CN101061382A

CN101061382A - 用来检测多个填满容器中异物或缺陷的方法和装置

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Publication number: CN101061382A
Application number: CNA2005800368347A
Authority: CN
Inventors: 阿克塞尔·沃伊特; 佩尔·托马斯·索伦森; 亨里克·穆勒·尼尔森
Original assignee: MULEDIVIKEN AG
Current assignee: MULEDIVIKEN AG
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2025-08-29
Also published as: CA2578862A1; EP1630550A1; CN101061382B; JP2008510971A; CA2578862C; JP5276845B2; DK1789775T3; EA012468B1; EP1789775B1; EP1789775A1; EA200700495A1; US20080001104A1; US7560720B2; WO2006021219A1

Abstract

一种检测多个容器(16)中异物或缺陷的方法，其中的容器包括有流体或液体，该方法包括以下步骤：提供一条通路，所述的多个容器沿着该通路传送，并沿着该通路移动。该方法进一步包括：提供一个光源(40，42)，其发射出的光具有特定的光谱分布，该光源位于所述通路的一侧，该容器对特定光谱分布范围内的光线来说至少是部分透明的或者是半透明的，该流体或液体对特定光谱分布范围的光线来说至少是部分透明的或者是半透明的。此外，本方法还包括一个照相机(38，36)，其包括有一个CMOS芯片以便检测光源发出的特定光谱分布范围的光线，该照相机形成一个视域，所述通路与该视域相交，用来生成数字图像的CMOS芯片包括有特定的像素数目，该照相机在容器从光源和照相机之间通过时寄存一系列的数字图像，其选择每一幅数字图像的一部分，该部分基本对应于一特定容器的外轮廓，将所选择的每一个部分图像发送到数字图像处理单元，以及最后，对所述部分的数字图像进行处理从而检测出该容器中是否有异物或缺陷。

Description

用来检测多个填满容器中异物或缺陷的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种检测多个包括有物质的容器中的异物或缺陷的方法。在本发明的上下文中，术语物质包括流体、液体、粉末、粒料、冷冻干料、乳剂、悬浊液或者是它们的组合，此外该术语还可单独用来包括上述所有的物质。上面的异物有可能发现或出现在上述容器中，而缺陷则可能出现于用来制造容器的材料中或者是在容器上。

背景技术

下面的专利文献已经对容器中异物或缺陷的检测方法进行了描述。如WO 92/14142、EP0293510、US4095904、US4136930、US3598907、US3777169、US 4274745、US6498645、US5365343、US3627423、EP1241467、US5523560、US5694221、US6226081、US4750035、US4959537、US5067616、US4915237和US6498645，所有的美国专利文献在这里以引用的方式并入本说明书中。

某些用来检测装有流体或液体的容器中的异物即污染物和缺陷的装置和方法依赖于行扫描仪。有时还用到了照相机。大部分机器在结构上应能使照相机或行扫描仪和/或光源移动以便对每一个容器进行多次扫描或检测，由此会引起震动并需要复杂的机械。

发明内容

本发明的一个方面是提供一种用来检测多个容器中异物或缺陷的方法，其包括以下步骤：

提供一条通路，所述的多个容器沿着该通路被传送；

所述的多个容器沿着该通路移动；

提供一个光源，其发射出的光具有特定的光谱分布，该光源位于所述通路的一侧，该容器对所述特定光谱分布范围的光线来说至少是部分透明的或者是半透明的，该流体或液体对所述特定光谱分布范围的光线来说至少是部分透明的或者是半透明的，

提供一个第一照相机，其包括有一个CMOS芯片以便检测光源发出的特定光谱分布的光线，该第一照相机形成一个视域，所述通路与该视域相交，用来生成数字图像的CMOS芯片包括有特定的像素数目；

顺时针或逆时针旋转每一个容器，从而使每一个容器中承装的流体运动起来；

在每个容器进入到视域之前使每一个容器停止转动，此时流体仍在旋转；

在容器从光源和照相机之间通过时照相机寄存一系列的数字图像；

选择每一幅数字图像的一个部分，该部分基本对应于一特定容器的外轮廓；

将所选择的每一个部分图像发送到一数字图像处理单元；

该数字图像处理单元对所述部分数字图像的系列进行处理从而检测出该容器中是否有异物或缺陷；

该处理的结果是特定容器中存在有异物或缺陷，或者是不存在异物或缺陷。

包括有CMOS芯片的照相机检测光源发出的光线。由于来自光源的光线具有特别的或一特定的光谱分布，因此该照相机，或照相机中的CMOS芯片必须对所述光谱分布即在所述频谱或频率间隔的光线或射线敏感。该CMOS芯片可对光源发射出光线的光谱分布之外的光线敏感，同时还可对所发射的光线频率在CMOS芯片敏感频谱之外的光源敏感。由该照相机所获得的图像经检测和/或分析，特别是图像分析从而检测出容器中或上的缺陷或异物。

在本发明上下文中，术语容器作为一个通用术语包括所有容器、瓶、罐、承装器、能够承装并存放一物质如流体或液体的容罐。该容器可以某种方式打开、合上或密封上。该容器例如可以是安瓿、弹筒、小瓶、注射器或其它的容器。

所提供的光源可以是任意一种电磁辐射源，提供具有特定频谱分布的电磁辐射。该分布可在可见光范围内，但也可包括红外、近红外、紫外以及其它波长的电磁辐射。

使容器以足够高的速度旋转是想使那些有可能束缚在容器内部如容器底部或侧壁的颗粒或物体旋转到流体或液体中。

容器的旋转可按照特定的旋转曲线进行，这包括顺时针和逆时针方向的旋转以及除了加速旋转而获得的速度之外的变速旋转。在一实施例中，该旋转曲线可包括一个顺时针的旋转周期再加上一个逆时针的旋转周期。

旋转的速度可从0到10.000rpm，或者是在这两者之间，也可在这之上。更高的旋转速度适用于特定的应用场合。转速的选择取决于：容器中的物质；高粘性的流体或液体可能比低粘性的流体或液体需要更高的旋转速度。还有，容器中流体或液体的量也有可能会影响到转速的选择。

容器按照一旋转曲线旋转从而：A)使悬浊液再次悬浮起来；B)使液体中的颗粒松动；C)使液体，也有可能包括颗粒在容器中旋转起来从而有助于检测；D)使容器中的气泡松动，从而不会将它们检测成颗粒。液体中允许存在有气泡，但从颗粒检测的角度来讲，非常不希望有气泡，因为它们很容易被误认为成颗粒，由此会提高错误拒绝的比率。

容器在灌装之后流体或液体中有可能存在有气泡。这些气泡在检测之前可通过容器旋转而从例如容器的内壁上松脱下来或去除掉。气泡的存在有可能会被进行光学检测的检测器判读成缺陷、瑕疵或异物。当检测器与灌装机例如并排放置时，气泡出现的频率预计会增加。

容器何时或者是否停止旋转可基于容器中的缺陷或瑕疵在容器不旋转时不会被照相机发现的可能性来确定。

在本发明的另一实施例中，光源和照相机可布置在通路的同一侧。本发明任一实施例中的光源均可相对于照相机布置在一个更高或更低的位置上。作为优选，该光源直接照亮至少一个容器。作为选择，该光线可用棱镜和/或滤镜和/或反射镜和/或波导从光源导到容器。

光线相对于容器可处于一个更高的位置处，从而使光源相对于容器的纵轴或旋转轴以一个例如不同于90度的角度照亮该容器。还有，光源所发出的光线在照亮容器之前或之后可穿过滤镜如偏振滤镜，线偏振、圆偏振或其它偏振的有色滤镜，或者是其它滤镜。

光源相对于容器处于不同的位置预计具有的优点是：能够检测出不同种类的异物或缺陷，如制造容器的材料中的纤维或瑕疵。

照相机可包括任意一种用来记录数字图像的光敏设备，在本发明的优选实施例中，其采用的是一CMOS芯片，特别是一个CMOS阵列图像传感器。如这里所述，该设备必须敏感于光源所发出的电磁辐射的至少一部分辐射频谱。该照相机可由任意一种能够将特定光谱分布的光线转换成二维数字图像的设备构成。

更为特别的是，该电磁辐射可经偏振处理，如线偏振、圆偏振、水平或垂直偏振或者是它们的组合。此外，还可将滤镜布置在照相机或光源这里或之上。

当一特定容器沿着通路传送时，该照相设备可记录一系列图像。然后可将该系列图像，或者是部分图像传送到一图像处理单元，如个人计算机、一专用计算机或工作站。此外，还可将一图像处理单元做到照相机内部，由此该照相机所发出的信息就可用来指示该容器是否检测出异物或缺陷。

容器的旋转还能实现对光线不能穿过的泠冻干料的检测，这就意味着通过容器的旋转能够对容器内部的冷冻或冻干物质所形成的表面进行视觉检测。

可以想像，其有可能能够从缺陷和/或异物中检测并区分出冷冻或冻干物质内的裂隙。

药物或药有时会以固态形式如粉末、冻干状态或颗粒状态生产、配送和/或保存起来。

乳剂可包括一个或多个油滴，并且这些油滴可被检测出来并且不会被归到异物或缺陷这一类。

所传送的图像可以是照相机所记录的整个图像，然而，数字信息的传送可能会超出用来传送接收图像的设备的限制，如通过PCI总线，cPCI总线，PCI-X总线，PCI快速通道等。因此，在本发明的优选实施例中，只传送子图像或者是图像的一部分，而不是整个图像。这样就限制了从照相机或者是一个与照相机相连的设备传送到图像处理单元的数据量。在本发明的优选实施例中，所选择的部分图像为矩形或正方形。矩形或正方形之外的其它子图像也可以，例如精确对应于容器外轮廓的子图像。此外，还有利用动态轮廓来自动检测一特定容器的外轮廓。

所传送或传输图像是不同图像的实施例，即所传送图像是实际所记录图像的节取图像，以及例如先前的图像也是本发明的考虑部分。这种图像的传送优选是一种无损耗传送。

作为优选，整个光敏设备，如CMOS芯片，均被照亮并量化/数字化从而生成一个精确尽可能高的图像。精确越高，检测得越细致。

照相机可记录彩色图像，如RGB图像，但是与记录灰度图像或黑白图像相比，彩色图像包括有更多的用来表示颜色的数据。这里优选的是记录黑白图像或灰度图像。

图像处理单元，如前所述，优选是一台计算机，如个人计算机、工作站、专用计算机或者是一个构造到一照相机设备中的单元，其从照相机直接接收数字图像数据或者通过一台与照相机相连的设备或者是一台构造到照相机中的设备接收数字图像数据，这里的设备用来控制子图像的选取。

必须对子图像进行控制，因为容器要移过照相机的视域。作为优选，容器基本是沿着一水平轴在照相机前面移动。该容器最有可能的是只占据了图像的一部分，因此必须选择子图像从而获得多个有用的子图像进行处理。子图像的位置可以多种方式进行控制。该子图像可通过一个外部控制器进行控制，该外部控制器寄存有待检测容器的位置。之后，该外部控制器可以向记录图像的照相机发送指令从而移动或切换子图像。

根据本发明的第一个优点，图像的处理可由数字图像处理单元来实现，该单元至少将两个特定数字图像的两个部分进行对比从而检测出特定容器中的异物或缺陷。对比两个子图像或图像部分能够使图像处理单元确定两个图像之间是否存在有不一致。然后，就可将这些可能的不一致解释为容器中的缺陷或者是容器中存在有异物、即异类物质、灰尘、颗粒或其它东西。

根据本发明的教导，本发明的第二优点涉及数字图像处理单元，其至少对一个数字图像进行分析从而检测出特定容器中的异物或缺陷。该图像分析单元至少可对一系列图像中的一个图像进行分析，或者是其中的一个子图像进行分析，其通过对数字图像或一数字图像的部分中的一组像素进行分析从而确定是否存在有缺陷或异物。像素是一个术语，其用来表示构成数字图像的单元。与这种数字图像分析相关的技术在其它出版物中均有描述。

本发明的第三个优点在于，该处理包括，按顺序或不按顺序的两个图像或两个子图像的减法操作。两个图像相减的结果是得到一幅图像，其显示的是两个图像之间区别。然后，将该区别要么解释成异物或缺陷，要么仅仅解释成图像记录中的错误。

本发明的第四个优点在于，该处理包括：将一特定数字图像的部分与一参考图像进行比较以便检测出该特定容器中的异物或缺陷。该参考图像可以是这样的一个图像或图像的部分，其由一组或一系列图像或部分图像的平均值计算而来。作为选择，该参考图像也可是预先记录并保存好的图像。然后，该参考图像应当是一个没有错误或缺陷并且没有异物或异类物质的容器的图像。

根据本发明的第二个特征，容器可以按照一个基本恒定的速度沿着通路传送。这意味着，传送容器的传送器在检测器工作期间基本保持相同的速度。在检测器启动或关机时，传送器加速从而获得所需的速度。作为选择，该传送器可以是断续工作的。

根据本发明的教导，第一方面的方法进一步包括以下操作步骤：

提供一个第二照相机，其包括有一第二CMOS芯片以便检测第二光源发出的特定光谱分布的光线，在第二光源和第二照相机之间定义一条第二视线，所述通路与该第二视线相交，用来生成包括有第二特定的像素数目的数字图像的第二CMOS芯片；

在容器从第二光源和照相机之间通过时第二照相机寄存第二系列图像，其构成第二组数字图像；

选择第二系列每一个数字图像的一个第二部分，该第二部分基本对应于特定容器的外轮廓；

将每一个第二部分均发送到一数字图像处理单元；

该数字图像处理单元对第二系列数字图像的这些部分进行处理从而检测出特定容器中是否有异物或缺陷；

将第二处理的结果与第一处理的结果进行比较从而确认第一处理的结果。

本方法还可包括本说明书中提到的其它任意一个特征或优点。

给检测器提供第二照相机能够实现这样的一种程序，其中能够进行两道检测。令人惊异的是，第二照相机提高了正确识别容器存在缺陷或包括有异物、灰尘等的百分比。来自第二照相机的图像可类似于来自第一照相机的图像一样处理。

这两台照相机可用来对容器进行相同类型的检测，即检测同种缺陷或瑕疵如材料中的缺陷或瑕疵，或者是容器中或构成容器的材料中或容器的表面上存在的异物。此外，还可再提供两台照相机，这样这一组就包括有四台照相机，其中照相机成对设置用来检测同样的缺陷或错误，如其中两台照相机可用来检测容器的异物，而另两台照相机则用来检测容器中的缺陷。

如其它地方所述，光源的位置可能对所进行的检测类型产生影响，并且在上述带有四个照相机的装置中，两个光源可用于一种检测，同时另两个光源可用于完成其它类型的检测。

作为选择，可设置三个照相机来完成同样的或相同类型的检测，同时用第四个照相机来完成一种不同的检测。此外，作为选择，还可将所有四个照相机都用来完成同种类型的检测。采用两个照相机来完成同一类型的检测就能够实现对第一次检测结果的核实或校对。

同样如其它地方所述，容器可按照一特定的旋转曲线进行旋转，其中提供的两个相机可用于一曲线中，该曲线包括旋转、停止、检测再跟着旋转、停止以及对每一个容器的检测。旋转步骤或状态可包括沿一个方向或两个方向即顺时方向和逆时针方面或者两者结合起来旋转，并且其还可包括变速旋转。

在本发明的一个实施例中，容器旋转一圈，即360度，就有一系列图像如4-14，6-12，作为优选为8-10个图像被记录下来以便对容器的外部进行检测。优选有三个以上的图像被记录下来并被分析以便确保容器的整个表面都被图像所覆盖。在其它的实施例中，也可记录其它数目的图像。可以使用整个图像，也可仅使用每一幅图像中的一个部分。

在本发明的优选实施例中，可有两个照相机或者是两个信号获取及信号处理单元是基本相同的。然而，对于那些其中这两个照相机或两个信号获取及信号处理单元是不相同的实施例来说，其也构成本发明的一个部分。照相机例如可对于不同的波长敏感，这样能使检测操作检测出这样的一些物件、对象、灰尘等，它们对于某一波长的照相机来说是不可见的，但对于一不同波长的第二照相机来说则可检测出来。

此外，本发明还包括其中带有两个以上照相机的实施例。

本发明的第一个目的涉及第一组数字图像的处理，其结果是确定异物或缺陷存在，并且第二组数字图像处理的结果是确定正被丢弃的特定容器中存在异物或缺陷。

如果来自两个或多个照相机的图像的图像处理的结果均是检测出异物或缺陷，那么该容器可被拒绝、丢弃或放弃。

本发明的第二个目的涉及第一组数字图像的处理，其结果是确定异物或缺陷不存在，并且第二组数字图像处理的结果是确定正在再次分析的特定容器中存在异物或缺陷。

本发明的第三个目的涉及第一组数字图像的处理，其结果是确定异物或缺陷存在，并且第二组数字图像处理的结果是确定正在再次分析的特定容器中不存在异物或缺陷。

如果来自两个或多个照相机的图像的图像处理没有形成相同的结果或者没有检测出容器存在缺陷或异物，那么该容器再次循环到检测装置中，由此减少误拒绝的数目，即那些经检测被错误地判定为具有缺陷或异物的容器的数目。还有，这样能使容器中没有缺陷或异物的确定结果更为可靠，从而减少误接受的数目。本发明的第四个目的涉及第一组数字图像的处理，其结果是不能确定异物或缺陷存在，并且第二组数字图像处理的结果是确定正在通过以便进一步处理特定容器中不存在异物或缺陷。

进一步处理可以是包装，进一步的处理等。

本发明的第二个方面是提供一种用来检测多个容器中异物或缺陷的方法，其中的容器中包括有一流体或液体。根据本发明的第二个方面，该方法包括以下步骤：

提供一条通路，所述的多个容器沿着该通路被传送；

使所述的多个容器沿着该通路移动；

提供一个第一光源，其发射出的光具有特定的光谱分布，该光源位于所述通路的一侧，该容器对所述特定光谱分布范围的光线来说至少是部分透明的或者是半透明的，该流体或液体对所述特定光谱分布范围的光线来说至少是部分透明的或者是半透明的；

提供一个第二光源，其发射出的光具有特定的光谱分布，该第二光源位于所述通路的一侧；

提供一个第一光检测设备，其用来检测第一光源发出的特定光谱分布的光线，该第一光检测设备形成一个第一视域，所述通路与该第一视域相交，所述第一光检测设备用来生成第一数字图像，其包括有特定的像素数目；

提供一个第二光检测设备，其用来检测第二光源发出的特定光谱分布的光线，该第二光检测设备形成一个第二视域，所述通路与该第二视域相交，所述第二光检测设备用来生成第二数字图像，该图像包括有特定的第二像素数目；

在容器分别通过第一和第二视域时，第一和第二光检测设备寄存第一和第二系列的数字图像；

从第一和第二系列数字图像中的每一个图像中均选择一个部分，该部分基本对应于一特定容器的外轮廓；

将所选择的每一个部分图像发送到一数字图像处理单元；

该数字图像处理单元对所述每一个数字图像进行处理从而检测出该容器中的异物或缺陷；

该处理的结果是确定该特定容器中存在有异物或缺陷，或者是不存在异物或缺陷。

在本发明的一个实施例中，第一光检测设备布置在第一光源的对面，由此第一光源就处于第一视域中，并且/或第二光检测设备布置在第二光源的对面，由此第二光源就处于第二视域中。

该光检测设备可以由任意一种能够将特定光谱分布的辐射转换成一信号如数字信号或模拟信号的设备构成。

本发明的一个优点是，本发明第二方面的方法中的第一和第二光检测单元可由这样一些照相机构成，其中每一个照相机均至少包括一个CMOS芯片，该芯片用来生成第一和第二数字图像。作为选择，第一和第二照相机可包括任意一种单元或芯片，其能够将特定光谱分布的辐射转换成二维的数字图像。

本发明第二方面的方法可包括有本发明第一方面中所提到的任意一个对象、特征和/或优点。

本发明的第三个方面是一种用来检测多个容器中的异物或缺陷的装置，其中的容器包括有一种流体或液体，该装置包括：

一框架：

一传送带，其安装在框架上并为所述的多个容器形成一条通路，该传送带形成一入口和对应的一个输出，该入口接收所述的多个容器，该出口则输出所述的多个容器；

一个第一光源，其安装在框架中并发射出特定光谱分布的光线，该第一光源位于所述通路的一侧，该容器对所述特定光谱分布范围的光线来说至少是部分透明的或者是半透明的，该流体或液体对所述特定光谱分布范围的光线来说至少是部分透明的或者是半透明的，

一个第一照相机，其包括有一个第一CMOS芯片以便检测第一光源发出的特定光谱分布的光线，该第一照相机形成一个视域，所述第一照相机安装在框架上所述第一光源的对面由此就使第一光源处在第一视域中，所述通路与第一视域相交，用来生成包括有特定第一像素数目的第一数字图像的第一CMOS芯片，在一特定容器通过第一视域时该第一照相机寄存第一系列的数字图像；

一第一数字图像处理单元，其与第一照相机电气相连；

所述照相机选择每一幅数字图像的一个部分，该部分基本对应于一特定容器的外轮廓，并将所选择的部分发送到数字图像处理单元；

该数字图像处理单元对所述部分数字图像的系列进行处理从而检测出该特定容器中是否有异物或缺陷；

进行选择的照相机所用的参考可通过为照相机所记录的图像的一个部分进行选择的一个电子设备而实现，所述电子设备制作到照相机中或者是连接到照相机上。然后将照相机所记录的图像中所选择的部分发送到一图像处理单元，如计算机、工作站、专用的图像分析装置、嵌入式计算机、或者是照相机中的一个图像处理单元。

电气连接在本发明的上下文中用作一个术语，其涵盖所有的能够发送数据的连接，如有线连接、无线连接、光纤连接或者是它们的组合。

根据本发明的第三个特征，该传送器可由一个选自于下面一组的传送器构成，其包括：至少是能够旋转的旋转运送器(rotating carrousels)、带式传送器和链条传送器。也可采用其它的传送器，如具有吸盘固定器的传送器。用来形成传送器的材料可以是塑料或金属，如不锈钢等。作为一种特定的传送器，其可适用于接收一种瓶体或容器，该瓶体或容器可在一定间隔内具有一定的大小，由此而不至于将旋转运送器的功能限定于只接收某一种特定大小的容器。

本发明的第四个特征涉及由伺服电机、步进电机或者是直线电机直接驱动的传送带，作为选择，还可使用一齿轮装置。该电机优选属于一种输出恒定扭矩的电机，由此就能使传送带的工作基本保持恒定。

根据本发明的第三个目的，每一个容器均可通过旋转装置来按顺时针方向或逆时针方向旋转，从而使每一个容器中的流体运动起来。该旋转装置可由一电机等构成。作为优选，该旋转装置必须能够使容器以足够高的速度旋转起来，从而使每一个容器内可能存在的东西或异物可松脱到流体或液体中并被检测出来。

本发明的第五个特征涉及检测装置，其进一步包括：

一个第二光源，其安装在框架中并发射出特定光谱分布的光线，该第二光源位于所述通路的一侧；

一个第二照相机，其包括有一个第二CMOS芯片以便检测第二光源发出的特定光谱分布的光线，该第二照相机形成一个第二视域，所述通路与第二视域相交，用来生成第二数字图像的第二CMOS芯片包括有特定的第二像素数目，在特定容器通过第二视域时该第二照相机寄存第二系列的数字图像。

通过提供第二光源和第二照相机，就可在第一照相机进行检测的一定距离处进行确认。在两次检测之间，可以使容器再次旋转起来从而确保液体或流体在进行第二检测的时候处于运动状态。作为选择，该检测可紧挨着第一次检测进行，以便使流体或液体基本处于相同的运动速度。在现实中，液体或流体的速度可能已经降了许多，此时需要使容器二次旋转起来。显然，这一点取决于流体或液体的粘性。

一般来讲，第二照相机或第二检测设备能够对第一照相机的检测进行核实。由于这种检测有可能出现错误，因此对第一检测的核实能消除某些出错的可能。

本发明的第六个特征涉及检测装置，其进一步包括：

一个第二照相机，其包括有一个第二CMOS芯片以便检测第一光源发出的特定光谱分布的光线，该第二照相机形成一个第二视域，用来生成第二数字图像的第二CMOS芯片包括有特定的第二像素数目，在特定容器通过第二视域时该第二照相机寄存第二系列的数字图像。

可提供该第二照相机并将其紧挨着第一照相机布置及指向第一光源，这样该第二照相机就能如第一照相机一样在基本同样的时间周期里对同一个容器进行检测。该光源还可形成一个区域，这样这两个照相机就可指向第一光源的不同位置，从而及时检测到同一地点的不同容器。

本发明的第七个特征涉及第二个照相机，其电气连接到第一数字图像处理单元上。作为选择，该装置可进一步包括一个第二数字图像处理单元，并且所述第二照相机可电气连接到第二数字图像处理单元上，并且每一个第二数字图像中基本对应于一特定容器外轮廓的部分都被传送到该数字图像处理单元，第一或第二数字图像处理单元对第二系列的数字图像进行处理从而检测出该特定容器中的异物或缺陷，这种处理的结果是确认该特定容器中存在有一物体或缺陷，或者是不存在物体或缺陷。

图像处理单元的数目取决于数据处理的功能，即在需要做出决定之前，图像处理单元在单位时间内可完成的指令数与给定时间周期内所需处理的实际数量的比。其部分取决于所处理的特定图像或图像部分中的像素数目，部分取决于所选择的用来完成图像分析的算法。

本发明的一个特定目的就是提供一装置以便将一特定容器从出口移到入口。如果两个或多个照相机的检测得到不同的结果，那么可将该容器返回来由这些照相机再次进行检测。由此，就能减少错误拒绝的数目，从而减少资金和材料的浪费。

根据本发明的第八个特征，通路可限定一个入口以及一个相对应的出口，其中入口用来接收所述的多个容器，其中的出口用来输出所述的多个容器，一返回式传送器，其用来将特定的容器从出口返回到入口。该返回式传送器可由一旋转的旋转运送器、带式传送器、链条传送器、轮或者是它们的组合构成。

所述容器可在任意一点输入到传送器中，并且可在任意一点提取或输出来。对此的一个示例是这样的实施例：传送器一圈一圈地传送容器，同时在其中的某一个或某几个位置进行检测。在该检测确定出某一特定容器中不存在东西或缺陷时或者存在有东西或缺陷时，可将该容器从传送器上取下来。在一需要进行两次检测的实施例中，对于两次检测是不同结果或决定的容器来说，可将其留在传送器上以便再次检测。个工作台可取下并插上容器。该插上可限制在那些具有可用固定器或工作位的位置上。

附图说明

现在参照附图来详细描述本发明，其中：

图1是根据本发明的检测机的示意性立面图；

图1a是图1中检测机一部分的示意性顶视图；

图2是图1中检测机旋转运送器的部分示意图；

图3是图1中检测机的部分示意图；

图4是滑动环和控制器；

图5是检测机旋转运送器的固定器的示意详图；

图6是返回系统的示意图；

图7是检测机的示意性方块图；

图8示意性地展示了检测机的旋转运送器；以及

图9a-9c为子图选择的示意图；

图10是具有另一种照相机结构的检测机的旋转运送器的示意性剖视图；

图11是具有另一种照相机和光源配置的检测机的示意性剖视图；

图12是一检测机的示意性顶视图，其具一个用于化妆检测的照相机。

优选实施例

在图1中，示意性地展示了检测机10。该检测机10用来光学检测容器16以便检测用来形成各个容器16的材料中的缺陷，并且其还检测容器16以便确定容器16中是否存在有什么不希望出现的东西或异物。由于检测机10所基于的是光学检测，因此还可检测存在于容器16外部的东西或异物。

容器16从一个存放或进送系统18通过一个具有轨道22的螺旋推进器20装载上来，其中的轨道22基本对应于一个容器16的直径。容器16从轨道22送到第一转轮24中。该第一转轮24包括固定机构如吸盘或抓取设备。

容器16从第一转轮24传送到第二转轮26，该第二转轮优选与第一转轮24具有相同的整体结构。该第二转轮相对于第一转轮24按相反的方向旋转。第二转轮26将各个容器16输送到拾取点28，这里，各个容器16被接收到一旋转运送器12中，该旋转运送器12包括多个固定器14。旋转运送器12中的所有固定器14均相同，因此它们的附图标记亦相同。

每个固定器14均包括一个电机以便使接收到固定器14中的容器16旋转起来。该固定器14可使容器16绕旋转轴按顺时针方向或逆时针方向旋转，其中的旋转轴优选为容器16的纵轴。

可将一特定的旋转曲线用于容器的旋转使容器按照特定的旋转速度旋转，包括顺时针和/或逆时针旋转。容器16经旋转从而使流体以及/或容器16内流体中发现的材料悬浮起来。在旋转运送器12的中心处，可布置一个或多个照相机从而完成各个容器16的光学检测。在本发明的优选实施例中，旋转运送器12的中心布置有两个照相机36和38。照相机36、38之间形成一个夹角。在本发明的优选实施例中，照相机之间的夹角，即照相机36、38视域之间的夹角为20-60°。

照相机之间的夹角也可不同于上述的情况，如在某一实施例中照相机是沿着旋转运送器12的旋转中心线布置的，其视域指向旋转运送器12的底面，这里布置了一个反射器如反射镜以便照相机检测容器16。照相机视域之间的夹角可从0°到180°。对于一次以两个照相机布置旋转运送器时或许需要按照这种结构方式来布置照相机。此外，这种结构还能使旋转运送器12中一次布置多个照相机如四个照相机。与此同时，还能防止旋转运送器内的照相机受到外界的影响，如人们对照相机的碰撞，这种影响有可能会使照相机移动或移位或转动从而使照相机不能检测正确或适合的容器16。

在只有一个照相机的实施例中，可将照相机布置在旋转运送器内或外面的某一个位置。在具有两个或更多照相机的实施例中，可将照相机布置在旋转运送器中心以外的其它地方，如将两个照相机中的一个放在另一个上面，此时其要么用来同时检测同一个容器或瓶子，其要么用来同时检测两个或多个不同的容器。

在其它实施例中，可将照相机相对着旋转运送器的中心布置，例如像上述情况那样，将照相机沿着旋转运送器12的旋转轴布置，此时照相机在布置上偏离于旋转运送器的旋转轴，从而并非刚好位于旋转运送器的中心上。

在本发明的另一实施例中，照相机36、38可以是其中一个布置在另一个的上面，并基本朝向同一个方向，这样这两个照相机就能同时检测同一个特定的容器16，或者是一特定容器的两个不同部分，这里假定该容器非常大以致于一个照相机不能检测完。

具有两个照相机的优点是第二照相机可用来核实第一个照相机所做出的检测。如果第一照相机确定某一容器中没有物体或缺陷，那么第二个照相机就应该得到相同的结论。然而，如果第一照相机漏掉了容器16中的一个物体或缺陷，并且第二照相机查到该物体或缺陷，那么可将该容器循环回来并再次进行分析从而可靠地确定出容器16中到底有没有物体或缺陷。

对第一和第二照相机的图像进行的分析对两组图像来说必须得到相同的结论才能将容器16丢掉或者是转送出去以便进一步处理。如果对第一个或第二照相机的图像进行图像分析得到的结果是确认存在物体或缺陷，或者是确认没有物体或缺陷，该结果不同于对另一个照相机的图像进行图像处理所获得的结果，那么该容器16需循环回来以便两个照相机再次进行分析。这种循环处理能够减少错误丢弃的数目，即，该容器本来应该通过但是却被拒绝的情况，以及该容器本来应该被拒绝但却被通过的情况，这些情况即错误的情况均能减少。

在本发明的优选实施例中，如下所述，给出了一个用来处理数字图像或者数字图像部分的算法。

能够在一个很小的相关区域(area of interest----AOI)内引起某种差异的每一样东西均被称为是一个颗粒部分或异常部分，除非其在该系列的所有图像中的同一位置上始终保持存在(静态的异常，如容器表面上的灰尘)。某种差异意味着最亮像素和最黑像素之间的不同超过了一定的阈值。

数据对象：

IM_PROTO：原型图像，其给图像系列中的图像的AOI对准布置用作参考

AOI_LIN_LOC：定位器的相关区域，其用来对准

AOI_PI：相关区域，其形成颗粒检测的有效区域

IM_SRC[N]：所记录的图像系列--(容器的)灰度值图像组

IM_SRC_FIL[N]：改进的源图像IM_SRC[N](减少了照相机CMOS芯片所引入的错误)

IM_SRC_MEAN[N]：IM_SRC_FIL[N]的低通滤波的图像

IM_DIFF[N]：不同图像组IM_SRC_MEAN[N]-IM_SRC_FIL[N](“局部差异”图像----“local contrast”images)

IM_BIN_RAW[N]：由IM_DIFF[i]图像限值后得到的二进制图像组(由两个阈值形成一个区间)

像素值IM_BIN_RAW[i][y][x]＝＝0：没有异常

像素值IM_BIN_RAW[i][y][x]！＝0：异常

IM_BIN[N]：二进制图像组，其与IM_BIN_RAW[i]相同，但现在是被对准的

IM_BIN_EXT[N]：二进制图像组，其与IM_BIN[i]相同，但去掉了静态的异常

IM_MASK[N]：二进制图像组，是IM_BIN[i]的“扩大”版

IM_ACCU：帮助图像，其用来生成图像IM_MASK_STATICS

像素值0表示，没有检测出任何异常

像素值1表示，在该位置(附近)检测出一次异常

像素值N表示，在该位置仅检测出异常

IM_MASK_STATICS：图像，其用来“忽略”图像中的某些地方，这里系统能够检测出静态异常

像素值0表示，在这个地方非常确定地存在一个静态异常

像素值1表示，在这个地方非常确定没有静态异常

OBJ_SET[N]：一组对象组。对于每一个图像来说，都会生成一对象组。该组中的每一个对象(静态异常不包括在内)都会被分类，其要么是一个颗粒，要么不是。

INSPECTION_RESULT：最后的检测结果会基于对象组OBJ_SET[N]中的信息计算出来。

参数：

参数名称	对于溶液的值	对于悬浊液的值
参数名称	对于溶液的值	对于悬浊液的值	mean_mx_win	15	15
mean_my_win	3	3	mean_mx_win	15	15
mean_my_win	3	3	bin_thresh_interval_start	100	100
bin_thresh_interval_end	160	160	bin_thresh_interval_start	100	100
bin_thresh_interval_end	160	160	area_thresh	6	16
kernel_mx	2	2	area_thresh	6	16
kernel_mx	2	2	kernel_my	11	11
statics_thresh	1	1	kernel_my	11	11
statics_thresh	1	1	max_no_of_particles__per_image	0	0

一般的分类策略：

根据预设，系统假定容器是NOGO。(不通过)。如果能够完成所有的检测步骤，则会使用下面的规则来判定，该容器是否达到所有的要求从而被分为GO(通过)：

在一对象组中的一个特定的对象，如果其区域大于一定的阈值area_thresh，那么其就被分类为颗粒

图像系列中一个特定的图像，如果在受影响的对象组中检测出的颗粒数目小于或等于一定的阈值max_no_of_particle_per_image，那么其被分类为GO

所检测的容器，如图像系列中所有的图像都被分类成GO，那么其就被分类成GO

处理的基本流程：

1)处理步骤#1

IM_ACCU ：＝所有的像素设定到0

IM_MASK_STATICS：＝所有都设定到0xff

for图像系列中的每一个图像do

IM_SRC_FIL[i]：＝transform(IM_SRC[i])；

//为了减少CMOS芯片所引起的量化誤差的影响

IM_SRC_MEAN[i]：＝calculate_mean_value_image(IM_SRC_FIL[i])；

//平均过滤器的矩形过滤器尺寸：

//nx_win＝(2*mean_mx_win)+1；

//ny_win＝(2*mean_my_win)+1；

IM_DIFF[i]：＝calculate_difference_image(IM_SRC_MEAN[i]，

IM_SRC_FIL[i])；

//由IM_SRC_MEAN[i]及IM_SRC_FIL[i]相减得到的

//区别图像(或者是“局部差异”)。在该区别图像中，

//能够给“黑”异常以及“亮”异常的像素定义不同的阈值。

//具有的数值(差别)

//在区间[bin_thresh_interval_start..bin_thresh_interval_end]内像素

//被当成没异常；具有数值在区间外的像素被当成异常。

IMI_BIN_RAW[i]：＝calculate_binary_image(IM_DIFF[i]，

bin_thresh_interval_start，

bin_thresh_interval_end)；//显示有可能异常的二进制图像：//像素值＝＝0：没有异常//像素值！＝0：异常

(dx，dy)：＝EVAL_DISLOCATION(IM_PROTO，IM_BIN_RAW[i])；

//计算出对准的dx/dy

IM_BIN[i]：＝aligned_copy_of(IM_BIN_RAW[i]，dx，dy)；

IM_MASK[i]：＝expand_image(IM_BIN[i]，kernel_mx，kernel_my)；

//IM_MASK[i]：＝都设定到0

//for IM_BIN[i]中(y，x)处的每一个像素，do(进行以下操作)

//if value！＝0 then

//给IM_MASK[i]画矩形，并以y，x为中心，

//水平跨度为kernel_mx*2+1，垂直跨度kernel_my*2+1

//endif

//endfor

IM_ACCU：＝increment_accumulator(IM_MASK[i])；

//for(y，x)点的每一个像素，do

// if IM_MASK[i][y][x]！＝0 then

// IM_ACCU[y][x]++；

// endif

//endfor

endfor

IM_MASK_STATICS：＝set_level(IM_ACCU，statics_thresh)；

//for IM_ACCU中(y，x)处的每个像素，do

// if(IM_ACCU[y][x]＜＝statics_thresh)then

// At this place no statics(这里没有静态异常)

// IM_MASK_STATICS[y][x]：＝0xff//no statics

// else

// At this place statics(这里有静态异常)

// IM_MASK_STATICS[y][x]：＝0x00//statics

// endif

//endfor

2)处理步骤#2

for图像系列中的每一个图像do

IM_BIN_EXT[i]：＝IM_BIN[i]BITAND IM_MASK_STATICS；

//在这些地方只有异常没有静态异常会通过BITAND功能

OBJ_SET[i]：＝extract object set(IM_BIN_EXT)；

//生成这些对象的回归对象

classify_object_set(OBJ_SET[i])

//评估回归对象结构并将对象分类将其作为颗粒还是噪声

endfor；

perform_final_classification(OBJ_SET[all]，

max_no_of_particles_per_image)；

//所有对象的设定都必须具有一定数量的颗粒，其少于或等于

//阈值max_no_of_particle_per_image

现在，将照相机36、38朝向各自的光源，即光源40和42。光源40和42发射出电磁辐射，该电磁辐射基本都在照相机36、38所敏感的频率范围内。光源40和42优选覆盖照相机的部分视域，在该视域内照相机可看到容器16。光源40和42优选是一样的，这意味着所述光线基本均匀地分布在各个照相机的视域中并可提供提供连续光或闪光。

在本发明的优选实施例中，该光线以100Hz的频率脉冲或闪烁，并且该脉冲或闪烁光线与照相机同步，因此照相机也以100Hz的频率记录图像，即其对应于脉冲光线的频率进行记录。在其它实施例中，也可采用不同于100Hz的其它频率。

由光源40和42发射出的电磁辐射优选具有可见光谱，但其也可包括紫外和红外光谱。光源40和42所发射出光线波长的选择取决于用来形成容器16的材料特性，因为某些材料对所发射出来的紫外光、红外光或近红外光是不透明或半透明的。

将在下面以图5作参照对固定器14作出详细说明。

在容器16被检测并被确认为好的或坏的之后，该容器由一个类似于转轮24和26的第三转轮46所接收。该容器在后面还要接收到传送器48中，该传送器将所述容器传送到一个以转轮50开头的接收部分。作为选择，传送器48也可用来返回需要再次检查的容器16，即至少是两个图像分析处理结果不同的容器16。如果对正确检测存在更高程度的可靠性要求，或者是需要检测不同的区域或需要分开来检测，那么也可采用更多的照相机。

在本发明的优选实施例中，采用一个特定的设备来将容器返回到检测机，如采用一个机械开关或者是排出器，优选的是一个转轮或夹带。

可对一个容器返回检测机的次数定义一个数目。这样能防止检测机里挤满这样的一些容器，对于这些容器来说，那些检测机不能获得两个或多个容器中存在有或不存在物体或缺陷的确认结果。

当某一容器返回到检测机时，必须给送进系统发出指令停止向检测机进给新的容器，由此才能插入需要重新检测的容器。

容器16由传送器52传送通过多个拾取站，这些拾取站全都由标记54表示。在图1中展示有三个拾取台，其中的一个用来接收那些被认定为包括有异物或材料的容器，作为选择也可以是那些用来形成容器的材料中存在有缺陷的容器，其它的则用于不同的用途，如在包装之前的存放，作为选择也可直接包装。

检测机的操作可由一台外部计算机56来控制。该计算机56可包括输入设备，如键盘、指示设备、一个或多个触摸屏、按键等或者是它们的组合。该计算机56可包括与所检测产品有关的信息，并可收集与检测机操作有关的信息，如检测的统计数据，这包括所检测的容器数目、拒绝的数目等。还有，该计算机56还可显示出照相机36和/或38的图像。

图1a是图1中所示检测机10的一部分的示意性顶视图。容器从容器存放或进送系统18经蜗杆或螺杆20送到一个沿着箭头方向R1旋转的第一转轮24上。当容器16被带到转轮24与转轮26相接触的位置时，其中的转轮26沿箭头方向R2旋转，容器16就被接收到转轮26上。该转轮26旋转并将容器16送到旋转运送器12这里。旋转运送器12沿着箭头R3的方向旋转将容器16送到第一照相机36的视域，并且之后再送到第二照相机38的视域。

容器16可沿着旋转运送器12的通路按一个或两个方向即顺时针或逆时针方向以变化或恒定的速度或者是交替变化的方向旋转。

在本发明的优选实施例中，容器根据内容物的不同以最大10.000rpm的速度旋转。如果容器中承装的是悬浮液，那么该容器就以5-7.000rpm的速度旋转，而对于部分装满的容器来说则以大约1.000rpm的速度旋转从而不会在容器中的流体或液体中产生泡沫，同时也确保容器中的流体或液体不会形成完整的涡旋，同时容器旋转时容器底部没有流体。容器的旋转速度还取决于容器中流体或液体的粘性。

旋转运送器以一定的速度旋转由此使一定数目的容器在给定的周期内被检测，如每分钟200件，或者是每分钟400件，或者是每分钟600件，或者是每分钟800件，或者是每分钟1200件，或者是更多。每分钟检测的件数有可能取决于每个容器旋转所用的时间，与粘性低的流体或液体相比，粘性高的流体可能需要更长的旋转周期。

图2是图1中检测机10的旋转运送器12的部分剖示图。该图展示了照相机36和38相对于光源40和42的位置。照相机36和38的视域可包括有多个带有相应容器16的固定器14。如前所述，光源40和42基本能分别覆盖照相机36和38的视域。

图3是图1中旋转运送器12的示意性剖视图，其中还有一个用来驱动旋转运送器12的电机。在本发明的优选实施例中，电机58来自NSK公司，其型号为MYS5120GN011，其带有一个ESA25型驱动器单元。然而，在本发明的其它实施例中也可采用其它的电机或驱动器单元。

图5是旋转运送器12的示意图，其中杆60从顶圈62穿过底圈64。杆60装有一个阻挡设备66，其用来限制杆60的向下移动。弹簧68将杆60向下推。在杆60的远端装有一个界面部件70。该界面部件70包括一个旋转部件72以便接收容器16的顶部。

容器16固定在旋转部件72和旋转电机74的接收部件75之间，其中的旋转电机74安装在旋转运送器12的表面76的下面。该旋转部件72包括一个弹簧将将容器固定在原处。

旋转电机74使容器16相对于容器和/或杆60的纵轴沿顺时针或逆时针方向旋转。每一个电机74均由一个控制单元进行控制，该控制单元可由一个微处理器或微控制器来构成，其包括有用来控制电机74运行的软件。所有的控制单元74均联接到一个网络中，如一个CAN总线网络，这里控制单元78之间的电气连接均由一联接带80来构成，该联接带还用来将每一个控制单元78连接到根控制器88上。

当容器16装入到电机74和界面部件70的旋转部件72之间时，杆60必须提起这样才能将容器16插入到这些部件之间。

当旋转运送器12旋转起来时，阻挡设备66的远端与突起部件30的升起部分32相接合，并且杆60向上移动。当固定器14靠近升起部分32的端头时，容器16就会靠近旋转运送器的出口位置44，并且第三转轮46将容器16从旋转运送器12上取下来。当固定器14接近拾取点28时，旋转部件72和旋转电机74仍分得很开从而能接收来自转轮26的容器16。当容器16已经接收到旋转部件72和旋转电机74之间时，弹簧68会向下压杆60，同时阻挡设备66使保护部件30的下降部34下滑。

图4是检测机10的滑动环84的示意图。该滑动环84通过一电气连接85连接到联接带80上。在本发明的优选实施例中，使用的是来自Northrop Grumman的AC6098系列的滑动环。

图6是一返回系统一实施例的示意图，其用来返回这样的一些容器16，其中来自两个照相机36和38的图像处理具有不同的结果。安装在臂杆82上的传感器感测到容器16的出现，由此可将该容器从转轮46向回传送到转轮24或26上，或者是向回传送到进送系统18的容器存放库中。

图7是本发明检测机10所用部件的示图。

旋转电机74由一控制单元78个别地进行控制。该控制单元78控制旋转电机74的旋转方向和速度。每一个控制单元78均通过CAN总线网中的联接带80连接到两个相邻的控制单元上。该联接带具有一个外部连接，其通过CAN总线86连接到一滑动环84上。根控制器88与各个控制单元78进行通讯。在本发明的优选实施例中，旋转电机均来自于Faulhaber公司的型号为3564 K 048 B K312的产品。电机的选择取决于物体的尺寸和质量，即所要旋转的容器和/或流体或液体的尺寸和质量。

滑动环84通过一数字IO和CAN总线86连接到一个根控制器88上。该根控制器88通过一数字IO90和一CAN总线连接94与一PLC进行通讯。该根控制器88进一步连接到一个获取控制器102，其对照相机36和38图像的获取进行控制。根控制器88和获取控制器102之间的连接在目前本发明的优选实施例中是由一CAN总线网络连接100构成的。

视觉系统大体上由标记116表示，其可通过标记线看到，其中的标记线包绕着那些构成了检测机10视觉部分的部件。该获取控制器102布置在一颗粒检测单元104中或者是与之相连，其中的颗粒检测单元104由一计算机构成。该获取控制器102进一步连接到一图帧抓取器106，该图帧抓取器106通过一照相机链接108寄存来自一个或多个照相机36和38的图像。该照相机链接108可由一种无线连接或有线连接来构成。该获取控制器102通过一数字IO连接110连接到图帧抓取器106。根控制器88对获取控制器102的操作进行控制。

构成视觉系统116的构件可以相同也可以不同，这就意味着，可能会需要或要求有例如不同的处理单元以便对不同照相机所捕获的图像进行处理。

照相机可检测出直径或尺寸大于10微米的物体或缺陷，在本发明的优选实施例中，可以检测出尺寸小到50微米的物体或缺陷。

滑动环84连接到旋转运送器的电机58上。该电机58包括一个编码器96。

根控制器88使各个控制器单元78和获取控制器102的硬件时钟同步。该根控制器88广播一个包括有旋转运送器12位置的数据包，该位置是顺着该位置所记录的时间读自于编码器96。该信息或数据包优选按周期广播，如每隔5ms广播一次。

根控制器88通过一个数字I/O 90和一个CAN总线连接94连接到一PLC 92上。该PLC 92控制着整个检测机10，而颗粒检测PC(计算机)104中的获取控制器102和旋转或转动电机74则由根控制器88来控制。

将一SCADA系统112通过一个局域网114连接到检测PC 104和PLC 92上，其中的局域网目前优选是由一以太网构成并/或用作Profibus方案。网络连接可由有线或无线网络连接来构成。该SCADA 112控制着PLC 92的运行，并可包括一个数据库，其包括有产品信息以及过程日志信息。

照相机36和38以自由运行模式工作，这意味着照相机不必接收触发信息就能记录图像。在本发明的优选实施例中，图像以128Hz的频率记录，每帧或每个图像之间有7到8ms。当然也可采用不同的记录速率。当照相机开始记录图像或图帧时，会有一个同步信号通过图帧抓取器106发送到获取控制器102，这样该获取控制器102就可在一个新的图像记录启动起来时建立起来。

由于照相机所记录的一个完整的图像在传输上被认为需要传输线如电缆或电线具有很宽的带宽，因此最好是对传输的数据量进行限制。这里所选择的一种限制就是记录灰度或黑/白图像。另一种就是仅传输一个图像的一部分，即子图像。该子图像可包括照相机所记录整个图像的一部分，并且这部分中能找到所检测的物体即容器。

获取控制器102在对来自照相机36或38的一个图像进行记录之前能够预测或计算出旋转运送器12的位置，由此就能确定出照相机36和38所记录图像的子图像的位置从而使该子图像中包括有容器16。

子图像的大小根据所检测的每一个产品来单独确定，因为两个产品并不必然具有相同的外形尺寸。

在本发明的优选实施例中，所用的照相机来自Mikrotron公司的MC1310型产品。该照相机能生成精度为1280×1024像素的图像，量化值为8bit/像素。子图像的大小优选在检测启动之前就提供给照相机。不必在机器每次关机之后都提供该大小，因为该数值可保存在非易失存储器中。

在本发明的优选实施例中，该子图像被定义为一个矩形图像。此外，一次只需要一个子图像。然而，我们也可以得到其中选择有多个子图像的实施例。这些子图像可以使系统同时检测多个容器。

子图像的选择和控制可通过装载到照相机EEPROM中的固件来完成，该固件在照相机启动时被装载到照相机中的FPGA中。还有，与该子图像有关的数值可以在启动的过程中从SCADA PC 112或者是检测PC 104传送到照相机。

该子图像可沿着照相机中图像的Y轴移动。子图像的起始和最终坐标是根据所检测的每个产品的类型单独确定的。这些尺寸和坐标都是某种特定产品的获取轮廓图的部分信息，获取控制器102可用于控制图像的捕获或记录。该获取轮廓图可在系统启动的过程中或者是在系统从检测PC 104或SCADA PC 112启动时载入到获取控制器102中。

该获取控制器102对来自照相机的图像的获取或记录进行控制。子图像的控制是基于获取轮廓图中的信息以及由根控制器88得到的涉及旋转运送器12位置的时戳信息来进行的。基于图像分析的子图像控制可以构想出来并作为本发明的一个部分。

除了矩形或方形之外也可想到其它的子图像，如精确对应于容器外廓的子图像。

通常来讲，这里有N个旋转或转动电机74以及相应的控制器单元78。在本发明优选实施例中，所有的N个旋转或转动电机74以及相对应的控制器单元78均完全相同。N可以是任意的自然数，但其优选为20到150，如40、50或100。用于检测大型容器或瓶体的旋转运送器12比用来检测较小容器或瓶体的旋转运送器可包括较少数目的工作台。

子图像的移动标准，是指子图像必须跟着所检测容器从该容器进入到照相机的视域开始直到其离开照相机的视域。

在下面的内容中，将把根控制器看成是一个主机，同时将电机控制器和获取控制器看成从属机。

主机通过CAN总线使每一台从属机上的硬件计时器均同步，这样主机和从属机就具有相同的时间设定值。

主机周期性地广播，目前是每5ms一次广播下面的信息：(v_pos，t_pos)，其中v_pos是从旋转运送器电机的编码器中读取的检测用旋转运送器的位置，而t_pos是指该位置所读取的时间。

由主机广播出来的信息按照一数据结构pt_fifo保存在每一个从属机中，其中的pt_fifo是带有一个2个元祖(v_pos/t_pos)深度的位置-时间FIFO。采用pt_fifo，一个从属机就可计算出v_pos(t_pos)，即检测旋转运送器的位置作为时间函数，其通常是可获得信息的一个外推结果。

照相机以自由运行模式工作，这意味着照相机不需要触发信息就能记录图像。这里，照相机以128Hz的频率记录图像，每个图像之间有7到8ms。每一次图像记录都是随着垂直同步信号的产生而开始的，该信号通过帧图像抓取器发送到获取控制器，这样该获取控制器就知道照相机何时开始对一个新的图像进行数字化。

该获取控制器在记录下一个图像时能够预测出检测旋转运送器的位置，由此就能在下一个图像记录之前预测出子图像移动的时间和多少，由此就能使子图像基本跟着容器走。

子图像的控制是由获取控制器如前所述根据从根控制器接收过来的以及从获取轮廓图中的数据接收过来时戳信息来处理的，其中获取轮廓图中的数据的数据结构为acq_pro。获取轮廓图是一张按照检测旋转运送器的位置排序的扇区表。每一个扇区均被定义为检测旋转运送器的360/N的部分。该检测旋转运送器包括N个工作台，如图8中所示，N是工作台的数目，其通常为40、50或100。对于每一个扇区来说，下面的数据保存在获取轮廓图acq_prof中：

v_pos_1扇区相对于旋转运送器电机编码器的起始位置

v_pos_2扇区相对于旋转运送器电机编码器的停止位置

obj_id对象ID，其对应于工作站的ID

v_acq_1照相机图像中子图像在v_pos_1的起始位置

v_acq_2照相机图像中子图像在v_pos_2的停止位置

与图像记录相关联的一些基本的计算：

t_per_image：两个正常的同步脉冲之间的时间(图像在该同步信号处获取)

pt_fifo：由通讯所驱动的位置时间的fifo(先入先出)

acq_prof：获取轮廓图

v_acq_eff：由模块生成的实际脉冲数(初始数值＝0)

在照相机生成每一个垂直同步时在获取控制器上进行下面的计算：

/*

*当获取到下一个图像时

*计算旋转运送器的位置

*/

v_pos_next＝calculate_position_of_carousell(pt_fifo，

t_now+t_per_image)；

if(v_pos_next＞＝0){

/*

*位置，其用来预测所传递的有效结果

*/

int obj_id_next＝-1；

int v_acq_next＝-1；

/*

*该函数会找到这样的扇区，其v_pos_next在内部。

*该函数计算出切换值v_acq_next

*该函数返回obj_id_next

*/

int i_tab_sector＝AcqProf_get_info_from_v_pos(acq_prof，

v_pos_next，

&obj_id_next，

&v_acq_next)；if(obj_id_next＞＝0){/**这里有一个需要获取的对象*/DO_ACQ_SEQ(1)；//给PC的获取信号/**为下一个图像计算出需要生成的增量脉冲数*/d_acq＝(v_acq_next＞＝0)？(v_acq_next P->v_acq_eff)：0；if(d_acq＞0){

/*

*生成子图像切换所需的脉冲数

*/

generate_n_pulse(d_acq)；

p->v_acq_eff＝v_acq_next；//内部更新

}

}else{

/*

*这里没有需要获取的对象

*/

DO_ACQ_SEQ(0)；//给PC的获取信号

p->v_acq_eff＝0；

}

}else{

/*

*位置预测传递无效的结果

*/

DO_ACQ_SEQ(0)；//给PC的获取信号

p->v_acq_eff＝0；

}；

函数DO_ACQ_SEQ()控制着从获取控制器到帧抓取器的数字信号DO_ACQ_SEQ；函数的自变量给出相应数字信号的状态。

当该信号为高(1)时，帧抓取器记录下来自照相机的图像，当该信号为低(0)时，帧抓取器忽略来自照相机的图像，这意味着该信号用作图像的门开关。

特定的旋转运送器可用来接收其尺寸在一定范围变化的瓶体或容器，由此就不会将旋转运送器的功能限于只接收一种特定尺寸的容器，例如可以给电机单元的旋转部件72和/或接收部件75提供多个适配器或接收件。

该检测系统或检测机可以与其它处理系统或机器如包装机或灌装机装在一条生产线上。

图9a到9c示意性地展示了照相机所记录的一系列图像。容器沿着照相机图像框的Y轴移动，并记录下一系列图像和子图像。这些子图像如前所述传送到一图像处理单元。

图10示意性地展示了检测机10’的旋转运送器12，其中采用了另一种照相机结构。在旋转运送器12的内部布置了四个照相机120、122、124、126。在图10所示的实施例中，照相机120、122、124、126在位置上应使照相机120、122、124、126所形成的视域指向旋转运送器12的底部。为了使照相机120、122、124、126能够检测容器，照相机120、122、124、126的四个镜头中只有两个在附图中能够看到，即128和130，其在位置上应使照相机可检测到容器。在另一实施例中，所有的照相机或者是其中的一些照相机都如图1中所示的照相机那样在位置上能够使视域直接指向容器。在其它实施例中，可在照相机的视域中如照相机和容器之间布置有滤镜、棱镜或其它光学部件，从而改变或修改从光源传送到照相机的光线。

图11中展示了一个具有旋转运送器12的检测机10”。照相机132和134的位置类似于图10所示的那样，当然在其它的实施例中，照相机132和134也可布置如图1中所示的那样。两个光源136和138在位置上应使光源136和138所发射出光线并不直接朝向相应照相机所形成的视域。这种结构在设计上能够检测像纤维这样的物体，而图1a所示的结构则不可能检测出来。

图12示意性地展示了一检测机的一个实施例，该检测机包括一个照相机144，该照相机在容器进入到旋转运送器之前对容器进行检测。进行初步检测的原因可以是为了检测出破碎的或者是损坏了的容器，这些容器有可能是在被旋转运送器中的固定器进行固定时弄破了或者是弄坏了的。该照相机优选布置在螺杆20的端部旁边，从而在这些容器进入到旋转运送器之前被拒绝或丢弃。在图12所示的实施例中，照相机对那些固定在转轮24中的容器进行检测。照相机144所进行的检测可由一台计算机或设备来控制。该计算机或设备与由旋转运送器中的照相机进行检测的计算机或设备是同一台，作为优选，照相机144所进行的检测另由一台单独的设备或计算机来控制。

Claims

1、一种用来检测多个容器中异物或缺陷的方法，其中的容器中包括有流体或液体，所述方法包括以下步骤：

提供一条通路，所述的多个容器沿着该通路被传送；

使所述多个容器沿着所述通路移动；

提供一个光源，其发出的光具有一特定的光谱分布，所述光源位于所述通路的一侧，所述容器对所述特定光谱分布范围的光线来说至少是部分透明的或者是半透明的，所述流体或液体对所述特定光谱分布范围的光线来说至少是部分透明的或者是半透明的，

提供一个第一照相机，其包括有一个CMOS芯片以便检测所述光源发出的所述特定光谱分布的光线，该第一照相机形成一个视域，所述通路与该视域相交，所述CMOS芯片生成包括有特定的像素数目的数字图像；

顺时针或逆时针旋转所述每一个容器，从而使所述每一个容器中承装的所述流体运动起来；

在所述每个容器进入到所述视域之前使每一个所述容器停止转动，此时所述流体仍在旋转，或者；

在所述每个容器进入到所述视域之后使每一个所述容器停止转动，此时所述流体仍在旋转，

在所述容器从所述光源和所述照相机之间通过时所述第一照相机寄存一系列的数字图像；

选择每一幅所述数字图像的一个部分，所述部分基本对应于一特定容器的外轮廓；

将每一个所述部分都发送到一数字图像处理单元；

所述数字图像处理单元对该数字图像系列的所述部分进行处理从而检测出所述特定容器中的所述异物或缺陷；

所述处理的结果是特定容器中要么存在有异物或缺陷，要么是不存在异物或缺陷。

2.如权利要求1的方法，其中所述处理由所述数字图像处理单元来构成，该单元至少将所述两个特定数字图像的两个部分进行对比从而检测出所述特定容器中的异物或缺陷。

3.如权利要求1的方法，其中所述处理由所述数字图像处理单元构成，其至少对一个数字图像进行分析从而检测出所述特定容器中的异物或缺陷。

4.如权利要求1的方法，其中所述处理包括，按顺序或不按顺序地对两个图像进行减法操作。

5.如权利要求1的方法，其中所述处理包括，将一特定数字图像的所述部分与一参考图像进行比较以便检测出所述特定容器中的异物或缺陷。

6.如权利要求1-5之一的方法，其中所述光源布置在所述通路与所述照相机相对的一侧，和/或所述光源布置在所述通路与所述照相机相同的一侧。

7.如前述任一权利要求的方法，其中所述容器按照一个基本恒定的速度沿着所述通路传送。

8.如前述任一权利要求的方法，其进一步包括以下操作步骤：

提供一个第二照相机，其包括有一第二CMOS芯片以便检测一第二光源发出的所述特定光谱分布的光线，在所述第二光源和所述第二照相机之间限定一条第二视线，所述通路与所述第二视线相交，所述第二CMOS芯片生成包括有第二特定像素数目的数字图像；

在所述容器在所述第二光源和所述第二照相机之间通过时所述第二照相机寄存第二系列帧图像，其构成第二组数字图像；

选择所述第二系列所述每一个数字图像的一个第二部分，所述第二部分基本对应于所述特定容器的外轮廓；

将所述每一个第二部分均发送到所述数字图像处理单元；

所述数字图像处理单元对所述第二系列数字图像的所述部分进行处理从而检测出所述特定容器中的异物或缺陷；

将所述第二处理的结果与所述第一处理的结果进行比较从而确认所述第一处理的结果。

9.如权利要求8的方法，其进一步包括以下操作步骤：

如果所述第一组数字图像处理的结果是确定存在有物体或缺陷并且所述第二组数字图像处理的结果是确定存在有物体或缺陷，那么所述容器被拒绝，和/或；

如果所述第一组数字图像处理的结果是确定没有物体或缺陷并且所述第二组数字图像处理的结果是确定存在有物体或缺陷，那么所述容器进行再次分析，和/或；

如果所述第一组数字图像处理的结果是确定存在有物体或缺陷并且所述第二组数字图像处理的结果是确定没有物体或缺陷，那么所述容器进行再次分析，和/或；

如果所述第一组数字图像处理的结果是没有证据证明有物体或缺陷存在，并且如果所述第二组数字图像处理的结果是确定没有物体或缺陷，那么所述容器通过。

10.一种用来检测多个容器中异物或缺陷的方法，其中的容器中包括有流体或液体，该方法包括以下步骤：

提供一条通路，所述的多个容器沿着该通路被传送；

使所述的多个容器沿着所述通路移动；

提供一个第一光源，其发出的光具有特定的光谱分布，所述光源位于所述通路的一侧，所述容器对所述特定光谱分布范围的光线来说至少是部分透明的或者是半透明的，所述流体或液体对所述特定光谱分布范围的光线来说至少是部分透明的或者是半透明的；

提供一个第二光源，其发出的光具有所述特定的光谱分布，所述第二光源位于所述通路的一侧；

提供一个第一光检测设备，其用来检测所述第一光源发出的所述特定光谱分布的光线，所述第一光检测设备形成一个第一视域，所述通路与所述第一视域相交，所述第一光检测设备生成包括有特定像素数目的第一数字图像；

提供一个第二光检测设备，其用来检测所述第二光源发出的所述特定光谱分布的光线，所述第二光检测设备形成一个第二视域，所述通路与所述第二视域相交，所述第二光检测设备生成包括有特定的第二像素数目的第二数字图像；

在所述容器分别通过所述第一和所述第二视域时，所述第一和所述第二光检测设备分别地寄存第一和第二系列的数字图像；

从所述第一和所述第二系列数字图像中的所述每一个图像中均选择一个部分，所述部分基本对应于一特定容器的外轮廓；

将所述每一个部分发送到数字图像处理单元；

所述数字图像处理单元对所述数字图像的所述每一个部分进行处理从而检测出所述特定容器中的所述异物或缺陷；

所述处理的结果是确定所述特定容器中要么存在有异物或缺陷，要么不存在异物或缺陷。

11.如权利要求10的方法，其中所述第一和所述第二光检测单元均由这样一些照相机构成，其中每一个照相机均至少包括一个CMOS芯片，该芯片用来生成所述第一和所述第二数字图像。

12.如权利要求10或者11的方法，其进一步包括权利要求2-7或9之一的操作步骤。

13.一种用来检测多个容器中的异物或缺陷的装置，其中的容器包括有流体或液体，所述装置包括：

一框架：

一传送带，其安装在所述框架上并为所述的多个容器形成一条通路，所述传送带形成一入口和对应的一个输出，该入口接收所述的多个容器，所述出口则输出所述的多个容器；

一个第一光源，其安装在所述框架中并发出特定光谱分布的光线，所述第一光源位于所述通路的一侧，所述容器对所述特定光谱分布范围的光线来说至少是部分透明的或者是半透明的，所述流体或液体对所述特定光谱分布范围的光线来说至少是部分透明的或者是半透明的，

一个第一照相机，其包括有一个第一CMOS芯片以便检测所述第一光源发出的所述特定光谱分布的光线，所述第一照相机形成一个第一视域，所述第一照相机安装在所述框架上，所述通路与所述第一视域相交，用来生成第一数字图像的所述第一CMOS芯片包括有特定的第一像素数目，在一特定容器通过所述第一视域时所述第一照相机寄存第一系列的数字图像；

一第一数字图像处理单元，其与所述第一照相机电气相连；

所述第一照相机选择所述每一幅数字图像的一个部分，并将所选择的部分发送到所述数字图像处理单元，其中所述的部分基本对应于一特定容器的外轮廓；

所述第一该数字图像处理单元对所述系列数字图像的所述部分进行处理从而检测出所述特定容器中的所述异物或缺陷；

所述处理的结果是确定所述特定容器中要么存在有异物或缺陷，要么是没有异物或缺陷。

14.如权利要求13的装置，其中所述传送器由下面的一种构成：能够旋转的旋转运送器、带式传送器、链条传送器或者是它们的组合。

15.如权利要求14的装置，其中所述传送器由下面的一种装置直接驱动：伺服电机、步进电机或者是直线电机，作为选择，也可通过一齿轮装置来驱动。

16.如权利要求13-15之一的装置，其中所述每一个容器均通过旋转装置来顺时针或逆时针旋转，从而使所述每一个容器中的所述流体运动起来。

17.一种如权利要求13-16之一的装置，其进一步包括：

一个第二光源，其安装在所述框架中并发出所述特定光谱分布的光线，所述第二光源位于所述通路的一侧；

一个第二照相机，其包括有一个第二CMOS芯片以便检测从所述第二光源发出的所述特定光谱分布的光线，所述第二照相机形成一个第二视域，所述通路与所述第二视域相交，所述第二CMOS芯片生成包括有特定的第二像素数目的第二数字图像，在所述特定容器通过所述第二视域时所述第二照相机寄存第二系列的数字图像。

18.如权利要求13-16之一的装置，其进一步包括：

一个第二照相机，其包括有一个第二CMOS芯片以便检测所述第一光源发出的所述特定光谱分布的光线，所述第二照相机形成一个第二视域，所述通路与所述第二视域相交，所述第二CMOS芯片生成包括有特定的第二像素数目的第二数字图像，在所述特定容器通过所述第二视域时所述第二照相机寄存第二系列的数字图像。

19.如权利要求17或18的装置，其中：

所述的第二照相机电气连接到所述第一数字图像处理单元。

20.如权利要求17或18的装置，其进一步包括：

一个第二数字图像处理单元，以及

所述第二照相机电气连接到所述第二数字图像处理单元。

21.如权利要求19或20的装置，其中：

每一个所述第二数字图像中一个基本对应于一特定容器外轮廓的部分被传送到所述数字图像处理单元，

所述第一或所述第二数字图像处理单元对所述第二系列的数字图像进行处理从而检测出所述特定容器中的所述异物或缺陷，

所述处理的结果是确认所述特定容器中要么存在有物体或缺陷，要么是没有物体或缺陷。

22.如权利要求13-21之一的装置，其中：

所述通路形成一个入口以及一个相对应的出口，其中所述入口用来接收所述的多个容器，其中所述出口用来输出所述的多个容器，

一返回式传送器，其用来将特定的容器从所述出口返回到所述入口。

23.如权利要求22的装置，其中所述返回式传送器由下面的一种装置构成：能够旋转的旋转运送器、带式传送器、链条传送器、一个或多个星形轮或者是它们的组合构成。

24.如权利要求14或23的装置，其中所述第一和/或所述第二照相机位于所述旋转运送器中。