CN112203756A - 用于监控自动检查系统的用于引起部分填充有液体的容器的运动的驱动机构的方法和设备 - Google Patents

用于监控自动检查系统的用于引起部分填充有液体的容器的运动的驱动机构的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种用于监控自动检查系统的用于引起部分填充有液体（3）的容器（2）运动的驱动机构（1）的方法，该方法包括：捕获容器（2）中的液体（3）的表面（4）的测量数据，从测量数据提取关于液体（3）的表面（4）的形状的形状数据，并基于形状数据检测容器（2）是否在运动。相应的设备包括测量装置（10）和可操作地连接到测量装置（10）的处理器（11），其中测量装置（10）被配置成执行方法步骤。

Description

用于监控自动检查系统的用于引起部分填充有液体的容器的 运动的驱动机构的方法和设备
技术领域
本发明涉及自动检查系统，并且特别是涉及用于监控自动检查系统的驱动机构的方法以及相应的设备，该驱动机构用于引起部分填充有液体的容器运动。
背景技术
自动检查机器通常在用液体填充容器之后采用，以便检查填充水平，验证容器是否正确密封（即，不泄漏），并检查容器的内容物是否已被杂质污染，杂质通常表现为液体内的固体颗粒。此外，通常检查容器是否具有缺陷，诸如划痕、裂纹、变形等。常见的液体容器是瓶子和罐子（例如，用于饮料、化妆品或化学品）以及用于药物/医疗产品的小瓶、安瓿、卡普尔（carpule）和注射器。作为检查过程的一部分，容器通常被旋转，使得它们例如可以从所有侧面被观察到。通常，它们还围绕它们的竖直轴线快速旋转，以便向上回旋，并因此使液体内存在的不需要的固体颗粒清晰可见。此外，经常需要旋转容器，以便混合其中包含的不同液体成分。为此目的，要处理的容器，特别是要测试的容器（即，被测试的单元/装置）例如被布置在旋转机构中，例如放置在由诸如伺服驱动器或步进马达之类的电动马达推动的旋转板上，或者夹在自由运行的按压构件和被致动的旋转盘之间。替代地，容器以不同于旋转的另一种方式被搅动，例如它们可被振动、摇动、敲击或摇晃，例如以便搅拌容器内的液体。
为了正确的处理和检查，必须确保容器实际上正在旋转，例如，板/盘正在被正确地驱动，优选地以正确的旋转速度/速率驱动。因此，有必要验证旨在引起容器运动（即，导致容器旋转、振动、左右摇晃等）的驱动机构是否正在正确操作。这通常通过监控驱动机构本身来实现。例如，为了旋转容器，容器例如被夹在从动旋转板和可随容器一起旋转的按压构件之间。旋转监控可以通过测量旋转板的旋转速度并将测量的旋转速度与旋转板的目标旋转速度进行比较来执行。这使得有可能有效地监控容器的旋转。然而，所需的监控装置会是相当昂贵的，并且需要在检查机器中的用于安装的额外空间。
因此，对于某些应用，存在对替代解决方案的需求。
发明内容
本发明的目的是提供用于监控自动检查系统的驱动机构的替代装置，该驱动机构用于引起部分填充有液体的容器的运动，特别是替代运动监控方法以及替代运动监控设备。这个目的通过根据权利要求1的方法以及根据权利要求9的设备来实现。根据本发明的方法和设备的具体实施例在从属权利要求中给出。
本发明提供了一种用于监控自动检查系统的驱动机构的方法，该驱动机构用于引起部分填充有液体的容器运动，该方法包括以下步骤：
-捕获容器中液体表面的测量数据，特别是图像数据；
-从测量数据、特别是从图像数据提取关于液体表面形状的形状数据；
-基于形状数据检测容器是否在运动/处于运动状态，例如在旋转、振动、摇动、敲击或摇晃。
因此，当自动视觉检查已经被用于其他目的并且必要的硬件资源（诸如成像系统（基于或者光学、声学或者x射线/高能辐射））可用时，本发明特别适合，并且可以另外用于执行运动检测/监控，特别是通过仅包括能够执行该任务的另外的软件模块。
本发明相对于监控驱动机构本身的现有技术解决方案具有优势，即检测容器内液体的运动以及包含液体的容器随其的运动。以这种方式，确保了意图由驱动机构引起的对容器和/或容器内液体的运动是真正有效的，即，容器和/或液体确实在运动。
在该方法的一个实施例中，捕获测量数据、特别是图像数据通过以下装置中的一种来执行：
-光学传感器，特别是摄像机；
-声（声音）传感器，特别是超声波传感器或基于激光的声传感器；
-x射线检测器。
在另外的实施例中，该方法还包括以下步骤：当借助于光学传感器执行捕获测量数据、特别是图像数据时：
-施加容器的底部照明和/或顶部照明和/或后部照明和/或侧部照明和/或前部照明，特别是底部成角度的照明、顶部成角度的照明、后部成角度的照明或前部成角度的照明。
在另外的实施例中，该方法包括施加滤光的步骤，特别是偏振或彩色滤光。
在另外的实施例中，该方法包括生成频率范围从10 Hz到20 kHz的声信号/声音信号和/或频率范围为在空气中从20 kHz至高达1 MHz或在液体中高达25 MHz的超声波信号的步骤。
在该方法的另外的实施例中，捕获步骤包括：
-确定感兴趣区域，该感兴趣区域包括容器的一部段，液体表面的至少一部分位于该部段内。
在该方法的另外个实施例中，提取形状数据的步骤包括以下各项中的至少一项：
-确定表面的形状；
-确定表面的结构；
-确定表面的轮廓；
-确定表面的曲率或斜率；
-确定容器壁处的表面高度和容器中心区域内的表面高度之间的高度差，特别是在容器的纵向轴线处，更特别是在容器的竖直轴线处；
-确定容器的中心区域内/处的表面高度（特别是在容器的纵向轴线处，更特别是在容器的竖直轴线处）和容器的外围区域内/处的表面高度之间的高度差，更特别是在中心区域和容器壁之间的高度差；
-确定液体内涡流或漩涡或湍流的存在。
在该方法的另外实施例中，检测步骤包括以下各项中的至少一项：
-确定所述表面的形状是否与预定公差内的预定义模板匹配；
-确定曲率半径是否超过预定值；
-确定高度差是否超过预定值。
在该方法的另外的实施例中，捕获步骤和/或提取步骤包括施加自动边缘检测和/或特征识别。
在该方法的另外的实施例中，提取步骤包括像素计数，特别是确定在感兴趣区域内具有在某个预定（强度/灰度级）区间内或高于某个预定（强度/灰度级）值的强度的像素的数量，并将该数量与预定阈值进行比较。
在该方法的另一个实施例中，确定步骤包括：
-基于形状数据确定容器的运动强度/速度。
在该方法的另外的实施例中，捕获和提取步骤被重复多次，特别是至少一次，并且确定步骤包括：
-基于在不同时间处确定的形状数据，确定容器的运动变化，特别是运动强度/速度的变化。
作为本发明的另外的方面，提出了一种用于检查容器内的液体的方法，特别是用于识别液体中存在的（固体）颗粒的方法，包括引起容器的运动，例如旋转、振动、摇动、敲击或摇晃容器，并且还包括根据上述任一实施例或这些实施例的组合提出的运动监控/检测方法。
作为本发明的另一个方面，提出了一种用于混合物质和液体或者用于对容器中的液体物质进行离心的方法，该方法包括引起容器运动，例如旋转、振动、摇动、敲击或者摇晃容器，并且还包括根据上述任一实施例或者这些实施例的组合提出的运动监控/检测方法。
此外，本发明涉及一种用于监控自动检查系统的驱动机构的设备，该驱动机构用于使部分填充有液体的容器运动，该设备包括：
-测量装置，特别是成像装置，特别是包括成像传感器；
-处理器，特别是图像分析处理器，其可操作地连接到测量装置，特别是成像装置，
其中
-测量装置、特别是成像装置适于捕获容器中液体表面的测量数据，特别是图像数据；
-处理器、特别是图像分析处理器适于从测量数据、特别是从图像数据提取关于表面形状的形状数据，以基于形状数据检测容器是否在运动/处于运动状态，例如正在旋转、振动、摇动、被敲击或摇晃。
然后，可以由处理器、特别是图像分析处理器输出关于容器运动状态的运动数据。
在实施例中，该设备还包括可操作地连接到处理器、特别是图像分析处理器的运动指示器，其中，该运动指示器适于基于形状数据指示（例如显示）关于容器运动状态的信息。
在该设备的另外的实施例中，测量装置、特别是成像装置包括以下各者中的至少一者：
-光学传感器，更特别地是摄像机；
-照明单元，其适于提供容器的底部照明和/或顶部照明和/或后部照明和/或侧部照明和/或前部照明，特别是底部成角度的照明、顶部成角度的照明、后部成角度的照明或前部成角度的照明；
-声（声音）源，特别是超声波源；
-声（声音）传感器，特别是超声波传感器，更特别是超声波换能器，或基于激光的声传感器；
-x射线源；
-x射线检测器。
在另外的实施例中，该设备包括透镜，特别是光学广角透镜或长焦透镜或变焦透镜或微距透镜。替代地，可采用电磁透镜（例如磁体或电磁体装置），例如来引导或聚焦由x射线源发射的辐射。
在另外的实施例中，该设备包括滤光器，特别是偏振或彩色滤光器。
在该设备的另外的实施例中，声源/声音源适于生成频率范围从10 Hz到20 kHz的声信号/声音信号和/或频率范围为在空气中从20 kHz至高达1 MHz或在液体中高达25 MHz的超声信号。
在另外的实施例中，该设备包括像素计数器，该像素计数器特别是适于确定在感兴趣区域内具有在某个预定（强度/灰度级）区间内或高于某个预定（强度/灰度级）值的强度的像素数量。然后可以借助于比较器将该数量与预定阈值进行比较。
作为本发明的另外的方面，提出了一种用于检查容器内的液体、特别是用于识别液体中存在的（固体）颗粒的自动检查系统，包括适于引起容器运动的驱动机构，例如旋转、振动、摇动、敲击或摇晃容器，并且还包括根据上述任一实施例或这些实施例的组合提出的运动监控/检测设备。
作为本发明的另外的方面，提出了一种用于混合物质和液体或用于对容器中的液体物质进行离心的自动系统，该系统包括适于引起容器运动（例如旋转、振动、摇动、敲击或摇晃容器）的驱动机构，并且还包括根据上述任一实施例或这些实施例的组合提出的运动监控/检测设备。
尤其指出的是，上述实施例的组合可以产生甚至进一步、更具体的实施例。
附图说明
下面借助于非限制性的具体实施例并参考随附附图进一步解释本发明，附图显示如下：
图1是根据本发明的设备的第一实施例的概念图；
图2是根据本发明的设备的第二实施例的概念图；
图3是根据本发明的设备的第三实施例的概念图；
图4是被测容器的横截面图，其中感兴趣区域涵盖被包含在容器中的液体的表面；和
图5是被测容器的横截面照片，其中感兴趣区域涵盖被包含在容器中的液体的表面。
具体实施方式
图1描绘了根据本发明的设备的第一实施例的概念图。待测试的容器2安装在旋转机构1上（诸如由马达17推动的板或盘16）上，使得容器2绕其纵向/竖直轴线a旋转。如果容器如预期的那样旋转，则容器2内的液体3的表面4将不是如在容器2没有旋转和静止时的情况那样平坦和水平。相反，由于旋转导致的离心力，液体3将被迫远离中心轴线a朝向容器2的壁9。因此，在壁9处的表面4和轴线a处的表面4之间将存在高度差Δh。如果施加强旋转，则将在液体3的表面4中形成具有漏斗状形状或更一般地强湍流的涡流v或漩涡。
根据本发明的方法，捕获表面4的图像数据，以便分析表面4的形状或提取表面4的特定特征，诸如，例如其曲率，基于该特征检测容器2的旋转。在图1所示的实施例中，摄像机（即，光学传感器5）被用作成像装置10来捕获图像数据。摄像机可包括透镜15，诸如广角透镜或长焦透镜或变焦透镜或微距透镜，以便最佳地捕捉液体3的表面4的清晰和详细的图像。此外，尤其是为了提高对比度，可使用适于提供容器2的底部、顶部、后部、侧部和/或前部照明的照明单元8。照明可直接耦合到容器2中，例如通过将照明单元8集成到容器2布置/安装到其上的板或盘16中。制造容器2的材料（例如玻璃或塑料）以及容器2内的液体3可以充当由照明单元8发射的光的波导。照明单元8可发射可见光、红外（IR）光或紫外（UV）光。此外，可在照明单元8和/或摄像机5处布置滤光器，诸如偏振滤光器或彩色滤光器，例如附接到透镜15。
捕获的图像数据然后由图像分析处理器11处理，图像分析处理器11例如执行边缘检测和/或特征识别，并且基于提取的关于表面4的形状的形状数据来检测容器2是否正在旋转。然后，检测到的旋转数据可被提供给旋转指示器14，旋转指示器14例如向连接到马达17的控制单元（未示出）发送信号。
图2描绘了根据本发明的设备的第二实施例的概念图。在该实施例中，声换能器（即，声源/声音源12）与声传感器/声音传感器6一起被用作测量装置10来捕获测量数据。声音可在从10 Hz到20 kHz的可听频率范围内，和/或可以是在空气中在从20 kHz至高达1MHz的频率范围内或在液体中高达25 MHz的频率范围内的超声信号。声传感器6可以是基于激光的声传感器。由声传感器6提供的测量数据由处理器11处理。测量数据可采取图像数据的形式（例如，像声纳或超声波图像），其可以由适当的图像分析处理器处理。该实施例尤其适用于非透明容器，即，非透明容器不允许光穿过容器2的壁9或穿过液体2。
图3描绘了根据本发明的设备的第三实施例的概念图。在该实施例中，x射线源13（或其他高能辐射源）与x射线检测器7（或其他高能辐射检测器）一起用作成像装置10，以捕获测量数据。该实施例也尤其适用于光学不透明的容器和/或液体。
图4图示了被测容器2的横截面图，其中感兴趣区域ROI涵盖包含在容器2中的液体3的表面4。最初，感兴趣区域ROI可能是未知的，并且或者需要由设备的操作者手动调整，或者自动调整，例如在图像分析处理器11的帮助下调整。在图4中，可以清楚地看到，液体3由于容器2的旋转如何被压靠在容器2的壁9上，使得液体3的表面4具有弯曲的形状，以及在壁9处的增加的高度Δh。如果容器2左右摇晃，则两个相对的壁9之间的液体3的表面4的高度差Δh也将会很明显（如容器2的横截面图所示）。
在上述示例中，容器2被引起旋转运动。然而，容器2也可以布置/安装在板/盘16上，该板/盘16以其他方式搅动容器2，例如振动、摇动、敲击（rattle）或摇晃容器2，对于某些应用，例如引起平移运动。
图5示出了被测容器2的横截面图的照片，其中感兴趣区域ROI被标记为矩形。如可以看出，液体3的表面4在照片中呈现为暗区域，这是由于来自照明单元8（在这种情况下位于容器2下方）的光在液体3的被搅动的且因此湍流表面4上的反射。感兴趣区域ROI可例如借助于网格被划分成多个场并且网格的每个场内的暗（例如，黑色）像素的数量可使用像素计数器来确定。随后，可确定包含超过预定阈值的多个暗像素的那些场的位置，基于该位置建立关于表面4的外形或形状的信息。根据该信息，有可能检测容器2是否正在旋转、振动、摇动、敲击或摇晃（例如，特定的状态或运动种类）。甚至有可能确定容器运动的强度，例如它正旋转得多快。另外，通过捕获图像序列，有可能确定运动强度（即，旋转速率）是否正在变化，即。增加、减少或稳定。
在采用像素计数器的本发明的尤其简单的实施方式中，利用像素计数器（例如，对“暗”像素进行计数）来确定整个感兴趣区域ROI内强度高于某个预定灰度（例如暗度）级值的像素数量。如果该数量超过预定阈值，则认为液体3和容器2在运动。利用像素计数器确定的数量越高，液体3和容器2的运动越强。因此，运动的强度也可以根据利用像素计数器确定的暗像素的数量来确定。因此，该数量随时间的增加将指示液体3以及与其一起的容器2的运动增加，并且该数量随时间的减少将指示液体3以及与其一起的容器2的运动减少。因此，该数量随时间的增加将指示液体3以及容器2的运动增加，而该数量随时间的减少将指示液体3以及容器2的运动减少。
附图标记列表
1 驱动机构
2 容器
3 液体
4 液体表面
5 光学传感器，摄像机
6 声传感器/声音传感器
7 x射线检测器
8 带光源的照明单元
9 容器壁
10 测量/成像装置
11 （图像分析）处理器
12 声源/声音源
13 x射线源
14 运动/旋转指示器
15 透镜
16 可选择/可移动板/盘
17 马达/驱动器
Δh 高度差
A 容器的纵向/竖直轴线
ROI 感兴趣区域
v 涡流/漩涡

Claims (23)

1.一种用于监控自动检查系统的驱动机构（1）的方法，所述驱动机构用于引起部分填充有液体（3）的容器（2）运动，所述方法包括以下步骤：
-捕获所述容器（2）中的液体（3）的表面（4）的测量数据，特别是图像数据；
-从所述测量数据、特别是从所述图像数据提取关于所述液体（3）的表面（4）的形状的形状数据；
-基于所述形状数据检测所述容器（2）是否在运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，捕获测量数据、特别是图像数据通过以下装置中的一种来执行：
-光学传感器（5），更特别地，摄像机；
-声传感器（6），特别是超声波传感器或基于激光的声传感器；
-x射线检测器（7）。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：当借助于所述光学传感器（5）来捕获测量数据、特别是图像数据时：
-施加容器（2）的底部照明和/或顶部照明和/或后部照明和/或侧部照明和/或前部照明，特别是底部成角度的照明、顶部成角度的照明、后部成角度的照明或前部成角度的照明。
4.根据权利要求2或3所述的方法，进一步包括应用滤光、特别是偏振或颜色滤光的步骤。
5.根据权利要求2所述的方法，进一步包括以下步骤：生成频率范围从10 Hz至20 kHz的声信号和/或频率范围为在空气中从20 kHz至高达1 MHz或在液体（3）中高达25 MHz的超声信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，捕获步骤包括：
-确定包括所述容器（2）的一部段的感兴趣区域（ROI），所述液体（3）的表面（4）的至少一部分位于所述感兴趣区域内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，提取形状数据的步骤包括以下各者中的至少一项：
-确定表面（4）的形状；
-确定表面（4）的结构；
-确定表面（4）的轮廓；
-确定表面（4）的曲率或斜率；
-确定所述容器（2）的壁（9）处的表面（4）的高度和所述容器（2）的中心区域内的表面（4）的高度之间的高度差（Δh），特别是在容器（2）的纵向轴线（a）处，更特别是在容器（2）的竖直轴线（a）处；
-确定液体（3）内涡流（v）或湍流的存在。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述检测步骤包括以下各项中的至少一项：
-确定所述表面（4）的形状是否与预定公差内的预定模板匹配；
-确定曲率半径是否超过预定值；
-确定高度差（Δh）是否超过预定值。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述捕获步骤和/或所述提取步骤包括应用自动边缘检测和/或特征识别。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，所述提取步骤包括像素计数，特别是确定在所述感兴趣区域（ROI）内具有在预定强度区间内或高于预定义强度值的强度的像素的数量并且将所述数量与预定阈值进行比较。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述确定步骤包括：
-基于所述形状数据确定容器（2）的运动强度。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述捕获和提取步骤重复多次，特别是至少一次，并且所述确定步骤包括：
-基于在不同时间处确定的形状数据，确定容器（2）的运动变化，特别是运动强度的变化。
13.一种用于检查容器（2）内的液体（3）、特别是用于识别液体（3）中存在的颗粒的方法，其中，所述方法包括引起所述容器（2）的运动，例如旋转、振动、摇动、敲击或摇晃所述容器（2），并且还包括权利要求1至12中任一项所述的用于监控驱动机构（1）的方法。
14.一种用于在容器（2）中混合物质和液体（3）或对液体物质进行离心的方法，其中，所述方法包括引起所述容器（2）的运动，例如旋转、振动、摇动、敲击或摇晃所述容器（2），并且还包括权利要求1至12中任一项所述的用于监控驱动机构（1）的方法。
15.一种用于监控自动检查系统的驱动机构（1）的设备，所述驱动机构用于引起部分填充有液体（3）的容器（2）运动，所述设备包括：
-测量装置（10），特别是成像装置，特别是包括成像传感器；
-处理器（11），特别是图像分析处理器，其可操作地连接到所述测量装置（10），特别是所述成像装置，
其中，
-所述测量装置（10），特别是所述成像装置，适于捕获所述容器（2）中的液体（3）的表面（4）的测量数据，特别是图像数据；
-处理器（11），特别是图像分析处理器，适于从测量数据、特别是从图像数据提取关于表面（4）的形状的形状数据，以基于所述形状数据检测容器（2）是否在运动。
16.根据权利要求15所述的设备，进一步包括运动指示器（14），所述运动指示器可操作地连接到所述处理器（11）、特别地所述图像分析处理器，其中所述运动指示器（14）适于基于形状数据指示、例如显示关于所述容器（2）的运动状态的信息。
17.根据权利要求15或16所述的设备，其中，所述测量装置（10），特别是所述成像装置，包括以下各者中的至少一者：
-光学传感器（5），更特别地，摄像机；
-照明单元（8），其适于提供容器（2）的底部照明和/或顶部照明和/或后部照明和/或侧部照明和/或前部照明，特别是底部成角度的照明和/或顶部成角度的照明和/或后部成角度的照明或前部成角度的照明；
-声源（12），特别是超声波源；
-声传感器（6），特别是超声波传感器，更特别是超声波换能器，或基于激光的声传感器；
-x射线源（13）；
-x射线检测器（7）。
18.根据权利要求17所述的设备，进一步包括以下各项中的一者：
-透镜，特别是光学广角透镜或长焦透镜或变焦透镜或微距透镜；
-电磁透镜，例如磁体或电磁体布置结构，所述电磁透镜特别的适于引导或聚焦由所述x射线源（13）发射的辐射。
19.根据权利要求17或18所述的设备，进一步包括滤光器，特别是偏振或彩色滤光器。
20.根据权利要求17所述的设备，其中，所述声源（12）适于生成频率范围从10 Hz至20kHz的声信号和/或频率范围在空气中从20 kHz至高达1 MHz的超声信号或者在液体（3）中高达25 MHz的超声信号。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的设备，进一步包括像素计数器，特别地，所述像素计数器适于确定感兴趣区域（ROI）内具有在预定强度区间内或高于预定强度值的强度的像素数量，并且特别地，还包括用于将所述数量与预定阈值进行比较的比较器。
22.一种用于检查容器（2）内的液体（3）、特别用于识别液体（3）中存在的颗粒的自动检查系统，包括适于引起所述容器（2）运动的驱动机构（1），所述运动例如是旋转，振动、摇动、敲击或摇晃所述容器，并且进一步包括权利要求15至20中任一项所述的设备。
23.一种用于混合物质和液体（3）或用于对容器（2）中的液体物质进行离心的自动化系统，包括适于引起所述容器（2）运动的驱动机构（1），所述运动例如是旋转，振动、摇动、敲击或摇晃该容器（2），并且进一步包括权利要求15至20中任一项所述的设备。
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