Die Erfindung betrifft eine Inspektionsvorrichtung und ein Inspektionsverfahren für Leergut, insbesondere für transparentes Leergut, das mittels einer Transportvorrichtung in einer Transportrichtung transportiert wird, mit einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Leerguts mit einem in einer Lichtebene liegenden Lichtfächer.The invention relates to an inspection device and an inspection method for empties, in particular for transparent empties, which is transported by means of a transport device in a transport direction, with a lighting device for illuminating the empties with a light fan lying in a light plane.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Inspektion von derartigem Leergut. In verschiedenen Industriezweigen, wie beispielsweise in der Lebensmittelindustrie und hier insbesondere in der Getränkeindustrie ist es üblich, Leergut vom Verbraucher zurückzunehmen und nach Reinigung wieder zu befüllen (Mehrwegsystem). Typisches Leergut sind dabei Gefäße wie Flaschen, Dosen, Gläser oder dergleichen, die in Aufnahmebehältern wie Kästen, Trays, Kartons, Paletten oder dergleichen aufbewahrt und transportiert werden. Im Rahmen der Anmeldung umfasst der Begriff Leergut sowohl die Gefäße, als auch die dafür vorgesehenen Aufnahmebehälter.The invention further relates to a method for the inspection of such empties. In various industries, such as in the food industry and especially in the beverage industry, it is customary to take back empties from the consumer and refill after cleaning (reusable system). Typical empties are vessels such as bottles, cans, glasses or the like, which are stored and transported in receptacles such as boxes, trays, boxes, pallets or the like. In the context of the application, the term empties comprises both the vessels and the receptacles provided for this purpose.
Vor einer Wiederverwendung des Leerguts muss dieses in einer Inspektionsvorrichtung beispielsweise auf Sortenreinheit und Unversehrtheit überprüft werden. Insbesondere wegen der in den letzten Jahren erheblich zugenommenen Vielfalt an Gefäßen, zum Beispiel Flaschen, sind Aufnahmebehälter, zum Beispiel Kästen, die im Rahmen eines Mehrwegsystems zurückgegeben werden, in der Regel nicht sortenrein bestückt. Solche Flaschen müssen beispielsweise bei einem automatischen Auspacken des Kastens erkannt und aussortiert werden, so dass nur Flaschen des gewünschten Typs in einen Flaschenstrom gegeben werden, der eine Reinigung und eine nach einem nachfolgenden Abfüllen zugeführt wird. Zudem sind neben Fremdflaschen in den Kästen häufig Fremdkörper wie Papier oder Holzstücke vorhanden, die eine Entnahme der Flaschen behindern oder sogar verhindern.Prior to reuse of the empties this must be checked in an inspection device, for example, on variety purity and integrity. In particular, because of the significantly increased in recent years variety of vessels, such as bottles, receptacles, for example, boxes that are returned as part of a reusable system, usually not sorted sorted. Such bottles must be recognized and sorted out, for example, in an automatic unpacking of the box, so that only bottles of the desired type are placed in a stream of bottles, which is fed to a cleaning and after a subsequent filling. In addition to foreign bottles in the boxes often foreign objects such as paper or pieces of wood are present, which hinder removal of the bottles or even prevent.
Derartige Inspektionsvorrichtungen für Leergut werden häufig an einer Transportvorrichtung, die Leergut in einer Transportvorrichtung, beispielsweise über ein Transportband, transportiert, installiert. In der Regel wird das Leergut durch eine Lichtquelle beleuchtet, und mittels einer Kamera werden Bilder vom Leergut aufgenommen, die ein Bildverarbeitungsrechner auswertet, z. B. indem ein dreidimensionales (3D) Abbild des Leerguts ermittelt wird.Such empties inspection devices are often installed on a transport device that transports empties in a transport device, for example via a conveyor belt. In general, the empties is illuminated by a light source, and by means of a camera pictures of the empties are taken, which evaluates an image processing computer, z. B. by a three-dimensional (3D) image of the empties is determined.
Eine weitere Anwendung finden Inspektionsvorrichtungen bei einer Überprüfung von Flaschen vor einem Befüllen. Hierbei werden zum Beispiel die Mündungen der Flaschen auf Unversehrtheit überprüft. Dies geschieht im Reflexionsverfahren, wobei Licht auf die Mündung gesendet wird und das reflektierte Licht mittels Kamera aufgenommen und mittels eines Bildverarbeitungsrechners ausgewertet wird.Another application find inspection devices in a review of bottles before filling. In this case, for example, the mouths of the bottles are checked for integrity. This is done in the reflection method, wherein light is sent to the mouth and the reflected light is recorded by camera and evaluated by means of an image processing computer.
Aus der Druckschrift EP 0 174 549 B1 ist eine Inspektionsvorrichtung bekannt, bei der die Lichtquelle einen geraden Lichtbalken in einer feststehenden Lichtebene aussendet. Die Druckschrift DE 103 59 781 B4 beschreibt eine Inspektionsvorrichtung mit einer Lichtquelle, die ebenfalls Licht in einer Lichtebene aussendet, wobei die Lichtebene jedoch nicht festliegt, sondern über eine Ablenkvorrichtung verschwenkt wird. Es wird eine Zeilenkamera als Bildsensor eingesetzt. In beiden Fällen kann aus einer Folge von aufgenommenen Bildern bei verschiedener Position des Leerguts in der Transportrichtung und/oder verschiedener Neigung der Lichtebene im Bildverarbeitungsrechner eine mehrdimensionale Abbildung des Leerguts anhand der aufgenommenen Lichtreflexe konstruiert werden. Die Beleuchtung mittels Lichtstrahlen, die nur innerhalb einer Lichtebene liegen, vereinfacht dabei die zur Konstruktion der dreidimensionalen Abbildung des Leerguts notwendigen Rechenschritte. Problematisch gestaltet sich die Rekonstruktion des Abbilds jedoch insbesondere bei Leergut, das ganz oder teilweise transparent ist. In einem solchen Fall weist ein einzelner Lichtstrahl nicht einen, sondern gegebenenfalls mehrere Reflexe auf, die nicht eindeutig einer Oberflächenkontur zugeordnet werden können.From the publication EP 0 174 549 B1 An inspection device is known in which the light source emits a straight light bar in a fixed plane of light. The publication DE 103 59 781 B4 describes an inspection device with a light source, which also emits light in a plane of light, the light plane is not fixed, but is pivoted by a deflection device. A line scan camera is used as the image sensor. In both cases, a multi-dimensional image of the empties on the basis of the recorded light reflections can be constructed from a sequence of recorded images at different position of the empties in the transport direction and / or different inclination of the light plane in the image processing computer. The illumination by means of light rays, which lie only within a plane of light, thereby simplifies the computation steps necessary for the construction of the three-dimensional image of the empties. However, the reconstruction of the image is particularly problematic in the case of empties, which are completely or partially transparent. In such a case, a single light beam does not have one, but possibly several reflections that can not be unambiguously assigned to a surface contour.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Inspektionsvorrichtung und ein Verfahren zum Inspizieren von Leergut zu schaffen, die auf einfache und kostengünstige Art eine zuverlässige Inspektion, insbesondere von transparentem Leergut, ermöglichen.It is therefore an object of the present invention to provide an inspection device and a method for inspecting empties that enable a reliable inspection, in particular of transparent empties, in a simple and cost-effective manner.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Inspektionsvorrichtung und ein Verfahren zur Inspektion von Leergut mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.This object is achieved by an inspection device and a method for inspecting empties with the respective features of the independent claims.
Eine erfindungsgemäße Inspektionsvorrichtung für Leergut, das mittels einer Transportvorrichtung in einer Transportrichtung transportiert wird, weist eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Leerguts mit einem in einer Lichtebene liegenden Lichtfächer auf. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens zwei Bildaufnehmer mit flächigem Bildsensor und einer jeweiligen optischen Achse vorgesehen sind, wobei die Bildaufnehmer so angeordnet sind, dass sie unterschiedliche Blickrichtungen haben.An inspection device for empties, which is transported by means of a transport device in a transport direction, has a lighting device for illuminating the empties with a light fan lying in a light plane. It is characterized in that at least two image sensors are provided with planar image sensor and a respective optical axis, wherein the image sensors are arranged so that they have different viewing directions.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Inspektion von Leergut, das mittels einer Transportvorrichtung in einer Transportrichtung transportiert wird und auf das von einer Beleuchtungseinrichtung eine Konturlinie (153) projiziert wird, zeichnet sich dadurch aus, dass zeitgleich Bilder von mindestens zwei Bildaufnehmern aus unterschiedlichen Blickrichtungen aufgenommen werden. Die Bilder werden miteinander verglichen, um direkte Abbilder der Konturlinie auf dem Leergut von indirekten Abbildern zu unterscheiden. Dann werden Daten zur dreidimensionalen Beschreibung der Oberfläche des Leerguts anhand der direkten Abbilder der Konturlinie erzeugt.An inventive method for the inspection of empties, which is transported by means of a transport device in a transport direction and on which by a lighting device, a contour line ( 153 ) is characterized by the fact that at the same time pictures of at least two image sensors are taken from different directions. The images are compared with each other to distinguish direct images of the contour line on the empties from indirect images. Then data for the three-dimensional description of the surface of the empties is generated on the basis of the direct images of the contour line.
Aufgrund der erfindungsgemäßen unterschiedlichen Blickrichtungen der Bildaufnehmer können direkte Abbilder der Konturlinie, also des von der Beleuchtungseinrichtung auf das Leergut projizierten Lichts, von indirekten Abbildern, zum Beispiel durch mehrfach reflektiertes Licht, unterschieden werden. Auf diese Weise kann der Verlauf der Oberflächen des Leerguts, insbesondere bei transparentem Leergut, bei dem Mehrfachreflexionen häufig auftreten, eindeutig ermittelt werden und es können verlässliche Daten zur dreidimensionalen Beschreibung der Oberfläche des Leerguts generiert werden.Due to the different directions of view of the image sensor according to the invention, direct images of the contour line, ie of the light projected onto the empties by the illumination device, can be distinguished from indirect images, for example by multiply reflected light. In this way, the course of the surfaces of the empties, especially in transparent empties, in which multiple reflections often occur, can be clearly determined and it can be reliable data for three-dimensional description of the surface of the empties are generated.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the respective dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit 16 Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below in conjunction with 16 drawings based on embodiments. Show it:
1 eine perspektivische schematische Darstellung einer Inspektionsvorrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 a perspective schematic representation of an inspection device in a first embodiment,
2, 3 vereinfachte Seitenansichten der Inspektionsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels, 2 . 3 simplified side views of the inspection device of the first embodiment,
4 eine vereinfachte Draufsicht auf die Inspektionsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels, 4 a simplified plan view of the inspection device of the first embodiment,
5 eine perspektivische Darstellung von Leergut während einer Inspektion, 5 a perspective view of empties during an inspection,
6 eine schematische Darstellung einer Inspektionsvorrichtung für nichttransparentes Leergut nach dem Stand der Technik, 6 a schematic representation of an inspection device for non-transparent empties according to the prior art,
7 ein Kamerabild der Inspektionsvorrichtung für den in der 7 gezeigten Fall, 7 a camera image of the inspection device for in the 7 shown case,
8 eine schematische Seitenansicht wesentlicher Komponenten der Inspektionsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels mit einem modellhaften transparenten Leergut, 8th 3 is a schematic side view of essential components of the inspection device of the first embodiment with a model transparent empties,
9 eine perspektivische Darstellung der Inspektionsvorrichtung aus 8, 9 a perspective view of the inspection device 8th .
10 Kamerabilder der Inspektionsvorrichtung für den in den 8 und 9 gezeigten Fall, 10 Camera images of the inspection device for in the 8th and 9 shown case,
11 eine schematische Seitenansicht wesentlicher Komponenten der Inspektionsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels mit einem beispielhaften transparenten Leergut, 11 FIG. 2 a schematic side view of essential components of the inspection device of the first exemplary embodiment with an exemplary transparent empties, FIG.
12 Kamerabilder der Inspektionsvorrichtung für den in der 11 gezeigten Fall, 12 Camera images of the inspection device for in the 11 shown case,
13 eine schematische Seitenansicht wesentlicher Komponenten einer Inspektionsvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel, 13 a schematic side view of essential components of an inspection device in a second embodiment,
14 eine perspektivische Darstellung der Inspektionsvorrichtung aus 13, 14 a perspective view of the inspection device 13 .
15 eine schematische Seitenansicht wesentlicher Komponenten einer Inspektionsvorrichtung in einem dritten Ausführungsbeispiel und 15 a schematic side view of essential components of an inspection device in a third embodiment and
16 eine perspektivische Darstellung der Inspektionsvorrichtung aus 15. 16 a perspective view of the inspection device 15 ,
1 zeigt eine Inspektionsvorrichtung 10 in einem ersten Ausführungsbeispiel, die im Bereich einer an sich beliebigen Transporteinrichtung 20 für Leergut angeordnet ist. Die Transporteinrichtung 20 weist im vorliegenden Fall ein über Rollen 22 geführtes, endloses Förderband 21 auf, mit dem das Leergut in eine Transportrichtung x transportiert werden kann. Zur Erfassung der Transportbewegung ist ein Impulsgeber 23 an der Welle einer der Rollen 22 angekoppelt. 1 shows an inspection device 10 In a first embodiment, in the range of any transport device 20 arranged for empties. The transport device 20 in the present case has a role 22 guided, endless conveyor belt 21 on, with which the empties can be transported in a transport direction x. To detect the transport movement is a pulse 23 on the shaft one of the rollers 22 coupled.
Beispielhaft ist als Leergut ein Aufnahmebehälter 1 in Form eines üblichen Getränkekastens dargestellt, der mit Gefäßen 2 in Form von üblichen Flaschen gefüllt ist. Richtungen und Ebenen werden im Folgenden gemäß dem in der Figur eingezeichneten Koordinatensystem angegeben. Die von dem Förderband 21 gebildete Transportebene, auf der das Leergut steht, liegt in der xy-Ebene. Die z-Richtung steht senkrecht nach oben auf dieser Transportebene. Diese Koordinatensystem wird auch im Zusammenhang mit den weiteren Figuren benutzt.As an example, a receptacle is empties 1 represented in the form of a conventional beverage box, with containers 2 is filled in the form of usual bottles. Directions and planes are given below according to the coordinate system drawn in the figure. The of the conveyor belt 21 The transport level formed on which the empties are located lies in the xy plane. The z-direction is perpendicular to the top of this transport plane. This coordinate system is also used in conjunction with the other figures.
Die Inspektionsvorrichtung 10 ist oberhalb der Transporteinrichtung 20 angeordnet und an einem Gestell 11 montiert. Die Inspektionsvorrichtung 10 umfasst ein Bildverarbeitungssystem 12 mit einer Bedien- und Anzeigeeinheit 13 und eine Optikeinheit 14.The inspection device 10 is above the transport device 20 arranged and attached to a rack 11 assembled. The inspection device 10 includes an image processing system 12 with a control and display unit 13 and an optical unit 14 ,
Die Optikeinheit 14 weist eine Beleuchtungseinrichtung 15 und zwei Bildaufnehmer 16, 17 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 15 und die beiden Bildaufnehmer 16, 17 sind in der beispielhaften Ausführung zusammen in einem Gehäuse der Optikeinheit 14 untergebracht, das in der Figur aufgeschnitten gezeichnet ist, damit die Beleuchtungseinrichtung 15 und die Bildaufnehmer 16, 17 sichtbar sind. Das Gehäuse ist unten geöffnet oder mit einer Glas- oder Kunststoffscheibe versehen, damit Licht von der Beleuchtungseinrichtung 15 zu dem zu inspizierenden Leergut (hier Kasten mit Flaschen) und zurück zu den Bildaufnehmern 16, 17 gelangen kann.The optical unit 14 has a lighting device 15 and two imagers 16 . 17 on. The lighting device 15 and the two imagers 16 . 17 are in the exemplary embodiment together in a housing of the optical unit 14 housed, which is cut in the figure cut to allow the lighting device 15 and the imagers 16 . 17 are visible. The housing is open at the bottom or provided with a glass or plastic disc to allow light from the illumination device 15 to the empties to inspect (here box with bottles) and back to the imagers 16 . 17 can get.
Die Beleuchtungseinrichtung 15 produziert im Betrieb einen nach unten gerichteten und sich nach unten hin aufweitenden Lichtfächer, dessen Lichtstrahlen in einer Lichtebene liegen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel in der yz-Ebene und damit senkrecht zur Transportrichtung x liegt. In 1 sind zur Darstellung des Lichtfächers beispielhaft ein zentraler Mittelpunktsstrahl 151 und zwei Randstrahlen 152 eingezeichnet. Die Beleuchtungseinrichtung 15 ist senkrecht über der Mitte des Förderbands 5 angeordnet, derart, dass der Mittelpunktsstrahl 151 mittig auf das Förderband 5 trifft.The lighting device 15 produces in operation a downwardly directed and downwardly widening light fan whose light beams lie in a plane of light, which is in the embodiment shown in the yz plane and thus perpendicular to the transport direction x. In 1 are illustrative of a central midpoint beam to represent the light fan 151 and two marginal rays 152 located. The lighting device 15 is vertically above the center of the conveyor belt 5 arranged such that the center beam 151 centered on the conveyor belt 5 meets.
Als Beleuchtungseinrichtung 15 ist im Ausführungsbeispiel der 1 ein Laser vorgesehen, dessen Strahl in einer Richtung aufgeweitet ist, beispielsweise durch eine Zylinderlinse. Die Beleuchtungseinrichtung 15 sendet somit Lichtstrahlen aus, die in einer Lichtebene liegen und die ausgehend von der Beleuchtungseinrichtung einen Lichtfächer bilden. Beim Auftreffen auf einen Gegenstand wird entsprechend ein linienförmiges Beleuchtungsmuster, auch Konturlinie genannt, gebildet. Die Beleuchtungseinrichtung 15 wird daher im Folgenden auch als Linienlaser 15 bezeichnet. Der Linienlaser 15 kann einen Lichtfächer im sichtbaren Wellenlängenbereich, z. B. einer Wellenlänge von 660 nm, ausstrahlen. Alternativ kann aber auch ein beispielsweise im Infrarotbereich abstrahlender Linienlaser 15 vorgesehen werden.As a lighting device 15 is in the embodiment of 1 a laser is provided, the beam of which is widened in one direction, for example by a cylindrical lens. The lighting device 15 thus emits light rays which lie in a light plane and form a light fan starting from the illumination device. When hitting an object, a line-shaped illumination pattern, also known as a contour line, is correspondingly formed. The lighting device 15 is therefore also referred to below as a line laser 15 designated. The line laser 15 can a light fan in the visible wavelength range, z. B. a wavelength of 660 nm, radiate. Alternatively, however, it is also possible to use a line laser emitting, for example, in the infrared range 15 be provided.
Der Linienlaser 15 kann dabei ein handelsübliches Standardbauteil sein, das bei hoher Lebensdauer rotes, blaues, grünes oder auch infrarotes Licht aussendet. Er weist z. B. eine Laserdiode mir entsprechender Ansteuerungselektronik, eine Linse zum Fokussieren des Lichtstrahles und eine Zylinderlinse zum Aufweiten des fokussierten Laserlichtes in der Lichtebene auf, wodurch der Lichtfächer gebildet wird.The line laser 15 can be a standard commercial component that emits red, blue, green or even infrared light at high lifetime. He points z. As a laser diode with me corresponding control electronics, a lens for focusing the light beam and a cylindrical lens for expanding the focused laser light in the plane of light, whereby the light fan is formed.
Als Bildaufnahmeeinrichtungen 16, 17 sind im Ausführungsbeispiel der 1 CCD(Charge Coupled Device)-Kameras mit einem flächigen Bildsensor vorgesehen. Der einfacheren Beschreibung halber werden die Bildaufnahmeeinrichtungen 16, 17 im Folgenden auch als Kameras 16, 17, respektive als erste Kamera 16 und zweite Kamera 17 bezeichnet. In Transportrichtung x betrachtet ist die erste Kamera 16 vor und die zweite Kamera 17 hinter dem Linienlaser 15 angeordnet. Die Ausrichtung der Kameras 16 bzw. 17 ist in der Figur durch ihre jeweilige optische Achse 161 bzw. 171 strichpunktiert dargestellt. Die Richtung der optischen Achse 161, 171 im Raum wird im Folgenden auch als Blickrichtung der Kamera 16, 17 bezeichnet.As image recording devices 16 . 17 are in the embodiment of 1 CCD (Charge Coupled Device) cameras provided with a flat image sensor. For the sake of simplicity, the image pickup devices will be described 16 . 17 in the following also as cameras 16 . 17 , respectively as the first camera 16 and second camera 17 designated. Viewed in the transport direction x is the first camera 16 in front and the second camera 17 behind the line laser 15 arranged. The orientation of the cameras 16 respectively. 17 is in the figure by its respective optical axis 161 respectively. 171 shown in phantom. The direction of the optical axis 161 . 171 in the space below is also referred to as the direction of the camera 16 . 17 designated.
Zur weitgehenden Vermeidung von Störungen durch Fremdlicht kann vorgesehen sein, im Strahlengang der Kameras 16, 17, z. B. vor oder hinter einem Objektiv, ein z. B. als Interferenzfilter ausgebildetes optisches Filter anzuordnen. Dieses Filter ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 nicht dargestellt, aber beispielsweise in den 2 und 3 wiedergegeben und dort mit dem Bezugszeichen 19 versehen. Die Lichtdurchlässigkeit des Filters ist auf die Wellenlänge des vom Linienlaser 15 ausgesendeten Lichts abgestimmt. Da Fremdlicht wie Sonnen- oder Lampenlicht eine Vielzahl von Wellenlängen enthält, das Filter aber bevorzugt nur für einen engen Wellenlängenbereich, hier z. B. um 660 nm, durchlässig ist, werden die außerhalb dieses Bereiches liegenden Wellenlängen des Fremdlichtes wirksam absorbiert, so dass nur ein sehr kleiner Teil des Fremdlichtes zu den Kameras 16, 17 gelangen kann.To largely avoid interference from extraneous light can be provided in the beam path of the cameras 16 . 17 , z. B. in front of or behind a lens, a z. B. to be arranged as an interference filter formed optical filter. This filter is in for clarity 1 not shown, but for example in the 2 and 3 reproduced and there by the reference numeral 19 Mistake. The light transmittance of the filter is at the wavelength of that of the line laser 15 matched light emitted. Since extraneous light such as sun or lamplight contains a plurality of wavelengths, but the filter is preferred only for a narrow wavelength range, here z. B. 660 nm, is transparent, the lying outside of this range wavelengths of extraneous light are effectively absorbed, so that only a very small portion of the extraneous light to the cameras 16 . 17 can get.
Die 2 bis 4 zeigen weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung vereinfacht in verschiedenen Ansichten. 2 ist eine Seitenansicht mit Blick auf die xz-Ebene, 3 eine Seitenansicht mit Blick auf die yz-Ebene und 4 eine Draufsicht mit Blick auf die xy-Ebene. In allen Fällen sind Gefäße 2 (4), in fünf Reihen in Transportrichtung (2) und vier Reihen quer zur Transportrichtung (3) angeordnet.The 2 to 4 show more details of the device according to the invention simplified in different views. 2 is a side view looking at the xz plane, 3 a side view overlooking the yz plane and 4 a top view overlooking the xy plane. In all cases are vessels 2 ( 4 ), in five rows in the transport direction ( 2 ) and four rows transversely to the transport direction ( 3 ) arranged.
Die Anordnung und Ausrichtung der Kameras 16, 17 im Bezug auf den Linienlaser 15 ist besonders gut in der Seitenansicht der 2 zu sehen. Die optischen Achsen 161, 171 verlaufen jeweils schräg zum Mittelpunktsstrahl 151 des Lichtfächers. Sie treffen den Lichtfächer in Schnittpunkten 163 bzw. 173. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kameras 16, 17 und ihre optischen Achsen 161, 171 im Bezug auf die Lichtebene spiegelsymmetrisch zueinander positioniert. Die optischen Achsen 161, 171 und der Mittelpunktsstrahl 151 liegen folglich in einer Ebene und die Schnittpunkte 163 und 173 fallen, von Justierungenauigkeiten abgesehen, zusammen. Dieser gemeinsame Schnittpunkt liegt hier etwas oberhalb der halben Gefäßhöhe.The arrangement and orientation of the cameras 16 . 17 in relation to the line laser 15 is particularly good in the side view of the 2 to see. The optical axes 161 . 171 each run obliquely to the center beam 151 of the fan of light. You hit the light fan at intersections 163 respectively. 173 , In the illustrated embodiment, the cameras 16 . 17 and their optical axes 161 . 171 positioned mirror-symmetrically with respect to the light plane. The optical axes 161 . 171 and the midpoint beam 151 are therefore in a plane and the intersections 163 and 173 fall apart, apart from adjustments inaccuracies. This common point of intersection is just above half the height of the vessel.
Der zwischen der optischen Achse 161 der ersten Kamera 16 und dem Mittelpunktsstrahl 151 eingeschlossene Winkel wird im Folgenden als erster Blickwinkel α bezeichnet. Der zwischen der optischen Achse 171 der zweiten Kamera 17 und dem Mittelpunktsstrahl 151 eingeschlossene Winkel wird entsprechend als zweiter Blickwinkel β bezeichnet. Aufgrund der hier symmetrisch angeordneten Kameras 16, 17 sind die Blickwinkel α und β betragsmäßig gleich groß, sie weisen jedoch vom Mittelpunktsstrahl 151 aus betrachtet in unterschiedliche in unterschiedliche Richtungen. Entsprechend unterscheiden sich die Blickrichtungen der Kameras 16, 17. Wie im Zusammenhang mit den 8 bis 10 im Folgenden noch detaillierter ausgeführt wird, basiert das anmeldungsgemäße Inspektionsverfahren gerade auf einer simultanen Bildaufnahme aus zwei unterschiedlichen Blickrichtungen. Im gezeigten Beispiel ist der Betrag von α und β je 20°. Dieser Wert ist lediglich beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen. Eine anmeldungsgemäße Vorrichtung kann mit Blickwinkeln α und β im Bereich von 0 bis 90° und insbesondere im Bereich von 10° bis 30° umgesetzt werden.The between the optical axis 161 the first camera 16 and the midpoint beam 151 included angle is hereinafter referred to as the first angle α. The between the optical axis 171 the second camera 17 and the midpoint beam 151 included angle is correspondingly referred to as the second angle β. Because of the here symmetrically arranged cameras 16 . 17 the angles of view α and β are equal in magnitude, but they point to the midpoint beam 151 seen in different directions. Accordingly, the viewing directions of the cameras differ 16 . 17 , As related to the 8th to 10 will be explained in more detail below, the inspection method according to the application is based on a simultaneous image recording from two different viewing directions. In the example shown, the amount of α and β is 20 ° each. This value is merely illustrative and not restrictive. An apparatus according to the application can be implemented with viewing angles α and β in the range from 0 to 90 ° and in particular in the range from 10 ° to 30 °.
Weiter zeigt 3, dass der Linienlaser 15 und die Kameras 16, 17 in y-Richtung mittig über dem Transportband 21 und damit über der Mitte des Aufnahmebehälters 1 angeordnet sind. Die Konturen des vom Linienlaser 15 ausgesendeten Lichtfächers sind durch die durch zwei Randstrahlen 152 angedeutet. Die Breite des Lichtfächers quer zur Transportrichtung ist mindestens so groß, dass er sich über die ganze Breite des Aufnahmebehälters 1 erstreckt. In 4 ist eine so von dem Linienlaser 15 auf den Aufnahmebehälter 1 projizierte Konturlinie 153 eingezeichnet.Next shows 3 that the line laser 15 and the cameras 16 . 17 in the y-direction in the middle above the conveyor belt 21 and thus over the middle of the receptacle 1 are arranged. The contours of the line laser 15 emitted fan of light are through the by two marginal rays 152 indicated. The width of the light fan transversely to the transport direction is at least so great that it extends over the entire width of the receptacle 1 extends. In 4 is one of the line laser 15 on the receptacle 1 projected contour line 153 located.
Die erfindungsgemäße Inspektionsvorrichtung ist so eingerichtet, dass die Kameras 16, 17 lediglich einen Bereich des Transportbandes 21 bzw. eines darauf stehenden Aufnahmebehälters 1 erfasst. 5 zeigt beispielhaft den Bildausschnitt einer der Kameras 16, 17. Zur einfacheren Darstellung sind die Gefäße 2 als nicht transparente Körper wiedergegeben. Das Bildfenster definiert somit den Inspektionsbereich.The inspection device according to the invention is set up such that the cameras 16 . 17 only one area of the conveyor belt 21 or a receptacle standing thereon 1 detected. 5 shows an example of the image detail of one of the cameras 16 . 17 , For ease of illustration, the vessels 2 reproduced as a non-transparent body. The image window thus defines the inspection area.
Bei dem anmeldungsgemäßen Inspektionsverfahren werden Daten generiert, die eine dreidimensionale Beschreibung von mit ggf. transparenten Gefäßen 2 bestückten oder bestückbaren, oben offenen Aufnahmebehältern 1 ermöglichen. Zur Generierung der Daten ist ein Mittel zur Bestimmung der Position des Aufnahmebehälters 1 in der Transportrichtung vorteilhaft.In the inspection method according to the application, data is generated which is a three-dimensional description of possibly transparent vessels 2 equipped or equipped, open-top receptacles 1 enable. To generate the data is a means for determining the position of the receptacle 1 advantageous in the transport direction.
Bei der in den 1 bis 4 dargestellten Inspektionsvorrichtung ist ein solches Mittel durch den mit der Rolle 22 des Transportbands 21 gekoppelten Impulsgeber 23 gegeben. Wenn die Rolle 22 durch Ihre Drehung das Transportband 21 und damit auch den Aufnahmebehälter 1 um beispielsweise einen Meter bewegt, werden von dem Impulsgeber beispielsweise 1000 Impulse abgegeben, also ein Impuls pro mm. Die Impulse werden vom Impulsgeber 23 an das Bildverarbeitungssystem 12 übermittelt und dort erfasst. Das Bildverarbeitungssystem 12 hat somit Information darüber, wann sich der Aufnahmebehälter 1 um beispielsweise 1 mm weiterbewegt hat. Das Bildverarbeitungssystem 12 löst dann beispielsweise getaktet durch diese Impulse, Bildaufnahmen der Kameras 16, 17 aus. Wenn die Geschwindigkeit des Transportbandes 21 jedoch konstant, oder nahezu konstant, ist, so können auch periodisch Bilder aufgenommen werden. Das heißt beispielsweise jede Millisekunde ein Bild pro Kamera 16, 17, die eine entsprechend hohe Bildaufnahmerate aufweisen muss. Bei einer Geschwindigkeit des Aufnahmebehälters 1 von einem Meter pro Sekunde wird jeder Millimeter ein Bild von jeder Kamera 16, 17 aufgenommen, also eintausend Bilder pro Sekunde oder eintausend Bilder pro Meter Transportbandbewegung.In the in the 1 to 4 represented inspection device is such means by the with the role 22 of the conveyor belt 21 coupled pulse generator 23 given. If the role 22 by your rotation the conveyor belt 21 and thus also the receptacle 1 for example, moves by one meter, are emitted by the pulse generator, for example, 1000 pulses, so one pulse per mm. The pulses are from the pulse generator 23 to the image processing system 12 transmitted and recorded there. The image processing system 12 thus has information about when the receptacle 1 has moved by, for example, 1 mm. The image processing system 12 then, for example, clocked by these pulses, takes pictures of the cameras 16 . 17 out. When the speed of the conveyor belt 21 however, is constant, or nearly constant, so pictures can be taken periodically. That means, for example, every millisecond one image per camera 16 . 17 , which must have a correspondingly high image acquisition rate. At a speed of the receptacle 1 from one meter per second every millimeter becomes a picture of each camera 16 . 17 that is, one thousand pictures per second or one thousand pictures per meter of conveyor belt movement.
Um die Funktion der Vorrichtung zu beschreiben, wird zunächst mittels der 6 und 7 die Grundzüge eines aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens zur Generierung von Daten, die eine dreidimensionale Beschreibung von nichttransparenten Körpern ermöglichen, mit Hilfe einer Kamera erläutert.To describe the function of the device is first by means of 6 and 7 the principles of a known from the prior art method for generating data that allow a three-dimensional description of non-transparent body, using a camera explained.
6 zeigt in dreidimensionaler Darstellung einen nicht transparenten Aufnahmebehälter 1, in dem sich ein nicht transparenter Kegelstumpf 6 als Musterbeispiel eines Gefäßes befindet. Der Aufnahmebehälter 1, im Folgenden auch Kasten 1 genannt, und der Kegelstumpf 6 stellen das Leergut dar. Oberhalb des Aufnahmebehälters 1 sind ein Linienlaser 15 und eine CCD-Kamera 16 mit Filter 19 angeordnet. Der Linienlaser 15 projiziert eine Konturlinie 153 auf das Leergut. 6 shows a three-dimensional view of a non-transparent receptacle 1 , in which there is a non-transparent truncated cone 6 as a model example of a vessel. The receptacle 1 , in the following also box 1 called, and the truncated cone 6 represent the empties. Above the receptacle 1 are a line laser 15 and a CCD camera 16 with filter 19 arranged. The line laser 15 projects a contour line 153 on the empties.
In 7 ist das von der Kamera 16 aufgenommene Bild dargestellt. Aufgrund der selektiven Beleuchtung durch den Lichtfächer und des Filters 19 ist das Bild im Wesentlichen auf ein Abbild 153' der Konturlinie 153 beschränkt. Bei bekannten geometrischen Anordnungen des Linienlasers 15 und der Kamera 16' lassen sich für die beleuchteten Bereiche die Orts-Informationen der Kastenoberfläche und des Kegelstumpfes bestimmen. So ist die Länge des Abschnitts 153a' des Abbilds 153' in 7 proportional zur Länge des sichtbaren Abschnitts 153a auf dem Kastenrand. Ebenso ist die Länge des Abschnitts 153b' in 7 proportional zur Kastenhöhe (Abschnitt 153b) im Inneren des Kastens 1 und die Länge des Abschnitts 153c' in 7 proportional zum Durchmesser der Deckfläche (Abschnitt 153c) des Kegelstumpfs 6.In 7 is that from the camera 16 taken picture. Due to the selective lighting through the light fan and the filter 19 the image is essentially an image 153 ' the contour line 153 limited. In known geometric arrangements of the line laser 15 and the camera 16 ' can be determined for the illuminated areas, the location information of the box surface and the truncated cone. So that's the length of the section 153a ' of the image 153 ' in 7 proportional to the length of the visible section 153a on the box edge. Likewise, the length of the section 153b ' in 7 proportional to the box height (section 153b ) inside the box 1 and the length of the section 153c ' in 7 proportional to the diameter of the top surface (section 153c ) of the truncated cone 6 ,
Um Daten zu generieren, die eine dreidimensionale Beschreibung des nicht transparenten Kastens 1 mit dem nicht transparenten Kegelstumpf 6 zu ermöglichen, werden viele Bilder der Konturlinie 153 aufgenommen und gespeichert, wobei von Bild zu Bild der Kasten 1 mit dem Kegelstumpf 6 um ein definiertes Maß verschoben wird, z. B. mit Hilfe einer Transporteinrichtung 20 wie in 1 gezeigt. Die Bilddaten werden dann mit bekannten Triangulations-Methoden in dreidimensionale Koordinaten umgerechnet, aus denen ein 3D-Abbild generiert werden kann.To generate data that is a three-dimensional description of the non-transparent box 1 with the non-transparent truncated cone 6 to allow many pictures of the contour line 153 recorded and stored, whereby from picture to picture the box 1 with the truncated cone 6 is shifted by a defined amount, z. B. by means of a transport device 20 as in 1 shown. The image data is then converted by known triangulation methods into three-dimensional coordinates, from which a 3D image can be generated.
Das zuvor im Zusammenhang mit den 6 und 7 dargestellte Verfahren ist auch unter dem Namen Lichtschnittverfahren bekannt und wird auf vielfältige Weise zur Formbestimmung von nicht transparenten Körpern angewendet.That previously related to the 6 and 7 The method illustrated is also known by the name of the light-section method and is used in a variety of ways to determine the shape of non-transparent bodies.
Soll statt der Form nichttransparenter Körper die Form transparenter Körper, z. B. Leergut aus Glas oder Kunststoff, bestimmt werden, so entstehen bei dem zuvor beschriebenen Lichtschnittverfahren wegen der Transparenz Vieldeutigkeiten, die zu einem nicht korrekten Ergebnis bei der Generierung der 3D-Abbilder führen können.If, instead of the shape of non-transparent body, the shape of transparent body, z. As empties made of glass or plastic, are determined in the light-section method described above because of the transparency ambiguities that can lead to an incorrect result in the generation of 3D images.
Die 8 und 9 zeigen schematisch eine Anordnung eines Linienlasers 15 und zweier Bildaufnahmevorrichtungen 16, 17 einer anmeldungsgemäßen Inspektionsvorrichtung, wobei zur verständlicheren Darstellung des Funktionsprinzips des anmeldungsgemäßen Inspektionsverfahrens ein transparentes Prisma 7 als Musterbeispiel eines transparenten Körpers gewählt ist. Die gezeigte Anordnung entspricht beispielsweise der des in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiels. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen daher in den 8 und 9 gleiche oder gleich wirkende Elemente wie in den 1 bis 4. 8 zeigt die Anordnung in einer Seitenansicht mit Blick auf die xz-Ebene und 9 in einer perspektivischen Darstellung.The 8th and 9 schematically show an arrangement of a line laser 15 and two image pickup devices 16 . 17 an inspection device according to the application, wherein a transparent prism for the more understandable representation of the principle of operation of the inspection method according to the application 7 is chosen as a model example of a transparent body. The arrangement shown corresponds for example to that of the 1 to 4 shown embodiment. The same reference numerals therefore indicate in the 8th and 9 same or equivalent elements as in the 1 to 4 , 8th shows the arrangement in a side view with a view of the xz plane and 9 in a perspective view.
Erfindungsgemäß werden die zwei Bildaufnehmer 16 und 17 eingesetzt, deren optische Achsen 161, 171 sich hier unter den Blickwinkeln a und b, die betragsmäßig gleich groß sind, spiegelbildlich bezüglich Lichtebene des Linienlasers 15 in einem gemeinsamen Schnittpunkt 163/173 schneiden.According to the invention, the two image sensors 16 and 17 used, their optical axes 161 . 171 Here, under the angles a and b, which are equal in magnitude, mirror image with respect to light plane of the line laser 15 in a common intersection 163 / 173 to cut.
Der Linienlaser 15 projiziert im gezeigten Fall eine Konturlinie 153 auf eine erste Seitenfläche des transparenten Prismas 7, wobei die Konturlinie 153 im dargestellten Fall durch den gemeinsamen Schnittpunkt 163/173 verläuft.The line laser 15 projects in the case shown a contour line 153 on a first side surface of the transparent prism 7 , where the contour line 153 in the case illustrated by the common point of intersection 163 / 173 runs.
10A zeigt das Bild der Kamera 16 und 10B das der Kamera 17 für die in den 8 und 9 dargestellte Situation. Es wird angenommen, dass ein Teil des auf das Prisma 7 auftreffenden Lichtes diffus reflektiert wird. Ein solches Verhalten wird im realen Einsatz auch bei den Gläsern oder transparenten Kunststoffen, aus denen typischerweise Leergutgefäße hergestellt werden, beobachtet. Beide Kameras 16 und 17 „sehen” also die Konturlinie 153 und bilden sie als Linie 153' ab. 10A shows the picture of the camera 16 and 10B that of the camera 17 for those in the 8th and 9 illustrated situation. It is believed that part of the prism 7 incident light is reflected diffusely. In real use, such behavior is also observed in the case of the glasses or transparent plastics from which empties containers are typically produced. Both cameras 16 and 17 So "see" the contour line 153 and form them as a line 153 ' from.
Große Teile des entlang der Konturlinie 153 auftreffenden Laserlichtes dringt jedoch in das transparente Prisma 7 ein und wird dabei gebrochen. An der auf dem Transportband 21 aufliegenden Bodenfläche des Prismas 7 wird das in das Prisma 7 eingedrungene Licht abermals reflektiert. Je nach Winkel ist dieses eine teilweise oder eine totale Reflexion; je nach Beschaffenheit des Untergrundes – hier der Oberfläche des Transportbandes 21 – kommen unter Umständen auch noch an dieser Oberfläche diffus reflektierte Komponenten hinzu. Das reflektierte Licht verlässt das transparente Prisma 7 dann wieder durch eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche, wobei es beim Lichtaustritt wiederum gebrochen wird. Nach der Mehrfachreflexion austretendes Licht (in der 8 gestrichelt dargestellt) wird ebenfalls von den Kameras 16 und 17 aufgenommen. Das mehrfach reflektierte Licht erreicht die Kamera 16 unter einem Winkel γ und die Kamera unter einem Winkel δ, wobei die Winkel γ, δ sich auf die jeweilige optische Achse 161, 171 beziehen.Large parts of the along the contour line 153 However, incident laser light penetrates into the transparent prism 7 and it is broken. At the on the conveyor belt 21 resting floor surface of the prism 7 that will be in the prism 7 invaded light reflected again. Depending on the angle, this is a partial or a total reflection; depending on the nature of the substrate - here the surface of the conveyor belt 21 - Under certain circumstances, diffusely reflected components may also be added to this surface. The reflected light leaves the transparent prism 7 then again through one of the first side surface opposite second side surface, which in turn is broken at the light exit. After the multiple reflection emerging light (in the 8th dashed lines) is also from the cameras 16 and 17 added. The multiple reflected light reaches the camera 16 at an angle γ and the camera at an angle δ, wherein the angles γ, δ are on the respective optical axis 161 . 171 Respectively.
Wie zu erkennen ist, unterscheiden sich die Winkel γ, δ deutlich voneinander. In den Bildern der Kamera (10A, 10B) ist entsprechend neben dem direkten Abbild 153' der Konturlinie 153 jeweils ein indirektes Abbild 153* der Konturlinie 153 sichtbar. „Indirekt” bedeutet im Rahmen der Anmeldung, dass Licht auf dem Weg von dem Linienlaser 15 zu einer der Kameras 16, 17 zumindest zwei Reflexionen erfahren hat.As can be seen, the angles γ, δ clearly differ from each other. In the pictures of the camera ( 10A . 10B ) is corresponding to the direct image 153 ' the contour line 153 each an indirect image 153 * the contour line 153 visible, noticeable. "Indirect" means in the context of the application that light on the way from the line laser 15 to one of the cameras 16 . 17 has received at least two reflections.
Aufgrund der unterschiedlichen Blickwinkel α und β der beiden Kameras 16 und 17 sind in den Bildern die indirekten Abbilder 153* der Konturlinie 153 jedoch an unterschiedlichen Positionen zu beobachten. Dieses kann zur Unterscheidung von direkten und indirekten Abbildern der Konturlinie 153 herangezogen werden: Nur Linien (oder Bildpunkte), die auf den Bildern der Kameras 16, 17 in den gleichen Bildkoordinaten dargestellt werden, sind direkte Oberflächenreflexionen. Linien (Bildpunkte), die nur von einer der Kameras 16, 17 aufgenommen werden, sind keine direkten Oberflächenreflexionen.Due to the different viewing angles α and β of the two cameras 16 and 17 are the indirect images in the pictures 153 * the contour line 153 however, to observe at different positions. This can be used to distinguish between direct and indirect images of the contour line 153 Only lines (or pixels) that are on the pictures of the cameras 16 . 17 represented in the same image coordinates are direct surface reflections. Lines (pixels) only from one of the cameras 16 . 17 are not direct surface reflections.
Die 10C zeigt Bilddaten, die durch eine logische „Und”-Verknüpfung der Bilddaten beider Bilder aus den 10A und 10B entstehen. Diese Bilddaten geben folglich nur direkte Abbilder der Konturlinie 153 wieder.The 10C shows image data obtained by a logical "and" linking of the image data of both images from the 10A and 10B arise. Consequently, these image data only give direct images of the contour line 153 again.
Durch Verknüpfung der beiden Bilder aus 10A und 10B lässt sich die Linie, die eine direkte Oberflächenreflexion beschreibt, also eine für die dreidimensionale Beschreibung „wahre” Linie, ermitteln. Oberflächenreflexionen, also Linien die für eine Beschreibung des transparenten Körpers von Relevanz sind, werden bei beiden Kameras 16, 17 an der gleichen Bildposition dargestellt.By linking the two pictures 10A and 10B can be the line that describes a direct surface reflection, so for the three-dimensional description "true" line determine. Surface reflections, lines that are relevant for a description of the transparent body, are used in both cameras 16 . 17 displayed at the same image position.
Die „Und”-Verknüpfung stellt eine Umsetzungsmöglichkeit dar, um nur relevante Bildpunkte, die direkte Abbilder der Konturlinie 153 wiedergeben, zur dreidimensionalen Beschreibung des Leergutes heranzuziehen. The "and" -link represents a possibility to implement only relevant pixels, the direct images of the contour line 153 reproduce, to draw on the three-dimensional description of the empties.
Bildverarbeitungssysteme arbeiten heute weitestgehend mit digitalisierten Bildern. Das heißt, dass diese Bilder aus beispielsweise 512 horizontalen und 512 vertikalen Bildpunkten bestehen. Jeder Bildpunkt hat beispielsweise 256 (8 Bit) Helligkeitswerte. Daher ist es mittels eines Bildverarbeitungssystems, wie z. B. dem Bildverarbeitungssystem 12 aus 1, leicht, Bildpunkte zweier Bilder miteinander zu verknüpfen. Derartige Rechenoperationen sind Stand der Technik und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.Image processing systems today largely work with digitized images. That is, these images consist of, for example, 512 horizontal and 512 vertical pixels. For example, each pixel has 256 (8 bit) brightness values. Therefore, it is by means of an image processing system such. B. the image processing system 12 out 1 , easy to link pixels of two images. Such arithmetic operations are state of the art and therefore require no further explanation.
Um eine dreidimensionale Beschreibung des Prismas 7 zu ermöglichen, wird eine Vielzahl von Bildern, bei unterschiedlichen Positionen des Prismas 7 aufgenommen. Dazu kann beispielsweise das Prisma 7 in der Transportrichtung x bewegt werden, wobei während des Durchlaufs beispielsweise einhundert Bilder je Kamera 16, 17 gespeichert werden, die vom Bildverarbeitungssystem 12 miteinander „und” – verknüpft werden, um direkte („wahre”) Abbilder der Konturlinie 153 zu erhalten.To get a three-dimensional description of the prism 7 to allow a variety of images, at different positions of the prism 7 added. For this example, the prism 7 be moved in the transport direction x, wherein during the passage, for example, one hundred images per camera 16 . 17 stored by the image processing system 12 with each other "and" - linked to direct ("true") images of the contour line 153 to obtain.
Die Umwandlung der so „bereinigten” Bilddaten in Daten, die eine dreidimensionale Beschreibung von Leergut, beispielsweise in Form von mit transparenten Gefäßen bestückten oder bestückbaren, oben offenen Aufnahmebehältern, ermöglicht, wird wie bei bekannten Lichtschnittverfahren durchgeführt.The conversion of the so-"cleaned" image data into data, which allows a three-dimensional description of empties, for example in the form of equipped with transparent vessels or equippable, open-top receptacles, is carried out as in known light-section method.
Bei transparenten Gefäßen mit realen Formen, z. B. Flaschen, sind die optischen Verhältnisse sehr viel komplexer und lassen sich daher schwerer beschreiben als bei dem zuvor dargestellten idealisierten Prisma 7. Beispielhaft wird deshalb im Folgenden nur der Mittelpunktsstrahl 151 eines Linienlasers betrachtet, um das anmeldungsgemäße Verfahren für eine Flasche als realen transparenten Leergut-Behälter zu erklären.For transparent vessels with real shapes, eg. As bottles, the optical conditions are much more complex and can therefore be described heavier than the idealized prism previously shown 7 , In the following, therefore, only the midpoint beam will become an example 151 of a line laser to explain the method according to the application for a bottle as a real transparent empties container.
In 11 ist eine transparente Getränkeflasche 2, die sich in einem Behälter 1 befindet, vereinfacht im Schnitt dargestellt. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen wiederum gleiche oder gleich wirkende Elemente wie bei den vorangehenden Figuren.In 11 is a transparent beverage bottle 2 that are in a container 1 is simplified, shown in section. Like reference numerals again designate like or equivalent elements as in the preceding figures.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Bildaufnehmer 16 und 17 und ein Linienlaser 15 vorgesehen, die so angeordnet sind, dass sich der Mittelpunktsstrahl 151 und die optischen Achsen 161, 171 der Kameras 16 und 17 wiederum in einem gemeinsamen Punkt 163/173 schneiden. Ein erster Reflexionspunkt des Mittelpunktsstrahls 151 liegt auf der Flaschenoberfläche. In Anlehnung an die Konturlinie, die der Lichtfächer des Linienlasers 15 auf der Flaschenoberfläche projiziert, wird dieser Reflexionspunkt im Folgenden als Konturpunkt bezeichnet und durch das Bezugszeichen 154 gekennzeichnet. Der Konturpunkt 154 ist ein „wahrer” Punkt, dessen Abbild eine Information bezüglich der Flaschenform an dieser Stelle trägt.Also in this embodiment are two imagers 16 and 17 and a line laser 15 provided, which are arranged so that the center beam 151 and the optical axes 161 . 171 the cameras 16 and 17 again in a common point 163 / 173 to cut. A first reflection point of the midpoint beam 151 lies on the bottle surface. Based on the contour line, the light fan of the line laser 15 projected on the bottle surface, this reflection point is hereinafter referred to as the contour point and by the reference numeral 154 characterized. The contour point 154 is a "true" point whose image bears information about the shape of the bottle at this point.
12A gibt das Kamerabild der Kamera 16 und 12B das Kamerabild der Kamera 17 für die in 11 dargestellte Situation wieder. Beide Bilder bilden den Konturpunkt 154 an der gleichen Bildposition als direktes Abbild 154' ab. Das direkte Abbild 154' zeichnet sich dadurch aus, dass das Licht des Linienlasers 15 auf seinem Weg vom Linienlaser zur Kamera 16, 17 nur einfach, hier diffus, reflektiert wird. 12A gives the camera picture of the camera 16 and 12B the camera image of the camera 17 for the in 11 represented situation again. Both images form the contour point 154 at the same image position as a direct image 154 ' from. The direct image 154 ' is characterized by the fact that the light of the line laser 15 on his way from the line laser to the camera 16 . 17 only simple, here diffuse, is reflected.
Durch Reflexion durch die Flaschenoberfläche bildet sich der Laserstrahl auch auf der Oberfläche der Kasteninnenseite an einem reflektierter Konturpunkt 155 ab. Der reflektierte Konturpunkt 155 wird in 12A, dem Bild von Kamera 16, oberhalb des Abbilds 154' des Konturpunktes 154 und in 12B, dem Bild der Kamera 17 unterhalb des direkten Abbilds 154' des Konturpunktes 154 als direktes Abbild 155' des reflektierten Konturpunktes 155 wiedergegeben. Das direkte Abbild 155' ist jedoch ein indirektes Abbild 154* des Konturpunktes 154. Das indirekte Abbild 154* ist bei den beiden Kamerabildern an ungleicher Position und ist daher kein wahrer Punkt, der die Flaschenoberfläche beschreibt.By reflection through the bottle surface, the laser beam is also formed on the surface of the box inside a reflected contour point 155 from. The reflected contour point 155 is in 12A , the picture from camera 16 , above the image 154 ' of the contour point 154 and in 12B , the picture of the camera 17 below the direct image 154 ' of the contour point 154 as a direct image 155 ' of the reflected contour point 155 played. The direct image 155 ' is however an indirect image 154 * of the contour point 154 , The indirect image 154 * is in an unequal position with the two camera images and is therefore not a true point describing the surface of the bottle.
Derartige indirekte Abbilder 154*, denen eine mehrfache Reflexion des Lichts des Linienlasers vorausgeht, entstehen bei transparenten Flaschen in sehr großer Anzahl. Da das Glas für Laserlicht teiltransparent ist, bilden sich auch beispielsweise Reflexionen am Flaschen- und am Kastenboden ab. Alle diese unwahren Punkte haben verschiedene Bildpositionen auf den Bildern der Kameras 16 und 17.Such indirect images 154 * , which is preceded by a multiple reflection of the light of the line laser, arise in transparent bottles in very large numbers. Since the glass is partially transparent to laser light, reflections also form, for example, at the bottom of the bottle and at the bottom of the box. All these false dots have different image positions on the images of the cameras 16 and 17 ,
In der Praxis lassen sich nur mit erheblichem Aufwand zwei absolut deckungsgleiche Bilder der zwei Kameras 16, 17 herstellen. Beispielsweise ist eine Montage der Kameras 16 und 17 exakt spiegelbildlich zum Lichtfächer und in einer Ebene mit dem Linienlaser 15 praktisch nicht möglich. Falls – was grundsätzlich ebenfalls möglich ist – die beiden Blickrichtungen der Kameras 16, 17 mit Blickwinkeln α, β verbunden sind, die auch betragsmäßig unterschiedlich groß sind, werden nur Konturlinien, die auf einer Höhe eines gemeinsamen Schnittpunktes 161/171 des Mittelpunktstrahls 151 und der optischen Achsen liegen, in den Kamerabildern an der exakt gleichen Bildposition wiedergegeben. Aufgrund der unterschiedlichen Blickwinkel α, β der Kameras 16, 17 weichen die Abbilder von Konturlinien, die über oder unterhalb des Schnittpunktes 161/171 in ihrer Position bei den beiden Kameras 16, 17 bei einer solchen Anordnung der Kameras 16, 17 voneinander ab. Bei einer solchen unsymmetrischen Anordnung ist eine Kompensation der Bildpositionen durch das Bildverarbeitungssystem 12 vorgesehen. In der Praxis können zudem beide Fälle, die unbeabsichtigte Fehlstellung von Linienlaser 15 und Kameras 16, 17 zueinander und die bewusst unsymmetrische Anordnung, bei der Auswertung der Bilder dadurch berücksichtigt werden, dass keine „harte” Und-Verknüpfung durchgeführt wird, sondern auch Abbilder an leicht unterschiedlichen Bildpositionen bei den beiden Kameras 16, 17 als direktes („wahres”) Abbild der Konturlinie 153 angesehen werden. Mittels Suchalgorithmen, die heute zum Stand der Technik gehören, lassen sich Ausrichtungsfehler leicht kompensieren und weiche, nicht an feste Pixelpositionen geknüpfte Und-Verknüpfungen realisieren.In practice, two absolutely congruent images of the two cameras can be achieved only with considerable effort 16 . 17 produce. For example, an assembly of the cameras 16 and 17 exactly mirror-image to the light fan and in one plane with the line laser 15 practically impossible. If - which is basically also possible - the two viewing directions of the cameras 16 . 17 are associated with viewing angles α, β, which are also different in magnitude, only contour lines are at a height of a common intersection 161 / 171 of the center beam 151 and the optical axes are reproduced in the camera images at the exact same image position. Due to the different viewing angles α, β of the cameras 16 . 17 The images of contour lines that are above or below the point of intersection differ 161 / 171 in their position with the two cameras 16 . 17 in such an arrangement of the cameras 16 . 17 from one another from. In such an asymmetric arrangement is a compensation of the image positions by the image processing system 12 intended. In practice, both cases, the unintended misalignment of line laser 15 and cameras 16 . 17 to each other and the intentionally asymmetrical arrangement, in the evaluation of the images are taken into account by the fact that no "hard" and-linking is performed, but also images of slightly different image positions in the two cameras 16 . 17 as a direct ("true") image of the contour line 153 be considered. By means of search algorithms, which are state of the art today, alignment errors can be easily compensated and soft, and not linked to fixed pixel positions and logic operations realized.
Dazu wird beispielsweise, wenn im Bild der Kamera 16 eine Linie gefunden ist, diese im Bild von Kamera 17 gesucht. Der Suchbereich beschränkt sich nicht exakt auf den Bildbereich der Linie von Kamera 16 sondern ist beispielsweise in alle Richtungen mittels eines frei wählbaren Toleranzwertes bestimmbar. Zudem kann zur Unterscheidung von direkten Abbildern 153' und indirekten Abbildern 153* auch dadurch erfolgen oder unterstützt werden, dass ein zunächst vorläufig erkanntes direktes Abbild 153' in einem nächsten Bildpaar von zeitgleich aufgenommenen Bildern nachverfolgt wird. Wenn es sich erwartungsgemäß und ggf. nur leicht verändert (der Form des Leergut folgend) in dem nächsten Bildpaar wieder ein direktes Abbild 153' zu sein scheint, kann es mit großer Wahrscheinlichkeit als ein solches angenommen werden. Aufgrund der Mehrfachreflexion ist sehr unwahrscheinlich, dass indirekte Abbilder über mehrere aufeinanderfolgende Bildpaare konsistent auftreten.This is for example, if in the picture of the camera 16 a line is found, this in the picture of camera 17 searched. The search area is not limited exactly to the image area of the line of camera 16 but is for example determinable in all directions by means of a freely selectable tolerance value. In addition, to distinguish from direct images 153 ' and indirect images 153 * also be done or supported by a first provisional recognized direct image 153 ' is tracked in a next image pair of simultaneously recorded images. If it changes as expected and possibly only slightly (following the shape of the empties) in the next image pair again a direct image 153 ' seems to be likely to be accepted as such. Due to the multiple reflection, it is very unlikely that indirect images will consistently occur over several consecutive image pairs.
Mit Hilfe der dreidimensionalen Daten könnten bei Abweichungen von vorgewählten Eigenschaften des Aufnahmebehälters (z. B. Höhe, Breite, Länge, versehrt oder unversehrt (z. B. beschädigte Griffleiste) und/oder der Gefäße (Flaschenform, Flaschenhöhe) Signale zum Sortieren des Aufnahmebehälter generiert werden. Derartige Datenauswertungen sind auch Stand der Technik. Da ein kontinuierlicher Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich ist, dass heißt dass beispielsweise jeden Millimeter ein Höhenprofil aufgenommen wird, kann von der Vorrichtung auch der Anfang und das Ende eines Aufnahmebehälters bestimmt werden. Daher kann nach beendeter Prüfung (bei kontrollierter Bewegung) des Aufnahmebehälters, mittels eines Schieberegisters, das beispielsweise mittels des Impulsgebers 23 getaktet wird, ein Signal an ein Ausleitsystem gegeben werden, dass den Beginn des Ausleitvorganges bestimmt falls beispielsweise Fremdkörper die Auspackbarkeit behindern könnten.With the help of the three-dimensional data, in case of deviations from preselected properties of the receptacle (eg height, width, length, damaged or intact (eg damaged handle) and / or the vessels (bottle shape, bottle height) signals for sorting the receptacle Since a continuous operation of the device according to the invention is possible, ie that, for example, a height profile is recorded every millimeter, the device can also determine the beginning and the end of a receptacle completed check (with controlled movement) of the receptacle, by means of a shift register, for example by means of the pulse generator 23 is clocked, a signal to be given to a rejection system that determines the beginning of the diversion process, for example, if foreign objects could hinder the unpackability.
Bei Vorrichtungen, die dem Stand der Technik entsprechenden, müssen Sensoren, meist Lichtschranken vorhanden sein, die den Beginn der Inspektion signalisieren. Diese können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung entfallen.In devices that correspond to the prior art, sensors, usually light barriers must be present, which signal the beginning of the inspection. These can be omitted in the device according to the invention.
So besteht beispielsweise die Möglichkeit, mehr als zwei Bildaufnehmer (Kameras) zu verwenden. Je steiler die Bildaufnehmer angeordnet sind, also je kleiner die Blickwinkel α, β (vgl. z. B. 8) zwischen den optischen Achsen der Bildaufnehmer und dem Lichtfächer des Linienlasers sind, desto weniger sogenannte tote Bereiche entstehen. Tote Bereiche sind Oberflächen, die nicht vom Bildaufnehmer „gesehen” werden, weil der Blick von Körpern, hier z. B. Behältern, versperrt ist. Das heißt, dass die Konturlinie dann von einer der Kameras nicht sichtbar ist. Je größer die Winkel sind, desto genauer kann aber ein Höhenprofil bestimmt werden. So könnten zwei Bildaufnehmer mit kleinem Winkel, um möglicht wenige tote Bereiche zu haben, zwei mit größerem Winkel angeordnet werden, um zumindest in einigen Bereichen das dreidimensionale Höhenprofil möglichst genau zu bestimmen.For example, it is possible to use more than two imagers (cameras). The steeper the image sensors are arranged, that is, the smaller the viewing angles α, β (cf. 8th ) are between the optical axes of the image sensor and the light fan of the line laser, the less so-called dead areas arise. Dead areas are surfaces that are not "seen" by the image sensor, because the view of bodies, here z. B. containers, is blocked. This means that the contour line is not visible by one of the cameras. The larger the angles, the more accurate a height profile can be determined. Thus, two image sensors with a small angle, to have as few dead areas as possible, two with a larger angle could be arranged in order to determine the three-dimensional height profile as accurately as possible, at least in some areas.
Für die Praxis kann es außerdem ausreichend sein, wenn die Daten zur dreidimensionale Beschreibung von mit (transparenten) Gefäßen bestückten oder bestückbaren, oben offenen Aufnahmebehältern lückenhaft sind. Da es sich bei Flaschen in der Regel um rotationssymmetrische Körper handelt, genügt es, Teilbereiche der Flasche zu erfassen. Diese geben ausreichen Auskunft bezüglich der Flaschenform.In practice, it may also be sufficient if the data for the three-dimensional description of (transparent) vessels equipped or equipped, open-top receptacles are patchy. Since bottles are usually rotationally symmetrical bodies, it is sufficient to detect portions of the bottle. These give sufficient information regarding the bottle shape.
Mit Hilfe der durch die erfindungsgemäße Inspektionsvorrichtung aufgenommenen dreidimensionalen Daten von Leergut könnten auch Kontrollen zur Pfandberechnung durchgeführt werden. Hierzu könnte das zurückgenommene Leergut gezählt, dass heißt Pfandflaschen von Einwegflaschen unterschieden werden und so nur die Anzahl der Pfandflaschen vergütet werden.With the aid of the three-dimensional data of empties recorded by the inspection device according to the invention, checks for the deposit calculation could also be carried out. For this purpose, the returned empties could be counted, that is, returnable bottles are distinguished from disposable bottles and so only the number of returnable bottles are remunerated.
Darüber hinaus können auch Kontrollen von sogenannten Trays z. B. Sixpacks, das sind in transparenter Schrumpffolie eingeschweißte, auf einem Kartonboden stehende Flaschen, nach der Herstellung vorgenommen werden. Hier kann es vorkommen, dass Flaschen fehlen oder die Folie beschädigt ist.In addition, checks of so-called trays z. B. six-packs, which are shrink-wrapped in transparent shrink-wrapped, standing on a cardboard bottom bottles, made after production. Here it may happen that bottles are missing or the film is damaged.
Ein weiterer Anwendungsbereich eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung liegt in der Überprüfung von Flaschenmündungen. Hierbei werden zum Beispiel Flaschen mit beschädigten Mündungen vor der Abfüllung aussortiert, oder es werden Mehrwegflaschen nach dem Reinigen mittels sogenannter Leerflascheninspektionsvorrichtungen auf Reinheit, also Sauberkeit und auf Unversehrtheit überprüft.Another field of application of a method according to the invention or of an inspection device according to the invention is the checking of bottle mouths. In this case, for example, bottles with damaged mouths are sorted out prior to bottling, or reusable bottles are made after cleaning by means of so-called empty bottle inspection devices Purity, so clean and checked for integrity.
13 zeigt ein insbesondere zur Leerflascheninspektion geeignetes Ausführungsbeispiel der anmeldungsgemäßen Inspektionsvorrichtung in einer Seitenansicht mit Blick auf die xz-Ebene. Bei der Leerflascheninspektionsvorrichtung bewegen sich Flaschen 2 als Leergut, wie in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen, ebenfalls kontinuierlich in der Transportrichtung x unter einer Optikeinheit 14 her. Die Optikeinheit 14 umfasst wie bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen einen Linienlaser 15, der einen Lichtfächer in der yz-Ebene emittiert, dessen Mittelpunktsstrahl 151 entlang der z-Achse verläuft, sowie zwei Kameras 16, 17, jeweils mit einer optischen Achse 161, 171. 13 shows a suitable in particular for empty bottle inspection embodiment of the present invention inspection device in a side view with a view of the xz plane. The empty bottle inspection device moves bottles 2 as empties, as in the previously described embodiments, also continuously in the transport direction x under an optical unit 14 ago. The optical unit 14 includes as in the aforementioned embodiments, a line laser 15 which emits a light fan in the yz plane, its center beam 151 along the z axis, as well as two cameras 16 . 17 , each with an optical axis 161 . 171 ,
14 zeigt das Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Darstellung, wobei eine von dem Linienlaser 15 auf eine Mündungsoberfläche 3 projizierte Konturlinie 153 mit dickerer Strichstärke dargestellt ist. Der von dem Linienlaser 15 generierte Lichtfächer ist durch den Mittelpunktsstrahl 151 sowie zwei randstrahlen 152 symbolisiert. Wie bei den zuvor beschriebenen Inspektionsvorrichtungen und -verfahren werden Bilder von zwei Kameras 16, 17 aus verschiedenen Blickrichtungen aufgenommen und vergleichend ausgewertet, um dreidimensionale Beschreibungsdaten der Oberfläche der Flaschenmündung zu erhalten. Eine Beschädigung 4 der Mündungsoberfläche 3 kann anhand der dreidimensionalen Beschreibungsdaten leicht identifiziert werden. Auch eine Überprüfung von Gewinden, die an der Flaschenmündungen zum Fixieren eines Flaschenverschlusses vorhanden sind, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgenommen werden. 14 shows the embodiment in a perspective view, wherein one of the line laser 15 on a muzzle surface 3 projected contour line 153 shown with thicker line width. The one from the line laser 15 generated light fan is through the midpoint beam 151 as well as two edge beams 152 symbolizes. As with the inspection devices and methods described above, images are from two cameras 16 . 17 taken from different directions and evaluated comparative to obtain three-dimensional description data of the surface of the bottle mouth. A damage 4 the mouth surface 3 can be easily identified by the three-dimensional description data. Also, a check of threads that are present at the bottle mouths for fixing a bottle closure, can be made with the method according to the invention.
Aus Marketinggründen werden heute Faschen, von einigen Herstellern, mit einem Schriftzug, z. B. „Reinheitsgebot” oder einem Markennamen oder Symbol versehen. Solche Schriftzüge können als erhabene oder vertiefende Prägung im Flaschenmaterial ausgeführt sein und werden „Embossing” genannt.For marketing reasons, today Faschen, by some manufacturers, with a logo, z. B. "purity requirement" or a brand name or symbol provided. Such lettering can be embodied as a raised or deepened embossing in the bottle material and are called "Embossing".
Die 15 und 16 zeigen in ähnlicher Weise wie die 8 und 9 bzw. 13 und 14 eine schematische Anordnung wesentlicher Komponenten einer Inspektionsvorrichtung zur Überprüfung solcher Embossings, einmal in einer Seitenansicht (15) und einmal in einer perspektivischen Darstellung (16).The 15 and 16 show in a similar way as the 8th and 9 respectively. 13 and 14 a schematic arrangement of essential components of an inspection device for checking such embossings, once in a side view ( 15 ) and once in a perspective view ( 16 ).
Die Inspektionsvorrichtung weist wiederum eine Optikeinheit 14, umfassend einen Linienlaser 15 und zwei Kameras 16, 17, die auf eine sich in der Transportrichtung x bewegende Getränkeflasche 2 gerichtet sind. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Optikeinheit 14 hier nicht oberhalb des Leerguts, sondern seitlich davon angeordnet. Die Seitenansicht auf die Inspektionsvorrichtung in 15 stellt die Flasche 2 daher von oben dar (Blick auf die xy-Ebene). Die Flaschenmündung 3 wird hier durch zwei Kreise dargestellt. In 16 ist ein Embossing 5 der Flasche 2 zu erkennen.The inspection device in turn has an optical unit 14 comprising a line laser 15 and two cameras 16 . 17 on a moving in the transport direction x beverage bottle 2 are directed. In contrast to the embodiments described above, the optical unit 14 Not above the empties but laterally arranged. The side view of the inspection device in 15 put the bottle 2 therefore from above (view of the xy-plane). The mouth of the bottle 3 is represented here by two circles. In 16 is an embossing 5 the bottle 2 to recognize.
Da es oft vorkommt, dass sich Flaschen gleicher Form und Farbe nur durch das Embossing 5 unterscheiden, ein Hersteller natürlich nicht sein Produkt, z. B. ein Bier, in eine Flasche des Mitbewerbers abfüllen möchte, müssen diese Embossings 5 erkannt und Flaschen mit falschem Embossing 5 aussortiert werden.Since it often happens that bottles of the same shape and color only by embossing 5 Of course, a manufacturer does not distinguish his product, eg. For example, if a beer wants to fill in a bottle of the competitor, these embossings 5 detected and bottles with incorrect embossing 5 be sorted out.
Die mittels des erfindungsgemäßen Inspektionsverfahrens erhaltene dreidimensionale Beschreibung der Behälteroberflächen liefert auch Informationen bezüglich des Aussehens des Embossings 5.The three-dimensional description of the container surfaces obtained by means of the inspection method according to the invention also provides information regarding the appearance of the embossing 5 ,
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Aufnahmebehälter (Kasten)Receptacle (box)
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22
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Gefäß (Flasche)Vessel (bottle)
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33
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Flaschenmündungbottle mouth
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44
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Beschädigungdamage
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55
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Embossingembossing
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66
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nicht-transparentes Modell-Leergut (Kegelstumpf)non-transparent model empties (truncated cone)
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88th
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transparentes Modell-Leergut (Prisma)transparent model empties (prism)
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1010
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Inspektionsvorrichtunginspection device
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1111
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Gestellframe
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1212
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BildverarbeitungssystemImage processing system
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1313
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Bedien- und AnzeigeeinheitOperating and display unit
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1414
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Optikeinheitoptical unit
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1515
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Beleuchtungseinrichtung (Linienlaser)Illumination device (line laser)
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151151
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MittelpunktstrahlCenter beam
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152152
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RandstrahlBedienEdge beam control
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153153
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Konturliniecontour line
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154154
-
Konturpunktcontour point
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155155
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reflektierter Konturpunktreflected contour point
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16, 1716, 17
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Bildaufnehmer (Kamera)Image recorder (camera)
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161, 171161, 171
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Optische AchseOptical axis
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162, 172162, 172
-
Randstrahlenmarginal rays
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163, 173163, 173
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Schnittpunktintersection
-
1818
-
Fensterwindow
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1919
-
Filterfilter
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2020
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Transportvorrichtungtransport device
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2121
-
Transportbandconveyor belt
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2222
-
Antriebsrollecapstan
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2323
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Impulsgeberpulse
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α, βα, β
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Blickwinkelperspective
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γ, δγ, δ
-
Reflexwinkelreflex angle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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EP 0174549 B1 [0006] EP 0174549 B1 [0006]
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DE 10359781 B4 [0006] DE 10359781 B4 [0006]
