專利名稱：用于確定泡沫密度的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權利要求1的前序的一種用于確定泡沫的泡沫密度的方法，以及 根據(jù)權利要求5的前序的一種用于確定泡沫的泡沫密度的裝置。
背景技術：
在飲料灌裝系統(tǒng)中，在尤其是含二氧化碳的飲料的灌裝期間，泡沫層往往形成在 諸如瓶子的飲料容器中。取決于飲料的類型，會形成或多或少的泡沫。尤其是在啤酒的灌 裝期間，往往會形成很多泡沫。通常情況下，直到泡沫澄清即直到泡沫中所含的液體量釋 放，需要一些時間。為了檢查飲料容器中的液體量，須測量灌裝液位。但是，由于泡沫的形 成，如果不是不可能的話，緊接在灌裝之后精確確定灌裝液位是很難的，因為為了確定灌裝 液位，人們實際上必須要等到泡沫已澄清。僅基于泡沫的尺寸來確定泡沫中所含的液體量 通常帶有誤差，因為所形成的泡沫的密度會變化，所以所含的液體量不僅取決于飲料的類 型而且會在容器間變化。如果灌裝諸如啤酒的氧敏感飲料，則通常還要在封閉之前向灌裝口噴射精餾水流 (所謂的HDE方法)。然后在這個過程中產(chǎn)生的泡沫使仍存在于灌裝液位上方的氧氣移走。 為了檢驗或檢查此正確的功能，還期望的是要了解關于在這個過程中所形成的泡沫密度。利用諸如高頻(HF)、紅外偏轉(zhuǎn)、紅外吸收的通常方法無法確定泡沫中的液體量。這 些方法的缺點是它們不能檢測不同的泡沫結構。雖然用于測量泡沫的方法是已知的，但是利用這些方法人們僅能確定泡沫的分解 率。在這些方法之一中，將光束發(fā)射到泡沫中，此處，由測量裝置檢測在相對側(cè)從泡沫射出 的光。在該過程期間，光束和測量裝置繞泡沫層旋轉(zhuǎn)。但是，利用此方法并不能精確確定泡 沫密度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法和裝置，利用該方法和裝置可檢測泡沫中所 含的液體量，從而計算例如在泡沫已經(jīng)澄清后所形成的灌裝液位，或大致能夠觀察泡沫形 態(tài)。實現(xiàn)這一目標的方法包括權利要求1中的特征。將光束引入到緊接在將液體灌入 容器之后形成的泡沫中，或在隨后封閉之前有意生成的泡沫中。該光束穿透泡沫且在該過 程中被擴張。為了確定泡沫密度，確定由光束在泡沫中產(chǎn)生的光點的輪廓，此處，輪廓使得 能夠推定出泡沫密度。這里，該方法利用了泡沫引起光束散射的效果。在這個過程中，不同的高泡沫密度 引起光束的不同強散射，即光束的發(fā)散。含有高液體量的高密度泡沫引起光束的強散射。反 之，如果泡沫含有少量液體量則散射較弱，這意味著泡沫密度較低。這里所觀察到的光的散射也被稱為廷德爾氏效應。如果粒子懸浮在液體或氣體 中，就會發(fā)生這種效應，此處粒子的大小相當于光的波長(約IOOnm到IOOOnm)。光在粒子
3處(這里是在一個或多個氣泡壁處)被折射，通過該光的散射，光束被側(cè)向散射到介質(zhì)之 外。散射使得光束從側(cè)面也是可見的。有利的是，從所述容器的外部確定光點的輪廓，并且與存儲數(shù)據(jù)進行比較。通常， 泡沫飲料被灌入透明的玻璃瓶或塑料瓶。因而由市場上買得到的尤其性能范圍僅在幾個毫 瓦內(nèi)的聚焦激光器所產(chǎn)生的光束可以從容器的外部指向泡沫。因而檢測光點的輪廓的測量 裝置也布置在瓶子的外部。為了進一步增加泡沫密度的確定精度，可以利用若干光束尤其是光柱來確定泡沫 的密度。已知的是，泡沫的密度在其整個延伸范圍內(nèi)不是恒定的，因此在單次測量的情況下 會產(chǎn)生誤差。將光束照射到泡沫中，使得所形成的光點不重疊且它們的輪廓可以清楚地識 別。作為替代，也可以采用不同的脈沖激光器，利用不同的脈沖激光器甚至可以識別重疊的 光點且在此基礎上能夠確定密度。另外，利用至少一個測量裝置來確定由光束產(chǎn)生的光點。該測量裝置還被用來確 定飲料瓶中的泡沫高度，因此它已檢測到全部的泡沫高度。利用測量裝置，可以依靠光束的 方向來檢測若干光點且確定光束的相應區(qū)域中的密度。但是，若干光束也可以被定向為使 得需要若干測量裝置來檢測所有的光點。利用在該過程中在泡沫中檢測出的液體量，因而可以檢測出容器中期望的灌裝液 位，否則通常檢測出泡沫的性質(zhì)或密度。實現(xiàn)上述目標的裝置包括權利要求5的特征。因此，該測量裝置實施為使得它能 檢測由光束在泡沫中產(chǎn)生的光點的輪廓。為此，該裝置包括布置在待灌裝的容器的區(qū)域中 的光源和測量裝置。輪廓使得能夠推定出泡沫密度，從而通過簡單的器件就能夠確定泡沫 的密度。根據(jù)本發(fā)明的有利的進一步發(fā)展，所述測量裝置尤其是攝像機側(cè)向于光束輸入布 置以從側(cè)面測量光點。折射引起光束的散射，從而在泡沫中側(cè)向于光束的縱軸，光束變得可 見。取決于由泡沫密度造成的散射光線，光點會相對于泡沫的外形、大小和亮度而變化。利 用攝像機可以很容易地檢測光束的輪廓或散射光線的外形。這意味著，這里輪廓指的是從 光束的中心朝橫向于光束方向的兩側(cè)的亮度以及絕對亮度值的沿著光束的下降。在簡化的 估算中，這將是例如散射光線的外形的長寬比。根據(jù)進一步優(yōu)選的實施例設置為，光束由優(yōu)選的脈沖激光器或類似的聚焦光源產(chǎn) 生。激光器發(fā)射出耀眼的成柱的光束，這會為光點的輪廓測量帶來好的效果，即使沒有任何 另外的光柱。有利的是，可以按照攝像機的頻率來觸發(fā)激光器。因此，可以不僅拍攝泡沫的單張 圖片，而且拍攝若干連續(xù)的圖片或影片形式的連續(xù)圖片。根據(jù)本發(fā)明的另一有利實施例，若干光源和測量裝置布置在容器的側(cè)面。由于變 化的泡沫密度，即使在一個單個泡沫形態(tài)中，對于精確測量來說有用的是，將若干光源布置 為使得泡沫的不同區(qū)域可以被測量。有利的是，這里，然后將光源布置為沿泡沫的高度一個 光源布置在另一個光源上方。作為對這種方案的替代，光源也可以配置在一個平面中，使得 泡沫被從兩個以上側(cè)照射，每側(cè)用一個光柱。相反地，攝像機通常被設計為使得檢測泡沫的 更大區(qū)域，從而可以利用一個攝像機檢測一個布置在另一個上方和/或鄰近另一個布置的 若干光源以及它們所產(chǎn)生的光點。為了精確確定光點的輪廓，記錄在一個圖片中的若干光源然后被分離。測量裝置側(cè)向于和/或平行于光束的縱軸布置。當光點側(cè)向于光束的縱軸離開泡 沫時，測量裝置側(cè)向于光束的縱軸布置。這里，是否將測量裝置布置為垂直于光束定位并不 重要。人們僅須注意的是，測量裝置不變地檢測光點或光點的輪廓。有利的是，該裝置包括計算機，其用于通過比較由測量裝置所測出的光點的輪廓 的存儲數(shù)據(jù)來計算泡沫中所含的液體量。根據(jù)優(yōu)選的進一步發(fā)展，所述計算機包括能夠存儲有關于容器和液體的數(shù)據(jù)的存 儲器，尤其是關于容器的優(yōu)選是瓶頸的尺寸和材料厚度以及液體的性質(zhì)。在灌裝容器之前， 這些數(shù)據(jù)和信息被收集和儲存在存儲器中。由于外源測量，(這意味著從容器的外部)，容 器壁的曲率和材料厚度影響光點的測量，于是當數(shù)據(jù)被相應地提前存儲時在結果的確定中 這會被納入考慮。同樣，利用測出的泡沫高度和已知的容器體積，人們可以確定在該區(qū)域中 泡沫層的體積。計算機包括用于確定光點的輪廓的圖像處理程序。由攝像機提供的數(shù)據(jù)被 圖像處理程序處理，從而可以確定例如在單位區(qū)域中的光點的精確大小。這同樣應用于計 算泡沫高度(利用圖像處理程序這是可能的)以及灌裝量。利用圖像處理程序從而人們可 以推定出泡沫密度。在光點重疊或后續(xù)拍攝的照片的情況下，利用圖像處理程序也可以分 析這些。而且有利的是，可以將該裝置合并入現(xiàn)有的用于灌裝液位控制的攝像機裝置。因 而可以用少量時間和少量努力對已安裝在用于灌裝液位控制的灌裝系統(tǒng)中的現(xiàn)有攝像機 系統(tǒng)進行改裝。


在下文中，將結合附圖更詳細地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。附圖中圖1示出了飲料容器的上部區(qū)域的側(cè)視圖，具有側(cè)向布置的光源；圖2示出了測量裝置和飲料容器的俯視圖，具有側(cè)向布置的光源；以及圖3示出了用于解釋本發(fā)明的示意圖。
具體實施例方式在圖1中，示出了一飲料容器的上部區(qū)域。這是個飲料瓶10，具有錐形漸變的瓶頸 11。瓶頸11終止于加厚的開口區(qū)12。飲料瓶10是市場上買得到的細頸瓶，因為它往往用 在飲料行業(yè)中，尤其是啤酒行業(yè)中。在瓶頸11的區(qū)域中，在圖示的實施例中，若干呈激光器13形式的光源側(cè)向地布 置。兩個激光器13各自位于一個平面中。總共有六個激光器13配置在三個平面中，其中 一個平面配置在另一個平面的上方。因此，瓶頸11至少在開口區(qū)12下方的區(qū)域被激光器 13圍繞，激光器13沿飲料瓶的縱軸12布置。布置在一個平面中的激光器13定位為在圓周上相對于彼此偏置。這意味著，由這 些激光器13分別發(fā)射出的光柱14相對于彼此并不軸向延伸。而是在所示實施例中，它們 的軸線在相應的平面中被定位為相對于彼此偏置約120°。從圖2可以看到兩個激光器13 配置在一個平面中的這種配置。圖2示出了飲料瓶10的俯視圖，具有兩個側(cè)向布置的激光器13。此外，呈攝像機形式的測量裝置15相對于飲料瓶10側(cè)向布置在兩個激光器13的平面中。通常，測量裝置 15相對于飲料瓶10定位為使得它覆蓋瓶頸11的全部區(qū)域。這意味著，利用單個檢測裝置 15來檢測一個配置在另一個上方的激光器13的平面。因此，相對于彼此平行配置的、一個 在另一個上方或鄰近另一個配置的若干激光器被分配給一個測量裝置15。但是，作為對這 種方案的替代，可將一個測量裝置15分配給每個激光器13或設有激光器13的一個平面。在圖2中，還示出了計算機16，其包括能夠存儲關于飲料瓶10和飲料的數(shù)據(jù)的存 儲器。為了計算，存儲了例如關于瓶10的尤其是瓶頸的尺寸以及瓶10的壁厚的數(shù)據(jù)。此 外，有可能存儲了關于飲料本身的數(shù)據(jù)，從而利用飲料屬性進行更精確的內(nèi)插或外推出整 個高度因而制定出垂直密度分布圖。存儲數(shù)據(jù)可以基于實驗值、測試或先前的測量。此外， 計算機包括圖像處理程序。利用圖像處理程序可以確定出光點17a、17b的輪廓。下面，將參考圖3更詳細地說明根據(jù)本發(fā)明的方法灌裝期間在瓶頸11的區(qū)域 中所形成的泡沫層含有液體量，在泡沫已經(jīng)澄清后，這些液體量會使飲料瓶10中的液位上 升。為了能估算出緊接在灌裝之后在泡沫中含有多少液體量，利用側(cè)向布置的激光器13向 泡沫照射數(shù)微秒至幾毫秒光束，這分別產(chǎn)生光點17a或17b，光點17a、17b分別可以從一側(cè) 識別，且取決于其密度具有不同的輪廓。利用相對于光束的方向側(cè)向定位的攝像機15來檢 測這個光點的輪廓，然后例如通過與先前所收集的數(shù)據(jù)進行比較根據(jù)測量結果來確定液體 量。測量裝置15通常被設計成使得，除了檢測光點，它還能確定泡沫層的高度。這另 外地允許包括沿飲料瓶10的縱向延伸而布置的若干激光器以確定泡沫密度。利用測量裝 置15，因而可以有較多數(shù)量的光點投射到泡沫上。根據(jù)垂直泡沫密度分布圖和泡沫高度，于 是通過利用已知的內(nèi)徑進行積分就可以計算出泡沫中存儲的液體量。通常利用單個測量程序足以確定泡沫密度因而確定所含的液體量。一個測量程序 對應于攝像機的一個圖像。一個激光器/多個激光器被觸發(fā)，使得它們的頻率對應于攝像 機的錄制時間。作為替代，可以拍攝光點的若干圖像，例如以確定泡沫的澄清的時間順序。在本發(fā)明的另一應用中，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)作為在氧敏感飲料的灌裝中與HDE方 法相關的控制系統(tǒng)，可以用于觀察是否足夠的泡沫已經(jīng)產(chǎn)生以將殘余氧氣壓出開口。該裝置可以很容易地合并到現(xiàn)有的灌裝液位控制器件中。由于直到現(xiàn)在灌裝液位 控制通常是用攝像機系統(tǒng)來執(zhí)行的，所以本發(fā)明可以很容易地實現(xiàn)，因為現(xiàn)有系統(tǒng)僅需要 添加一個激光器或多個激光器以及適當?shù)膱D像處理程序。
權利要求
一種用于確定泡沫的泡沫密度的方法，所述泡沫形成于例如緊接在已經(jīng)將液體灌入容器(10)之后或在隨后封閉容器之前，此處將光束(14)照射到泡沫上，所述方法的特征在于，確定由所述光束(14)在泡沫中產(chǎn)生的光點(17a，17b)的輪廓。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，從所述容器(10)的外部確定光點的輪廓， 并且與存儲數(shù)據(jù)進行比較。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用若干光束(14)尤其是光柱來確 定泡沫的密度。
4.根據(jù)前述權利要求1至3中至少一項所述的方法，其特征在于，利用至少一個測量裝 置(15)來確定由所述光束(14)產(chǎn)生的光點的輪廓。
5.一種用于確定泡沫的泡沫密度的裝置，所述泡沫形成于例如緊接在已經(jīng)將液體灌入 容器(10)之后或在容器隨后被封閉之前，其中光源(13)和測量裝置(15)側(cè)向地布置在所 述容器(10)的區(qū)域中，并且所述光源向泡沫發(fā)射光束(14)，所述裝置的特征在于，所述測 量裝置(15)被設計為使得它能夠檢測由所述光束在泡沫中產(chǎn)生的光點(17a，17b)的輪廓。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述測量裝置(15)尤其是攝像機側(cè)向于 光束輸入(14)布置以從側(cè)面測量所述光點(17a，17b)。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的裝置，其特征在于，所述光束(14)由激光器(13)或類似 的聚焦光源產(chǎn)生。
8.根據(jù)前述權利要求5至7中至少一項所述的裝置，其特征在于，若干光源(13)和測 量裝置(15)側(cè)向于所述容器布置。
9.根據(jù)前述權利要求5至8中至少一項所述的裝置，其特征在于，計算機(16)，其用于 通過比較由測量裝置(15)所測出的光點(17a，17b)的輪廓的存儲數(shù)據(jù)來計算泡沫中所含 的液體量。
10.根據(jù)前述權利要求5至9中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述計算機包括用 于存儲關于所述容器(10)和液體的數(shù)據(jù)的存儲器，尤其是關于所述容器(10)的優(yōu)選是瓶 頸(11)的尺寸和材料厚度以及液體的屬性。
11.根據(jù)前述權利要求5至10中至少一項所述的裝置被安裝到現(xiàn)有的攝像機灌裝液位 控制裝置中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用廷德爾氏效應確定飲料容器中的泡沫的泡沫密度的方法和裝置。為此，利用光源向泡沫發(fā)射聚焦光柱，此處光柱在泡沫中被折射且散射光線在泡沫表面變得可見。通過對這種光點的輪廓的測量，人們可以推定出泡沫密度。為此，可以將一個或若干個激光器合并到已連接到現(xiàn)有測量器件上的現(xiàn)有灌裝液位測量器件中。
文檔編號G01N9/36GK101923029SQ20101018919
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權日2009年5月26日
發(fā)明者斯特凡·皮亞納 申請人:克朗斯股份公司