DE102017206971A1

DE102017206971A1 - Inspektionsverfahren und -vorrichtung zur bildverarbeitenden Inspektion von Behältern

Info

Publication number: DE102017206971A1
Application number: DE102017206971.6A
Authority: DE
Inventors: Herbert Kolb
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-10-31
Also published as: WO2018197297A1

Abstract

Inspektionsverfahren (100) zur bildverarbeitenden Inspektion von Behältern, wobei die Behälter mittels eines Transporteurs transportiert (133) und als Bilder mittels einer Kamera von einer Kameraposition her erfasst werden (134), und wobei die Bilder zur Ermittlung von Behälterinspektionsmerkmalen mittels einer Bildverarbeitungseinheit ausgewertet werden (135), dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder mittels eines Kameramodells auf eine Normbildposition umgerechnet werden (132), um Justagefehler der Kamera nach einem Kamerawechsel (120) auszugleichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Inspektionsverfahren und eine Inspektionsvorrichtung zur bildverarbeitenden Inspektion von Behältern mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bzw. 8.
In getränkeverarbeitenden Anlagen werden üblicherweise Inspektionsverfahren und Inspektionsvorrichtungen verschiedenartigster Ausprägung dazu eingesetzt, die Behälter oder Teile davon mithilfe einer Kamera zu inspizieren. Dabei werden die Behälter mittels eines Transporteurs transportiert und als Bilder mit der Kamera von einer Kameraposition her erfasst. Anschließend werden die Bilder von einer Bildverarbeitungseinheit ausgewertet, um Behälterinspektionsmerkmale zu ermitteln. Die Behälterinspektionsmerkmale können beispielsweise Anzahl und Art von Rissen, Schmutzpartikeln, Abnutzungen, etc. am gesamten Behälter, Behälterkörper, Verschlusskopf, Behälterboden und/oder am Verschluss sein. Denkbar ist auch die Inspektion der Qualität eines Direktdrucks oder eines am Behälter aufgebrachten Etiketts.
Beispielsweise offenbart die EP 0663069 A1 eine Inspektionsmaschine zur Überprüfung des Seitenwandbereichs von Flaschen, um vor dem Befüllen beschädigte oder unsaubere Flaschen auszuscheiden.
Nachteilig bei derartigen Inspektionsverfahren und -vorrichtungen ist es, dass die Kamera nach einem Wechsel erst wieder aufwändig eingestellt und ggf. nach einer Beobachtungsphase der Produktion nachjustiert werden muss. Dabei kommt es zusätzlich auf die Fähigkeiten des Monteurs an, ob und wie viel Nacharbeit notwendig ist. Der Kamerawechsel ist folglich entsprechend aufwändig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Inspektionsverfahren und eine Inspektionsvorrichtung zur bildverarbeitenden Inspektion von Behältern bereitzustellen, bei denen der Kamerawechsel weniger aufwändig ist.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung stellt die Erfindung ein Inspektionsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Bei umfangreichen Untersuchungen hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass es bei den Kameras durch Produktionsschwankungen zu Unterschieden in der Position des Bildsensors, der Linsen im Objektiv und/oder der Kamerabefestigung kommen kann. Dies wirkt sich in den Bildern in einer leicht unterschiedlichen Perspektive und/oder Verzerrung der abgebildeten Behälter aus. Dadurch, dass die Bilder mittels des Kameramodells auf die Normalposition umgerechnet werden, werden die zuvor angesprochenen Schwankungen im Kameramodell erfasst und entsprechend bei der Umrechnung in die Normalbildposition kompensiert. Folglich können also die Bilder bei der Ermittlung der Behälterinspektionsmerkmale auf Basis der Normalbildposition ausgewertet werden, sodass die Bildverarbeitungseinheit weitgehend unabhängig von den Produktionsschwankungen der Kamera arbeiten kann. Dadurch muss die Kamera bei der Inbetriebnahme nicht mehr so aufwendig eingestellt oder bei der Produktion beobachtet und nachjustiert werden.
Das Inspektionsverfahren kann zur bildverarbeitenden Inspektion der Behälter in einer Getränkeverarbeitungsanlage eingesetzt werden. Das Inspektionsverfahren kann beispielsweise vor, nach oder in einer Behälterherstellungsanlage, einem Rinser, einer Sortiermaschine, einer Leerflascheninspektionsmaschine, einer Vollflascheninspektionsmaschine, einem Füller, einem Verschließer und/oder einer Verpackungsmaschine durchgeführt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Inspektionsverfahren um ein Durchlicht- und/oder ein Auflichtinspektionsverfahren handeln, bei dem die Behälter mit einer Beleuchtungseinheit durch- und/oder beleuchtet werden. Das Inspektionsverfahren kann dazu ausgebildet sein, die Behälter ganz oder teilweise zu inspizieren. „Teilweise“ kann hier bedeuten, dass der Behälterkörper, der Behälterverschluss, der Verschlusskopf, die Behältermündung, der Behälterboden, ein Direktdruck und/oder ein Etikett an dem Behälter inspiziert werden. Insbesondere kann mit dem Inspektionsverfahren der Verschlusskopf, die Seitenwand und/oder der Boden des Behälters inspiziert werden.
Die Behälter können dazu vorgesehen sein, Getränke, Nahrungsmittel, Hygieneartikel, Pasten, chemische, biologische und/oder pharmazeutische Produkte aufzunehmen. Die Behälter können Kunststoffflaschen, Gasflaschen, Dosen und/oder Tuben sein. Bei Kunststoffbehältern kann es sich speziell um PET-, PEN-, HD-PE oder PP-Behälter bzw. Flaschen handeln. Ebenso kann es sich um biologisch abbaubare Behälter oder Flaschen handeln, deren Hauptbestandteile aus nachwachsenden Rohstoffen wie z. B. Zuckerrohr, Weizen oder Mais bestehen.
Mit „bildverarbeitender Inspektion“ kann hier gemeint sein, dass die Bilder mittels Bildverarbeitungsverfahren ausgewertet werden. Mit Bildern können hier Dateien gemeint sein, die digitale Bilddaten umfassen. Beispielsweise können die Bilder als JPG-, TIFF-Dateien oder dergleichen in einer Speichereinheit abgespeichert sein oder von der Kamera zur Bildverarbeitungseinheit mittels eines Datenbusses übertragen werden.
Der Transporteur kann einen Lineartransporteur und/oder ein Karussell und/oder einen Transportstern umfassen. Denkbar ist, dass die Behälter auf dem Transporteur stehend oder am Hals hängend (neck handling) transportiert werden.
Die Kamera kann mit einem elektronischen Bildsensor, beispielsweise einem CCD- oder CMOS-Sensor ausgebildet sein, um die Bilder der Behälter zu erfassen. Zudem kann die Kamera ein Objektiv umfassen, mit dem die Behälter jeweils einzeln oder in Gruppen auf den Bildsensor abgebildet werden. Insbesondere kann die Kamera elektronische Signale des Bildsensors in die Bilder, insbesondere die digitalen Bilddaten umwandeln. Die Kamera kann zur Übermittlung der Bilddaten über ein Bussystem oder dergleichen mit der Bildverarbeitungseinheit verbunden sein. Die Kameraposition kann die Position sein, an der die Kamera gegenüber dem Transporteur angeordnet ist. Beispielsweise kann dies eine Referenzposition an einem Kameragehäuse oder einer Kamerahalterung sein.
Die Bildverarbeitungseinheit kann als Computersystem ausgebildet sein, insbesondere extern außerhalb oder intern in der Kamera. Vorzugsweise kann die Bildverarbeitungseinheit in einer Maschinensteuerung der Inspektionsvorrichtung integriert sein. Vorzugsweise kann die Bildverarbeitungseinheit die Bilder über das Bussystem von der Kamera einlesen.
Die Bildverarbeitungseinheit kann die Behälterinspektionsmerkmale in den Bildern mit Bildverarbeitungsalgorithmen erkennen. Beispielsweise kann es sich bei den Behälterinspektionsmerkmalen um eine Anzahl und/oder eine Art von Rissen, Schmutzpartikeln, Abnutzungen, etc. am gesamten oder Teilen des Behälters handeln. Ebenso ist denkbar, dass es sich bei den Behälterinspektionsmerkmalen um die Qualität eines Direktdrucks und/oder eines am Behälter angebrachten Etiketts handelt. Beispielsweise kann das Inspektionsverfahren dazu dienen, Risse an den Behältern zu erkennen und betroffene Behälter vor einer Weiterverarbeitung auszusortieren.
Mit dem „Kameramodell“ kann hier ein mathematisches und/oder numerisches Rechenmodell gemeint sein, das vorzugsweise eine Abbildung von realen Objekten durch das Objektiv in die Kamera hinein auf den Bildsensor beschreibt. Ebenso ist denkbar, dass das mathematische und/oder numerische Rechenmodell eine 2D-Transformation und/oder -Entzerrung der Bilder zu einem Normbild an der Normbildposition beschreibt. Vorzugsweise kann das Kameramodell Parameterwerte umfassen, mit der die Bilder auf die Normbildposition und/oder die Normverzerrung hin umgerechnet werden. Denkbar ist auch, dass das Kameramodell als Parameterwert nur die Normbildposition aufweist. Da die Normbildposition mit einfachen Mitteln bestimmbar ist, kann die Erfindung bei Kameras ohne oder mit nur geringfügiger Verzeichnung besonders einfach durchgeführt werden. Beispielsweise kann dazu ein Kalibrierkörper besonders einfach als Platte mit einer senkrechten und einer waagerechten Linie ausgebildet sein, um die Normbildposition zu bestimmen.
Mit dem Kamerawechsel kann hier gemeint sein, dass eine defekte Kamera und/oder eine Referenzkamera ausgebaut und gegen die Kamera ersetzt wird.
Die Bilder können mittels des Kameramodells zu einer Normbildverzerrung umgerechnet oder ganz entzerrt werden, um Bildfehler aufgrund einer Verzeichnung eines Objektivs und/oder einer Verkippung des Bildsensors der Kamera auszugleichen. Dadurch ist es möglich, optische Bildfehler durch die Abbildung der Kamera zu kompensieren, sodass das Inspektionsverfahren ohne Nutzereingriff noch zuverlässiger arbeitet. Vorzugsweise kann das Kameramodell ein Verzeichnungsmodell umfassen, das die Bildfehler beschreibt. Beispielsweise kann das Verzeichnungsmodell eine kissen- oder tonnenförmige Verzeichnung des Objektivs berücksichtigen. Ebenso ist denkbar, dass das Verzeichnungsmodell höhergradige Verzeichnungen, beispielsweise aufgrund von Linsenzentrierungsfehlern, berücksichtigt. Anders ausgedrückt kann das Kameramodell eine Verzeichnungstransformation umfassen, das die Pixelwerte der Bilder auf Basis einer 2-D-Verteilung und/oder -Funktion in der Bildebene verschiebt und so zu der Normbildverzerrung umrechnet oder ganz entzerrt.
Vor dem Kamerawechsel, vorzugsweise bei einer Inbetriebnahme kann eine Referenzkamera an der Kameraposition angeordnet sein, wobei für die Referenzkamera Parameterwerte des Kameramodells mittels einer Kalibrierprozedur ermittelt und die Normbildposition und/oder die Normbildverzerrung bestimmt werden. Dadurch sind sowohl für die zuerst eingesetzte Referenzkamera als auch für die nach dem Kamerawechsel eingesetzte Kamera entsprechende Abbildungseigenschaften bekannt, mit der die Bilder erfasst werden. Folglich ist es möglich, die Bilder der Referenzkamera als auch die Bilder der nach dem Kamerawechsel eingesetzten Kamera in Normbilder an der Normbildposition und/oder mit der Normbildverzerrung umzurechnen. Ebenso ist denkbar, dass die Bilder der Kamera in entsprechende Bilder der Referenzkamera umgerechnet werden. Dazu kann die Normbildposition der Referenzkamera als Nullposition und die Normbildposition der Kamera nach dem Kamerawechsel als Korrekturposition (gegenüber der Nullposition) definiert sein. Zudem kann bei der Erstinbetriebnahme des Inspektionsverfahrens die Referenzkamera (gemäß Anspruch 3) und nach dem Kamerawechsel bei der Inbetriebnahme die Kamera (gemäß Anspruch 1) eingesetzt werden. Die Referenzkamera und die Kamera können vom selben Typ und Hersteller sein. Die Kalibrierprozedur kann dazu vorgesehen sein, die tatsächliche Kameraposition und/oder die Verzeichnung der Kamera durch eine Erfassung von Kalibrierbildern zu ermitteln und die Normbildposition und/oder die Normbildverzerrung zu bestimmen. Denkbar ist, dass mittels der Kalibrierprozedur ein oder mehrere Kalibrierbilder erfasst werden, um die Normbildposition und/oder die Normbildverzerrung zu bestimmen. Mit Parameterwerten des Kameramodells kann hier beispielsweise ein 2D- oder 3D-Vektor gemeint sein, mit dem die Bilder zum Normbild hin verschoben werden können. Ebenso können mit den Parameterwerten Werte gemeint sein, die die Verzeichnung des Objektivs und/oder die Verkippung des Bildsensors der Kamera beschreiben.
Nach dem Kamerawechsel kann die Kamera an der Kameraposition angeordnet sein, wobei für die Kamera Parameterwerte des Kameramodells mittels der Kalibrierprozedur ermittelt werden. Folglich können also mittels der Kalibrierprozedur die Parameterwerte des Kameramodells für die Kamera besonders einfach ermittelt werden. Dazu kann ebenfalls eine Sequenz von Kalibrierbildern mit der Kamera aufgenommen und ausgewertet werden.
Bei der Kalibrierprozedur mit der Referenzkamera und/oder der Kamera können Bilder eines Kalibrierkörpers erfasst werden, insbesondere, wobei in den Bildern Markerpositionen des Kalibrierkörpers ermittelt werden. Da mit der Referenzkamera und/oder der Kamera Bilder des Kalibrierkörpers erfasst werden, kann bei bekannter Form und/oder Maßen des Kalibrierkörpers auf die Abbildungseigenschaften der Referenzkamera und/oder der Kamera geschlossen werden. Vorzugsweise kann der Kalibrierkörper mit Markern versehen sein, um diskrete Positionen am Kalibrierkörper besonders einfach mittels Bildverarbeitung zu erfassen. Beispielsweise kann es sich bei den Markern um Punkte, Kreise, Rechtecke, Linien und dergleichen handeln, die besonders einfach mittels Bildverarbeitung erkannt werden können. Ebenso ist denkbar, dass die Marker eine Codierung aufweisen, mit der sie individuell identifizierbar sind. Mit den Markerpositionen können Positionen der Marker am Kalibrierkörper gemeint sein.
Denkbar ist, dass der Kalibrierkörper als dreidimensionaler Körper ausgebildet ist, der mit der Referenzkamera und/oder der Kamera wenigstens einmal erfasst wird. Dadurch kann die Kalibrierprozedur mit einer möglichst geringen Anzahl von Kalibrierbildern durchgeführt werden. Denkbar ist, dass der dreidimensionale Körper wenigstens zwei Ebenen aufweist, die vorzugsweise entlang einer optischen Achse der Referenzkamera und/oder der Kamera versetzt angeordnet sind. Anders ausgedrückt kann der Kalibrierkörper sowohl in Richtung der optischen Achse der Referenzkamera und/oder der Kamera als auch quer dazu eine räumliche Ausdehnung aufweisen, und vorzugsweise mit entsprechend ausgedehnten Markerbereichen ausgebildet sein.
Ebenso ist denkbar, dass der Kalibrierkörper als zweidimensionale Platte ausgebildet ist, die mit der Referenzkamera und/oder der Kamera an einen oder mehreren Kalibrierkörperpositionen erfasst wird. Dadurch kann ein Inspektionsvolumen besonders einfach erfasst und für die Kalibrierprozedur genutzt werden. Zudem kann damit ein besonders großer Bildbereich zur Kalibrierung genutzt und das Inspektionsverfahren arbeitet so besonders genau. Vorzugsweise kann die zweidimensionale Platte mit einem regelmäßigen Raster, vorzugsweise einem rechteckigen Raster, von Markern versehen sein. „Zweidimensionale Platte“ kann hier bedeuten, dass der Kalibrierkörper genau einen ebenen, mit Markern versehenen Bereich zur Kalibrierung aufweist.
Vorzugsweise kann der Kalibrierkörper und/oder die daran angeordneten Marker mittels eines geeichten Messsystems erfasst werden und daraus die Markerpositionen als Referenzliste bestimmt werden. Dadurch arbeitet die Kalibrierprozedur besonders genau.
Darüber hinaus stellt die Erfindung zur Lösung der Aufgabenstellung eine Inspektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 bereit. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen genannt.
Dadurch, dass die Bildverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, die Bilder mittels des Kameramodells auf die Normalposition umzurechnen, werden die zuvor angesprochenen Schwankungen im Kameramodell erfasst und entsprechend bei der Umrechnung in die Normalbildposition kompensiert. Folglich können also die Bilder bei der Ermittlung der Behälterinspektionsmerkmale auf Basis der Normalbildposition ausgewertet werden, sodass die Bildverarbeitungseinheit weitgehend unabhängig von den Produktionsschwankungen der Kamera arbeiten kann. Dadurch muss die Kamera bei der Inbetriebnahme nicht mehr so aufwendig eingestellt oder bei der Produktion beobachtet und nachjustiert werden.
Die Inspektionsvorrichtung kann in einer Getränkeverarbeitungsanlage angeordnet sein. Vorzugsweise kann die Inspektionsvorrichtung vor, nach oder in einer Behälterherstellungsanlage, einem Rinser, einer Sortiermaschine, einer Leerflascheninspektionsmaschine, einer Vollflascheninspektionsmaschine, einem Füller, einem Verschließer und/oder einer Verpackungsmaschine angeordnet sein. Die Inspektionsvorrichtung kann eine Beleuchtungseinheit umfassen, um die Behälter zu durch- und/oder beleuchten. Beispielsweise kann die Kamera auf eine Lichtaustrittsfläche der Beleuchtungseinheit als Bildhintergrund ausgerichtet sein, mit der die Behälter durchleuchtbar sind. Die Inspektionsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Behälter ganz oder teilweise zu inspizieren. „Teilweise“ kann hier bedeuten, dass der Behälterkörper, der Behälterverschluss, der Verschlusskopf, die Behältermündung, der Behälterboden, ein Direktdruck und/oder ein Etikett an dem Behälter inspizierbar sind. Vorzugsweise kann die Inspektionsvorrichtung dazu ausgebildet sein, den Verschlusskopf, die Seitenwand und/oder der Boden des Behälters zu inspizieren.
Vorzugsweise kann die Inspektionsvorrichtung zuvor in Bezug auf das Inspektionsverfahren beschriebene Merkmale einzeln oder in beliebigen Kombinationen sinngemäß umfassen.
Vorzugsweise kann die Bildverarbeitungseinheit dazu ausgebildet sein, die Bilder mittels des Kameramodells zu einer Normbildverzerrung hin umzurechnen oder ganz zu entzerren, um Bildfehler aufgrund einer Verzeichnung eines Objektivs und/oder einer Verkippung des Bildsensors der Kamera auszugleichen. Dadurch werden mit dem Kameramodell zusätzlich Abbildungsfehler der Kamera berücksichtigt und die Bilder werden noch genauer korrigiert. Dadurch arbeitet die Inspektionsvorrichtung besonders zuverlässig.
Die Bildverarbeitungseinheit kann dazu ausgebildet sein, für eine Referenzkamera an der Kameraposition Parameterwerte des Kameramodells mittels einer Kalibrierprozedur zu ermitteln, um die Normbildposition und/oder die Normbildverzerrung zu bestimmen. Beispielsweise kann die Referenzkamera die Kamera sein, die nach einer Erstinbetriebnahme in der Inspektionsvorrichtung eingesetzt wird. Diese wird bei der Erstinbetriebnahme durch den Monteur eingestellt und während einer Beobachtungsphase der Produktion nachjustiert, sodass sie optimal arbeitet. Anschließend wird die Kalibrierprozedur durchgeführt, um die Normalbildposition und/oder die Normbildverzerrung zu bestimmen. Folglich sind also für die optimalen Einstellungen der Referenzkamera deren Parameterwerte für das Kameramodell bekannt und können so als Bezug für die nach dem Kamerawechsel eingesetzte Kamera herangezogen werden.
Die Bildverarbeitungseinheit kann dazu ausgebildet sein, für die Kamera Parameterwerte des Kameramodells mittels der Kalibrierprozedur zu ermitteln. Dadurch kann das Kameramodell besonders einfach kalibriert werden und die Bilder können besonders einfach auf die optimalen Einstellungen der Referenzkamera hin umgerechnet werden. Dadurch arbeitet die Inspektionsvorrichtung besonders genau.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Inspektionsverfahrens zur bildverarbeitenden Inspektion von Behältern als Flussdiagramm;
2A eine Umrechnung eines Bilds mittels des Kameramodells zur Normbildposition;
2B eine Umrechnung eines Bilds mittels des Kameramodells zur Normbildverzerrung hin;
3 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Inspektionsvorrichtung zur bildverarbeitenden Inspektion von Behältern in einer Draufsicht;
4 die in der 3 dargestellte Inspektionsvorrichtung bei der Durchführung der Kalibrierprozedur mit einem Kalibrierkörper; und
5 eine Detailansicht des Kalibrierkörpers aus der 4.

In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Inspektionsverfahrens 100 zur bildverarbeitenden Inspektion von Behältern als Flussdiagramm dargestellt.
Im Schritt 110 wird zunächst die Referenzkamera an der Kameraposition in Betrieb genommen. Hierbei kann es sich um eine Erstinbetriebnahme einer Inspektionsvorrichtung handeln, die beispielsweise in den 3 - 4 ausgeführt ist. Anders ausgedrückt, kann mit der Referenzkamera die Kamera gemeint sein, die ab Werk in die Inspektionsvorrichtung eingebaut wird. Im Schritt 110 kann beispielsweise eine Grobausrichtung und eine anschließende Feinjustage der Referenzkamera erfolgen.
Anschließend werden im Schritt 111 die Parameterwerte des Kameramodells für die Referenzkamera ermittelt. Bei der Kalibrierprozedur wird zunächst ein Kalibrierkörper in das Blickfeld der Referenzkamera eingebracht, beispielsweise eine zweidimensionale Platte, die weiter unten anhand der 4 und 5 näher beschrieben wird. Der Kalibrierkörper ist mit mehreren Markern versehen, deren Positionen vorab mit einem geeichten Messmittel vermessen wurden. Darüber hinaus ist der Kalibrierkörper mit einer geeigneten Fassung oder Halterung versehen, mit der er wiederholgenau an eine Referenzposition in die Inspektionsvorrichtung eingesetzt werden kann. Mittels des Kalibrierkörpers können also im Blickfeld der Referenzkamera wiederholgenau Markerpositionen generiert werden, die kameraunabhängig sind.
Denkbar ist, dass der Kalibrierkörper an der Referenzposition angeordnet wird und ein bestimmter Marker eine Nullposition für die Referenzkamera und die Kamera kennzeichnet. Wird er dann von der Referenzkamera oder Kamera erfasst, so bildet er sich in einem Kalibrierbild als Nullpunkt der Normbildposition ab. Folglich bildet der Nullpunkt einen Parameterwert des Kameramodells.
Denkbar ist weiterhin, dass die Marker auf dem Kalibrierkörper in einem rechteckigen, regelmäßigen Raster angeordnet sind (vgl. 4). Dieses Raster wird durch die Verzeichnung des Objektivs der Referenzkamera oder Kamera entsprechend verzerrt auf den Bildsensor abgebildet. Durch die Erkennung der Marker im Bild und die Bestimmung der entsprechenden Bildposition kann dann die spezifische Verzeichnung der Referenzkamera oder Kamera berechnet werden und daraus eine 2D-Abbildungsvorschrift, um die Bilder zur Normbildverzerrung hin umzurechnen oder ganz zu entzerren. Die Parameter der 2D-Abbildungsvorschrift bilden weitere Parameterwerte des Kameramodells.
Im Schritt 112 wird dann der zuvor beschriebene Nullpunkt als Normbildposition festgelegt. Denkbar ist hier jedoch auch, dass ein anderweitig festgelegtes Bildpixel mit einem festen vektoriellen Bezug zum Nullpunkt als Normbildposition festgelegt wird.
Ebenso wird die Normbildverzerrung bestimmt. Dies kann beispielsweise die Verzerrung der Referenzkamera sein oder ein vollständig entzerrtes Bild. Letzteres kann hier bedeuten, dass gerade Linien oder Kanten im Blickfeld der Referenzkamera nach der Umrechnung zur Normbildverzerrung hin gerade dargestellt werden.
Denkbar ist auch, dass das Kameramodell als Parameterwert nur die Normbildposition aufweist und die Normbildverzerrung weder ermittelt noch berücksichtigt wird. Dies ist bei Kameras mit nur geringer Verzeichnung vorteilhaft, da dann der in der 5 dargestellte Kalibirerkörper ohne die Marker 7b auskommt und nur die X-Achse 7c und die Y-Achse 7d aufweist, um die Normbildposition zu definierten.
Mit dem Schritt 113 kann dann die eigentliche Inspektion der Behälter mit dem Inspektionsverfahren starten. Dabei werden die Behälter mittels des Transporteurs kontinuierlich oder intermittierend in das Blickfeld der Referenzkamera transportiert.
Im Schritt 114 werden dann die Behälter als Bilder mittels der Referenzkamera von der Kameraposition her erfasst. Dies kann beispielsweise eine Seitenwandinspektion sein, bei der die Behälter mittels einer Beleuchtungseinheit durchleuchtet und von der Referenzkamera erfasst werden.
Im Schritt 115 erfolgt dann die Auswertung der Bilder und die Ermittlung der Behälterinspektionsmerkmale. Damit können beispielsweise Fremdkörper, Risse und dergleichen in den Behältern erkannt werden.
Kommt es nun zu einem Defekt der Referenzkamera, so wird diese im Schritt 120 gegen eine neue Kamera ersetzt. Diese wird an derselben Kameraposition eingesetzt, wie die Referenzkamera. Allerdings kann es aufgrund von leichten Abweichungen in den Positionen von Bildsensor und/oder Linsenelementen des Objektivs dazu kommen, dass die Behälter anders abgebildet werden und damit eine leicht geänderte Position/Ausdehnung in den Bildern haben.
Nach der Inbetriebnahme der Kamera im Schritt 130 werden dann die Parameterwerte des Kameramodells für die (neue) Kamera mittels der Kalibrierprozedur ermittelt (Schritt 131). Die Kalibrierprozedur ist dieselbe Prozedur wie zuvor in Bezug auf den Schritt 111 beschrieben. Mit den neu ermittelten Parameterwerten des Kameramodells ist es dann möglich, die Bilder der Kamera ebenfalls zur Normbildposition und auf die Normbildverzerrung hin umzurechnen. Dies geschieht beispielsweise darüber, dass auf Basis des Markers an der Nullposition ein Vektor berechnet wird, mit dem die Bilder der Kamera zur Normbildposition hin verschoben werden. Zudem kann über das regelmäßige Raster der Marker am Kalibrierkörper die Verzeichnung für das neue Objektiv an der Kamera bestimmt werden. Auf Basis der bekannten Verzeichnung wird für die Kamera eine 2D-Abbildungsvorschrift erzeugt, um die Bilder der Kamera zur Normbildverzerrung hin umzurechnen.
Anschließend beginnt dann die eigentliche Inspektion der Behälter. Entsprechend Schritt 113 werden dann die Behälter im Schritt 133 zum Blickfeld der Kamera transportiert. Dort werden die Behälter im Schritt 134 mittels der Kamera von der Kameraposition her als Bilder erfasst und im Schritt 132 mittels des Kameramodells zu der Normbildposition und der Normbildverzerrung hin umgerechnet. Anders ausgedrückt, werden also 3D-Punkte im Blickfeld der Kamera durch die Umrechnung mittels des Kameramodells annähernd auf die gleichen Bildpositionen hin verschoben und entzerrt, wie sie mittels der Referenzkamera erfasst werden.
Alternativ ist auch denkbar, dass der Schritt 132 sinngemäß für die Referenzkamera zwischen dem Schritt 114 und dem Schritt 115 erfolgt und auch die Bilder der Referenzkamera zu einem Normbild hin umgerechnet werden. In diesem Fall werden dann im Schritt 132 ebenfalls die Bilder der Kamera zu dem Normbild hin umgerechnet.
Im Schritt 135 erfolgt dann die Auswertung der Bilder und die Ermittlung der Werte der Behälterinspektionsmerkmale entsprechend dem Schritt 115.
In den 2A, 2B ist beispielhaft die Umrechnung eines Bilds 10 der Kamera zur Normbildposition bzw. zur Normbildverzerrung hin dargestellt.
In der 2A ist schematisch das Bild 10 zu sehen, welches gemäß Schritt 134 mit der Kamera aufgenommen wurde. Der Bildursprung 0_B befindet sich beispielsweise an einem zentralen Pixel des Bilds 10. Über den im Kameramodell enthaltenen Vektor T_r wird das Bild 10 zur Normbildposition mit dem Ursprung 0_N hin umgerechnet, in diesem Fall verschoben. Anschließend befinden sich die Bilddaten an der Position des Bilds 11 der Referenzkamera bzw. des Normbilds.
Entsprechend ist in der 2B zu sehen, dass das Bild 10 über das Kameramodell und die darin enthaltene 2D-Abbildungsvorschrift V_Z zum Bild 11 der Referenzkamera bzw. des Normbilds mit der Normbildverzeichnung umgerechnet wird. Zu sehen ist, dass im Bild 10 beispielsweise eine tonnenförmige Verzeichnung vorherrscht, die mit der 2D-Abbildungsvorschrift V_Z zum Bild 11 der Referenzkamera bzw. Normbild hin umgerechnet wird. Beispielsweise kann dies mit einer 2D-Vektorfunktion geschehen, die jedem Bildpunkt im Bild 10 der Kamera einen Verzeichnungsvektor zuordnet, der den Bildpunkt zu einem entsprechenden Pixel des Bilds 11 hin verschiebt. Das Bild 11 ist hier im Fall eine Normbilds ohne jegliche Verzeichnung beaufschlagt, sodass alle geraden Linien und Kanten im Blickfeld der Kamera gerade abgebildet werden.
In der 3 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Inspektionsvorrichtung 1 zur bildverarbeitenden Inspektion der Behälter 2 in einer Draufsicht dargestellt. Zu sehen ist der Transporteur 3, mit dem die Behälter 2 in der Förderrichtung T transportiert werden. Hier handelt es sich beispielsweise um einen Lineartransporteur, wobei alternativ auch ein Karussell oder ein anderer geeigneter Behältertransporteur denkbar sind. Darüber hinaus ist die Durchlichtbeleuchtungseinheit 6 zu sehen, mit der die Behälter 2 zur Seitenwandinspektion durchleuchtet werden. Ebenso ist denkbar, dass die Behälter 2 zusätzlich oder alternativ von einer Auflichtbeleuchtungseinheit beleuchtet werden. Ebenso ist denkbar, dass die Inspektionsvorrichtung 1 zur Boden- und/oder zur Verschlusskopfinspektion ausgebildet ist.
Des Weiteren ist die Referenzkamera 4_R bzw. die Kamera 4 zu sehen. Diese befindet sich an der Kameraposition P zum Erfassen der Behälter 2 als Bilder. Die Behälter 2 werden hier einzeln mit dem Objektiv 4b auf den Bildsensor 4a abgebildet und dort in elektronische Signale umgewandelt, die mit der Kameraelektronik 4c in digitale Bilddaten umgewandelt werden.
Ferner ist die Kamera 4 über einen Datenbus mit der Bildverarbeitungseinheit 5 verbunden, um die Bilder auf Behälterinspektionsmerkmale hin auszuwerten. Hier kann es sich beispielsweise um Schmutzpartikel in den Behältern 2 handeln, die für die nachfolgende Befüllung mit einem Produkt unerwünscht sind. Die Bildverarbeitungseinheit 5 ist hier separat anordnet, beispielsweise in einer Maschinensteuerung. Ebenso ist denkbar, dass die Bildverarbeitungseinheit 5 separat von der Maschinensteuerung oder in der Kamera 4 integriert ist.
Des Weiteren handelt es sich bei der Referenzkamera 4_R und der Kamera 4 um den gleichen Kamera- und Objektivtyp derselben Hersteller.
In der 4 ist die Inspektionsvorrichtung aus der 3 bei der Kalibrierprozedur gemäß den zuvor in Bezug auf das Inspektionsverfahren beschriebenen Schritte 111, 131 zu sehen. Dabei wird in eine Halterung 9a, 9b eine Verfahreinheit 8 mit einem Kalibrierkörper 7 in das Blickfeld der Kamera 4, 4_R eingesetzt. Die Halterungen 9a, 9b sind in Verbindung mit der Verfahreinheit 8 so ausgeführt, dass damit eine genaue Repositionierung des Kalibrierkörpers 7 möglich ist. Zu sehen ist auch, dass der Kalibrierkörper 7 als zweidimensionale Platte 7a ausgebildet ist, auf der die Marker 7b aufgebracht sind. Diese sind genauer in der 5 dargestellt.
In der 5 ist der Kalibrierkörper 7 aus der Blickrichtung der Kamera 4, 4_R dargestellt. Zu sehen ist, dass die zweidimensionale Platte 7a im Wesentlichen rechtwinklig ausgebildet ist und mit den kreisförmigen Markern 7b versehen ist, die in einem regelmäßigen, zweidimensionalen Raster angeordnet sind. Die Marker 7b sind beispielhaft als Kreise ausgebildet und durch Bildauswertungsalgorithmen besonders einfach identifizierbar, sodass deren Mittelpunkte als Markerpositionen im Kamerabild besonders einfach bestimmt werden können.
Des Weiteren sind die beiden Achsen 7c, 7d zu sehen, die als Kennzeichnung der X-Achse und der Y-Achse des Normbilds dienen. Im Kamerabild ist identifizierbar, dass die X-Achse 7c als Gerade ausgebildet ist, die drei der Marker miteinander verbindet. Im Gegensatz dazu kann im Kamerabild identifiziert werden, dass die Y-Achse 7d als Gerade ausgebildet ist, die zwei Marker verbindet. Folglich sind die beiden Achsen 7c, 7d voneinander klar unterscheidbar.
Des Weiteren ist die Marke 7e zu sehen, an der sich die beiden Achsen 7c, 7d treffen. Diese kennzeichnet die Nullposition.
In der 4 ist der Kalibrierkörper 7 entsprechend von oben zu sehen. Dieser wird während der Kalibrierprozedur in der Richtung R zur Kamera hin und/oder von der Kamera weg verschoben. Dadurch wird das regelmäßige Raster der Marken 7b zusätzlich zu der lateralen Ausdehnung auch entlang der optischen Achse der Kamera 4, 4_R verschoben. Die Verschiebung des Kalibrierkörpers 7 erfolgt automatisch mit der Verfahreinheit 8, die als Linearmotor ausgebildet ist.
Entsprechend wird dann an verschiedenen Positionen entlang der Richtung R der Kalibrierkörper 7 mit der Kamera 4 bzw. der Referenzkamera 4_R aufgenommen und die Kalibrierbilder mittels der Kalibrierprozedur ausgewertet und gemäß den Schritten 111, 131 die Parameterwerte des Kameramodells berechnet.
Dadurch, dass die Bilder mittels des Kameramodells auf die Normbildposition und die Normbildverzeichnung hin umgerechnet werden, erfolgen die Auswerteschritte 115, 135 des Inspektionsverfahrens 100 auf Basis derselben Bildperspektive. Folglich erscheinen die Behälter 2 dann in den umgerechneten Bildern an annähernd derselben Position. Darüber hinaus wird auch die Verzeichnung des Objektivs 4b ausgeglichen, sodass bei der Referenzkamera 4_R und der Kamera 4 auch nach dem Kamerawechsel annähernd dieselben Bilder für die Auswertung der Behälterinspektionsmerkmale zur Verfügung stehen.
Dadurch ist eine genauere mechanische Positionierung der Kamera 4 nach dem Kamerawechsel 120 nicht mehr notwendig, sodass die Inbetriebnahme der Kamera entsprechend schneller erfolgt.
Es versteht sich, dass zuvor beschriebene Merkmale der Erfindung nicht auf diese Kombination beschränkt sind, sondern auch einzeln oder in beliebigen anderen, Kombinationen möglich sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0663069 A1 [0003]

Claims

Inspektionsverfahren (100) zur bildverarbeitenden Inspektion von Behältern, wobei die Behälter mittels eines Transporteurs transportiert (133) und als Bilder mittels einer Kamera von einer Kameraposition her erfasst werden (134), und wobei die Bilder zur Ermittlung von Behälterinspektionsmerkmalen mittels einer Bildverarbeitungseinheit ausgewertet werden (135), dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder mittels eines Kameramodells auf eine Normbildposition umgerechnet werden (132), um Justagefehler der Kamera nach einem Kamerawechsel (120) auszugleichen.
Inspektionsverfahren (100) nach Anspruch 1, wobei die Bilder mittels des Kameramodells zu einer Normbildverzerrung hin umgerechnet oder ganz entzerrt werden (132), um Bildfehler aufgrund einer Verzeichnung eines Objektivs und/oder einer Verkippung eines Bildsensors der Kamera auszugleichen.
Inspektionsverfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei vor dem Kamerawechsel (120), vorzugsweise bei einer Inbetriebnahme eine Referenzkamera an der Kameraposition angeordnet ist (110), und wobei für die Referenzkamera Parameterwerte des Kameramodells mittels einer Kalibrierprozedur ermittelt (111) und die Normbildposition und/oder die Normbildverzerrung bestimmt werden (112).
Inspektionsverfahren (100) nach Anspruch 3, wobei nach dem Kamerawechsel die Kamera an der Kameraposition angeordnet ist (130), und wobei für die Kamera Parameterwerte des Kameramodells mittels der Kalibrierprozedur (131) ermittelt werden.
Inspektionsverfahren (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei bei der Kalibrierprozedur (131) mit der Referenzkamera und/oder der Kamera Bilder eines Kalibrierkörpers erfasst werden, insbesondere wobei in den Bildern Markerpositionen des Kalibrierkörpers ermittelt werden.
Inspektionsverfahren (100) nach Anspruch 5, wobei der Kalibrierkörper als dreidimensionaler Körper ausgebildet ist, der mit der Referenzkamera und/oder der Kamera wenigstens einmal erfasst wird.
Inspektionsverfahren (100) nach Anspruch 5, wobei der Kalibrierkörper als zweidimensionale Platte ausgebildet ist, die mit der Referenzkamera und/oder der Kamera an einer oder mehreren Kalibrierkörperpositionen erfasst wird.
Inspektionsvorrichtung (1) zur bildverarbeitenden Inspektion von Behältern (2), insbesondere zur Durchführung des Inspektionsverfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1-7, mit - einem Transporteur (3) zum Transport der Behälter (2), - einer Kamera (4) an einer Kameraposition (P) zum Erfassen der Behälter (2) als Bilder, und - mit einer Bildverarbeitungseinheit (5) zum Auswerten Bilder, um Behälterinspektionsmerkmale zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinheit (5) dazu ausgebildet ist, die Bilder mittels eines Kameramodells auf eine Normbildposition umzurechnen, um Justagefehler der Kamera (4) nach einem Kamerawechsel auszugleichen.
Inspektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei die Bildverarbeitungseinheit (5) dazu ausgebildet ist, die Bilder mittels des Kameramodels zu einer Normbildverzerrung hin umzurechnen oder ganz zu entzerren, um Bildfehler aufgrund einer Verzeichnung eines Objektivs (4b) und/oder einer Verkippung eines Bildsensors (4a) der Kamera (4) auszugleichen.
Inspektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Bildverarbeitungseinheit (5) dazu ausgebildet ist, für eine Referenzkamera (4_R) an der Kameraposition (P) Parameterwerte des Kameramodells mittels einer Kalibrierprozedur zu ermitteln, um die Normbildposition und/oder die Normbildverzerrung zu bestimmen.
Inspektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei die Bildverarbeitungseinheit (5) dazu ausgebildet ist, für die Kamera (4) Parameterwerte des Kameramodells mittels der Kalibrierprozedur zu ermitteln.