-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Typs zumindest eines Behälters in einem Kasten, insbesondere einer Getränkeflasche aus Glas oder Polyethylenterephthalat (PET) in einem Getränkekasten oder dergleichen, mit einem Inspektionssystem sowie ein Inspektionssystem, wobei der Kasten mittels einer Fördervorrichtung des Inspektionssystems relativ zu einer optischen Erfassungsvorrichtung des Inspektionssystems bewegt wird, wobei mittels zumindest einer Erfassungseinheit der optischen Erfassungsvorrichtung, mit zumindest einer Kamera und zumindest einem Objektiv, mindestens ein Bild des Behälters aufgenommen wird, wobei die Kamera quer zu einer Bewegungsrichtung des Kastens und in Richtung einer Symmetrieachse des Behälters angeordnet wird, wobei der Behälter mittels einer Beleuchtungsvorrichtung des Inspektionssystems während der Aufnahme des Bildes mit Licht durchleuchtet wird, wobei mittels einer Verarbeitungsvorrichtung des Inspektionssystems aus dem Bild der Typ des Behälters bestimmt wird.
-
Derartige Verfahren und Inspektionssysteme sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und werden regelmäßig zur Erkennung eines Typs bzw. zur optischen Inspektion eines Behälters, insbesondere einer Getränkeflasche aus Glas oder Polyethylenterephthalat (PET) oder dergleichen, verwendet. Aus logistischen Gründen befinden sich dabei zumeist mehrere Behälter in einem Kasten bzw. Gebinde wie zum Beispiel in einem Getränkekasten. Zur Erkennung eines Typs bzw. zur optischen Inspektion von einem Behälter, wird der Behälter bzw. ein Kasten, in welchem sich Behälter befinden, mittels einer Fördervorrichtung eines Inspektionssystems relativ zu einer optischen Erfassungsvorrichtung des Inspektionssystems bewegt. Die optische Erfassungsvorrichtung weist dabei eine Erfassungseinheit mit einer Kamera und einem Objektiv auf, wobei die Kamera quer zu einer Bewegungsrichtung des Kastens und in Richtung einer Symmetrieachse des Behälters angeordnet ist. Gelangt der Behälter in einen Bildbereich bzw. Erfassungsbereich des Objektivs, vorzugsweise dann, wenn die Symmetrieachse mit einer optischen Achse des Objektivs fluchtet, wird mittels der Kamera ein oder mehrere Bilder von dem Behälter aufgenommen, wobei der Behälter während der Aufnahme des Bildes mit Licht durchleuchtet wird. Anschließend kann der Typ des Behälters mittels einer Verarbeitungsvorrichtung des Inspektionssystems aus dem Bild bestimmt werden.
-
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Inspektionssystemen ist jedoch, dass aufgrund einer stark zunehmenden Vielfalt von Typen von Behältern die Erkennung eines Typs eines Behälters nicht immer zuverlässig funktioniert. Dies ist nicht zuletzt darauf zurückzuführen, dass der Behälter auf dem Bild bedingt durch eine Ausführung der optischen Erfassungsvorrichtung bei den bekannten Inspektionssystemen, insbesondere durch die Ausführung des Objektivs, häufig mit einer perspektivischen Verzerrung abgebildet wird, was die Erkennung des Typs des Behälters erschwert. Perspektivische Verzerrung kann hier bedeuten, dass ein Hals des Behälters nicht konzentrisch zu einer Schulter des Behälters abgebildet wird bzw. dass in dem Bild ein Schulterbereich des Behälters durch einen Hals zumindest eines zu diesem Behälter benachbarten Behälters verdeckt wird. Auch kann es dazu kommen, dass ein Behälter nicht dem „richtigen Typ“ zugeordnet wird. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung eines Typs zumindest eines Behälters in einem Kasten sowie ein Inspektionssystem vorzuschlagen, welches eine verlässliche und schnelle Erkennung ermöglicht.
-
Die
DE 10 2016 117 262 A1 offenbart eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur telezentrischen Inspektion eines Objekts, insbesondere zum Erkennen von Fehl- oder Fremdbehältern in einem Flaschenkasten.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Inspektionssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erkennung eines Typs zumindest eines Behälters in einem Kasten, insbesondere einer Getränkeflasche aus Glas oder Polyethylenterephthalat (PET) in einem Getränkekasten oder dergleichen, mittels eines Inspektionssystems, wird der Kasten mittels einer Fördervorrichtung des Inspektionssystems relativ zu einer optische Erfassungsvorrichtung des Inspektionssystems bewegt, wobei mittels zumindest einer Erfassungseinheit der optischen Erfassungsvorrichtung, mit zumindest einer Kamera und zumindest einem Objektiv, mindestens ein Bild des Behälters aufgenommen wird, wobei die Kamera quer zu einer Bewegungsrichtung des Kastens und in Richtung einer Symmetrieachse des Behälters angeordnet wird, wobei der Behälter mittels einer Beleuchtungsvorrichtung des Inspektionssystems während der Aufnahme des Bildes mit Licht durchleuchtet wird, wobei mittels einer Verarbeitungsvorrichtung des Inspektionssystems aus dem Bild der Typ des Behälters bestimmt wird, wobei die optische Erfassungsvorrichtung telezentrisch ausgebildet ist, wobei der Kasten von der Fördervorrichtung ununterbrochen bewegt wird, wobei der Typ des Behälters anhand einer Schulter und/oder eines Halses des Behälters bestimmt wird, wobei mittels der Verarbeitungsvorrichtung eine Polartransformation eines Schulterbereichs und/oder eines Halsbereichs des Behälters durchgeführt wird.
-
Demgemäß ist vorgesehen, dass die optische Erfassungsvorrichtung telezentrisch ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist, wenn ein objektseitig telezentrischer Strahlengang verwendet wird. Alle Hauptstrahlen verlaufen dann in einem Objektraum parallel, so dass es möglich ist, die Behälter ohne perspektivische Verzerrung zu erfassen und abzubilden. Dadurch kann die Zuordnung des Behälters zu einem bestimmten Typ erleichtert werden bzw. zuverlässiger erfolgen. Weiter wird der Typ des Behälters anhand einer Schulter und/oder eines Halses des Behälters bestimmt. Dadurch kann der Behälter nicht nur anhand einer Farbe, einer Höhe, eines Etiketts oder eines Materials, sondern auch anhand einer Prägung oder eines Reliefs, welche bzw. welches bevorzugt in dem Schulterbereich und/oder oder dem Halsbereich des Behälters eingeprägt sein kann, identifiziert werden. Außerdem wird mittels der Verarbeitungsvorrichtung eine Polartransformation des Schulterbereichs und/oder des Halsbereichs des Behälters durchgeführt. Somit können Prägungen bzw. Reliefs im Schulterbereich und/oder Halsbereich noch besser und zuverlässiger erkannt werden. Außerdem wird der Behälter bzw. der Kasten von der Fördervorrichtung ununterbrochen bewegt. Demzufolge kann in einem gegebenen Zeitraum eine Vielzahl von Behältern optisch inspiziert werden.
-
Das Wort „Typ“ ist hier ganz allgemein zu verstehen und kann sich auf jede denkbare Eigenschaft bzw. Eigenschaften beziehen, mittels derer sich ein Behälter identifizieren lässt. Beispielsweise ist es denkbar, einen Behälter anhand einer Farbe, einer Höhe, eines Etiketts oder eines Materials des Behälters zu identifizieren. Jedoch sind auch weitere Eigenschaften wie eine Form des Behälters oder eine Prägung, welche an einer beliebigen Stelle auf einer Oberfläche des Behälters eingeprägt sein kann denkbar, um einen Behälter einem bestimmten Typ zuzuordnen.
-
Dabei können mittels der Kamera mehrere Einzelbilder aufgenommen werden, welche jeweils einen Abschnitt des Kastens von einer Oberseite des Kastens zeigen, wobei die Einzelbilder von der Verarbeitungsvorrichtung mittels Bildverarbeitung zu einem Kombinationsbild des Kastens zusammengesetzt werden.
-
Folglich können die Einzelbilder nur mittels einer einzigen Kamera aufgenommen werden, wobei die Einzelbilder jeweils einen streifenförmigen Abschnitt des Kastens zeigen, wobei der Abschnitt in einer Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung verläuft und sich über eine volle Ausdehnung des Kastens in dieser Richtung erstreckt. In diesem Fall ist das Zusammensetzen der Einzelbilder zu dem Kombinationsbild besonders einfach, da nur Einzelbilder von einer einzigen Kamera verarbeitet werden müssen.
-
Alternativ können die Einzelbilder mittels mehrerer Kameras aufgenommen werden, wobei die Einzelbilder zunächst zu weiteren Einzelbildern zusammengesetzt werden, wobei die weiteren Einzelbilder jeweils einen streifenförmigen Abschnitt des Kastens zeigen, wobei der Abschnitt in einer Richtung parallel zu der Bewegungsrichtung verläuft und sich über eine volle Ausdehnung des Kastens in dieser Richtung erstreckt, wobei die weiteren Einzelbilder anschließend zu dem Kombinationsbild zusammengesetzt werden. Demnach können die Einzelbilder derart aufgenommen werden, dass jeder in dem Kasten befindliche Behälter aus einer optimalen Position aufgenommen wird. Optimale Position bedeutet hier, dass ein Einzelbild, welches einen Behälter von einer Oberseite zeigt, vorzugsweise dann aufgenommen wird, wenn eine Symmetrieachse eines Behälters mit einer optischen Achse eines Objektivs fluchtet.
-
Weiter kann mittels der Verarbeitungsvorrichtung aus dem Bild anhand einer bzw. eines an der Schulter und/oder an dem Hals des Behälters befindlichen Prägung bzw. Etiketts oder dergleichen der Typ des Behälters bestimmt werden. Bedingt dadurch, dass eine Polartransformation des Schulterbereichs und/oder des Halsbereichs des Behälters durchgeführt wird, können Algorithmen zur Erkennung von in dem Schulterbereich bzw. Halsbereich befindlichen kontrastreichen Elementen wesentlich schneller und zuverlässiger funktionieren. Auch kann mittels der Verarbeitungsvorrichtung aus dem Bild anhand einer Form und/oder einer Farbe des Behälters der Typ des Behälters bestimmt werden.
-
Außerdem kann vorgesehen sein, dass ultraviolettes Licht auf den Behälter projiziert wird. Somit kann ein Behälter auf eine einfache Weise anhand eines Materials identifiziert werden. Beispielweise kann so zwischen Glasmaterial und Kunststoffmaterial unterschieden werden. Außerdem kann mittels des ultravioletten Lichts bei Getränkeflaschen aus Polyethylenterephthalat (PET) eine Form eines Tragerings der Getränkeflaschen sichtbar gemacht werden, wodurch die Getränkeflaschen zusätzlich unterschieden werden können.
-
Auch kann vorgesehen sein, dass in einer Speichereinheit der Verarbeitungsvorrichtung während eines Einlernvorgangs des Inspektionssystems eine bestimmte Anzahl von Bildern von Behältern verschiedener Typen gespeichert wird. Dadurch kann das Inspektionssystem eine beliebige Anzahl von Typen erkennen. Außerdem ist es denkbar, die Anzahl der in der Speichereinheit gespeicherten Bilder nachträglich zu erweitern, wenn beispielsweise neuartige Typen von Behältern auf den Markt kommen.
-
Folglich kann der Typ des Behälters mittels eines Vergleichs von Merkmalen des Bildes mit Merkmalen der gespeicherten Bilder bestimmt werden. Dieser Bildvergleich ermöglicht eine einfache und zuverlässige Erkennung des Typs.
-
Während eines Einlernvorgangs des Inspektionssystems kann außerdem ein auf einem Convolutional Neural Network (CNN) basierender Algorithmus eingesetzt werden. Dieser Algorithmus kann davon profitieren, dass das Bild bzw. der Schulterbereich und/oder der Halsbereich polartransformiert werden kann. Weiter kann der Algorithmus dadurch optimiert werden, dass dem polartransformierten Bild bzw. Schulterbereich und/oder Halsbereich eine Höhe des Behälters beschreibende Daten als eine zusätzliche Information hinzugefügt werden kann. Die Höhe kann beispielsweise mittels eines Ultraschallsensors des Inspektionssystems gemessen werden.
-
Ferner kann mittels einer Sortiervorrichtung des Inspektionssystems der Behälter, falls dieser von einem bestimmten Typ ist, von dem Kasten entnommen werden und/oder der Kasten in Abhängigkeit des Typs des Behälters sortiert werden. So kann erreicht werden, dass der Kasten nach einem Passieren der Sortiervorrichtung nur noch Behälter eines bestimmten Typs beinhaltet. Dies kann dann von Vorteil sein, wenn die Behälter anschließend von einer dem Inspektionssystem nachgeordneten Abfüllanlage mit einer Flüssigkeit wie beispielsweise Bier befüllt werden sollen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Inspektionssystem zur Erkennung eines Typs zumindest eines Behälters in einem Kasten, insbesondere einer Getränkeflasche aus Glas oder Polyethylenterephthalat (PET) in einem Getränkekasten oder dergleichen, ist der Kasten mittels einer Fördervorrichtung des Inspektionssystems relativ zu einer optischen Erfassungsvorrichtung des Inspektionssystems bewegbar, wobei mittels zumindest einer Erfassungseinheit der optischen Erfassungsvorrichtung, mit zumindest einer Kamera und zumindest einem Objektiv, mindestens ein Bild des Behälters aufnehmbar ist, wobei die Kamera quer zu einer Bewegungsrichtung des Kastens und in Richtung einer Symmetrieachse des Behälters angeordnet ist, wobei der Behälter mittels einer Beleuchtungsvorrichtung des Inspektionssystems während der Aufnahme des Bildes mit Licht durchleuchtbar ist, wobei mittels einer Verarbeitungsvorrichtung des Inspektionssystems aus dem Bild der Typ des Behälters bestimmbar ist, wobei die optische Erfassungsvorrichtung telezentrisch ausgebildet ist, wobei der Kasten von der Fördervorrichtung ununterbrochen bewegbar ist, wobei der Typ des Behälters anhand einer Schulter und/oder eines Halses des Behälters bestimmbar ist, wobei mittels der Verarbeitungsvorrichtung eine Polartransformation eines Schulterbereichs und/oder eines Halsbereichs des Behälters durchführbar ist. Zu den vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Inspektionssystems wird auf die Vorteilsbeschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
-
Die Kamera kann orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Kastens angeordnet sein. Die Kamera kann dann oberhalb der Fördervorrichtung angeordnet sein und von oben auf den Kasten bzw. den Behälter blicken, wodurch es möglich ist, eine hohe Qualität des Bildes zu gewährleisten.
-
Weiter kann das Objektiv ein telezentrisches Objektiv mit einer bildseitigen Blende sein. Bedingt dadurch wird der Hals des Behälters konzentrisch zu der Schulter des Behälters abgebildet. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn ein Bild von einem mit Behältern gefüllten Kasten aufgenommen wird, weil dann der Schulterbereich eines jeden Behälters ohne perspektivische Verzerrungen abgebildet wird. Ohne perspektivische Verzerrungen bedeutet hier, dass der Schulterbereich eines Behälters nicht durch den Halsbereich eines benachbarten Behälters verdeckt wird. Ein weiterer Vorteil des telezentrischen Objektivs besteht darin, dass sich ein Abbildungsmaßstab entlang einer optischen Achse des zumindest einen Objektives nicht ändert, wodurch es möglich wird, den Halsbereich und den Schulterbereich in demselben Abbildungsmaßstab abzubilden.
-
Weiter kann vorgesehen sein, dass eine Objektebene des Objektivs durch die Schulter oder den Hals des Behälters verläuft. Dadurch kann die Schulter oder der Hals scharf abgebildet werden.
-
Ferner kann die Beleuchtungsvorrichtung derart angeordnet sein, dass der Behälter von einer Unterseite des Behälters durchleuchtbar ist. Eine Form des Behälters und gegebenenfalls eine in dem Schulterbereich und/oder Halsbereich befindliche Prägung oder dergleichen kann somit optimal sichtbar gemacht werden. Vorteilhaft weist die Fördervorrichtung, beispielsweise ein Förderband, eine geringe Breite auf, so dass das Licht den Behälter bestmöglich durchleuchten kann. Die Beleuchtungsvorrichtung kann ultraviolettes Licht in einem Wellenlängenbereich von 200 bis 365 nm emittieren. Dadurch können auf einfache Weise Behälter aus Glas von Behältern aus beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET) unterschieden werden, weil das ultraviolette Licht das Polyethylenterephthalat (PET) zu einer Fluoreszenz anregt. Zudem ist es in diesem Fall möglich, zu erkennen, ob ein Behälter aus Glas einen UV-Schutz aufweist oder nicht.
-
Auch kann die optische Erfassungsvorrichtung zumindest eine Fresnel-Linse umfassen, mittels derer der Behälter telezentrisch abbildbar ist. Fresnel-Linsen sind kostengünstig und können platzsparend verbaut werden.
-
Der Behälter kann an der Schulter und/oder an dem Hals eine Prägung, ein Etikett oder dergleichen aufweisen. Dadurch ist es möglich, den Typ des Behälters anhand seiner Prägung oder seines Etiketts zu bestimmen.
-
Auch kann das Inspektionssystem einen Ultraschallsensor aufweisen mittels dessen eine Höhe des Behälters messbar ist. Durch eine zusätzliche Berücksichtigung der Höhe kann der Typ des Behälters noch zuverlässiger erkannt werden.
-
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Inspektionssystems ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibung der auf den Verfahrensanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.
-
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines Inspektionssystems in einer Ausführungsform;
- 2 eine Vorderansicht des Inspektionssystems;
- 3 eine Draufsicht des Inspektionssystems;
- 4 eine perspektivische Ansicht eines mit Behältern gefüllten Kastens;
- 5 eine perspektivische Ansicht eines Behälters;
- 6 ein Kombinationsbild des Kastens;
- 7 ein Einzelbild des Kastens;
- 8 ein weiteres Einzelbild des Kastens;
- 9 noch ein weiteres Einzelbild des Kastens;
- 10 ein einen Behälter von einer Oberseite zeigender Bildbereich;
- 11 ein polartransformierter Schulterbereich.
-
Eine Zusammenschau der 1 bis 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Inspektionssystem 10, bei dem ein mit Behältern 19 gefüllter Kasten 18 von einer Fördervorrichtung 11 relativ zu einer optischen Erfassungsvorrichtung 12 bewegt wird. Die optische Erfassungsvorrichtung 12 umfasst eine Erfassungseinheit 13 mit einer Kamera 15 und einem Objektiv 16 sowie eine Anzahl von Fresnel-Linsen 14. Die Erfassungseinheit 13 ist oberhalb der Fördervorrichtung 11 und orthogonal zu einer Bewegungsrichtung des Kastens 18 angeordnet, so dass ein Bild von einer Oberseite des Kastens 18 aufgenommen werden kann. Weiter ist unterhalb der Fördervorrichtung 11 eine Beleuchtungsvorrichtung 17 angebracht, mittels derer der Kasten 18 bei einer Aufnahme des Bildes beleuchtet werden kann.
-
Die 4 zeigt den Getränkekasten 18, welcher mit Behältern 19 gefüllt ist.
-
Die 5 zeigt einen Behälter 19, welcher einen Hals 20, eine Schulter 21 und eine Oberseite 31 aufweist. Weiter weist der Behälter eine Symmetrieachse 33 auf, welche parallel zu dem Hals 20 verläuft. Außerdem weist der Behälter 19 auf der Schulter 21 eine Prägung 22 auf.
-
Mittels der Kamera 15 werden, wie in den 7, 8 und 9 gezeigt, mehrere Einzelbilder 24, 25 und 26 aufgenommen, welche jeweils einen Abschnitt des Kastens 18 von einer Oberseite des Kastens 18 zeigen, wobei die Einzelbilder 24, 25 und 26 von einer in den 1 bis 3 nicht gezeigten Verarbeitungsvorrichtung mittels Bildverarbeitung zu einem Kombinationsbild 23 des Kastens 18, wie in der 6 gezeigt, zusammengesetzt werden. Dabei zeigen die Einzelbilder 24, 25 und 26 jeweils einen streifenförmigen Abschnitt des Kastens 18, wobei der Abschnitt in einer horizontalen Richtung 27 orthogonal zu der Bewegungsrichtung verläuft und sich über eine volle Ausdehnung des Kastens 18 in dieser horizontalen Richtung 27 erstreckt. Anschließend werden die Einzelbilder 24, 25 und 26 in einer vertikalen Richtung 28 zu dem Kombinationsbild 23 des Kastens 18 zusammengesetzt. Die optische Erfassungsvorrichtung 12 ist telezentrisch ausgebildet. In der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform des Inspektionssystems 10 sorgt das Objektiv 16 mit Hilfe der Fresnel-Linsen 14 für eine telezentrische Aufnahme des Bildes, so dass der Hals 20 konzentrisch zu der Schulter 21 für alle Behälter 19 in dem Kasten 18 abgebildet wird.
-
Die 10 zeigt einen den von der Oberseite 31 des Behälters 19 zeigenden Bildbereich 29 mit einem Schulterbereich 32. Dabei kann die Verarbeitungsvorrichtung den Bildbereich 29 mittels Bildverarbeitung aus dem Kombinationsbild 23 extrahieren. Mittels der Verarbeitungsvorrichtung wird weiter eine Polartransformation des Schulterbereichs 32 durchgeführt.
-
In der 11 ist ein polartransformierter Schulterbereich 30 dargestellt. Bedingt durch die Polartransformation kann die Prägung 22 besser erkannt werden. Anhand der Prägung 22 kann der Typ des Behälters 19 erkannt werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde hier rein beispielhaft anhand der Erkennung eines Typs eines Behälters durch eine Prägung an einer Schulter des Behälters erläutert. Selbstverständlich ist es ebenso möglich, dass das Inspektionssystem einen Behälter anhand einer Farbe, einer Form oder eines Materials des Behälters oder dergleichen identifiziert.
