DE102020118470A1

DE102020118470A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Inspizieren von Behältnissen

Info

Publication number: DE102020118470A1
Application number: DE102020118470.0A
Authority: DE
Inventors: Anton Niedermeier; Stefan Schober
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2022-01-13
Also published as: EP4153975A1; WO2022012938A1; US20230288344A1; CN115917301A

Abstract

Vorrichtung (1) zum Inspizieren von Behältnissen (10) mit einer Transporteinrichtung (2), welche die Behältnisse (10) entlang eines vorgegebenen Transportpfads (P) transportiert und mit einer Inspektionseinrichtung (4) zum Inspizieren der Behältnisse, wobei diese Inspektionseinrichtung (4) eine Bildaufnahmeeinrichtung (42) aufweist, welche dazu geeignet und bestimmt ist, ein ortsaufgelöstes Bild eines Bodens (10a) des Behältnisses (10) aufzunehmen. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung (1) eine Bildauswerteeinrichtung (44) auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, das von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommene Bild auszuwerten, wobei diese Bildauswerteeinrichtung (44) eine Unterscheidung zwischen Bildern von solchen Behältnissen welche in ihrem Inneren Fremdkörper aufweisen und solchen Behältnissen, welche an einer Außenoberfläche des Bodens Fremdkörper aufweisen ermöglicht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Inspizieren von Behältnissen und insbesondere auch zum Inspizieren von Behältnisböden. Aus dem Stand der Technik sind solche Bodeninspektionen seit langem bekannt. Dabei ist es üblich, dass die Behältnisse bodenfrei transportiert werden und vor der eigentlichen Inspektion an ihrem Boden abgeblasen werden. Dieses Abblasen bewirkt eine Entfernung von Schaumresten am Boden der Behältnisse.
Genauer gesagt wird diese Bodenabblasung oder auch eine Bodenabsaugung stromaufwärts vor der Bodeninspektion installiert. Sie hat die Aufgabe, die Unterseite des Behälterbodens und dessen nähere Umgebung von Tropfen, Schaum, Etikettenresten und dergleichen zu befreien. Es soll genauer erreicht werden, dass nur noch potenzielle Verschmutzungen im Inneren der Behälterböden zurückbleiben. Diese verbleibenden Verschmutzungen können von der Bodenerkennung erkannt werden und in der Folge das Behältnis ausgeleitet werden. Wir die ausgeleiteten Behältnisse gesammelt, kann der Bediener der Anlage im Nachgang oder auch im Rahmen eines automatischen Prozesses aufgrund der Fehlerbeschaffenheit entscheiden, ob das Behältnis den manuellen Vorreinigungen, der automatischen Reinigung oder der Zerstörung zugeführt wird.
Die Produktionsleistung einer Bodeninspektion liegt zwischen 6.000 und 100.000 Behälter pro Stunde, insbesondere zwischen 16.000 und 85.000 Behälter pro Stunde. Die Reinigungsfunktion muss daher gründlich und schnell arbeiten. Daher wird im Stand der Technik ein Aktor verwendet, beispielsweise eine Blasdüse gepulst oder im Dauerbetrieb. Daneben könnte auch eine Saugeinrichtung vorgesehen sein.
Die Bodenabblasung ist im Stand der Technik notwendig, weil die Erkennung von Verunreinigungen keine klare Trennung der typischen Störeinflüsse im Außenbereich gegenüber den Verschmutzungen im Bodeninneren ermöglicht. Diese Unterscheidung wäre allerdings wichtig. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Erkennungsleistung immer im Zusammenhang mit der Fehlausleitung zu sehen ist. Typische Störeinflüsse im Außenbereich sind anhaftende Wassertropfen, Schaumbläschen, beschlagener oder teilweise beschlagener Boden, Schleifspuren, die durch den Reinigungsvorgang entstanden sind und dergleichen. Diese Störeinflüsse werden, sollten sie die Ursache der Behälterausleitung sein, als Fehlausleitung gewertet.
Ein Beispiel für eine solche Bodenabblasung ist in der DE 20 2007 007 373 U1 beschrieben.
Relevante Verschmutzungen sind jedoch Verschmutzungen, die im Inneren der Behältnisse auftreten, wie beispielsweise geknülltes Papier oder Folie, Zigarettenfilter und dergleichen.
Eine sichere Erkennung der Verschmutzung oder der Fremdgegenstände bei einer akzeptablen Fehlausleitung ist nur mit einer leistungsfähigen Bodenabblasung möglich. Eine sichere Erkennung bedeutet, dass mehr als 95%, besser mehr als 97%, bevorzugt mehr als 98,5% und besonders bevorzugt mehr als 99,8% der Fehler erkannt werden. Eine akzeptable Fehlausleitung liegt bei weniger als 0,1, bevorzugt bei weniger als 0,05 oder noch besser bei weniger als 0,03% der produzierten Behältnisse. Dies bedeutet, dass auch bei einer maximalen Fehlausleitung von 0,05% höchstens jeder 2.000ste gute Produktionsbehälter als schlecht klassifizierte werden sollte.
Bei einer Tagesproduktion von zirka 150.000 Behältnissen bis hin zu 2 Millionen Behältnissen wird verständlich, wie wichtig diese Fehlausleitungskennzahl bei gleichzeitiger sicherer Fehlerdetektion ist. Wird die Produktionsgeschwindigkeit und die Tatsache, dass jedes Behältnis inspiziert wird, berücksichtigt, wird schnell verständlich, dass die Wahl der geeigneten Auswerteverfahren beschränkt und somit die Abblasung bislang alternativlos ist.
Die Bodenabblasung wiederum bringt zahlreiche Nachteile mit sich. So verbraucht die Bodenabblasung Luft oder andere Medien oder bezieht ihre Primärenergie zum Beispiel durch Strom, um Luft oder Luftströmungen zu erzeugen. Der Energieverbrauch ist nicht unerheblich.
Die Abblasung soll bzw. muss korrekt arbeiten, es ist also auf den korrekten Funktionsabstand zu achten. Wird ein Aktor nur zeitweise betrieben, wie es beispielsweise bei einer gepulsten Blasdüse der Fall ist, muss der Zeitpunkt der Aktion mit dem bewegten Behältnis synchronisiert werden. Werden in den Produktionssorten verschiedene Behältergrößen und Behälterformen verarbeitet, so ist der Reinigungsvorgang den neuen Gegebenheiten anzupassen. Dies kann beispielsweise zu einer mechanischen Verstellung oder einer Änderung in dem Synchronisationspunkt führen.
Auch bei einem Sortenwechsel kann ein Parameterwechsel notwendig sein. Weiterhin muss die Einheit regelmäßig in ihrer Funktion überprüft werden und unterliegt einem Verschleiß, beispielsweise deren Ventil. Daneben benötigt die Ablasseinheit entlang des Transportpfades Platz. Weiterhin müssen bestimmte Funktionen, wie ein dauerhaftes Blasen bei einem Stillstand der Maschine oder beim Öffnen der Maschine abgestellt werden und daneben ist die Abblasung kostenintensiv.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Nachteile der Abblasung zu vermeiden oder zu lindern.
Dies wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Inspizieren von Behältnissen weise eine Transporteinrichtung auf, welche die Behältnisse entlang eines vorgegebenen Transportpfads und/oder in einer vorgegebenen Transportrichtung transportiert sowie eine Inspektionseinrichtung zum Inspizieren der Behältnisse, wobei diese Inspektionseinrichtung eine Bildaufnahmeeinrichtung aufweist, welche dazu geeignet und bestimmt ist, ein ortsaufgelöstes Bild eines Bodens des Behältnisses aufzunehmen.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Bildauswerteeinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, das von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommene Bild auszuwerten, wobei diese Bildauswerteeinrichtung eine Unterscheidung zwischen Bildern von solchen Behältnissen, welche in dem Inneren Fremdkörper aufweisen und solchen Behältnissen, welche an einer Außenoberfläche des Bodens Fremdkörper aufweisen, ermöglicht.
Es wird daher vorgeschlagen, dass mittels einer Bildauswerteeinrichtung bzw. einer verbesserten Auswerteeinrichtung die Abblaseinrichtung ersetzt werden kann. Dabei hat die Anmelderin herausgefunden, dass ein Benutzer mit dem bloßen Auge in der Regel bei Betrachtung eines von dem Behältnis aufgenommenen Bildes erkennen kann, ob ein Fehler, bzw. ein Fremdkörper im Inneren des Behältnisses vorliegt, oder ein Objekt an der Außenwand, wie beispielsweise Schaumstoff bzw. Schaumreste. In der Regel kann der Benutzer auch anhand eines Bildes die Natur des Fremdkörpers erkennen.
Dabei kann der Benutzer die Erfahrung nutzen, dass beispielsweise Schaumreste an der Außenwandung des Behälters einen anderen optischen Eindruck vermitteln als Körper im Inneren des Behältnisses. So werfen beispielsweise Schaumreste an der Außenwandung des Behältnisses Blasen, die auch auf einem Bild erkennbar sind und damit leicht identifiziert werden können. Im Rahmen der Erfindung wird damit vorgeschlagen, dass auch die Auswerteeinrichtung im Rahmen der Auswertung anhand des Bildes feststellt, welche Art von Fehlstellen bzw. Störungen aufgenommen wurden.
Bei einer möglichen Ausgestaltung wäre es möglich, dass durch die Bildaufnahmeeinrichtung zwei Bilder aufgenommen werden, wobei einmal der Fokus des Bildes auf die Oberseite des Behältnisbodens gelegt wird und einmal auf dessen Unterseite. Auf diese Weise lässt sich anhand der Bildschärfe erkennen, ob die entsprechende Störung bzw. ein Fremdkörper innerhalb oder außerhalb des Behältnisses ist. Daneben wäre es auch möglich, dass der Fokus der Bildaufnahmeeinrichtung auf die Oberseite des Bodens oder die Unterseite gelegt wird. Auch hier wäre eine Unterscheidung nach der Bildschärfe der einzelnen Objekte in dem Bild möglich.
Daneben wäre es beispielsweise möglich, dass die Auswerteeinrichtung charakteristische Bildsegmente sucht, welche beispielsweise für an dem Behältnis haftende Schaumreste charakteristisch sind. So werfen beispielsweise Schaumreste Blasen, die in einem Bild als kreisförmige Gebilde auftauchen. Bei Identifikation derartiger Bildsegmente kann die Auswerteeinrichtung auf Fremdkörper schließen, die an der Außenoberfläche des Bodens angeordnet sind.
Damit kann die Vorrichtung unterscheiden zwischen solchen Fremdkörpern, die an der Außenoberfläche des Bodens vorhanden sind und solchen Fremdkörpern, die im Inneren des Behältnisses befindlich sind. Typische Fremdteile im Inneren des Behältnisses sind beispielsweise relativ große Objekte wie zusammengedrückte Kronkorken, geknülltes Papier oder Folie, Zigarettenfilter, Draht (Büroklammern und dergleichen), Sicherungsringe, Strohhalme, Holzstücke, Spatel (von Stieleis). Mittelgroße Fremdteile, die sich im Inneren des Behältnisses befinden können, können eine Ausdehnung von wenigen Millimetern bis hin zu knapp einem Zentimeter aufweisen. Sie sind in der Größenordnung der außen anhaftenden Wassertropfen, wie beispielsweise Glasscherben, kleine Papier- (Etiketten), -reste oder Folienstücke, Insekten, Schimmelflecken und dergleichen. Kleinere Fehler von einem Millimeter bis hin zu wenigen Millimetern sind zum Beispiel sehr kleine Papier- oder Folienstücke, einzelne Schimmelpunkte, kleine Insekten, Larven oder Glassplitter.
Die Einteilung dieser Störungen bzw. Fremdköper oder auch Fehler zeigt, dass große Objekte leicht von den äußeren Störgrößen bzw. den außen anhaftenden Objektenn unterscheidbar sind. Der Unterschied zwischen den mittelgroßen Fehlern und den äußeren Störgrößen ist jedoch etwas schwieriger zu bewältigen. Bei kleineren Fremdteilen besteht die Gefahr, dass sie optisch in einem Störort eingebettet sind.
Weiterhin wäre es möglich, dass die Auswerteeinrichtung die aufgenommenen Bilder mittels Referenzbildern vergleicht, die beispielsweise für bestimmte Fremdkörpergattungen aufgenommen sind. Anhand dieser Vergleiche kann die Auswerteeinrichtung feststellen, ob es sich bei den Darstellungen des Bildes um einen Fremdkörper handelt, der an der Außenoberfläche des Behältnisses anliegt oder um einen Fremdkörper, der sich im Inneren des Behältnisses befindet.
Bevorzugt nimmt die Auswerteeinrichtung eine automatische Auswertung vor. Dabei ist es, wie oben erwähnt, möglich, dass die Bildaufnahmeeinrichtung lediglich ein Bild aufnimmt, es wäre jedoch auch möglich, dass mehrere Bilder aufgenommen werden.
Bevorzugt erfolgt eine Bildaufnahme der Bildaufnahmeeinrichtung während eines Transports des Behältnisses.
Es wird damit, wie unten genauer beschrieben, vorgeschlagen, die menschliche Erfahrung bei der Betrachtung derartiger Bilder nachzustellen bzw. nachzuahmen. Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Speichereinrichtung auf, in der Referenzbilder von Störungen abgelegt sind. Weiterhin kann eine Vergleichseinrichtung vorgesehen sein, welche aufgenommene Bilder mit Referenzbildern vergleicht.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung keine Bodenabblasung auf, insbesondere keine solche, die vor der Inspektionseinrichtung angeordnet sind. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform transportiert die Transporteinrichtung die Behältnisse vereinzelt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Bildaufnahmeeinrichtung oberhalb der zu inspizierenden Behältnisse und insbesondere oberhalb deren Mündungen angeordnet. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die tatsächlich relevanten Fremdkörper, die sich im Inneren des Behältnisses befinden, auf jeden Fall oberhalb der außerhalb des Behältnisses angeordneten Fremdkörper wie Schaumreste angeordnet sind und so in jedem Fall in dem Kamerabild erfasst werden. Bevorzugt handelt es sich bei den Behältnissen um unbefüllte bzw. leere Behältnisse
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beobachtet die Bildaufnahmeeinrichtung den Boden des Behältnisses durch eine Mündung des Behältnisses hindurch, bzw. ermöglicht eine solche Beobachtung.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten der Behältnisse auf. Bevorzugt ist diese Beleuchtungseinrichtung unterhalb der Behältnisse angeordnet, sodass die Behältnisse im Durchlichtverfahren inspiziert werden. Bevorzugt ist daher das Behältnis bzw. auch der Transportpfad der Behältnisse zwischen der Bildaufnahmeeinrichtung und der Beleuchtungseinrichtung angeordnet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Beleuchtungseinrichtung um eine gepulste Beleuchtungseinrichtung. Vorteilhaft ist diese Beleuchtungseinrichtung mit der Bildaufnahmeeinrichtung synchronisiert. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Beleuchtungseinrichtung auch mit der Transportmitteleinrichtung der Behältnisse synchronisiert. Dies bedeutet, dass die Bilder stets in einer bestimmten Position der Behältnisse aufgenommen werden.
Bevorzugt ist daher auch eine Auslöseeinrichtung vorgesehen, welche die Beleuchtungseinrichtung und/oder die Bildaufnahmeeinrichtung auslöst.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Transporteinrichtung dazu geeignet und bestimmt, die Behältnisse wenigstens abschnittsweise bodenfrei zu transportieren. Dies bedeutet, dass der Boden der Behältnisse bei deren Transport frei bleibt und auf diese Weise auch im Durchlichtverfahren beobachtet werden kann. Es wäre jedoch auch möglich, dass die Behältnisse auf einem Boden oder einer Unterlage transportiert werden, die selbst als Beleuchtungseinrichtung wirkt.
Ein Beispiel für eine derartige Transporteinrichtung, welche die Behältnisse bodenfrei transportiert, sind beispielsweise Seitenbänder, welche die Behältnisse zwischen sich aufnehmen und auf diese Weise transportieren.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Bildauswertung dazu geeignet und bestimmt, optisch wahrnehmbare charakteristische Eigenschaften von an der Außenoberfläche der Behältnisse angeordneten Fremdkörpern zu identifizieren. So können beispielsweise, wie oben erwähnt, Luftbläschen oder Schaum identifiziert werden.
Es wird daher vorgeschlagen, dass, wie oben erwähnt, die Funktion des Abblasens kompensiert wird, indem eine Auswertung mittels neuer effizienter Algorithmen oder Verfahren eine ausreichende Schätzung bzw. Unterscheidung der typischen im Außenbereich befindlichen Störeinflüsse gegenüber deren inneren befindlichen Verschmutzung gewährleistet.
Interessanterweise konnte der menschliche Betrachter schon immer am Kamerabild erkennen, ob es sich um eine Störung im äußeren Bereich oder um einen Fremdgegenstand im Inneren handelt. Lediglich die unterschiedlichsten Auswerteverfahren waren bis heute nicht in der Lage, die Situation treffsicher zu unterscheiden. Die Bodenabblasung wird damit durch ein einfaches System ohne Blasluftmedien und/oder Medienverbrauch ersetzt oder ganz aufgegeben.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Ausleiteinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, auf Basis eines von der Auswerteeinrichtung ausgegebenen Werts und/oder Ergebnisses Behältnisse aus dem Produktstrom der von der Transporteinrichtung transportierten Behältnisse auszusondern. Insbesondere werden derartige Behältnisse ausgesondert, in dem die Auswerteeinrichtung einen Fremdkörper im Inneren des Behältnisses feststellt. Daneben werden vorteilhaft solche Behältnisse nicht ausgesondert, bei denen die Auswerteeinrichtung einen Fremdkörper an der Außenoberfläche und insbesondere an der Außenwandung des Bodens feststellt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung entlang des Transportpfads stromaufwärts bezüglich der Inspektionseinrichtung eine Verunreinigungsentfernungseinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, an der Außenoberfläche des Bodenabschnitts des Behältnisses befindliche Verunreinigungen zu entfernen, wobei diese Verunreinigungsentfernungseinrichtung ein mechanisch das Behältnis kontaktierendes Element aufweist.
Im Gegensatz zu etwa einer Abblasung wird also hier vorgeschlagen, dass ein Reinigungselement vorgesehen ist, welches mechanisch Verschmutzungen von dem Behältnis ablöst. Bevorzugt ist diese Verunreinigungsentfernungseinrichtung aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt, welche Abziehlippen, Bürsten, Bürstenrollen oder dergleichen enthält.
Dabei ist es bevorzugt möglich, dass diese Verunreinigungsentfernungseinrichtung bewegt wird. Dabei ist es möglich, dass dieses Element gegenüber den transportierten Behältnissen bewegt wird, beispielsweise eine zusätzliche Kreisbewegung durchführt. Dabei kann die Relativgeschwindigkeit zwischen dieser Verunreinigungsentfernungseinrichtung und dem Boden des Behältnisses betragsmäßig ≤ oder auch größer als die Transportgeschwindigkeit sein und die Bewegung kann auch in beliebiger Orientierung zur Transportrichtung angeordnet sein. Weiterhin kann die Bewegung auch eine Kreisbewegung sein oder auch mit der Relativbewegung (zwischen dem Behältnis und der Verunreinigungsentfernungseinrichtung kombiniert sein.
Dabei ist es möglich, dass für einen bestimmten Wegbereich diese Verunreinigungsentfernungseinrichtung mit dem Behältnis mitgeführt wird. Es wäre jedoch auch möglich, dass diese Verunreinigungsentfernungseinrichtung stationär angeordnet ist.
Diese Verunreinigungsentfernungseinrichtung dient insbesondere zum Entfernen von Verunreinigungen, welche die Bildaufnahme des Bodens des Behältnisses so stark beeinträchtigen können, dass möglicherweise auch oberhalb dieser Verunreinigung befindliche Fremdkörper nicht mehr erfasst werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung derart angepasst, dass eine Erkennung der Bodeninspektion noch in einem Kamerabild bzw. einem Bild der Bildaufnahmeeinrichtung die typischen Erscheinungsformen derjenigen Störgrößen oder Fremdkörper, die ohne Abblasung noch nach einer Lippe oder Bürste im Außenbereich des Behälterbodens verbleiben erkennen kann.
Es wäre jedoch auch möglich, dass auch derartige Störgrößen bzw. Verunreinigungen von echten Fehlern, das heißt insbesondere von Fremdkörpern innerhalb des Behältnisses unterschieden werden können.
Bei einem weiteren bevorzugen Verfahren ist es jedoch auch möglich, dass Reinigungsvorgänge außerhalb des Behältnisses vollständig unterbleiben.
Daneben ist es jedoch auch möglich, dass die Auswerteeinrichtung auch ohne eine Verunreinigungsentfernungseinrichtung die typischen Störgrößen von echten Fehlern unterscheidet. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Abstreifen oder Bürsten des Behältnisses vollständig unterlassen und/oder nur zum Zwecke einer groben Reinigung von sehr großen Fremdkörpern eingesetzt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Reinigung durch eine Verunreinigungsentfernungseinrichtung nur zum Zwecke für die Entfernung von Störgrößen oder Fremdkörpern im Außenbereich verwendet, die gleich denen im Innenbereich sind, wie beispielsweise Etikettenreste, Folien oder Schmutz. Der Grund dafür liegt darin, dass derartige Störgrößen im Außenbereich nur schwer von entsprechenden Störgrößen bzw. Fremdkörpern im Innenbereich unterschieden werden können. So ist es möglich, dass beispielsweise Etikettenreste an der Außenoberfläche des Behältnisses nur schwer zu unterscheiden sind von Etikettenresten im Inneren des Behältnisses. Damit wird hier dafür Sorge getragen, dass derartige Verunreinigungen am Außenbereich des Behältnisses entfernt werden. Es wäre jedoch auch möglich, dass die Auswerteeinrichtung bei Feststellung derartiger Verunreinigungen automatisch eine Ausleitung hervorruft, da dann nicht sichergestellt werden kann, ob es sich bei dem Fremdkörper um einen außen am Behältnis haftenden Fremdkörper oder um einen innen am Behältnis haftenden Fremdkörper handelt.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren kann das Verfahren zur Unterscheidung von äußeren Störgrößen von inneren Fremdkörpern mittels künstlicher Intelligenz umgesetzt werden. Dabei ist es möglich, dass aus dem davon abgeleiteten Teilbereich des Maschinenlearning, dessen Teilbereich das Deep Learning sein kann.
Daneben kann das hier beschriebene Verfahren zur Unterscheidung der Fremdkörper auch aus dem Bereich der Support vector Machine gewählt sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren auch Informationen einer Textur, Formbeschreibung, Korrelationsergebnisse aus der beschreibenden Bildverarbeitung zur Unterstützung heranziehen.
Bevorzugt wird von der Auswerteeinrichtung ein Verfahren verwendet, welches als Deep Learning (mehrschichtiges Lernen) bekannt ist. Deep Learning bezeichnet ein Verfahren des maschinellen Lernens, welches künstliche neuronale Netze mit zahlreichen Zwischenschichten zwischen einer Eingabeschicht und einer Ausgabeschicht einsetzt und dadurch eine umfangreiche innere Struktur herausbildet. Es handelt sich dabei um eine spezielle Methode der Informationsverwaltung. Dem gegenüber verwendet ein convolutional neuronal network im Gegensatz zu einem deep neuronal network Faltungsoperationen, die über ein Eingabebild geschoben werden. Es wäre jedoch auch die Verwendung eines convolutional neuronal network Verfahrens denkbar.
Dabei kann beispielsweise ausgegangen werden von einem von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bild.
Wie bereits oben erwähnt wird, nimmt die Bildaufnahmeeinrichtung ein ortsaufgelöstes Bild auf, insbesondere ein Bild, welches eine Vielzahl von Bildpixeln aufweist. Dabei ist es möglich, dass diese einzelnen Pixel im Rahmen einer Bewertung unterschiedlich gewichtet werden.
Eine Gewichtung jedes dieser Pixel wird im Rahmen der deep neuronal network Faltungsoperationen eingelernt. Dies kann beispielsweise in einem Trainingsmodus geschehen.
Da diese Faltungsoperation (welche insbesondere auch zu unterschiedlichen Gewichtungen der Pixel führen können) über das Bild geschoben werden, teilen sich alle Bildpunkte die gleichen Faltungsgewichte. Dies reduziert die Anzahl der Gewichtungen bzw. Gewichte dramatisch gegenüber einem deep neuronal network, in welchem ein Gewicht pro Eingabepixel gelernt wird. Es wird also hier bevorzugt vorgeschlagen, dass pro Eingabepixel ein bestimmtes Gewicht eingelernt wird.
Wurden die Gewichte einer Faltung eingelernt, um ein bestimmtes Merkmal zu erkennen, dann kann dieses Merkmal an jeder Position im Bild erkannt werden. Auf diese Weise können beispielsweise bestimmte charakteristische optische Merkmale eines Bildes, wie etwa die Bläschen von einer Schaumbildung, an jeder beliebigen Stelle des aufgenommenen Bildes wiedererkannt werden.
Wurden daher die Gewichte einer Faltung eingelernt, um ein gewisses Merkmal zu erkennen, so kann dieses Merkmal an jeder Position im Bild erkannt werden. Diese Translationsunabhängigkeit ist ein entscheidender Vorteil gegenüber einem deep neuronal network ohne Faltungen. Im vorliegenden Fall findet genau dies Anwendung, um charakteristische Merkmale bestimmter Fehler wiederzuerkennen.
Im Rahmen der Auswertung kann also auch ein Trainingsprozess vorgenommen werden, der die Auswerteeinrichtung einlernt. Dabei können Trainingsdaten aus Kamerabildern stammen, die in der Produktion aufgenommen werden und automatisiert oder in Handarbeit mit Fehlermarkierungen versehen werden. Bei diesen Bildern kann es sich gewissermaßen um Referenzbilder handeln, welche bestimmte zu erkennende Fehlstellen zeigen bzw. aufweisen.
Dabei kann Kamerabild einer oder mehreren Fehlerklassen zugeordnet werden. Es ist zum Beispiel möglich, dass sowohl ein Kronkorken in einer Flasche liegt als auch ein „Strohhalm“. Das Kamerabild dieser Flasche würde dann den beiden Fehlerklassen Kronkorken und Strohhalm zugeordnet werden.
Bevorzugt setzt sich eine Gesamtmenge dieser Trainingsbilder zusammen aus den folgenden Gruppen:

- Bilder von Fehlern, welche Kunden üblicherweise erkennen wollen, sogenannte Fehlerkataloge;
- Bilder von Fehlern, welche von herkömmlichen Bildverarbeitungsverfahren in realen Anlagen gefunden werden;
- Bilder von Fehlern, welche von herkömmlichen Bildverarbeitungsverfahren in realen Anlagen nicht gefunden werden, aber vom Anlagenbetreiber als Fehler klassifiziert werden;
- Synthetische Fehler aus der Erfahrung des Fachmanns, indem beispielsweise Fehlermuster künstlich in reale Kamerabilder eingefügt werden;
- Bilder von Gutbildern, also Kamerabilder, die keinerlei Fehler zeigen.

Die Markierung der Fehler (Annotation) in den Trainingsdaten werden entweder manuell oder automatisiert durchgeführt. Dabei ist es möglich, dass die Annotation entweder nur aus der Zuordnung zu einer oder mehreren Fehlerklassen besteht oder aber auch zusätzliche Markierungsflächen umfassen kann, die jeden Fehler in einem Kamerabild lokalisieren.
Die Trainingsdaten können vermehrt werden, indem Varianten der echten Kamerabilder erzeugt werden. Dieser Vorgang heißt Augmentation. So können beispielsweise Rotationen, Verschiebungen, Skalierungen, Spiegelungen, Kontrastveränderungen oder Bildausschnitte auf echte Kamerabilder angewandt werden, um künstliche Trainingsbeispiele zu erzeugen.
Zusätzliche Trainingsbeispiele verbessern den Trainingsvorgang und erlauben es dem Klassifikator, generelle Merkmale zu lernen, ohne dem individuellen Erscheinungsbild des Fehlers zu großes Gewicht zu geben.
Das Einlernen bzw. Training des tiefen neuronalen Netzes wird mit einem Teil der Trainingsdaten bzw. wenigstens einem Teil der Trainingsdaten durchgeführt. Dabei kann bevorzugt eine Verifikation einer Klassifikationsleistung mit einem weiteren Teil der Trainingsdaten durchgeführt werden.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Klassifikator nicht die Trainingsdaten auswendig lernt und seine echte Klassifikationsleistung auf ihm bisher unbekannten Bilddaten gemessen wird.
Bevorzugt werden dabei Trainingsdaten zu zwischen 70 und 95% bevorzugt, zwischen 75 und 90 bevorzugt, zu etwa 85% den Trainingsdaten zugeordnet und zu zwischen 5 und 30%, bevorzugt zwischen 10 und 20% und bevorzugt zirka 15% den Verifikationsdaten.
Ein Training eines Klassifikators kann dabei bevorzugt vor Ort in einer Maschine erfolgen. Bevorzugt wird jedoch aufgrund der hohen Rechenzeit und Speicherplatzanforderungen ein derartiges Training bevorzugt in einem Entwicklungslabor durchgeführt. Das Ergebnis dieses Trainings sind die gelernten Gewichte, die beispielsweise als Datei die zweite Komponente darstellen, welche den neuronalen Klassifikator definiert.
Bevorzugt wird im Rahmen der Ausführungen ein Interferenzschritt durchgeführt. Dabei können Eingabedaten in diesem Interferenzschritt ein oder mehrere Kamerabilder sein. Die Ausgabedaten des neuronalen Netzes können dabei beispielsweise Zahlenwerte sein, die die Zugehörigkeit des verarbeiteten Kamerabilden zu einer oder mehreren trainierten Klassen anzeigen. Daneben können die Ausgabedaten auch eine Segmentierung sein, welche bestimmte Bildbereiche bestimmten Fehlerklassen zuordnet. Dabei ist es möglich, dass die Art der Ausgabe durch eine Netzarchitektur und/oder das Trainingsverfahren festgelegt wird.
Aufgrund der hohen Datenrate von typischerweise bis zu 25 Kamerabildern pro Sekunde und bis zu 50 verschiedenen Sensoren, ist es denkbar, dass die Ausführung auf dem Zielsystem direkt in der Anlage erfolgt. Es wäre jedoch auch hier eine Ausführung außerhalb der Inspektionsmaschine möglich (beispielsweise im Rahmen einer Cloud-Lösung).
Eine Interferenz in der Maschine erfordert eine geeignete Hardware, wie beispielsweise eine leistungsfähige CPU; GPU, FPGA oder eine dezidierte Hardware, wie VPU. Die Ausführung abseits einer CPU bietet den Vorteil, die CPU-Leistung anderweitig einsetzen zu können. Auch ist die Ausführung in einer Bildaufnahmeeinrichtung bzw. einer Kamera selbst denkbar und technisch umsetzbar. Daneben wäre es auch möglich und wünschenswert, eine Ausführung auf dem FPGA eines Framegrabber vorzunehmen, der bisher nur für den Bildeinzug genutzt wird.
Weiterhin werden vorteilhafte Komponenten eines neuronalen Netzes, eine Strukturbeschreibung und auch die zugehörigen trainierten Gewichte auf eine Maschine transferiert, um eine Interferenz in der Maschine ausführen zu können.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Inspizieren von Behältnissen gerichtet, wobei eine Transporteinrichtung die Behältnisse entlang eines vorgegebenen Transportpfads transportiert und eine Inspektionseinrichtung die Behältnisse inspiziert, wobei diese Inspektionseinrichtung eine Bildaufnahmeeinrichtung aufweist, welche wenigstens ein ortsaufgelöstes Bild eines Bodens des Behältnisses aufnimmt. Erfindungsgemäß wird mittels einer Bildauswerteeinrichtung das von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommene Bild ausgewertet, wobei diese Bildauswerteeinrichtung zwischen Bildern von solchen Behältnissen, welche in ihrem Inneren Fremdkörper aufweisen und solchen Behältnissen, welche an einer Außenoberfläche des Bodens Fremdkörper aufweisen unterscheidet.
Unter einem ortsaufgelösten Bild wird insbesondere ein Bild mit einer Vielzahl von Pixeln oder Bildpunkten verstanden. Es wird daher auch verfahrensseitig vorgeschlagen, dass mittels einer Bildauswerteeinrichtung solche Fremdkörper, die sich im Inneren des Behältnisses befinden, von solchen Fremdkörpern, die sich an der Außenoberfläche des Behältnisses und insbesondere an einem Boden des Behältnisses befinden, unterschieden werden.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden nur solche Behältnisse ausgeleitet, welche in ihrem Inneren Fremdkörper aufweisen.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.
Darin zeigen:

1 Eine Darstellung einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik;
2 eine Darstellung mit einer Synchronisierung einer Abblaseinheit nach dem Stand der Technik;
3 eine Darstellung einer fehlerhaften Synchronisierung im Stand der Technik;
4 eine Darstellung aufgenommener Bilder bei Vorhandensein einer Abblasung;
5 eine Darstellung von aufgenommenen Bildern ohne eine Abblasung;
6 eine Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mit einer zusätzlichen Reinigungseinrichtung;
7 eine Darstellung der in 6 gezeigten Vorrichtung bei einer anderen Schmutzart;
8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Erfindung;
9 eine Darstellung eines möglichen Auswertungsverfahrens.

1 zeigt eine Vorrichtung 100 nach dem Stand der Technik. Dabei werden Behältnisse 10 entlang eines Transportpfads P transportiert. Das Bezugszeichen 110 kennzeichnet eine Abblaseinrichtung, welche von den Böden der Behältnisse Verschmutzungen, wie beispielsweise Schaumreste abbläst. Das Bezugszeichen 104 kennzeichnet eine Bildaufnahmeeinrichtung, welche durch die Mündungen der Behältnisse durch ein Bild der Behältnisböden aufnimmt, um so Verschmutzungen zu erfassen.
Bei der in 2 gezeigten Darstellungen wird ein Blitz=Zeitpunkt der gepulsten Abblasung einer Abblaseinrichtung 110 korrekt auf die Behältnisse bzw. deren Transport synchronisiert und löst damit in der richtigen Position des Behältnisses die Reinigung aus.
Bei der in 3 gezeigten Darstellung sind der Puls und der Transport der Behältnisse nicht synchron, sodass zu einem falschen Moment die Reinigung ausgeführt wird. Die Folge, stromabwärts ist der äußere Behälterboden weiterhin verschmutzt.
4 zeigt den Effekt einer Abblasung bzw. Absaugung auf den entsprechenden Fremdkörper. Dabei befinden sich an dem Behältnis 10 eine Verunreinigung S1 und eine Verunreinigung S3, wobei die Verunreinigung S3 sich im Inneren des Behältnisses befindet. Durch die Abblasung 110 wird die äußere Verunreinigung S1 entfernt, sodass sich in dem rechts gezeigten Kamerabild lediglich noch die Verunreinigung S3 auftaucht.
Bei der in 5 gezeigten Situation ist keine Abblasung vorgesehen, sodass sich in dem Kamerabild sowohl die Verunreinigung S3 als auch die Verunreinigung S1 befindet. Diese sind in ihrer Gestalt unterschiedlich und können, wie oben genauer erläutert auch durch eine Auswerteeinrichtung voneinander unterschieden werden.
Bei der in 6 gezeigten Situation ist eine Bürsteneinrichtung vorgesehen, welche einen Schaum, hier eine Verunreinigung S2 von dem Behältnis teilweise entfernt. Es entsteht das im rechten Teilbild dargestellte Kamerabild.
Bei der in 7 gezeigten Situation ist eine Verunreinigung S5 an einer Außenseite des Behältnisses und kann durch die Bürsteneinrichtung entfernt werden, sodass im Kamerabild nur noch die Verunreinigung S3 auftaucht.
8 veranschaulicht eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hier ist wiederum eine Flasche 10 vorgesehen, welche durch ihre Mündung 10b hindurch von der Bildaufnahmeeinrichtung 42 inspiziert wird. Genauer wird hier der Boden 10a des Behältnisses inspiziert, der sowohl an seiner Innenseite als auch an der Außenseite Verunreinigungen aufweisen kann.
Das Bezugszeichen 46 kennzeichnet eine Beleuchtungseinrichtung, welche den Boden 10a des Behältnisses von unten her beleuchtet.
Das Bezugszeichen 44 kennzeichnet die Auswerteeinrichtung, die wenigstens eins oder mehrere Bilder der Bildaufnahmeeinrichtung auswertet, um so auf die Art der Verschmutzung zu schließen. Falls festgestellt wird, dass eine Verunreinigung wie die Verunreinigung S3 in 7 vorliegt, wird veranlasst, dass das entsprechende Behältnis ausgeschleust wird. Falls jedoch lediglich Verunreinigungen wie die Verunreinigung S5 festgestellt werden, wird in einer Maschinensteuerung (nicht gezeigt) veranlasst, dass das Behältnis nicht ausgeschleust wird.
9 veranschaulicht eine mögliche Vorgehensweise bei der Bildauswertung. Ausgangspunkt ist dabei ein von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenes Bild 60, etwa eines Bodens des Behältnisses. Dieses Bild zeigt einen Fremdkörper S2, hier in Form eines Schaumrestes.
In einem ersten Schritt A, einem Faltungsschritt (convolutions) werden Merkmalskarten 62 erstellt. Diese werden in einem weiteren Verfahrensschritt B, dem Unterauswahlverfahren weitere (verkleinerte) Faltungen 64 erstellt, bzw. ermittelt, die jedoch den jeweiligen Bildausschnitt enthalten. Es erfolgt ein weiterer Faltungsschritt C wobei eine größere Anzahl von Merkmalskarten 66 (feature maps) erzeugt wird. In einem Verfahrensschritt D wird eine weitere Unterauswahl mit einer größeren Anzahl an Merkmalskarten getroffen, so dass schließlich eine vollständige Unterteilung des Bildes im Schritt E entsteht und das Ergebnis 70, welches das gesuchte Merkmal enthält ausgegeben werden kann.
Das Bild 60 kann weiterhin auch variiert eingelernt werden, beispielsweise in unterschiedlichen Drehstellungen, oder auch in vergrößerten oder verkleinerten Formen der Wiedergabe des Fremdkörpers oder dergleichen.
Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Figuren auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Figur beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Figur vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombination mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Figuren gezeigter Merkmale ergeben können.
Bezugszeichenliste

10: Behältnisse/Flasche
10A: Boden
10B: Mündung
42: Bildaufnahmeeinrichtung
44: Auswerteeinrichtung
46: Beleuchtungseinrichtung
60: Bild
62, 64, 66, 68: Merkmalskarten
70: Ausgabe
100: Vorrichtung
104: Bildaufnahmeeinrichtung
110: Abblaseinrichtung
S1-S3, S5: Verunreinigung
A - E: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202007007373 U1 [0005]

Claims

Vorrichtung (1) zum Inspizieren von Behältnissen (10) mit einer Transporteinrichtung (2), welche die Behältnisse (10) entlang eines vorgegebenen Transportpfads (P) transportiert und mit einer Inspektionseinrichtung (4) zum Inspizieren der Behältnisse, wobei diese Inspektionseinrichtung (4) eine Bildaufnahmeeinrichtung (42) aufweist, welche dazu geeignet und bestimmt ist, ein ortsaufgelöstes Bild eines Bodens (10a) des Behältnisses (10) aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Bildauswerteeinrichtung (44) aufweist, welche dazu geeignet und bestimmt ist, das von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommene Bild auszuwerten, wobei diese Bildauswerteeinrichtung (44) eine Unterscheidung zwischen Bildern von solchen Behältnissen welche in ihrem Inneren Fremdkörper aufweisen und solchen Behältnissen, welche an einer Außenoberfläche des Bodens Fremdkörper aufweisen ermöglicht.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (42) oberhalb der zu inspizierenden Behältnisse (10) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (42) eine Bildaufnahme des Bodens (10a) des Behältnisses (10) durch eine Mündung (10b) des Behältnisses (10) hindurch ermöglicht.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Beleuchtungseinrichtung (46) aufweist, welche den Boden (10a) des Behältnisses (10) beleuchtet.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (2) dazu geeignet und bestimmt ist, die Behältnisse (10) wenigstens abschnittsweise bodenfrei zu transportieren.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswerteeinrichtung (44) dazu geeignet und bestimmt ist, optisch wahrnehmbare charakteristische Eigenschaften von an der Außenoberfläche der Behältnisse angeordneten Fremdkörpern zu identifizieren.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Ausleiteinrichtung aufweist, welche dazu geeignet und bestimmt ist, auf Basis eines von der Auswerteeinrichtung ausgegebenen Werts Behältnisse (10) aus dem Produktstrom der von der Transporteinrichtung (2) transportierten Behältnisse (10) auszusondern.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) entlang des Transportpfads (P) stromaufwärts bezüglich der Inspektionseinrichtung (4) angeordnete Verunreinigungsentfernungseinrichtung aufweist, welche dazu geeignet ist, an der Außenoberfläche des Bodenabschnitts (10a) des Behältnisses befindliche Verunreinigungen zu entfernen, wobei diese Verunreinigungsentfernungseinrichtung ein mechanisch das Behältnis kontaktierendes Element aufweist.
Verfahren zum Inspizieren von Behältnissen (10) wobei eine Transporteinrichtung (2) die Behältnisse (10) entlang eines vorgegebenen Transportpfads (P) transportiert und eine Inspektionseinrichtung (4) die Behältnisse inspiziert, wobei diese Inspektionseinrichtung (4) eine Bildaufnahmeeinrichtung (42) aufweist, welche wenigstens ein ortsaufgelöstes Bild eines Bodens (10a) des Behältnisses (10) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Bildauswerteeinrichtung (44) aufweist, das von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommene Bild ausgewertet wird, wobei diese Bildauswerteeinrichtung (44) zwischen Bildern von solchen Behältnissen welche in ihrem Inneren Fremdkörper aufweisen und solchen Behältnissen, welche an einer Außenoberfläche des Bodens Fremdkörper aufweisen unterscheidet.
Verfahren nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nur solche Behältnisse ausgeleitet werden, welche in ihrem Inneren Fremdkörper aufweisen.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 9-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswerteeinrichtung (44) ein Deep Learning Auswerteverfahren verwendet.