CN117136299A - 通过确定容器封盖的旋转位置检查容器的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于检查容器(10)的方法，其中设有容器封盖(10a)的容器(10)通过运输装置(2)沿着预定的运输路径(T)运输，并在该运输过程中通过第一检查装置(4)进行检查，其中该检查装置(4)通过图像拍摄装置(42)拍摄至少容器(10)的容器封盖的至少第一图像，其特征在于，通过图像拍摄装置拍摄至少该容器封盖(10)的第二图像，其中该第一图像的拍摄与该第二图像的拍摄的时间间隔优选地小于10毫秒。
Description
说明书
本发明涉及一种用于检查容器、特别是饮料容器的方法和装置。在饮料制造业中，检测容器的现有技术早已为人所知。例如，检查容器是否受损坏或受污染的技术是众所周知的。
此外，在现有技术中，已知要对封闭的容器进行检查，以确定封盖是否正确地设置在相应的容器上。为此，现有技术中已知的方法和装置可以用于检查或确定容器封盖相对于容器口部区域的旋转位置，特别是对于由PET制成的容器。这部分是通过设置在容器封盖和容器本身上的标记来实现的。
相应的装置和方法已在现有技术中得到证明。然而，如果容器封盖上有污染物或液滴等，有时也会出现问题。
由EP 1 270 433 A2已知一种检查容器的方法。在该方法中，拍摄容器标记和封盖标记的图像，并将该图像传输到处理装置，以分析这些标记的位置。
WO 2014/023580描述了一种密封检查装置，在该装置中也确定容器上的标记与封盖上的标记之间的距离。WO 2019/025956 A1描述了一种用于确定封盖相对于瓶子的角度位置的装置和方法。
在现有技术中，通常的做法是例如清除诸如残留水滴等污染物。然而，尽管经过吹扫，但残留水滴也会大大增加识别封盖上和容器上(例如支撑环上)的角度特征的难度，从而也增加了检查的难度。
上述这些目的通过独立权利要求的主题来实现。有利的实施方式和改进方案是从属权利要求的主题。
在根据本发明的用于检查容器、特别是设有容器封盖的容器的方法中，这些容器通过运输装置沿着预定的运输路径运输，并在该运输过程中通过第一检查装置进行检查，其中该检查装置通过图像拍摄装置拍摄特定容器的至少容器封盖(但优选地也包括容器口部区域)的第一图像。
根据本发明，图像拍摄装置拍摄至少该容器封盖的第二图像。因此，优选地，第一图像的拍摄和第二图像的拍摄的时间间隔小于100毫秒，优选地小于50毫秒，优选地小于20毫秒，优选地小于10毫秒，优选地小于8毫秒，优选地小于6毫秒，优选地小于5毫秒，优选地小于3毫秒。
优选地，这些容器在其移动过程中进行检查，尤其是在这些容器的移动过程中拍摄至少一张图像，优选是两张图像。优选地，这些容器以大于0.1米/秒、优选地大于0.3米/秒、优选地大于0.5米/秒、优选地大于0.8米/秒、特别优选地大于1.0米/秒的运输速度进行运输。优选地，这些容器以小于20米/秒、优选地小于15米/秒、优选地小于10米/秒、优选地小于8米/秒、优选地小于6米/秒、优选地小于5米/秒、优选地小于3米/秒、优选地小于2.5米/秒的运输速度进行运输。
因此，建议对同一个容器封盖进行至少两次、优选是正好两次的拍摄。这两次拍摄可以通过同一图像拍摄装置或摄像机拍摄。在这种情况下，污染物(如水滴)会在图像处理过程中根据不同的图像被识别出来，优选地可以忽略不计，而校准的特征则会被类似地拍摄下来，并能与水滴清楚地区分开来。
优选地，对同一容器的第一图像和第二图像或至少两张摄取的图像进行比较和/或对两张图像进行分析。除了拍摄图像，还可以拍摄图像序列。优选地，通过图像之间的比较来判断是否存在异物(如液滴)。
优选地，通过两张图像的比较可以区分出查找到的或要查找的特征(或封盖或容器的标记)和干扰性伪影(例如水滴造成的伪影)。
与现有技术不同的是，进行两次图像拍摄不是为了更好地识别特定的标记，而是为了能够在这两次图像拍摄的图像显示中区分标记和伪影。
在另一有利的方法中，第一图像和第二图像通过同一图像拍摄装置拍摄。该图像拍摄装置可以在短时间内连续触发两次和/或拍摄到相应的图像。不过，也可以设置两个摄像头，其优选地对准容器或其封口的同一区域。
优选地，在两次图像拍摄中拍摄到相同或基本相同的图像区域(和/或相同的容器)(除了容器前进移动造成的轻微偏移)。
但在两次图像拍摄中优选地改变照明参数。
优选地，在几乎(容器的)同一位置并且优选是相隔不久地拍摄或触发图像。这意味着，两张图像拍摄的时间间隔很小，以致于在拍摄第一图像和拍摄第二图像的时间点之间，容器的位置没有发生变化或变化不大。
优选地，在拍摄第一图像和拍摄第二图像期间，容器的移动小于3厘米，优选地小于2厘米，优选地小于1.5厘米，优选地小于1厘米，优选地小于0.8厘米，优选地小于0.6厘米，特别优选地小于0.5厘米。不过，还可以想到的是，在容器的静止状态过程中拍摄至少一张图像或两张图像。
优选地，两次拍摄之间的时间间隔小于1秒，优选地小于0.5秒，优选地小于0.2秒，优选地小于0.1秒，优选地小于50毫秒，优选地小于10毫秒，优选地小于8毫秒，优选地小于6毫秒，优选地小于5毫秒，优选地小于3毫秒，优选地小于2毫秒，优选地小于1毫秒，优选地小于0.5毫秒。优选地，时间间隔大于0.01毫秒，优选地大于0.02毫秒，优选地大于0.03毫秒，优选地大于0.04毫秒，特别优选地大于0.05毫秒。
由于时间间隔较短，尽管运输速度有限，容器仍可在(基本)相同的位置被拍摄两次。例如，如果容器以2米/秒的速度移动，这就意味着两次拍摄之间的时间间隔为0.5毫秒时，容器只移动了1毫米。
优选地，拍摄两张同一位置的图像。这意味着，这两张图像都是从***的同一区域拍摄的，而且容器在第一拍摄与第二拍摄之间仅有轻微移动。然而优选地，至少容器封盖和/或容器的口部区域在两张图像中都能完全再现。
特别优选地，受检查的容器的高度在50毫米至800毫米之间，优选地在100毫米至400毫米之间。优选地，检查过程以每小时90,000个容器的生产速度进行。特别优选地，该容器是塑料容器，特别是塑料瓶。
在另一优选方法中，沿着直线、特别是单轨运输路径运输容器。不过，这些容器也可以沿着环形或圆形节段状的运输路径运输。在这种情况下，这些容器可以通过例如传送带运输。此外，还可以想到的是，采用侧导带运输容器。
优选地，容器是装满且封闭的容器。在另一优选方法中，图像拍摄通过触发装置触发。优选地，图像拍摄的曝光时间大于1微秒，优选地大于2微秒，优选地大于5微秒，优选地大于10微秒。优选地，曝光时间小于500微秒，优选地小于300微秒，优选地小于200微秒，特别优选地小于100微秒。
在优选的方法中，拍摄至少一张容器封口的上侧的图像。优选地，从容器封盖上方进行观察。图像拍摄装置可以优选地设置在容器封盖上方，但也可以想到的是，偏离辐射路径或观察路径(例如通过镜子)。优选地，图像拍摄装置(在图像拍摄过程中)基本上垂直布置在容器上方。
在另一优选方法中，第一图像的拍摄使用第一物理参数，第二图像的拍摄使用第二物理参数，其中该第一物理参数中的至少一个参数(特别是该参数的值)与该第二物理参数(特别是描述相同物理特性的参数)中的至少一个参数(特别是该第二参数的值)不同，和/或这些参数至少部分地彼此不同。特别是，两次拍摄在至少一个参数上存在差异。
例如，第一图像可以用一组特定的参数(p1,p2,p3,p4)拍摄，第二图像可以用另一组参数(q1,q2,p3,q4)拍摄，并且满足p1＝q1、p2＝q2、p3＝q3且p4不等于q4)。
在优选的方法中，上述这些物理参数选自一组参数，包括图像拍摄时间点、图像拍摄持续时间(或曝光时间)、照明的颜色或光谱范围、照明类型、滤光片设置(可选地还有软件过滤器的设置)、图像拍摄装置的观察角度、观察装置与容器封盖的距离、照明辐射的照明方向、照明辐射的偏振、照明辐射的方向性等。多个这样的物理参数也可以彼此不同。
然而优选地，在使用双触发器，即用摄像机快速连续进行两次拍摄时，图像拍摄装置的观察角度以及观察装置与容器封盖的距离保持基本不变。
例如，第一拍摄和第二拍摄可以在照明颜色、照明方向或照明类型等方面有所不同。
优选地，图像拍摄装置在容器的基本同一位置很短时间内依次被触发两次，在该优选的方法中，两次拍摄使用不同类型的照明。
优选地，使用波长范围从紫外线到红外线的波长作为照明颜色或波长。
如上所述，光线可以从不同方向照射，类似于所谓的“从阴影中恢复形状”方法(在这里是一种测量倾斜度和曲率的三维方法，也用于主要是在线表面检测任务的自动质量控制)。这样就能可靠地识别出形状偏差，特别是在平面上的诸如裂纹、划痕、气孔或缺口等，还可选地识别出异物或液滴等物质的存在。
此外，如上所述，还可以使用不同方向性的光。从硬定向光到完全漫射(阴天)照明都可以。此外，如上所述，还可以使用不同偏振方向的照明光。
在另一优选方法中，容器的口部区域(特别是被封盖封闭的区域)也拍摄有第一图像和/或第二图像。特别是，位于容器封盖上的标记也拍摄有第一图像。此外，位于容器区域上的标记、特别是支撑环上的标记也拍摄有第一图像和/或第二图像。
因此，优选地，要检查的容器封盖具有至少一个标记，该标记可以通过图像拍摄装置(即光学装置)记录到。例如，该标记可以设置在容器封盖的边缘区域。在另一优选方法中，容器本身，特别是其口部区域，特别是其支撑环，也具有可被图像拍摄装置记录到的标记。
在优选的方法中，照明参数的选择应使标记在所摄取的图像中仅有细微差别。优选地，照明参数的选择能使异物(如水滴)在所摄取的图像中差别很大。以此方式，就可以通过图像拍摄之间的比较来确定哪个图像特征由伪影或异物造成，哪个图像特征实际上是标记的再现。
因此，优选地，使用两次图像拍摄来区分(待定位的)标记和图像伪影，和/或抑制水滴造成的影响。以此方式，就可以提高识别性能。此外，还可以进行两次以上的拍摄。
在另一优选的方法中，至少要对摄取的图像中的至少一个图像进行分析，以确定所述容器封盖相对于所述容器的旋转位置。在这种情况下，可以通过算法或使用人工智能进行相应的分析。
更确切地说，可以通过传统算法或使用图像处理的神经网络来识别例如水滴和校准特征等。优选地使用卷积神经网络(CNN)。在使用合适的高质量注释的摄像机图像进行训练后，这可以实现更高的分级精度。
优选地，特别是在存储装置中存储多张参考图像，并且优选地设置有比较装置，该比较装置将这些存储的图像与所摄取的图像进行比较。根据这种比较，可以确定容器封盖或容器的相对旋转位置。
优选地，图像拍摄装置拍摄至少一张容器封盖和/或容器的空间分辨的图像。优选地，图像拍摄装置生成(容器和/或其封盖的)空间分辨的(特别是二维和/或三维)传感器数据，用于记录容器。
优选地，特别是使用处理器装置和/或数据处理装置，应用至少一种(计算机实现的)计算机视觉方法，从传感器数据生成分析数据，在该计算机视觉方法中执行(计算机实现的)感知和/或记录任务，例如(计算机实现的)二维和/或三维物体识别方法和/或(计算机实现的)语义分割和/或(计算机实现的)物体分类和/或(计算机实现的)物体定位方法。
在物体分类过程中，传感器数据中记录到和/或表示的物体被分配到一个(先前教导和/或预定义的)类别中。在物体定位过程中，特别是除了物体分类之外，还要确定或查明传感器数据中记录到和/或显示的物体(例如封盖上的标记，特别是与传感器数据相关的标记)的位置，其特别是通过所谓的边界框进行标记和/或突出显示。在语义分割过程中，特别要为传感器数据的每个像素分配一个类别(用于物体分类)(特别是，从特别预定的多个类别中)(类别注释)。
这些类别可以是例如污染物类型(如水、灰尘)或容器封盖类型(如形状和颜色)等。
优选地，从传感器装置生成的(原始)数据或由此得出的数据(特别是计算机视觉方法或感知方法的执行)中确定分析数据是基于(计算机实现的)机器学习方法，优选是基于至少一种基于(人工)神经网络的机器学习方法。例如，这种神经网络可以被设计为深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)，优选是所谓的卷积神经网络(CNN)和/或递归神经网络(RNN)。
分析装置可集成到检查装置或更高级的机器控制***中。优选地，特别智能的分析装置能够使用现代算法(AI即人工智能、机器学习、深度学习等)评估容器封盖相对于容器的旋转位置。优选地，分析装置具有处理器和/或存储装置。优选地，分析装置适用于且规定为用于对容器的封闭状态进行预测。
分析装置可以(特别是通过计算机程序和/或借助诸如AI、机器学习和/或深度学习等现代算法)对容器的封闭状态进行分类。
此外，本发明还涉及一种用于检查设有容器封盖的容器的装置，该装置具有运输装置和用于检查这些容器的检查装置，该运输装置沿着预定的运输路径运输这些容器，该检查装置具有至少第一图像拍摄装置，该第一图像拍摄装置拍摄设有容器封盖的容器的至少一张图像。
根据本发明，该检查装置适用于且规定为用于拍摄设有所述容器封盖的容器的至少第二图像。
优选地，上述图像拍摄装置拍摄两张图像。不过，还可以想到的是，设置两个或多个图像拍摄装置。
在另一优选的实施方式中，该装置具有照明装置，用来给容器和/或容器封盖照明。该照明装置也可以被触发。特别优选地，该装置具有触发装置，用于触发图拍摄。这可以在容器的特定位置触发。例如，可设置例如光电开关装置，当容器到达特定位置时，该光电开关装置触发第一次图像拍摄。第二次图像拍摄可在第一次图像拍摄后的预定时间间隔内进行。
优选地，在使用双触发器时，照明装置具有至少两个闪烁光源，如两个闪烁灯。特别优选地，这些光源被触发与图像拍摄在时间上高度同步，即特别是在1到2位微秒的范围内。因此，照明装置的至少两个光源相互触发的时间间隔优选地小于100微秒和/或大于1微秒。
优选地，将触发信号(来自外部)输入摄像机***，然后摄像机***接管对灯光闪烁和摄像机快门的高度同步序列控制。
照明装置优选地适用于且规定为用于向容器输出脉冲照明。这种照明也可以是触发式和/或脉冲式的。
在另一优选的实施方式中，至少一个照明装置被设置成斜向照射容器或容器封盖。在另一有利的实施方式中，图像拍摄装置基本上垂直布置在要检查的容器上方。优选地，图像拍摄装置被设置在容器的运输路径的上方。优选地，容器直立运输或容器口部朝上运输。
在另一优选的实施方式中，图像拍摄装置沿着容器的纵向观察容器。优选地，图像拍摄装置和/或其光学器件与容器封盖之间的距离(尤其是在容器的纵向)大于4毫米，优选地大于6毫米，优选地大于8毫米，优选地大于10毫米，优选地大于12毫米。在另一优选的实施方式中，图像拍摄装置或其光学器件与容器封盖之间的距离小于70毫米，优选地小于60毫米，优选地小于50毫米，优选地小于40毫米，优选地小于35毫米。
特别优选地，拍摄超远心图像。超远心镜头即近心镜头是现有技术中已知的。它们可以同时从多个方向观察物体。就容器封盖而言，这种镜头(例如，从上方以一定角度观察时)可以同时拍摄到封盖表面和外表面(特别是容器封盖)。优选地，与要观察的物体，即这里是容器的封盖和支撑环相比，这种镜头的前透镜具有明显更大的直径和/或横截面。
如上所述，该装置优选地只包括图像拍摄装置，该图像拍摄装置特别优选地被触发进行至少两次拍摄同一容器和/或同一容器封盖(特别是在其移动过程中)。优选地，这些容器是相互间隔地运输。
在优选的实施方式中，该装置具有控制装置，用于控制(这些)图像拍摄装置。在另一优选的实施方式中，图像拍摄装置被设计为用于利用反射光方法拍摄容器封盖的(特别是空间分辨的)图像。
特别优选的是，在图像拍摄装置与容器封盖之间的光程上设置至少一个透镜装置。有利的是，在该透镜装置的焦点或焦点附近进行图像拍摄。
在优选的实施方式中，容器封盖具有用于将容器封盖固定到容器上的紧固元件。以此方式，即使在容器封盖打开后，容器封盖仍能保持在容器上。在另一有利的实施方式中，容器封盖不是对称的，尤其不是旋转对称的。
在另一有利的实施方式中，该装置具有分析装置，用于分析至少一张摄取的图像，该分析装置适用于且规定为用于根据至少一张摄取的图像确定容器封盖的旋转位置，特别是容器封盖相对于容器口部的旋转。有利的是，该分析装置采用上述图像分析方法。
优选地，该装置具有比较装置，该比较装置将摄取的两张图像进行比较。通过比较，可以得出容器封盖上是否存在异物(如水滴)的结论。
优选地，容器封盖是螺旋封盖，其优选地拧在容器口部上。
进一步的优点和实施方式参阅附图：
附图中：
图1为根据本发明的装置的示意图。
图1示出本发明的用于检查容器10的装置1。这些容器10各自有拧在容器上的容器封盖10a。此外，容器封盖上设置有标记(未显示)(特别是从上方可以看到的标记)，容器的支撑环10b上也有相应的标记。通过容器封盖和标记的图像拍摄，可以确定容器封盖和标记之间的相对旋转位置，从而确定容器封盖是否正确地设置在容器上。附图标记L表示要检查的容器的纵向方向。
附图标记4表示检查装置，在本例中，该检查装置具有图像拍摄装置42和光学器件44。该图像拍摄装置沿纵向方向L布置在容器10的上方，以便对其进行检查。
附图标记46表示有利现有的光学装置，特别是用于观察容器封盖10a的透镜装置。优选地，与要观察的物体、容器的封盖和支撑环相比，该透镜装置具有明显更大的直径。
附图标记48a和48b表示两个照明装置，在本实施例中，这两个照明装置横向布置在容器的纵向方向L的附近。以此方式，容器封盖就可以从上方斜向被照亮。
例如，为了执行根据本发明的方法，可以拍摄第一图像，在这种情况下，照明装置48a照亮容器，也可以拍摄第二图像，在这种情况下，照明装置48b照亮容器。以此方式，就更容易识别到例如容器封盖上的水滴。
这些照明装置可以发出不同的光，例如不同波长的光。此外，也可以为两次照明选择不同的照明角度。例如，第一照明(用于第一图像)可以被实施为同轴垂直照明，第二照明(用于第二图像)可以被实施为平面入射环形光照明。
附图标记52表示外壳，在该外壳中集成有图像拍摄装置42。外壳52的内壁优选地具有光吸收功能。
附图标记12表示抛出装置，该装置适用于且规定为用于将识别为有缺陷的容器或有封闭缺陷的容器从运输路径中抛出。
申请人保留对申请文件中公开的所有对发明至关重要的特征提出权利，只要这些特征单个地或组合起来与现有技术相比是新的。进一步地，要指出的是，在单个的附图中也描述了本身可为有利的特征。本领域技术人员直接看出，附图中所描述的某个特征可为有利的，即使不采用该图中的其他特征。另外，技术人员看出，通过将单个的附图或不同的附图中所示的几个特征结合起来，也可得出优点。
Claims (11)
1.一种用于检查容器(10)的方法，其中设有容器封盖(10a)的容器(10)通过运输装置(2)沿着预定的运输路径(T)运输，并在所述运输过程中通过第一检查装置(4)进行检查，其中所述检查装置(4)通过图像拍摄装置(42)拍摄至少容器(10)的容器封盖的至少第一图像，
其特征在于，
通过图像拍摄装置拍摄至少所述容器封盖(10)的第二图像，其中所述第一图像的拍摄与所述第二图像的拍摄的时间间隔优选地小于10毫秒。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
将所述第一图像与所述第二图像进行比较。
3.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，
其特征在于，
所述第一图像和所述第二图像通过同一图像拍摄装置拍摄。
4.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，
其特征在于，
所述第一图像的拍摄使用第一物理参数，所述第二图像的拍摄使用第二物理参数，且所述第一物理参数中的至少一个参数与所述第二物理参数中的至少一个参数不同。
5.根据前述权利要求所述的方法，
其特征在于，
这些物理参数选自一组参数，包括图像拍摄时间点、图像拍摄持续时间、照明的颜色、照明类型、滤光片设置、图像拍摄装置的观察角度、观察装置与容器封盖的距离、照明辐射的偏振、照明光的方向性等。
6.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，
其特征在于，
这些容器封盖采用反射光法检查。
7.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，
其特征在于，
所述容器(10)的口部区域也拍摄有第一图像和/或第二图像。
8.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，
其特征在于，
对摄取的图像中的至少一个图像进行分析，特别是为了确定所述容器封盖相对于所述容器的旋转位置。
9.一种用于检查设有容器封盖(10a)的容器(10)的装置(1)，所述装置具有运输装置(2)和用于检查这些容器(10)的检查装置(4)，所述运输装置沿着预定的运输路径(P)运输这些容器(10)，所述检查装置具有第一图像拍摄装置，所述第一图像拍摄装置拍摄设有容器封盖(10a)的容器的至少一张图像，
其特征在于，
所述检查装置(4)适用于且规定为用于拍摄设有所述容器封盖(10a)的容器(10)的至少第二图像。
10.根据权利要求9所述的装置，
其特征在于，
所述图像拍摄装置被设置在所述容器(10)的运输路径的上方。
11.根据前述权利要求中的至少一项所述的装置(1)，
其特征在于，
所述装置(1)具有分析装置，用于分析至少一张摄取的图像，所述分析装置适用于且规定为用于根据至少一张摄取的图像确定容器封盖的旋转位置。
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