CN1200175A - 用于检测充满啤酒的玻璃瓶中的玻璃颗粒的方法与设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于检测充满啤酒(10)的瓶(1)中的玻璃颗粒(12)的方法和设备(100)。啤酒(10)被带动相对于瓶(1)旋转,通过一个CCD摄象机(40)可以从该瓶子处获得连续的图象。摄象机的光轴(41)与瓶(1)的轴线(13)的夹角α为大约135°。瓶(1)从其下方照亮。这些连续的图象彼此相减从而检测从玻璃颗粒上折射出的光线。这种检测要重复多次。因而本发明提供的检测方法在灵敏性和可靠性上有所提高。检测设备(100)包含一个输送盘(103),输送盘上装有一组摄象机,每个摄象机服务于一个瓶子。对一个系统中通过8个摄象机共用一个图象处理系统从而节约了费用的方法进行描述。

Description

用于检测充满啤酒的玻璃瓶中的玻璃颗粒的方法与设备

本发明涉及一种用于检测充满一种饮料，例如啤酒的玻璃瓶中的玻璃颗粒的方法与设备。

已有几种用于检测盛于一个透明容器中的一种液体里的杂质颗粒的方法被提出。这些方法中重要的一类是使用至少一个摄象机以从容器及其盛放物中获取一个图象，并采用一种图象处理技术处理由摄象机获取的图象，从而确定液体中是否有杂质颗粒(即不希望有的物质)。一方面，为了使图象处理装置能够区分从容器获得的图象与从液体中颗粒获得的图象，需采用一种专用旋转/停止技术。此外，首先使容器以一定的转速绕其纵向轴线转动，并持续足够的时间使得容器中的液体与容器一起转动(用“旋转”表示)。其次，容器旋转突然停止；但液体仍然旋转。这样，可以得到容器与其盛放物的两个图象，再将这两个图象彼此相减。由于容器停止旋转了，因此两个图象中源于容器的细节会完全相同，在图象相减时相互消除了。另一方面，源于液体或源于液体中的杂质颗粒的图象的细节则在两个图象中相互置换，这样它们会在减色后仍可见。

为了获得容器及其盛放物的一个图象，各种方案已被提出。其中一些方法可以认为是“透射法”：这里，光源发出的光穿过被检测的容器，摄象机对着光源放置，这样，摄象机的轴线与光源轴线呈180°。其他技术可以认为是“向回反射法”：这里，光源发出的光被容器及其盛放物反射回来照到邻近光源放置的摄象机上，这样，摄象机轴线与光源轴线呈一个小角度，通常为0°至30°之间，后面方法的一个派生方法可以认为是“侧向反射法”；这里，光源发出的光被容器及其盛放物向侧向反射到摄象机上，摄象机的放置使得摄象机的轴线与光源轴线呈大约90°。

上述几种方法已经在一些领域，如制药业中使用并取得不同程度的成功。本发明的目标是瓶装饮料行业特别是瓶装啤酒。在下文中，本发明将针对啤酒作出解释，但应记住，对于其他饮料也可用相同的办法解决相同的问题，因此本发明的范围也延伸到其他饮料中。

在生产瓶装啤酒中，质量控制的一个重要方面是检测瓶中是否有玻璃颗粒。显然，用于人类消费的饮料中是不允许存在玻璃颗粒的，一个瓶中若含有这种颗粒则将视为废品。尽管在这个领域中，质量控制是永远受到重视的事情，但上述几类方法中没有一种被证明能足够成功地检测到啤酒中的微小玻璃颗粒。特别小的颗粒，在0.2毫米级别上，已证明非常难检测出，已知的方法和设备在检测这种颗粒时，其确定性和可靠性均不令人满意。

目前使用的方法与设备由于其效果不令人满意，这是由许多有关瓶装啤酒业的特定问题导致的。

第一类问题涉及到瓶子的形状。一个啤酒瓶的底部，从瓶内看，不是象制药业与医疗业中使用的玻璃瓶那样的平面或内凹形，而是内凸形。换言之，当啤酒瓶竖直向上站立时，其底部形状是在瓶内中央向上呈山形。由于这种形状，玻璃颗粒在瓶中趋向于集中在瓶底边缘处，即由上述山形的根部与瓶子侧壁形成的角落处。在这个位置上，由于瓶子此部分的光学性能所限，因而很难用视觉检查出玻璃颗粒。一方面，此处的玻璃弯曲得相对更加剧烈。另一方面，瓶底外部的周边呈特定轮廓，即“滚花”形状，而且瓶子外壁下部还会有划痕，经常达到使此部分的外壁不透明因而不能获取图象的程度。这种情况还会因瓶子在加工过程中会留下模具痕迹而加重。

第二类问题涉及到瓶中液体的品种。饮料，如啤酒中，含有一定量的溶解气体，通常为二氧化碳，当液体受到扰动时会产生气泡。这些气泡会影响光学检测方法。显然，检测方法应能辩别不希望有的玻璃颗粒和Co₂气泡，否则，会有许多合格的瓶装饮料会因为含有绝对无害的物质，如Co₂气泡或其他溶解气体而被当作废品。

本发明的总的目标就是提供改进的方法和设备，在检测充满饮料，如啤酒的瓶中的玻璃颗粒时检测效率和可靠性会有提高且克服上述的问题。

更具体地讲，本发明的一个目的就是提供一种检测方法和设备，适合于检测小至0.2毫米的玻璃颗粒。这种方法与设备最好能够检测范围在0.2毫米至10毫米(或者更大)的玻璃颗粒。在这点上，可以看出可以预期的瓶中含有的颗粒的体积上限是由瓶口直径所决定的。

再具体一些，本发明的一个目的是提供这样的检测方法和设备：能够满足上述要求，且能够用于一个制造车间的瓶装生产线上，而不会对生产速率造成负面影响。

本发明的进一步的目的是满足上述要求而且节约费用。

上述目的可以由权利要求中限定的方法和设备实现。

下面通过附图对一个最佳实施例进行解释，将使本发明的上述以及其他方面、特性和优点更加清楚。附图包括：

图1为根据本发明的用于检测瓶装啤酒中的玻璃颗粒的设备结构简图；

图2为时间坐标图，显示出本发明的工作过程；

图3为组装在一条生产线上的一个检测设备的俯视简图；

图4为一个输送盘的侧视图，简要说明了数据传输方法；

图5为一个输送盘的侧视图，简要说明数据传输的一种优选方法；

图6A-B显示了一种低成本的最佳实施例的图象处理示意图。

在图1中简要显示了一个啤酒瓶1上有一个中轴线13、一个颈部2、一个大体上为圆柱形的侧壁3和一个瓶底4。侧壁3的下面部分5上通常有划痕，这会降低此部分的光学性能；下面部分5上因而还被称为“划痕部分”。瓶底4上的中心部位6向瓶内凸出，即它为小山形；这一中央部位也被称为“山体部分”。瓶底4有一个外缘7，外缘7的下方有齿形轮廓或“滚花”8。在这个外缘7处，瓶1的上述山体部分6与瓶1的划痕部分5相交。瓶1中充满啤酒10，啤酒中会含有CO₂气泡11。

图1中显示的啤酒瓶1位于检测站20中，从而检测瓶1中是否含有玻璃颗粒12。检测站包含一个辅助机架21。瓶1相对于机架21牢固夹持住，其夹持工具大体由22表示出并夹住瓶2的颈部2。夹持工具22的结构对本发明来说并不重要，其详细知识对于要理解本发明的技术人员来说也不是必需的；因此夹持工具22将不作详细解释。

检测站20包含一个照明装置30，它可通过任何适合的固定装置23固定在辅助机架21上。照明装置30可产生一束可见光31并将光束31指向瓶1的底部4，其方向32基本对中在瓶1的中心轴线13上。光束31的宽度足够照亮山体部分6，最好能完全照亮瓶底4。照明装置30的性质和结构对于本发明来说并不重要，其详细知识对于要理解本发明的技术人员来说也不是必需的；因而照明装置30的详细解释被略去。以下的解释就足够了：照明装置30上包含一个照明光源33，如一个激光器或一个卤光灯；两个光学装置34、35用于光束31的成形定向，如一个透镜34和一个反射镜35。

检测站20中还含有一个摄象装置40，优选的装置为一个CCD(电荷耦合器件)摄象机。摄象机40通过任何适合的固定装置24固定在辅助机架21上。这样，根据本发明的一个重要方面，瓶1相对于摄象机40静止地夹持固定着。摄象机40有一个光轴41，根据本发明的另一个重要方面，光轴41与光束31的方向32的夹角α为120°至150°。优选的结构是，夹角α大约为135°，如图1所示。摄象机40的光轴41与瓶1的中心轴线13交于S点，S点接近山体部分6的顶部。在实际中，交点S在山体部分6顶部上方距离很近处，如图所示。优选的结构是，摄象机40的放置使得其焦点或焦面与上述交点S基本重合。镜片可以选择为：使得在图象摄制结构的光轴方向上的视野深度确保相对长些，这样就可根据瓶1的尺寸选择视野深度。

可以看到，摄象机40本身可以放置在不同的位置和/或不同的角度，而摄象机的光轴可通过光学装置，如反射镜，用图示那样的方法指向瓶1。然而，为了最大程度地消除可能出现的机器振动的影响，这种光学反射装置就不是优选的；取而代之，优选的结构是摄象机40直接从瓶1接收到光，即不通过任何中间的光学反射装置。

另外还可以看到，为了最大程度地防止因可能出现的机器振动而引起的瓶1的振动的发生，瓶1的下部，如划痕部分5，可以用任何适合的支承装置相对于辅助机架21固定住，然而为了简化，在图1中未画出这种支承装置。

上述检测站20的特性具有重要的优点，这将使得玻璃颗粒-如果有的话-会被优选的摄象机40检测出。通过下面的解释将理解这点。通常，光束31将不受阻碍地通过瓶1的底部4，即没有或最多只有很小一部分光沿方向α折射出去，即指向摄象机40。此外，几乎没有光能照射在侧壁3上的侧壁3与摄象机40的光轴41的交点处，因而侧壁3自身几乎不会向摄象机发出任何光。事实上，摄象机40“注视”着山体顶部而不会被可能有的划痕干扰，这是由于摄象机40的光轴41与侧壁3的交点正好高于划痕区；此外摄象机也不会被可能有的气泡11干扰，这里由于啤酒10中的气泡11全都有向上漂浮的趋势，会离开摄象机的“视线”区域。这样，在正常情况下，几乎没有光能照到摄象机40，即摄象机会产生一个“黑暗”的图象。最差的情况下，摄象机40也只能收到从瓶1而来的极微弱的光线信号。

另一方面，固体颗粒，如玻璃颗粒将受重力影响而趋于集中在瓶底4。玻璃颗粒具有折射能力，即当光线穿过啤酒-玻璃界面并接着再穿过玻璃-啤酒界面时，玻璃颗粒允许光线穿过并通过折射作用改变其方向。由于这种折射能力的作用，一些照射到玻璃颗粒上的光会相对其原方向偏移45°，从而指向摄象机40，这种情况下，摄象机40就会收到强光信号。换言之，本发明的优点即在于其利用了玻璃颗粒的光学特性，即折射能力，从而使只源于玻璃颗料的光到达摄象机40上。这样的结果是，玻璃颗粒12上引起的到达摄象机40的光信号要强于瓶子部分的信号。这一技术可以称为“折射法”。

如上所述，瓶1相对摄象机40保持固定。而瓶1中的啤酒10则在瓶1中旋转，这将详细解释。由于啤酒10在瓶1中旋转，因而如果有玻璃颗粒的话，玻璃颗粒将被带动着在瓶1中沿一个旋转路径运动。这种情况的一个重要特征就是这些颗粒相对于摄象机40是运动的。因而，在摄象机获得的两个连续的图象中，这些颗粒的位置是不同的。这两个图象通过处理，如减色法，可消去由静止的瓶子产生的静态图象，因而由运动的颗粒产生的图象就明显了。

这样，这种技术的本质就清楚了。然而，根据本发明，这种技术的精度还会提高。考虑到由于检测方法为“折射”式，其特征在于摄象机有转角α，使得由瓶子产生的图象原则上要弱于由玻璃颗粒产生的图象。此外，考虑到摄象机40基本上直接注视着瓶底4的山体部分6的顶部邻近区域，由于避开了侧壁3上的划痕部分5，因此瓶子产生的图象就相对少些；此外，由于CO₂气泡11趋于向上移动，不在摄象机视野内，故基本上不会产生图象。由于这些因素，再加上瓶1相对摄象机40保持固定不动，因此，由玻璃颗粒以外的因素产生的图象在用减色技术消除时，其消除程度要大于现有技术。接下来，这意味着根据本发明的检测技术对于小颗粒(小至0.2mm甚至更小的颗粒)，其灵敏度要高于现有技术。

如前所述，瓶1位于检测站20中时，瓶1被夹持固定在检测站内，而瓶1中的啤酒10则相对瓶1做旋转运动。啤酒10的这种动作由旋转/停止技术而来，其原理已知：通过转动装置使瓶1旋转，再突然使瓶1停止转动。旋转装置可以从瓶颈部分2处抓住瓶1；或者，旋转装置可以含有一个皮带系统，用皮带作用在瓶1的侧壁3上。然而，由于旋转装置的结构并不是本发明的主题，其知识对于一个要理解本发明的技术人员来说不是必需的。此外，这种旋转装置结构也已知。因此，旋转装置的详细结构不再详细描述，且为了简化起见，旋转装置不在图中显示。

当旋转瓶1时，旋转的瓶1作用在啤酒10上并传给啤酒一个旋转流动动作。这样，有两个产生的效果值得一提。首先，流动的啤酒引导玻璃颗粒12运动，如果有颗料的话。第二，在受扰动的啤酒中会产生CO₂气泡。

玻璃颗粒12在瓶1中的运动路径相对复杂，这是因为每个玻璃颗粒受到三个力的作用：

旋转啤酒作用的拉力将使玻璃颗粒沿着绕中心轴线13的旋转路径运动；离心力将使玻璃颗粒移向瓶1的侧壁3；重力将使玻璃颗粒向下移向瓶底4。

其结果是，玻璃颗粒将趋于集中在角落9处，在此处，较小的颗粒(大约0.2mm)可能会看不见。为了使这些小的玻璃颗粒也能被摄象机看到，需迫使它们移向瓶底4的中心部位，即它们必须“登上”山体部分6。实现这个动作的作用力在啤酒的旋转运动减速时会产生，它是由外壁3与中心轴线13间的液体压差引起的一束液流而产生的。在外壁3附近，液位高因而压力也高，在中心轴13附近，液位低因而压力也低。上述液流应足够强从而能迫使小的玻璃颗粒移上山体；另一方面，上述液流还不能过分强而使得玻璃颗粒移上山体后又被迫上移而与CO₂气泡混合。理想的状态是，玻璃颗粒相对缓慢地移到山体部分6的中央处而同时CO₂气泡则向上浮动并离开摄象机视野。应注意，一般说来，大的颗粒不是必须移上山体，至少不必完全移上山体，因为它们既便是位于角落9处，也会产生相对强烈的、清晰可见的信号。

关于CO₂气泡的产生，本发明将寻找一种方法完成旋转/停止过程，使CO₂气泡产生得尽可能少。

下面，根据图2将解释一个本发明的最佳实施例，该例可以达到上述目标。图2中横坐标代表时间(t)，纵坐标代表转速(w)。

优选的旋转/停止技术实施过程如下：

1)在l＝l_o处，瓶子将以基本恒定的加速度值加速，直到旋转速度达到1000转/分；这个加速过程占时间约0.1秒。这一阶段表示为“加速阶段A”。

2)在t＝t₁处，加速停止，旋转速度保持在1000转/分约0.7秒。这一阶段表示为“恒速阶段C”。

3)从t＝t₂开始，瓶子开始以基本恒定的减速度减速，在大约0.1秒左右停止旋转。这一阶段表示为“减速阶段D”。

4)瓶子在l₃处停止转动，可能存在的玻璃颗粒在允许时间t_w内向山体部分6上移动，同时CO₂气泡在允许时间内上浮，这些应在任何测量开始前完成。这一阶段表示为“等待阶段w”。合适的等待时间t_w大约为0.2秒。

如前所述，摄象机40会获得至少两个图象，而且这两个图象要相互比较。摄象机可以是电视摄象机，但优选采用的是CCD摄象机。由摄象机40获得的图象将进一步处理，摄象机40的输出端联接着图象处理装置50。图象处理装置可以是一个标准的图象处理装置，也可以是一台计算机。由于图象处理装置50的性质和结构不是本发明的一个内容，其知识对于要理解本发明的技术人员来说也不是必需的，且这类图象处理装置本身也是已知的，因此不再对其作详细讨论。

对于本领域普通技术人员来说，很明显，这种图象处理装置50可以通过比较连续的图象来识别运动着的目标。这个目标可能只在一个图象中可见，也可能在两个图象中出现但位置不同；在这两种情况下，通过图象减色可以产生一个强烈的目标信号。然而，实验表明：小的玻璃颗粒，即使它们处在摄象机视野之内，也不是必然能将其吸收的的射入光折射并发送到摄象机上。换言之：小的玻璃颗粒不是在所有时间内都可见。

根据本发明，下面将对这一点进行解释。发出光的方向取决于玻璃颗粒的形状以及玻璃颗粒相对于射入光的角度；由于玻璃颗粒是运动的，所以上述角度是变化的，因而发出光的方向也是变化的。可以说，从这种运动的玻璃颗粒上发出的一条或一束光线会“扫”过空间，并不时“到达”摄象机。如果某一时刻提供给图象处理装置的图象正好处于运动着的玻璃颗粒发出的光没有“到达”摄象机时，则颗粒不会检测到。相信与之相同的现象也会出现在现有技术中，且至少为现有技术在检测小的玻璃颗粒时，特别是这些颗粒在0.2mm至1mm范围内时，会出现令人不满意的表现。

基于对上述提到问题的理解，根据本发明的检测玻璃颗粒的方法在检测可靠性上有所提高，这是因为，获得两个图象并对其进行比较的周期要完成一次以上。这一点在图2中也被显示出来，在时间t_i1、t_i2、t_i3等处会相应地提供图象I₁、I₂、I₃等。这一阶段表示为“重复测量阶段RM”。

有一个最佳实施例已被证明同时具有优秀检测可靠性和可接受的测量时间，该实施例完成上述周期过程大约20次。在每个检测周期，比较前面所说的两个图象会产生一个比较信号，可以显示出摄象机视野内的移动物的存在。如果被检测的一个瓶子在至少一次上述周期中，其比较信号显示出瓶内有至少一个移动目标，则这瓶饮料将被视为废品。

感谢上述的重复检测周期，它使得一个颗粒在所有图象中均不被发现的可能性显著减小了。

由于上述的重复检测周期，消耗在每个受检瓶子上的测量时间相对长些：大约在1秒钟的量级上。如前所述，在测量时间内，受检瓶子相对于摄象机必须保持完全静止。考虑到本发明涉及健康方面，每瓶由生产线上制造出的饮料都要检测其是否含有玻璃颗粒。另一方面，优选的检测方法应不会降低生产线的制造能力。初看起来，这些要求互相冲突，然而，本发明提供了一种设备可以实现上述检测方法，并能满足所有上述要求。

根据本发明，一个检测设备100中包含一组检测站20，每个上述的检测站20中包含一个前面所描述的摄象机40，检测站可以在入口位置101处接收一个瓶1，夹持住受检瓶1，并将受检瓶1运送到出口位置102处。在如图3所示的最佳实施例中，检测站20的辅助机架21安装在第二个辅助机架103上，机架103相对于静止的外界可以旋转。第二个机架103可以是盘形或轮形等形状，并在下文中称作“输送盘”。输送盘103和辅助机架21可以一体地组合成一个单一的系统。输送盘103通过旋转驱动装置的作用而旋转，该驱动装置为了简化因而没有画出。

图3简要描绘出一个将啤酒注入瓶1的生产线200。充满啤酒的瓶1通过传输装置201运输到一个旋转/停止站110处，在这里，瓶1先被旋转再突然止住，如前所述。从旋转/停止站出来后，瓶1被输送到输送盘103的入口位置101处，在此处它们通过传递装置210被引导着进入相应的检测站20。检测站20带着瓶1从入口位置101绕输送盘103的旋转轴104运行一段轨迹，到达出口位置102，在这里通过第二个传递装置220，瓶1被移出检测站20并移到传输装置202上作下一步处理。还装有一个废品站，它受控制系统130的控制。控制系统接收图象处理系统50传来的信息，并根据图象处理系统50的信息控制废品系统120剔除或通过瓶1。

由于上述的安排，每个瓶1在其位于输送盘103上时，都有一段特定的时间用于检测，而单位时间内通过输送盘103的瓶子数正好等于这一单位时间内在生产线200上完成生产的瓶子数。换言之，生产线200的生产能力不受影响。

在一个最佳实施例中，每个输送盘上的检测站20的个数为24。完成一次检测的时间为0.7秒，而非检测时间，包括输入输出传递时间为0.7秒左右，则输送盘103的转速为43周/分。这样，根据本发明的设备100可以在每小时内检测60,000个以上的瓶子。上述计算基于直径大约85厘米的输送盘，这样的输送盘可以容纳于现有的生产线中。

为了提高设备100的能力，可以增加每个输送盘上的摄象机的个数；这将导致输送盘103的直径。另一种方法则是增加输送盘103的个数。在这方面应注意，在上述条件下，适宜的旋转速度为大约1000转/分，如前所述。然而，如果输入传递时间必须增加或缩短时，旋转速度应使瓶中液体/颗粒在检测时间区内的流动特性为最佳。

输送盘103上包含一组摄象机40以及一组图象处理系统50，每个图象处理系统50联接并服务于一个摄象机40。可以通过滑动触点供给输送台103上的这些设备电源，这可用现有的方法实现。中央处理系统(CPU)130保持静止并联接着废品系统120。显然，图象处理系统50不能直接联接中央处理系统130进行信号传递；而滑动触点也不是优选的。根据本发明，图象处理系统50与中央处理系统130之间的通讯路径为无线路径。

在图4所示的一个可行最佳实施例中，图象处理系统50与中央处理系统130之间通过无线电信号52通讯。无线电信号52可以调频，正如已知的那样。每个图象处理系统50都联接着一个发射器51用于将编码信号发射出去，适当的编码信号代表着图象处理系统50对其检测的瓶1所作的“结论”。此外，在输送盘上方，还装有一个接收器(天线)131，它与中央处理系统130的输入口联接。中央处理系统130可以“识别”到达废品站120的瓶1，如必要，则向废品站120发出一个适当的信号用以剔除该瓶1。中央处理系统130可以辩别每个图象处理系统50的身份，例如，可以通过每个图象处理系统的发射器51使用不同的频率来实现。此外，还可以将每个图象处理系统按一个接一个的次序输出其数据，这样每一时刻最多只能有一个图象处理系统50在发射信号。

在图5所示的一个最佳实施例中，图象处理系统50与中央处理系统130通过光学信号通讯。输送盘103为此包含一个光波导向器132，导向器132安装于输送盘103的中心部位，并与输送盘103的旋转中心共轴。光波导向器132相对外界可以是固定不动的，即光波导向器132静止；或者可以将光波导向器132固定在输送盘103上，即光波导向器132可以旋转。通常，光波导向器132的入口端为上端。每个图象处理系统50带有一个光学发射器53用于将光学信号发射到光波导向器132内。在光波导向器的另一端，安装着一个静止的光学接收器133；该光学接收器133联接着中央处理系统130。

同样，各图象处理系统50可以在不同时间输出共数据。也可以通过一个光波导向器中的并联路径或通过多个并联的光波导向器实现各图象处理系统50都能立即发射其数据。通过并联光波导向器传输信号，可以采用共轴的环形接收器133等。

光波导向器的介质，可以是玻璃或空气等。

还要注意，本发明的信号传输方法并不局限于上面举例的几种。其他信号传输方法也可以用于本发明中，这对本领域普通技术人员来说是很明显的。

如前所述，每个瓶1被一个摄象机40检测，每个摄象机联接着一个图象处理系统50。在上面描述的最佳实施例中，每个摄象机40都联接着它自己的专用图象处理系统50。根据本发明的另一个方面，可以通过两个或更多个摄象机40共享一个图象处理系统50，从而节约检测设备的费用。因此，在一个最佳实施例中，若包含24个摄象机，如果两个或四个摄象机40联接着一个共用图象处理系统50，则在输出盘103上只需12个或6个图象处理系统50。下面将对这种降低费用的一些例子进行解释。

由于摄象机40的视角，有价值的影象(即瓶1的瓶底部分)相对说来，只占摄象机40产生图象在高度上的一小部分。因此可以将两个这样的影象上下排在同一个图象内，如图6A所示。为了达到这种效果，两个摄象机40₁和402的输出信号被送入多路调制器60中，在多路调制器60中，这两个信号被合成为一个代表合成图象61的合成信号，以使合成图象61的上半部分包含着第一个摄象机40₁的有价值的图象，而合成图象61的下半部分包含着第二个摄象机40₂的有价值的图象。

多路调制器60的合成信号输送到一个图象处理系统50中，对上述信号进行处理。如果检测到一个代表玻璃颗粒的信号，则图象处理系统50检查这个信号是在图象61的上半部分还是下半部分，换言之，它将辩别哪个摄象机产生了这个信号并因此找出那个瓶子，再将相应的信息发往中央处理系统130。

用相似的技术可以把两个有价值的影象左右相邻排列在一个图象中。将上述两种技术合并，可以得到在一个图象中排列的四个影象。这样可以将图象处理系统50的费用降低到四分之一。同时，这样又可以简化图象处理系统50与中央处理系统130之间的通讯，这是因为所需的通讯信号数量也同样地减少了。

在这方面应注意，多路调制器是已公知的。例如，它可用于闭路电视系统中，以使一组图象(由一组摄象机提供)显示在一个显示器上，这对一个本领域的技术人员说来是很清楚的事。同样，在电缆电视系统中，已知道可以把一组不同频道的图象显示在一个屏幕上(镶嵌式频道)。因此，此处不再对多路调制器作详细解释。

另外一项可以降低费用的方面是，如果每个摄象机40只在检测瓶子时启动，这样摄象机就可只在输出盘103旋转圆周的一半(或更少)时打开，如图3所示。在这种情况下，一个摄象机40_A打开时，与其在径向相对的摄象机40_B即可关闭。根据本发明，这两个相对的摄象机40_A和40_B可以共用一个图象处理系统50。如图6B所示，两个相对的摄象机40A和40B的信号输送到一个选择器70。选择器70上联接着位置输入口71，用于接收关于输送盘103位置的信息。在一个相对简单的最佳实施例中，每个摄象机40_A或40_B联接着开关72_A或72_B，这个开关联接着一个位于入口位置101处临近输送盘103的静止的位置激励器73(机械式、光学式或电磁式等)。每个时刻选择器70从其位置输入口71_A或71_B处接收一个信号，并选择与这个信号相对应的摄象机40_A或40_B并将此信号传输到图象处理系统50处，而对面的摄象机40_B或40_A的信号则被忽略。

通过上述技术组合使用，一个带24个摄象机的输送盘只需要3个图象处理系统。

本发明还提供了在保证能处理来自摄象机的信号的前提下减少图象处理系统所需存储器容量的技术，请看下面的解释。

作为已知的技术，电视摄象机产生的信号用隔行扫描线表示。一个图象用大量的水平线表示，这些水平线用1、2、3、4等从顶至底连续编号。然而，这些线并不按这个顺序扫描。在欧洲摄象机中，先连续扫描奇数线1、3、5、7等，从而形成第一个半图(奇数半图)，这个过程耗时约20毫秒。接着再连续扫描偶数线2、4、6、8等，从而形成第二个半图(偶数半图)。这样，扫描整个图象信息需要耗时约40毫秒。这一过程完成后，将重复上述过程。

在下文中，图象的线数将用L表示，每条线上的图象元素(象素)数用P表示。普通情况下，为实成两个连续图象的比较，一个图象处理系统的存储器需要有至少L×P个存储单元。这个存储器首先存入第一个图象的扫描信息，即存储第一个图象的全部奇、偶半图的信息。接着，第一条线的第一个象素又被扫描；在将这一信息存入相应的存储单元以前，它将与该单元中已存储的信息比较。这个过程要对第一条线的所有象素进行一次，接着处理第三条线上的所有象素，这样继续下去。经过40毫秒，一个新的图象就存入了存储器并且它与前面图象的比较就完成了。可轻易看出，这个比较过程会耗时40毫秒(或者瓶子以25HZ的检测频率被检测)。

根据本发明，可以将所需的存储能量减少到1/2×L×P，并且将比较时间减少到20毫秒(或者说是将检测频率提高到50HE)，这可通过隔行比较实现，如下所述。首先，第一个图象的奇数半图存入存付器中，这将耗时约20毫秒。接着，第二条线的第一个象素被扫描，并存储到已存储着第一条线的第一个象素的单元中。然而，在存储前第二条线的第一个象素将与第一、第三条线的第一个象素的平均值进行比较。这个过程将对第二条线的所有象素进行，接着同样处理第四条线等。经过20毫秒，第二个半图被存入存储器，且它与第一个半图的比较也已完成。

可以轻易看出，这个比较过程因而耗时为20毫秒。还可以轻易看到一秒钟内可以完成50个瓶子的检测。

换言之，基于象素对象素比较法，一个新的图象并不是与前一个图象作比较，而是一个半图与前一个半图的预估值相比较。然而，这个比较过程的确可以获得可靠的结果，这要感谢这一事实：一个静态物体发出的光一般会照亮不止一个象素。

对于一个本领域的技术人员来说，很明显，在不脱离本发明的发明原理或本发明的权利要求中的保护范围的前提下，可以对已描述的最佳实施例进行变型或修改。例如，在图6B所示的最佳实施例中，如果一个摄象机只在输送盘103的一个旋转圆周上的三分之一或四分之一等路径上检测瓶子，则可以将三个或四个摄象机的信号按顺序发往一个图象处理器。

Claims (14)

1、用于检测在一个充满饮料，如啤酒的瓶子中是否有玻璃颗粒的方法，该瓶(1)在其底部(4)有一个上凸部分(6)；该方法包括以下步骤：

a)使瓶(1)中的饮料(10)相对瓶(1)旋转；

b)将瓶(1)相对于一个摄象机(40)夹持住保持静止；

c)用一个光束(31)照射瓶子底部(4)从而照亮瓶(1)，光束(31)的方向(32)基本上沿着瓶(1)的中心轴线(2)；

d)给摄象机(40)，优选的是一个CCD摄象机定位，使得摄象机(40)的光轴(41)与光束(31)的方向(32)间的夹角α在120°-150°范围内，优选135°左右；

e)获得第一个图象信号，该信号代表着由摄象机(40)得到的第一个图象；

f)获得第二个图象信号，该信号代表着由摄象机(40)得到的第二个图象，第二个图象的获取时间与第一个图象的获取时间有一段时间间隔；

g)比较第一与第二个图象信号，从而得到一个比较信号；

h)重复步骤(e)至(g)至少一次；

i)如果在步骤(h)获得的比较信号中至少有一个显示出有移动目标存在，则产生一个瓶子剔除信号。

2、根据权利要求1的方法，其中，瓶中充满了含二氧化碳的饮料，如啤酒，该方法至少可以检测出范围在0.2毫米(或更小)至10毫米(或更大)的玻璃颗粒(12)。

3、根据权利要求1或2的方法，其中，步骤(a)包含以下各步骤：

(a1)以基本上恒定的加速度在时间0.05-0.2秒内，优选时间0.1秒左右，使瓶(1)加速，并使其转速达到500-2000转/分，优选1000转/分左右；

(a2)保持瓶子以上述速度旋转0.5-1.5秒，优选0.7秒左右；

(a3)以基本恒定的减速度在时间0.05-0.2秒内，优选时间0.1秒左右，使瓶(1)减速直至停止。

4、根据权利要求3的方法，当瓶(1)停止旋转后，要间隔时间tw，然后才开始步骤(e)。

5、根据权利要求1-4之任一的方法，在步骤(h)中，步骤(e)-(g)要重复总共10至30次，优选20次左右。

6、一种检测设备(100)，其可协调应用于一个将饮料，如啤酒注入瓶(1)中的生产线(200)上，每个瓶(1)具有一个中心轴线(13)和一个瓶底(4)，瓶底(4)的中央为山体部分(6)；生产线(200)上包含着第一个传输装置(201)，用于将注满饮料的瓶(1)运向检测设备(100)，以及第二个传输装置(202)，用于将已检测完的瓶(1)从检测设备(100)运走；

设备(100)包含：

一个输送盘(103)，其相对静止的外界可旋转地安装；

一组检测站(20)，固定在上述输送盘(103)上，每个检测站(20)上包含：

一个辅助机架(21)；

一套夹持工具(22)，用于将瓶(1)竖直着夹持并相对上述附助机架(21)保持静止；

一个照明装置(30)，用于产生一束可见光(31)并使这个光束(31)的方向(32)与上述夹持工具(22)所夹持的被接受的瓶(1)的中心轴线(13)一致；

一个摄象装置(40)，优选一个CCD摄象机，其固定在上述附助机架(21)上，该摄象机(40)的光轴(41)的方向与光束(31)的方向的夹角α在120°至150°范围内，且光轴(41)与上述被接受的瓶(1)的中心轴(13)交于S点，S点位于山体部分(6)的顶部附近；

该设备(100)还包含：

至少一个图象处理系统(50)，一个中央处理系统(130)和一个与上述第二个传输装置(202)相联的废品站(120)，每个图象处理系统(50)用于从一个摄象机(40)处接收至少两个连续的图象信号，并对这些信号进行比较从而产生一个比较信号，再将上述比较信号传输到上述中央处理系统(130)上，上述中央处理系统用于控制上述废品站(120)，使之从上述第二个传输装置(202)上取下废品瓶。

7、根据权利要求6的设备，其中，摄象机(40)的放置使得其焦点或焦面基本上与上述交点S重合。

8、根据权利要求6或7的设备，其中，每个图象处理设备(50)固定在上述输送盘(103)上，而上述中央处理系统(130)则静止安装。

9、根据权利要求6至8中任一款的设备，其中，每个图象处理系统(50)与上述中央处理器(130)通过无线电信号通孔

10、根据权利要求6至8中任一款的设备，其中，每个图象处理系统(50)与上述中央处理器(130)通过光学信号通讯。

11、根据权利要求10的设备，其中，每个图象处理系统都联接着一个光学发射器(53)，该光学发射器放置于输送盘(103)的旋转轴附近，中央处理系统(130)则联接着一个光学接收器(133)，该光学接收器放置于输送盘(103)的旋转轴附近。

12、根据权利要求6-11中任一款的设备，其中，至少两个摄象机(40₁、40₂)的输出口联接着一个多路调制器(60)，该多路调制器用于将这些信号合成为一个代表着合成图象(61)的合成信号，并将该合成信号发送到一个图象处理系统(50)上。

13、根据权利要求6-12中任一款的设备，其中，两个对置的摄象机(40_A、40_B)的输出口联接着一个选择器(70)，该选择器用于选择开着的那个摄象机的信号并将选择的信号提供给一个图象处理系统(50)。

14、根据权利要求6-13中任一款的设备，其中，每个图象处理系统(50)用于将一个半图上的扫描线上的象素与该象素正上方及正下方的两个象素的平均值作比较，上述这二个象素为上述半图相邻前面所获半图的一部分。

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