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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum optischen Inspizieren
zylindrischer Flächen,
und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Inspizieren von
Zigaretten mit hoher Geschwindigkeit während ihrer Herstellung.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Es
ist äußerst wünschenswert,
in der Lage zu sein, die gesamte zylindrische Fläche von zylindrischen Objekten
wie z. B. Zigaretten während
des Herstellungsprozesses zu inspizieren. Jeder einer breiten Spanne
von Defekten kann bei solchen Objekten auftreten, und es ist wünschenswert, über ein automatisiertes
System zum Ermitteln dieser Defekte zu verfügen, so dass defekte Objekte
zurückgewiesen
werden können
oder jede Fehlfunktion der Maschinen, die diese Objekte produzieren,
schnell identifiziert und behoben werden kann. Im Fall von Zigaretten
kann beispielsweise die zylindrische Fläche defekt sein aufgrund eines
Stücks
eines Tabakstiels, der das Papier durchbohrt, eines Mangels in der
Art und Weise, wie der Filter mit dem Rest des Zigarettenstängels verbunden
wurde, einer mangelhaft ausgebildeten Seitenabdichtung, aufgrund
derer ein Teil des Tabaks sichtbar bleibt, einer Verfärbung des
Zigarettenpapiers wegen Verschmutzung oder mangelhafter Tintenauftragung
usw.
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Obwohl
eine Inspektion dieser Art während jeder
Stufe der Zigarettenherstellung stattfinden kann, ist es am vorteilhaftesten,
solche Inspektionen durchzufüh ren,
nachdem die Verarbeitung der einzelnen Zigaretten im Wesentlichen
abgeschlossen ist. Zu diesem Zeitpunkt ihrer Herstellung können die einzelnen
Zigaretten am leichtesten quer zu ihrer Längsersteckung (Seite an Seite)
durch die Zigarettenherstellungsmaschinen bewegt werden.
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Allerdings
ist es bei Zigaretten, die sich quer zu ihrer Längserstreckung bewegen, wesentlich schwieriger,
die gesamte Fläche
der Zigarette abzubilden. Beispielsweise macht die zylindrische
Natur der Fläche
eine gleichmäßige Beleuchtung
der Fläche
und eine Eliminierung von Schatten schwierig. So kann es nötig sein,
die Fläche
stückweise
zu inspizieren. Allerdings ist es äußerst wünschenswert, die Anzahl der
Inspektionen auf einem Minimum zu halten, um angesichts der äußerst hohen
Geschwindigkeit, mit der die Zigaretten während des Herstellungsprozesses
bewegt werden, die Notwendigkeit einer unangemessenen Vermehrung
von komplexen und teuren Inspektionssystemkomponenten zu minimieren.
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Zusätzlich muss
jedes erfolgreiche Inspektionssystem für Produkte wie Zigaretten extrem schnell
sein, um mit den hohen Geschwindigkeiten Schritt zu halten, mit
denen solche Produkte üblicherweise
hergestellt werden. Beispielsweise ist es heute üblich, dass eine einzelne Zigarettenherstellungsmaschine
mit einer Rate von nahezu 20.000 Stück pro Minute Zigaretten herstellt.
Ferner muss ein Zigaretteninspektionssystem auch dazu in der Lage
sein, Zigaretten auf relativ kleine oder schwer zu entdeckende Defekte
zu untersuchen (beispielsweise ein Loch von nur 0,5 Millimeter Durchmesser
oder eine geringfügige
Verfärbung
des Zigarettenwickelpapiers).
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Ein
Zigaretteninspektionssystem des Stands der Technik ist in der US-Patentschrift
Nr. 5,432,600 offenbart, wobei ein optisches Inspektionssystem be nutzt
wird, um wenigstens 180 ° des
Umfangs einer ersten Seite einer Zigarette und sodann wenigstens 180 ° einer gegenüberliegenden
Seite der Zigarette zu inspizieren. Eine Bilderfassungsvorrichtung
erfasst ein Bild der Zigarette im rechten Winkel zu der Zigarettenachse.
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Die
dem Stand der Technik entsprechende US-Patentschrift Nr. 4,767,924 offenbart
ein Zigaretteninspektionssystem, das eine Beleuchtung der Zigarette
mit einem kleinen Winkel benutzt und das ein Bild der Zigarette
im rechten Winkel zu der Zigarettenachse erfasst.
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Die
dem Stand der Technik entsprechende US-Patentschrift Nr. 4,678,901 offenbart
ein System und Verfahren zum Inspizieren von Zigaretten, das eine
Beleuchtungsquelle mit kleinem Winkel und eine Erfassung mit kleinem
Winkel durch einen Fotodetektor benutzt, um die Anwesenheit oder
Abwesenheit einer Zigarette zu ermitteln.
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Demgemäß ist es
eine Hauptaufgabe der offenbarten Erfindung, ein System und Verfahren
zum Inspizieren von Zigaretten bereitzustellen, das wenigstens ein
Beleuchtungssystem aufweist, das Defekte an der inspizierten Zigarette
betont. Es ist außerdem
Aufgabe der offenbarten Erfindung, ein Zigaretteninspektionssystem
bereitzustellen, das dazu in der Lage ist, zylindrische Flächen, wie
z. B. den gesamten Umfang einer Zigarette, mit hoher Geschwindigkeit
und einem hohen Maß an
Genauigkeit zu inspizieren. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Zigaretteninspektionssystem bereitzustellen, das
die Möglichkeit
einer falschen Defektidentifizierung aufgrund fliegender Verschmutzungsteilchen
wie z. B. Tabakstaub usw. im Wesentlichen eliminiert.
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Kurzfassung der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
ist eine Inspektionsvorrichtung zum optischen Inspizieren im Wesentlichen
eines gesamten Umfangs einer zylindrischen Fläche eines zylindrischen Objekts
bereitgestellt, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:
Eine
erste visuelle Inspektionsvorrichtung, die eine erste Bilderfassungsvorrichtung
aufweist, um ein erstes Bild des Objekts zu erfassen, wobei das
erste Bild einer ersten Seite der zylindrischen Fläche entspricht;
eine
erste bewegliche Stütze,
die so konfiguriert ist, dass sie wenigstens eines der Objekte entlang
seiner Zylinderachse stützt
und das Objekt so transportiert, dass die erste Seite des Objekts
der ersten visuellen Inspektionsvorrichtung zugewandt ist;
eine
zweite visuelle Inspektionsvorrichtung, die eine zweite Bilderfassungsvorrichtung
aufweist, um ein zweites Bild des Objekts zu erfassen, wobei das zweite
Bild einer zweiten Seite der zylindrischen Fläche entspricht, wobei die zweite
Seite der zylindrischen Fläche
wenigstens alle Abschnitte der zylindrischen Fläche beinhaltet, die nicht in
der ersten Seite enthalten sind;
eine zweite bewegliche Stütze, die
so konfiguriert ist, dass sie wenigstens eines der Objekte entlang
seiner Zylinderachse stützt
und dass sie von der ersten beweglichen Stütze das wenigstens eine Objekt
erhält, nachdem
das erste Bild durch die erste Bilderfassungsvorrichtung erfasst
wurde, und so konfiguriert ist, dass sie das erhaltene Objekt so
transportiert, dass die zweite Seite des Objekts der zweiten visuellen
Inspektionsvorrichtung zugewandt ist;
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste visuelle Inspektionsvorrichtung oder die zweite visuelle
Inspektionsvorrichtung oder beide des Weiteren wenigs tens einen
Umlenkspiegel aufweisen, der in das Sichtfeld der ersten/zweiten
Bilderfassungsvorrichtung ausgerichtet ist, um das erste/zweite
Bild entlang einer Längsrichtung
relativ zu der Zylinderachse des zylindrischen Objekts umzulenken.
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Das
zylindrische Objekt kann eine Zigarette sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Inspektionssystem ferner eine erste Beleuchtungsquelle
zum Beleuchten der ersten Seite der zylindrischen Fläche auf,
wenn die erste Seite der zylindrischen Fläche der ersten visuellen Inspektionsvorrichtung
zugewandt ist. Die erste Beleuchtungsquelle ist dafür konfiguriert,
Licht im Wesentlichen entlang einer Längsrichtung der zylindrischen
Fläche
in einem kleinen, spitzen Winkel relativ zu der Zylinderachse des
inspizierten zylindrischen Objekts auf die zylindrische Fläche zu richten.
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Das
Inspektionssystem weist außerdem
eine zweite bewegliche Stütze
auf, die dafür
konfiguriert ist, das inspizierte zylindrische Objekt von der ersten beweglichen
Stütze
zu erhalten und das zylindrische Objekt derart zu stützen und
zu transportieren, dass die zweite Seite des zylindrischen Objekts
der zweiten visuellen Inspektionsvorrichtung zugewandt ist. Die
zweite Seite des zylindrischen Objekts enthält wenigstens alle Abschnitte
der zylindrischen Fläche des
Objekts, die nicht in der ersten Seite inspiziert werden.
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Außerdem ist
in dem System eine zweite Beleuchtungsquelle zum Beleuchten der
zweiten Seite der zylindrischen Fläche enthalten, wenn die zweite Seite
der Fläche
der zweiten visuellen Inspektionsvorrichtung zugewandt ist. Die
zweite Beleuchtungsquelle ist, wie die erste Beleuchtungsquelle,
dafür konfiguriert,
Licht im Wesentlichen entlang einer Zylinderachse des zylindrischen
Objekts in einem kleinen spitzen Winkel relativ zu der Längsachse
auf die zylindrische Fläche
zu richten.
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Die
erste und die zweite visuelle Inspektionsvorrichtung, die in dem
Zigaretteninspektionssystem enthalten sind, weisen jeweils eine
erste und eine zweite Bilderfassungsvorrichtung auf. Die erste und die
zweite Bilderfassungsvorrichtung erfassen ein erstes und ein zweites
Bild des zylindrischen Objekts. Das erste Bild entspricht im Allgemeinen
der ersten Seite des zylindrischen Objekts. Das zweite Bild entspricht
im Allgemeinen der zweiten Seite der zylindrischen Fläche.
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Außerdem ist
gemäß der Erfindung
ein Verfahren zum Benutzen einer Inspektionsvorrichtung zum Inspizieren
eines im Wesentlichen gesamten Umfangs einer zylindrischen Fläche eines
zylindrischen Objekts bereitgestellt, wobei die Inspektionsvorrichtung
eine erste visuelle Inspektionsvorrichtung, die eine erste Bilderfassungsvorrichtung
aufweist, eine zweite Inspektionsvorrichtung, die eine zweite Bilderfassungsvorrichtung
aufweist, eine erste bewegliche Stütze, eine zweite bewegliche
Stütze, und
wenigstens einen Umlenkspiegel aufweist, wobei das Verfahren folgende
Schritte umfasst:
- i) Verwenden der ersten beweglichen
Stütze
zum Stützen
wenigstens eines der zylindrischen Objekte entlang seiner Zylinderachse
und zum Transportieren des Objekts so, dass eine erste Seite der
zylindrischen Fläche
der ersten visuellen Inspektionsvorrichtung zugewandt ist;
- ii) Verwenden der ersten Bilderfassungsvorrichtung zum Erfassen
eines ersten Bildes, das der ersten Seite der zylindrischen Fläche entspricht;
- iii) nach dem Erfassen des ersten Bildes durch die erste Bilderfassungsvorrichtung
Transferieren des zylindrischen Objekts zu der zweiten beweglichen
Stütze;
- iv) Verwenden der zweiten beweglichen Stütze zum Stützen des transferierten Objekts
entlang seiner Zylinderachse und zum Transferieren des Objekts so,
dass eine zweite Seite des Objekts der zweiten visuellen Inspektionsvorrichtung
zugewandt ist, wobei die zweite Seite der zylindrischen Fläche wenigstens
alle Abschnitte der zylindrischen Fläche beinhaltet, die nicht in
der ersten Seite enthalten sind; und
- v) Verwenden der zweiten Bilderfassungsvorrichtung zum Erfassen
eines zweiten Bildes, das der zweiten Seite der zylindrischen Fläche entspricht;
dadurch
gekennzeichnet, dass das Verfahren folgenden Schritt umfasst: Verwenden
des wenigstens einen Umlenkspiegels zum Umlenken des ersten/zweiten
Bildes entlang einer Längsrichtung
relativ zu der Zylinderachse des zylindrischen Objekts.
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Die
erste Seite der zylindrischen Fläche
wird dann mit einer Beleuchtungsquelle beleuchtet, die dafür konfiguriert
ist, Licht in einer Längsrichtung
entlang einer Beleuchtungsachse, die in einem kleinen, spitzen Winkel
relativ zu der Längsachse
ausgerichtet ist, auf die erste Seite der zylindrischen Fläche zu richten.
Sobald das zylindrische Objekt beleuchtet ist, wird das erste Bild
des zylindrischen Objekts, das der ersten Seite der zylindrischen
Fläche
entspricht, von der ersten Bilderfassungsvorrichtung erfasst. Das
erste Bild wird dann unter Benutzung eines Bildprozessors analysiert,
um Defekte an der ersten Seite der zylindrischen Fläche zu identifizieren.
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Das
zylindrische Objekt wird dann derart transportiert, dass eine zweite
Seite der zylindrischen Fläche
des zylindrischen Objekts einem zweiten visuellen Inspektionssystem
zugewandt ist. Die zweite Seite der zylindrischen Fläche enthält wenigstens alle
Abschnitte der zylindrischen Fläche,
die nicht in der ersten Seite enthalten oder in dieser abgebildet sind.
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Die
zweite Seite der zylindrischen Fläche wird dann mit einer Beleuchtungsquelle
beleuchtet, die, wie die erste Beleuchtungsquelle, dafür konfiguriert
ist, Licht entlang der Beleuchtungsachse auf die zweite Seite der
zylindrischen Fläche
zu richten. Das zweite Bild des zylindrischen Objekts wird dann
von der zweiten Bilderfassungsvorrichtung erfasst. Das zweite Bild
entspricht der zweiten Seite der zylindrischen Fläche.
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Zuletzt
wird das zweite Bild unter Benutzung des Bildprozessors analysiert,
um Defekte an der zweiten Seite der zylindrischen Fläche zu identifizieren.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der begleitenden
Zeichnungen und der folgenden genauen Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
deutlicher.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Diese
und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind besser verständlich durch
das Lesen der folgenden genauen Beschreibung zusammen mit den Figuren,
wobei:
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1 eine
schematische Darstellung ist, die zeigt, wie zwei Kameras benutzt
werden, um beide Seiten einer Zigarette abzubilden, die sich zwischen zwei
benachbarten Trommeln einer Zigarettenherstellungsvorrichtung hindurchbewegt,
gemäß einer Ausführungsform
der vorlie genden Erfindung;
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2A eine
schematisches Darstellung ist, die einen üblichen Kamera- und Linsenaufbau
zeigt, der nur das Erfassen eines begrenzten Bildes einer Zigarette
zulässt;
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2B eine
schematische Darstellung ist, die eine Kamera mit einer zylindrischen
Zusatzlinse zeigt, die benutzt wird, um einen breiten Flächenbereich
einer Zigarette zu sehen, der größer ist
als 180 ° der
zylindrischen Fläche
der Zigarette;
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3A ein
Bild einer Zigarette ist, das unter Benutzung des üblichen
Kamera- und Linsenaufbaus aus 2A erfasst
wurde;
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3B ein
verbreitertes Bild derselben Zigarette aus 3A ist,
das unter Benutzung der Kamera mit zylindrischer Zusatzlinse aus 2B erfasst wurde;
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4 eine
schematische Darstellung ist, die die Benutzung einer Kombination
von konvexen und konkaven zylindrischen Linsen zeigt, um eine vollständige Abdeckung
einer Seite einer inspizierten Zigarette bereitzustellen;
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5 eine
schematische Darstellung ist, die die Benutzung einer Kombination
von Prismen zeigt, um eine vollständige Abdeckung einer Seite
einer Zigarette bereitzustellen;
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6 eine
schematische Darstellung ist, die die Benutzung einer Kombination
von Prismen und Spiegeln zeigt, um eine vollständige Abdeckung einer Seite
einer Zigarette bereitzustellen;
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7 eine
schematische Darstellung ist, die die Benutzung reflektierender
Optik zeigt, um eine voll ständige
Abdeckung einer Seite einer Zigarette bereitzustellen;
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8 eine
schematische Darstellung eines Aufbaus einer visuellen Inspektionsvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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9 eine
schematische Darstellung ist, die einen alternativen Spiegelaufbau
für eine
visuelle Inspektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 eine
aufgeschnittene Endansicht der visuellen Inspektionsvorrichtung
entlang der Linie 10-10 aus 8 ist, die
den Luftstrom zeigt, der von einem Luftvorhang erzeugt wird;
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11 eine
schematische Darstellung von Bilddaten ist, die von einer Zeitbereichs-
und Integrationskamera (Time Domain Integration – TDI) erfasst wurden, und
die das Arbeitsprinzip derselben zeigt;
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12A eine Seitenansicht einer Zigarette ist, die
die Beleuchtungsrichtung und eine Falte in der Zigarettenfläche zeigt;
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12B eine Draufsicht auf die faltige Zigarette
aus 12A ist, die die Erhellungen
und Schatten zeigt, die durch das Beleuchten der Falte erzeugt werden;
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13 eine übliche Gestaltungsansicht
eines Inspektionssystems ist, die spezifische Komponenten des Inspektionssystems
der vorliegenden Erfindung zeigt, die in einer Zigarettenherstellungsmaschine
angeordnet sind;
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14 ein
Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Inspektionssystems für
eine zylindrische Fläche
ist, das gemäß der Lehre
der vorliegenden Erfindung aufge baut ist;
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15 ein
Flussdiagramm eines Inspektionsverfahrens gemäß der Lehre der vorliegenden
Erfindung ist; und
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16 ein
Gradientenbild einer Zigarette zeigt, das in mehrere relevante Bildbereiche
(Regions of Interest – ROI)
eingeteilt ist.
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Genaue Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Obwohl
die Prinzipien der vorliegenden Erfindung ebenso auf das Inspizieren
der zylindrischen Flächen
anderer Arten von zylindrischen Objekten anwendbar sind, kann die
Erfindung anhand der folgenden Erläuterung ihrer Anwendung auf
das Inspizieren der zylindrischen Flächen von im Wesentlichen fertig
gestellten Zigaretten verdeutlicht werden, ohne die vorliegende
Erfindung auf diese Weise einzugrenzen. Ebenso versteht sich, dass
die im Folgenden beschriebene bestimmte Implementierung in einer
Zigarettenherstellungsmaschine lediglich zur Illustration einer
bevorzugten Ausführungsform
dieser Art dient und die Erfindung ebenso auf andere Anordnungen
von Zigarettenherstellungsmaschinen anwendbar ist.
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Wenn
eine Zigarette unter Benutzung eines Inspektionssystems auf Flächendefekte
inspiziert werden soll, muss der gesamte Flächenbereich der Zigarette für das Inspektionssystem
sichtbar sein. Zigaretten werden mit Hilfe einer Serie von Vakuumrollen
durch eine Zigarettenherstellungsvorrichtung transportiert, die
abwechselnd eine Seite und dann die andere Seite einer Zigarette
möglichen
Inspektionsstellen zuwenden. Die Inspektion kann erreicht werden,
indem Bilder der Zigarette auf benachbarten Rollen an Positionen
gewonnen werden, an denen die Zigarette im Prinzip in zwei verschiedenen
Ausrichtungen präsentiert
wird, die im Wesentlichen 180 ° auseinander
liegen. 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung,
die zeigt, wie zwei Bilderfassungsvorrichtungen zusammen mit zwei
benachbarten Trommeln in einer Zigarettenherstellungsvorrichtung
benutzt werden können,
um Bilder von gegenüberliegenden
Seiten einer Zigarette zu erfassen, die zwischen den benachbarten
Trommeln hindurch bewegt wird. In dieser Anordnung wird eine Zigarette 12 zunächst durch
Vakuum auf einer Drehtrommel 10 festgehalten, die, in der
in 1 gezeigten Ausführungsform, im Uhrzeigersinn
rotiert. Wenn die Zigarette 12 der Bilderfassungsvorrichtung 14 zugewandt
ist, ist für
die Bilderfassungsvorrichtung 14 eine erste Seite B der
Zigarette 12 sichtbar. Die Bilderfassungsvorrichtung 14 ist
deshalb dazu in der Lage, ein Bild der ersten Seite B der zylindrischen
Fläche
der Zigarette zu erfassen.
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Während die
erste Stütztrommel 10 in
ihrer Uhrzeigerrichtung rotiert, wird Zigarette 12 in eine Position
II bewegt, wobei sie zwischen der Drehtrommel 10 und der
Drehtrommel 20 transferiert wird. Wie auf dem technischen
Gebiet allgemein bekannt ist, werden Vakuumtrommeln mit geeigneten
Vakuumsteuersystemen benutzt, um Zigaretten zwischen Drehstütztrommeln
wie den Trommeln 10 und 20 zu transportieren und überzuwechseln.
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In
der Ausführungsform
aus 1 dreht sich Trommel 20 entgegen dem
Uhrzeigersinn. Während Trommel 20 rotiert,
ist Zigarette 12 einer zweiten Bilderfassungsvorrichtung 24 zugewandt.
Da jedoch die Zigarette 12 von Trommel 10 zu Trommel 20 übergewechselt
wurde, ist nun eine zweite Seite T der Zigarette 12 sichtbar,
um von der zweiten Bilderfassungsvorrichtung 24 erfasst
zu werden.
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Ein
potenzieller Nachteil dieses ansonsten effizienten Ansatzes ist
der, dass ein Defekt, der auf der Zigarette entweder an der „Drei Uhr"-X- oder „Neun-Uhr"-Y-Position vorhanden
ist, normalerweise nicht in den Bildern erscheinen würde, die
von der ersten und zweiten Bilderfassungsvorrichtung erfasst wurden.
Dies liegt daran, dass eine übliche
Kamera- und Linsenanordnung normalerweise nur dazu in der Lage ist,
etwa die oberen 160 Grad der Zigarette zu betrachten (2A).
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Eine
Anzahl von Ansätzen
kann zur Zigaretteninspektion benutzt werden, die darauf abzielen, diese
Sichtsystembeschränkung
anzugehen. Diese Ansätze
umfassen das Implementieren optischer Systeme zwischen den Bilderfassungsvorrichtungen und
der inspizierten Zigarette, die es der Bilderfassungsvorrichtung
erlauben, wenigstens 180 ° der
Zigarette zu „sehen".
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2B bis 7 offenbaren
optische Systeme, die als Bildverbreiterung dienen, um das erfasste Bild
effektiv zu „strecken". Beispielsweise
zeigt und demonstriert 2B eine einfache Implementierung, die
eine zylindrische Linse einsetzt, die in der Nähe der Zigarette angeordnet
ist, wobei die Zylinderachse der Linse parallel zu der Längsachse
der Zigarette ausgerichtet ist. Der Effekt der zylindrischen Linse 30 ist
der, das Bild der Zigarette in die Richtung zu strecken, die normal
für die
Linsenachse ist. Daher enthält
das resultierende Bild einen größeren Abschnitt des
Umfangs der Zigarettenfläche.
Wie in 3A zu erkennen ist, führt ein übliches
Bild einer LUCKY-STRIKE®-Zigarette
unter Benutzung einer üblichen
Kamera- und Linsenanordnung, wie der in 2A gezeigten,
zu einer teilweisen Verdeckung der Buchstaben „Y" und „E", da diese Buchstaben nah am Ende der
Zigarette erscheinen, was im Wesentlichen einer 180 °-Position der zylindrischen
Fläche
der Zigarette entspricht. Wenn allerdings die zylindrische Linse 30 gemäß 2B implementiert
ist, ist es klar, dass die letzten zwei Buchstaben des Markennamens
(Y und E) in dem gestreckten Bild sichtbar sind (3B).
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Dieser
Ansatz ist nicht auf die Benutzung einer einfachen konvexen zylindrischen
Linse beschränkt.
Andere potenziell vorteilhafte optische Anordnungen sind in 4 bis 7 gezeigt.
Beispielsweise zeigt 4 die Benutzung einer konkaven
zylindrischen Linse 32, die in Kombination mit einer konvexen
zylindrischen Linse 34 benutzt wird, um ein verbreitertes
oder gestrecktes Bild der Zigarette 12 bereitzustellen.
Die konvexe zylindrische Linse 34 streckt das Bild der
Zigarette, damit im Wesentlichen alle Seiten der Zigarette 12 darin
enthalten sind. Die konkave zylindrische Linse 32 drückt dann
das Bild zusammen, das die Seiten der Zigarette 12 enthält. Das
zusammengedrückte
Bild wird dann von der Bilderfassungsvorrichtung 14 erfasst.
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5 zeigt
eine alternative Ausführungsform,
die mehrere Prismen 40a bis 40d benutzt, um die
gewünschte
Bildverbreiterung zu erzielen.
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6 zeigt
eine Ausführungsform
einer Bildverbreitungsvorrichtung, die Prismen 40a bis 40b aufweist,
die in Kombination mit Spiegeln 42a und 42b benutzt
werden, um ein Bild der Vorder- und der Hinterkante der Zigarette
an die Bilderfassungsvorrichtung 14 zu übertragen.
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7 zeigt
eine noch komplexere Bildverbreiterungsvorrichtung, die eine reflektierende
optische Linse 50 aufweist, die ein Bild der Vorder- und der Hinterkante
der Zigarette an die Bilderfassungsvorrichtung 14 überträgt.
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Das
Erfassen von Bildern von Zigaretten, die von Vakuumrollen in einer
Zigarettenherstellungsvorrichtung transportiert werden, macht es
nötig,
dass eine Anzahl von Beschränkungen
im Zusammenhang mit begrenztem Zugriff und möglicher Verschmutzung überwunden
werden. Die Zugriffsbeschränkungen
beziehen sich auf die relative Nähe der
verschiedenen Vakuumrollen, die in einer üblichen Zigarettenherstellungsvorrichtung
enthalten sind. Beispielsweise gibt es eine Anzahl kleinerer Bereiche,
welche das Anordnen einer Bilderfassungsvorrichtung nicht unterstützen würden.
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Es
ist deshalb nötig,
einen oder mehrere Umlenkspiegel in einer oder mehreren visuellen
Inspektionsvorrichtungen vorzusehen, um es deren Bilderfassungsvorrichtungen,
die im Vergleich zu dem begrenzt verfügbaren Raum sperrig sind, zu
erlauben, in einem Bereich angeordnet zu sein, der groß genug ist,
um die Bilderfassungsvorrichtungen aufzunehmen. Eine Anordnung ist
in 8 gezeigt. In dieser Anordnung ist ein Optikgehäuse 60 an
einem Stützelement 15 der
Zigarettenherstellungsvorrichtung angeordnet, wie z. B. der Rückwand der
Herstellungsvorrichtung. Das Optikgehäuse 60 weist einen
Umlenkspiegel 62 auf, der das Bild 12' (siehe 10) von
Zigarette 12 entlang der Längsachse L umlenkt. An dem
Ende des Optikgehäuses 60 gegenüber dem Ende,
das an der Stütze
der Zigarettenherstellungsvorrichtung angeordnet ist, ist eine Bilderfassungsvorrichtung 14 angeordnet,
die eine Linse 16 und eine Kamera 18 aufweist.
Außerdem
kann in dem Optikgehäuse 60 eine
konvexe zylindrische Linse 30 vorgesehen sein, die als
eine Bildverbreiterungsvorrichtung dient.
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Eine
alternative Ausführungsform
ist in 9 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist ein zweiter
Umlenkspiegel 62' vorgesehen,
um das Bild 12' der
Zigarette 12 von der Längsachse
L weg zu lenken, beispielsweise in eine Aufwärtsrichtung, wo eine vertikal
angeordnete Kamera 18 und Linse 16 das Bild von
Zigarette 12 erfassen können.
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Zusätzlich zum
Bereitstellen eines Mittels zum Anordnen von Optik- und Abbildungskomponenten
ist das Optikgehäuse 60 (8 und 9)
dazu vorgesehen, ein Mittel zum Schützen der Optik- und Abbildungskomponenten
vor Verschmutzung durch die Umgebung be reitzustellen, die in einer üblichen Zigarettenherstellungsvorrichtung
vorherrscht. Diese potenzielle Verschmutzung besteht vor allem aus
fliegendem Tabakstaub, der, wenn es ihm erlaubt wird, sich auf den
Optikkomponenten abzusetzen oder in den optischen Weg zu schweben,
die Fähigkeit
des Inspektionssystems, zuverlässig
Defekte zu ermitteln, stark beeinträchtigen würde. Aus diesem Grund ist die
Umgebung innerhalb des Optikgehäuses 60 notwendigerweise
entweder durch positive Belüftung mit
gefilterter Luft oder durch effektive Abdichtung vor Staub geschützt.
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Ein
abgedichtetes Optikgehäuse
weist ein Optikgehäusefenster 64 auf,
durch das das Zigarettenbild 12' erfasst wird. Der Bereich um das
Fenster 64 muss ebenfalls vor Verschmutzung durch fliegenden
Tabakstaub geschützt
werden. Ein Mittel, wodurch dieser Bereich effektiv geschützt werden
kann, ist durch die Benutzung eines Luftvorhangs, wie in 10 dargestellt.
Ein Luftvorhang 70 ist dazu konfiguriert, einen konstanten
Luftstrom mit geringer Strömungsgeschwindigkeit
F bereitzustellen, der mit einer Rate von etwa 10 Kubikfuß (0,28
m3) pro Sekunde in die Region zwischen dem
Optikgehäusefenster 64 und
der inspizierten Zigarette 12 zugeführt wird. Der Luftvorhang 70 weist
einen Luftsammler 72 auf, für den eine Quelle gefilterter
Luft (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Die gefilterte Luft, die
dem Luftsammler 72 zugeführt wird, wird über einen
porösen
Diffusor 74 in die Region zwischen dem Optikfenster 64 und
der Zigarette 12 eingebracht. In der bevorzugten Ausführungsform
ist der poröse
Diffusor aus gesintertem Metall hergestellt. Allerdings wird jedes
geeignete Material als gleichwertig betrachtet.
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So
hilft die gefilterte Luft, die bei geringer Strömungsgeschwindigkeit der Region
zwischen dem Optikgehäusefenster 64 und
der Zigarette 12 zugeführt
wird, zu verhindern, dass fliegender Staub in die Region eindringt,
und hilft dabei, fliegenden Tabakstaub und andere Verschmutzungsteilchen
aus dieser kritischen Region zu bewegen.
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Der
Luftstrom mit geringer Strömungsgeschwindigkeit
in der Region zwischen dem Optikgehäusefenster und der inspizierten
Zigarette stellt, wenn er mit einer Zeitbereichs- und Integrationskamera
(Time Domain and Integration – TDI)
als Bilderfassungsvorrichtung kombiniert ist, eine Anzahl signifikanter
Vorteile gegenüber
dem Stand der Technik bereit. Eine TDI-Kamera ist eine Abbildungssensor-Implementierung
mit einem ladungsgekoppelten Bauelement (Charge Coupled Device – CCD),
wobei das Bild in der in 11 gezeigten
Art und Weise elektronisch über
den Sensor S „geschwenkt" wird. Vorausgesetzt,
dass das abgebildete Objekt, wie z. B. Zigarette 12, bewegt
wird, so dass es in genauer Übereinstimmung
mit dem sich verschiebenden Bild bleibt, bleibt das Bild des Objekts
scharf. Wenn andererseits ein anderes Objekt, wie z. B. ein fliegendes Tabakstaubteilchen
sich auf der Bildebene bewegt, so dass seine Bewegung nicht in Übereinstimmung mit
der Bewegung des Bildes über
den Sensor ist, ist das resultierende Bild des zweiten Objekts (d.
h. des Staubteilchens) unscharf.
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Dieses
Verhalten kann ausgenutzt werden, um die Auswirkungen von Staub
oder Abfall auf die Leistung eines Inspektionssystems stark zu reduzieren,
da Staub oder Abfall, der sich nicht genau mit der inspizierten
Zigarette bewegt, in dem resultierenden Bild unscharf ist, während Defekte ähnlicher
Größe, wie
z. B. Nadellöcher
oder Stiellöcher
scharf sind und deshalb scharfe und deutliche Kanten aufweisen.
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Zusätzlich erlaubt
die Benutzung einer TDI-Kamera
das Erfassen eines Bildes eines zylindrischen Objekts, das sich
auf einer Trommel an der Kamera vorbei bewegt, etwas mehr als 180 ° der abgebildeten
zylindrischen Fläche
zu enthalten. Wie in 11 erkennbar, ist, wenn die
Zigarette 12 zuerst in das Sichtfeld der TDI-Kamera 14 eintritt,
was in Position 1 geschieht, der Abschnitt der zylindrischen
Fläche
der Zigarette, der zuerst von einem ersten Sensorelement, El, der
TDI-Kamera abgebildet wird, annähernd
in der 11:30-Position 76 (in Bezug auf ein Uhrzifferblatt).
Während
die Zigarette 12 über
das Sichtfeld der TDI-Kamera 14 in
die Richtung von Pfeil M schwenkt, bilden zusätzliche Sensorelemente zusätzliche
Abschnitte der zylindrischen Fläche
der Zigarette 12 ab, bis ein finales Sensorelement En einen letzten
Abschnitt der zylindrischen Fläche
der Zigarette in Position 2 abbildet. Wie erkennbar ist,
bildet Sensor En in Position 2 einen Abschnitt der zylindrischen
Fläche
der Zigarette, der im Wesentlichen einer 6:30-Position entspricht
(wieder in Bezug auf ein Uhrzifferblatt). Entsprechend deckt das
vollständige Bild,
das von der TDI-Kamera erfasst wurde, im Wesentlichen Positionen
zwischen 11:30 und 6:30 ab, was wesentlich mehr ist als 180 Grad.
So stellt eine TDI-Kamera Bildverbreiterungs- oder Streckungsmerkmale bereit, die
zuvor unter Benutzung optischer Hardware wie z. B. der Linsen- und
Prismenanordnungen zur Verfügung
standen, die zuvor unter Bezugnahme auf 3 bis 7 beschrieben
wurden.
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Ein
anderes Merkmal der offenbarten Erfindung umfasst die Beleuchtung
der zylindrischen Fläche
einer Zigarette, um die Auswirkung von Falten und anderen Flächendefekten
zu betonen. Wie in 12A und 12B gezeigt,
werden Falten 80 oder andere Flächendefekte betont, wenn eine
Zigarette mit einer Beleuchtungsquelle 132 beleuchtet wird,
die Licht entlang einer Beleuchtungsachse I, die im Wesentlichen
entlang der Längsachse
der Zigarette in einem kleinen spitzen Winkel α relativ zu der Längsachse
Lc der Zigarette ausgerichtet ist, auf die Fläche der Zigarette richtet.
Dieser Effekt wird durch die signifikanten Erhellungen 82 und
Schatten 84 in dem Bereich der Falten 80 verursacht,
die von der Beleuchtung mit einem kleinen spitzen Winkel erzeugt
werden. Diese Beleuchtungsanord nung verbessert außerdem die
Ermittelbarkeit von Löchern und
anderen topographischen Defekten. Der Winkel α liegt vorzugsweise im Bereich
von 10 bis 30 Grad.
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13 zeigt
eine Probeanordnung eines Zigaretteninspektionssystems, das die
Hauptkomponenten eines Zigaretteninspektionssystems aufweist. Ein
Zigaretteninspektionssystem 100 weist eine erste und eine
zweite visuelle Inspektionsstation 110 bzw. 120 auf.
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Die
erste visuelle Inspektionsstation 110 weist eine erste
bewegliche Stütze 10 zum
Stützen und
Transportieren eines zylindrischen Objekts, wie z. B. einer Zigarette 12,
auf, so dass eine erste Seite der zylindrischen Fläche einer
Zigarette einer ersten visuellen Inspektionsvorrichtung 130 zugewandt
ist. Wenn die Zigarette 12 der ersten visuellen Inspektionsvorrichtung 130 zugewandt
ist, wird sie von einer ersten Beleuchtungsquelle mit kleinem spitzem
Winkel 132 beleuchtet. Die Beleuchtungsquelle 132 kann entweder
die Enden von Glasfaser-Lichtführungen oder
Arrays von hoch leistungsfähigen
Leuchtdioden (LEDs) aufweisen. In der bevorzugten Ausführungsform
weist die Beleuchtungsquelle 132 eine Vielzahl von Beleuchtungsquellen
auf, die auf jeder Seite des Kamera/Optikgehäuses 60 angeordnet
sind und derart angeordnet sind, dass sie die Zigarette 12 entlang der
Beleuchtungsachse I beleuchten, die schräg im Wesentlichen entlang der
Längsachse
Lc der Zigarette 12 ausgerichtet ist. Die Beleuchtungsquelle 132 ist
relativ zu der Längsachse
Lc der Zigarette in einem kleinen spitzen Winkel α ausgerichtet,
um die Sichtbarkeit von Defekten wie oben beschrieben zu betonen.
Das Optikgehäuse 60 stellt
eine Anordnungsstütze
und eine staubfreie Umgebung bereit, in der eine Bilderfassungsvorrichtung 14,
wie z. B. eine TDI-Kamera, und eine Umlenkungslinse 62 angeordnet
sind. Obwohl die Optik komponenten dicht abgeschlossen in dem Gehäuse 60 angeordnet
sind, sehen sie Zigarette 12, während sich diese an dem visuellen
Inspektionsfenster 64 vorbei bewegt.
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Die
zweite Inspektionsstation 120 weist eine zweite bewegliche
Stütze 20 zum
Erhalten des zylindrischen Objekts, wie z. B. Zigarette 12,
von der ersten beweglichen Stütze 10 auf,
und zum Stützen
und Transportieren der Zigarette 12 derart, dass eine zweite
Seite der zylindrischen Fläche
der Zigarette einer zweiten visuellen Inspektionsvorrichtung 140 zugewandt
ist.
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Die
zweite Seite der zylindrischen Fläche der Zigarette wird von
einer zweiten Beleuchtungsquelle 142 beleuchtet, die im
Wesentlichen mit der ersten Beleuchtungsquelle 132 identisch
ist, die oben in Bezug auf die erste Inspektionsvorrichtung 130 beschrieben
wurde. Die zweite Beleuchtungsquelle 142 beleuchtet die
zweite Seite der zylindrischen Fläche der Zigarette 12,
wenn die zweite Seite der zylindrischen Fläche der zweiten visuellen Inspektionsvorrichtung 140 zugewandt
ist. Wie die erste Beleuchtungsquelle 132 ist die zweite
Beleuchtungsquelle 142 dazu konfiguriert, Licht entlang
einer Beleuchtungsachse I, die relativ zu der Längsachse Lc in einem kleinen
spitzen Winkel α ausgerichtet
ist, auf die zylindrische Fläche
der Zigarette zu richten. Die zweite visuelle Inspektionsvorrichtung 140 weist
eine zweite Bilderfassungsvorrichtung 24 auf, die im Wesentlichen
identisch mit der ersten Bilderfassungsvorrichtung 14 sein
kann, wenngleich auch die Benutzung unterschiedlicher Bilderfassungsvorrichtungen von
der Erfindung vorgesehen ist. Andere Komponenten der zweiten visuellen
Inspektionsvorrichtung 140 sind im Wesentlichen mit den
Komponenten identisch, die in der ersten Inspektionsvorrichtung 130 vorhanden
sind und die in 13 unter Benutzung derselben
Bezugszeichen angezeigt sind.
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Die
Bilder, die von den Bilderfassungsvorrichtungen 14 und 24 erfasst
werden, werden einem Bildprozessor 150 zugeführt, der
die Beleuchtungs- und Bilderfassungsprozesse sowie diejenigen Prozesse
steuert, die mit der Analyse der erfassten Bilder zum Ermitteln
von Defekten in der zylindrischen Fläche von Zigaretten in Zusammenhang
stehen.
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Ein
genaueres Blockdiagramm der Komponenten, die in jeder visuellen
Inspektionsvorrichtung und ihrem zugehörigen Bildprozessor enthalten
sind, ist in 14 dargestellt. 14 soll
unter Bezugnahme auf die erste visuelle Inspektionsvorrichtung 130 erläutert werden.
Allerdings versteht sich, dass die Komponenten, die die zweite visuelle
Inspektionsvorrichtung 140 ausbilden, im Wesentlichen mit
den beschriebenen identisch sind. Gemeinsame Komponenten, die beiden
visuellen Inspektionsvorrichtungen gemein sind, werden in der folgenden
Beschreibung angezeigt.
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Ein
Bild der zylindrischen Fläche
eines inspizierten Objekts wird von der Bilderfassungsvorrichtung 14 erfasst.
In der bevorzugten Ausführungsform ist
die Bilderfassungsvorrichtung 14 eine TDI-Kamera, wie oben
erwähnt.
Die Benutzung einer TDI-Kamera stellt die Fähigkeit bereit, sich bewegende
Teile abzubilden, ohne dass Blitzlicht-Beleuchtungsquellen benötigt werden.
Sie erzeugt außerdem
ein Bild, bei dem der effektive Staub und Abfall in vernünftiger Weise
eliminiert ist und ein größerer Abschnitt
des Umfangs der Zigarette sichtbar ist (im Vergleich zu einer üblichen
Area-Array- oder Linienanalyse-Kamera). Eine TDI-Kamera unterstützt eine
Lösung
mit mehreren Plattformen, wobei hohe Stückraten (bis zu 20.000 Zigaretten
pro Minute) unterstützt
werden können,
indem zwei Bildprozessoren von einer einzigen Kamera versorgt werden.
TDI-Kameras sind auch anpassbar, um einen Teil der Bildverarbeitung während der
Bildgewinnung durchzu führen.
Beispielsweise ermöglicht
die Benutzung einer TDI-Kamera mit einem integrierten Digitalsystemprozessor (DSP)
erfolgreiche Bilderfassungen bei Zigarettenherstellungsraten von
10 bis 12.000 Stück
pro Minute. Eine TDI-Kamera, die sich bei der Ausführung der offenbarten
Erfindung als besonders nützlich
erwiesen hat, ist die Kamera Dalsa C1-E2.
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In
einer Ausführungsform
empfängt
ein Kamera Multiplexer (MUX) 160 die Ausgabe der TDI-Kamera 14.
Die Kamera MUX 160 wird benutzt, um die digitalen Signale
zu duplizieren, die das von der Kamera übertragene Bild darstellen.
Die Kamera MUX 160 überträgt dann
das erfasste Bild an eine erste und eine zweite Bildfangschaltung 172 und 182, die
zu dem ersten und zweiten Bildprozessor 170 und 180 gehören. Die
erste und zweite Bildfangschaltung 172 und 182 sind
vorzugsweise Bit-Fluss-Bildfangschaltungen, die die digitalen Bilddaten,
die von der TDI-Kamera 14 erfasst werden, empfangen, und
die außerdem
die TDI-Kamera 14 mit Taktungs- und Auslöserinformation
versorgen.
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Die
Benutzung der zwei Bildprozessoren 170 und 180 verdoppelt
effektiv die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Systems. Entsprechend
stellt die Kamera MUX 160 sicher, dass die geeigneten Bilder dem
geeigneten Bildprozessor zugeführt
werden. Die Bildprozessoren 170 und 180 weisen
einen Computer von geeigneter Leistungsfähigkeit auf, wie z. B. aus
der Familie der Personal-Computer
Power PC6XX. Diese Computerfamilie stellt die Verstärkung der
Rechenleistung bereit, die benötigt
wird, um die hohen Stückraten
zu unterstützen,
die von einem Zigaretteninspektionssystem benötigt werden. Der Ansatz der
vorliegenden Erfindung ist der, mehrere Standardplattform-Computersysteme
für jede
Inspektionsstation zu benutzen, um die Vorteile der Modularität bereitzustellen
und um Modifikationen zu ermöglichen,
um eine bestimmte Inspektionsstation an Durchlaufanforderungen anzupassen.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
weist jeder Bildprozessor außerdem
ein Maschinensichtsystem auf, das die Basis des Zigaretteninspektionssystems
bildet. Die Bildprozessoren 170 und 180 können außerdem mit
digitalen Eingabe/Ausgabe-(E/A)-Modulen 174 und 184 ausgerüstet sein,
die zur Signalübermittlung
zwischen Maschinen und zum Erzeugen von Beleuchtungssteuerungs- und Signalzurückweisungsausgaben
benutzt werden können.
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Jede
visuelle Inspektionsvorrichtung weist außerdem eine Beleuchtungssteuerung 176 auf,
die benutzt wird, um die Beleuchtungsstufe als eine Funktion der
Arbeitsgeschwindigkeit für
die Zigarettenmarke und den Zigarettenhersteller einzustellen. Diese
Einstellung kann auch erforderlich sein, um eine Alterung der Beleuchtungsquellen
auszugleichen, wenn ein Glasfaser-Beleuchtungsaufbau eingesetzt
wird. Die Beleuchtungssteuerung 176 wird von dem E/A-Modul
betätigt,
das in einem der Bildprozessoren enthalten ist.
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Jede
visuelle Inspektionsvorrichtung weist außerdem einen Auslöser/Signalzurückweisungstreiber 200 auf.
Die erste Funktion des Auslöser/Signalzurückweisungstreibers 200 ist
es, die Bildfangschaltung und einen Stückpräsenzauslöser 210 anzutreiben.
Der Treiber 200 erzeugt außerdem ein Signal, das die
horizontale und vertikale Auflösung
der gewonnenen Bilder bestimmt. Das Signal wird nach der Anzahl
von Geberzählwerten
spezifiziert.
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Die
Anforderung an den Stückpräsenzauslöser 210 kann
durch jeden Sensor erfüllt
werden, der in den Trommelantrieb der Zigarettenherstellungsvorrichtung
aufgenommen ist, und der einmal pro Zigarette ein Signal erzeugt.
Das Signal wird benutzt, um für
jede Zigarette die Bildgewinnung auszulösen, und muss für jede Zigarette
genau getaktet sein, damit das Bild korrekt positioniert werden
kann. So erzeugt der Aus löser
Signale, die zu der Maschinengeschwindigkeit proportional sind.
Diese Signale können
auch benutzt werden, um zu ermitteln, wann eine Zigarettenherstellungsvorrichtung
die Zielgeschwindigkeit erreicht, und um die Intensitätsstufen
der Beleuchtungsquelle zu steuern.
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Jede
Inspektionsvorrichtung weist außerdem einen
Signalzurückweisungstreiber 220 auf,
der ein geeignetes Zurückweisungssignal
für die
Zigarettenzurückweisungshardware
bereitstellt, die im Allgemeinen in einer Zigarettenherstellungsmaschine
enthalten ist.
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Zusätzlich zu
der Verarbeitungs- und Steuerungshardware weist das Zigaretteninspektionssystem
außerdem
eine Anzahl von Nutzerschnittstellenelementen auf. Obwohl jedes
Zigaretteninspektionssystem zwei Zigaretteninspektionsstationen
mit doppelten Bildprozessoren aufweist, teilen sich die Inspektionsstationen
gemeinsame Nutzerschnittstellen. Die geteilten Komponenten sind über einen
Auswahlschalter 192 selektiv an die zwei Stationen angeschlossen.
Die Nutzerschnittstellenelemente weisen einen Systemanzeigebildschirm 194,
eine Tastatur 196 und eine Zeigevorrichtung 198 auf.
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Zusätzlich zu
der Bereitstellung geeigneter Hardware zum Implementieren des offenbarten
Zigaretteninspektionssystems wird von den Bildprozessoren, die in
dem System enthalten sind, ein neuartiges Inspektionsverfahren 300, 15,
erreicht. Das Bildinspektionsverfahren 300 soll unter Bezugnahme
auf eine Inspektionsstation und einen Bildprozessor beschrieben
werden. Allerdings versteht sich, dass die zwei Inspektionsstationen
und doppelten Bildprozessoren, die von der bevorzugten Ausführungsform
des offenbarten Zigaretteninspektionssystems benutzt werden, es
ermöglichen,
dass die gesamte zylindrische Fläche
einer Zigarette in geeigneter Weise bei üblichen Zigaretten herstellungsgeschwindigkeiten inspiziert
werden kann.
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Das
Inspektionsverfahren 300 beginnt mit einem Bildgewinnungsschritt,
Schritt 310. Die Bildgewinnung umfasst das Erfassen eines
Bilds durch die Bilderfassungsvorrichtung, wie z. B. die oben beschriebene
TDI-Kamera. Die TDI-Kamera gibt dann das erfasste Bild an die Bildfangschaltung
weiter, Schritt 315, die ein normales Grauskalenbild der
Zigarette in einem Inspektionssystemspeicher ablegt, Schritt 320.
Das Bild weist vorzugsweise eine Größe von 512 × 64 Pixeln auf und kann skaliert
werden, Schritt 325, um eine Anpassung an große Produkte mit
der Möglichkeit
zur Variation der Position von Zigarette zu Zigarette zu erlauben.
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Sobald
das Bild im Speicher abgelegt und, bei Bedarf, in geeigneter Weise
skaliert ist, beginnt die Verarbeitung und Analyse des Bildes. Zunächst wird
wenigstens ein Abschnitt des Bilds unter Benutzung eines Gradientenfilters
in ein Gradientenbild transformiert, Schritt 330. In der
bevorzugten Ausführungsform
wäre jeder
geeignete Gradientenfilter gleichwertig. Der Vertikalkantenfilter
kann als Hochpassfilter betrachtet werden, der auf Gradientenkomponenten
(d. h. Unterschiede in den Grauskalenwerten) entlang der Längsachse
der Zigarette anspricht. Dann werden ein oder mehrere der Gradientenbildabschnitte
von dem Bildprozessor analysiert, Schritt 340, unter Benutzung
allgemein bekannter Inspektionsverfahren. Ein signifikanter Vorteil
der Benutzung von Gradientenbildabschnitten zusammen mit zusätzlichen
Inspektionsverfahren ist der, dass Flächen auch dann genau inspiziert
werden können, wenn
sie ungleichmäßig beleuchtet
werden. So kann eine Inspektion mit weniger ausgefeilten, weniger kostenintensiven
Beleuchtungssystemen erreicht werden.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
sind der Abschnitt oder die Abschnitte der Zigarette, die einer
Gradientenkantenfilterung ausgesetzt werden, anhand eines „Stückprogramms" definiert, das für das inspizierte
Produkt spezifisch ist. 16 zeigt ein
Zigarettengradientenbild 400, das durch eine Ausführungsform
eines geeigneten Stückprogramms in
mehrere relevante Bereiche (Regions of Interest – ROI) eingeteilt ist. In dieser
Ausführungsform
teilt das Stückprogramm
beispielsweise das Gradientenbild einer inspizierten Zigarette in
fünf (5)
relevante Bereiche (ROI). Die definierten relevanten Bereiche umfassen:
einen Linksendposition-ROI 410, einen Rechtsendposition-ROI 412,
einen Spitzeninspektions-ROI 414, einen Druckbereichinspektions-ROI 416,
und einen Stängelinspektions-ROI 418.
Verschiedene Inspektionsprozesse können unabhängig voneinander auf jeden
ROI angewandt werden, basierend auf dem Inspektionsschritt, der
für jeden
ROI durchgeführt
wird, einschließlich
der Arten von in Frage kommenden Defekten. Zusätzlich können Inspektionsparameter wie
der Schwellenwert und die minimale Blob-Größe, die auf dem technischen
Gebiet gut bekannt sind, unabhängig
für jeden
definierten ROI eingestellt werden.
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Als
Beispiel sollen die fünf
ROIs aus 16 hinsichtlich der Arten von
Inspektionsschritten erläutert
werden, die für
jeden durchgeführt
werden. Zunächst
kann die Zigarettenposition anhand des Linksendposition-ROIs 410 und
des Rechtsendposition-ROIs 412 bestimmt
werden. Die Positionsbestimmung wird unter Benutzung der Blob-Konnektivitätsanalyse
durchgeführt.
Bei den zwei Positions-ROIs erzeugen die vertikalen Kanten an dem
Spitzen- und dem Stängelende
der Zigarette normalerweise deutlich umrissene, relativ schmale,
vertikale Blobs, die die Position, Länge und Winkelausrichtung der
Zigarette genau definieren. Sobald die Zigarette lokalisiert ist,
können
die Positionen der Inspektions-ROIs unter Benutzung der Information
von den zwei Positions-ROIs angepasst werden.
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Die
Blobs können
auch für
einen Inspektionsschritt benutzt werden, wobei die Winkelform (Verhältnisbreite)
der Endblobs mit Kriterien abgeglichen wird, die in dem Stückprogramm
spezifiziert sind. Dieser Inspektionsschritt ist dazu in der Lage, eine
Anzahl von Defekten in der Ausbildung des Spitzen- und des Stängelendes
zu ermitteln.
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Das
Zigaretteninspektionsverfahren fährt fort,
indem für
die Gradientenkantenbilder an jedem der drei Inspektions-ROIs Konnektivitätsanalysen durchgeführt werden.
Jeder von diesen kann mit einzigartigen Parametern versorgt werden,
um Schwellenwert, minimale Blob-Größe und andere Kriterien zu
spezifizieren, wie z. B., ob der Blob die Kante des ROI berühren darf.
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Entsprechend
stellt die vorliegende Erfindung ein neuartiges System und Verfahren
zum optischen Inspizieren von im Wesentlichen dem gesamten Umfang
einer zylindrischen Fläche
bereit, das eine erste und zweite visuelle Inspektionsstation aufweist,
die dazu konfiguriert ist, Bilder von gegenüberliegenden Seiten der zylindrischen
Fläche
zu erfassen. Jede Inspektionsstation weist eine bewegliche Stütze zum
Stützen
und Transportieren eines zylindrischen Objekts, wie z. B. einer
Zigarette, auf, so dass eine Seite einer zylindrischen Fläche des
zylindrischen Objekts einer visuellen Inspektionsvorrichtung zugewandt
ist. Jede Station weist außerdem eine
Beleuchtungsquelle zum Beleuchten der Seite auf, die der visuellen
Inspektionsvorrichtung zugewandt ist. Jede Beleuchtungsquelle ist
dazu konfiguriert, Licht entlang einer Längsachse der zylindrischen
Fläche
in einem kleinen spitzen Winkel relativ zu der Längsachse auf die zylindrische
Fläche
zu richten.
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Jede
visuelle Inspektionsvorrichtung weist eine Bilderfassungsvorrichtung
zum Erfassen von Bildern der gegenüberliegenden Seiten des zylindrischen
Objekts auf. Die erfassten Bilder werden dann analysiert, um Flächendefekte
zu ermitteln.
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Modifikationen
und Ersetzungen durch einen Durchschnittsfachmann sind als im Umfang
der vorliegenden Erfindung liegend zu betrachten, welche nicht eingegrenzt
ist, außer
durch die folgenden Ansprüche.