CN110506273B - 读取印在沿着输送器移动的容器上的标识的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

读取印在沿着输送器(102)移动的容器上的标识的装置和方法，其中标识(112)印在容器(110)的侧部(114)上。装置(100)包括：驱动单元，用于对位于读取区域(104)中的容器(110)施加扭矩，以产生沿着容器(110)的竖直轴线(118)的转动；和相机(120)，用于在容器(110)旋转期间读取标识(112)。驱动单元(130)包括马达(134)和旋转器(132)，旋转器(132)布置在读取区域(104)的第一区(106)，用于对容器(110)的侧壁施加扭矩。装置(100)包括朝向第一区(106)驱动容器(110)的推动组件(例如施加高压气流(142)的气刀(140))，以确保容器(110)的转动运动。装置允许以高的线供应速度对标识(112)进行可靠拍摄。

Description

读取印在沿着输送器移动的容器上的标识的装置和方法
技术领域
本公开包括于ID读取器领域。特别地，本发明涉及用于检测和识别印在沿着线(line)移动的容器的侧壁上的诸如条形码等的标识或标记的方法和系统。
背景技术
在制造和物流操作中，当前使用ID读取器来追踪和分类(例如借助于输送器)沿着线移动的物体。ID读取器能够以适当的视角相对于线定位，以在相应物体各自移动经过视野时获取相应物体上的任意期望ID。读取器相对于物体的焦距可以根据读取器相对于线的放置和物体的尺寸而变化。较大的物体可以使其上的ID处在靠近读取器的位置，而较小的物体可能包含远离读取器的ID。在各情况下，ID均应当以足够的分辨率出现，以被适当地成像和解码。因此，单个读取器的视野、特别是在(垂直于线运动(line motion)的)宽度方向上的视野通常受限。当物体和/或线相对宽时，单个ID读取器的透镜和传感器可能不具有足够的宽度方向上的视野来覆盖线的整个宽度同时维持用于ID的准确成像和解码所需的分辨率。无法对整个宽度成像可能使读取器错过位于视野外的ID。
可以采用多种技术来克服对单个ID读取器的视野的限制并且扩展宽度方向上的整体视野。例如，可以采用固有较宽的FOV的线扫描系统；然而，由于该配置要求更专业的硬件(当使用线扫描配置时，通常需要编码器来感测线的相对运动)，所以该配置增加了复杂度和成本。另一技术是在单个ID读取器中采用较大的传感器，以提供用于对沿着宽度方向的场景适当成像所期望的分辨率；然而，该方式因使用不太常规的硬件和变大的FOV分辨率而需要承担额外的成本。高度方向上的变大可能使传感器在物体经过放大的视野时以多个拍摄好的图像帧拍摄同一ID。这进而会引起同一ID的无关处理和/或解码，以及错把单个物体当做经过读取器下方的多个物体的风险。专利文献EP2624042-B1公开了另一技术，其提供了使用多个镜的视野扩展器。
然而，当沿着线移动的物体是容器并且待读取的标识是印在容器的侧壁的筒状部上的条形码时，即使单个ID读取器的视野已经得以扩展，使用单个ID读取器也无法保证对标识的正确识别和读取。标识可能会设置在侧壁的与ID读取器的取景相反的那侧，使得容器会在未被检测的情况下经过读取区域。
为了确保印在容器的筒状部上的标识始终被读取，可以采用绕着线的读取区域布置的多个ID读取器或相机，使得至少一个相机能够拍摄容器的标识。例如，已知的系统要求使用四台相机来读取印在瓶或罐上的标识。然而，该方案呈现出多个缺点。首先，这是昂贵且复杂的方案，其要求额外的硬件和在一些情况下必须完全同步的光学器件(多个相机)。另外，该系统不能保证每个容器在随着输送器前进期间均将标识的整个视图呈现给相机中的一台相机。例如，当传输容器的输送器足够宽以允许两个或更多个容器同时通过时，印在这些容器中的一些容器上的标识可能会因阻挡视野的其它容器的存在而是模糊不清的(例如，被部分或完全覆盖)。此外，标识在筒状壁上的特殊配置使得难以通过一台相机拍摄整个标识(即，在一些情况下，相机仅能够局部地拍摄标识)，致使条形码未被检测，除非使用特定且复杂的软件来使相机的不同图像集成以检测标识(例如，通过整合不同的条形码片段以生成整个码)。此外，当线快速行进(例如，以多于每分钟80个容器的供应频率行进)时，所有这些问题会变严重。
因此，对于允许以100％的成功率安全拍摄印于在水平输送器上移动的容器的标识(诸如1D条形码或2D条形码)的装置和方法存在需要。优选地，容器码必须被以这样的速率读取：该速率能够维持这些种类的容器的线供应频率(通常为每分钟大约60个至120个容器)。
发明内容
本发明涉及读取印在沿着线或输送器移动的容器的侧部上的标识的装置和方法，该装置和方法克服了上述问题。利用该装置和方法，推动在输送器上行进的容器抵靠使容器旋转的驱动装置，使得相机能够读取施加于容器的标识。
为了描述本发明，在下文中将考虑以下定义：
–线：系统中的元件(例如包括在车间或工厂中)，用于处理和/或输送产品，诸如包装线、灌装线、存储线、制造线和组装线等。
–输送器：用于线中产品的传输的部件，诸如带式输送器系统或辊式输送器等。输送器通常配置在水平面中，但是其还可以包括坡道和方向改变。
–容器：通常用于线中的术语，是指为了品质评估、产品识别和可追踪性、库存和仓库管理、生产监控等的通过线传输的产品、物体或器皿(receptacle)。容器可以由诸如金属、塑料或玻璃等的不同材料制成。容器包括瓶、罐(can)、盒(tin)和细颈大水瓶(watercarboy)。
–标识或身份(ID)：任意标记或符号(文字符号或图形符号)，包括但不限于印在或贴在容器上的识别码、打印墨和条形码(例如，1D条形码或2D条形码)，主要用于识别、存货或分类的目的。
–容器的侧部：容器的侧壁的印有或贴有标识的区域。侧部可以是筒状的。
–读取区域：输送器的用于进行标识的读取和识别的区域。
–旋转器：用于接触容器以施加扭矩并产生转动的任意部件，诸如以高速转动且接触容器的侧壁的辊。
–驱动单元：电气和/或电子模块，其包括用于致动旋转器的马达。
–高速相机：适于记录快速移动的物体(诸如以高于300rpm的速度转动的容器等)的装置。
根据本发明的一个方面，提供读取印在沿着输送器移动的容器上的标识的方法。方法包括将容器供给到读取区域，对至少在读取区域中的所述容器施加扭矩，以产生所述容器的沿着所述容器的竖直轴线的转动，在容器旋转期间读取容器的标识。
在实施方式中，产生容器的转动的步骤包括通过旋转器在读取区域的第一区处对容器的侧壁施加扭矩，并且推动容器抵靠旋转器以确保容器的转动运动。推动容器抵靠旋转器的步骤包括分别施加或喷出至少部分指向读取区域的第一区的高压气流。
在实施方式中，每次将一个容器供给到读取区域中。方法还可以包括通过施加与输送器的行进方向相反的力将容器保持在读取区域中。
根据实施方式，方法还包括将容器排出读取区域；例如通过利用高压气流推动容器。优选地，在容器位于读取区域中期间进行标识的读取。可选地，可以在容器离开读取区域之后(例如，在另一方向上或甚至在另一输送器中)进行读取。
为了读取的更好控制和同步，方法还可以包括当容器进入读取区域时对容器进行检测。归因于容器的高旋转速度，优选地，使用高速相机登记和检测标识。
根据本发明的另一方面，提供用于读取印在沿着输送器移动的容器上的标识的设备或装置，其中标识印在容器的侧部上。装置包括：驱动单元，其被构造成对至少在读取区域中的容器施加扭矩，以产生容器的沿着容器的竖直轴线的转动；和相机(优选高速相机)，其被构造成在容器旋转期间读取容器的标识。装置还可以包括供给器(诸如输送带等)，其被构造成将容器供给到读取区域。当以高速供给在输送器上行进的多个容器时，为了便于读取，装置还可以包括用于将容器引向读取区域的引导部件，使得每次有一个容器到达读取区域。
根据实施方式，驱动单元包括由马达致动的旋转器(例如，辊或滚花辊)。旋转器配置在读取区域的第一区，用于对容器的侧壁施加扭矩。在该实施方式中，装置还包括推动组件，其被构造成朝向第一区驱动容器，以确保容器的转动运动。
在实施方式中，推动组件可以被实施为气刀(air knife)或具有空气喷嘴的类似气动装置，其被构造成施加和/或喷出至少部分指向读取区域的第一区的高压气流。在另一实施方式中，推动组件包括辊，其被构造成朝向读取区域的第一区对容器施加接触力(代替使用高压气流)。
装置还可以包括用于将容器排出读取区域的推出器。在实施方式中，推出器被构造成使用高压气流推出容器。可选地，推出器可以直接撞击容器，以施加接触力(例如，活塞或杆)。
在实施方式中，装置包括一个或多个保持元件，其被构造成通过施加至少与输送器的行进方向相反的力，将容器保持在读取区域中。
已经讨论的特征、功能和优点能够在各个实施方式中单独地实现，或者可以在另一些实施方式中组合，参照以下描述和附图可以看到其进一步细节。
附图说明
以下非常简要地描述一系列附图，附图旨在更好地理解本发明且与所述发明的作为其非限制性示例呈现的实施方式明确相关。
图1A描画了印在筒状容器上的线性条形码。图1B示出了印在瓶上的2D条形码。
图2示出了根据本发明的实施方式的用于读取印在容器上的条形码的装置的立体图。
图3描绘了装置的主视图。
图4示出了在承载有朝向读取区域的多个容器的包装线上作业的装置。
图5描画了在高速相机检测条形码期间在读取区域中被呈角度地加速的容器。
图6描绘了根据实施方式的装置的框图。
图7示出了根据实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
如图1A和图1B所示，本发明涉及用于读取印在容器110的侧壁的侧部114上的标识112的方法和装置。在这些图中示出的容器中，侧部是筒状部。容器110具有圆形基底和竖直轴线118，其中容器110可以绕着竖直轴线118转动。容器可以是例如罐(图1A)或瓶(图1B)。标识112可以是印在标签116上的标记、识别码、条形码或者任意其它文字或图形符号，标签116贴在或直接印在容器110的侧壁的侧部114上。条形码可以是例如图1A所示的线性条形码，或者如图1B的示例中的矩阵条形码(例如，数据矩阵、QR码)。
根据实施方式，图2的立体图中描画了装置的组件。容器110以高速沿着线(例如，包装线中的输送器带)移动。装置可以以高于每分钟80个容器的速率进行标识读取。在图2的实施方式中，输送器102带将容器110驱动到读取区域104。输送器102可以设置有用于将容器110引向读取区域104的引导部件，使得每次有一个容器110到达读取区域104。引导部件可以例如被实施成一个或多个漏斗状通道170，迫使容器110朝向读取区域104移动。在输送器102上移动的容器110一个接一个地单独到达读取区域104，并且检测器160(例如，光电传感器)在容器110进入读取区域104时检测容器110。
驱动单元130对位于读取区域104中的容器110施加角动量，使容器110沿着其竖直轴线118转动。输送器102的上方以倾斜位置配置有相机120(优选地，高速相机)，用于在容器110旋转期间读取印在容器110的侧部114上的标识112。当容器110在相机120前方转动时，相机120有多个机会来拍摄标识112。标识112以所分配的时间帧(allotted timeframe)拍摄，使得线的整体吞吐量不受影响(其它容器110以高速率进入读取区域104)。
在实施方式中，如图2的示例所示，相机120位于读取区域104旁边，使得当容器110仍然位于读取区域104中时，执行标识读取。读取与由检测器160作出的检测同步地开始。在施加任何扭矩之前，进入读取区域104的容器110的角速度通常为零。在角速度加速的同时，相机120开始记录容器110的侧壁的多个图像。由相机120拍摄的图像的高帧速率允许标识112的检测和识别。
在图中未示出的另一不同实施方式中，相机120可以位于处理线的不同站、远离读取区域104。在这种情况下，以由推出器150施加的力将容器110从读取区域104排出(extract)，将容器110(同时仍然旋转着)发送到配置有相机120的不同输送器。
图3描绘了根据实施方式的读取区域104的主视图。在该实施方式中，驱动单元130包括由受马达控制单元管理的马达134(例如，DC马达或步进马达)致动的旋转器132。旋转器可以是例如轮或驱动辊。在图3的实施方式中，大约25mm直径的滚花辊(knurled roller)安装于6mm轴，容器的直径为大约63mm。马达速度由马达控制单元控制，旋转器132与驱动马达的轴连接。轮132通过滚花辊与容器的侧壁之间的摩擦而产生容器110的转动运动。在实施方式中，马达在600rpm-1000rpm的范围内转动，并且在全速下，容器到达大约285rpm-315rpm的最大转动速度(容器的旋转速度取决于多个因素，诸如重量、所施加的扭矩、滑动、带表面摩擦参数等)。
轮132配置在读取区域104的第一区106，以特定的高度悬停在输送器102的上方。转动着的轮132与容器110的侧壁接合、施加扭矩。为了便于轮132与容器110之间的接合，推动组件同时对容器110施力，以将容器110推向第一区106并确保容器110的恒定转动运动。推动组件有助于驱动轮132与容器之间的力接触(forcing contact)。
可以利用朝向读取区域104的第一区106喷出高压气流142的气刀140实施推动组件。气刀140采用加压气源142和适当成角度的喷嘴以使气流指向容器110，迫使容器与轮132接触。
在图中未示出的另一实施方式中，代替使用气流，推动组件可以施加物理、机械接触。例如，推动组件可以包括辊组件，辊组件对容器110的侧壁朝向读取区域104的第一区106施加接触力，推动并保持容器抵靠轮132。推动组件还可以包括诸如连接杆等的联接单元以及用于联接单元的电控和致动的机电螺线管或气动螺线管。
图4示出了行进着的包装线。通过输送器102承载多个容器110，其中输送器102具有允许两个或更多个容器110平行行进的宽度。引导部件170驱动容器110，使得每次有一个容器110到达读取区域104。
图5描画了在读取区域104内旋转着的单个容器110。装置包括保持元件180，保持元件180布置在读取区域104的端处，以通过施加与输送器102的行进方向相反的力将容器110保持在读取区域104内。装置还包括：侧保持元件182，其相对于带的行进方向侧向地布置；以及上保持元件184，其布置在比容器110的最大高度高的位置，以避免在施加扭矩和/或高压气流(142、152)时容器110意外地跳出输送器102。
一旦读取了标识112，或者在预定的时刻，致动推出器150以将容器110排出读取区域104并允许额外的容器110进入读取区域104。在图5的实施方式中，使用高压气流152(在该实施方式中，该高压气流152垂直于输送器102的线运动、行进方向)推动容器110，将容器110驱动到另一输送器108。
一旦通过光电传感器进行了容器110的检测，就能够使装置的一些可电控的元件同步致动。在实施方式中，该检测会在适当时刻触发来自气刀140的高压气流142以及驱动轮132的转动。在预定时间之后，使来自推出器150的高压气流152致动，以驱动容器离开读取区域104到另一输送器108上(可以短时间停用(deactivate)气刀140，以有利于容器的排出)。
图6图示了包括装置100的相关元件的框图的示例性实施方式。检测器160向控制单元190发送信号，其中控制单元190可以包括微处理器、微控制器、PLC、FPGA或任意其它电子可编程装置。马达控制单元192、推动控制单元194和推出器控制单元196分别负责控制马达134、推动组件160和推出器150的致动。相机120由相机控制单元194管理。从检测器160接收的检测信号由控制单元190使用，以使不同元件的致动同步。
在图7中，描画了方法200的示例性实施方式的流程图。在步骤202将容器110供给到读取区域104。一旦容器110到达读取区域104，就在步骤210检测容器110，并且在步骤220对容器110施加扭矩，在步骤222使容器沿着其竖直轴线118旋转。在步骤230控制单元190使高速相机致动，以在步骤240在容器110旋转期间读取印刷在容器110上的标识。最后，在步骤250通过控制单元190致动推出器150，以将容器110推出读取区域104。

Claims (14)

1.一种读取印在沿着输送器(102)移动的容器上的标识的方法，其中，所述标识(112)印在所述容器(110)的侧部(114)上，所述方法(200)包括：
将容器(110)供给到读取区域(104)的步骤(202)；
对至少在所述读取区域(104)中的所述容器(110)施加扭矩，以产生所述容器(110)的沿着所述容器(110)的竖直轴线(118)的转动的步骤(220)；
在所述容器(110)旋转期间读取所述容器(110)的标识的步骤(240)，
其特征在于，产生所述容器(110)的转动的步骤包括通过旋转器(132)在所述读取区域(104)的第一区(106)处对所述容器(110)的侧壁施加扭矩，并且推动所述容器(110)抵靠所述旋转器(132)以确保所述容器(110)的转动运动，
推动所述容器(110)抵靠所述旋转器(132)的步骤包括施加至少部分指向所述读取区域(104)的第一区(106)的高压气流(142)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括每次将一个容器(110)供给到所述读取区域(104)中的步骤(202)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述容器(110)排出所述读取区域(104)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述容器(110)的排出包括利用高压气流(152)推动所述容器(110)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过施加与所述输送器(102)的行进方向相反的力将所述容器(110)保持在所述读取区域(104)中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述容器(110)位于所述读取区域(104)中期间进行所述标识(112)的读取。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括检测进入所述读取区域(104)的所述容器(110)的步骤(210)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用高速相机进行所述标识的读取的步骤(230)。
9.一种用于读取印在沿着输送器(102)移动的容器上的标识的装置，其中，所述标识(112)印在所述容器(110)的侧部(114)上，所述装置(100)包括：
驱动单元(130)，其被构造成对至少在读取区域(104)中的容器(110)施加扭矩，以产生所述容器(110)的沿着所述容器(110)的竖直轴线(118)的转动；
相机(120)，其被构造成在所述容器(110)旋转期间读取所述容器(110)的标识(112)，
其特征在于，所述驱动单元(130)包括由马达(134)致动的旋转器(132)，所述旋转器(132)配置在所述读取区域(104)的第一区(106)，用于对所述容器(110)的侧壁施加扭矩，
其中，所述装置(100)还包括推动组件，所述推动组件被构造成朝向所述第一区(106)驱动所述容器(110)，以确保所述容器(110)的转动运动，
所述推动组件包括气刀(140)，其被构造成施加至少部分指向所述读取区域(104)的第一区(106)的高压气流(142)。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述旋转器(132)包括滚花辊。
11.根据权利要求9至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于将所述容器(110)排出所述读取区域(104)的推出器(150)。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述推出器(150)被构造成使用高压气流(152)推动所述容器(110)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少一个保持元件(180)，其被构造成通过施加与所述输送器(102)的行进方向相反的力，将所述容器(110)保持在所述读取区域(104)中。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述相机(120)是高速相机。
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