устройство для исследования заполненных сосудов с помощью наклонно излученных рентгеновских лучей

Формула изобретения

1. Устройство для исследования заполненных сосудов (10) на наличие инородных тел (26), таких как осколки стекла, с транспортирующим устройством (16) для транспортировки сосудов (10) по отдельности последовательно друг за другом в один ряд в плоскости транспортировки, с первым и вторым источником (18) рентгеновских лучей для испускания рентгеновских лучей в заданном направлении и с устройством (20, 22) для приема рентгеновских лучей (24) после прохождения через сосуды (10), причем направление, в котором рентгеновские лучи (24) испускаются от источника (18) рентгеновских лучей, наклонено в диапазоне углов от 10 до 60° к плоскости транспортировки, и первый источник рентгеновских лучей размещен выше плоскости транспортировки, и его рентгеновские лучи (24) направлены сверху на плоскость транспортировки, отличающееся тем, что второй источник (18) рентгеновских лучей размещен ниже плоскости транспортировки, и его рентгеновские лучи (24) направлены снизу на плоскость транспортировки, при этом с каждым источником рентгеновских лучей соотнесено устройство приема рентгеновских лучей и оценки информации.

2. Устройство по п.1, в котором с каждым источником (18) рентгеновских лучей соотнесено устройство (20, 22) приема рентгеновских лучей (24) после прохождения через сосуд (10), и рентгеновские лучи, принятые устройством (20, 22) приема рентгеновских лучей, сравниваются в устройстве оценки друг с другом.

3. Устройство по п.2, выполненное таким образом, что лучи обоих источников (18) рентгеновских лучей падают на отдельные друг от друга области устройства (20) приема рентгеновских лучей (24).

4. Устройство по любому из пп.1-3, в котором устройство приема рентгеновских лучей (24) представляет собой преобразователь (20) рентгеновского изображения с подключенной к нему камерой (22) на приборах с зарядовой связью.

5. Применение устройства по любому из пп.1-4 для исследования заполненных сосудов (10) на наличие инородных тел.

6. Применение по п.5, причем источник рентгеновских лучей или источники (18) рентгеновских лучей размещены таким образом, что ход лучей является примерно тангенциальным к максимальному наклону выпуклости дна сосуда.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству для исследования заполненных сосудов на наличие инородных тел, таких как осколки стекла, с транспортирующим устройством для транспортировки сосудов по отдельности последовательно друг за другом в один ряд в плоскости транспортировки, с источником рентгеновских лучей для испускания рентгеновского луча в заданном направлении и с устройством приема рентгеновских лучей после прохождения через сосуды.

Контроль продукции, расфасованной в сосудах, например фруктовых соков в бутылках для напитков, с помощью рентгеновских лучей, является известным способом в пищевой промышленности. Затруднения возникают при контроле на наличие инородных тел, которые имеют более высокую плотность по сравнению с расфасованной продукцией и поэтому падают на дно сосудов. В случае сосудов с выпуклым вверх дном, как это имеет место во многих бутылках для напитков, инородные тела соскальзывают по выпуклости дна сосуда на внутренний край сосуда. Там с помощью рентгеновских лучей их трудно обнаружить, так как рентгеновские лучи должны пройти не только через вертикальную стенку сосуда, но и через дно сосуда, и при этом из-за выпуклости дна сосуда они направлены под углом примерно 10° к выпуклой поверхности дна сосуда и поэтому проходят очень длинное расстояние внутри материала сосуда. Поэтому дополнительное ослабление рентгеновских лучей из-за, возможно, имеющихся инородных тел проявляется лишь относительно слабо, и часто его вообще невозможно обнаружить. С другой стороны, неровности поверхности дна сосуда можно легко принять за инородное тело.

Из ЕР-А-0795746 для решения этой проблемы известен способ, согласно которому сосуд исследуют посредством двух рентгеновских лучей, из которых один ориентирован под углом 45° к направлению транспортировки, а другой - под углом 45° против направления транспортировки, так что оба они оказываются под прямым углом друг к другу.

Из ЕР-А-0961114 известно, что сосуды для таких исследований устанавливают вверх дном, так что при наличии инородных тел они будут опускаться к крышке и при этом могут легко распознаваться рентгеновскими лучами.

Из WO 01/44791 известно, что сосуды наклоняют примерно на 80° в сторону и затем посредством вертикально направленного рентгеновского луча их исследуют на наличие инородных тел.

В основе изобретения лежит задача повышения надежности распознавания инородных тел в заполненных сосудах.

В соответствии с изобретением эта задача в устройстве вышеуказанного типа решается тем, что направление, в котором рентгеновские лучи испускаются из источника рентгеновских лучей, наклонено в диапазоне углов от 10° до 60°, предпочтительно от 15° до 45° и, в частности, под углом 30° к плоскости транспортировки.

Подходящий источник рентгеновских лучей формирует рентгеновский луч с энергией от 50 до 100 кэВ, в частности 60 кэВ.

Выпуклые днища сосудов имеют на краю в общем случае максимальный наклон в диапазоне углов от 10° до 60°. Источник рентгеновских лучей позиционируется таким образом, что ход лучей в месте максимального наклона дна сосуда, то есть в общем случае на краю дна сосуда, является примерно тангенциальным к выпуклости дна сосуда. Этого можно добиться как за счет размещения источника рентгеновских лучей над плоскостью транспортировки, так и за счет такого размещения под плоскостью транспортировки.

Если источник рентгеновских лучей размещен над плоскостью транспортировки, то верхняя часть рентгеновских лучей проходит на обратном от источника рентгеновских лучей участке дна сосуда примерно тангенциально к выпуклости дна сосуда. За счет этого рентгеновский луч проникает в материал сосуда только на передней стороне и на задней стороне стенки, но не проходит длинный отрезок пути внутри дна сосуда. При наклоне, например, на 30° отрезок пути внутри вертикально ориентированной стенки сосуда удлиняется всего лишь примерно на 15%. Контраст различий по интенсивности, обусловленный инородными телами, снижается за счет этого лишь несущественно.

На обращенном к источнику рентгеновских лучей участке внутреннего края дна сосуда аналогичным образом возникают благоприятные соотношения. Если дно сосуда поднимается под углом, например, 30°, то рентгеновский луч проходит тогда под углом 60° к дну сосуда, так что и в этом случае отрезок пути по сравнению со случаем перпендикулярного падения луча удлиняется всего лишь примерно на 15%.

Рентгеновский луч может также направляться снизу под углом, например, 30° к плоскости транспортировки на дно сосуда. На обращенном к источнику рентгеновских лучей участке рентгеновский луч проходит тогда примерно тангенциально к выпуклости дна сосуда, в то время как он на обратном от источника рентгеновских лучей участке внутреннего края дна сосуда в рассматриваемом случае проходит под углом примерно 60° к дну сосуда.

Предпочтительным образом рентгеновские лучи в любом случае направлены примерно под прямым углом к направлению транспортировки.

В особенно предпочтительном выполнении изобретения сосуды исследуются с помощью двух рентгеновских лучей, из которых один направлен сверху, а другой снизу на дно сосуда. Предпочтительным образом оба источника рентгеновских лучей размещены на одной и той же стороне транспортирующего устройства. Углы, под которыми рентгеновские лучи направлены на дно сосуда, могут быть одинаковыми по величине или могут различаться. Предпочтительно они составляют примерно 30°. Также можно использовать дополнительные источники рентгеновских лучей, например третий источник рентгеновских лучей, который направляет рентгеновский луч параллельно к плоскости транспортировки или под другим углом, отличающимся от углов для первого и второго источников рентгеновских лучей, на дно сосуда. Угол рентгеновских лучей относительно направления транспортировки может также различаться.

Устройство для приема рентгеновских лучей размещено на стороне, противоположной относительно устройства перемещения источника рентгеновских лучей. Такое устройство приема может представлять собой линейку или двумерный массив детекторов рентгеновских лучей. В качестве детекторов рентгеновских лучей могут использоваться фотодиоды со сцинтилляционным кристаллом. Однако предпочтительным образом устройство приема выполнено в виде преобразователя рентгеновского изображения или усилителя рентгеновского изображения с последовательно включенной камерой на ПЗС (приборах с зарядовой связью). За счет использования таких плоскостных сенсоров необходимое время облучения сокращается до минимума и тем самым снижается нагрузка облучения продукции и окружающей среды.

С каждым источником рентгеновских лучей соотнесено устройство приема рентгеновских лучей и оценки информации. За счет сравнения информации, полученной от отдельных устройств приема, обеспечивается трехмерное определение местоположения дефектов, за счет чего можно отличить инородные тела от дефектов материала стенки сосуда.

Предпочтительным образом при применении двух рентгеновских лучей изображения связываются на плоскостном сенсоре. При этом угол расходимости рентгеновских лучей и расстояние от источников рентгеновских лучей до транспортирующего устройства на одной стороне и расстояние между плоскостным сенсором и транспортирующим устройством на другой стороне согласуются друг с другом таким образом, чтобы на верхней половине плоскостного сенсора появлялось изображение, сформированное падающим снизу рентгеновским лучом, а на нижней половине плоскостного сенсора появлялось изображение, сформированное падающим сверху рентгеновским лучом. Дефекты, которые проявляются в одном изображении, могут отыскиваться и тем самым подтверждаться, в соответствующем другом изображении.

В качестве транспортирующего устройства может использоваться обычный транспортер со звеньевой цепью, состоящий из полимерных звеньев цепи. Если звенья цепи создают помехи на рентгеновском изображении, то может применяться ременный транспортер, в котором сосуды транспортируются с помощью двух фиксирующих сбоку ремней. Подобное транспортирующее устройство известно из ЕР-А-124164. Дно сосуда при этом не подпирается. Плоскость транспортировки определяется при этом днищами сосудов. Предпочтительным образом она расположена горизонтально. Однако, в особенности при применении ременного транспортера, она также может быть наклоненной.

Предметом изобретения также является применение вышеописанного устройства для исследования заполненных сосудов на наличие инородных тел, в частности стеклянных бутылок с выпуклым вверх дном. Источник рентгеновского луча или источники рентгеновских лучей предпочтительно позиционируются таким образом, что ход лучей на участке максимального наклона дна сосуда является примерно тангенциальным к выпуклости дна сосуда.

Примеры выполнения изобретения поясняются ниже со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

фиг.1 - пример выполнения, в котором рентгеновский луч направлен под углом 30° сверху на плоскость транспортировки;

фиг.2 - пример выполнения, в котором рентгеновский луч направлен под углом 30° снизу на плоскость транспортировки;

фиг.3 - пример выполнения с двумя рентгеновскими лучами на виде в направлении транспортировки;

фиг.4 - пример выполнения по фиг.3 на виде сбоку.

В примерах выполнения сосуды представляют собой стеклянные бутылки 10 для напитков, имеющие в нижней области цилиндрическую стенку 12 и выпуклое вверх дно 14 бутылки. Бутылки 10 транспортируются на транспортирующем устройстве 16 в вертикальном положении. В качестве транспортирующего устройства 16 может использоваться обычный транспортер со звеньевой цепью. На некотором расстоянии рядом с транспортирующим устройством 16 с одной стороны размещен источник 18 рентгеновских лучей с энергией 60 кэВ, а с другой стороны - устройство приема рентгеновских лучей. Это устройство представляет собой плоскостной сенсор в форме преобразователя 20 рентгеновского изображения. Сформированное преобразователем 20 рентгеновских лучей изображение регистрируется камерой 22 на ПЗС.

Верхняя сторона транспортирующего устройства 16 определяет плоскость транспортировки. Рентгеновский луч 24 в примере, показанном на фиг.1, наклонен под углом 30° сверху к плоскости транспортировки. Расстояние от источника 18 рентгеновских лучей до транспортирующего устройства 16 составляет примерно 30 см, и рентгеновский луч 24 имеет расходимость примерно 15°, так что дно бутылки, имеющее диаметр примерно 7 см, целиком находится в пределах рентгеновского луча 24. Преобразователь 20 рентгеновского изображения размещен на минимально возможном расстоянии от транспортирующего устройства 16 и принимает, по меньшей мере, часть рентгеновского луча 24, проникшего через дно 14 бутылки.

В показанном на фиг.1 примере выполнения на обратной от источника 18 рентгеновских лучей стороне внутреннего края дна 14 бутылки находится инородное тело 26, например осколок стекла. Инородное тело 26 поглощает или рассеивает рентгеновские лучи и на преобразователе 20 рентгеновского изображения распознается как темное пятно 32. Как можно видеть на фиг.1, лучи в непосредственной близости от лучей, которые падают на инородное тело 26, проникают через переднюю сторону и заднюю сторону стенки 12 бутылки 10 под углом примерно 60°. Это справедливо и для непосредственно ниже проходящих лучей, которые проходят примерно тангенциально к выпуклости края дна 14 бутылки. Находящиеся еще ниже лучи проходят, напротив, относительно длинное расстояние внутри дна 14 бутылки и поэтому сильно ослабляются, причем неровности на верхней стороне или нижней стороне дна 14 бутылки очень сильно проявляются. Лучи в ближайшей окрестности инородного тела 26 ослабляются, однако одинаковым образом так что инородное тело 26 может распознаваться на преобразователе 20 рентгеновского изображения по отчетливому яркостному контрасту.

В примере выполнения по фиг.2 источник рентгеновских лучей размещен ниже плоскости транспортировки, и рентгеновский луч 24 направлен под углом 30° снизу на плоскость транспортировки. То же инородное тело 26, что и на фиг.1, четко выделяется и в данном случае на окружающем фоне. Угол, под которым лучи в окрестности луча, падающего на инородное тело 26, направлены на дно 14 бутылки, составляет 30° + наклон края дна 14 бутылки, который в типовом случае также составляет 30°. Поэтому потенциально возможные неровности толщины материала в бутылке 10 проявляются лишь незначительно. Относительно размещения преобразователя 20 рентгеновского изображения и камеры 22 на ПЗС пример выполнения по фиг.2 соответствует примеру выполнения по фиг.1.

В примерах выполнения по фиг.3 и 4 предусмотрены два источника 18 рентгеновских лучей, причем рентгеновский луч 24, излученный первым источником 18 рентгеновского излучения, направлен под углом 30° сверху на плоскость транспортировки, в то время как второй источник 18 рентгеновских лучей размещен ниже плоскости транспортировки, и излученный им рентгеновский луч 24 направлен под углом 30° снизу на плоскость транспортировки. Расстояние от источников 18 рентгеновских лучей до транспортирующего устройства и расходимость излученных рентгеновских лучей 24, а также величина преобразователя 20 рентгеновского изображения и его расстояние от транспортирующего устройства 16 выбраны таким образом, что изображение, сформированное первым рентгеновским лучом 24 находится в нижней половине преобразователя 20 рентгеновского изображения, а изображение 30, сформированное вторым рентгеновским лучом 24 находится в верхней половине преобразователя 20 рентгеновского изображения. Инородное тело 26 расположено вновь так же, как и на фиг.1 и 2, и вырабатывает пятно 32 сниженной яркости как на первом изображении 28, так и на втором изображении 30. Оба изображения снимаются одной камерой 22 на ПЗС. С помощью обычных способов обработки изображений можно из положения обоих пятен 32 определить точное пространственное положение инородного тела 26. Если это положение находится на внешней стороне стенки 12 бутылки 10, то из этого можно заключить, что речь идет не об инородном теле 26, которое находится внутри бутылки 10, а, например, о выпуклости на внешней стороне стенки 12. Бутылка 10 тогда не оценивается как дефектная.

Соотношения относительно хода рентгеновских лучей 24 к выпуклости дна 14 бутылки и к стенкам 12 сосуда в примерах выполнения по фиг.1 и 2 заменяются на обратные, если инородное тело 16 находится не на обратной от источников 18 рентгеновских лучей стороне дна 14 бутылки, а на обращенной к ним стороне дна 14 бутылки.

Что касается точности распознавания и четкости контраста обусловленного инородным телом 26 пятна 23 пониженной интенсивности на преобразователе 20 рентгеновского изображения, то для первого изображения 28 имеют место те же соотношения, что и в примере выполнения по фиг.1, а для второго изображения 30 - те же соотношения, что и в примере выполнения по фиг.2. Соотношения при этом вновь заменяются на обратные, если инородное тело 26 находится на обращенной к источникам 18 рентгеновских лучей стороне дна 14 бутылки.

Перечень ссылочных позиций

10 бутылка

12 стенка

14 дно бутылки

16 транспортирующее устройство

18 источник рентгеновских лучей

20 преобразователь рентгеновского изображения

22 камера на ПЗС

24 рентгеновский луч

26 инородное тело

28 первое изображение

30 второе изображение

32 пятно