專利名稱：檢查包裝的方法和系統(tǒng)的制作方法
近來已經(jīng)開發(fā)出用于檢查包裝、如飲料瓶的方法和系統(tǒng)。例如當啤酒中存在玻璃碎片時例如可能會導(dǎo)致出現(xiàn)不合格產(chǎn)品、返工、并對公司信譽造成損害，因為發(fā)現(xiàn)玻璃碎片的事件將成為負面新聞報道的主題，從而引起企業(yè)的損失。
由國際專利申請PCT/NL96/00049已知了一種用于檢測灌裝啤酒瓶中是否存在特別小的玻璃碎片的方法和裝置，該申請在這里并入作為參考。其中每個灌裝啤酒瓶都在一個獨立的工作點旋轉(zhuǎn)一段很短的時間，然后很快靜止下來，從而可以利用一個光源-照相機系統(tǒng)和相關(guān)的圖像處理檢測到小玻璃碎片的運動。
這種方法在實踐中已經(jīng)起到很好的效果，但是這種方法需要在軟飲料制造商的生產(chǎn)廠的灌裝生產(chǎn)線上設(shè)置復(fù)雜的裝置。采用這種方法來執(zhí)行檢查每瓶平均需要花費大約2.1秒。此外這種系統(tǒng)較為昂貴，因為為了在一條灌裝生產(chǎn)線上實現(xiàn)例如每小時60000瓶的很高的平均速度，需要多個旋轉(zhuǎn)和圖像記錄工作點，例如36個工作點。
為了改進上述方法，本發(fā)明提供了一種用于檢查液體產(chǎn)品、如飲料的包裝的方法，包括以下步驟-將一個包裝進行旋轉(zhuǎn)，-在旋轉(zhuǎn)期間用預(yù)定波長的射線來照射該包裝，-進行至少一系列記錄過程，所述記錄過程包括至少記錄兩次在旋轉(zhuǎn)期間所述包裝的至少一部分內(nèi)容，這通過一個適用于記錄預(yù)定波長的圖像記錄裝置來完成。
根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于，對于每個包裝在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)了良好的檢查效果，其中需要相對較少的旋轉(zhuǎn)和圖像記錄工作點(檢測單元、檢查單元)數(shù)目。采用本發(fā)明的一個實施例，檢查每瓶平均花費0.7秒。其結(jié)果是，通過采用該方法，檢查系統(tǒng)能夠更為簡單、更為廉價地實現(xiàn)。
具有較少數(shù)目的旋轉(zhuǎn)和圖像記錄工作點(例如12-24個)的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明所述方法的一個實施例。
在另一個實施例中，包裝在連續(xù)記錄過程期間被放置在相對于記錄裝置基本相同的旋轉(zhuǎn)位置。對一個圍繞其豎直軸旋轉(zhuǎn)的瓶子拍攝連續(xù)圖像。在瓶旋轉(zhuǎn)期間，對(連續(xù)旋轉(zhuǎn)的)瓶子記錄至少1×一幅圖像。這些圖像被存儲。每幅圖像與相同瓶子的具有360旋轉(zhuǎn)差的先一幅或后一幅圖像進行比較。當這兩幅連續(xù)的圖像進行比較時，瓶子將位于相同的位置，而瓶子中可能存在的玻璃碎片將在圖像中位于另一個位置。兩幅圖像之間玻璃碎片的位移例如可以通過圖像相互之間的相減來檢測出來。如果相減后圖像中仍有剩余，則表明存在玻璃碎片。圖像相互之間的相減是一種本身已知的原理，它另外還用于檢查標簽。一個帶有玻璃碎片的瓶子將被檢測出來。
已經(jīng)可以在旋轉(zhuǎn)期間執(zhí)行檢查(當瓶子旋轉(zhuǎn)并且玻璃碎片相對于瓶子運動時)。旋轉(zhuǎn)和檢查基本上可以在大約0.7秒內(nèi)同時進行，其中例如只需要18個(12-24個)檢查單元來實現(xiàn)每小時60000瓶的處理能力。
根據(jù)另外一個實施例，對一系列圖像的連續(xù)記錄是以預(yù)定周期的介入時間間隔來實現(xiàn)的。從而可以實現(xiàn)一種為拍攝照片而啟動照相機的相當簡單的方法。
旋轉(zhuǎn)速度最好在記錄一系列圖像的期間內(nèi)發(fā)生變化。從而得到包裝內(nèi)容的速度與包裝的速度之間的差。
具有優(yōu)點的是以相對于包裝的不同視角來進行多次記錄。這樣例如可以檢測到已經(jīng)設(shè)置有標簽的包裝中的微粒。
來自一系列圖像的圖像信息最好進行比較，以檢測包裝中是否存在不希望的微粒，如玻璃碎片。
本發(fā)明的另一個方面涉及一種用于執(zhí)行前面所要求保護的一項或多項所述方法的系統(tǒng)。
本發(fā)明的其他有點、特征和細節(jié)將參照附圖、基于下面對優(yōu)選實施例的描述來說明，圖中-

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個檢查工作點的圖示；-圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的記錄過程的時序圖；-圖3示出了圖2所示實施例的時序圖；-圖4-8示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的時序圖；-圖9-12示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的示意圖。
一個啤酒瓶B在一個時刻(圖1)被夾在環(huán)1和頭2之間的一個檢測單元12中。經(jīng)由減速機構(gòu)4和選擇制動器5耦合到頭2的電機3用來使瓶子旋轉(zhuǎn)。因此環(huán)1和頭2相對于一個框架6可旋轉(zhuǎn)地安裝。由光源7發(fā)出的光繼續(xù)投射到瓶子中，并對瓶子的內(nèi)容進行記錄。因為瓶子與瓶子中液體的旋轉(zhuǎn)速度由于質(zhì)量慣性而存在速度差，所述內(nèi)容將相對于瓶子發(fā)生移動。現(xiàn)在如果利用CCD照相機8在不同時刻進行記錄，在連續(xù)記錄過程中所述內(nèi)容將位于相對于瓶子不同的位置處。利用上述原理例如來檢測玻璃碎片。
檢測單元還包括一個啟動信號發(fā)生單元(例如一個激光觸發(fā)器)，用來生成一個信號，照相機8根據(jù)這個信號來拍攝照片。激光發(fā)射/檢測單元6在位于所述檢測單元的旋轉(zhuǎn)部分上的一個反射器15的方向上發(fā)射一個激光束17。如果所述反射器通過所述激光束，則激光束被反射，反射后的激光束由檢測單元16來接收。然后將一個信號發(fā)送到照相機，根據(jù)該信號來拍攝照片。
作為替代，電機向照相機產(chǎn)生一個位置信號，照相機根據(jù)這個信號來拍攝照片。
圖像信息在計算機10中被處理，并可以顯示在屏幕11上。
除了上述優(yōu)點之外，下面描述的實施例相對于現(xiàn)有技術(shù)具有進一步的優(yōu)點，即-檢查可以在瓶子旋轉(zhuǎn)期間直接進行，-瓶子不必在物理上停下來并保持靜止，-瓶子可以從多個側(cè)面被檢查，而不是僅從一個側(cè)面檢查，從而提高了檢查的可靠性，
-可以檢測出標簽后面的污垢、(嚴重的)磨損、浮雕或預(yù)先印制的瓶子，-機器可位于添加標簽的裝置之后，從而可以實現(xiàn)靈活的生產(chǎn)線布局，并且機器可以位于生產(chǎn)線的最后，因此可以得到真實的最終檢查結(jié)果。
-機械復(fù)雜性較低，從而提高了機器(OPI)的機械可靠性和可獲得性。
-由于檢察單元被單獨控制，可以對每個檢查單元實現(xiàn)最佳的旋轉(zhuǎn)特性，-當一條生產(chǎn)線裝滿的情況下，可以檢查所有旋轉(zhuǎn)的瓶子，從而當生產(chǎn)線裝滿時不會有未經(jīng)過檢查的瓶子(否則將會導(dǎo)致產(chǎn)品損失和浪費)。
除了記錄每次旋轉(zhuǎn)有一張照片的一系列圖像外，還可以對每次旋轉(zhuǎn)記錄多個圖像(例如在0°、90°、180°、270°或更多位置處，(圖2)分別用視圖I、II、III和IV來表示)。然后將以特定角度記錄的圖像與這個特定角度之后360°處記錄的后一幅圖像進行比較。這在后面的時序圖中示出(在上面的視圖中請注意瓶子圍繞其豎直軸旋轉(zhuǎn)，否則相對于照像機保持靜止)基于這個時序圖，下面的表用來說明每次旋轉(zhuǎn)記錄4幅圖像的情況，其中在時間上表明了在一個特定時刻顯示出瓶子的哪一部分圖像(t1) I圖像(t2) II圖像(t3) III圖像(t4)IV圖像(t5) I圖像(t6) II圖像(t7) III圖像(t8)IV圖像(t9) I
等等。
由此得到了下面的表，其中表明了顯示瓶子的一個特定部分的時刻。如果在瓶子的某個特定部分的兩幅連續(xù)圖像之間沒有檢測到運動，則表明沒有發(fā)現(xiàn)玻璃碎片或污染物。
例如可以在下列時間點拍攝照片I t1，t5，t9，t13，等。
II t2，t6，t10，t14，等。
III t3，t7，t11，t15，等。
IV t4，t8，t12，t16，等。
玻璃相對于瓶子的運動實現(xiàn)如下(圖3)當瓶子進行角位移時，瓶內(nèi)的液體比瓶子更慢進入運動狀態(tài)。因此液體中的(玻璃)微粒(G)比瓶子更慢進入運動狀態(tài)。當瓶子的運動速度增加時，在兩幅圖像中相比較(在瓶子旋轉(zhuǎn)時彼此基本相差360°)，(玻璃)微粒的位置將發(fā)生變化。
當瓶子的運動速度降低時，在一段時間后瓶中的液體將比瓶子更快地旋轉(zhuǎn)。這樣液體中的(玻璃)微粒也將比瓶子旋轉(zhuǎn)得更快。在兩幅圖像中相比較(在瓶子旋轉(zhuǎn)時彼此基本相差360°)，當瓶子的運動速度降低時，(玻璃)微粒的位置將和旋轉(zhuǎn)速度增加時所述方式相類似地發(fā)生變化。
除了上述產(chǎn)生相對運動的方法之外，可以利用瓶子開始旋轉(zhuǎn)之后的持續(xù)時間。在此時刻，當瓶子已經(jīng)開始運動時，由于運動的慣性，(玻璃)微粒仍然保持靜止。在這個最好持續(xù)約0-0.3秒的階段內(nèi)，通過正確選擇曝光時間和相機快門時間，使得瓶子的顯示未對焦，而(玻璃)微粒將清晰地聚焦顯示或者移動得非常緩慢?？梢酝ㄟ^采用本身已知的圖像處理技術(shù)來檢測(玻璃)微粒。
很明顯，也可以用這種方法來檢查瓶子的更多或更少的部分。與其他方法相比，包括與專利(WO 97/14956)所述方法相比的優(yōu)點在于，從多個側(cè)面對瓶子進行檢查，從而增加了檢測過程的變化(或者在檢測過程的變化保持相同時縮短檢查時間)。在對瓶子預(yù)先添加標簽或者瓶子發(fā)生磨損的情況下這種優(yōu)點尤其重要。
為了確保對上述圖像序列的記錄，建議使用異步重設(shè)照相機。這種照相機是通過一個外部信號來啟動(觸發(fā))的，以開始記錄圖像。在這種應(yīng)用中，這可以通過使用來自一個檢測單元的位置反饋信號來進行。
可以利用這種方法來調(diào)整旋轉(zhuǎn)模式，以在記錄圖像期間獲得最佳的運動效果，從而對可能存在的微粒進行檢測(圖4)。為此“旋轉(zhuǎn)輪廓(rotation profile)”的概念是非常重要的。所述旋轉(zhuǎn)輪廓表示出了瓶子在其豎直軸上的角速度作為時間的函數(shù)。一個簡單的例子為t0-t1起動t1-t2連續(xù)旋轉(zhuǎn)t2-t0制動可以用這種方法在整個t0至t3期間內(nèi)記錄和處理圖像。
特別具有優(yōu)點的是連續(xù)地改變角速度(圖5)，因為微粒會相對于瓶子保持連續(xù)的移動。
也可以實現(xiàn)更為復(fù)雜(例如反向旋轉(zhuǎn))或非常短的旋轉(zhuǎn)輪廓(圖6、7)。從而可以實現(xiàn)非常短的檢查時間，這樣可以得到非常緊湊的機械結(jié)構(gòu)。也可以為特定的產(chǎn)品，例如糖漿設(shè)置最佳的旋轉(zhuǎn)輪廓(圖8)。
結(jié)合其他現(xiàn)有的檢查(這些檢查在實踐中對于一個瓶子來進行)，可以通過帶有獨立控制的電機的檢測單元，利用這種照相機方法來實現(xiàn)-利用瓶子旋轉(zhuǎn)的360°標簽檢查，-對經(jīng)過修飾的且?guī)в懈〉竦钠孔舆M行側(cè)壁檢查，以及例如-箔片檢查。
固定位置上的多個照相機可以進一步用于針對瓶子的其他檢查。
通過鏈接電機控制和借助于智能控制的圖像記錄觸發(fā)可以使數(shù)據(jù)通信量最小化。
將圖像序列分配給不同的PC例如可以通過防火墻協(xié)議(IEEE1394標準)或者通過PC或通過多路復(fù)用技術(shù)來實現(xiàn)。
要檢測為兩幅相差360°的圖像的(玻璃)微粒相對于旋轉(zhuǎn)的瓶子的相對移動必須很大，這樣才能通過運動檢測實現(xiàn)軟件檢測(因為玻璃微粒的位置發(fā)生改變)。
在另一個實施例中，以有規(guī)律的時間間隔和未知的角位移(同步重設(shè)照相機)來進行圖像記錄，而不是以未知的時刻和瓶子的有規(guī)律的角位移(異步重設(shè)照相機)來記錄圖像。其優(yōu)點是照相機的啟動很簡單。這里較為復(fù)雜的是對瓶子的不同側(cè)面記錄圖像序列，這樣即使不存在(玻璃)微粒，由于各個側(cè)面之間可見的差別，相減后的圖像也不會變黑。通過對黑暗區(qū)域的良好照明，瓶子的定位不再重要了，因為該側(cè)面、以及各側(cè)面之間的差別，在圖像中不再可見(黑圖像-黑圖像＝黑圖像)。如果黑暗區(qū)域照明不好，可以通過圖像處理技術(shù)將反射與(玻璃)微粒區(qū)分開來。
根據(jù)本發(fā)明的其他實施例包括-在12-24個檢測單元之間的旋轉(zhuǎn)裝置。這種旋轉(zhuǎn)裝置可以以已知的方式放置在瓶子的灌裝生產(chǎn)線上。另一個變型是例如帶有固定照相機的檢測線，其中在檢測期間瓶子以已知的方式一個接一個地前進；-經(jīng)由檢測單元的瓶子定位反饋裝置(用于控制照相機觸發(fā)的時刻)；-經(jīng)由檢測單元的驅(qū)動單元(例如帶有位置反饋的步進或伺服電機)?？蛇x地，一個驅(qū)動器可以用于所有的檢測單元；-經(jīng)由檢測單元的照相機；-用于要記錄的圖像的圖像區(qū)域不僅位于瓶子的下側(cè)，現(xiàn)在還位于整個瓶子上，以檢查箔片并檢測流動的物體；-(防火墻)IR照相機，80幀/秒或者更高；■具有(改進的)黑暗區(qū)域照明的紅外照明器；-彩色照相機，用于檢查標簽、瓶蓋、和/或瓶子的填充高度；-圖像處理計算機(IPPs)和通信計算機(COMMPC)；-用于視頻和其他數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓鈱W(xué)滑動環(huán)；
-用于工業(yè)環(huán)境的硬件照相機、照明器、系統(tǒng)外殼、IPP PC、COMMPC。這些裝置例如與IP65相一致。
在圖9-12中示出了相對于彼此和/或要檢驗的瓶子設(shè)置照相機和照明位置的多個實施例。在圖9中，一個位于旋轉(zhuǎn)頭30中的瓶子B以上述方式被旋轉(zhuǎn)。這些瓶子借助于燈或者照射裝置32穿過瓶子的底部被照亮。
在圖10中，瓶子借助于燈34和35從側(cè)面被照亮。照相機位于瓶子底部的下方，用于拍攝圖像。在圖11中，對圖10中的設(shè)置進行了改動，其中照相機相對于瓶子的中心線成一定角度放置。這些實施例的優(yōu)點在于，在記錄過程中整個底部區(qū)域都被記錄。因此可以減少檢查時間。另一個優(yōu)點在于，當采用在檢查之前對瓶子進行干燥的處理過程時，只需要對瓶底進行干燥，因為是從下方進行記錄的。這種對瓶底的干燥可以通過快速旋轉(zhuǎn)瓶子來進行的，其中最好是為檢測過程而進行旋轉(zhuǎn)。此外，圖11中將照相機傾斜一定角度的優(yōu)點在于，相對于旋轉(zhuǎn)頭的邊緣以一定角度來進行記錄，這意味著可以對瓶子中底部區(qū)域的最低的部分進行全面的檢測。并且可能落到照相機上的灰塵較少，因為照相機位于瓶子的旁邊。
另外一個具有優(yōu)點的實施例(圖12)包括兩個從旁邊照射到瓶子中的燈34，和一個具有三個反射光線的側(cè)面39、40、41的棱鏡42。并且在該實施例中設(shè)置了鏡子44，用于反射光線。在這種結(jié)構(gòu)中，來自瓶子的光線可以由照相機從兩側(cè)檢測，從而提高了來自瓶子的底部區(qū)域的、由照相機所記錄的信息量。在這個實施例中，也可以設(shè)置兩個照相機，用來獲取從棱鏡反射的圖像數(shù)據(jù)，或者獲取直接從鏡子反射的光線。從而減小了例如一個玻璃微粒落到旋轉(zhuǎn)頭30的“陰影”區(qū)域中的可能性。
并且，如圖13所示，一個照相機可以以一定角度位于瓶子的底部區(qū)域上方，例如穿過瓶子的瓶肩可以看到。
對圖像的記錄例如可以通過瓶子的定位或者以預(yù)定或隨機的時間間隔來觸發(fā)。在第一個階段中瓶子的定位例如可以通過一個傳感器來確定。
對所記錄的圖像的處理可以通過多種方式來進行。具有基本上相同的瓶子定位的圖像可以相減，并且所得到的圖像差可以相對于殘余的信息被分析。作為替代，所記錄的圖像可以相對于早先記錄的圖像被分析，這種分析是通過時間偏移或者向著早先記錄的圖像的瓶子定位/位置的反向旋轉(zhuǎn)以及對其后續(xù)的進一步處理、例如借助于相減處理來實現(xiàn)的。并且，可以確定并描述多幅圖像上所記錄的微粒的軌跡曲線。根據(jù)軌跡曲線的參數(shù)，可以確定微粒的性質(zhì)，例如玻璃微粒將導(dǎo)致瓶子不合格，有機物質(zhì)將導(dǎo)致瓶子可以接受。
上面描述的不同實施例可以自由組合。通過所附的權(quán)利要求限定了要求保護的權(quán)利。
權(quán)利要求
1.用于檢查液體產(chǎn)品、如飲料的包裝的方法，包括以下步驟-使包裝進行旋轉(zhuǎn)，-在旋轉(zhuǎn)期間用預(yù)定波長的射線照射所述包裝，-進行至少一系列記錄過程，所述記錄過程包括至少記錄兩次在旋轉(zhuǎn)期間所述包裝的至少一部分內(nèi)容，這通過一個適用于記錄預(yù)定波長的圖像記錄裝置來完成。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在連續(xù)進行一系列記錄的期間，使所述包裝位于相對于所述記錄裝置基本相同的旋轉(zhuǎn)位置處。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中一系列連續(xù)記錄以預(yù)定持續(xù)周期的介入時間間隔來實現(xiàn)。
4.如以上權(quán)利要求中一項或多項所述的方法，其中在一系列記錄期間改變旋轉(zhuǎn)速度。
5.如以上權(quán)利要求中一項或多項所述的方法，其中在一系列記錄期間改變旋轉(zhuǎn)方向。
6.如以上權(quán)利要求中一項或多項所述的方法，其中進行多次系列記錄，其中對不同系列的相同范圍的記錄是連續(xù)進行的。
7.如以上權(quán)利要求中一項或多項所述的方法，包括將來自一系列圖像的圖像信息進行比較的步驟，以檢測在包裝中是否存在不希望的微粒，如玻璃微粒。
8.如以上權(quán)利要求中一項或多項所述的方法，其中所述圖像記錄裝置是一個照相機，它通過從照相機外部提供的信號來啟動，以進行記錄。
9.如以上權(quán)利要求中一項或多項所述的方法，其中在執(zhí)行所述方法期間，包裝位于一個保持器中，該保持器包括驅(qū)動單元、用于產(chǎn)生射線的照射裝置、以及用于確定包裝的旋轉(zhuǎn)位置的位置確定裝置。
10.用于執(zhí)行如以上權(quán)利要求中一項或多項所述方法的系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測液體產(chǎn)品、如飲料的包裝的方法，包括以下步驟使包裝進行旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)期間用預(yù)定波長的射線照射所述包裝，進行至少一系列記錄過程，所述記錄過程包括至少記錄兩次在旋轉(zhuǎn)期間所述包裝的至少一部分內(nèi)容，這通過一個適用于記錄預(yù)定波長的圖像記錄裝置來完成。
文檔編號G01N21/90GK1816738SQ200480005379
公開日2006年8月9日 申請日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者博納德斯·C·J·蘭德曼, 杰森·P·阿克曼 申請人:海尼根技術(shù)服務(wù)有限公司