ITPR970019A1 - Procedimento ed apparato per l'ispezione esterna di contenitori. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Formano oggetto del presente trovato un procedimento ed un apparato per l'ispezione esterna di contenitori.

Essi trovano applicazione ad esempio per il controllo di etichete e capsule su bottiglie, oppure per il controllo di stampe serigrafate su fiale, flaconi e lattine. Più in generale, il campo d'applicazione è l'analisi dell'abbigliamento e la selezione di contenitori in transito su linee di trasporto con flusso di contenitori continuo a velocità variabile e orientamento casuale dei contenitori.

L’analisi dell abbigliamento consiste nel riconoscimento e nella discriminazione di vari componenti: forma del contenitore, colore, presenza e posizione di etichette, completezza di decori, riconoscimento di scrite, codici e immagini, presenza ed orientamento di cappucci.

Da US 4,691,231 è noto un sistema di ispezione di bottiglie che prevede l'utilizzo di tre coppie di telecamere disposte a 60° di fronte ad un nastro trasportatore sul quale sono alimentate bottiglie, spaziate tra loro in modo sufficiente da non produrre interferenze di immagini.

Dietro al nastro è prevista una parete per la diffusione della luce emessa da lampade retrostanti detta parete. Attraverso il numero elevato e la disposizione delle telecamere viene ricavata l'immagine di una parte superficiale della bottiglia maggiore di 180° mentre la bottiglia si trova in una certa posizione.

Secondo una variante è previsto l'utilizzo di tre coppie di telecamere tra loro parallele, spaziate e perpendicolari al nastro trasportatore, le quali ricavano l'immagine di singole bottiglie in tre successive posizioni della bottiglia tra loro ruotate. In questo caso non è necessaria la spaziatura tra le bottiglie. Tra una telecamera e la successiva la bottiglia viene ruotata mediante l'utilizzo di una cinghia laterale mobile ed un riscontro posteriore fisso tra i quali è stretta la bottiglia.

Detto documento, in entrambe le realizazioni descritte, richiede però l'utilizzo di una pluralità di telecamere, posizionate a distanza l’una dall'altra, per ricavare le necessarie informazioni sulle etichette.

Dal brevetto EP 0415154 è noto un dispositivo ispettore di oggetti che comprende un trasportatore di ingresso in corrispondenza del quale vi è una prima stazione di ispezione, un trasportatore di uscita in corrispondenza del quale vi è una seconda stazione di ispezione, ed un trasportatore intermedio in corrispondenza del quale vi è una stazione di ispezione del fondo degli oggetti. Il trasportatore intermedio comprende due trasportatori a cinghia paralleli movimentati con velocità diverse in modo tale da provocare la rotazione degli oggetti su se stessi durante l'avanzamento.

Anche questo brevetto insegna l'utilizzo di più telecamere distanziate tra loro. Nel controllo delle etichette e delle capsule di bottiglie per valutare il corretto posizionamento e l'assenza di difetti di dette etichette o capsule, è particolarmente sentita l'esigenza di ridurre la complessità delle macchine e dei procedimenti necessari per le suddette operazioni.

Un problema tipico della tecnica nota è dato dalla distorsione e deformazione dell'immagine in corrispondenza dei bordi della bottiglia per effetto della curvatura della superficie della bottiglia, che costringe ad una ricostruzione dell'immagine via software, complicata però dalla scarsità delle informazioni disponibili.

Un'altra causa di mancanza di precisione nell'immagine è rappresentata dai possibili spostamenti laterali della bottiglia durante il trasporto della medesima, che provocano la variazione della distanza tra bottiglie e telecamere. Ciò può essere risolto con l'installazione di guide laterali, che necessitano però di essere regolate e variate ogniqualvolta varia il tipo ed il formato delle bottiglie da controllare.

Un altro problema è dato dalla presenza di etichette dorate o argentate che provocano indesiderati fenomeni di riflessione luminosa, non sempre risolvibili con la semplice adozione di appositi filtri.

Ulteriore inconveniente, nel caso di più telecamere che osservano contemporaneamente una stessa bottiglia da diverse angolazioni, è dato dalla necessità di spaziare notevolmente le bottiglie tra loro per evitare che le bottiglie contigue possano inquinare l'immagine (mediante zone di non visibilità o di impossibile elaborazione dell'immagine per sovrapposizione degli elementi da ispezionare), come è il caso ad esempio della domanda di brevetto per invenzione n. PR94A000011 la quale mostra un dispositivo di ispezione che consente di acquisire contemporaneamente l'immagine dell'intera superficie laterale di un oggetto. Tale acquisizione avviene mediante una pluralità di telecamere disposte attorno all'oggetto o mediante un'unica telecamera ed una pluralità di specchi di riflessione disposti in modo tale da riflettere contemporaneamente nella telecamera l'immagine dell'intera superficie laterale dell'oggetto.

Tale dispositivo obbliga però ad ispezionare bottiglie sufficientemente distanziate e necessita di un'illuminazione diffusa e uniformemente distribuita su tutto lo spazio attorno all’oggetto, di difficile realizzazione tecnica.

Alcuni impianti prevedono la presenza di una telecamera che rileva dall’alto l'immagine della bottiglia per apprenderne l'orientamento e comandare il movimento di una coppia di cinghie laterali tra le quali la bottiglia è ruotata fino ad assumere la posizione desiderata, in allineamento con un'ulteriore telecamera che controlla l'etichetta frontalmente. Tale impianto necessita comunque di bottiglie provviste di un elemento identificativo di riferimento rilevabile dall'alto ed inoltre la telecamera frontale non riesce a rilevare un’immagine sufficientemente ampia della superficie della bottiglia.

Scopo del presente trovato è quello di eliminare i suddetti inconvenienti e di rendere disponibile un procedimento ed un apparato di ispezione semplificati che consentano, con un'unica telecamera o con una pluralità di telecamere aventi però medesimo posizionamento, di rilevare correttamente l'immagine dell'intera superficie esterna della bottiglia o del contenitore.

Ulteriore scopo è quello di consentire il suddetto rilevamento dell immagine dell'intera superficie esterna del contenitore anche con contenitori ravvicinati, non spaziati tra loro.

Detti scopi sono pienamente raggiunti dal procedimento e dall'apparato che sono oggetto del presente trovato e che si caratterizzano per quanto contenuto nelle rivendicazioni sotto riportate.

Il procedimento prevede l'acquisizione dell immagine dei contenitori, effettuata da un’unica zona di rilevazione, mentre questi avanzano ruotando su se stessi di un angolo prefissato, superiore a 360° e preferibilmente compreso tra 380° e 420°. Dall'unica zona di rilevazione è acquisita l'immagine dell'intero campo di percorso durante il quale il contenitore compie la rotazione su se stesso dell'angolo prefissato. Ciò avviene per rilevamento di una pluralità di successive immagini di detto campo all'interno del quale il contenitore avanza e ruota se stesso.

L'apparato comprende mezzi per la rotazione dei contenitori di un angolo prefissato, durante il loro avanzamento in una zona prefissata; mezzi che rilevano l'immagine della superficie laterale di detti contenitori in corrispondenza di detta zona; una logica PLC che elabora detta immagine per ricostruire l'immagine della superficie laterale di ciascun contenitore.

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di una preferita forma di realizzazione illustrata, a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nelle unite tavole di disegno, in cui:

- la figura 1 illustra l'apparato in pianta;

- la figura 2 illustra l'apparato con una bottiglia in una vista laterale lungo la direzione di avanzamento della bottiglia nell'apparato.

Con riferimento alle figure, con 1 è stato indicato un trasportatore, solo schematicamente illustrato in quanto di tipo noto, che provvede all'alimentazione di una pluralità di bottiglie o contenitori 2 provvisti di una o più etichette 3 ed eventualmente di una capsula 4 di cui occorre rilevare il corretto posizionamento e la corretta applicazione.

Le bottiglie possono essere alimentate spaziate ad un passo prefissato, oppure ravvicinate, oppure (come in figura 1) disposte ad una distanza casuale tra loro, ed orientate in modo casuale.

Le bottiglie 2, nella zona in cui opera il presente apparato, si trovano compresse lateralmente tra una parete 5 fissa ed almeno un nastro mobile 6 che scorre su una coppia di pulegge 7 e 8 di cui una motorizzata tramite un motoriduttore 10 calettato sull'albero della puleggia 7.

Le pulegge 7 e 8 sono montate su un telaio 9 fisso, preferibilmente ancorato ad un'intelaiatura 11 di sostegno del trasportatore 1.

La velocità del nastro mobile 6 è tale da far compiere alla bottiglia 2 una rotazione completa di un angolo prefissato durante l'avanzamento della bottiglia in un tratto di percorso, indicato con 12, ove è a contatto con il nastro mobile.

Detto angolo prefissato, quando è necessario il rilevamento dell'intera superficie laterale della bottiglia è superiore a 360°, preferibilmente compreso tra 380° e 420°, per tener conto dell'angolo di visuale di mezzi di rilevamento costituiti da una o più telecamere 13, e per consentire di disporre dell'intera superficie laterale della bottiglia da ispezionare.

Il nastro mobile deve ruotare nella stessa direzione del trasportatore 1 ma con velocità diversa e preferibilmente almeno doppia rispetto a quella di avanzamento del trasportatore 1.

In alternativa alla parete 5, che è di materiale sufficientemente ruvido da consentire la rotazione per attrito delle bottiglie, è possibile prevedere l'utilizzo di un secondo nastro mobile rotante nello stesso senso o in senso contrario rispetto al primo nastro, con velocità regolabile.

In tal modo è possibile produrre l'intera rotazione della bottiglia in un tratto di percorso inferiore ottenendo una risoluzione maggiore di lettura a parità di telecamera impiegata.

Una singola telecamera 13 (nell'esempio illustrato) rileva infatti un campo di immagine pari al suddetto tratto 12 di percorso della bottiglia.

In particolare la telecamera 13 rileva successive immagini del tratto 12 e delle bottiglie in esso transitanti in modo tale che dalla successione di dette immagini si possa ricostruire, tramite una PLC, l'immagine dell’intera superficie laterale di ciascuna bottiglia.

Le bottiglie infatti nel tratto 12 di percorso avanzano ruotando attorno al proprio asse.

L'illuminazione della bottiglia, nel caso ad esempio di contenitori cilindrici, avviene con illuminatori 14 con luce a bassa angolazione, preferibilmente con un angolo a inferiore a 30°, ossia quasi parallela all'asse della bottiglia, che illuminano la bottiglia stessa da un solo lato.

Secondo una variante di realizzazione non illustrata, è possibile prevedere eventuali nastri mobili agenti sul collo della bottiglia anziché sul corpo, o in aggiunta ai nastri mobili agenti sul corpo.

Ciò è di particolare utilità soprattutto nel caso di bottiglie non cilindriche e di forma particolare.

E' comunque evidente che i nastri mobili saranno posizionati in modo tale da agire sulle parti superficiali della bottiglia non coperte da etichette e comunque prive di elementi caratteristici di cui eseguire l'ispezione.

Il nastro mobile 6 con la parete 5 o con gli altri nastri mobili costituisce mezzi per la rotazione delle bottiglie di un angolo prefissato, durante il loro avanzamento nel tratto o zona 12.

Il presente procedimento prevede quindi l'utilizzo di una sola telecamera che acquisisce l'immagine dell'intera superficie laterale della bottiglia durante una rotazione completa di quest'ultima effettuata durante l'avanzamento su un nastro trasportatore, e quindi senza alcuna necessità di fermare la produzione, come nel caso invece degli impianti tradizionali in cui l'acquisizione dell immagine completa avveniva solo con la bottiglia che su un piattello ruotava di 360° senza avanzare.

Inoltre, poiché l'acquisizione dell'immagine avviene da un'unica zona fissa e in tempi successivi, è possibile ispezionare anche bottiglie alimentate in modo tra loro ravvicinato.

Nel caso in cui non occorra la rotazione completa di 360°, ad esempio perché l’atichetta è solo su un lato della bottiglia, è possibile regolare la velocità del nastro mobile 6 in modo tale che la bottiglia compia una rotazione di soli 60° o 45° con un proporzionale aumento di definizione dell'immagine.

Per aumentare la definizione dell'immagine è possibile usare più telecamere affiancate e/o sovrapposte.

Ad esempio, al posto di usare una sola telecamera con risoluzione di 256x256 punti, è possibile affiancare due telecamere identiche da 256x256 punti per ottenere una risoluzione complessiva di 512x256.

Con altre due telecamere sovrapposte alle precedenti, cioè con un totale di quattro telecamere da 256x256, si ottiene evidentemente una risoluzione di 512x512, ottenibile anche con una sola telecamera da 512x512.

E' comunque essenziale che i mezzi per il rilevamento dell'immagine delle bottiglie, costituiti da una sola telecamera o da più telecamere siano posizionati nella stessa zona di acquisizione dell immagine in modo da comportarsi, nel caso di più telecamere, come un'unica telecamera di maggior risoluzione.

Non sono stati descritti né illustrati, in quanto ampiamente noti al tecnico del ramo, alcuni componenti dell'elettronica di sincronismo, quali le fotocellule di presa in carico bottiglia, l’encoder trasportatore per seguire lo spostamento della bottiglia lungo il suo percorso, l'encoder per pilotare le cinghie di trasmissione per compensare eventuali slittamenti della bottiglia.

E' inoltre ovviamente presente un dispositivo di espulsione, di tipo noto, per rimuovere le bottiglia giudicate non idonee.

Il presente procedimento prevede quindi che durante la rotazione della bottiglia siano "scattate" un certo numero di immagini della superficie laterale della bottiglia visibile dalla telecamera e tali immagini siano trasferite ad una scheda di elaborazione per avere la seguente analisi:

- individuazione dei bordi esterni della bottiglia, con compensazione di eventuali errori dovuti all'imprecisione dell'encoder o a variazioni repentine di velocità; - "taglio" di una fetta della bottiglia nella zona centrale con compensazione di eventuali variazioni di inclinazione dell asse;

- trattamento geometrico di detta fetta per ricostruire sul piano lo sviluppo originale della superficie curva proiettata sul CCD della telecamera;

- accostamento di detta fetta di immagine alle altre fette già acquisite della stessa bottiglia, usando come criterio la sovrapponibilità di una piccola porzione del bordo verticale;

- elaborazione dell'intera superficie laterale (dopo aver raggiunto un numero di immagini sufficiente a garantire la copertura di 360° della bottiglia), ad esempio secondo uno dei seguenti criteri:

A) in bottiglie per le quali vi è un'altissima ripetibilità dell’abbigliamento, viene confrontata direttamente l'immagine ricostruita con una immagine campione conservata in memoria: se la differenza tra le due immagini risulta essere inferiore ad un massimo prefissato la bottiglia viene accettata, altrimenti è scartata.

B) in bottiglie per le quali vi è una bassa ripetibilità dell'abbigliamento, viene identificato ciascun componente dell'abbigliamento, confrontandolo con un'immagine campione conservata in memoria, in modo da avere in memoria un'immagine per ogni elemento (etichetta o decoro) precedentemente definito in fase di apprendimento del formato.

Se il numero di differenze totali per tutti i vari componenti risulta inferiore ad un massimo prefissato la bottiglia viene accettata, altrimenti è scartata.

Tramite la logica PLC è possibile ricostruire l'immagine totale (data dalla somma dei singoli fotogrammi rilevati durante il tratto di percorso 12) e confrontarla con un'immagine campione come sopra descritto, oppure è possibile confrontare il singolo fotogramma con l'immagine campione (senza effettuare alcuna ricostruzione a livello software) per ottenere l'informazione sulla parte di bottiglia relativa a quel fotogramma e quindi conoscere con quali immagini campione occorre effettuare i confronti dei fotogrammi successivi.

Secondo un'altra variante di realizzazione, non illustrata, è previsto l'utilizzo di una o più telecamere, posizionate in un'unica postazione fissa comune, ciascuna delle quali insegue la bottiglia lungo il tratto di percorso 12 in modo tale che il campo di lettura di ciascuna telecamera coincida sostanzialmente con il campo occupato dalla bottiglia. In tal modo si ottiene una risoluzione maggiore, a prezzo comunque di una maggior complessità costruttiva dell'apparato.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1) Procedimento per l'ispezione esterna di contenitori che avanzano in continuo e con orientamento casuale su un trasportatore e sono ispezionati mediante telecamere, caratterizzato dal fatto che prevede l'acquisizione dell'immagine dei contenitori, effettuata da un'unica zona di rilevazione, mentre questi avanzano ruotando su se stessi di un angolo prefissato.
2. 2) Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detto angolo è compreso tra 380° e 420°.
3. 3) Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui durante l'acquisizione dell'immagine i contenitori subiscono un'illuminazione con direzione formante con l'asse dei contenitori un angolo a inferiore a 30°.
4. 4) Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui dall'unica zona di rilevazione è acquisita l'immagine dell'intero campo di percorso durante il quale il contenitore compie la rotazione su se stesso dell'angolo prefissato, detta acquisizione avvenendo per rilevamento di una pluralità di successive immagini di detto campo all'interno del quale il contenitore avanza e ruota se stesso.
5. 5) Apparato per l'ispezione esterna di contenitori, comprendente un trasportatore (1) per l'avanzamento in continuo dei contenitori orientati in modo casuale, caratterizzato dal fatto che comprende in combinazione: - mezzi (5, 6) per la rotazione dei contenitori (2) di un angolo prefissato, durante il loro avanzamento in una zona (12) prefissata; - mezzi (13) che rilevano l'immagine della superficie laterale di detti contenitori (2) in corrispondenza di detta zona (12); - una logica PLC che elabora detta immagine per ricostruire l'immagine della superficie laterale di ciascun contenitore (2).
6. 6) Apparato secondo la rivendicazione 5, in cui detti mezzi per la rotazione dei contenitori sono costituiti da una parete fissa (5) e da un nastro mobile (6) tra i quali i contenitori sono compressi per produrne la rotazione durante l'avanzamento sul trasportatore (1).
7. 7) Apparato secondo la rivendicazione 5, in cui detti mezzi per la rotazione dei contenitori sono costituiti da una coppia di nastri mobili (6) tra i quali i contenitori sono compressi per produrne la rotazione durante l'avanzamento sul trasportatore (I).
8. 8) Apparato secondo la rivendicazione 5, in cui detti mezzi che rilevano l'immagine sono costituiti da una singola telecamera (7) che rileva una pluralità di successive immagini dei contenitori (2) mediante rilevazione di una pluralità di immagini della zona (12).
9. 9) Apparato secondo la rivendicazione 5, in cui detti mezzi che rilevano Timmagine sono costituiti da una o più telecamere (7), innestate in modo oscillante in una comune postazione fissa, in modo che ciascuna telecamera (7) segua un contenitore durante l'avanzamento del contenitore nella zona (12) in modo tale che il campo visivo della telecamera sia sostanzialmente coincidente con il campo occupato dall'immagine del contenitore.