CN102481990A - 在贴标签机中对容器进行角度定位和检测的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在贴标签机中对容器进行角度定位和检测的系统，该贴标签机包括用于操作所述容器(6)的旋转的转台(4)，所述转台(4)设有多个电机驱动的盘状件(5)，所述盘状件支撑并操作所述容器(6)，该系统(1)包括用于获取所述容器(6)的图像的光学传感装置(2)以及用于照明所述容器(6)或其部分的照明装置(7)，其特征在于，所述光学传感装置(2)和所述照明装置(7)相对于所述转台(4)定位在不同的径向配置中，使得相对于所述转台(4)，光学传感装置(2)位于外侧，且照明装置(7)位于内侧，或者反之亦然，并且其特征还在于，照明装置(7)相对于光学传感装置(2)的平面位于基本上垂直平移的平面中。

Description

在贴标签机中对容器进行角度定位和检测的系统

本发明涉及一种用于在贴标签机中对正在处理的容器进行角度定位和检测的系统。

容器在高速自动贴标签机中的贴标操作提出了正确定位标签的问题。这种机器通常包括转台，多个盘状件安装在转台上，所述盘状件用于支撑和操作待贴标的容器，与千斤顶一起接合容器上端，以便在盘状件上将容器保持在直立位置。这种盘状件由电机驱动，因此允许盘状件以及支撑在其垂直轴线周围的容器进行旋转。该操作用于标签应用中，因此该标签在容器旋转过程中卷绕在容器侧表面上。

在如此处所述的高速操作的机器中，容器根据预定模式进行角度定位对于机器的平稳操作至关重要。

在传统的工厂中，通过对机械类型进行定时来实现容器的准确定位，然而，结果通常不是很可靠。

在用于玻璃容器的贴标签机中，已经提出这样的系统，其中沿着传送带的路径定位有一个或多个摄像机，以便读取压痕或其他标记，比如存在于容器的底部区域上的皱褶或圆点。这些系统还包括计算和控制单元，该单元精心制作由一个或多个摄像机拍摄的图像，在这种图像与参考图像或校准示图之间进行比较，并最终控制容器在支撑盘状件上的旋转位置，所以容器都以相同的方式定位。

这些系统中的一个关键问题在于识别存在于容器上的这种压痕或标记的可靠度。这种标记的识别错误将造成错误地重新定位容器，从而造成不可靠的贴标签操作。

如所附权利要求中所述，本发明的目的在于容器的角度定位和检测系统，所附权利要求的内容为该说明书的组成部分，该系统允许可靠地识别存在于容器上的标记，从而大大提高本发明的重新定位系统的功效。

已经发现，这种结果可通过相对于容器和摄像机系统来具体定位照明系统而获得。

通过下面以说明性和非限制性实例给出的对示例性实施方式的描述，将更清楚地理解本发明另外的特征和优点，参考下面的附图：

图1表示作为本发明目的的系统的示意性俯视图；

图2表示图1的系统的透视图；

图3表示图2的系统的细节的透视图；

图4表示图2的系统的另一细节的透视图。

参照附图，现在描述本发明的容器的定位和检测系统，该系统通常由参考数字1表示。

通常，能够在本发明的系统中处理的容器为透明或半透明容器，比如玻璃或塑料容器。

系统1包括四个光学传感装置2，比如用于获取图像的摄像机。然而，在不同的实施方式中，可仅使用一个光学传感装置2，比如在下列情况下，容器具有对称的形状，可由视觉系统容易地检测该形状，而无需特定标记或压痕。一个实例可以为具有多边形剖面的容器。因此，根据具体的要求，可使用一个或多个光学传感装置2。当容器具有典型的参考标记时，比如位于容器侧面的下部中的圆点等，下面所描述的实施方式具有四个光学传感装置2，允许系统1拍摄容器侧面的完整图像，下文中将解释。

通常，本发明中使用的术语“参考标记”应理解为位于容器的任何适当部分中的圆点、褶皱、压纹等，比如位于容器的下侧部或颈部以及相同的边缘或其他凸起的区域中，如上所述。

这种光学传感装置2容纳在外壳3内，该外壳优选地由金属材料制成，但是其壁部至少在光学传感装置2的视场处为透明材料，优选地为防盗玻璃。

外壳3相对于用于操作容器的转台4设置在外侧，并且容纳在其中的光学传感装置2沿着圆弧定向，该圆弧的曲率半径与转台4的曲率半径基本相同。旋转的转台4为传统类型的转台，具有多个电机驱动的盘状件5，所述盘状件支撑并操作容器6。

适当的照明装置7位于所述光学传感装置2的前面，相对于转台4位于内侧，使得容器6在所述光学传感装置2和所述照明装置7之间穿过。也可以颠倒光学传感装置2和照明装置7的位置，使得相对于转台4，照明装置位于外侧，而装置2位于内侧。

而且，当光学传感装置2的视场挡住穿过其间的容器6的至少一部分时，即容器6的其中存在参考标记的那部分，所述照明装置7位于由此基本上垂直平移的平面中。这样，容器6受到背光倾斜照明(backlight inclinedillumination)，该照明明显加重存在于容器上的任何参考标志。

因此，通常可以说光学传感装置2和照明装置7必须设置在不同的径向配置中，使得相对于转台4，其中一个位于外侧，另一个位于内侧，并且照明装置7相对于光学传感装置2的平面必须位于基本上垂直平移的平面上。

优选地，相对于转台4，光学传感装置2在外侧，而照明装置在内侧，并且照明装置7位于装置2的平面之上的平面上。

所述照明装置7被容纳在外壳15中，该外壳具有由半透明材料制成的前表面16，使得光从其中均匀地扩散。

在一个实施方式中，所述照明装置7为白色led杆柱照明灯17。比如，可使用长度大约为600mm的led杆柱。

在一个实施例中，所述led杆柱由操作性地连接在一起的多个led杆柱17′、17″、17″′、17^iv制成，每个光学传感装置2使用一个led杆柱。

在相对于容器6的头顶位置中，光电元件9与光学传感装置2的视轴线对准。这种光电元件9通过挡住用于设定容器的上部千斤顶而读取正确位置中容器的存在。

如果提供一个以上的光学传感装置2，那么所述光电元件9在转台4的旋转方向上可位于比如第一光学传感装置2处或任何其他光学传感装置2中。

光学传感装置2、相应的照明装置7以及光电元件9通过适当的接线(如示例性图中一样)或通过无线系统操作性地连接至计算和控制单元8，该计算和控制单元通过适当的软件为系统提供驱动，如下所述。

如图3中所示，光学传感装置2安装在可调支架10上。支架10包括用于上下垂直调节装置2的调节装置11、用于水平枢转地上下调节以及并行调节装置2的调节装置12、以及用于横向调节并且用于前后平移的调节装置13。以这种方式，可以实现光学传感装置2位置的细调，从而准确地瞄准容器6。这种初期瞄准极其重要，因为它指示系统1进行操作。系统软件提供参考元件，这些参考元件件允许构造容器6和调整光学传感装置2，以便将系统参考元件与存在于容器上的参考标记对准。

调节装置11包括具有竖直的长槽18的支撑杆14，其中，保持和引导装置19插入该长槽中，以便将光学传感装置2保持在期望的竖直位置。调节螺钉20与光学传感装置2相关联并穿过支撑杆14顶部中的竖直螺纹孔。调节螺钉20具有用作操作装置的波纹头21。通过拧紧或拧松所述调节螺钉20，可以降低或升高光学传感装置2，从而提供竖直调节。

调节装置12包括板块22，该板块通过铰接装置23铰接于支撑杆14。具有用作操作装置的波纹头25的调节螺钉24与支撑杆14相关联，并且穿过固定于板块22的内螺纹套筒26。调节螺钉24相对于竖直方向倾斜，从而通过拧紧或拧松，可以在上下布置内使支撑杆14枢转，从而使此相关联的光学传感装置2枢转。这就允许调整光学传感装置2相对于视场的倾斜度。

板块22固定于底座元件27或与之形成一体，从而它们形成L形元件。提供有保持装置40(见图2)，其中，通过松开这种保持装置40，可以围绕水平轴线并行地枢转调节装置12，该水平轴线相对于转台4基本上为径向。

调节装置13包括第一底板41。所述第一底板41以滑动布置安装在第二底板28上，以便允许支架10进行横向移动。为此，第一底板41设有长槽29，其中，保持和引导装置30插入该长槽中。通过松开该保持和引导装置30，可以使第一底板41相对于第二底板28横向滑动。在第一底板41的相对端处可设置第二狭槽保持和引导装置组件，以便为支架10提供更好的引导。

进而，第二底板28以滑动布置安装在杆31上，该杆相对于转台4沿着基本上径向的方向定位。杆31包括C形槽32，其中，用于第二底板28的保持和引导装置33插入该C形槽，并且操作性地与之相关联，从而通过松开所述保持和引导装置33，第二底板28，进而整个支架10，可相对于转台前向滑动。这就允许调整光学传感装置2的视场。

外壳3整体可沿着适当的引导装置(未示出)竖直和/或横向地调整，以便允许光学传感装置的位置的粗调，同时如上所述，由可调支架10提供对光学传感装置的细调。这种粗调也非常重要，因为其允许使系统适应不同的容器尺寸和类型。

照明装置7也是可调整的，以便相对于待照明容器以适当的方式定向照明装置。

外壳15安装在可调支架34上，该可调支架允许该外壳的上下水平旋转调节和竖直调节。

更详细地说，连接元件35固定于外壳15或与之形成一体，通常在该外壳的后部。该连接元件35可由一个或多个从外壳15的后部伸出的板块制成。

连接元件35铰接至沿着杆37上下移动的可滑动支架36。

分别通过调节装置38、39调节连接元件35的枢转运动和可滑动支架36的竖直运动，调节装置38、39例如是如上所述与用于光学传感装置2的支架10的调节装置相关类型的。

照明装置7相对于待照明容器的定位很重要，以便对容器上凸起的圆点或其他参考标记提供倾斜照明。以这种方式，由光学传感装置2拍摄的图像中的对比(contrast)被最大化。

支架10的调节装置11、12、13以及照明装置7的可调支架34可设有适当的刻度标记，以允许系统的精确和可重复设定。

上述系统如下工作。

如上所述，容器具有参考标记，这些标记可包括底部附近的一系列皱褶或圆点、或者笔迹、或者其他标志。然后，这种参考标记用于在盘状件上准确地定位容器。容器以完全随机的角度位置到达几个盘状件上，因此需要重新定位容器，即在容器进入贴标步骤之前，需要将所有的容器角度定位在相同位置。

在一个实施方式中，四个光学传感装置2适于透过侧面拍摄瓶子的图像。更确切地说，每个容器将拍摄四个图像，每个装置2拍摄一个图像。通过计算和控制单元8分析对于每个容器的一组四个图像，如下所述。

在另一个实施方式中，仅具有一个光学传感装置2，从而对于每个容器仅拍摄一个图像。对于容器存在重复的参考标记的情况就是这样，比如具有规则的多边形剖面的容器的边缘。

在任何情况下，系统1将执行下列阶段：

a)获取检查中的容器的一组图像；

b)识别检查中的容器上的参考标记；

c)将这组获取的图像与控制组或校准表进行比较；

d)计算检查中的容器上的所述参考标记相对于所述控制组或校准表的偏差；

e)发送命令给用于支撑检查中的容器的盘状件的电机的控制器，以便将所述盘状件旋转一定角度，使所述容器的位置适应参考位置。

根据系统1所具有的光学传感装置2的数量，所述一组图像可包括仅仅一个图像或一个以上的图像，比如四个图像。

图像获取阶段a)包括同时获取与系统1的光学传感装置2的数量对应的多个容器的图像。在其中设置有四个光学传感装置2的实例中，同时拍摄转台上的四个容器6的图像。随着转台4的旋转，当新容器6经过第一光学传感装置2的视场时，由计算和控制单元8发送新的图像获取命令：以这种方式，起初位于前一镜头中的容器现在到达第二光学传感装置2，第二容器到达第三光学传感装置2，并且第三容器到达第四光学传感装置。在从一个光学传感装置2到达下一个光学传感装置时，用于支撑容器的盘状件5旋转90°，使得当容器从第一光学传感装置2到达第四光学传感装置时，容器已经旋转了360°，并且已经获取了容器的四个图像。

如果提供不同数量的光学传感装置2，比如两个或三个，从一个光学传感装置到达下一个光学传感装置，每个容器将旋转360°/n的角度，其中n为系统1的光学传感装置2的数量。对于每个容器总共获取n个图像。

因此，图像获取阶段a)包括以下步骤：

A1)根据光电元件9读取的容器存在信号，发送图像获取命令至所述光学传感装置2；

A2)同时发送接通命令至照明装置7；

A3)将用于支撑检查中的容器6的盘状件5旋转360°/n，其中n为光学传感装置2的数量；

A4)对于随后的容器6重复步骤A1)和A2)；

A5)根据预设的时间程序重复步骤A3)和A4)，直到获取检查中的容器的n个图像，其中n为光学传感装置2的数量。

根据本发明的系统1的软件允许通过所述校准表适应任何容器型式，该校准表是在适当的校准步骤中生成的，包括：

i)检测已贴标容器的直径和边缘、存在于容器上的参考标记以及图像光/暗对比；

ii)获取正在测试的容器的第一组图像，每个光学传感装置2拍摄一个图像；

iii)使得盘状件和正在测试的容器旋转角度α，优选地为10°或更小，并获取第二组图像，每个光学传感装置2拍摄一个图像；

iv)多次重复步骤iii)的操作，直到正在测试的容器完成360°旋转；

v)对于每个容器，计算容器边缘与参考标记之间的距离X，并将相应的旋转角度与所述距离X相关联；

vi)从这种数据中生成校准表。

本领域技术人员清楚地了解根据本发明的容器的角度定位和检测系统的优点，并且这些优点可总结为：调整精度相当高(精度大约为1mm或更小)、容易执行以及安装和维修经济。

更具体地，本发明中所采用的照明系统允许所获取图像中的对比最大化，从而提高参考标记识别的准确性并将误差的可能性最小化。

应理解的是，仅描述了本发明的一些具体实施方式，本领域技术人员能够对这些实施方式进行所有需要的修改，使之适应特定的应用，而不会背离本发明的保护范围。

例如，照明装置7可由X射线发射源代替，并且光学传感装置2可由易于获取X射线图像的传感装置代替。在该实施方式中，容器也可为不透光的，因为X射线束可穿过容器本体，如上所述提供一种“背光倾斜照明”。

Claims (15)

1.一种用于在贴标签机中对容器(6)进行检测和角度定位的系统(1)，所述贴标签机包括用于操作所述容器(6)的旋转的转台(4)，所述转台(4)设有多个电机驱动的盘状件(5)，所述盘状件支撑并操作所述容器(6)，所述系统(1)包括用于获取所述容器(6)的图像的光学传感装置(2)以及用于照明所述容器(6)或其部分的照明装置(7)，其特征在于，所述光学传感装置(2)和所述照明装置(7)相对于所述转台(4)定位在不同的径向配置中，使得相对于所述转台(4)，所述光学传感装置(2)位于外侧，且所述照明装置(7)位于内侧，或者反之亦然，并且其特征还在于，所述照明装置(7)相对于所述光学传感装置(2)的平面位于基本上垂直平移的平面中。

2.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，相对于所述转台(4)，所述光学传感装置(2)在外侧，所述照明装置(7)在内侧，并且所述照明装置(7)位于所述光学传感装置(2)的平面之上的平面上。

3.根据权利要求1或2所述的系统(1)，其中，所述容器(6)至少部分是透明或半透明的，并且受到背光倾斜照明。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统(1)，其中，所述光学传感装置(2)沿着一圆弧定向，所述圆弧的曲率半径与所述转台(4)的曲率半径基本上相同。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统(1)，其中，所述照明装置(7)为白色led杆柱照明灯(17)。

6.根据权利要求5所述的系统(1)，其中，所述led杆柱照明灯(17)由操作性地连接在一起的多个led杆柱(17′，17″，17″′，17^iv)制成，每个光学传感装置(2)使用一个led杆柱。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统(1)，其中，一光电元件(9)与一光学传感装置(2)的视轴线对准地布置，以便读取所述容器(6)的存在。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统(1)，其中，所述光学传感装置(2)安装在可调支架(10)上，所述支架包括：用于上下垂直调节所述光学传感装置(2)的调节装置(11)、用于水平枢转地上下调节和并行调节所述光学传感装置(2)的调节装置(12)、以及用于横向调节并且用于前向后平移所述光学传感装置(2)的调节装置(13)。

9.根据权利要求8所述的系统(1)，其中，所述调节装置(13)包括第一底板(41)，所述第一底板(41)以滑动布置安装在第二底板(28)上，以便允许所述支架(10)进行横向移动。

10.根据权利要求8或9所述的系统(1)，其中，所述支架(10)的所述调节装置(11，12，13)以及所述照明装置(7)的所述可调支架(34)能够设有适当的刻度标记。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统(1)，其中，所述光学传感装置(2)、所述照明装置(7)以及所述光电元件(9)操作性地连接至计算和控制单元(8)。

12.根据权利要求11所述的系统(1)，其中，所述计算和控制单元(8)控制下列阶段：

a)获取检查中的容器(6)的一组图像；

b)识别检查中的容器(6)上的参考标记；

c)将这组获取的图像与控制组或校准表进行比较；

d)计算检查中的容器(6)上的所述参考标记相对于所述控制组或校准表的偏差；

e)发送命令给用于支撑检查中的容器(6)的盘状件(5)的电机的控制器，以便将所述盘状件(5)旋转一定角度，使所述容器(6)的位置适应参考位置。

13.根据权利要求12所述的系统(1)，其中，图像获取阶段a)包括以下步骤：

A1)根据所述光电元件(9)读取的容器存在信号，发送图像获取命令至所述光学传感装置(2)；

A2)同时，发送接通命令至所述照明装置(7)；

A3)将用于支撑检查中的容器(6)的盘状件(5)旋转360°/n，其中n为光学传感装置(2)的数量；

A4)对于随后的容器(6)重复步骤A1)和A2)；

A5)根据预设的时间程序重复步骤A3)和A4)，直到获取检查中的容器的n个图像，其中n为光学传感装置(2)的数量。

14.根据权利要求12或13所述的系统(1)，其中，根据以下步骤获得阶段c)中的所述校准表：

i)检测已贴标容器的直径和边缘、存在于容器上的参考标记以及图像光/暗对比；

ii)获取正在测试的容器的第一组图像，每个光学传感装置(2)拍摄一个图像；

iii)使得盘状件和正在测试的容器旋转角度α，优选地为10°或更小，并获取第二组图像，每个光学传感装置(2)拍摄一个图像；

iv)多次重复步骤iii)的操作，直到正在测试的容器完成360°旋转；

v)对于每个容器，计算容器边缘与参考标记之间的距离X，并将相应的旋转角度与所述距离X相关联；

vi)从这种数据中生成校准表。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的系统(1)，包括四个光学传感装置(2)。

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