DE102008059229A1

DE102008059229A1 - Verfahren zum Ausrichten eines Behälters

Info

Publication number: DE102008059229A1
Application number: DE102008059229A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Hermann
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2010-06-02
Also published as: BRPI0916040A2; WO2010057592A1; EP2358601A1; CN102216161B; CN102216161A; EP2358601B1; PL2358601T3; BRPI0916040B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten eines Behälters (2) in Bezug auf mindestens ein geometrisches Behältermerkmal in eine Soll-Position, bei dem durch eine Auswertung von mittels mindestens einer Bildaufnahmevorrichtung (8, 9, 10, 11) erzeugten Ist-Bilddaten in einer Steuerelektronik (12) ein Ausrichten des Behälters (2) bewirkt wird, wobei die Ist-Bilddaten in einem Suchbereich mittels einer Mustererkennung ausgewertet werden, die als Ergebnis eine Ist-Position des Behälters ausgibt, falls das geometrische Behältermerkmal erkannt wird, und anzeigt, falls das geometrische Behältermerkmal nicht erkannt wird. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein Computerprogrammprodukt, um alle Schritte des Verfahrens auszuführen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Behälters. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung des Standes der Technik
Verfahren und Vorrichtungen zum Ausrichten von Behältern, insbesondere von Flaschen und für den Einsatz in Abfüll- und Etikettieranlagen, sind im Stand der Technik bekannt.
So zeigt die Offenlegungsschrift DE 10 2005 050 902 A1 eine Vorrichtung zum Ausrichten von Behältern in Bezug auf wenigstens ein geometrisches Behältermerkmal, die einen Transporteur mit Behälteraufnahmen für jeweils einen Behälter und entlang einer von dem Transporteur gebildeten Transportstrecke angeordnete Kameras eines Bilderkennungssystem umfasst, wobei das Bilderkennungssystem durch einen Vergleich der von den Kameras gelieferten Ist-Bilddaten mit in einer Auswert- und Steuerelektronik abgelegten Soll-Bilddaten oder Kennwerten das Ausrichten der Behälter bewirkt.
In dieser bekannten Vorrichtung werden die Behälter anhand eines geometrischen Merkmals ausgerichtet, beispielsweise anhand einer Prägung auf der Oberfläche des Behälters.
Von diesem geometrischen Merkmal wird gemäß dem Stand der Technik ein Bild in der gewünschten Position der Flasche aufgenommen und anschließend eine jeweilige Verzerrung dieses geometrischen Merkmals für die Fälle berechnet, in denen der Behälter jeweils um einen bestimmten Winkel von dieser gewünschten Position verdreht ist. Die so erzeugten Bilder bzw. Bilddaten werden dann als Soll-Bilddaten hinterlegt und verwendet. Im Betrieb der Vorrichtung wird dann mittels einer Kamera ein Bild von dem Behälter bzw. der Flasche aufgenommen und mittels eines Algorithmus das so generierte tatsächliche Ist-Bild mit den hinterlegten Soll-Bilddaten verglichen. Dabei wird bestimmt, mit welchem Bild der Soll-Bilddaten die höchste Übereinstimmung besteht. Anhand der zu diesem Bild in den Soll-Bilddaten hinterlegten Verdrehung des Behälters bzw. der Flasche kann diese dann um den entsprechenden Winkel in die gewünschte Position gedreht werden.
Gemäß dem Stand der Technik können des weiteren mehrere Stufen solcher Ausrichtvorgänge vorgesehen sein, um sukzessive die gewünschte Ausrichtung bzw. Position des Behälters bzw. der Flasche herbeizuführen.
Des weiteren kann innerhalb einer dieser Stufen vorgesehen sein, dass mehrere Kameras gleichzeitig ein Bild der Flasche aufnehmen, das dann mit den Soll-Bilddaten verglichen wird, wobei auch dann der Ausrichtvorgang basierend auf der besten Übereinstimmung vorgenommen wird.
Bei einem derartigen Ausrichtvorgang wird jedoch stets eine beste Übereinstimmung des aufgenommenen Ist-Bilds mit den Soll-Bilddaten bestimmt und zum Ausrichten der Flasche verwendet, selbst wenn diese in absoluter Betrachtung nur eine sehr niedrige Übereinstimmung mit den Soll-Bilddaten darstellt. So wird auch in dem Fall, in dem eine der Kameras das geometrische Behältermerkmal nicht in ihrem Suchbereich erfasst, etwa weil das geometrische Behältermerkmal so verdreht ist, dass es in einem rechten Winkel zur Kameraachse angeordnet ist, eine beste Übereinstimmung mit einem der Bilder aus den Soll-Bilddaten ermittelt und ein entsprechender Ausrichtvorgang eingeleitet.
Auch wenn diese Problematik in der Regel lediglich in der ersten Stufe des Ausrichtvorgangs auftritt und in den darauffolgenden Stufen meist kompensiert werden kann, besteht generell ein Bedarf an einem Verfahren zum Ausrichten eines Behälters, das eine schnellere und genauere Ausrichtung des Behälters ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Daher wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Ausrichten eines Behälters in Bezug auf mindestens ein geometrisches Behältermerkmal in eine Sollposition vorgeschlagen, bei dem durch eine Auswertung von mittels mindestens einer Bildaufnahmevorrichtung erzeugten Ist-Bilddaten in einer Steuerelektronik ein Ausrichten des Behälters bewirkt wird, wobei die Ist-Bilddaten in einem Suchbereich mittels einer Mustererkennung ausgewertet werden, die als Ergebnis eine Ist-Position des Behälters ausgibt, falls das geometrische Behältermerkmal erkannt wird, und anzeigt, falls das geometrische Behältermerkmal nicht erkannt wird.
Zum Ausrichten der Behälter wird ein neuronales Netz eingesetzt, dem vorab in einem Anlernvorgang beigebracht worden ist, wie das zur Ausrichtung eines Behälters herangezogene geometrische Behältermerkmal in den verschiedenen Orientierungen des Behälters aussieht, und das darüber in der Lage ist, zu erkennen, dass in einem Suchbereich das zu suchende geometrische Behältermerkmal, die sogenannte Suchinstanz, nicht vorhanden ist. Des weiteren ist eine den Ausrichtvorgang steuernde Steuerelektronik dazu in der Lage, eventuelle andere geometrische Behältermerkmale oder Bilder im Suchbereich dahingehend zu klassifizieren, dass diese nicht die Suchinstanz darstellen, indem auch diese sogenannten Exclude-Instanzen als solche vorab angelernt werden.
Auf diese Weise ist die Steuerelektronik im Rahmen der Musterkennung dazu in der Lage, bestimmte Aufnahmen des Suchbereichs von vornherein zu verwerfen, da sie die Such-Instanz nicht enthalten.
In Ausrichtstufen, in denen mehr als eine Kamera Ist-Bilddaten erzeugt, besteht somit die Möglichkeit, die Aufnahmen der Kameras, die die Suchinstanz nicht enthalten, auszusortieren, so dass diese nicht in Konkurrenz zu der Aufnahme treten können, die die Such-Instanz enthält.
Auf diese Weise wird ein sehr viel schnelleres und genaueres Ausrichtverfahren bereitgestellt. Grundsätzlich erfolgt die Mustererkennung, indem die Steuerelektronik die Ist-Bilddaten anhand von Soll-Bilddaten dahingehend klassifiziert, ob sie das geometrische Behältermerkmal enthalten. Die Soll-Bilddaten umfassen dabei das angelernte geometrische Behältermerkmal als Such-Instanz und des wei teren voranstehend beschriebene und ebenso angelernte Exclude-Instanzen.
Das Anlernen der Soll-Bilddaten erfolgt, indem zunächst das auf einer Musterflasche befindliche zu suchende geometrische Behältermerkmal, die Suchinstanz, aufgenommen und abgespeichert wird. Das geometrische Behältermerkmal wird daraufhin von einem Benutzer identifiziert, insbesondere anhand seiner Kontur.
Dieses Anlernen der Such-Instanz kann grundsätzlich am Einsatzort des Verfahrens, d. h. mit der tatsächlich aufgebauten Abfüll- und Etikettieranlage, oder aber abseits davon erfolgen, beispielsweise in einem Labor.
Nachdem die Suchinstanz nun grundsätzlich der Steuerelektronik bekannt ist, wird der Behälter bzw. die Flasche vor einer Bildaufnahmevorrichtung um sich selbst gedreht, wobei in bestimmten Gradschritten jeweilige Bilder des Behälters bzw. der Flasche gemacht werden. Die Vielzahl der Gradschritte hängt insbesondere davon ab, wie genau die Ausrichtung im Betrieb erfolgen soll. Soll beispielsweise eine Ausrichtung auf 1° genau erfolgen, ist es angezeigt, die Bilder ebenfalls in 1°-Schritten, besser in 0,5°-Schritten zu aufzunehmen.
Aus diesen Bildern wird die Suchinstanz nun ausgeschnitten, falls sie noch in dem gesuchten Bereich zu finden ist, was automatisch geschehen kann, da die Suchinstanz bereits vorher angelernt wurde und dem neuronalen Netz bekannt ist.
Der verbleibende Rest des jeweiligen Bildes wird nun automatisch als Exclude-Instanz angelernt.
Auf diese Weise werden also über den gesamten Umfang des Behälters bzw. der Flasche aufgenommene Bilder in dem Anlernvorgang klassifiziert.
Bei der Anwendung des Verfahrens werden die von der Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Ist-Bilddaten mit den in den Soll-Bilddaten abgelegten Instanzen verglichen und festgestellt, ob der Suchbereich eine Exclude-Instanz oder die Suchinstanz enthält.
Enthält der Suchbereich nur eine Exclude-Instanz, wird dies angezeigt und das entsprechende Bild nicht zur Berechnung der Ist-Position der Flasche verwendet.
Sollte keine der Bildaufnahmevorrichtungen einer Ausrichtungsstufe die Suchinstanz in ihrem Suchbereich aufgenommen haben, d. h. es wurden lediglich Übereinstimmungen mit Exclude-Instanzen festgestellt, kann vorgesehen sein, die Flasche um eine vorgegebene Gradzahl, beispielsweise um 120°, zu drehen, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass die Bildaufnahmevorrichtungen der nächsten Stufe das geometrische Behältermerkmal in ihrem Suchbereich erfassen können.
Wird festgestellt, dass die Suchinstanz aufgenommen wurde, wird anhand einer Perspektivenverzerrung des geometrischen Behältermerkmals, eines bekannten Abstands der Bildaufnahmevorrichtung zu dem Behälter während der Aufnahme und eines bekannten Durchmessers des Behälters die Ist-Position des Behälters bzw. seine Orientierung berechnet. Aus der Differenz der Ist-Position des Behälters zu der gewünschten Soll-Position des Behälters kann nun die Gradzahl und die Richtung bestimmt werden, in die der Behälter zu drehen ist.
Der genaue Algorithmus zur Bestimmung dieses Verdrehwinkels ist aus dem Stand der Technik bekannt, siehe beispielsweise die eingangs zitierte Offenlegungsschrift DE 10 2005 050 902 A1 .
Die Erfindung umfasst des weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Des weiteren deckt die vorliegende Beschreibung auch ein Computerprogramm mit Programmcode ab, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, auf der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Vorrichtung 1, auf der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.
Die Vorrichtung umfasst ein Karussell 5, in das Behälter 2 über einen Einlauf 3 hineintransportiert und über einen Auslauf 4 hinaustransportiert werden. Von der Etikettierstation 7 werden die Behälter 2 in die gewünschte Orientierung zum Aufbringen eines Etiketts ausgerichtet.
In der dargestellten Ausführungsform sind drei Stufen zur Ausrichtung vorgesehen, wobei die erste Stufe die Bildaufnahmevorrichtungen 8 und 9 umfasst, die zweite Stufe die Bildaufnahmevorrichtung 10 und die dritte Stufe die Bildaufnahmevorrichtung 11. Zur Erfassung qualitativ hochwertiger Bilder sind Hintergrundelemente 13, 14, 15 vorgesehen, die auch beleuchtet sein können.
Der Ausrichtvorgang wird von einer Steuerelektronik 12 gesteuert, die Ist-Bilddaten von den Bildaufnahmevorrichtungen 8, 9, 10, 11 empfängt und Steuerungsanweisungen an Behälteraufnahmen 6 ausgeben kann, auf denen die Behälter 2 angeordnet sind.
Zur Inbetriebnahme und zur Vorbereitung des Ausrichtverfahrens hat ein Anlernvorgang zu erfolgen, bei dem zunächst anhand einer ersten Aufnahme eines Musterbehälters eine Suchinstanz, d. h. ein zur Ausrichtung eines Behälters herangezogenes geometrisches Behältermerkmal, von einem Benutzer identifiziert und die Suchinstanz so einem neuronalen Netz der Steuerelektronik 12 angelernt wird.
Nun folgt eine 360°-Drehung des Behälters vor der Bildaufnahmevorrichtung, wobei beispielhaft pro Grad eine Bildaufnahme getätigt wird. Die dem neuronalen Netz nunmehr bekannte Suchinstanz wird im Suchbereich der Bildaufnahmevorrichtung ausgeschnitten und der verbleibende Suchbereich als Exclude-Instanz automatisch angelernt. Der Anlernvorgang wird nach einer vollständigen 360°-Drehung des Behälters 2 abgeschlossen.
Ist die Vorrichtung 1 an ihrem Einsatzort aufgestellt, kann durch eine Bedienperson der entsprechende Soll-Bilddatensatz aufgerufen werden. Es folgt nun ein langsamer Einlauf eines ersten Behälters bzw. einer ersten Flasche, wobei die Bildaufnahmevorrichtungen 8, 9, 10, 11 so ausgerichtet werden, dass sie die möglichen Lagen der Suchinstanz möglichst genau erfassen. Gewünscht ist selbstverständlich ein möglichst enger optischer Auswertungsbereich.
Anschließend kann der Schnelllauf für die Produktion gestartet werden.
Auf diese Weise kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Computerprogramms ein vereinfachtes und somit beschleunigtes sowie qualitativ verbessertes Ausrich ten von Behältern, insbesondere Flaschen, bereitgestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005050902 A1 [0003, 0025]

Claims

Verfahren zum Ausrichten eines Behälters (2) in Bezug auf mindestens ein geometrisches Behältermerkmal in eine Soll-Position, bei dem durch eine Auswertung von mittels mindestens einer Bildaufnahmevorrichtung (8, 9, 10, 11) erzeugten Ist-Bilddaten in einer Steuerelektronik (12) ein Ausrichten des Behälters (2) bewirkt wird, wobei die Ist-Bilddaten in einem Suchbereich mittels einer Mustererkennung ausgewertet werden, die als Ergebnis eine Ist-Position des Behälters ausgibt, falls das geometrische Behältermerkmal erkannt wird, und anzeigt, falls das geometrische Behältermerkmal nicht erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Mustererkennung erfolgt, indem die Steuerelektronik (12) die Ist-Bilddaten anhand von Soll-Bilddaten dahingehend klassifiziert, ob sie das geometrische Behältermerkmal enthalten.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Soll-Bilddaten das geometrische Behältermerkmal als Suchinstanz und des weiteren Exclude-Instanzen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Suchinstanz und die Exclude-Instanzen in einem Anlernvorgang in den Soll-Bilddaten abgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Anlernen der Suchinstanz erfolgt, indem Muster-Bilddaten des geometrischen Behältermerkmals erzeugt werden, in denen das geometrische Behältermerkmal von einem Benutzer identifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Erzeugung der Muster-Bilddaten mittels der mindestens einen Bildaufnahmevorrichtung (8, 9, 10, 11) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Erzeugung der Muster-Bilddaten mittels einer separaten Bildaufnahmevorrichtung (8, 9, 10, 11) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4, bei dem das Anlernen der Exclude-Instanzen die folgenden Schritte umfasst: – Drehen des Behälters um eine bestimmte Gradzahl, – Erzeugen von Muster-Bilddaten des Suchbereichs des Behälters mittels der Bildaufnahmevorrichtung (8, 9, 10, 11), – Ausschneiden der Suchinstanz aus dem Suchbereich, – Automatisches Anlernen des verbleibenden Suchbereichs als Exclude-Instanz, – Wiederholen der voranstehenden Schritte, bis der Behälter um 360° gedreht ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem bei Ausgabe einer Ist-Position die Ist-Position des Behälters anhand einer Perspektivenverzerrung des geometrischen Merkmals, einem Durchmesser des Behälters und einem Abstand des Behälters zu der mindestens einen Bildaufnahmevorrichtung (8, 9, 10, 11) berechnet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Behälter automatisch um eine bestimmte Gradzahl gedreht wird, falls das geometrische Merkmal von keiner der mindestens einen Bildaufnahmevorrichtung (8, 9, 10, 11) erkannt wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird.
Computerprogramm nach Anspruch 12, das auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.