用于非接触式地检查螺旋封闭件的转矩的方法和装置

1.一种用于非接触地检查打开旋拧到瓶子(10)上的塑料螺旋封闭件(14)所需的转矩是否等于预先规定的值的方法，其特征在于，通过图像分析评估根据瓶子(10)上的标志和螺旋封闭件(14)上的标志来确定旋拧的塑料螺旋封闭件(14)相对于瓶子(10)的旋转位置，对瓶子(10)或螺旋封闭件(14)的旋转位置的确定通过射线束(28)实现，所述射线束在螺旋封闭件(14)的下方倾斜向上地对准瓶子(10)的一个侧面，使得在瓶子(10)相对的侧面上从内部照亮瓶口，通过相机(26)探测螺旋封闭件(14)的外侧，并分析评估所探测到的图像，射线束(28)设计成，使得瓶子(10)上的标志和螺旋封闭件(14)上的标志从内部如同在一个投影屏上在螺旋封闭件(14)上成像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，瓶子(10)至少在瓶颈的区域内由透明的材料制成。
3.根据权利要求1或2所述方法，其中，瓶颈上的螺纹(12)的始端和/或末端用作用于确定瓶子的旋转位置的标志。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为了确定瓶子(10)的旋转位置，分析评估至少两个标志。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，一个标志是瓶颈上的螺纹(12)的始端和/或末端，而第二个标志是排气缝隙(30)，所述排气缝隙使瓶颈上的螺纹(12)的螺线中断。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，将螺旋封闭件(14)的至少两个标志用于确定螺旋封闭件(14)的旋转位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，使用螺旋封闭件(14)的保险环(20)上的预定断裂部位(32)、螺旋封闭件(14)的螺纹、螺旋封闭件(14)中的排气缝隙和/或螺旋封闭件(14)的圆周的槽纹中的变化作为用于确定螺旋封闭件(14)的旋转位置的标志。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，螺旋封闭件(14)作为标志设有至少一个这样的标志，使得总是有至少一个标志位于为了图像分析评估而使用的相机的视场角中。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，瓶颈上的螺纹(12)和螺旋封闭件(14)中的螺纹具有排气缝隙，所述排气缝隙在转矩具有预先规定的值时精确地相对或相互具有预先规定的角间距。
10.一种用于实施根据上述权利要求中的任一项所述的方法的装置，所述装置具有至少一个光源(24)，所述光源位于通过塑料螺旋封闭件(14)封闭的瓶子(10)的通过流的一侧，其中，所述光源(24)在螺旋封闭件(14)下方的一个位置处将射线束(28)这样对准相应被检查的瓶子(10)，使得瓶子(10)和螺旋封闭件(14)的与该位置相对的内侧被照射，所述装置还在瓶子流的与光源(24)相对的另一侧具有至少一个光学的检测装置，所述检测装置检测被照射的内侧的外侧的图像，所述装置还具有用于分析评估检测到的图像的装置，用于确定瓶子(10)相对于螺旋封闭件(14)的相对旋转位置。

用于非接触式地检查螺旋封闭件的转矩的方法和装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种用于非接触地检查打开旋拧到瓶子上的塑料螺旋封闭件所需的转矩是否等于预先规定的值的方法。本发明的主题还包括一种用于执行所述方法的装置。\n背景技术\n[0002] 用于瓶子的塑料螺旋封闭件例如由DE 24 39 414A和DE 20 2007 009 983U1已知。塑料螺旋封闭件的单线螺纹的螺距例如在2-3mm。塑料螺旋封闭件在封口机中旋拧到通过的瓶子上，其方式是，跟随行进的封闭头分别包围并拧紧松动地放置到瓶口上的封闭件。\n[0003] 在将塑料螺旋封闭件旋拧到瓶子上时，拧紧时所使用的转矩根据经验值调整。如果所述转矩调整得过小，则会出现瓶子不密封的危险。如果相反所述转矩调整得过高，则使用者为了打开塑料螺旋封闭件需要辅助器具，这同样是不希望的。\n[0004] 根据现有技术，手动检查打开塑料螺旋封闭件所需的转矩，其方式是通过转矩测量仪手动打开瓶子并确定测量值。这种方法也可以自动化，其方式是，以确定的时间间隔自动导出一个瓶子，然后确定略微旋松封闭件并且然后重新旋紧封闭件所需的转矩。\n[0005] 由DE 10 2008 062 385已知一种方法，通过所述方法可以确定，在塑料容器中原装封闭件是否在封闭盖子时受到损伤。为此从下面倾斜地照亮原装封闭件并在相对的侧面通过光电的传感器系统进行检查。就是说这里没有检查用于打开封闭件的转矩。\n[0006] 由EP 1 293 473已知一种方法，其中检查封闭件在瓶子上的正确配合。为此确定不同参数，其中主要是确定瓶子的高度和封闭件直立的定向。在该方法中也没有检查用于打开封闭件所需的转矩。\n[0007] 由EP 2 439 488已知一种方法，通过该方法对于用于吹塑成型塑料瓶的坯料确定螺纹部段的旋转位置。例如由口部边缘和螺线之间的距离确定旋转位置，或者由开口部段与多个存储的规定值进行比较来确定旋转位置。在该方法中也没有检查用于打开封闭件所需的转矩。\n[0008] 由EP 0 572 758已知，使瓶子的标签和封闭件相互间处于预定的定向。为此，通过瓶子上的标志机械地或光学地确定每个瓶子的定向并根据瓶子的定向安装封闭件。瓶子和封闭件由此处于预先规定的相对旋转位置中。\n发明内容\n[0009] 本发明的目的是，给出一种方法，通过所述方法能够在进行中的生产过程中非接触式地对于任意数量的瓶子或对于每个瓶子确定，相应的塑料螺旋封闭件是否过紧或过松地旋拧到瓶子上。\n[0010] 根据本发明，所述目的这样来实现，根据瓶子上的标志和螺旋封闭件上的标志通过图像分析评估确定旋拧安装的塑料螺旋封闭件相对于瓶子的旋转位置，其中瓶子或旋转封闭件的旋转位置的确定通过射线束/光束(Strahlenbündel)进行，所述射线束在螺旋封闭件的下方倾斜向上地这样对准瓶子的一个侧面，使得在瓶子相对的侧面上从内部照亮瓶口，螺旋封闭件的外侧通过相机探测，并对探测到的图像进行分析评估。\n[0011] 用于执行根据本发明的方法的装置在通过塑料螺旋封闭件封闭的瓶子的通过流的一侧具有至少一个光源，其中，所述光源在螺旋封闭件下方的一个位置处将射线束这样对准相应检查的瓶子，使得瓶子和螺旋封闭件的与该位置相对的内侧被照亮，所述装置还在瓶子流的与光源相对的一侧具有至少一个光学的检测装置。检测装置光学地检测被照亮的内侧的外侧的图像。所述装置还具有用于分析评估检测到的图像的装置，其中确定螺旋封闭件相对于瓶子的相对旋转位置。\n[0012] 因此在本发明中利用了螺旋封闭件相对于瓶子的角度位置与用于打开瓶子的希望的转矩之间的关系。塑料螺旋封闭件相对于瓶子的旋转位置的最佳值根据经验确定。同样与该值容许的偏差也根据经验确定。对于常见的饮料瓶，公差范围例如处于约15°的角度，即±7.5°，优选约±5°，更为优选地约±3°；所有高于以上角度的情况都难以打开，所有低于以上角度的情况可能是不密封的。在两种情况下，相关的瓶子此时由另外的生产方法拣出。\n[0013] 光源或照射单元构造成，使得所述光源或照射单元在塑料螺旋封闭件的下方大致照亮瓶颈的圆周的一半。光源例如可以具有多个光导纤维，所述光导纤维的出口设置在一个圆弧段上。由各个光导纤维发出的光束直接在塑料封闭件的下方或通常存在于这里的支承环的下方对准一个大致半圆形的区域。光源也可以具有一定数量的相应地设置和定向的发光二极管(LED)。\n[0014] 由光源或照射单元产生的射线束这里以例如30°的角度指向上面。由于由光源产生的射线束在螺旋封闭件或支承环的边缘下面的区域中通过，瓶口的和螺旋封闭件相对的半圆似乎是从内部被照亮。优选瓶子至少在瓶颈的区域内由透明的材料制成，从而光源的在螺旋封闭件下方对准瓶颈的射线束尽可能少地被吸收。通过光源的这样定向的射线束，螺纹和其他细节，包括瓶口这里可能存在的标志从内部如同在一个投影屏上在塑料螺旋封闭件上成像。螺线的透镜作用以及光在可能的标记的边缘上的折射使得在塑料螺旋封闭件的与光源相对的半圆上形成清晰的图像。塑料螺旋封闭件尽管通常包括颜料，但是半透明的。在螺线的凹谷中螺旋封闭件的材料厚度降低，由此，螺线呈现在封闭件的外侧上。这种图像由光学的检测装置检测并可以通过图像处理装置分析评估。可能有的标志同样呈现在塑料封闭件的外侧上并可以通过图像处理分析评估。\n[0015] 白色的LED或具有螺旋封闭件的颜色的LED适用于进行照射，这种LED可以最大地利用饮料瓶螺旋封闭件的有时非常小的透明度。特别是红外LED特别适于照射多种颜料，因为这些颜料在红外光中多数仅具有小的吸收率。\n[0016] 可以相对地并且在侧面在行进通过的瓶子的旁边这样设置两个这种大致半圆形的照射单元，使得瓶子仍能无障碍地在光源之间通过。通过两个半圆形的照射单元，瓶口和螺旋封闭件的与相应照射单元相对的半圆被照射。总体上由此瓶口的整个圆周在塑料螺旋封闭件的外侧上成像。\n[0017] 在相机方面，存在多种检测螺旋封闭件的整个圆周的可能性。例如可以在瓶子的上方在侧面设置四个相机，从而每个检测螺旋封闭件的四分之一圆周。通过使用镜箱(Spiegelkabinett)可以分别将两个图像组合在一个拍摄中，从而利用两个相机就可以工作。此外还可以仅利用唯一一个相机通过锥形镜与圆柱形镜的组合检测螺旋封闭件的整个表面。\n[0018] 瓶子相对于塑料螺旋封闭件的位置或旋转位置可以根据瓶子上的标志和螺旋封闭件上的标志确定。因此一种可能性是，在瓶子上以及在螺旋封闭件上设置标志，所述标志易于识别并且可以通过相机技术(CCD相机)利用图像处理装置进行分析评估。最简单的途径是，在瓶子的外侧上设置标志，以及在螺旋封闭件的上侧上设置标志，此时利用一个或多个相机从上面检测这两个标志并分析评估塑料螺旋封闭件和瓶子之间的角度错位。这在识别方法上看是非常简单的，但对于螺旋封闭件和瓶子确会导致额外的费用。\n[0019] 当然，对于塑料螺旋封闭件，所述额外的费用较低，因为封闭件不是循环使用的，多次使用瓶子在重新使用时也会获得新的螺旋封闭件。因此优选给螺旋封闭件设置至少一个这样的记号作为标志，使得在用于图像分析评估的相机的视场角中总是存在至少一个标志。\n[0020] 在德国广泛使用的多次使用瓶子都不具有能容易地识别的标志，对于这种瓶子这种简单的解决方案是不可行的，因为必须更换已经处于流通中的瓶子，因此这里转换明显更为昂贵。但存在这样的可能性，即识别瓶口上的特征点(特征明显的点)并将其用作标志。\n由此，本发明还可以用于处于流通中的瓶子。\n[0021] 优选将瓶颈上的螺纹的始端和/或末端作为用于确定瓶子的旋转位置的标志。\n[0022] 为了确定瓶子的旋转位置，优选分析评估至少两个标志。\n[0023] 优选将在塑料瓶中常见的通风槽或排气缝隙用作瓶口的特征点，所述通风槽或排气缝隙使瓶颈上的螺纹的螺线中断。\n[0024] 优选的是，一个标志是瓶颈上的螺纹的始端和/或末端，第二个标志是使使瓶颈上的螺纹的螺线中断的排气缝隙。\n[0025] 对于塑料螺旋封闭件也不需要专门的记号，常见的螺旋封闭件的结构上的细节对于确定旋转位置就足够了。作为螺旋封闭件的特征点例如可以使用保险环的预定断裂部位，所述保险环对于塑料封闭件是常见的并且用作瓶内容物的非伪造性的保险措施。所述保险环通过连片在下面从塑料螺旋封闭件上垂下。\n[0026] 作为用于确定螺旋封闭件的旋转位置的标志还可以采用螺旋封闭件的螺纹、螺旋封闭件中的排气缝隙和/或螺旋封闭件的圆周上的槽纹的变化。\n[0027] 优选在螺旋封闭件中也使用至少两个标志用于确定旋转位置。\n[0028] 在用于将保险环固定在螺旋封闭件的帽状的主部件上的连片具有非对称的布置结构时或者通过螺旋封闭件的圆周的非对称的造型可以实现确定螺旋封闭件的旋转位置的另外的可能性，所述非对称的造型在最简单的情况下通过省去螺旋封闭件的圆周上的滚花的一个或多个刻槽来实现。但螺旋封闭件的圆周上的任意其他标志也是合适的。\n[0029] 通过螺旋封闭件特征的特殊的特点还可以用唯一一个相机来检测螺旋封闭件的旋转位置，而不必检测螺旋封闭件的整个圆周面。螺旋封闭件的环绕的槽纹可以设计成，使得可以由所观察的局部确定相对于假设的零线的唯一角度，所述零线构成相机视角。在螺旋封闭件的圆周上例如可以附加于槽纹凸出或凹入地压制出在整个圆周上延伸的螺旋状的线，所述线具有由螺距较大的螺旋线的唯一一个螺线组成。\n[0030] 在相同的图像中此时还可以获得关于瓶子的旋转位置的信息，可以根据排气缝隙与螺距相结合精确地并且唯一地确定所述旋转位置。这可以这样来实现：通过镜箱检查圆周的150°的图像局部。由此确保，瓶口的至少一个良好可见的排气缝隙位于所观察的图像局部中。对于所述良好可见的排气缝隙然后检查，所述排气缝隙与各个螺线相交的高度。这里“高度”是指到螺旋封闭件的上边缘或下边缘的距离。对于常见的四个通风缝隙，也只存在对应的与螺线交点的高度的四组值，因此由一个通风缝隙的图像可以唯一地确定，这涉及四个排气缝隙中哪个排气缝隙。在考虑到所述信息和各排气缝隙相对于彼此已知的布置的情况下(对应于所发现的缝隙编号累加错位量)以及排气缝隙在图像中的位置可以得到瓶子相对于零线的角度位置，所述零线通过相机位置确定。\n[0031] 在目前为止描述的方法中，瓶子和封闭件的旋转位置首先分开地与识别装置的光轴相比较，然后对其建立相互的关联关系。在本发明的一个优选的实施形式中，瓶子和封闭件的旋转位置不是分开地与识别装置的光轴相比较，并然后对其建立相互的关联关系，而是直接将螺旋封闭件的标志与瓶子的标志建立关联关系。这里可以利用这样的事实，即，排气缝隙通常不是仅位于瓶口的螺纹中，而是也位于塑料螺旋封闭件的螺纹中。因此，螺旋封闭件的通风缝隙可以设置成，使得所述通风缝隙在预先规定的转矩值下恰好与瓶口上的通风缝隙相对或相对于瓶口上的通风缝隙具有预先规定的角间距。各排气缝隙的相对布置特别是可以选择成，使得恰好当各排气缝隙精确相对时，螺纹封闭件开始变得不密封并释放压力。瓶子封闭得越牢固，相应得排气缝隙之间的间距越大。相对的排气缝隙接近打开所需转矩具有最佳值的状态的间距只有几度。因此，排气缝隙的对应关系总是唯一的，这意味着，总是有这样的至少一对排气间隙落入相机的120°视角中并且因此利用唯一一个相机和对唯一一个图像的分析评估即可实现图像分析评估。\n[0032] 除了识别个别过紧或过松地封闭的瓶子，还能明显提高识别的精度，其方式是，形成与封闭头相关的平均值，所述平均值在很短的时间厚就可以给出可靠的结论，哪个封闭头需要沿哪个方向进行再调节。\n[0033] 本发明也可以以这样的方式使用，即，在螺旋封闭件的旋转位置与瓶子的旋转位置存在不允许的偏差时，相应地修正螺旋封闭件的旋转位置。也可以首先以小的转矩将螺旋封闭件旋开，此时通过根据本发明的方法确定，螺旋封闭件还需要进一步旋转多大的角度。此时通过另一个封闭头可以将螺旋封闭件继续旋转或旋开所述角度。\n[0034] 塑料螺旋封闭件可以用于玻璃瓶，也可以用于塑料瓶，并且因此根据本发明的方法既可以与玻璃瓶相结合使用也可以与塑料瓶相结合使用。但根据本发明的方法特别适于与PET瓶相结合使用。\n附图说明\n[0035] 下面根据附图来详细说明本发明的一个实施例。其中：\n[0036] 图1示出带有拧上的螺旋封闭件的瓶颈在照射单元和CCD相机之间的布置结构；\n[0037] 图2示出具有拧上的螺旋封闭件的瓶口。\n具体实施方式\n[0038] 在图1中示出PET饮料瓶10的颈部和口部。在饮料瓶10的口部上模制有螺纹12，在所述螺纹上旋拧螺旋封闭件14。在螺纹12下方几个毫米处，在瓶颈上还模制有环绕的支承环16。螺旋封闭件14由上部的帽状的部分18和保险环20组成，和保险环通过约1mm的短的连片22从帽状的部分18上垂下。\n[0039] 饮料瓶10在未示出的运输机上输送，运输方向垂直于图面。在饮料瓶10的颈部的一侧(在图1中在左侧)设置光导纤维24形式的照射单元并且在相对的一侧设置CCD相机26。\n由光导纤维24发出的射线束28大致位于CCD相机26的光轴上。光导纤维24的端部定位在支承环16的下方并以大致30°的角度指向上面。射线束28的张角同样大致为30°，从而从内部照亮饮料瓶10的口部区域的相对一侧。由于螺纹12的螺线的拱曲，射线束28的相关部分聚焦到螺旋封闭件14的帽状的部分18的贴合的内侧上，从而CCD相机26可以作为清晰的线拍摄每个螺线。\n[0040] 各螺线通过垂直延伸的排气缝隙30中断(图2)。螺线成棱角的端部沿排气缝隙30同样使光会聚并且因此可以由CCD相机26清晰地识别。\n[0041] 在图1中仅示出一个光导纤维24和一个CCD相机26，但实际上可以在每一侧设置两个光导纤维和两个CCD相机，它们分别相互错开90°，从而检测螺旋封闭件14的整个圆周。\n[0042] 如在图2中可以看到的那样，每个排气缝隙30分别在不同的高度上使每个螺线中断。由此可以确定饮料瓶10相对于CCD相机26的光轴的角度位置或旋转位置。\n[0043] 在图2中还可以看到，保险环20具有预定断裂部位32。根据所述预定断裂部位32还可以确定螺旋封闭件14相对于CCD相机26的光轴的角度位置或旋转位置。\n[0044] 由饮料瓶10的角度位置和螺旋封闭件14的角度位置的比较此时就可以得出，螺旋封闭件14向饮料瓶10上旋拧到了什么程度，就是说，确定螺旋封闭件14相对于饮料瓶10的相对角度位置。当该相对角度位置比该角度位置的额定值大7°或优选大3°时，则将相关饮料瓶10拣出，不再对其执行另外的加工方法。\n[0045] 附图标记列表\n[0046] 10         瓶子\n[0047] 12         螺纹\n[0048] 14         螺旋封闭件\n[0049] 16         支承环\n[0050] 18         帽状的部分\n[0051] 20         保险环\n[0052] 22         连片\n[0053] 24         光导纤维\n[0054] 26         CCD相机\n[0055] 28         射线束\n[0056] 30         排气缝隙\n[0057] 32         预定断裂部位