CN102725625B - 用于检测金属盖的缺陷的设备、系统和方法 - Google Patents

用于检测金属盖的缺陷的设备、系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检测将接受检查的元件、特别是金属盖的缺陷的设备，所述设备包括：用于照亮将接受检查的元件的装置(30)；用于采集图像的诸如照相机等的图像采集单元，其能检测被所述照明装置(30)照亮的所述将接受检查的元件的图像；用于处理由所述图像采集单元采集的图像的单元，其适于检测所述缺陷，其中，所述照明装置(30)根据包括在预先设定的范围内的两个或更多个频率(f1，f2，f3)发射辐射束，所述辐射束中的每一个根据光路照亮所述将接受检查的元件，个体化包括在最小掠入射角和最大散射入射角之间的相对于所述将接受检查的元件的表面的入射角(α)，所述照明装置(30)设置成使得通过由照明装置(30)发射的所述辐射束中的每一个的光路实现的入射角(α)相对于相关发射频率(f1，f2，f3)成正比或反比。

Description

用于检测金属盖的缺陷的设备、系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测待检查元件(特别是金属盖)的缺陷的设备、设有所述设备的用于检测缺陷的系统和相关的操作方法。
更具体地，本发明涉及用于检测盖的设备，特别是用于听、罐或其它种类的主要指定用来装食物的金属容器的金属盖，所述设备是特别为检测在盖的不同部分中的诸如划痕、污染物、凹痕、二次入口(re-entrance)等的表面缺陷而研制和实现的。
背景技术
下面，本说明书将陈述用于听的金属盖的检测，但显而易见的是，不应认为本说明书局限于该特定的应用。
如众所周知的，诸如豆类、蔬菜、肉类等不同种类的食品被保存在金属容器或罐内。所述罐通常被由保护膜覆盖的大致平坦的金属盖封闭。所述膜适于防止在食品和金属盖之间的接触，以便防止金属的氧化物可能接触装在容器内的食品。
必须考虑到罐常常经受显著的机械应力。此外，经常出现食品保存很长时间、往往甚至多年的情况。
这意味着置于所述听上的所述盖必须具有非常严格的构造和质量特性，以便防止诸如表面或边缘凹痕的可能的机械缺陷允许空气进入容器内，从而破坏装在其中的产品，或防止盖金属氧化物可能接触食品。
存在用于检查金属盖等并能够丢弃有缺陷的盖的不同的系统，所述系统包括：传送带，在该传送带上传送将接受检查的所述盖；容纳框架，该容纳框架优选地设置在可处于非工作位置和工作位置的所述传送带上方，在该容纳框架上放置将接受检查的盖；光源，该光源设置在所述容纳框架的内部以照亮盖。所述系统通常还包括用于检测受检查的盖的视频装置，该视频装置与所述光源和所述检测装置连接并处理图像，以便检测所述盖上的缺陷。
本领域的技术人员熟知的反复出现的问题是允许检测每种缺陷的问题，特别是表面划痕和卷曲凹痕。
根据已知技术的用于检查盖的设备在欧洲专利EP 0729572B1中有所描述，该设备涉及视频检测系统，该视频检测系统设置有用于生成沿不同波长的照明的LED阵列，并设置有用于所述LED阵列的固定装置，使得LED阵列可照亮将接受检查的样品或元件；和合适的电源装置，该电源装置可基于波长启动所述LED，以便从所有LED或仅从一部分LED生成光或照明，这样的波长在至少第一波长和第二波长之间进行选择。所述系统还设置有视频检测装置，该视频检测装置可接收从将接受检查的元件漫射的光。
所述视频检测装置还包括绝缘装置，该绝缘装置实质上涉及滤波装置，其可以将所接收的光辨别为第一波长和第二波长。所述滤波装置基本上为光学型。
所描述的系统提高了已知系统的可靠性，因为它允许通过所述电源装置在不同和连续的时间间隔用不同的波长照亮将接受检查的盖，所述电源装置基于波长类型进行区分。然而，应当指出，所述系统在主要检测盖划痕和棱纹时具有不同的问题。此外，所述系统具有生产率问题，因为由系统进行的检测的次数等于可由发光源发射的波长的数量，并且可选择电源装置，从而降低控制速度。
很显然这样的程序较长，需要太多的时间。
用于检测不同类型的缺陷的另外的解决方案使用多个照相机。然而，在这样的情况下，出现了处理时间的显著增加，并且在任何情况下，在实证分析的基础上已经注意到，这种解决方案也不可靠。
发明内容
鉴于上述问题，因此本发明的目的是提供一种用于检查盖的设备，该设备可同时检测不同种类的缺陷，而不需要在不同的时间间隔期间启动不同种类的照明。
本发明的另外的目的是建议一种用于检查盖的紧凑的设备。
根据本发明，通过检测设备可获得这些和其它结果，该检测设备可在频率范围内发射辐射束，使得由合适的用于照亮将接受检查的盖的照明装置发出的每个辐射束实现光路，该光路相对于将接受检查的盖的表面形成与相关的发射频率成正比或反比的入射角。
因此，本发明的特定目的是一种用于检测将接受检查的元件(特别是金属盖)的缺陷的设备，该设备包括：用于照亮将接受检查的元件的装置；用于采集图像的图像采集单元，例如照相机等，其能检测被所述照明装置照亮的所述将接受检查的元件的图像；用于处理由所述图像采集单元采集的图像的单元，其适于检测所述缺陷，其特征在于，所述照明装置根据包括在预先设定的范围内的两个或更多个频率发射辐射束，所述辐射束中的每一个根据光路照亮所述将接受检查的元件，个体化包括在最小掠入射角和最大散射入射角之间的相对于所述将接受检查的元件的表面的入射角，所述照明装置设置成使得通过由照明装置发射的所述辐射束中的每一个的光路实现的入射角相对于相关发射频率成正比或反比。
总是根据本发明，所述最小掠入射角对应于由所述照明装置在所述设定范围的较低频率下发射的辐射束。
还是根据本发明，所述照明装置包括多个用于发射所述辐射束的LED，所述LED设置成使得由所述LED中的每一个发射的辐射束光路的入射角相对于发射频率成正比或反比。
此外，根据本发明，所述照明装置包括漫射体，该漫射体具有大致半球形状，其凹面朝下，在顶部处设置有孔，所述图像采集单元通过该孔检测所述将接受检查的元件的图像，并且其中所述第一照明装置的所述LED被分组成第一、第二和第三LED组件，所述第一LED组件按照环状排列安装在所述漫射体外部，以便掠射照亮所述将接受检查的元件，并且适于在第一最小频率下，优选地在红色域内发射；所述第二LED组件按照环状排列安装在所述漫射体外部，以便照亮所述将接受掠散射检查的元件，并且适于在第二中间频率下，优选地在绿色域内发射；所述第三LED组件包括按照环状排列安装在所述漫射体上方的第一LED组件和垂直布置在所述漫射体上方的第二LED组件，以便照亮所述将接受散射检查的元件，并且适于在第三中间频率下，优选地在蓝色域内发射。
总是根据本发明，所述照明装置还包括分光镜，所述分光镜设置在所述漫射体上方，反射由在所述将接受检查的元件上的所述第二LED组件发射的辐射束，并允许通过所述图像采集单元检测所述将接受检查的元件的图像。
还是根据本发明，所述设备包括在底部处开放的保护罩，在保护罩内设置有所述图像采集单元和所述照明装置，所述照明装置被置于所述图像采集单元下方。
有利地，根据本发明，所述图像处理单元可根据所述两个或多个频率中的每一个进行图像数字过滤，以便自动识别每个过滤图像的所述缺陷。
本发明的另一个目的是一种用于检测将接受检查的元件(特别是金属盖)上的缺陷的系统，该系统包括：传送带，在该传送带上传送所述将接受检查的元件；立柱，该立柱基本上相对于所述传送带垂直；滑板，该滑板与所述立柱滑动联接；用于检测所述将接受检查的元件的缺陷的设备，该设备固定到所述滑板，使得所述设备可具有相对于所述传送带抬起的静止位置以及在将高于所述将接受检查的元件的降低模式下的工作位置，以便照亮所述将接受检查的元件并采集图像，其特征在于，用于检测缺陷的所述设备是如上面所限定的设备。
本发明的又一目的是一种用于检测将接受检查的元件(特别是金属盖)的缺陷的方法，该方法包括以下步骤：
(a)照亮所述将接受检查的元件；
(b)采集所述将接受检查的元件的图像；
(c)处理在所述步骤(b)期间采集的所述将接受检查的元件的图像；
其特征在于，在所述步骤(a)期间，所述将接受检查的元件被根据包括在预先设定的间隔内的两个或多个频率的辐射束照亮，所述辐射束中的每一个根据光路照亮所述将接受检查的元件，个体化包括在最小掠入射角和最大散射入射角之间的相对于所述将接受检查的元件的表面的入射角，由所述发射的辐射束中的每一个的光路组成的入射角与相关发射频率成正比或反比。
总是根据本发明，在所述设定范围的较低频率下、在所述步骤(a)期间发射的所述辐射束对应于所述入射角。
附图说明
现将参照附图根据本发明的优选实施例来描述本发明，目的在于说明而不是限制。
图1示出了根据本发明的用于检测将接受检查的元件上、特别是盖上的缺陷的设备；
图2示出了图1的设备的剖面图；
图3示出了设置有根据图1的检测设备的检测系统；
图4示出了根据图3的系统的截面的透视图；以及
图5-8示出了由根据本发明的检测设备在盖上检测到的缺陷。
在不同的视图中将使用相同的附图标记来指示相同或类似的部件。
具体实施方式
参考图1和图2，观察到根据本发明的用于检测金属盖的缺陷的设备1。特别地，所述设备1包括在底部处开放的保护罩20，在保护罩20内设置有用于照亮将接受检查的元件的照明装置30。所述设备1还包括在所述照明装置上方且总是设置在所述保护罩20内的彩色照相机40。所述彩色照相机40设置成拍摄被所述照明装置30照亮的将接受检查的元件或盖的表面的图像。
所述照明装置30和所述照相机40连接到合适的处理和控制单元(图中未示出)，该处理和控制单元包括处理器，该处理器除了协调照明和图像采集操作之外，还处理为了检测在将接受检查的所述盖或元件上的可能缺陷而采集的图像。
图2特别地示出了所述照明装置30的实施例，所述照明装置30包括具有大致半球形状且在顶部设置有孔32的漫射体31。所述漫射体31是透明的，并且优选地由树脂玻璃构成。所述漫射体31的功能将在下文中更好地描述。
所述照明装置30还包括分成三个不同组的多个LED(发光二极管)，每一个能够在相关频率下发射辐射束。特别地，在该实施例中，提供了用于组33的在红色域内的最小频率f1、用于组34的在绿色域内的中间频率f2和用于组35的在蓝色域内的最大频率f3。所述组33、34和35中的每一个设置在特定位置，以便防止所发射的光束之间的干涉作用，如在下文中更好地描述的。
特别地，按照环形或圆形排列布置在所述漫射体31外部的第一组LED 33可掠射照亮将接受检查的盖，即按照最小α角，所述α角是被掠射入射光束或射线相对于所述将接受检查的盖的水平表面个体化的角度。所述第一组LED33在红色域内的最小频率f1下发射，并且所述辐射束如果遇到缺陷(例如，划痕或凹痕)，则被该缺陷散射。这造成通过照相机40对所述缺陷的明亮或暗淡的检测，也允许检测在盖平面上的小的划痕或卷曲上的小缺陷。
按照环形或圆形排列布置在所述漫射体31外部的第二组LED 34可以大于所述第一组LED 33的入射角的入射角α掠射漫射照亮所述盖。所述第二组LED 34设置成在所提供的三个频率中的所述第二频率f2(即，在绿色域内的频率)下发射。根据所遇到的盖表面(棱纹、卷曲、平面部分)，所述辐射束被反射或漫射。所述第二组LED 34特别适合检测在受检查的物体的棱纹上的缺陷，例如凹痕。
最后，第三组LED 35包括按照环形或圆形排列布置的与所述漫射体31的顶部一致的第一LED组35′和垂直地设置在漫射体31上方的第二组LED35″。由所述第二LED组35″发射的辐射束被分光镜36以相对于垂直于将接受检查的盖的表面的轴线约45°的角度导向至受检查的盖上，该方向与所述漫射体31的孔32一致。所述分光镜36允许从所述第二LED组35″发射的辐射束经所述照相机40的观察孔32通过。由于所述分光器36，照相机40可检测由所述盖漫射/反射的所有辐射。所述第三组LED 35以大于所述第二组LED 34的入射角的角度α(大致约90°)漫射照亮所述盖，辐射束大致垂直地导向至所述盖上。因此，所述辐射束被反射，并且照相机40检测到可能的缺陷，如在采集的图像中亮背景上的暗斑。在提供的三个频率中的最大频率f3(即，蓝色的那个)下发射辐射束的所述第三组LED 35可检测盖的平表面上的划痕和卷曲缺陷。
如可观察到的，LED组33、34和35的布置使得入射角α的增加对应于所发射辐射的频率的增加。因此，辐射束从最小入射频率开始传播，并将缺陷检测为暗背景上的亮斑(最小入射角、所选发射范围的最小频率)，在最大入射频率下，将缺陷检测为亮背景上的暗斑(最大入射角、所选发射范围的最大频率)，从而避免发射的不同辐射束之间的干涉作用，否则，在来自所有方向(所有入射角)的各种频率的发射的情况中将出现干涉，并且允许由所有组LED 33、34和35同时照明并因而由照相机40检测，从而获得有效而快速的检测。
必须考虑到，由根据三种照明频率电子过滤图像的所述处理和控制单元进行的缺陷监测允许所述处理器容易地检测缺陷。
设备1还可工作，以将最大频率(蓝色)辐射束发射LED定位成具有最小入射角α，即，掠射，并将最小频率(红色)辐射束发射LED定位成具有最大入射角α，即漫射。然而，优选的是将所述第一组33的红色LED(最小频率)定位成具有最小掠射入射角α，因为所述红色LED更明亮，因而需要较低功率以便在可能的缺陷上获得辐射漫射的足够亮度。因此，所述定位是优选的，因为它允许获得能量优化。
必须注意到，所述漫射体31可用于漫射由所述LED发射的光，以便防止每个LED的聚光照明。
现在参照图3和4，观察到系统50包括：传送带60，在传送带60上设置有将接受检查的盖70；立柱80，在立柱80上可滑动地联接有滑板81，所述检测设备1固定在滑板81上。所述系统50设有例如机械或液压装置的装置，以沿着所述立柱80垂直地移动所述滑板81，以使所述设备1处于：静止位置，其中所述设备1处在抬起位置；和工作位置，其中所述设备1处在所述将接受检查的盖70上方的放下位置，使得盖被照亮，并且可检测到图像。在此图中可注意到盖70的不同部分，即中部71、圆形棱纹72和边缘卷曲73。
图5-8示出了由照相机40拍摄并由所述处理和控制单元(在图中未示出)处理的图像，该图像可个体化受检查的盖70的缺陷。从所述图中还可观察到检测的缺陷：
-图5示出了没有处理或过滤的带有缺陷的盖70的照相机40的图像；
-图6示出了盖70，其中绿色和蓝色辐射束分量的效果被过滤，并且在平面中部上观察到划痕，该划痕穿过棱纹72和始终在平面中部71上的点状凹痕；
-图7示出了图5的盖70，其中红色和蓝色辐射束分量的效果被过滤，并且观察到在卷曲73上的划痕和缺陷，该缺陷未在图6中示出；以及
-图8示出图5的盖70，其中红色和绿色辐射束分量的效果被过滤，并且观察到在卷曲73上的划痕和缺陷，该缺陷在图6中不可见，并且在图7中更好地显现。必须注意到，通过图6的过滤检测到的点状凹痕在此图中未被检测到。
上述情况证明，在不同频率下的不同照明可更好地显示不同类型的缺陷。
显然，可使用的频率也可变化到可见光范围以外，从而也可以使用在红外和/或紫外频率下的辐射束。
为了说明而非限制的目的根据本发明的优选实施例已经描述了本发明，但应当理解的是，本领域的技术人员可以不脱离如所附权利要求书限定的相关范围而引进各种变型和/或修改。

Claims (10)

1.一种用于检测将接受检查的元件(70)的缺陷的设备(1)，所述设备(1)包括：
用于照亮所述将接受检查的元件(70)的照明装置(30)，所述照明装置(30)根据包括在预先设定范围内的两个或更多个发射频率(f1,f2,f3)发射辐射束并包括多个用于发射所述辐射束的LED；
用于采集图像的图像采集单元(40)，所述图像采集单元能检测被所述照明装置(30)照亮的所述将接受检查的元件(70)的图像；
用于处理由所述图像采集单元(40)采集的图像的图像处理单元，所述图像处理单元适于检测所述缺陷；
所述辐射束中的每一个根据光路照亮所述将接受检查的元件(70)，包括在最小掠入射角和最大散射入射角之间的相对于所述将接受检查的元件的表面的入射角(α)，所述照明装置(30)设置成使得通过由所述照明装置(30)发射的所述辐射束中的每一个的所述光路实现的入射角(α)相对于所述发射频率(f1,f2,f3)成正比或反比,
所述照明装置(30)包括漫射体(31)，所述漫射体(31)具有大致半球形状，其凹面朝下，在顶部处设置有孔，所述图像采集单元通过所述孔检测所述将接受检查的元件(70)的图像；并且
所述照明装置(30)的所述LED被分组成第一、第二和第三LED组件(33,34,35)，所述第一LED组件(33)按照环状排列安装在所述漫射体(31)外部，以便掠射照亮所述将接受检查的元件(70)，并且适于在第一最小发射频率(f1)下在红色域内发射，所述第二LED组件(34)按照环形排列安装在所述漫射体(31)外部，以便照亮将接受掠散射检查的所述元件(70)，并且适于在第二中间发射频率(f2)下在绿色域内发射，所述第三LED组件(35)包括按照环状排列安装在所述漫射体(31)上方的第一LED组(35’)和垂直布置在所述漫射体(31)上方的第二LED组(35”)，以便照亮将接受散射检查的所述元件(70)，并且适于在第三中间发射频率(f3)下在蓝色域内发射，
其特征在于，所述照明装置(30)还包括分光镜(36)，所述分光镜(36)设置在所述漫射体(31)上方，反射由在所述将接受检查的元件(70)上的所述第二LED组(35”)发射的所述辐射束，并允许通过所述图像采集单元(40)检测所述将接受检查的元件(70)的图像。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述最小掠入射角对应于由所述照明装置在所述设定范围的较低发射频率(f1)下发射的所述辐射束。
3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其特征在于，所述照明装置(30)的所述LED设置成使得由所述LED中的每一个发射的辐射束光路的入射角(α)相对于所述发射频率成正比或反比。
4.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其特征在于，所述设备包括在底部处开放的保护罩(20)，所述保护罩内设置有所述图像采集单元(40)和所述照明装置(30)，所述照明装置被置于所述图像采集单元(40)下方。
5.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其特征在于，所述图像处理单元根据所述两个或多个发射频率(f1,f2,f3)中的每一个进行图像数字过滤，以便自动识别每个过滤图像的所述缺陷。
6.如权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述将接受检查的元件(70)是金属盖。
7.如权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述图像采集单元(40)是照相机。
8.一种用于检测将接受检查的元件(70)上的缺陷的系统(50)，所述系统(50)包括：
传送带(60)，在所述传送带(60)上传送所述将接受检查的元件(70)；
立柱(80)，所述立柱(80)基本上相对于所述传送带(60)垂直；
滑板(81)，所述滑板(81)与所述立柱(80)滑动联接；和
用于检测所述将接受检查的元件(70)的缺陷的设备，所述设备固定到所述滑板(81)，使得所述设备具有相对于所述传送带(60)抬起的静止位置以及在将高于所述将接受检查的元件(70)的降低模式下的工作位置，以便照亮所述将接受检查的元件(70)并采集图像，
其特征在于，用于检测缺陷的所述设备是如权利要求1-7中任一项所述的设备(1)。
9.一种采用权利要求1所述的设备检测将接受检查的元件(70)的缺陷的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)照亮所述将接受检查的元件(70)；
(b)采集所述将接受检查的元件(70)的图像；
(c)处理在所述步骤(b)期间采集的所述将接受检查的元件(70)的图像；
其特征在于，在所述步骤(a)期间，所述将接受检查的元件(70)被根据包括在预先设定范围内的两个或更多个发射频率(f1,f2,f3)的辐射束照亮，所述辐射束中的每一个根据光路照亮所述将接受检查的元件(70)，包括在最小掠入射角和最大散射入射角之间的相对于所述将接受检查的元件的表面的入射角(α)，由所述发射的辐射束中的每一个的光路组成的入射角(α)与所述发射频率(f1,f2,f3)成正比或反比。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述设定范围的较低发射频率(f1)下的所述步骤(a)期间发射的辐射束对应于所述最小掠入射角。
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