CN118056125A - 用于装满容器检查的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对填充的容器进行异物检查的方法，所述方法包括：‑提供面状的照明装置，所述面状的照明装置被构造成用于发射透射待检查的容器的辐射，‑提供探测装置，所述探测装置被构造成探测已由所述照明装置发射的并且已透射所述容器的辐射并且基于所探测的辐射创建所述容器的记录，‑提供评估装置，所述评估装置被构造成评估由所述探测装置创建的记录，其中，所述探测装置相对于水平线以锐角α朝向待检查的容器(10)的底部区域(11)定向，并且位于所述容器底部(11)上的异物(26)被识别为在所述图像记录中的局部干扰。

Description

用于装满容器检查的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于对填充的容器进行异物检查的方法和设备，所述设备包括面状的照明装置、探测装置以及评估装置，其中，所述探测装置相对于水平线以锐角朝向待检查的容器的底部区域定向。

背景技术

本发明尤其用于使用在饮料工业、食品工业和制药工业的自动填充设备中，在该自动填充设备中，容器每小时以高达90000个瓶的高速度运输。容器在此在运输装置上引导，所述运输装置大多包括环绕的运输带或环绕的节链。

本发明尤其被确定用于检查填充的容器。在自动填充设备中，填充的容器在该填充后被检查可能的污物或异物。典型的异物在此是玻璃碎片，其在上游的容器处理步骤期间、例如在清洁期间、在填充期间或在封闭过程期间产生并且已经引入到容器中。这种玻璃碎片用常规方法仅能不充分地被识别。

此外，为了检查、尤其为了底部检查，容器必须从运输装置提升，使得能够在辐射技术上检测容器底部。为此，需要附加的装置，这些附加的装置使检查装置的总体结构复杂化。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提高用于对填充的容器的异物进行检查的设备的可靠性，并且尤其可靠地探测在填充的容器中的、位于容器底部的异物。同时，期望在此情况下降低检查装置的复杂性。

根据本发明提出了一种用于对填充的容器进行异物检查的方法，所述方法包括：提供面状的照明装置，所述面状的照明装置被构造成用于发射透射待检查的容器的辐射；提供探测装置，所述探测装置被构造成用于探测已由所述照明装置发射的并且已透射所述容器的辐射并且基于所探测的辐射创建所述容器的记录(Aufnahme)；以及提供评估装置，所述评估装置被构造成用于评估由所述探测装置创建的记录。所述探测装置在此相对于水平线以锐角朝向待检查的容器的底部区域定向。位于容器底部的异物在图像记录中被识别为局部干扰。

在本发明中利用了若干效应，这些效应令人惊讶地导致了，在填充的容器的情况下，能够以提高的可靠性来执行底部检查。

一方面，被填充的透明的容器在光学上如柱面透镜那样起作用。在填充的容器的透射光图像中可见的并且已透射容器的整个横截面的光来自围绕焦点或围绕容器柱面透镜的焦线的相对小的区域。因此，可以使用具有高的发光强度的相对窄的照明光学器件。照明装置大致通过作为柱面透镜的填充的瓶被成像到摄像机中。因为照明装置具有比待检查的容器更小的宽度或者具有比待检查的容器的直径更小的宽度，所以同时避免了干扰光直接在瓶旁边经过直接进入到探测装置中。相邻容器的干扰性反射也不会出现。由此，获得了在穿过瓶的有用光与干扰性的入射光分量或反射分量之间的显著更大的信噪比。

此外，还观察到了另外的光学效应，所述光学效应尤其在对填充的容器进行底部检查时会产生。当摄像机以锐角从上方指向容器的底部时，在容器底部的下棱边处发生全反射。由此，底部大致在整个面上发光，尽管在容器的下方存在常规的塑料链或金属链，在所述塑料链或金属链上运输容器。

位于容器底部上的异物、尤其是透明的玻璃碎片亦或容器壁的缺陷也附加地导致光折射效应并且导致在由探测装置创建的图像记录中的可识别的干扰。这样的干扰可以被识别和被分类。

本发明可以用于检查由任意透明材料制成的容器。本方法尤其适用于检查玻璃容器，如透明玻璃瓶、有色玻璃瓶以及透明塑料容器，如PET瓶。

面状的照明装置优选具有小于待检查的容器的宽度或直径的宽度。为此，该照明装置的宽度可以有利地适配于相应的检查任务。饮料工业中通常使用的瓶是圆柱形的并且具有在约5cm和15cm之间的直径。不同地，制药工业中使用的容器可以明显更小并且具有在大约1cm和3cm之间的直径。因此，面状的照明装置优选可以具有小于4cm、优选小于2cm并且尤其优选小于1cm的宽度。

面状的照明装置可以优选具有待检查的容器的直径的10％至90％的宽度。面状的照明装置可以优选具有待检查的容器的直径的20％至80％的宽度。面状的照明装置可以优选具有待检查的容器的直径的30％至70％的宽度。

利用本发明可以检查具有不同形状的容器。不管容器的形状如何，直径应理解为具有最小规模(Ausmaβe)的尺寸(Abmessung)。如果照明装置具有比容器的定义直径更小的宽度，则因此确保了没有光能够在容器旁边经过在直接路径上到达探测装置中。

照明装置的高度也可以有利地被适配于相应的检查任务。可以选择面状的照明装置的高度，使得该高度大致相应于待检查的容器的高度。面状的照明装置可以具有小于30cm、优选小于25cm并且尤其优选小于15cm的高度。

优选地，照明装置的辐射面的高度和/或宽度是可设定的并且可以被适配到相应的容器尺寸上。为此，可以设置有挡板，该挡板限制照明装置的辐射面。这样的挡板可以用马达驱动地可调节地实施，使得挡板例如在检查装置初始化时自动被适配于待检查的容器的大小。

照明装置优选地被设置用于发射电磁辐射。此外，照明装置优选被设置用于发射可见范围中的光。此外，照明装置可以被构造成用于发射UV光或红外光或者它们的组合。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。

照明装置可以构造为平面的发光器件，其发射基本上单色的、例如白色的可见光。

面状的照明装置也可以具有多个单独的辐射源。这些辐射源可以是LED、LCD或OLED。照明装置的单独的辐射源在这种情况下则可以附加地根据容器形状被操控，从而由此可以改变照明装置的辐射面的大小。

如果使用具有带有不同辐射特性的照明区域的照明装置，则可以进一步提高检查精度。例如，照明装置可以被实施成用于产生经颜色编码的照明。在此，“经颜色编码的照明”理解成，所述照明具有任意的几何颜色图案。玻璃碎片或玻璃剥落物引起光折射。通过该光折射，局部的色调在由探测装置创建的图像记录中改变。在全反射单独仅导致图像记录的相对小的强度变化的情况下，仍然可以从色调的局部变化推断出在容器底部上的异物或缺陷。

经颜色编码的照明例如可以是由多个相叠布置的水平照明条构成的条纹图案，其中，照明条分别发射不同颜色的光。光以不同的角度射到容器底部上、在那里全反射并且偏转到探测装置中。由于玻璃剥落物的位于容器底部上的玻璃碎片，出现全反射的干扰以及光折射，由此由探测装置检测的辐射的颜色组成发生改变。这种改变色调的特性使得能实现识别在容器底部上的这种缺陷，否则这些缺陷仅通过图像记录中的对比度差异和透明度差异就不能被识别。

为了产生经颜色编码的照明可以在照明装置和待检查的容器之间的光路中设置有色膜。然后，有色膜相应地具有有色图案，由此形成各个照明区域。

如果面状的照明装置具有多个单独的辐射源、如上文已经提到的LED或OLED，则经颜色编码照明可以特别灵活地设计。尤其，当照明装置由多色LED和UV-LED组成时，可以通过软件参数化来设定预设的经颜色编码的照明。然而，可以设定任意的颜色图案。

附加地，可以使用漫射器，以便获得在各个照明区域之间的平滑颜色变化曲线。这可以进一步提高所述设备的灵敏度。

照明装置也可以由投影仪(Beamer)或幻灯机(Projektor)形成。投影仪具有的优点是，能够在软件方面预设任意的颜色图案。由此，可以以有针对性的型式和方式使用颜色图案，所述颜色图案专门与特定的容器形状适配。因此，尤其在目前常用的单独瓶中可使用特殊的图案。这样的图案例如可以特别适合于检查具有特定压纹的单独瓶。

所述照明区域不必强制性地实施成用于发射不同的颜色。备选地或附加地，照明区域也可以在其他发射特性方面不同。除了所发射的颜色之外，不同的照明区域也可以在所发射的光的极化、强度和/或相位方面彼此不同。经颜色编码在此仅仅例如针对该发射特性被列举并且被更详细描述。

照明装置可以脉冲式地运行并且被控制，使得仅当待检查的容器位于照明装置前方时才发出辐射脉冲。备选地，照明装置也可以连续地运行。

探测装置优选是商业通用的彩色摄像机、尤其是半导体摄像机。同样可以使用红外-和UV摄像机。为了避免或减少运动模糊，可以使用具有短的封闭时间的快门摄像机。当照明装置连续地运行时，这是特别有利的。

优选地，探测装置探测每个待检查的容器的记录。由此，可以保证检查的高速度。备选地，探测装置可以从每个待检查的容器探测多个记录。这些记录可以在时间上错开地被探测，例如在时间上错开100μs至1000μs，优选约300μs。在时间上错开的记录优选根据待检查的容器的运输速度来探测。由于三维容器结构、例如装饰性元件产生光散射，在时间上错开的记录可以更好地识别装饰性元件的区域中出现的局部的颜色反差。还可以想到设置多个探测装置，这些检测装置分别被构造成用于探测待检查的容器的至少一个记录。优选地，探测装置被布置成，使得检测装置可以从不同的记录方向生成待检查容器的记录。

如果生成待探测的容器的多个记录，则可以在不同的图像之间操控照明装置，使得记录之间的照明可以改变。因此，对于每个记录可以产生各自的颜色图案。例如，从照明区域发射的颜色可以改变。备选地或附加地，照明区域的形状可以变化。例如，在第一记录中可以使用竖直的条形照明区域，而在第二记录中使用水平的条形照明区域。由此，可以最佳地突出不同的三维结构，例如竖直或水平定向的结构。

通常，利用摄像机在RGB颜色空间中创建容器的彩色图像。评估装置有利地被构造成，将由探测装置创建的、待检查的容器的记录转换为在HSV或HSL颜色空间中的记录。HSV颜色空间产生颜色值记录或颜色值H、亮度记录或亮度值V或L、和饱和度记录或饱和度S。亮度记录相应于使用单色辐射源的传统检查装置的记录并且能够推断出局部亮度反差。

这些亮度反差可能归因于被检查的容器的底部上的异物。颜色值信号H同样可以被用于进一步评估。除了亮度反差中的干扰之外，异物应当也具有颜色反差中的局部干扰。

因此，如果局部亮度反差与局部颜色反差一致，则由评估装置在该区域中探测三维异物、例如玻璃碎片的存在。此外，饱和度S可以被用于判断颜色反差信号的显著性。

通过该特定的评估装置也可以识别如玻璃剥落物的结构，所述结构基本上没有引起局部亮度反差或者仅仅引起小的局部亮度反差，但是引起局部颜色反差。玻璃剥落物可能是容器中的玻璃碎片的提示。因此，这样的容器不应进入流通(Verkehr)。利用常规的方法，这样的玻璃剥落物通常不能被探测到。

为了进行图像评估，使用合适的滤波和分类方法。

利用本方法也能够实现对容器的360°检查。为此，可以设置两个彼此相继布置的检查站。原本就在运输装置上输送的容器在此依次被供应给这两个检查站。在检查站之间容器在运输期间旋转90°。由此，在两个彼此正交的取向上检查容器。

评估装置能够根据检查结果控制容器的分拣。在容器底部探测到异物或玻璃剥落物的容器优选通过提取装置从填充过程中分拣出。

本发明还涉及一种用于对填充的容器进行异物检查的设备，所述设备包括：

-面状的照明装置，其中，所述照明装置被构造成用于发射透射待检查的容器的辐射，

-探测装置，所述探测装置被构造成用于探测由所述照明装置发射的并且已透射所述容器的辐射，并且基于所探测的辐射创建所述容器的记录，和

-评估装置，所述评估装置被构造成用于评估由所述探测装置创建的记录，

其中，所述探测装置相对于水平线以锐角朝向待检查的容器的底部区域定向，并且

其中，位于所述容器的底部上的异物被识别为所述图像记录中的局部干扰。

附图说明

以下将通过附图对本发明进行更详细描述。在此，示出：

图1示出根据本发明的检查装置的俯视图；

图2示出根据本发明的检查装置的侧视图；

图3示出在填充的玻璃瓶中的光路；

图4示出在空玻璃瓶中的光路；

图5示出在具有方形的自身玻璃异物的填充的玻璃瓶中的光路；

图6示出在具有球形的自身玻璃异物的填充的玻璃瓶中的光路；

图7示出具有玻璃碎片的容器底部的彩色图像记录。

具体实施方式

在图1中以俯视图绘出根据本发明的检查装置。在检查装置中检查容器10、例如玻璃瓶的异物。容器10在运输装置12上被传送通过检查装置。为了识别异物，设置有面状的照明装置14和探测装置16。由面状的照明装置14产生的辐射由填充的容器10成像到探测装置16中，所述填充的容器如柱面透镜起作用。由于照明装置14比容器10的直径更窄，所以仅穿过容器10的辐射被成像到探测装置16中。

所述面状的照明装置14被实施成用于产生经颜色编码的照明。如在图2的侧视图中所示，照明装置14在此水平地分段并且具有条纹图案。条纹图案由彼此相叠布置的、条形的照明区域18a-18n构成。这些条形的照明区域18中的每个照明区域发射不同颜色的光。

探测装置16是商业通用的CCD摄像机。该探测装置相对于水平线成锐角α地布置，并且朝向容器10的底部区域11定向。探测装置16被实施成，使得仅探测来自容器底部11的方向的辐射。为此，探测装置16设有相应的挡板20。

在容器底部11处，光束从容器逸出时发生全反射，使得来自多个照明区域18的辐射从整个容器底部11成像到探测装置16中。

在图3至图6中，示意性地借助于具有传统的GdB瓶形式的容器10来阐释光路。在所有图3至图6中，容器10位于具有5个相叠布置的照明区域18a-e的、水平分段的照明装置14与探测装置16之间。对于多个示例性的入射射束22，分别绘入了所计算的光路。

在图3中示出在用水填充的GdB瓶中的所计算的光路。如可看出的那样，在这样的填充的容器中，来自所有不同照明区域18a-e的光在容器底部11处被全反射，并且被成像到探测装置16中。容器底部11在这种记录中显现为明亮区域，因为来自所有不同照明区域18a-e的光被叠加并且被成像到探测装置16中。

当容器10中没有水时，不发生全反射。这种情况在图4中呈现。在这种情况下，只有从容器底部11下方指向容器10的辐射将被成像到探测装置16中。在使用具有塑料链或金属链的传统的运输装置12的情况下不能实现这样的光路，因为这些运输装置不允许从下方进行照明。

在图5和图6中示出了在用水填充的GdB瓶中的所计算的光路，其中，在容器底部11上分别存在方形的(图5)或球形的(图6)自身玻璃异物24。在这两种情况下，异物24上的光折射改变了光路，从而由此使来自其他照明区域18的光被成像到探测装置16上。由此，局部地改变了被成像到探测装置16中的总射束的颜色组成。该颜色干扰可以被用于探测所述异物24。

在图7中绘出了容器10的利用根据本发明的方法创建的记录。该记录示出两个小的碎玻璃26，所述碎玻璃呈现为在容器底部11的区域中的局部颜色空间的明显的干扰。利用传统的透射光方法，这些碎玻璃26不能被识别出。

附图标记列表

10 容器

11 容器底部

12 运输装置

14 照明装置

16 探测装置

18a-k 照明区域

20 挡板

22 光束

24 异物

26 碎玻璃

Claims (10)

1.一种用于对填充的容器(10)进行异物检查的方法，所述方法包括：

-提供面状的照明装置(14)，所述照明装置被构造成用于发射透射待检查的容器(10)的辐射，

-提供探测装置(16)，所述探测装置被构造成用于探测已由照明装置(14)发射的并且已透射所述容器(10)的辐射，并且所述探测装置被构造成用于基于所探测的辐射创建所述容器(10)的记录，

-提供评估装置，所述评估装置被构造成用于评估由探测装置(16)创建的记录，

其中，探测装置(16)相对于水平线以锐角α朝向待检查的容器(10)的底部区域(11)定向，并且

其中，位于容器底部(11)上的异物(26)被识别为在所述记录中的局部干扰。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述面状的照明装置具有小于所述待检查的容器的宽度或直径的宽度。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述照明装置的辐射面的高度和/或宽度是可设定的并且能够被适配于容器尺寸。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述面状的照明装置具有带有不同的辐射特性的区域。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述面状的照明装置被实施成用于产生经颜色编码的照明。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述面状的照明装置具有多个单独的辐射源。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述单独的辐射源是LED、OLED、彩色LED、IR-或UV-LED。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述照明装置是投影仪或幻灯机。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，记录多个图像，并且控制所述照明装置，使得为每个记录产生各自的颜色图案。

10.一种用于对填充的容器(10)进行异物检查的设备，所述设备包括：

-面状的照明装置(14)，其中，照明装置(14)被构造成用于发射透射待检查的容器(10)的辐射，

-探测装置(16)，所述探测装置被构造成用于探测已由照明装置(16)发射的并且已透射所述容器(10)的辐射，并且所述探测装置被构造成用于基于所探测的辐射创建所述容器(10)的记录，和

-评估装置，所述评估装置被构造成用于评估由探测装置(16)创建的记录，

其中，探测装置(16)相对于水平线以锐角朝向待检查的容器(10)的底部区域定向，并且

其中，位于容器(10)的底部上的异物(26)被识别为在所述记录中的局部干扰。