Способ контроля герметичности металлических банок с пищевыми продуктами и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2396529:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на обеспечение возможности автоматизации контроля герметичности и на повышение его эффективности. Этот технический результат обеспечивается за счет того, что индикацию локальных выделений осуществляют по неоднородности цвета поверхности банки с помощью системы технического зрения. При этом видеосъемку движущейся банки производят одновременно с двух сторон поворачивающимися вокруг своей оси видеокамерами, крайние значения угла поворота которых соответствуют начальной и конечной позициям банки в цикле видеосъемки. Расстояние между движущимися банками выбирают с учетом необходимого времени на разворот видеокамер в исходную позицию после окончания видеосъемки. На основании обработки полученной видеоинформации автоматически производят отбраковку банки. В устройство включены блок управления, а также система технического зрения, состоящая из системного контроллера, запрограммированного на индикацию неоднородности цвета поверхности банки, связанные с ним две видеокамеры, средство позиционирования, выполненное в виде ленточного транспортера с нанесенной разметкой мест установки банок. Видеокамеры установлены по обе стороны от транспортера с возможностью синхронного поворота вокруг своих вертикальных осей. Устройство снабжено механизмом отбраковки, связанным с блоком управления. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к контролю герметичности пищевых консервов.
Известен способ определения герметичности металлических банок, используемый в современном производстве молочных консервов, погружением в горячую воду (ГОСТ 29245-91. Консервы молочные. Методы определения физических и органолептических показателей).
Данный способ обладает рядом недостатков, из которых наиболее существенными являются низкая экономичность и недостаточная точность. В процессе выдерживания банок в воде из негерметичных банок выделяется молоко, в связи с чем вода мутнеет и ее приходится периодически заменять, нагревая новую порцию до температуры 85°С. Измерения проводятся при открытой водной поверхности. Это приводит к повышенным потерям тепла. Кроме того, объем воздуха в банке позволяет проконтролировать не более 30% длины швов, поэтому необходимо утроенное количество банок, каждая из которых располагается в воде определенным образом - боковым швом вверх, дном вверх, крышкой вверх.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ контроля герметичности металлических банок (RU патент №2025730, G01N 33/04, G01M 3/00, опубл. 30.12.1994 г.). Его сущность заключается в том, что металлические банки с молочными консервами укладывают рядами, швами вниз (местами стыков продольных и поперечных швов) на полки термостата, предварительно обернув белой или обработанной индикатором фильтровальной бумагой, и выдерживают при температуре 83÷87°С в течение 5 мин. По появлению на бумаге маслянистых жирных пятен продукта в результате проникновения через капилляры в швах банки как следствие физического расширения продукта в банке при нагревании судят о герметичности металлических банок с продуктом. Относительным количеством негерметичных банок определяется качество партии.
Недостатками данного способа являются низкая эффективность контроля, обусловленная большим числом операций, выполняемых вручную, и непосредственным участием оператора по определению локальных выделений продукта из банки, а также сложность автоматизации процесса контроля.
Изобретение решает задачу повышения эффективности контроля герметичности и автоматизации процесса за счет применения системы технического зрения.
Для решения поставленной задачи в известном контроле герметичности металлических банок с пищевыми продуктами, включающем нагревание банки с продуктом до температуры не менее 85°С, индикацию локальных выделений на закаточных швах, предлагается индикацию локальных выделений осуществлять по неоднородности цвета поверхности банки с помощью системы технического зрения, производя видеосъемку движущейся банки одновременно с двух сторон, причем для обеспечения угла обзора банки с каждой стороны до 180°С видеосъемку предлагается проводить поворачивающимися вокруг своей оси видеокамерами, крайние значения угла поворота которых соответствуют начальной и конечной позициям банки в цикле видеосъемки. Положение позиций выбирают с учетом разрешающей способности видеокамер, а расстояние между движущимися банками - с учетом необходимого времени на разворот видеокамер в исходную позицию после окончания видеосъемки банки. Отбраковку банки производят по команде системы на основании обработки полученной видеоинформации.
Известна рентгенодефектоскопическая установка для контроля качества закаточного шва (RU патент №65649 на полезную модель, МПК G01N 23/00, A23L 3/00, опубл. 10.08.2007 г.), включающая источник рентгеновского излучения и детектор для регистрации теневого изображения, заключенные в камеру радиационной защиты, снабженная устройством позиционирования консервной банки, размещенным между источником и детектором и обеспечивающим вращение банки вокруг своей оси, и компьютеризированным устройством управления.
Недостатками указанной установки являются применение рентгеноскопического комплекса, оказывающего вредное влияние на персонал, а также сложность устройства позиционирования консервной банки, выполненного по типу механического захвата с возможностью перемещения, фиксации корпуса банки относительно линии прохождения излучения и ее вращения вокруг своей оси, что не обеспечивает возможности непрерывного контроля качества шва банки при использовании в автоматизированных консервных линиях.
Изобретение решает задачу обеспечения безопасности персонала и возможности непрерывного контроля герметичности банки, а также упрощения устройства за счет использования системы технического зрения.
Для решения поставленной задачи в известном устройстве, содержащем средства для получения видеоинформации, ее обработки, позиционирования банок, связанные с блоком управления, предлагается в качестве средства получения видеоинформации и ее обработки использовать систему технического зрения, включающую системный контроллер, запрограммированный на индикацию неоднородности цвета банки, и связанные с ним две видеокамеры, а средство позиционирования выполнить в виде ленточного транспортера с нанесенной разметкой мест установки банок. Видеокамеры предлагается установить по обе стороны от транспортера с возможностью синхронного поворота вокруг своих вертикальных осей, кроме того, устройство предлагается снабдить механизмом отбраковки, связанным с блоком управления. Дополнительно устройство может быть снабжено средством сигнализации брака.
На прилагаемых к заявке графических материалах изображено:
фиг.1 - структурная схема устройства;
фиг.2 - исходное взаимное положение видеокамер системы технического зрения и ленточного транспортера с контролируемыми банками;
фиг.3 - изменение взаимного положения одной видеокамеры и контролируемой банки при движении ленточного транспортера.
На графических материалах приняты следующие обозначения:
1 - система технического зрения; 2 - системный контроллер; 3 - блок управления; 4 - механизм позиционирования; 5 - механизм отбраковки; 6 - средства сигнализации; 7 - видеокамера 1; 8 - видеокамера 2; 9 - ленточный транспортер; 10 - привод механизма перемещения ленточного транспортера; 11 - толкатель; 12 - привод механизма толкателя; 13 - разметка нанесенная на ленточный транспортер; 14 - контролируемая банка; 15 - ширина зоны обзора видеокамеры; 16 - контролируемая поверхность банки; 17 - накопитель дефектных банок; 18 - начальная позиция банки в цикле видеосъемки; 19 - средняя позиция банки в цикле видеосъемки; 20 - конечная позиция банки в цикле видеосъемки; 21 - позиция отбраковки дефектных банок; α - угол поворота видеокамеры; S - направление движения ленточного транспортера.
Конкретный пример осуществления способа
Для осуществления способа была выбрана система технического зрения ZFX фирмы OMRON, включающая две видеокамеры ZFX-SC150 с зоной обзора 90х89 мм и разрешающей способностью, ограничивающей расстояние до объекта 115 мм, и системный контроллер ZFX-C20, который установили в режим контроля однородности цвета объекта. В качестве объекта контроля выбрали металлические банки №6 (диаметр банки 84 мм; высота 57 мм) с продуктом «Килька в томатном соусе» в количестве 50 шт., которые нагревали до температуры 85°С. На ленточном транспортере предварительно нанесли разметку мест установки банок с учетом их диаметра, который равен 84 мм, и разрешающей способности видеокамер. Опытным путем было подобрано оптимальное для данного типоразмера банки расстояние от начальной до конечной позиции, равное двум диаметрам банки L=168 мм. Видеокамеры разместили по обе стороны от транспортера посередине между начальной и конечной позициями контролируемой банки, причем расстояние до каждой из позиций составляло 115 мм. Видеокамеры установили с возможностью синхронного поворота вокруг своей оси на угол α=±5°. Скорость движения транспортера составляла V=0,05 м/с.
При этом длительность одного цикла видеосъемки от начальной до конечной позиции составила:
ТЦ=ТРЦ+tв,
где ТРЦ - время рабочего цикла;
tв - время возврата видеокамер в начальную позицию;
ТРЦ=L/V;
Следовательно, один рабочий цикл видеосъемки от начальной до конечной позиции длился ТРЦ=3,36 сек. В начале цикла видеосъемки видеокамеры находятся в исходном положении: повернуты на 15° в сторону начальной позиции банки. Во время видеосъемки видеокамеры совершали угловой поворот, сопровождая банку до конечной позиции. Скорость поворота согласована со скоростью движения транспортера и время поворота составило ТРЦ=3,36 сек. Обеспечивалась видеосъемка банки на 180° с каждой стороны. Скорость транспортера и расстояние между позициями выбирались с учетом времени на разворот видеокамер в исходную позицию, которое составляло в нашем случае 1,5 сек. Следовательно, длительность одного цикла видеосъемки должна быть увеличена на 1,5 сек и в нашем случае составила 4,86 сек. Обработку видеоинформации системный контроллер 2 проводил в течение 0,2 сек. После чего, в случае обнаружения локальных выделений, системный контроллер 2 передавал сигнал блоку управления 3, который связан с механизмом отбраковки 5. Одновременно подавался звуковой сигнал о браке средством сигнализации 6. При достижении банкой позиции отбраковки толкатель 11 механизма отбраковки 5 срабатывал, и банка сталкивалась с транспортера в накопитель дефектных банок 17. В проверенной партии банок в количестве 50 шт. система технического зрения 1 отбраковала 3 шт. Визуальный осмотр банок подтвердил наличие признаков негерметичности швов. По результатам реализации примера осуществления способа при установленном общем времени цикла контроля герметичности 4,86 сек производительность установки составила 740 банок в час.
Предлагаемый способ позволил автоматизировать процесс, полностью устранив ручные операции при контроле герметичности, что выразилось в повышении производительности.
1. Способ контроля герметичности металлических банок с пищевыми продуктами, включающий нагревание банки с продуктом до температуры 85±2°С, индикацию локальных выделений на закаточных швах, отличающийся тем, что индикацию локальных выделений осуществляют по неоднородности цвета поверхности банки с помощью системы технического зрения, производя видеосъемку движущейся банки одновременно с двух сторон, причем для обеспечения угла обзора банки с каждой стороны до 180° видеосъемку проводят поворачивающимися вокруг своей оси видеокамерами, крайние значения угла поворота которых соответствуют начальной и конечной позициям банки в цикле видеосъемки, кроме того, положение позиций выбирают с учетом разрешающей способности видеокамер, а расстояние между движущимися банками - с учетом необходимого времени на разворот видеокамер в исходную позицию после окончания видеосъемки, и на основании обработки полученной видеоинформации автоматически производят отбраковку банки.
2. Устройство для контроля герметичности металлических банок с пищевыми продуктами, содержащее средства для получения видеоинформации, ее обработки, позиционирования банок, связанные с блоком управления, отличающееся тем, что в качестве средства получения видеоинформации и ее обработки использована система технического зрения, включающая системный контроллер, запрограммированная на индикацию неоднородности цвета поверхности банки, и связанные с ним две видеокамеры, а средство позиционирования выполнено в виде ленточного транспортера с нанесенной разметкой мест установки банок, причем видеокамеры установлены по обе стороны от транспортера с возможностью синхронного поворота вокруг своих вертикальных осей, кроме того, устройство снабжено механизмом отбраковки, связанным с блоком управления.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что снабжено средством сигнализации брака, связанным с блоком управления.
