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Dokumentenidentifikation DE69633243T2 22.09.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000852718
Titel KONTROLLE FÜR FÜLLSTAND UND UNTERDRUCKSETZUNG EINES BEHÄLTERS MIT MEHRDIMENSIONALEN ABBILDUNGEN
Anmelder Thermo Ramsey Inc., Minneapolis, Minn., US
Erfinder GRAY, Glenn, Waipaha, US;
WOOD, Clayton, Framingham, US;
KLOTZSCH, W., Helmut, Groton, US
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Bardehle, Pagenberg, Dost, Altenburg, Geissler, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69633243
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 27.09.1996
EP-Aktenzeichen 969331834
WO-Anmeldetag 27.09.1996
PCT-Aktenzeichen PCT/US96/15605
WO-Veröffentlichungsnummer 0097012233
WO-Veröffentlichungsdatum 03.04.1997
EP-Offenlegungsdatum 15.07.1998
EP date of grant 25.08.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.09.2005
IPC-Hauptklasse G01N 23/06
IPC-Nebenklasse B07C 5/34   G01N 23/10   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

In Prozessen zur Befüllung von Behältern, wie der Konservenfabrikation oder dem Abfüllen von Flaschen, ist es oft nützlich, Eigenschaften der zu befüllenden Behälter zu überwachen. Zum Beispiel können die Höhen, bis zu denen die Behälter befüllt worden sind, für Qualitätsüberwachungszwecke überwacht werden.

Es ist bekannt, eine Strahlenquelle und einen Detektor zu benutzen, um den Füllstand eines Behälters zu bestimmen. Zum Beispiel beschreibt Schiessl et al., US-Patent Nr. 4,481,595 ein System, das Behälter durch einen Gammastrahlungsstrahl hindurch schickt, der von einer Strahlenquelle auf einen Detektor geworfen wird. Während der Behälter den Strahl durchquert, zählt das System durch den Detektor empfangene Strahlungsimpulse. Sobald der gesamte Behälter den Strahl durchquert hat, bestimmt das System die durchschnittliche Rate, mit welcher Strahlungsimpulse durch den Detektor empfangen worden sind und vergleicht diese Rate mit einer Referenzrate. Basierend auf diesem Vergleich produziert das System ein Signal, das anzeigt, ob Material in dem Behälter auf einer ausreichenden Höhe existiert, um den Strahl zu dämpfen. Das System kann konfiguriert werden, um einen Unterfüllungszustand zu erfassen, durch Richten der Quelle und des Detektors, so dass die erfassten Impulse durch den Behälter auf einer Höhe unterhalb des erwarteten Füllstandes hindurchgehen. Ähnlich kann das System konfiguriert werden, um Überfüllungszustände zu erfassen, durch Ausrichten der Quelle und des Detektors, so dass die erfassten Impulse durch den Behälter auf einer Höhe über dem erwarteten Füllstand hindurchgehen.

US 5,202,932 offenbart einen Röntgenstrahlengenerator und ein verbundenes Verfahren zur Untersuchung von Objekten, welche in eine Untersuchungsstation geführt werden, welche ein Röntgenstrahlungsgerät und eine Bildverarbeitungsvorrichtung umfasst. Das Röntgenstrahlungsgerät richtet kurz gepulste Hochenergie-Röntgenstrahlen auf ein Objekt, während das Objekt sich in eine gewünschte Position bewegt. Diese Röntgenstrahlung wird durch eine Videokamera empfangen und das sich ergebende Bild wird dann digitalisiert und an ein Bildverarbeitungsgerät weitergeleitet, welches die Information analysiert und bestimmt, ob das Objekt einen vorherbestimmten Standardschwellwert erfüllt. Die Vorrichtung umfasst eine Zurückweisungsvorrichtung, die Objekte entfernen wird, welche nicht die Untersuchungsschwellwerte erfüllen.

US 3,828,232 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Überwachung von Behältern, welche aus einer automatischen Abfüllmaschine kommen, nach Vollendung der Abfülloperation, um den durchschnittlichen Füllstand der Behälter zu ermitteln. Die Durchschnittsbildung kann durch ein Blockdurchschnittsbildungssystem erreicht werden, welches den Durchschnitt der Füllstände für ausgewählte Gruppen von Füllköpfen der Maschine bildet, den Durchschnitt der Füllstände für einen ausgewählten Füllkopf der Maschine bildet oder eine kontinuierliche Durchschnittsbildung für alle Füllköpfe der Abfüllmaschine bereitstellt. Das Überwachungssystem verwendet auch einen Synchronisierungsschaltkreis, um die Genauigkeit der Füllstands-Durchschnittsbildung des Füllstandes zu gewährleisten, welche durch das System erreicht wird. Füllstandssignale, welche durch Untersuchung jedes aus der Füllmaschine herausgeführten Behälters erzeugt werden, werden zeitweilig gespeichert, während die Synchronisierung zwischen einer ausgewählten Anzahl der Füllköpfe der Maschine und der Anzahl der durch die Füllköpfe der Maschine befüllten Behälter während jedes Füllzyklus bestätigt wird.

US 5,414,778 zeigt ein optisches Verarbeitungssystem zum Messen dynamischer und flüchtiger Phänomene. Diese Technik kann Fluid von Blasen durch Modifizieren der Grauwerte des Bildes unterscheiden. Diese Technik wird zum Detektieren von Fluidfüllständen und Blasen benutzt, durch Zählen von Bildpixeln, die Blasen gewidmet sind oder Fluid entlang vertikaler oder horizontaler Linien innerhalb des Bildes. Die Änderungsrate der Fluidhöhe und der Anzahl von Blasen mit der Zeit zeigen ein Auslaufen von Behältern an, während sie in einem dynamischen Zustand sind. Die Untersuchung von flüchtigen Phänomenen während eines dynamischen Zustands gibt einen Hinweis der endgültigen Qualität und Quantität eines Produkts innerhalb eines Behälters. Es stellt auch eine gute Rückmeldung für die Bestimmung des Füllstutzenbetriebs bereit, mit dem Vorteil einer leichten Kalibrierung und Einstellung für die richtige Menge an Blasen innerhalb des Behälters.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung beinhaltet ein Behälteruntersuchungssystem, das ein multidimensionales Bild von jedem zu untersuchenden Behälter produziert. Das System analysiert dann das Bild, um eine Echtzeitüberwachung von Eigenschaften wie dem Produktfüllstand, dem Vorhandensein und der richtigen Platzierung von Deckeln, dem Behälterdruck, der Schaumdichte im Freiraum und dem Verlust durch Auslaufen von Behältern, die sich bei typischen Prozessgeschwindigkeiten auf einem Fließband eines Behälterbefüllungsprozesses bewegen. Wie hier benutzt bezieht sich der Begriff "Behälter" auf Dosen, Flaschen und andere Verpackungen, deren beabsichtigte Bedeutungen allgemein bekannt sind.

Das System stellt genaue Messungen bei Fließbandgeschwindigkeiten in der Ordnung von 2400 Behältern pro Minute bereit und ist imstande, Behälter zu untersuchen, die aus einer großen Vielzahl von Materialien hergestellt sind, einschließlich Metall, Plastik, Glas und Folie. Wenn das System bestimmt, dass ein Behälter unangemessen befüllt und unangemessen unter Druck gesetzt oder anderweitig fehlerhaft ist, initiiert das System automatisch geeignete Maßnahmen, sowie Zurückweisung des Behälters aus der Fülllinie und/oder Anpassung des Befüllungsbetriebs. Dieses System führt ein vollständiges Protokoll aller Zurückweisungen und ihrer Ursachen; ein Systembetreiber kann diese diagnostischen Daten zum Erhalten und Verbessern der Prozesseffizienz benutzen.

Das System stellt erhebliche Vorteile gegenüber Systemen des Standes der Technik bereit, welche lediglich "gehe/gehe nicht" oder grobe "Unterfüllungs/Überfüllungs" -Hinweise bereitstellten. Zum Beispiel benutzt das System multi-dimensionale Informationen über die Behälter, um Füllstandsmessungen bereitzustellen, mit einer Genauigkeit innerhalb von 0,5 mm über einen Bereich von Untersuchungsgeschwindigkeiten. Dieses hohe Niveau an Genauigkeit erlaubt engere Füllstandsschwellwerte und reduziert dadurch die Anzahl von fehlerhaften Zurückweisungen, was umgekehrt die Effizienz des Untersuchungsprozesses verbessert.

Das System benutzt eine Strahlenquelle, wie etwa eine Niedrigenergie-Röntgenstrahlenquelle mit einem linearen Multielementdetektor, um befüllte Behälter zu untersuchen, die sich auf einem Fließband bewegen. Während der Behälter sich auf dem Fließband bewegt, bewegt er sich an der Strahlungsquelle und dem Detektorfeld vorbei, so dass durch die Strahlungsquelle produzierte Strahlung durch den Behälter hindurchgeht, bevor sie durch das Detektorfeld erfasst wird.

Auf Grund von Unterschieden in Pfadlänge und Strahlungsabsorptionskoeffizienten wird Strahlung verschieden durch den Behälter, durch den Deckel des Behälters, die Inhalte des Behälters und jegliche Luft oder anderes Material über den Inhalten des Behälters absorbiert. Diese Unterschiede in der Absorption werden als Änderungen in der Strahlungsintensität gemessen, welche durch das Detektorfeld empfangen wird.

Wenn das Fließband gerichtet ist, die Behälter in einer horizontalen Richtung zu bewegen, werden die Strahlungsquelle und das Detektorfeld positioniert, um eine vertikale Ebene zwischen der Quelle und dem Detektor zu definieren und so gerichtet, dass die Ebene senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Fließbands ist. Dementsprechend entspricht, zu jedem beliebigen Zeitpunkt, die durch das Detektorfeld empfangene Strahlung einer vertikalen Scheibe eines Behälters. Durch wiederholtes Empfangen und Speichern von Daten von dem Detektorfeld, während das Fließband den Behälter bewegt, produziert das System ein multidimensionales Bild des Behälters, wobei die Auflösung des Bildes durch die Anzahl der Elemente in dem Detektorfeld gesteuert wird und die Frequenz, in welcher Daten empfangen und gespeichert werden. Danach bearbeitet das System die Bilddaten, um Eigenschaften zu überwachen wie den Füllstand und die Unterdrucksetzung und Zustände zu erfassen, wie Unterfüllung, Überfüllung, niedrigen Druck, hohen Druck, fehlende oder beschädigte Deckel und ausbeulende Behälter. Durch Bestimmung des Füllstandes kann das System dem Vorhandensein von Schaum Rechnung tragen, durch Bestimmen der Schaumdichte und des Grades (Betrages) von Flüssigkeit, die Schaum zuzuordnen ist und Addieren des Betrages zu dem anscheinenden Füllstand (Betrag). Das System kann auch Zustände überwachen, wie die Dicke der Behälterwände.

Das System stellt verschiedene Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bereit. Insbesondere überwacht das System Überfüllung, Unterfüllung, tatsächlichen Füllstand, Niedrigdruckbehälter, fehlende Deckel, ausbeulende Behälter, die Wanddicke von Behältern, und Schaumeigenschaften. Bezeichnenderweise führt das System alle diese Operationen gleichzeitig unter Benutzung eines einzigen Sensors aus. Das System bestimmt den Füllstand und andere Eigenschaften korrekt, sogar in Untersuchungsbereichen, in denen eine erhebliche Bewegung der Inhalte der Behälter vorhanden ist (d. h. die Systemleistung wird nicht durch Bewegung der Behältnisinhalte beeinflusst). Das System kompensiert derartige Bewegungen durch das Sammeln von Informationen über das Vorhandensein von Flüssigkeit in einem relativ großen Bereich des Behälters und kombiniert die Information, um den Füllstand zu bestimmen. Dies erlaubt, das System zu positionieren, z. B., auf oder unmittelbar nach einer Kurve des Fließbandes oder unmittelbar nachdem die Behälter umgedreht wurden.

Das System überwacht auf Behälter mit niedrigem Druck (auslaufend), ohne die Behälter zu manipulieren. Im Gegensatz werden im Stand der Technik auslaufende Behälter durch Umdrehen der Behälter erkannt, was der Flüssigkeit erlaubt, auszulaufen, und hiernach Erkennen eines Behälters mit niedrigem Druck unter Benutzung eines Unterfüllungsdetektors. Dies erforderte Mittel zum Umdrehen der Behälter und erforderte ferner, dass das Leck groß genug ist, um hinreichend Flüssigkeit aus dem Behälter austreten zu lassen, während des Untersuchungsprozesses.

Das System wird leicht durch Hindurchführen eines Standardmaßes oder Behälters durch das System kalibriert und produzieren eines Standardbildes, das alle zugehörigen Informationen über die gewünschten Eigenschaften der zu untersuchenden Behälter enthält. Das System passt sich automatisch der Behälterhöhe an und kann daher Änderungen in der Behältergröße während der Produktion ohne erneute Kalibrierung berücksichtigen. Zum Beispiel kann das System einen motorisierten Stand beinhalten, der die Einheit automatisch bei einem vorherbestimmten Untersuchungspunkt positioniert.

Das System ist auch relativ unempfindlich gegenüber Variationen in der Behälterposition auf Grund von Fließbandverschleiß oder anderen Faktoren. Fließbandverschleiß, z. B., kann einen oder mehrere Behälter veranlassen, niedriger als andere Behälter positioniert zu werden. Wenn das System einen derart unvollkommen positionierten Behälter erfasst, passt es automatisch die Untersuchungszone an, um die Änderung in der Behälterposition zu berücksichtigen.

Um nicht-akzeptable Behälter zurückzuweisen, verwendet das System ein intelligentes Zurückweisungssystem. Sensoren überwachen die Leistung des Zurückweisers, um die Richtigkeit der Zurückweisungen zu verifizieren und Informationen über Verschleiß und andere Faktoren zu sammeln. Diese Information wird benutzt, um Verschleißeffekte zu kompensieren und eine Frühdiagnose und Korrektur von Problemen zu ermöglichen. Ein dualer Zurückweiser kann verwendet werden, um zwei aufeinander folgende Behälter zurückzuweisen und Redundanz bereitzustellen, wenn ein Zurückweiser ausfällt.

Die Fähigkeit des Systems, Füllstände präzise zu messen, kann auch verwendet werden, um den Befüllungsbetrieb zu überwachen und anzupassen. Indem die Füllventile kontinuierlich angepasst werden, optimiert das System die Füllleistung und minimiert Verschwendung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich, und aus den Ansprüchen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Blockdiagramm eines Behälteruntersuchungssystems.

2 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform des Behälteruntersuchungssystems aus 1.

3 ist eine Rückansicht des Behälteruntersuchungssystems aus 2. 4 ist eine Seitenansicht des Behälteruntersuchungssystems aus 2, die Seite zeigend, durch welche Behälter das Behälteruntersuchungssystem betreten.

5 ist eine Seitenansicht des Behälteruntersuchungssystems aus 2, die Seite zeigend, durch welche Behälter das Behälteruntersuchungssystem verlassen.

6 ist eine ebene Ansicht der Richtung der Röntgenstrahlenquelle und des Röntgenstrahlendetektors des Behälteruntersuchungssystems aus 2 relativ zu einem Behälter.

7 ist ein Blockdiagramm des Detektors und des Behälters des Behälteruntersuchungssystems aus 2.

8 bis 12 sind Flussdiagramme von durch den Controller des Behälteruntersuchungssystems aus 2 implementierten Verfahren.

13 ist eine graphische Ansicht von Bilddaten, die durch das Behälteruntersuchungssystem aus 2 produziert wurden.

14 bis 16 sind Blockdiagramme, die die Positionierung eines Behälteruntersuchungssystems zeigen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bezug nehmend auf 1 umfasst ein Behälteruntersuchungssystem 100 eine Röntgenstrahlenquelle 102, ein mehrelementiges lineares Diodendetektorfeld 104, einen Controller 106 und einen Zurückweiser 108. Die Röntgenstrahlenquelle 102 ist so konfiguriert, einen vertikal-ebenen Röntgenstrahl 110 zu produzieren, der durch ein Detektorfeld 104 empfangen wird. Der Strahl 110 ist senkrecht zu einer Bewegungsrichtung 112 eines Fließbandes 114. Das Detektorfeld 104 umfasst 32 Diodenelemente, von denen jedes am Controller 106 ein analoges Signal bereitstellt, welches dem Röntgenstrahlungseinfall auf der Diode entspricht.

Wenn ein Behälter 116 (z. B. eine Getränkedose), sich dem Röntgenstrahl 110 nähert, unterbricht der Behälter einen Lichtstrahl 118 zwischen einer Lichtquelle 120 und einem optischen Behälterauslöser 122, was den Behälterauslöser 122 veranlasst, ein Signal an den Controller 106 zu senden. Der Controller 106 antwortet durch periodisches Speichern von analogen Signalen, welche er von dem Detektorfeld 104 empfängt. Zur jeder gegebenen Zeit entspricht ein Scan, der durch das Detektorfeld 104 erzeugten Signale, einem eindimensionalen (vertikalen) Röntgenbild des Behälters 116, während dieser sich am Feld vorbeibewegt. Aufeinander folgende Scans werden gemacht, während die Bewegung des Fließbandes 114 den Behälter 116 veranlasst, sich an der Vorderseite des Detektorfeldes 104 in horizontaler Richtung vorbeizubewegen.

Der Controller 106 synchronisiert aufeinander folgende Scans des Detektorfeldes mit der Bewegung des Behälters 116, indem er gleichzeitig die Ausgabe eines Codierers 124 überwacht, der mechanisch mit dem Fließband 124 verbunden ist. Der Codierer 124 produziert eine Reihe von Impulsen, von denen jeder einem Abschnitt einer Rotation einer Antriebswelle des Fließbandes 114 entspricht. Der Controller 106 zählt diese Impulse, um die Position der Behälter 116 zu überwachen. Dieser erlaubt dem Controller 106, die horizontale Scanrate zu steuern, basierend auf der augenblicklichen Geschwindigkeit des Behälters, so dass jeder vertikale Scan bei einem festen horizontalen Abstand initiiert wird (unabhängig von der Geschwindigkeit) im Hinblick auf die führende Kante des Behälters. In dieser Weise speichert der Controller 106 im Speicher ein akkurates zweidimensionales Bild der Röntgenstrahlenabsorptionscharakteristiken des Behälters 116, während der Behälter 116 vor dem Detektorfeld 104 vorbeiläuft.

Sobald der Behälter 116 vollständig durch den Röntgenstrahl 110 hindurch gegangen ist, verarbeitet der Controller 106 die Bilddaten, um zu bestimmen, ob der Behälter 116 falsch befüllt oder anderweitig fehlerhaft ist. Wenn dem so ist, aktiviert der Controller 106 den Zurückweiser 108 und der Zurückweiser 108 entfernt den fehlerhaften Behälter 116 von dem Fließband 114.

Zusätzlich zu dem Behälterauslöser 122 beinhaltet das System einen Zurückweisungsauslöser 126, welcher ein Signal in Antwort auf die Unterbrechung eines optischen Strahls 128 produziert, der durch eine Lichtquelle 130 erzeugt wird. Der Zurückweisungsauslöser 126 wird benutzt, um die Position eines Behälters 116 vor der Zurückweisung des Behälters 116 zu verifizieren. Der Betrieb des Systems basiert auf der Annahme, dass es kein Verrutschen gibt (d. h., dass die Position eines Behälters sich auf dem Fließband nicht ändert). Die Benutzung des Zurückweisungsauslösers 126 erlaubt ein geringfügiges Verrutschen des Behälters, solange der Behälter nicht um eine vollständige Behälterposition verrutscht (d. h. um den Durchmesser des Behälters) zwischen der Position des Behälterauslösers 122 und des Zurückweisungsauslösers 126. Wenn gewünscht, kann das System auch andere optische Sensoren umfassen, einschließlich z. B. einen Sensor für umgekippte Behälter (nicht gezeigt) und einen optischen Sensor (nicht gezeigt), der den Eingang einer Zurückweisungsrutsche 132 für den Durchgang eines Behälters 116 überwacht.

Unter Bezugnahme auf 2 bis 5 umfasst das Untersuchungssystem 100 ein Gehäuse 200, das auf einem anpassbaren Stand 202 montiert ist. Das Gehäuse 200 enthält die Röntgenstrahlenquelle 102, den Controller 106 und unterstützende Elektronik. Das Detektorfeld 104 ist auf einer anpassbaren Tunnelanordnung 204 montiert, welche selbst mit dem Gehäuse 200 verbunden ist. Die anpassbare Tunnelanordnung unterstützt auch den optischen Behälterauslöser 122. Dementsprechend kann das System für eine Änderung der Behältergröße angepasst werden, durch Anpassen der vertikalen Position der Tunnelanordnung 204. Die Position der Tunnelanordnung 204 wird durch den Controller 106 gesteuert und überwacht. Typischerweise kann der Controller 106 die Höhe der Tunnelanordnung innerhalb eines Zehn-Zoll-Bereichs anpassen, welche die Größe der Behälter zwischen, z. B., 7 Unzen Dosen und 40 Unzen Flaschen zu variieren erlaubt. Das System kann auch angepasst werden, durch automatisches oder mechanisches Anpassen der vertikalen Position des Stands 202.

Eine Benutzerschnittstelle 206, umfassend eine Videoanzeige 208 und eine Eingabetastatur 210 wird auf der Vorderseite des Gehäuses 200 bereitgestellt. Ein Warnlicht 212 zeigt an, dass das System betriebsbereit ist. Zusätzlich zum Bereitstellen von Unterstützung für die Quelle, den Detektor, die Elektronik und die Benutzerschnittstelle, stellt dieses Gehäuse 200 eine Abschirmung bereit, um den Systembediener vor einer Bestrahlung durch Röntgenstrahlung zu beschützen.

Die unterstützende Elektronik umfasst Verstärker, welche die analogen Signale verstärken, welche durch das Detektorfeld 104 erzeugt werden und Stromversorgung für das System und die Röntgenstrahlenquelle. Das System umfasst auch eine Schlitzanordnung 402 (siehe 4) zum Kollimieren des von der Röntgenstrahlenquelle 102 erzeugten Röntgenstrahls.

Die Ausrichtung der Quelle 102, des Strahls 110 und des Detektors 104 wird durch die Verbindung von sowohl der Quelle 102 und des Detektors 104 mit Gehäuse 200 erhalten. Dementsprechend, wie am besten in 4 dargestellt, kann das System leicht durch Positionieren des Systems installiert werden, so dass die Tunnelanordnung 204 das Fließband 114 überspannt und horizontal mit dem Fließband 114 ausgerichtet ist. Das System braucht nur grob in der vertikalen Richtung ausgerichtet zu sein, da, wie unten diskutiert, die vertikale Position der Tunnelanordnung automatisch während einer Initialisierungsprozedur angepasst wird, was einen schnellen Wechsel von einer Behältergröße zu einer anderen erlaubt.

Wie in 3 dargestellt, umfasst der Zurückweiser 108 ein Paar von luftgetriebenen Stößeln 302. Jeder Stößel 302 umfasst einen Magneten und einen Luftdruckzylinder, und wird unabhängig durch den Controller 106 gesteuert. Die Benutzung von zwei Zurückweisern erlaubt das Zurückweisen von Behältern 116 bei Fließbandgeschwindigkeiten von bis zu 2400 Behältern pro Minute durch Wechseln des Bereitschaftszyklus jedes Stößels 302, wie durch die Zurückweisungsbedingungen des Systems gefordert. Sensoren (nicht gezeigt), die jedem Stößel 302 zugeordnet sind, überwachen den Zustand des Stößels durch Bereitstellen einer Zeitangabe, zu welcher der Stößel seine Ruheposition verlässt und der Zeit, zu welcher er zurückkehrt. Ein optischer Sensor (nicht gezeigt), der die Zurückweisungsrutsche 132 (1) überspannt, verifiziert, dass ein gewünschter Behälter 116 tatsächlich zurückgewiesen wurde und erfasst jegliche unerwünschten Zurückweisungen. Der Betrieb des Zurückweisers 108 ist vollständig automatisch – das System verfolgt die Position eines zurückzuweisenden Behälters 116, weist den fehlerhaften Behälter zurück, verifiziert die Zurückweisung und überwacht den Zustand des Zurückweisungsstößels 302.

Die Röntgenstrahlquelle 102 stellt einen kontinuierlichen Röntgenstrahl bei 40 bis 70 kV und 0,01 bis 0,08 mA (d. h. 0,4 bis 5,6 W) bereit. Das Leistungsniveau ist anpassbar für verschiedene Typen von Behältern (z. B. Aluminium gegenüber Stahl) über Reiter auf einer Steuerungsleiterplatte innerhalb des Gehäuses 200. Das Leistungsniveau kann auch durch den Controller 106 angepasst werden. Typischerweise wird das Leistungsniveau grob angepasst, basierend auf dem Typ des zu untersuchenden Behälters und wird danach fein abgestimmt, um geeigneten Kontrast bereitzustellen. Der Controller 106 überwacht die Betriebsleistung der Röntgenstrahlenquelle. In der beschriebenen Ausführungsform wird die Röntgenstrahlenquelle bereitgestellt durch die Lorad Division, ThermoTrex Corporation, Danbury, Connecticut. Die Benutzung einer kontinuierlichen Quelle eliminiert Probleme der Zeitsteuerung, die mit gepulsten Quellen verbunden sind.

Wie in 6 dargestellt, ist die Röntgenstrahlenquelle eine 1 mm Punktquelle 600, welche durch die Schlitzanordnung 402 kollimiert wird, um einen Röntgenstrahl 110 zu produzieren. Der Schlitz 602 der Schlitzanordnung 402 ist 1 mm breit und 15 mm hoch. Um die Auflösung des Systems zu erhöhen, könnte eine Röntgenstrahlenquelle mit einer kleineren Punktquelle benutzt werden. Wie auch in 6 dargestellt, ist der Röntgenstrahl 110 so orientiert, dass er nur durch den oberen Bereich 606 des Behälters 116 hindurchgeht. Wie unten diskutiert, umfassen die Röntgenstrahlenabsorptionscharakteristiken dieses Bereichs des Behälters die gesamte Information, die notwendig ist, um zu bestimmen, ob der Behälter fehlerhaft ist. Selbstverständlich könnte, wenn gewünscht oder notwendig, der Röntgenstrahl 110 so gerichtet werden, dass er ein Bild des gesamten Behälters 116 produziert.

Wie in 7 dargestellt, umfasst das Detektorfeld 104 zwei 16-Elementfelder 700. Die lichtempfindliche Oberfläche jeder Diode 702 der Felder ist 2 mm breit und 1 mm hoch und die Dioden 702 sind im Hinblick auf die Empfindlichkeit gegenüber ultravioletter Strahlung optimiert. Obwohl jede Diode 1 mm hoch ist, stellt das Detektorfeld eine vertikale Auflösung in der Ordnung von 0,5 mm bereit. Diese Erhöhung der Auflösung tritt auf, weil der Strahl in einem Winkel durch den Behälter geworfen wird und weil ein Bereich des Behälters, der zwischen den vertikalen Zentren der zwei benachbarten Dioden 702 platziert ist, beide der Dioden beeinflussen wird und daher durch Variation der durch die zwei Dioden produzierten Signale identifiziert werden kann. Ein segmentierter Cäsium/Jodit-Kristallszintillator 704, der eintreffende Röntgenstrahlung in ultraviolette Strahlung umwandelt, liegt über jedem Feld 700. In der beschriebenen Ausführungsform werden die Felder 700 durch die Photonics Corporation bereitgestellt.

Der Kristallszintillator 704 könnte durch einen Phosphorbildschirm ersetzt werden. Jedoch könnte der Szintillator bevorzugt werden, da er eine schnellere Antwort bereitstellt; die Benutzung eines Phosphorbildschirms kann auch das Bild verwischen. Zusätzlich würde ein nicht-segmentierter Phosphorbildschirm dazu neigen, das Übersprechen zwischen den Dioden zu erhöhen.

Das durch jede Diode 702 produzierte analoge Signal wird durch einen gesonderten Verstärker oder eine Verstärkungsleiterplatte 706 verstärkt. Die verstärkten Signale werden dann an einem 32-zu-16 Multiplexer 708 bereitgestellt, der durch ein Signal von dem Controller 106 gesteuert wird. Die durch den Multiplexer produzierten Signale werden an einem 16 Bit Analogeingangskanal 710 des Controllers 106 bereitgestellt. Jedes Bit des Analogeingangskanals wird in einen digitalen Wert mit 12 Bit Auflösung konvertiert. Typischerweise wird der Controller 106 unter Benutzung eines 80486-Prozessors implementiert, erhältlich von der Intel Corporation.

Bezug nehmend auf 8 steuert der Controller 106 das System 100 gemäß dem Verfahren 800. Um den Systembetrieb zu beginnen, wählt der Benutzer die Initialisierung, unter Benutzung der Tastatur 210 der Benutzerschnittstelle 206 (siehe 1). In Antwort führt der Controller 106 eine Initialisierungs- und Kalibrierungsroutine 802 aus. Nach Initialisierung betreibt der Controller das System gemäß einer Erkennungs- und Erfassungsroutine 804, welche einen Behälter 116 erkennt und Daten für den Behälter 116 erfasst. Nach Beendigung dieser Routine betreibt der Controller 106 das System gemäß einer Analyseroutine 806, um zu bestimmen, ob der Behälter fehlerhaft ist. Wenn der Controller 106 bestimmt, dass der Behälter 116 fehlerhaft ist, betreibt der Controller das System gemäß einer Zurückweisungsroutine 808. Es ist wichtig zu beachten, dass das System gleichzeitig gemäß der Erkennungs-, Erfassungs- und Zurückweisungsroutinen arbeiten kann. Zum Beispiel könnte das System so arbeiten, dass es den ersten Behälter zur gleichen Zeit zurückweist, zu welcher es Daten für einen zweiten Behälter analysiert und Daten für einen dritten Behälter erfasst. In der beschriebenen Ausführungsform ist der Controller 106 hinreichend schnell, um die Analyse der Daten für einen Behälter zu vollenden, während er Daten für einen weiteren Behälter erfasst. Dementsprechend beinhaltet der Controller 106 zwei Datenpuffer, von denen jeder von hinreichender Größe ist, um die Daten für einen Behälter zu speichern.

Bezug nehmend auf 9 beginnt der Controller 106 die Initialisierungs- und Kalibrierungsroutine 802 durch Bestimmen der Verstärkung und des Offset für jede Diode 702 des Detektorfeldes 104 (Schritt 900). Wie wohl bekannt, entspricht die durch eine Diode 702 erzeugte Spannung der Offset-Spannung der Diode plus dem Produkt des Röntgenstrahlungseinfalls auf der Diode und der Verstärkung der Diode: V = Verstärkung × Einfall + Offset.

Dementsprechend kann, wenn die Verstärkung und der Offset einer Diode bekannt sind, der Einfall von Röntgenstrahlung auf der Diode aus der durch die Diode produzierten Spannung bestimmt werden. Da die Verstärkung und die Offsets von Diode zu Diode variieren, bestimmt und speichert der Controller 106 die Verstärkung und den Offset für jede Diode und benutzt diese Werte, wenn die durch die Diode produzierten Signale verarbeitet werden. Der Controller 106 bestimmt den Offset jeder Diode durch Messen der durch jede Diode produzierten Spannung, wenn die Röntgenstrahlenquelle 102 abgeschaltet ist, so dass keine Röntgenstrahlung auf der Diode einfällt: V = Verstärkung × 0 + Offset = Offset.

Sobald die Offsets bekannt sind, bestimmt der Prozessor die Verstärkung jeder Diode durch Subtrahieren des Offsets der Diode von der durch die Diode produzierten Spannung, wenn die Röntgenstrahlenquelle 102 angeschaltet wird und kein Behälter den Röntgenstrahl 110 unterbricht: V – Offset = Verstärkung × 1 = Verstärkung, wobei die einfallende Röntgenstrahlung normalisiert wird, so dass ein Wert von 1 einem ununterbrochenen Strahl und ein Wert von 0 keiner einfallenden Strahlung entspricht.

Als nächstes steuert der Controller 106 den anpassbaren Stand 202, um das System auf seine höchste vertikale Position anzuheben (Schritt 902) und fordert den Systembediener (über die Benutzerschnittstelle 206) auf, einen Testbehälter auf dem Fließband 114 zu platzieren. Danach überwacht der Controller 106 die durch das Detektorfeld 104 produzierten Signale, um zu bestimmen, ob die vertikale Position des Systems korrekt ist (Schritt 904). In der beschriebenen Ausführungsform ist die korrekte vertikale Position definiert als die Position, in welcher die Röntgenstrahlung, die auf die fünfte Diode 702 des Detektorfeldes 104 von oben einfällt kleiner oder gleich 70% eines vollen Strahls ist (d. h. der Testbehälter blockiert mindestens 30% der auf diese Diode gerichteten Röntgenstrahlung). Wenn die vertikale Position nicht korrekt ist, weist der Controller 106 den anpassbaren Stand 202 an, das System um eine Stufe herabzusenken (Schritt 906) und überprüft die Position erneut.

Sobald die vertikale Position des Systems korrekt ist, fordert der Controller den Bediener auf, den Testbehälter auf dem Fließband zu platzieren und misst den Durchmesser des Testbehälters (Schritt 908). In der beschriebenen Ausführungsform misst der Controller 106 den Durchmesser des Behälters relativ zu der Geschwindigkeit des Fließbandes 114 durch Zählen der Anzahl von durch den Codierer 124 produzierten Impulse von der Zeit, zu welcher der Testbehälter den optischen Strahl 118 unterbricht und den Behälterauslöser 122 aktiviert , bis zu der Zeit, wo der Testbehälter sich aus dem optischen Strahl 118 herausbewegt und den Behälterauslöser 122 deaktiviert. Zur gleichen Zeit bestimmt der Behälter 106 das Verhältnis zwischen den Codiererimpulsen und horizontalen Abständen, durch Zählen der Anzahl von Codiererimpulsen, die zwischen der Aktivierung des Behälterauslösers 122 durch den Testbehälter und der Aktivierung des Zurückweisungsauslösers 126 durch den Testbehälter auftreten. Da der Abstand zwischen diesen Auslösern bekannt ist, kann der Abstand pro Codiererimpuls durch Dividieren des bekannten Abstandes durch die Impulsanzahl bestimmt werden.

Als nächstes identifiziert der Controller 106 den Rand und die Mitte des Testbehälters (Schritt 910). Sobald der Testbehälter den optischen Strahl 118 unterbricht, speichert der Controller 106 die Werte des durch jede Diode 702 produzierten Signals für aufeinander folgende horizontale Schritte (typischerweise in der Ordnung von jedem zweiten Codiererimpuls). Basierend auf diesem Wert, identifiziert der Controller 106 den Rand des Testbehälters als zu dem ersten Satz von Signalen gehörig, in welchem ein Teil der Röntgenstrahlung, die auf die fünfte Diode 702 des Diodenfeldes von oben auftrifft, durch den Testbehälter unterbrochen wird. Nach Identifizieren der Kante des Testbehälters identifiziert der Controller 106 die Mitte des Testbehälters als dem Satz von Signalen entsprechend, die von der Kante durch die Hälfte der Anzahl der Codiererimpulse beabstandet sind, welche dem Durchmesser des Behälters entspricht.

Sobald die Kante und die Mitte des Testbehälters identifiziert worden sind, identifiziert der Controller 106 die Werte, die den Bereichen des Bildes entsprechen, die von besonderem Interesse sind. Wie in 13 dargestellt, in der beschriebenen Ausführungsform, in der die Behälter Getränkedosen sind, umfassen die Bilddaten 64 Spalten von Daten, von denen jede 32 Einträge umfasst (entsprechend den 32 Dioden des Diodenfeldes). Die führende Kante der Dose tritt bei Spalte 12 auf und die Mitte der Dose tritt bei Spalte 38 auf. Es gibt zwei Bereiche von Interesse. Der erste Bereich 1300, welcher dem oberen Ende der Dose entspricht und dazu benutzt wird, zu bestimmen, ob die Dose korrekt unter Druck gesetzt ist, umfasst Spalten 35 bis 41 von Zeilen 24 bis 27. Der zweite Bereich 1302 wird zum Messen des Flüssigkeitsstandes in der Dose benutzt und umfasst Spalten 23 bis 56 von Zeilen 12 bis 23.

Schließlich, unter Benutzung der den Bereichen von Interesse entsprechenden Werte erzeugt der Controller 106 Schwellwerte für jeden Bereich von Interesse (Schritt 914). Für den ersten Bereich 1300 wird erwartet, dass der Verschluss des oberen Endes der Dose in der Mitte des Bereichs positioniert ist. Dementsprechend multipliziert der Controller 106 den Zeilen 26 und 27 entsprechende Werte mit einem positiven Gewichtungsfaktor, multipliziert den Zeilen 24 und 25 entsprechende Werte mit einem negativen Gewichtungsfaktor und addiert alle diese Werte zusammen, um den Schwellwert zu produzieren.

Für den zweiten Bereich 1302 addiert der Controller 106 alle Werte zusammen, um den Schwellwert zu produzieren. Durch Addieren aller Werte zusammen, erzeugt der Controller 106 ein Maß der Röntgenstrahlabsorptionseigenschaften des gesamten zweiten Bereichs 1302. Dies ist extrem bedeutsam, da es zu der Fähigkeit des Systems führt, den Füllstand zu messen, wobei es unempfindlich gegenüber einer Unruhe der Inhalte des Behälters ist. In dem Stand der Technik mussten Füllstandsensoren typischerweise mindestens 15 bis 30 Fuß stromabwärts einer Quelle von Unruhe wie einer Fließbandkurve oder einer Befüllungsstation platziert werden, um den Inhalten der Behälter zu erlauben, sich vor der Analyse zu setzen. Im Gegensatz hierzu kann das Behälteruntersuchungssystem 100 auf einer Kurve oder unmittelbar nach einer Quelle der Unruhe ohne nachteilige Ergebnisse platziert werden.

Bezug nehmend auf 10 beginnt der Controller 106 die Erkennungs- und Erfassungsroutine 804 durch Bestimmen, ob der Behälterauslöser 122 einen Behälter erkannt hat (Schritt 1000). Wenn dem so ist, initialisiert der Controller 106 ein Verzögerungsglied/einen Zeitgeber mit einem Wert, welcher der Anzahl von Codiererimpulsen entspricht, deren Auftreten erwartet wird, bevor die führende Kante des Behälters richtig positioniert ist, und initialisiert einen Messungszähler auf 0 (Schritt 1002). Danach überwacht der Controller die Codiererimpulse, bis das Verzögerungsglied/der Zeitgeber ausläuft (Schritt 1004).

Nachdem das Verzögerungsglied/der Zeitgeber ausläuft, speichert der Controller 106 Messwerte von dem Diodenfeld und erhöht den Messungszähler (Schritt 1006). Wie oben diskutiert, werden die Messwerte erzeugt durch Modifizieren der Zahl, welche der Spannung jeder Diode entspricht, durch den Offset und die Verstärkung. Wenn noch keine 64 Messungen vorgenommen worden sind (Schritt 1008), wartet der Controller auf das Auftreten einer richtigen Anzahl von Codierimpulsen und wiederholt den Speicherungs- und Erhöhungsschritt (Schritt 1006). Sobald 64 Messungen vorgenommen worden sind, beginnt der Controller 106 die Analyseroutine 806 und startet gleichzeitig die Erkennungs- und Erfassungsroutine für den nächsten Behälter 116.

Bezug nehmend auf 11 beginnt der Controller 106 die Analyseroutine 806 durch Identifizieren der Position des oberen Endes des Behälters innerhalb der gemessenen Daten (Schritt 1100). Indem der Position des oberen Endes des Behälters erlaubt wird, zu variieren, trägt der Controller 106 Variationen in der Höhe des Fließbandes Rechnung, welche, z. B., aus ungleich verschlissenen Bestandteilen des Fließbandes resultieren könnten.

Sobald das obere Endes des Behälters identifiziert ist, bestimmt der Controller die Bereiche von Interesse für den Behälter (Schritt 1102). Wie oben diskutiert, ist das obere Ende des Testbehälters bei Zeile 28 positioniert (d. h., bei der vierten Diode von oben), und der erste Bereich 1300 wird als Zeilen 24 bis 27 definiert. Daher würde, wenn das obere Ende des Behälters bei Zeile 29 identifiziert würde, der erste Bereich 1300 bei Zeilen 25 bis 28 definiert werden.

Nach Identifizieren der Bereiche von Interesse erzeugt der Controller 106 Zahlen für jeden Bereich von Interesse, unter Benutzung der oben beschriebenen Prozeduren zum Erzeugen der Schwellwerte (Schritt 1104). Diese Zahlen werden dann mit den Schwellwerten verglichen (Schritt 1106). Wenn eine der Zahlen sich von dem entsprechendem Schwellwert durch einen vorherbestimmten Prozentsatz unterscheidet, bestimmt der Controller 106, dass der Behälter zurückgewiesen werden sollte (Schritt 1108). Wenn der Controller 106 bestimmt, dass ein Behälter zurückgewiesen werden sollte, führt der Controller die Zurückweisungsroutine 808 aus.

Bezug nehmend auf 12 beginnt der Controller 106 die Zurückweisungsroutine 808, indem er wartet, bis der Behälter den optischen Strahl 128 des Zurückweisungsauslösers 126 unterbricht (Schritt 1200). Wenn dies auftritt, weiß der Controller 106 die exakte Position des Behälters und antwortet durch Initialisieren eines Zählers, der Impulse des Codierers 124 zählt (Schritt 1202). Der Controller 106 zählt dann die Impulse, bis die Zählung anzeigt, dass der Behälter so positioniert ist, dass ein Zurückweisungsstößel 302 aktiviert werden sollte (Schritt 1204). Danach aktiviert der Controller den Zurückweisungsstößel 302. Wie oben bemerkt, aktiviert der Controller 106 die Zurückweisungsstößel 302 in abwechselnde Weise. Als solche wird die Impulszanzahl, welche die richtige Behälterposition anzeigt, variieren, basierend darauf, welcher der Zurückweisungsstößel 302 zu aktivieren ist. Es ist auch wichtig, zu bemerken, dass, auf Grund der Geschwindigkeit des Fließbands 104 relativ zu der Geschwindigkeit der Zurückweisungsstößel 302, ein Zurückweisungsstößel 302 typischerweise aktiviert werden wird, bevor der Behälter vor dem Zurückweisungsstößel positioniert ist, und ein Signal, den Zurückweisungsstößel in seine Ruheposition zurückzuführen, ausgegeben werden kann, bevor der Behälter den Stößel erreicht. Der Controller 106 multipliziert die Impulszanzahl entsprechend der richtigen Behälterposition basierend auf Feedbacksignalen, welche von Zurückweisungsstößeln empfangen werden. Dies erlaubt dem Controller 106, Änderungen in den Betriebseigenschaften der Zurückweisungsstößel über die Zeit zu berücksichtigen.

Wie in 14 dargestellt, können zwei oder mehr Untersuchungssysteme 100 verwendet werden, um ausfallsicheren Betrieb zu gewährleisten. Wenn zwei Untersuchungssysteme 100 benutzt werden, werden die Systeme sequentiell entlang des Fließbandes 114 positioniert und teilen einen gemeinsamen Zurückweiser 1400, der stromabwärts der Systeme relativ zu der Bewegungsrichtung 112 des Fließbandes positioniert ist. Mit dieser Anordnung untersucht jedes System 100 jeden Behälter und weist Behälter zurück, welche es als fehlerhaft erkennt. Jedes System 100 überwacht die Signale, die an den Zurückweiser 1400 durch das andere System 100 gesendet werden und vergleicht die Signale mit denen, welche es erzeugt, um korrekten Systembetrieb zu verifizieren und einen Ausfall des Systems zu erkennen.

Wie in 15 illustriert, wird das Behälteruntersuchungssystem 100 typischerweise stromabwärts positioniert, relativ zu der Bewegungsrichtung 112 des Fließbandes 114, eines Befüllers 1500, der die Behälter füllt und eines Versieglers 1502, der die Behälter versiegelt. Zurückmeldungspfade 1504 von dem System 100 zu dem Befüller 1500 und Versiegler 1502 erlauben automatische Anpassung dieser Komponenten. Zum Beispiel kann der Befüller 1500 ein Füllventil in Antwort auf Information von dem System 100 anpassen, welche anzeigt, dass das Füllventil nicht korrekt arbeitet.

Ähnlich kann der Versiegler 1502 in Antwort auf Informationen Anpassungen vornehmen, die unsauber versiegelte Behälter anzeigt.

Schließlich, wie in 16 dargestellt, erlaubt die Fähigkeit des Behälteruntersuchungssystems 100, präzise den Behälterfüllstand zu bestimmen, dem System, unmittelbar stromabwärts einer Kurve 1600 in dem Fließband 114 positioniert zu werden.

Weitere Ausführungsformen sind innerhalb der folgenden Ansprüche. Zum Beispiel könnten, um die Auflösung zu verbessern, die Röntgenstrahlen 110 unter Benutzung fokussiert werden, z. B., einer wabenförmigen Struktur aus Wolfram, oder die Anzahl der Elemente in dem Detektorfeld könnte erhöht werden. Ähnlich könnte ein Detektorfeld mit einer höheren Elementdichte in einem Bereich von besonderem Interesse verwendet werden. Zusätzlich könnte die Röntgenstrahlenquelle durch eine Quelle von Gammastrahlung ersetzt werden. Jedoch wird Röntgenstrahlung der Gammastrahlung bevorzugt, da, für ein bestimmtes Energieniveau, Röntgenstrahlen mehr Informationen bereitstellen.

Während das oben beschriebene System primär zum Untersuchen von Dosen konfiguriert ist, von denen erwartet wird, dass sie nahezu identische Eigenschaften besitzen, könnte es auch benutzt werden, um Flaschen oder andere Behälter zu untersuchen, in welchen die Wanddicke des Behälters von Behälter zu Behälter variiert oder sogar innerhalb eines gegebenen Behälters. Beim Untersuchen derart variabler Behälter würde das System die Wanddicke jedes Behälters bestimmen und den Effekten von Variationen in dieser Dicke Rechnung tragen. Zusätzlich umfassen, anders als Dosen, gefüllte Flaschen typischerweise einen großen Leerraum, in welchem sich unterschiedliche Mengen von Schaum bilden können. Um zu bestimmten, ob eine Flasche korrekt befüllt ist, würde das System eine Menge von Schaum in der Flasche erkennen und, basierend auf der Dichte des Schaums, den gemessenen Flüssigkeitsstand entsprechend anpassen.

In einem Ansatz zum Analysieren von Schaum, sucht der Controller 106 nach positiven Gradienten in der Abschwächung von Röntgenstrahlen zwischen horizontalen Zeilen eines Bereichs von Interesse in den Bilddaten. Der Controller benutzt den Ort dieser Gradienten, um die relative Position der Schaum-Flüssigkeitsgrenze zu bestimmen. Sobald die Grenze lokalisiert wurde, bestimmt der Controller das Volumen des Schaums basierend auf der bekannten Geometrie des Behälters und annehmend, dass der Schaum das gesamte Volumen des Behälters über der Schaum-Flüssigkeitsgrenze füllt. Der Controller bestimmt die Dichte des Schaums durch Vergleich von Absorptionsmessungen von Detektorelementen unmittelbar unter und über der Grenze, wobei die Messung unterhalb der Grenze der Absorption durch Flüssigkeit entspricht und die Messung oberhalb der Grenze der Absorption durch Schaum entspricht. Danach bestimmt der Controller die Menge an Flüssigkeit in dem Schaum durch Multiplizieren des Volumens des Schaums mit der Dichte des Schaums. Schließlich passt der Controller den gemessenen Füllstand in Übereinstimmung mit diesem Betrag an.

Wo angemessen, könnte auch eine Luft-/Schaumgrenze bestimmt werden und ihre Position könnte beim Bestimmen des Volumens des Schaums in dem Behälter benutzt werden.

Wenn ein Glasbehälter untersucht wird, schätzt der Controller die Dicke der Wände des Behälters durch Messen des Dämpfungsgradienten entlang der vertikalen Kanten des Behälters. Der Controller kann die Glasdicke als Korrektur erster Ordnung für das Volumen des Behälters für sowohl den Füllstand als auch die Schaummessungen benutzen.

In einem weiteren Ansatz zum Analysieren der Bilddaten, könnten Bilddaten für die Bereiche von Interesse für eine große Anzahl (z. B. 100 bis 1000) von Behältern benutzt werden, um ein neuronales Netzwerk zu trainieren. Danach könnten Behälter durch Einspeisen ihrer Bilddaten in das neuronale Netzwerk untersucht werden.

Was beansprucht wird, ist:


Anspruch[de]
  1. System (100) zum Bestimmen des Füllstandes und des Drucks eines sich bewegenden Behälters (116), umfassend:

    eine Röntgen- oder Gammastrahlenquelle (102), so positioniert, um Strahlung (110) auf den sich bewegenden Behälter (116) zu richten;

    einen Strahlungsdetektor (104), so positioniert, um einen Teil der Strahlung (110) von der Strahlungsquelle (102) zu empfangen, welcher nicht durch den sich bewegenden Behälter (116) absorbiert oder blockiert wird, und elektrische Signale in Antwort hierauf zu erzeugen; und

    Verarbeitungsschaltkreis (106), der betrieben werden kann, um:

    mehrdimensionale Bilddaten für den sich bewegenden Behälter (116) zu produzieren, welche auf den elektrischen Signalen basieren, die durch den Strahlungsdetektor (104) erzeugt werden, mindestens einen ersten Teil der multidimensionalen Bilddaten mit einem entsprechenden Teil der multidimensionalen Bilddaten für einen Standardbehälter zu vergleichen, und basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs zu bestimmen, den Füllstand des Behälters (116), ob der Behälter (116) nicht genug gefüllt ist, ob der Behälter (116) überfüllt ist, ob der Behälter (116) korrekt unter Druck gesetzt ist und ob der Behälter (116) versiegelt ist.
  2. System gemäß Anspruch 1, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um zu bestimmen, dass der sich bewegende Behälter sich von dem Standardbehälter unterscheidet, wenn der Teil der multidimensionalen Bilddaten für den sich bewegenden Behälter von dem Teil der multidimensionalen Bilddaten für den Standardbehälter sich durch mehr als einen zuvor bestimmten Betrag unterscheidet.
  3. System gemäß Anspruch 2, in dem sowohl der erste Teil und der entsprechende Teil eine Vielzahl von Elementen beinhalten und in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um Werte zu kombinieren, die jedem der Vielzahl von Elementen des ersten Teils zugeordnet sind, um einen ersten Gesamtwert zu produzieren, um Werte zu kombinieren, die jedem der Vielzahl von Elementen des entsprechenden Teils zugeordnet sind, um einen zweiten Gesamtwert zu produzieren, und um den ersten und den zweiten Gesamtwert zu vergleichen, um die Eigenschaften des Behälters zu bestimmen.
  4. System gemäß Anspruch 3, in dem der erste Teil multidimensionale Bilddaten beinhaltet, welche einem Bereich über und unter einem erwarteten Füllstand in dem sich bewegenden Behälter entsprechen und in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden können, um einen aktuellen Füllstand des Behälters als Eigenschaft des Behälters zu bestimmen.
  5. System gemäß Anspruch 4, ferner umfassend einen Zurückweiser, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um den Zurückweiser zu aktivieren, wenn der Füllstand des Behälters von einem Füllstand eines Standardbehälters durch mehr als einen vorherbestimmten Betrag sich abweicht.
  6. System gemäß Anspruch 3, in dem der erste Teil multidimensionale Bilddaten beinhaltet, welche einem Bereich entsprechen, der eine Oberfläche des Behälters beinhaltet und in dem der Schaltkreis betrieben werden kann, um zu bestimmen, ob der sich bewegende Behälter richtig unter Druck gesetzt ist als die Eigenschaft des Behälters.
  7. System gemäß Anspruch 1, in dem der Strahlungsdetektor ein eindimensionales Feld von linearen Detektoren umfasst, welche betrieben werden können, um elektrische Signale zu produzieren, die einem eindimensionalen Segment des sich bewegenden Behälters entsprechen, und der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um multidimensionale Bilddaten zu produzieren, durch Zusammenfügen von Mengen von elektrischen Signalen, welche eindimensionalen Segmenten des sich bewegenden Behälters entsprechen.
  8. System gemäß Anspruch 7, in dem:

    der sich bewegende Behälter sich in einer horizontalen Richtung bewegt, der Strahlungsdetektor ein eindimensionales, vertikales Feld von linearen Detektoren umfasst, und

    der Strahlungsdetektor betrieben werden kann, um Mengen von elektrischen Signalen zu erzeugen, während der Behälter sich am Detektorfeld vorbeibewegt.
  9. System gemäß Anspruch 1, in dem die Strahlungsquelle betrieben werden kann, um Strahlung nur auf den oberen Bereich des sich bewegenden Behälters zu richten.
  10. System gemäß Anspruch 1, in dem:

    der sich bewegende Behälter eine Dose mit hierin versiegelten Inhalten umfasst,

    der erste Teil der multidimensionalen Bilddaten einem Bereich am oberen Ende der Dose entspricht, und

    der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um zu bestimmen, dass der sich bewegende Behälter nicht richtig unter Druck gesetzt ist, wenn die multidimensionalen Bilddaten für den Bereich am oberen Ende der Dose sich von den multidimensionalen Bilddaten für den Bereich am oberen Ende des Standardbehälters unterscheiden.
  11. System gemäß Anspruch 1, in dem die Strahlungsquelle eine kontinuierliche Röntgenstrahlquelle umfasst.
  12. System gemäß Anspruch 1, ferner umfassend einen Mechanismus, der betrieben werden kann, um automatisch die vertikale Position der Strahlungsquelle und den Strahlungsdetektor basierend auf der Höhe des sich bewegenden Behälters anzupassen.
  13. System nach Anspruch 1, in dem der sich bewegende Behälter auf einem Laufband positioniert ist, wobei das System ferner einen Zurückweiser umfasst, der betrieben werden kann, um den sich bewegenden Behälter von dem Laufband zu entfernen, wenn der Verarbeitungsschaltkreis bestimmt, dass der sich bewegende Behälter sich von dem Standardbehälter unterscheidet.
  14. System gemäß Anspruch 13, in dem der Zurückweiser einen luftgetriebenen Stößel umfasst.
  15. System gemäß Anspruch 14, in dem der Zurückweiser ein Paar von luftgetriebenen Stößeln umfasst, die in abwechselnder Weise betrieben werden können.
  16. System gemäß Anspruch 14, in dem der Zurückweiser betrieben werden kann, um den Schaltkreisen Information über die Bewegung des luftgetriebenen Stößels zu liefern.
  17. System gemäß Anspruch 7, in dem der Strahlendetektor ein Feld von Fotodioden umfasst.
  18. Verfahren zum Untersuchen eines sich bewegenden Behälters (116), umfassend:

    Richten von Röntgen- oder Gammastrahlung (110) auf dem sich bewegenden Behälter (116);

    Empfangen eines Teils der Strahlung (110), welcher nicht durch den sich bewegenden Behälter (116) absorbiert oder blockiert wird;

    Produzieren von multidimensionalen Bilddaten für den sich bewegenden Behälter (116), basierend auf der empfangenen Strahlung (110), welche nicht durch den sich bewegenden Behälter (116) absorbiert oder blockiert wird;

    Vergleichen von mindestens einem ersten Teil der multidimensionalen Bilddaten mit einem entsprechenden Teil der multidimensionalen Bilddaten für einen Standardbehälter; und

    Bestimmen eines Füllstandes des Behälters (116), ob der Behälter (116) überfüllt ist, ob der Behälter (116) nicht genug gefüllt ist, ob der Behälter (116) richtig unter Druck gesetzt ist und ob der Behälter (116) versiegelt ist, basierend auf dem Schritt des Vergleichens.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 18, ferner umfassend:

    Bestimmen, dass der sich bewegende Behälter sich von dem Standardbehälter unterscheidet, wenn der Teil der multidimensionalen Bilddaten für den sich bewegenden Behälter von dem Teil der multidimensionalen Bilddaten für den Standardbehälter durch mehr als einen vorherbestimmten Betrag unterscheidet.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 18, ferner umfassend:

    Richten von Strahlung auf den Standardbehälter, so dass ein Teil der Strahlung durch den Standardbehälter absorbiert oder blockiert wird und ein Teil der Strahlung durch den Standardbehälter nicht absorbiert oder blockiert wird;

    Empfangen des Teils der Strahlung, der nicht durch den Standardbehälter absorbiert oder blockiert wird; und

    Produzieren der multidimensionalen Bilddaten für den Standardbehälter basierend auf der empfangenen Strahlung, die nicht durch den Standardbehälter absorbiert oder blockiert wurde.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 18, in dem:

    der Schritt des Empfangens von Strahlung das Empfangen von Strahlung als eine Reihe von eindimensionalen Segmenten umfasst, und

    der Schritt des Produzierens multidimensionaler Bilddaten das Produzieren einer Menge von eindimensionalen Bilddaten aus jedem der eindimensionalen Segmente der empfangenen Strahlung umfasst und das Zusammenstellen der Mengen der eindimensionalen Bilddaten, um die multidimensionalen Bilddaten zu produzieren.
  22. Verfahren gemäß Anspruch 21, ferner umfassend:

    das Bewegen des sich bewegenden Behälters in einer horizontalen Richtung, indem der Schritt des Empfangens von Strahlung das Empfangen von Strahlung aus einer Reihe von eindimensionalen vertikalen Segmenten umfasst, während der sich bewegende Behälter sich an einem vertikalen Detektor vorbeibewegt.
  23. Verfahren gemäß Anspruch 18, in dem der Schritt des Richtens von Strahlung das Richten von Strahlung nur auf einem oberen Bereich des sich bewegenden Behälters umfasst.
  24. Verfahren gemäß Anspruch 18, in dem:

    der sich bewegende Behälter eine Dose beinhaltet, der erste Teil der multidimensionalen Bilddaten, der einem Bereich am oberen Ende der Dose entspricht, und

    der Schritt des Bestimmens umfasst zu bestimmen, dass der sich bewegende Behälter nicht richtig unter Druck gesetzt ist, wenn die multidimensionalen Bilddaten für den Teil am oberen Ende der Dose von den multidimensionalen Bilddaten für den Bereich am oberen Ende des Standardbehälters sich unterscheiden.
  25. Verfahren gemäß Anspruch 18, in dem die Strahlung einen kontinuierlichen Strahl von Röntgenstrahlung umfasst.
  26. System gemäß Anspruch 4, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um Schaum in dem Behälter zu berücksichtigen, wenn der aktuelle Füllstand des Behälters bestimmt wird.
  27. System gemäß Anspruch 26, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um einen scheinbaren Füllstand des Behälters zu bestimmen, um eine Flüssigkeitshöhe auf Grund von Schaum in dem Behälter zu bestimmen und den scheinbaren Füllstand und den Stand, der auf Schaum zurückgeht, zu kombinieren, um den aktuellen Füllstand zu bestimmen.
  28. System gemäß Anspruch 27, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um eine Menge von Schaum in dem Behälter zu bestimmen, um die Dichte des Schaums in dem Behälter zu bestimmen und den Stand von Flüssigkeit zu bestimmen, der auf Schaum zurückzuführen ist, basierend auf der Menge von Schaum und der Dichte des Schaums.
  29. System gemäß Anspruch 28, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um eine Schaum-/Flüssigkeitsgrenzfläche zu identifizieren und die Menge an Schaum in dem Behälter zu bestimmen, basierend auf der Schaum-/Flüssigkeitsgrenzfläche und einer Geometrie des Behälters.
  30. System gemäß Anspruch 29, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um eine Luft-/Schaumgrenzfläche zu identifizieren und die Menge an Schaum in dem Behälter zu bestimmen, basierend auf der Schaum-/Flüssigkeitsgrenzfläche, der Luft-/Schaumgrenzfläche und der Geometrie des Behälters.
  31. System gemäß Anspruch 28, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um eine Dicke von Wänden des Behälters und die Menge an Schaum in dem Behälter zu bestimmen, basierend auf der Dicke der Wände des Behälters.
  32. System gemäß Anspruch 4, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um eine Dicke von Wänden in dem Behälter zu bestimmen und die Dicke von Wänden des Behälters beim Bestimmen des aktuellen Füllstandes des Behälters zu berücksichtigen.
  33. System gemäß Anspruch 32, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um Variationen in einem Volumen des Behälters auf Grund der Dicke der Wände des Behälters zu berücksichtigen.
  34. System gemäß Anspruch 4, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um eine Bewegung des Behälterinhalts zu berücksichtigen, bei Bestimmung des aktuellen Füllstandes des Behälters.
  35. System gemäß Anspruch 1, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um eine Dicke der Wände des Behälters zu bestimmen.
  36. System gemäß Anspruch 35, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um Variationen in einem Volumen des Behälters auf Grund der Dicke der Wände des Behälters zu berücksichtigen.
  37. System gemäß Anspruch 1, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um die Bewegung von Behälterinhalten zu berücksichtigen, wenn eine oder mehrere Eigenschaften des Behälters bestimmt werden.
  38. System gemäß Anspruch 6, in dem der Verarbeitungsschaltkreis betrieben werden kann, um zu bestimmen, ob der sich bewegende Behälter richtig unter Druck gesetzt ist, wenn der sich bewegende Behälter sich in einer nicht-invertierten Lage befindet.
Es folgen 13 Blatt Zeichnungen






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