CN111133300B - 具有彩色照明的检查设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对容器在污物和三维容器结构方面进行检查的设备和方法，该设备包括辐射源。辐射源构造用于发射辐射，辐射透射待检查的容器，容器在被检查期间被运输。设备包括检测装置，检测装置构造用于检测已由辐射源发射的且已透射容器的辐射。设备具有评估装置，评估装置构造用于对由检测装置检测到的辐射在容器的污物和三维容器结构方面进行评估。辐射源具有多个在空间上分开的辐射区。辐射源的辐射区构造用于发射不同波长范围的辐射。评估这样进行，使得当在图片的区域中在亮度反差图像中确定了反差而在同一区域中在颜色反差图像中未检测到反差时，视为污物；当不仅在亮度反差图像中而且在颜色反差图像中检测到反差时，视为压花。

Description

具有彩色照明的检查设备
技术领域
本发明涉及一种用于对容器在污物和三维容器结构方面进行检查的设备和方法。所述设备包括辐射源，该辐射源构造用于发射辐射。所发射的辐射透射待检查的容器。此外，所述设备包括检测装置，检测装置构造用于检测已由辐射源发射的且已透射所述容器的辐射。此外，所述设备包括评估装置，评估装置构造用于对由检测装置检测到的辐射在容器的污染和损坏方面进行评估。
背景技术
本发明尤其是用于自动灌装设施，其中容器以高速度被运输。本发明尤其是用于检查空的容器。在自动灌装设施中，在灌装之前检查空的容器中可能的污物或异物。为此，通常将容器引导通过检查设备，该检查设备包括用于可见光的光源和半导体摄像机。在此，容器被透视并且从不同的视角进行检查。在检查时确定亮度差，其中，当前的亮度差被识别为容器的污物或污染并且随后将容器拣出。这样被拣出的容器可以被输送给清洁设施或被回收利用。
容器、例如透明的玻璃容器，通常具有设置在容器的表面上的装潢元件或装饰元件。这种装饰元件也称为压花。在检测污物时产生的问题是，这种装饰元件可能产生局部的亮度差，该亮度差可能被错误地识别为污物。这可能导致错误地拣出容器。
发明内容
因此，本发明的目的是提高用于对容器在污物和三维容器结构方面进行检查的设备的可靠性，尤其是能够可靠地将装饰元件与污物和污染区分开。
根据本发明，提出一种用于对容器在污物和三维容器结构方面进行检查的设备，所述设备包括辐射源。辐射源构造用于发射辐射，所述辐射透射待检查的容器。此外，该设备包括检测装置，该检测装置构造用于检测已由辐射源发射的且已透射该容器的辐射。此外，该设备具有评估装置，该评估装置构造用于对由检测装置检测到的辐射在容器的污物和三维容器结构方面进行评估。此外，检测装置构造用于不仅创建容器的亮度反差图像而且创建容器的颜色反差图像。此外，评估装置构造用于将亮度反差图像与颜色反差图像相互比较。所述评估这样进行，使得当在图片的区域中在亮度反差图像中确定了反差而在同一区域中在颜色反差图像中未检测到反差时，视为容器的污物。所述评估这样进行，使得当在图片的区域中不仅在亮度反差图像中而且在颜色反差图像中检测到反差时，视为压花。
辐射源具有多个在空间上分开的辐射区。辐射源的辐射区构造用于发射不同波长范围或不同强度的辐射。
为了提高检查精度，该设备充分利用了如下效应：污染和污物或者磨损环(Scuffing-Ringe)通常作为吸收光的污物而存在。这些吸收光的污物确保抑制透射容器的辐射。换言之，入射到污物上的辐射的亮度被降低。然而，在这种污物的情况下不发生光散射，使得在这些污物的成像时分别仅检测来自辐射区的光。
另一方面，装饰元件、玻璃剥落部或位于待检查容器上的水滴表现不同。在这些伪像上出现光折射，从而在这些伪像上将来自不同的辐射区的辐射偏转到检测装置上。
如果以传统方式一个或多个光源(所述光源发射单色光、即一个波长范围的光)被用于检查容器，则可能不能将污物与装饰元件区分开。因为通过在装饰元件上出现的光散射会在装饰元件上产生局部的亮度反差，该亮度反差类似于由污物引起的亮度反差。本发明能实现对污物与装饰元件的区分。
即，通过使用透射所述待检查的容器的辐射的不同波长范围而在三维容器结构(例如装饰元件)上发生局部散射效应，由此辐射源的在空间上分开的辐射区能够被识别。在此充分利用，装饰元件具有导致强烈的光散射的结构。因此，多个辐射区在这些细小的结构中成像，而在容器的均匀构造的区域中并且在存在污物的情况下则不是这样。由于各辐射区发射不同波长范围的辐射，所以在三维容器结构的区域中可以检测到不同波长的辐射、即来自不同辐射区的辐射。三维容器结构将辐射区的大面积区域成像到检测装置中的小图像区域上。具有污物的容器能够以这种方式可靠地被分拣，而具有装饰元件的容器能够被区分出。
容器可以在随后的方法步骤中被正确地定向。即，必要时，容器为了施加关于装饰元件的标签而应当采取特定定向。通过检测装饰元件，容器能够借助于转动设备以该特定的方向定向。
优选地，可见光的波长范围被用作不同的波长范围。例如，可以设置具有红色、绿色和蓝色或其他颜色以清楚地区分的辐射区。在这种情况下，装饰元件表现为多个颜色紧密地靠在一起的结构，而在存在污物时则不是这种情况。因此，在装饰元件中产生局部的颜色反差，而在污物的情况下仅产生局部的亮度反差而没有局部的颜色反差。在这种情况下，辐射区产生经颜色编码的照明，并且装饰元件改变局部占主导地位的色调。
备选地，代替不同的波长范围也可以使用不同的强度，以便区分装饰元件、如压花与污物。例如，可以设置交替地发射光和不发射光或仅发射少量光的多个亮的和暗的辐射区。接着在污物的情况下又可以确定仅一次亮度反差，而装饰元件由于在所述装饰元件上的光散射而具有相互靠近的亮和暗的区域。
对于一种类型的待检查的容器，可以根据容器类型进行标准化。例如，不同的容器类型具有不同的颜色和透光率。因此，为了考虑由于容器特性引起的颜色失真和亮度降低，进行标准化。在标准化中，至少一个容器被认真清洗，并且由检测装置检测容器的图片。然后，所检测的图片被标准化到输出信号上，即例如被标准化到最初使用的颜色上和被标准化到最初使用的亮度上。
所述待检查的容器可以被放置在辐射源和检测装置之间。在这种明场照明的情况下，通过在容器中和容器上的光吸收和光散射产生在检测装置中检测到的图片。备选地，容器可以相对于辐射源-检测装置的轴线错开地放置。在后一种情况下存在暗场照明，并且在检测装置中检测的图片仅仅通过在容器中和容器上的光散射产生。
也可以考虑由明场照明和暗场照明形成的组合。优选地，将待检查的容器放置在第一光源与检测装置之间的光路中。第一光源优选是构造用于确定亮度反差的光源。第一光源可以构造为具有相对较高亮度的单色光源。附加地，一个或多个第二光源可以位错地设置，从而实现关于第二光源的暗场照明。优选地，第二光源构造为具有多个辐射区的光源，以便能够实现对颜色反差图像的检测。例如，第二光源可以被放置在待检查的容器的上方和下方。以这种方式，可以实现组合的明场照明和暗场照明，其中，明场照明可以主要用于生成亮度反差图像，并且暗场照明可以主要用于生成颜色反差图像。
术语“波长范围”表示由辐射区发射的波长。在此，这涉及窄波长谱。优选地，各个辐射区发射基本上一个波长的辐射，使得可以在装饰元件上检测清楚的反差。
除了装饰元件之外，也可以将另外的三维容器结构与污物区分开。例如，能够将水滴或在玻璃容器中将玻璃剥落部与污物区分开。通常，能将引起局部的光散射的所有结构与污物区分开，所述污物仅产生透射的辐射的局部的亮度差。
辐射源可以构造为面状的发光器件，该发光器件基本上发射单色光、例如白色可见光。在辐射源与待检查的容器之间可以安置有彩色膜。通过彩色膜实现了各个辐射区。彩色膜相应地具有多个有色区域，例如呈七种彩虹色即红、橙、黄、绿、青、靛蓝和紫，由此形成各个辐射区。
备选地，辐射源可以具有多个发光元件，所述发光元件构造用于发射不同波长范围的辐射。发光元件优选可以是不同颜色的LED、LCD或OLED。在该情况下，各个发光元件必要时可以根据容器形状被操控，使得构成期望的辐射区。为了构成具有均匀辐射的辐射区，扩散器可以被设置在多个发光元件与待检查的容器之间。
辐射源优选是电磁辐射源，例如用于可见范围中的光的辐射源。优选地，辐射区发射可见光，所述可见光可以彼此清楚地被区分开，例如红光、绿光和蓝光。也可以考虑其他颜色、例如黄色。辐射源还可以构造用于发射UV光或红外光或其组合。红外辐射可以有利地使用在有色容器中，尤其是使用在棕色玻璃瓶中。
辐射源可以脉冲式运行并且被这样控制成，使得仅当待检查的容器位于辐射源前面时才输出辐射脉冲。备选地，辐射源可以连续地运行。
本发明可以用于检查由任意透明材料制成的容器。本发明特别有利地能够用于由玻璃或透明塑料(例如PET)制成的容器中。尤其是，本发明可应用于饮料工业中的玻璃瓶的检查。
辐射源的辐射区可以以这样的方式形成，使得在污物与三维玻璃结构(例如压花)之间出现最大反差。为此，必须设置至少两个水平辐射区或者至少两个竖直辐射区。辐射区可以条带形或圆形地构造，具有弯曲部或多边形结构。辐射区基本上可以具有有助于区分污物和装饰元件的任何合适的形状。
检测装置优选是商业上通用的彩色摄像机、尤其是半导体摄像机。同样可以使用红外摄像机和UV摄像机。为了避免或减少运动模糊，可以使用具有短的快门速度的快门摄像机。当辐射源连续运行时，这是特别有利的。
优选地，检测装置检测每个待检查的容器的图片。由此可以保证高的速度。备选地，检测装置可以从每个待检查的容器检测多张图片。这些图片可以在时间上错开地被检测，例如在时间上错开100μs至1000μs、优选500μs地被检测。在时间上错开的图片优选根据待检查的容器的运输速度来检测。由于三维容器结构(例如装饰元件)产生光散射，在时间上错开的图片能够更好地识别装饰元件的区域中出现的局部颜色反差。还可设想提供多个检测装置，所述多个检测装置分别构造成用于检测待检查的容器的至少一个图片。优选地，检测装置这样设置，使得检测装置可以从不同的图片方向生成待检查的容器的图片。
如果生成待检测的容器的多张图片，则辐射源可以在不同图片之间被操控，使得辐射区在图片之间被调整。因此，对于每张图片可以产生单独的色样。例如，由辐射区发射的颜色可以被改变。备选地或附加地，辐射区的形状可以变化。例如，在第一图片时可以使用竖直的条形辐射区，而在第二图片时使用水平的条形辐射区。由此可以优化地强调不同的三维结构元件、例如装饰元件的竖直或水平定向的部分。
评估装置有利地构造用于将由检测装置检测的待检查容器的图片转换成在HSV颜色空间中的图片。由检测装置检测的图片优选是RGB颜色空间中的图片。HSV颜色空间产生色调图片或色调H、亮度图片或亮度值V和饱和度图片或饱和度S。亮度图片对应于具有单色辐射源的传统检查设备的图片并且能实现推断出局部亮度反差。这些亮度反差可能是污物或者却是三维装饰元件。色调信号可以被用于进一步评估。例如，通过检查该局部区域存在颜色反差，可以检查局部亮度反差。为了进行评估，使用合适的滤波方法和分类方法。
如果可局部地观察到亮度反差并且同时在该区域中不存在颜色反差，则由评估装置检测到在该区域中存在污物。如果局部亮度反差与局部颜色反差相一致，则评估装置检测到在该区域中存在三维容器结构(例如压花)。此外，饱和度可以被用于判断颜色反差信号的显著性。
此外，通过评估装置可以识别如下结构，所述结构基本上没有或仅引起小的局部的亮度反差，但是引起局部的颜色反差。例如，玻璃剥落部或水滴会引起这种局部颜色反差，而透射光可以透射这些区域而基本上不损失亮度。
评估装置能够根据对检测到的信号的评估来控制容器的分拣。优选地，如果检测到污染并且确保在这种情况下不是三维容器结构(例如装饰元件)，则将容器分拣出。因此，当由评估装置确定局部亮度反差而不存在局部颜色反差时，优选进行对容器的分拣。如果不存在局部亮度反差，但是存在局部颜色反差，则也可以对容器进行分拣。在这种情况下，这可以是玻璃剥落部。如果待检查的容器不具有压花或其他三维结构，如果检测到局部亮度反差和局部颜色反差，则也可以分拣容器。
本发明还涉及一种用于对容器在污物和三维容器结构方面进行检查的方法。该方法包括以下步骤：
-提供辐射源，其中，所述辐射源构造用于发射辐射，所述辐射透射待检查的容器，其中，所述辐射源具有多个在空间上分开的辐射区，并且其中，所述辐射区构造用于发射不同波长范围或强度的辐射，
-提供检测装置，所述检测装置构造用于检测已由辐射源发射的且已透射容器的辐射，
-提供评估装置，所述评估装置构造用于对由检测装置检测到的辐射在容器的污物和三维容器结构方面进行评估，
-通过辐射源的辐射区发射不同波长范围的辐射或不同强度的辐射，其中，所述辐射透射所述待检查的容器，
-通过检测装置检测所述辐射，其中，所述辐射已由辐射源的辐射区发射并且透射所述待检查的容器，以及
-通过评估装置对由检测装置检测到的辐射在所述待检查的容器的污物和三维容器结构方面进行评估，
其中，容器在被检查期间被运输。
在根据本发明的方法中，借助于检测装置创建亮度反差图像和颜色反差图像。接着，通过评估装置对亮度反差图像和颜色反差图像进行比较。
在此，评估可以这样进行，使得当在图片的区域中在亮度反差图像中确定了反差而在同一区域中在颜色反差图像中未检测到反差时，视为瓶的污物。
在此，评估还可以这样进行，使得当在图片的区域中不仅在亮度反差图像中而且在颜色反差图像中检测到反差时，视为压花。
在此，评估还可以这样进行，所述评估这样进行，使得当在图片的区域中在亮度反差图像中未检测到反差、但是在同一区域中在颜色反差图像中检测到反差时，视为水滴或者玻璃剥落部。然后，可以根据颜色反差图像中的反差的形状、尺寸和对称性而在玻璃剥落部与水滴之间进行区分。
附图说明
以下将通过附图更详细地描述本发明。在此，示出：
图1示出了根据本发明的检查设备，
图2示出了辐射源和辐射区的不同的实施方式，
图3示出了具有玻璃珠装饰的容器，
图4示出了具有水滴的容器，
图5示出了具有玻璃剥落部的容器，
图6示出了对吸收光的污物的检测的说明图，
图7示出了对三维容器结构的检测的说明图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的检查设备。在检查设备中，检查容器10、例如玻璃瓶上的污物和污染。同时确保，装饰元件、例如压花不被识别为污物。在图1中示出的容器10具有污物12。
为了识别污物12而设有辐射源14。辐射源14具有多个辐射区16。辐射源14可以被构造为面状的均匀辐射的辐射源。在这种情况下，在辐射源14与容器10之间存在有色膜。通过所述有色膜来实现辐射区16。例如，可以设置红色辐射区16.1、绿色辐射区16.2和蓝色辐射区16.3。备选地，辐射源14具有多个可控制的不同颜色的LED，通过这些LED能够实现辐射区16。
辐射区16朝向待检查的容器10方向发射辐射。辐射优选是可见光18。光18透射所述容器10并且由检测装置20检测。检测装置20优选是半导体摄像机。
照射到污物12上的光18被削弱。因此，检测装置20在这点上检测容器10的图片，该图片在污物12的位置上具有局部降低的亮度、即具有局部亮度反差。
由检测装置20检测到的容器10的图片被引导到评估装置上。评估装置将容器10的图片转换为HSV颜色空间中的图片。由此获得原始图片的色调图片、饱和度图片和亮度图片。
为了进行评估，评估装置确定亮度图片是否具有局部亮度反差、亦即亮度局部减小的位置。如果存在局部亮度反差，则存在污物12或者三维容器结构、如装饰元件。这是因为三维容器结构散射光18，该光从辐射源14穿过容器10到达检测装置20。
如果存在亮度反差，则评估装置将在亮度反差的位置上的亮度图片与在该位置上的色调图片进行比较。如果在该位置上除了亮度反差之外也可识别出色调图片中的颜色反差，则不是污物，因为污物仅降低亮度。因此，在这种情况下是三维容器结构、如玻璃装饰，并且不将容器10分拣出。然而，如果在局部亮度反差的位置上不存在局部颜色反差，则确定为污物12并且将容器10分拣出。
图2示出了辐射源14和辐射区16的不同的实施方式。在图2A中示出了辐射源14的面状发光器件22。在发光器件22的前方，在辐射源14和容器10之间设置有有色膜24。有色膜24具有对应于这些辐射区16的多个有色区域。图2A在此示出了辐射区16，各辐射区具有基本上水平的延伸。备选地，并且在图2B中示出，辐射区16也可以具有竖直延伸。图2C示出了辐射源14的另一实施方式。根据该实施方式，辐射源14包括多个LED 26、LCD 26或OLED 26。LED 26可以被控制并且由此产生所期望的辐射区16。例如，设有多个红色、绿色和蓝色LED26。
优选地，通过检测装置20检测容器10的图片，该图片随后由评估装置评估。备选地，可以拍摄容器10的多张图片。为了这些图片，可以这样控制辐射源14，使得为这些图片形成不同的辐射区16。例如，图2C中所示的LED 26可以产生用于第一图片的水平辐射区16，以及产生用于第二图片的竖直辐射区16。由此，能够优化地检测到具有基本上水平或竖直定向的污物和三维容器元件、如压花。
图3示出了具有玻璃珠装饰的容器10。图3示出了一些装饰元件28的区域中的亮度反差。这些装饰元件28不是污物，因此不应导致容器10被分拣。通过装饰元件28的三维结构，在装饰元件28的边缘区域上出现强烈的光散射效应。因此，在使用不同颜色的辐射区16时，可以在色调图片中确定装饰元件28的边缘区域上的颜色反差。因此，尽管产生了亮度反差，但装饰元件28仍可以与污物区分开并被分类为玻璃珠伪像。
图4示出了具有水滴30的容器10。水滴30产生低的亮度反差。然而，在水滴30的下部区域中，水滴产生颜色反差。因此，通过使用不仅亮度图片而且色调图片能够将水滴30与污物12区分开。由此能够实现更好地滤除由于水滴30引起的干扰。
图5示出了具有玻璃剥落部32的容器10。类似于水滴30，玻璃剥落部32经常产生低的亮度反差。然而，在玻璃剥落部32方面，可以观察到大面积的颜色反差。因此，通过使用不仅亮度图片而且色调图片也能够将玻璃剥落部32与污物12区分开。
在图6中示出了具有吸收光的污物34的容器10。由辐射源14的辐射区16.2发射的光18透射所述吸收光的污物34并且到达检测装置20中。在评估检测装置20的图片时确定出，光18的强度由于吸收光的污物34而已降低，但没有发生光散射。因此，在图6所示的情况下，检测装置20的图片在吸收光的污物34的区域中具有局部亮度反差。然而，在该区域中不能观察到局部颜色反差。
在图7中示出了如下情况：在辐射源14与检测装置20之间的光路中存在三维容器结构36。来自辐射区16.1、16.2、16.3的光18被三维容器结构36散射。因此，在检测装置20的图片中，可以在三维容器结构36的区域中观察到多个辐射区16.1、16.2、16.3的光18。因此，与如图6所示的吸收光的污物34相反，在三维容器结构36的区域中观察到局部颜色反差，该局部颜色反差用于将吸收光的污物34与三维容器结构36区分开。

Claims (11)

1.一种用于对容器在污物和三维容器结构方面进行检查的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供辐射源，其中，所述辐射源构造用于发射辐射，所述辐射透射待检查的容器，其中，所述辐射源具有在空间上分开的多个辐射区，并且所述多个辐射区构造用于发射不同波长范围的辐射，
-提供检测装置，所述检测装置构造用于检测已由辐射源发射的且已透射所述容器的辐射，
-提供评估装置，所述评估装置构造用于对由检测装置检测到的辐射在容器的污物和三维容器结构方面进行评估，
-通过所述辐射源的辐射区发射不同波长范围的辐射，其中，所述辐射透射所述待检查的容器，
-通过检测装置检测所述辐射，其中，所述辐射已由辐射源的辐射区发射并且已透射所述待检查的容器，以及
-通过评估装置对由检测装置检测到的辐射在所述待检查的容器的污物和三维容器结构方面进行评估，
其中，检测装置创建亮度反差图像和颜色反差图像，并且
所述评估装置对亮度反差图像和颜色反差图像进行比较，
其中，所述评估这样进行，使得当在图片的区域中在亮度反差图像中确定了反差而在同一区域中在颜色反差图像中未检测到反差时，视为容器的污物，
其中，所述评估这样进行，使得当在图片的区域中不仅在亮度反差图像中而且在颜色反差图像中检测到反差时，视为压花。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述评估这样进行，使得当在图片的区域中在亮度反差图像中未检测到反差、但是在同一区域中在颜色反差图像中检测到反差时，视为水滴或者玻璃剥落部。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据颜色反差图像中的反差的形状、大小和对称性而在玻璃剥落部与水滴之间进行区分。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述辐射源的辐射区构造用于发射可见光、红外辐射和/或紫外辐射。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述辐射源的第一辐射区构造用于发射可见的红光，所述辐射源的第二辐射区构造用于发射可见的绿光，而所述辐射源的第三辐射区构造用于发射可见的蓝光。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述辐射源具有面状的发光器件，所述发光器件构造用于发射白色的可见光，并且所述辐射源还具有彩色膜，所述彩色膜设置在发光器件与容器之间。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述辐射源具有多个发光元件，所述多个发光元件构造用于发射不同波长范围的辐射。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述辐射源具有至少两个水平辐射区或至少两个竖直辐射区。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述检测装置构造用于检测每个待检查的容器的图片。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述发光元件是LED。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述容器在被检查期间被运输。
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