wherein for each individual container the deviation from the reference value may not be more than 10%.
  • Bottles 10 are formed and this mean must not exceed one-tenth of the threshold value S. Likewise, the mean value of the signals from the inspection devices 23, 24 and 25 of the last hundred bottles 10 is formed and this mean value must deviate a maximum of one fifth of the value from the respective reference values, which applies to the deviation of the individual bottles 10, ie 2%.
  • the sum of the squares of the percentage deviations of the values averaged over in each case one hundred bottles 10 is calculated and this sum may not exceed a predetermined further threshold value.
  • This threshold value is set such that an error signal is already generated if the deviations of the measured values of the inspection devices 23, 24 and 25 in themselves are still acceptable.

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

Beschreibung
PRÜFEN DER INTEGRITÄT VON PRODUKTEN IN
BEHÄLTERN
Technisches Umfeld
[0001] 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:
[0002] 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 Wel¬ lenlängen 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 Hoch¬ frequenzfeldes 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 Pa¬ tentanmeldung 10 2004 053 567.1 (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 unter¬ schiedlicher 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 Röntgen¬ strahlungsabsorption vom Atomgewicht und die Dämpfung des HF-Feldes von der Di¬ elektrizitätskonstante 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 Di¬ elektrizitätskonstante des Produktes nicht den Vorgaben, d.h. einem integeren oder un¬ verfälschten Produkt, entsprechen.
[0003] 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 ent¬ sprechende Bildpunkte der Sensoren auf gleiche Bildpunkte der Produktoberfläche beziehen. Die Signale der Sensoren werden mit Hilfe eines Klassifikators bild- punktweise in ein Klassenbild umgewandelt, bei dem jedem Bildpunkt ein Code zugeordnet wird, welcher seine Zugehörigkeit zu einer von zahlreichen, vorher ein¬ gelernten Klassen entspricht. Mittels dieser multisensioriellen Kamera können ge- schredderte Metall- und Kunststoffabfälle aus einem ungeordneten Schüttstrom aussortiert werden.
[0004] Die Integrität oder Unverfälschtheit eines Produktes in einem Behälter wird ge¬ genwärtig durch chemische Laboruntersuchungen festgestellt, wozu das Produkt aus dem Behälter genommen wird. Offenbarung der Erfindung Technisches Problem
[0005] Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Prüfung der Integrität eines in einem
Behälter enthaltenen Produktes, insbesondere eines in einem verschlossenen Behälter enthaltenen Produktes. Technische Lösung
[0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zur Erzeugung des Gut-Schlecht-Signals mehrere der Mess¬ ergebnisse miteinander in Beziehung gesetzt werden.
[0007] Dadurch, dass mehrere Merkmale des Produkts überprüft werden, kann die
Integrität mit größerer Zuverlässigkeit sichergestellt werden, als wenn nur ein einziges Merkmal überprüft wird.
[0008] Die Messergebnisse können auf unterschiedliche Weise miteinander in Beziehung gesetzt werden. Einige Möglichkeiten werden nachfolgend aufgezählt:
[0009] -Die Messwerte werden auf einen Referenzwert normiert, der der Wert ist, der bei einem fehlerfreien Produkt vorliegt. Die normierten Messergebnisse geben dann die Abweichung als Faktor oder als Prozentwert an. Die Abweichungen der Mess¬ ergebnisse von den jeweiligen Referenz werten 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 be¬ einflussen.
[0010] -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 Mes¬ sergebnisse entsprechenden Anzahl von Veränderlichen wiedergegeben werden. Ein einfacher Fall für eine mathematische Gleichung ist die Kugelfläche in einem mehrdi¬ mensionalen Raum (R = u + v + w + x ...). 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.
[0011] -Schließlich können die Messergebnisse auch noch durch Fuzzy-Logik miteinander verknüpft sein.
[0012] Als Messverfahren kommen alle zur Untersuchung des jeweiligen Produktes geeigneten Verfahren in Frage. Bei Getränkeflaschen sind es insbesondere Färb-, IR-, Röntgen- oder Gamma-Spektroskopie, die Bestimmung der Drehung von polarisiertem Licht durch das Produkt, die Bestimmung der Füllhöhe oder die Bestimmung des Be¬ hälterinnendrucks .
[0013] Zur Bestimmung von Getränken in Glas- oder Kunststoffflaschen hat sich ins¬ besondere 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.
[0014] Bei der Überprüfung einzelner mit dem Produkt gefüllter Behälter müssen in Ab¬ hängigkeit von der verwendeten MessDmethode 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 bevorzugten 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 Ab¬ weichungen wesentlich kleiner angesetzt werden. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung lassen sich daher systematische Produktfehler, seien sie absichtlich oder un¬ absichtlich verursacht, mit hoher Zuverlässigkeit feststellen.
[0015] 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.
[0016] Selbstverständlich können die einzelnen Messergebnisse zusätzlich in her¬ kömmlicher Weise 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.
[0017] Insgesamt werden die Messergebnisse damit in dreifacher Weise verwendet: [0018] -Jedes Messergebnis wird für sich daraufhin überprüft, ob es in einem bestimmten Bereich liegt. Wenn es außerhalb des Bereiches liegt, wird der Behälter ausge¬ schlossen;
[0019] -Die Messergebnisse mehrerer Messmethoden werden miteinander in Beziehung gesetzt, z.B. werden die prozentualen Abweichungen von den betreffenden Refe¬ renzwerten 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 mehrdimensionalen Raum innerhalb oder außerhalb einer Gut-Schlecht-Grenzfläche liegt wird der Behälter wei¬ terverarbeitet oder ausgeschlossen.
[0020] -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.
[0021] 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. Kurze Beschreibung von Zeichnungen
[0022] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt dabei schematisch eine Vorrichtung zur Prüfung der Integrität von Getränkeflaschen.
[0023] Eine Vielzahl von Getränkeflaschen 10 werden aufeinander folgend mit geringem Abstand auf einem Transporteur 12 durch mehrere Inspektionseinrichtungen 21 bis 25 transportiert.
[0024] 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.
[0025] In der dritten Inspektionseinrichtung 23 wird die Röntgenabsorption im unteren, zy¬ lindrischen Bereich der Flaschen 10 gemessen.
[0026] In der vierten Inspektionseinrichtung 24 wird mittels des aus WO 98/21557 bekannten Verfahrens der Innendruck des Behälters gemessen.
[0027] In der fünften Inspektionseinrichtung 25 wird die Absorption eines Infrarotstrahls von 1,06 μm gemessen. [0028] Die Mess werte aller Inspektionseinrichtungen 21 bis 25 werden an die Steuerung 30 übermittelt.
[0029] Wie bereits erwähnt, werden die Signale der ersten und zweiten Inspektionsein¬ richtungen 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 Re¬ ferenzwert verglichen, wobei für jeden einzelnen Behälter die Abweichung vom Re¬ ferenzwert nicht mehr als 10 % betragen darf.
[0030] 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.
[0031] 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 %.
[0032] 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. Liste der Bezugszeichen: 10 Getränkeflasche 12 Transporteur
21, 22, 23, 24 und 25 Inspektionseinrichtung 30 Steuerungseinrichtung

Claims

Ansprüche
[0001] 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.
[0002] 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der physikalischen
Messmethode um Färb-, IR-, Röntgen- oder Gamma-Spektroskopie, die Bestimmung der Drehung von polarisiertem Licht durch das Produkt, die Bestimmung der Füllhöhe oder die Bestimmung des Behälterinnendrucks handelt.
[0003] 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest für einige Mess¬ ergebnisse deren Abweichung von einem Referenzwert festgestellt wird und die Abweichungen als skalare Größen aufsummiert werden und die Summe der Ab¬ weichungen mit einem Schwellwert verglichen wird.
[0004] 4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Messergebnisse gewichtet werden.
[0005] 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Quadrate oder höheren Potenzen der Abweichungen aufsummiert werden.
[0006] 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messergebnisse einen multidi- mensionalen Raum bilden, in dem eine oder mehrere Grenzflächen die guten und die schlechten Wertebereiche voneinander abgrenzen.
[0007] 7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messergebnisse durch Fuzzy-
Logik miteinander verknüpft werden.
[0008] 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Messergebnisse jeder
Messmethode über eine größere Anzahl von Behältern gemittelt werden.
[0009] 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.
[0010] 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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