BR112020002203A2 - método e máquina para verificar a qualidade de um produto - Google Patents

Abstract

Método para verificar a qualidade de um produto (1) compreendendo pelo menos duas porções de papelão (2) conectadas uma à outra para que uma fenda (10) se estenda entre as porções de papelão a partir de um lado do produto (1) para o lado oposto, sendo esperado que a fenda (10) se estenda de modo perpendicular em relação a beira externa do produto (1), que compreende as etapas para capturar uma imagem em 2D da fenda (10) em um lado do produto (1) e da fenda no lado oposto do produto, analisar as imagens para identificar a fenda (10), comparar as posições da fenda de um produto nos lados opostos, efetuar uma verificação para determinar se uma diferença entre as posições está ou não dentro de uma faixa predefinida de tolerância. Uma máquina para verificar a qualidade de um produto (1) feito a partir de pelo menos duas porções de papelão (2) conectadas uma à outra para que uma fenda (10) se estenda a partir de um lado do produto para o lado oposto, sendo esperado que a fenda se estenda de modo perpendicular em relação a uma beira externa do produto, a máquina compreendendo duas câmeras (304) adaptadas para capturar a imagem em 2D em uma área para empilhar os produtos, módulo de processamento de imagem (306) adaptado para identificar nas imagens capturadas a posição da fenda nos dois lados do produto e módulo de determinação de desvio (310) adaptado para determinar a quantidade de desvio entre a posição das fendas nos lados opostos do produto.

Description

"MÉTODO E MÁQUINA PARA VERIFICAR A QUALIDADE DE UM PRODUTO".

[001] A presente invenção refere-se a um método e uma máquina para verificar a qualidade de um produto que compreende pelo menos duas porções de papelão conectadas uma à outra para que uma fenda se estenda entre as porções de papelão a partir de um lado do produto para o lado oposto, sendo esperado que a fenda se estenda de modo perpendicular em relação a uma beira externa do produto.

[002] Em particular, o produto pode ser uma caixa dobrável tal como uma caixa de embalagem. Durante a fabricação das caixas, as porções de papelão são coladas uma na outra. E entre as porções de papelão adjacentes, uma fenda se estende de modo transversal a partir de um lado da caixa para o lado oposto.

[003] As porções de papelão podem ser porções opostas feitas de um mesmo elemento de papelão (se o elemento de papelão formar a parede da caixa em pelo menos uma direção circunferencial de modo que as porções opostas se aproximem uma da outra e sejam separadas pela fenda), ou as porções de papelão podem ser elementos de papelão separados que são conectados um ao outro para formar a caixa.

[004] Supondo que as porções de papelão foram coladas uma na outra corretamente, a fenda possui uma dimensão constante ao longo de toda sua largura. Caso contrário, as dimensões mudariam na extensão da largura.

[005] A inspeção da largura da fenda é uma prática descrita no WO 2016/096157 A1. De modo geral, a largura da fenda é medida nos lados opostos do produto. Se a largura continuar (dentro de certas tolerâncias) a mesma e se encontrar dentro de uma faixa predefinida, então a qualidade é considerada razoável.

[006] No entanto, observou-se que às vezes as porções de papelão não são perfeitamente quadradas. Logo, é possível que a fenda se estenda de forma oblíqua ou por um caminho curvado a partir de um lado para o outro da caixa e que tenha a mesma largura nos lados opostos da caixa. Esse tipo de defeito é chamado de "problema de quadratura" e ocorre quando as porções de papelão não são quadradas.

[007] Durante a verificação do produto com o dispositivo e o método do WO2016/096157 A1, a caixa é considerada razoável mesmo se a fenda enquanto tal não corresponder às expectativas de qualidade.

[008] Desse modo, o objetivo da invenção é permitir a detecção de problemas de quadratura.

[009] Para atingir tal objetivo, a invenção provê um método para verificar a qualidade de um produto que compreende pelo menos duas porções de papelão conectadas uma à outra para que uma fenda se estenda entre as porções de papelão a partir de um lado do produto para o lado oposto, sendo esperado que a fenda se estenda de modo perpendicular em relação a uma beira externa do produto, que compreende as etapas para: - capturar uma imagem bidimensional (ou imagem em 2D) da fenda em um lado do produto e da fenda no lado oposto do produto, - analisar as imagens para identificar a fenda, - comparar as posições da fenda de um produto nos lados opostos, - efetuar uma verificação para determinar se uma diferença entre as posições está ou não dentro de uma faixa predefinida de tolerância.

[0010] Neste contexto, imagem bidimensional significa uma imagem cujos valores de pixel representam um ou vários valores fotométricos. Para exemplo, a imagem pixel pode ter um valor de escala de cinza (que resulta em uma imagem em 2D em escala de cinza) ou três valores que representam um canal vermelho, um canal azul e um canal verde (que resulta em uma imagem em 2D colorida). Uma imagem cujos valores de pixel representam a distância entre a câmera e a parte da cena relacionada com o pixel não é considerada como uma imagem bidimensional. De maneira preferida, utiliza-se uma imagem em 2D em escala de cinza.

[0011] As posições são medidas ao longo da direção da beira externa do produto. Neste contexto, a posição é um número unidimensional. A imagem pode ser construída de modo que essa direção seja horizontal (de acordo com as coordenadas da imagem) e, desse modo, a posição seja a localização horizontal da fenda.

[0012] A presente invenção também provê uma máquina para verificar a qualidade de um produto feito a partir de pelo menos duas porções de papelão conectadas uma à outra para que uma fenda se estenda a partir de um lado do produto para o lado oposto, sendo esperado que a fenda se estenda de modo perpendicular em relação a uma beira externa do produto, a máquina que compreende duas câmeras adaptadas para capturar imagens 2D em uma área para empilhar os produtos, um módulo de processamento de imagem adaptado para identificar nas imagens capturadas a posição da fenda feita nos dois lados do produto, e um módulo de determinação de desvio adaptado para determinar a quantidade de desvio entre a posição das fendas nos lados opostos do produto.

[0013] O princípio subjacente à invenção é a verificação para determinar se a fenda está, nos lados opostos do produto, na mesma posição. E se ela estiver, isso é uma indicação de que não existe nenhum problema de quadratura. A principal vantagem do método e da máquina de acordo com a invenção é que a determinação da posição das fendas pode ser feita com muita rapidez e sem grande esforço computacional. Além disso, o hardware da máquina conhecida a partir do WO 2016/096157 A1 pode ser "atualizado" para que seja possível não apenas inspecionar a fenda em relação a uma largura constante,

mas também em relação a problemas de quadratura. Neste contexto, "atualizar" significa adicionar outras habilidades de análise a nível de software, sem a necessidade de um hardware extra.

[0014] De acordo com uma modalidade da invenção, as imagens em 2D são capturadas por duas câmeras, com cada câmera sendo designada para um lado do produto a ser verificado. O uso de uma câmera 2D permite a obtenção de imagens com alta qualidade em uma frequência elevada e com pouco volume de dados.

[0015] Um volume de dados ainda mais baixo pode ser obtido se uma câmera 1D (câmera linear) for usada (ou se apenas uma única linha de uma câmera 2D for usada). Com o uso de uma câmera linear, uma imagem bidimensional pode ser obtida movendo-se a câmera, conforme explicado posteriormente na descrição.

[0016] De acordo com uma modalidade preferida da invenção, as câmeras são calibradas com o auxílio de um alvo de calibração. Com a captura das imagens das fendas do alvo de calibração, a posição precisa das duas câmeras uma em relação à outra é disponibilizada. Depois da etapa de calibração, descobre-se em qual posição as duas fendas são "vistas" a partir das câmeras para um produto que atende perfeitamente às exigências de qualidade.

[0017] O valor de calibração obtido desse modo pode ser armazenado em uma memória localizada dentro do módulo de determinação de desvio ou de modo geral dentro do controle da máquina. De tempos em tempos, a calibração é repetida para assegurar que quaisquer folgas que ocorram com o passar do tempo sejam identificadas e levadas em consideração durante a verificação da qualidade dos produtos.

[0018] De maneira preferida, são capturadas imagens em 2D de uma pilha de produtos. Desse modo, é possível realizar um controle de qualidade de forma bem conveniente quando os produtos não estão se movendo pelo fato de eles terem sido empilhados. Além disso, a cola de uma caixa dobrada ainda poderia estar fresca durante o empilhamento dos produtos, causando possivelmente uma leve moção das partes coladas. O defeito resultante dessa leve moção é identificado caso o controle de qualidade seja efetuado em uma pilha de produtos (ou seja, depois da operação de empilhamento).

[0019] Para manter o volume de dados o menor possível, as imagens em 2D são capturadas de uma porção das laterais do produto que é uma pequena fração do comprimento dos lados, de maneira preferida, menos de 10% do comprimento dos lados. Desse modo, a área "coberta" pelas câmeras é preferidamente limitada à faixa na qual as fendas estão tipicamente localizadas (ou, se uma imagem mais larga estiver sendo capturada, ela é eletronicamente limitada a uma área de interesse menor). Se as câmeras não detectarem a fenda dentro dessa faixa, pode presumir-se que o produto deve ser rejeitado de qualquer forma.

[0020] De acordo com uma modalidade da invenção, o centro da fenda é determinado durante a etapa de análise das imagens para reconhecimento das fendas. É mais conveniente comparar as posições dos dois centros do que, por exemplo, das duas beiras externas de cada fenda.

[0021] A invenção será descrita agora com referência a uma modalidade mostrada nos desenhos em anexo, nos quais: - A figura 1 mostra um exemplo de um produto com um problema de quadratura; - A figura 2 mostra de maneira esquemática uma máquina de acordo com a invenção; - A figura 3 mostra de maneira esquemática uma das câmeras usadas na máquina da figura 2; - A figura 4 mostra de maneira esquemática a câmera da figura 3 em uma seção transversal; - A figura 5 mostra de maneira esquemática as imagens capturadas com a máquina da figura 2.

[0022] A figura 1 mostra uma caixa dobrável 1 que é usada aqui como um exemplo de produto cuja qualidade deve ser verificada. A caixa 1 é mostrada na figura 1 no estado dobrado e compreende porções de papelão 2 que são conectadas uma à outra, bem como abas 4 unidas às porções de papelão 2 por meio de dobras 5. Neste caso, as porções de papelão adjacentes 2 são coladas uma na outra com o auxílio de uma lingueta 6.

[0023] Entre as porções de papelão adjacentes 2, existe uma fenda

10. Idealmente, a fenda se estende de modo perpendicular em relação às beiras externas da caixa dobrável.

[0024] Na prática, em vez de serem quadradas, as porções de papelão 2 podem ter a forma mostrada por uma linha pontilhada na figura 1, o que é referido como um "problema de quadratura".

[0025] Como pode ser visto, a largura da fenda 10 é geralmente constante ao longo de sua largura, ou seja, as larguras W1, W2 que pode ser medida nos lados opostos do produto são iguais. Desse modo, nenhum problema de qualidade é detectado se as larguras da fenda nos lados opostos forem comparadas uma com a outra (e se a largura enquanto tal estiver dentro de um valor predefinido).

[0026] Para comparar a largura da fenda nos lados opostos do produto, uma máquina descrita no WO 2016/096157 A1 está incorporada aqui por referência.

[0027] A figura 2 mostra uma máquina 50 que corresponde em grande medida à máquina descrita no WO 2016/096157 A1, porém, com algumas modificações.

[0028] A máquina 50 mostrada na figura 2 se destina à fabricação de caixas dobráveis 1 e compreende pelo menos:

- Um dispositivo de colagem 52 configurado para aplicar cola sobre a área de colagem de cada caixa dobrável 1; - Um dispositivo de dobragem 54 configurado para dobrar as porções de papelão 2 de modo a aderir uma área a ser colada na área de colagem; - Um dispositivo de empilhamento 56 configurado para empilhar as caixas dobráveis 1 no estado dobrado; - Um dispositivo de quadratura 60 configurado para tornar as caixas dobráveis 1 quadradas e formar embalagens 301; - Um dispositivo de transporte 58, configurado para dispor as caixas dobráveis 1 no dispositivo de colagem 52 e em seguida, no dispositivo de dobragem 54 e em seguida, em um dispositivo de empilhamento 56; neste caso, o dispositivo de transporte 58 é uma correia transportadora que provê uma taxa de saída da instalação igual a cerca de 1800 caixas dobráveis 1 por hora; e -Dois dispositivos de verificação 300.

[0029] Neste caso, os dispositivos de verificação 300 estão dispostos a jusante de um dispositivo de empilhamento 56 e do dispositivo de quadratura 60. O dispositivo de colagem 52, o dispositivo de dobragem 54, o dispositivo de empilhamento 56 e o dispositivo de quadratura 60 seguem uns aos outros a partir da extremidade a montante para a extremidade a jusante, na direção de circulação determinada pelo dispositivo de transporte 58. Portanto, cada dispositivo de verificação 300 verifica as caixas dobráveis 1 nas embalagens 301.

[0030] De maneira adicional, os dois dispositivos de verificação 300 são dispostos para formar as respectivas imagens de duas faces de embalagem periféricas 312. Esse arranjo pode ser usado para verificar todas as fendas de cada caixa dobrável 1 contida em uma embalagem

301.

[0031] A construção básica de cada um dos dispositivos de verificação 300 é mostrada nas figuras 3 e 4.

[0032] Cada dispositivo de verificação compreende um sistema de iluminação 302 com duas fontes de luz 302.1 e 302.2, uma estrutura 303, uma câmera 304, um controle da máquina 305 indicado de maneira esquemática e um módulo de processamento de imagem 306.

[0033] A câmera 304 é uma câmera de varredura linear. Uma câmera de varredura linear é uma câmera na qual a parte fotossensível é composta por uma linha de sensores (com a dimensão de 1 x n). Os sensores podem ser sensores CDD ("Dispositivo Acoplado à Carga") ou sensores CMOS ("Semicondutor Metal-Óxido Complementar"). A câmera 304 é configurada para receber um feixe óptico 304.4.

[0034] Cada dispositivo de verificação 300 é formado por uma única câmera 304. A câmera 304 possui um dispositivo de correção óptico

304.5 e um dissipador de calor 304.6 configurado para resfriar a câmera 304 durante o uso.

[0035] Cada fonte de iluminação 302.1 e 302.2 é composta por diodos emissores de luz (LED) 302.5 dispostos em uma matriz retangular. Cada fonte de iluminação 302.1 e 302.2 compreende um dissipador de calor respectivo 302.6 e 302.7.

[0036] Além disso, o dispositivo de verificação 300 compreende um espelho refletor 308 disposto para refletir a luz recebida a partir de cada embalagem das caixas dobráveis em direção à câmera 304. Esse espelho refletor 308 torna possível a formação de um dispositivo de verificação compacto 300. Cada fonte de iluminação 302.1 e 302.2 ilumina diretamente cada embalagem das caixas dobráveis através de uma abertura 309 formada na estrutura 303.

[0037] Na prática, a imagem obtida a partir de uma câmera 304 é uma pequena fração do comprimento das beiras externas dos produtos

1. Cada imagem pode "cobrir" apenas a pequena região dentro da qual a fenda a ser analisada é tipicamente disposta, levando-se em consideração as tolerâncias normais. Com a redução de cobertura da câmera 304, a duração do processamento de imagem pode ser minimizada.

[0038] Neste caso, o dispositivo de verificação 300 é posicionado em linha; ou seja, as verificações são feitas quando o dispositivo de transporte 58 dispõe as embalagens 301 em uma posição em frente do dispositivo de verificação 300. O dispositivo de transporte 58 é disposto para transportar as embalagens 301 em uma direção horizontal.

[0039] Para capturar as imagens, o dispositivo de verificação 300 é movido verticalmente em relação às embalagens 301. De maneira preferida, ambos os dispositivos de verificação 300 nas extremidades opostas das caixas dobradas da embalagem 301 são movidos ao mesmo tempo para que a parte frontal e a parte traseira de uma caixa dobrável sejam obtidas simultaneamente, garantindo assim que a caixa não se mova durante as capturas.

[0040] Com essa máquina, é geralmente possível verificar se a largura das fendas em extremidades opostas das caixas dobradas é a mesmo (dentro de uma faixa predefinida de tolerâncias). Em relação aos detalhes dessa verificação, referência é feita ao WO 2016/096157 A1.

[0041] Para identificar problemas de quadratura, a máquina possui um módulo de determinação de desvio 310 que permite verificar se a fenda 10 "termina" em lados opostos na mesma posição, visto que esse é o caso quando as porções de papelão 2 são quadradas e a fenda se estende de modo perpendicular em relação às beiras externas do produto.

[0042] O módulo de determinação de desvio 310 processa as mesmas imagens que são usadas pelo módulo de processamento de imagem 306. Em uma alternativa, o módulo de determinação de desvio 310 é incorporado ao módulo de processamento de imagem 306.

[0043] De modo geral, os problemas de quadratura são detectados comparando-se as posições nas quais uma fenda particular é visível nos lados opostos de um produto. Se a fenda terminar em lados opostos na mesma posição (ou seja, ao longo de uma linha que é perpendicular em relação às beiras externas do produto), então as porções de papelão 2 são quadradas e a qualidade é razoável.

[0044] Para determinar a posição da fenda nas extremidades opostas do produto, as imagens capturadas com as câmeras 304 são analisadas. Em particular, a posição do centro da fenda nas extremidades opostas é determinada.

[0045] Em uma etapa subsequente, as posições dos centros são comparadas, por exemplo, subtraindo-se uma da outra. Se o resultado da comparação ficar abaixo de um limite definido, então a qualidade é considerada razoável (em relação a um problema potencial de quadratura).

[0046] Para uma determinação adequada dos problemas de quadratura, uma etapa de calibração é conduzida, a qual permite que a máquina 50 identifique a posição das câmeras 304 nos lados opostos da pilha. Supondo que as câmeras 304 estão na mesma posição em relação à pilha, a diferença das posições das extremidades da fenda no alvo de calibração é zero. Se as câmeras 304 forem dispostas com um leve desvio em relação à posição hipotética, a comparação feita pelo módulo de determinação de desvio resultará em um determinado valor de calibração que pode ser armazenado em uma memória 312. Desse modo, o módulo de determinação de desvio 310 levará esse desvio em consideração ao fazer as próximas determinações de desvio.

[0047] A figura 5 mostra um exemplo de as imagens capturadas com as câmeras 304 em lados opostos da pilha de produtos 2 coletados sobre um suporte S.

[0048] Na área I, um exemplo das imagens de uma lateral dos produtos é mostrado (por exemplo, o lado superior do produto mostrado na figura 1) e na área II, as imagens correspondentes do lado oposto do produto são mostradas (neste caso, o lado inferior do produto mostrado na figura 1).

[0049] Para facilitar a referência, os produtos são classificados com números começando com 1 para o produto 2 mais abaixo. Além disso, uma linha de referência virtual R é ilustrada neste caso para cada uma das imagens. Essa linha corresponde à localização das fendas nas laterais do produto, determinada com um alvo de calibração.

[0050] No primeiro produto 2, a fenda 10 termina em lados opostos em uma localização quase perfeita. O centro das aberturas da fenda 10 nos dois lados de produto 2 é onde as linhas de referência R estão.

[0051] No segundo produto, o centro da fenda em um lado (área I) está no lado direito da linha de referência virtual R, enquanto o centro da fenda em no outro lado (área II) é está no lado esquerdo da linha de referência virtual R. Isso significa que em ambos os lados, o centro da fenda é deslocado na mesma direção (na figura 1, para a esquerda) para que seja uma questão de verificar se a diferença na largura da fenda nos lados opostos está ou não dentro de uma faixa de tolerância predefinida.

[0052] No terceiro produto 2, os centros das fendas estão desviados um do outro de forma significativa, visto que se encontram nos lados opostos da linha de referência virtual I (é importante considerar que uma das imagens é um espelho invertido mostrada lado a lado com a outra imagem na figura 5). Portanto, o terceiro produto possui um problema de quadratura.

[0053] No quarto produto 2, a fenda 10 termina de novo nos lados opostos em uma localização quase perfeita.

[0054] No quinto produto 2, existe um problema de quadratura.

[0055] Desse modo, o controle da máquina é capaz de verificar com muita rapidez a qualidade dos produtos não apenas em relação à largura constante das fendas, mas também em relação a problemas de quadratura.

Claims (9)

REIVINDICAÇÕES

1. Método para verificar a qualidade de um produto (1), caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos duas porções de papelão (2) conectadas uma à outra para que uma fenda (10) se estenda entre as porções de papelão a partir de um lado do produto (1) até o lado oposto, sendo esperado que a fenda (10) se estenda de modo perpendicular em relação a uma beira externa do produto (1), que compreende as etapas para: - capturar uma imagem bidimensional da fenda (10) em um lado do produto (1) e da fenda no lado oposto do produto, - analisar as imagens para identificar a fenda (10), - comparar as posições da fenda de um produto nos lados opostos, - medir cada posição ao longo da beira externa do produto, - efetuar uma verificação para determinar se a diferença entre as posições está ou não dentro de uma faixa predefinida de tolerância.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as imagens bidimensionais são capturadas por duas câmeras (304), com cada câmera (304) sendo designada para um lado do produto para ser verificado.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a câmera (304) é uma câmera linear.

4. Método de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que as câmeras (304) são calibradas com o auxílio de um alvo de calibração.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as imagens bidimensionais são capturadas em uma pilha de produtos.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as imagens bidimensionais são capturadas em uma porção dos lados do produto que é uma pequena fração do comprimento dos lados, de maneira preferida, menos de 10% do comprimento dos lados.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o centro da fenda (10) é determinado durante a etapa de análise das imagens para identificação das fendas.

8. Máquina para verificar a qualidade de um produto (1) feito a partir de pelo menos duas porções de papelão (2) conectadas uma à outra para que uma fenda (10) se estenda a partir de um lado do produto para o lado oposto, caracterizado pelo fato de que é esperado que a fenda se estenda de modo perpendicular em relação a uma beira externa do produto, a máquina compreendendo duas câmeras (304) adaptadas para capturar uma imagem bidimensional em uma área para empilhar os produtos, um módulo de processamento de imagem (306) adaptado para identificar nas imagens capturadas a posição, medida ao longo da direção da beira externa na imagem, da fenda nos dois lados do produto, e um módulo de determinação de desvio (310) adaptado para determinar a quantidade de desvio entre a posição das fendas nos lados opostos do produto.

9. Máquina, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que também compreende uma memória que armazena dados de calibração que correspondem à posição de uma fenda corretamente posicionada em relação às câmeras.