CN103842259B - 用于对准容器的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于对准容器（2）的设备和方法。通过设置评价单元（9）能够补偿由透视引起的图像失真和对比限制，评价单元（9）通过计算特征的在相对于所述容器（2）的被拍摄的转动位置不同的至少两个视图中图像数据能够确定待对准的容器的表面（2b）的至少一个特征（2a）的位置和/或转动位置。因而，当时，能够提高对准容器（2）时转动位置识别和校正的可靠性。

Description

用于对准容器的设备和方法

技术领域

本发明涉及根据方案1的前序部分所述的用于对准容器的设备以及相应的用于对准容器的方法、贴标机和贴标方法。

背景技术

在诸如饮料瓶的容器被贴标之前，通常将容器移动到相对于所关注的贴标设备适当的目标转动位置。为此，例如，从DE102005050902A1和DE102009020919A1中已知的，在容器在围绕其主轴转动的状态下引导容器经过相机系统，以在多个相机图片中拍摄容器的整周，用于识别容器表面的诸如成型接缝的特征。基于识别的特征确定容器的实际转动位置，容器被移动到作为贴标用的初始点的目标转动位置。

然而，这引起了以下问题：

1.在容器表面上特征（如成型接缝）相对小的的情况下，特征的轮廓将仅在反射入射光中产生相对弱的对比度差。这可能不能满足精确确定出特征的位置的要求，特别是在主要是前视图的图中只能看见微弱的轮廓特征时。因此，不能确定容器的实际转动位置，或者只能基于所述特征不充分准确地确定容器的实际转动位置。

2.突起的特征的轮廓示出为具有不同对比差和/或在不同转动位置（也就是，在不同对象角度）的边缘宽度。此外，这可能具有以下效果：仅能够不足够准确地或可靠地确定容器表面上的浮雕状特征的位置和/或转动位置。

3.在待识别的特征的区域，容器的直径可以显示出一定公差，该一定公差来自于制造过程并且与位置确定相关。取决于待检测的容器的尺寸准确度，这可能导致识别的特征的位置或转动位置的确定中对象角度依赖的不准确性。因此，可能不会计算出将容器移动到用于后续贴标的目标转动位置用的正确的校正角度。

如DE102005050902A1中显示的，能够通过在连续检测单元中以高精确地对准容器来解决最后提到的问题。然而，除了装置的相当的复杂性和所需的大量时间，通过该动作过程不能解决或者甚至可能恶化在1和2中指出的问题。

因此，需要一种对准容器的设备和方法（特别是用于容器的后续贴标），其在上述方面已得以改进。

发明内容

通过根据方案1的用于对准容器的设备来解决所提出的任务。根据该方案，设置评价单元，该评价单元能够通过相互地计算特征在至少两个视图中的图像数据来确定待对准的容器的表面上的至少一个特征的位置和/或转动位置，所述至少两个视图相对于容器的各被拍摄的转动位置不同。

因而能够基于第二个视图确定和/或校正诸如特征的位置和/或转动位置，在单个视图中不能充分可靠地识别该特征的位置和/或转动位置。同样地，在至少两个视图的至少两个相应的成像区域中，特征的浮雕状结构的对象角度依赖失真和/或对比差能够被彼此相比较和/或被用于互相计算（mutualcalculation）。这允许相应的图像数据被诸如平均、相减或相加等。特别地，来自容器的至少两个不同视图的图像数据的插值是可能的。

换言之，为了从不同的视图中获得在对比差和指定轮廓的边缘宽度依赖于对象角度的程度上的信息，从视图的不同角度拍摄浮雕状特征。基于该信息，能够产生校正的图像，用于图像评价和位置确定。产生校正的图像的特别有利的方法是不同视图的插值法，例如，双线性插值法、双三次插值法、最邻近插值法或兰克泽斯插值法。

优选地，相机以如下方式配置：特征的相应区域的对象角度在至少两个视图中彼此不同，相差至少30°，特别是至少45°。

这里，对象角度定义为对象相对于相机的物镜的光轴的角度，也就是，相机的物镜相对于待测量的对象的视线或观察方向的度量。例如，特征彼此相应的区域在此为特征化的边缘和其他特征化的的凸部和/或凹部。在上述提到的对象角度不同的情况下，浮雕状结构将具有较高可能性地在由相机拍摄的图片中产生不同的阴影、反射等。因而，为单个特征获得能够彼此对比和/或被用于互相计算的至少两个不同的图像数据集。

依照根据本发明的设备的特别有利的实施方式，所述评价单元被构造成使得：所述评价单元能够由至少两个视图的图像数据产生所述容器的虚拟视图。以此方式能够计算出容器的具有减少的图像缺陷的理想图像。这允许以较高的准确度和可靠性确定容器的表面上的特征的位置和/或转动位置。此外，多个虚拟视图可以在此结合，以获得容器的全景视图。

优选地，，所述相机具有沿着所述输送路径重叠的至少一个成像区域，以便以不同的对象角度在重叠的所述成像区域中拍摄所述特征。这允许利用多个相机同时在重叠的成像区域中拍摄容器，以获得能够以本发明指定的方式用于互相计算的图像数据集。因而能够减少用于转动位置确定和容器定位所需的机器角度。

优选地，多个重叠的所述成像区域沿着所述输送路径设置，以便以全圆周拍摄模式在重叠的所述成像区域中拍摄所述容器。因而，能够基于单个检测和对准单元中的不同对象角度下的几个视图的比较来执行容器的表面上的适合的特征的全周识别和容器的实际转动位置的确定。特别地，利用现有技术中已知的利用单个相机系统的多步骤顺序对准不再有必要。

根据本发明的特别有利的实施方式另外包括用于照明所述容器的照明单元，特别是定向的照明单元，所述照明单元被定向成，使得能够在所述至少两个视图中产生特征的不同阴影和/或反射形式。因而，还能够以提高的可靠性识别和定位诸如仅略微凸起和/或凹陷的结构的低对比特征，例如，成型接缝。

优选地，根据本发明的设备包括控制单元，其用于基于确定出的所述特征的位置和/或确定出的转动位置对准所述容器的转动位置。因而能够将根据本发明提高了已确定的容器的实际转动位置的准确度和可靠性的容器的实际转动位置直接用作转动位置的后续校正用的初始值。特别地，能够基于容器的校正的转动位置实施紧接着的贴标步骤。

此外，通过包括根据本发明的用于对准容器的设备的贴标机解决提出的任务。由于标签通常不应用于容器的凸起区域或凹陷区域，因此，根据本发明的用于对准容器的设备能够以特别有利的方式用在紧接着的贴标步骤之前。

此外，通过根据方案9的方法解决提出的任务。根据该方案，所述方法包括如下步骤：a）输送并且转动所述容器；b）从至少两个不同的相机位置拍摄所述容器，以在相对于各所述容器的被拍摄的转动位置不同的至少两个视图中拍摄各所述容器的外周区域；以及c）通过将所述至少两个视图中的特征的图像数据互相地计算，确定所述容器的表面的至少一个特征的位置和/或转动位置。

归因于在不同视图中拍摄特征化的特征，在所述不同视图中表示的、具有各不同对比和/或边缘宽度的特征能够彼此比较和/或互相地计算。因而，在指定视图中，诸如能够避免来自不能识别或仅能对比不足（即可靠性不足）地识别的特征。也能够检测单个测量的合理性。

优选地，所述至少两个视图的图像数据在步骤c）中被插值和/或叠加。这允许单个视图的例如图像缺陷以加权的方式被平均和/或校正。例如，依赖于在指定视图中待识别的各特征的质量，优选地，能够基于质量优选的视图计算插值。

依照根据本发明的方法的特别有利的实施方式，在步骤c）中由至少两个视图的图像数据创建所述容器的虚拟视图。能够以这种方式计算用于评价特征的位置的特别有利的视图。此处的术语“视图”说明了转换成对进一步处理图像数据有利的视图角度。由于能够认为相机位置和容器的目标位置在拍照期间是已知的，因此还能够计算、比较和/或合并几个虚拟视图。

优选地，所述特征的所述至少两个视图包括重叠的成像区域，并且所述至少两个视图被实质上同步地拍摄。这允许以特别省时省空间的方式在重叠的成像区域中拍摄至少两个视图。通过同时拍摄容器，更进一步减小了测量误差。

根据本发明的方法的特别有利的实施方式另外包括如下的步骤d）：基于步骤c）中确定的所述至少一个特征的位置和/或转动位置确定所述容器的实际转动位置，以及确定用于将所述容器移动到目标转动位置的转动位置校正。以此方式能够最小化所到达的目标转动位置的误差。

优选地，根据本发明的方法另外包括所述方法进一步包括如下的步骤e）：将所述容器移动到所述目标转动位置。因而，根据本发明的方法能够以特别有效的方式用于之后紧接着的贴标步骤。

另外，通过如下的贴标方法解决提出的任务，该贴标方法包括根据本发明的用于对准容器的方法以及对容器贴标的步骤，其中，到达的目标转动位置是用于贴标的初始位置和/或参考位置。这在避免将标签应用到具有凸出和/或凹陷表面区域的同时允许特别节省空间并且精确的贴标操作。

附图说明

图1示出本发明的优选实施方式。

具体实施方式

如从示出为示意性俯视图的、唯一的图1中可见的，根据本发明的、用于对准诸如饮料瓶等容器2的设备1的优选实施方式包括多个可转动的保持件3，其用于接收、保持和对准容器2，以将容器2放到用于后续处理步骤的目标转动位置4，特别是用于给容器2贴标的目标转动位置。保持件3包括诸如转盘等，其在附图中被相应的容器2掩盖。容器2沿着输送路径5、沿着与输送路径5大致相切定位的相机系统7移动，输送路径5例如可以为转盘式贴标机6的组成部分。在该移动过程中，容器2围绕其主轴转动，并且在不同的转动位置被拍照，优选地，在全周拍摄模式下被拍照。借助于评价单元9，由相机系统7的图像数据能够计算容器2的相应实际转动位置8，通过该方法也能够计算用于将容器2移动到目标转动位置4的各个校正角度，目标转动位置4对于所有容器2是相同的。在附图中，沿着输送路径5仅显示各个容器位置，使本发明更容易理解。

相机系统7包括至少两个相机7.1和7.2，两者沿着输送路径5配置，也就是，相对于由箭头5’表示的容器2的输送方向连续地配置。除了用于处理相机7.1和7.2的图像数据的评价单元9以外，还设置控制单元11，控制单元11用于从各实际转动位置8将各个保持件3精确地转动到目标转动位置4中。在附图中能够辨别容器的不同转动位置，例如，基于诸如以成型接缝形式设置在容器表面2b的特征的浮雕状特征2a。

仅基于两个所述相机7.1和7.2示意性地说明相机系统7和评价单元9的操作模式。然而，相机系统7优选地包括另外的相机，于是，各相邻的相机以与以下所述的两个相机7.1和7.2相同的方式协同作用。

浮雕状结构的特征2a可以包括凸部以及凹部。特别地，根据本发明的设备1目标在于可靠地检测特征2a的特征化的轮廓、边缘等，并且基于相机7.1和7.2的图像数据定位特征2a的特征化的轮廓、边缘等，以通过特征2a的位置数据确定相对于输送路径5的实际转动位置8。为了后续的用标签12给容器2贴标，容器2必须被移动到预定的目标转动位置4，优选地为给容器2贴标的开始位置，所述贴标在附图中示意性地显示。

在相机系统7的区域设置照明单元13，例如，一排发光二极管等。照明单元13在容器2上产生特征化的反射，例如光带，该反射通过相机7.1和7.2在相对于对象的各中心轴的不同对象角度拍摄。发光单元13的照射特征为如下类型：依赖于所关注的结构的对象角度α1、α2，特征2a产生反射和/或阴影形式的不同对比形态，特别是边缘、轮廓等产生反射和/或阴影形式的不同对比形态。因此，此处为示意性特征2a的同一个表面结构以不同亮度轮廓、边缘宽度、透视变形等在相机7.1和7.2的相机图片中成像。换言之，通过相机7.1和7.2在不同转动位置观察容器2，并且在至少两个相机图片中以不同的对象角度α1、α2拍摄同一个特征2a。

依赖于特征2a相对于相机7.1和7.2以及照明单元13的相对位置和方向，因而通过相机7.1和7.2创建同一个特征2a的不同图像数据。优选地，通过相机7.1和7.2同时记录容器表面2b和特征2a的相应视图。这利于各个相机图片的同步和临时分类以及利于将诸如容器表面的完全坐标的位置数据分配到相机7.1和7.2的图像数据。然而，通常不是绝对必需触发、也就是激活相机7.1和7.2。

相机7.1和7.2的通过各自的外围射线象征性表示出成像区域17.1和17.2，成像区域17.1和17.2在容器2的输送方向上在重叠区域19中重叠。优选地，只要所述特征2a位于重叠的成像区域19中，通过相机7.1和7.2拍摄容器表面2b的特征2a。然而，重叠区域19不是绝对必需的。鉴于容器2沿着输送路径5的位置以及关联的保持件3的转动位置是已知的，例如，借助于适当的增量编码器，只要确保通过至少两个相机7.1和7.2在不同对象角度α1、α2对容器表面2b上指定的特征2a进行拍摄，容器2的拍摄可以及时发生在任意时刻。换言之，特征2a的这种不同视图的任意组合是可能的。优选地，保证容器2在不同对象角度的全周拍摄。

为了得到具有特征2a的充分不同对比效果的视图，相机7.1和7.2应当设置在沿输送路径5测量的、彼此充分远离处。这确保了相机7.1、7.2的对象角度α1、α2之间的差将充分的大。优选地，从俯视图所见的、由相机7.1和7.2的各光轴包围的对象角度α1、α2之间的差达到至少30°，特别是，至少45°。在示出的示例中，对象角度α1、α2的符号不同，使得在不同形态的情况下，对象角度α1、α2的值被加到一起。

由相机7.1和7.2记录的容器2的不同视图通过评价单元9相结合，以优选地得到容器2的虚拟视图。例如，这种转换的基础可以是相机7.1和7.2的各个视图的插值、差形式（differenceformation）或和。根据最近邻法（nearest-neighbormethod），适合的方法包括诸如双线性法或双三次插值法或插值法。在大对象角度的情况下发生的拍摄相关的失真能够被补偿，在特征2a的至少一个拍摄的视图中能够避免主要发生在相对小的对象角度情况下的、凸结构或凹结构处对比差不充分。从合理性检查的意义上讲，特征2a的不同相机图片还可以被用于改善特征识别的可靠性。

通过特征2a的单个视图的插值法能够至少部分地补偿轮廓的不同的透视失真。以这种方式能够改善凸结构或凹结构上的特征边缘等的精确定位。关于此点，例如，还可以通过插值法创建容器表面2b的虚拟视图，容器表面2b在特征2a的识别性和定位性方面被优化。

通过将特征2a的相机7.1和7.2的单个视图中的位置和/或转动位置与数值表等比较，以能够将容器尺寸的公差考虑进去。例如，在给定容器尺寸的情况下，仅对于诸如筒状容器表面2b上的特征2a的特定位置而言是可能的。借助与数值表对照，因此能够确定由特征2a的不同视图确定的合成整体的一对或一组值是否与具体给定的容器直径等的数值表相对应。

例如，根据本发明的设备1能够用于借助于至少两个相机7.1和7.2在不同对象角度α1和α2拍摄待被对准和贴标的连续流动式容器2，以高精确地从相应的图像确定特征2a的位置。为此，优选地，当容器2围绕其主轴连续转动时，容器2沿着输送路径5连续地移动经过相机系统。接着，优选地，对容器2拍摄充分多数量的图片，用于在图片中至少对容器的整周拍摄。因而，确保根据本发明即使在容器的初始转动位置任意分布的情况下，特征2a至少被拍摄在容器2的两个图片中。

关于此点，前提是相机7.1和7.2的单个相机图片的触发与容器2沿着输送路径5的传输以及关联的保持件3的转动移动是同步的。这能够通过伺服电机等以已知的方式来确保。另外，，例如，通过学习评价算法和/或考虑相机的固有参数，以利用参考体的已知方式确保相机7.1和7.2的单独的相机图片中的图像的坐标与容器2的完全坐标相同步。为此，能够使用标准摄影测量的方法。

使用仅两个相机7.1、7.2基于容器表面2b上的单个特征2a对本发明进行说明，两个相机7.1、7.2的成像区域17.1和17.2设置在待识别的特征2a的不同视图的公共重叠区域19中。然而，任意数量的特征2a可以在重叠区域19中被检测。同样地，在容器2的输送方向上可以连续配置多个重叠区域19。在这种情况下，将必须设置相应数量的相机。

基于至少一个识别的特征2a，计算容器2相对于输送路径5和/或相对于后续的贴标单元的实际转动位置8。优选地，通过计算预定目标转动位置4（特别是对于贴标来说）与实际转动位置8之间的差并且通过将容器2移动到目标转动位置4后，立即校正计算的实际转动位置8。接着，目标转动位置4被优选地用作用于随后立即实施的贴标步骤的初始位置和/或参考位置。因而，能够省去在贴标之前的诸如容器2的更精确的定位的中间步骤。因而，在贴标机6中能够以特别有利的方式集成根据本发明的用于对准容器的设备1。

Claims (17)

1.一种用于对准容器(2)的设备，其包括：

-可转动的保持件(3)，其用于保持并且独立地转动所述容器；

-至少两个相机(7.1、7.2)，其沿着用于所述容器的输送路径(5)设置，用于拍摄所述容器的相对于所述容器的被拍摄的转动位置彼此不同的多个视图，从而在至少两个视图中以不同的对象角度(α1、α2)拍摄同一个特征；以及

-评价单元(9)，其用于基于这些视图确定所述容器的表面(2b)上的特征的位置，

其特征在于，

所述评价单元被构造成使得：所述评价单元能够通过将所述特征在所述至少两个视图中的图像数据互相地计算来确定所述容器的表面(2b)上的至少一个特征(2a)的位置和/或转动位置，从而在至少两个视图的至少两个相应的成像区域中，特征的浮雕状结构的对象角度依赖失真和/或对比差能够被彼此相比较和/或被用于互相计算。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述相机(7.1、7.2)配置成使得：所述特征(2a)在至少两个视图中彼此对应的区域的对象角度(α1、α2)彼此至少相差30°。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述评价单元(9)被构造成使得：所述评价单元(9)能够由至少两个视图的图像数据产生所述容器(2)的虚拟视图。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述相机(7.1、7.2)具有沿着所述输送路径(5)重叠的至少一个成像区域(19)，以便以不同的对象角度(α1、α2)在重叠的所述成像区域中拍摄所述特征(2a)。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，多个重叠的所述成像区域(19)沿着所述输送路径(5)设置，以便以全圆周拍摄模式在重叠的所述成像区域中拍摄所述容器(2)。

6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括用于照明所述容器(2)的照明单元(13)。

7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括控制单元(11)，其用于基于确定出的所述特征(2a)的位置和/或确定出的转动位置对准所述容器(2)的转动位置。

8.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述相机(7.1、7.2)配置成使得：所述特征(2a)在至少两个视图中彼此对应的区域的对象角度(α1、α2)彼此至少相差45°。

9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述照明单元(13)是定向的照明单元(13)，使得能够在所述至少两个视图中产生所述特征(2a)的不同阴影和/或反射图案。

10.一种贴标机，其包括根据权利要求1-9中任一项所述的设备。

11.一种对准容器(2)的方法，其包括以下步骤：

a)输送并且转动所述容器；

b)从至少两个不同的相机位置拍摄所述容器，以在相对于各所述容器的被拍摄的转动位置不同的至少两个视图中拍摄各所述容器的包含同一个特征的外周区域；以及

c)通过将所述至少两个视图中的特征的图像数据互相地计算，确定所述容器的表面(2b)的至少一个特征(2a)的位置和/或转动位置，其中在至少两个视图的至少两个相应的成像区域中，特征的浮雕状结构的对象角度依赖失真和/或对比差能够被彼此相比较和/或被用于互相计算。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少两个视图的图像数据在步骤c)中被插值和/或叠加。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在步骤c)中由至少两个视图的图像数据创建所述容器(2)的虚拟视图。

14.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述至少两个视图包括重叠的成像区域(19)，并且所述至少两个视图被实质上同步地拍摄。

15.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括如下的步骤d)：基于步骤c)中确定的至少一个所述特征(2a)的位置和/或转动位置确定所述容器(2)的实际转动位置(8)，以及确定用于将所述容器移动到目标转动位置(4)的转动位置校正。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括如下的步骤e)：将所述容器移动到所述目标转动位置(4)。

17.一种贴标方法，其包括根据权利要求16所述的方法以及对所述容器(2)贴标的步骤，其中，到达的目标转动位置(4)是用于贴标的初始位置和/或参考位置。