EA041545B1

EA041545B1 - DEVICE AND METHOD FOR ORIENTATION OF CONTAINERS

Info

Publication number: EA041545B1
Application number: EA202290710
Authority: EA
Inventors: Эмидио Цзордзелла; Массимо Бонарди
Original assignee: Антарес Вижион С.П.А.
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-11-07

Description

Изобретение относится к устройству и способу ориентации контейнеров.The invention relates to a device and a method for orienting containers.

Как известно, в настоящее время на рынке присутствуют разнообразные типы автоматических ориентационных устройств для заполнения и/или маркировки полупрозрачных или непрозрачных пластмассовых или стеклянных контейнеров на производственных линиях, содержащих как линейные конвейеры, так и вращающиеся карусели.As is known, various types of automatic orientation devices are currently on the market for filling and/or marking translucent or opaque plastic or glass containers on production lines containing both linear conveyors and rotating carousels.

Были разработаны системы ориентации контейнеров и контроля качества на основе вращающейся карусели, содержащей кольцевое множество гнезд, вращающихся вокруг своей оси, причем каждое гнездо содержит соответствующий контейнер и вращается вокруг своей оси таким образом, чтобы приводить контейнер в возвратно-вращательное движение.Container orientation and quality control systems have been developed based on a rotating carousel containing an annular plurality of pockets rotating about its axis, each seat containing a respective container and rotating about its axis in such a way as to bring the container into a reciprocating rotational motion.

Существуют простые устройства механического типа для ориентации контейнеров, в которых зубец входит внутрь специального гнезда, специально изготовленного на дне контейнера, чтобы приводить его в движение.There are simple mechanical type devices for orienting containers, in which a barb fits inside a special socket specially made at the bottom of the container to set it in motion.

Кроме того, для таких механических систем, оборудованных зубцами, требуется, соответственно, чтобы контейнер содержал гнездо специальной формы на дне для зацепления зубца.Furthermore, such mechanical systems equipped with prongs require accordingly that the container has a specially shaped socket at the bottom for engaging the prong.

Устройство такого типа отличается невысокой точностью и способно работать только при низких скоростях.A device of this type is characterized by low accuracy and can only work at low speeds.

Кроме того, известны устройства для ориентации контейнеров на основе оптических систем, в которых для этой цели использованы датчики.In addition, devices for orienting containers based on optical systems are known, in which sensors are used for this purpose.

В этом случае каждый контейнер содержит передний датчик, который измеряет соответствующий профиль на своем рабочем уровне.In this case, each container contains a front sensor that measures the corresponding profile at its operating level.

Для указанных систем оказывается весьма сложным приспособление в соответствии с изменением формы контейнеров, и, кроме того, они производят очень шумный сигнал, что, следовательно, делает затруднительным извлечение полезной информации в отношении профиля или формы контейнера.These systems prove to be very difficult to adapt to changes in the shape of the containers, and furthermore they produce a very noisy signal, which consequently makes it difficult to extract useful information about the profile or shape of the container.

Таким образом, и в этом случае указанные системы также являются сложными в установке, а также является сложным и трудоемким их приспособление к изменению формы контейнеров, поскольку все датчики должны быть расположены на строго одинаковых рабочих уровнях и расстояниях от контейнеров.Thus, in this case, these systems are also difficult to install, and it is also difficult and time-consuming to adapt them to changing the shape of containers, since all sensors must be located at exactly the same working levels and distances from the containers.

Для преодоления указанных недостатков также находят применение оптические системы на основе применения нескольких датчиков, расположенных на наклонной механической установке, которая единовременно сопровождает одну группу контейнеров.To overcome these disadvantages, optical systems are also used based on the use of several sensors located on an inclined mechanical installation, which accompanies one group of containers at a time.

Эта система имеет такие же недостатки, как предшествующие системы, даже несмотря на то, что она обеспечивает снижение стоимости датчиков, которые присутствуют в меньшем количестве, но эта экономия погашается более высокой стоимостью механического оборудования, поскольку является очевидным, что требуется наклонная механическая установка.This system has the same drawbacks as previous systems even though it provides cost savings for the sensors that are present in fewer numbers, but these savings are offset by the higher cost of the mechanical equipment since it is obvious that an inclined mechanical installation is required.

Следовательно, можно утверждать, что системы с оптическими датчиками, как правило, имеют недостаток наблюдения индивидуального профиля, и, кроме того, существуют затруднения при их установке, когда изменяется форма контейнеров.Therefore, it can be argued that systems with optical sensors generally have the disadvantage of observing an individual profile, and, in addition, there are difficulties in their installation when the shape of the containers changes.

Вместо систем с оптическими датчиками находят применение оптические наблюдательные системы, которые несмотря на более высокую стоимость работают на основе изображений и, таким образом, распознают не только профиль контейнера, но также всю соответствующую наблюдаемую боковую поверхность.Instead of systems with optical sensors, optical observation systems are being used which, in spite of their higher cost, operate on the basis of images and thus detect not only the profile of the container, but also the entire corresponding observable side surface.

В некоторых случаях с целью сокращения расходов находят применение экономичные системы наблюдения, которые способны обнаруживать конкретные этикетки или надписи на контейнере и которые, таким образом, выполняют функции датчиков и в таком качестве могут быть расположены индивидуально по одной для каждого гнезда, содержащего контейнер, или установлены в наклонной установке.In some cases, in order to reduce costs, cost-effective surveillance systems are used that are able to detect specific labels or inscriptions on a container and which thus act as sensors and as such can be located individually, one for each nest containing the container, or installed in an inclined setting.

Указанные датчики следят за положением контейнера в течение вращения, находятся перед ним и определяют цифровой сигнал после распознавания наблюдаемой этикетки или надписи.These sensors monitor the position of the container during rotation, are located in front of it and determine the digital signal after recognizing the observed label or inscription.

Преимущество, которое обеспечивает это техническое решение по сравнению с другими решениями, упомянутыми выше, заключается в том, что оно позволяет обнаруживать всю форму поверхности контейнера, а не только профиль, и делает обнаружение предельно упрощенным в случае изменения формата указанного контейнера.The advantage that this solution provides over the other solutions mentioned above is that it allows detection of the entire surface shape of the container, not just the profile, and makes detection extremely simplified in the event that the format of said container changes.

Однако, как было отмечено, такие системы имеют недостаток, представляющий собой высокую стоимость с учетом числа наблюдательных устройств, которые необходимы для функционирования таких систем.However, as noted, such systems suffer from the disadvantage of being expensive given the number of monitoring devices that are required to operate such systems.

Наблюдательные системы, занимающие фиксированное положение при установке снаружи устройства обнаружения, являются весьма дорогостоящими и, следовательно, находят применение только в машинах высшей ценовой категории.Observation systems that are in a fixed position when installed outside the detection device are very expensive and therefore only find use in machines of the highest price category.

Указанные машины, как правило, содержат 3, 4, 5 или 6 наблюдательных точек, и для каждого контейнера, приводимого в возвратно-вращательное движение перед ними, каждая из наблюдательных точек регистрирует изображение, которое соответствует угловому сектору боковой поверхности контейнера.These machines usually contain 3, 4, 5 or 6 observation points, and for each container driven in a reciprocating motion in front of them, each of the observation points registers an image that corresponds to the angular sector of the side surface of the container.

Последовательные изображения, зарегистрированные от всех наблюдательных точек, воспроизвоSequential images recorded from all observation points are reproduced

- 1 041545 дят боковую поверхность контейнера.- 1 041545 the side surface of the container.

Преимущества, которыми обладают такие системы, связаны с их точностью и высокой эксплуатационной гибкостью.The advantages of such systems are related to their accuracy and high operational flexibility.

Однако такие системы являются чрезвычайно дорогостоящими по сравнению с предшествующими решениями.However, such systems are extremely expensive compared to prior solutions.

Кроме того, в целях достижения правильного соединения изображений таким образом, чтобы правильно воспроизводить боковую поверхность контейнеров, вышеуказанным системам требуется следующая информация:In addition, in order to achieve the correct connection of images in such a way as to correctly reproduce the side surface of the containers, the above systems require the following information:

геометрическое положение регистрационных камер в пространстве;geometric position of registration chambers in space;

последовательность угловых положений, которые контейнеры будут занимать в положении при фотографировании;the sequence of angular positions that the containers will occupy in position when photographed;

некоторая информация в отношении геометрической формы контейнера.some information regarding the geometric shape of the container.

Таким образом, в целях создания процедуры ориентации контейнера для указанных систем в процессе эксплуатации обязательно требуется участие специалиста и квалифицированного персонала.Thus, in order to create a container orientation procedure for these systems during operation, the participation of a specialist and qualified personnel is required.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать устройство и способ ориентации контейнеров в целях устранения вышеупомянутых недостатков предшествующего уровня техники.The object of the present invention is to provide a device and method for orienting containers in order to overcome the aforementioned shortcomings of the prior art.

В рамках указанной цели задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать устройство и способ ориентации контейнеров, а также обеспечить низкие расходы, в том числе производственные и эксплуатационные расходы. Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать устройство и способ ориентации контейнеров, для которых становится возможной ориентация посредством наблюдения соответствующей боковой поверхности даже в случае сложного профиля, а также обеспечить низкие затраты и единственную точку наблюдения.Within the framework of this object, the object of the present invention is to provide a device and method for orienting containers, as well as to provide low costs, including manufacturing and operating costs. A further object of the present invention is to provide a device and a method for orienting containers, for which orientation is made possible by observing the corresponding side surface even in the case of a complex profile, as well as to provide low costs and a single point of observation.

Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать устройство и способ ориентации контейнеров, которые обеспечивают все преимущества наблюдательных систем наряду со всеми преимуществами оптических систем в отношении производственных и эксплуатационных расходов.A further object of the present invention is to provide an apparatus and method for orienting containers that provide all the advantages of observational systems along with all the advantages of optical systems in terms of manufacturing and operating costs.

Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать устройство и способ ориентации контейнеров, которые обеспечивают обнаружение всей боковой поверхности контейнера с достаточным разрешением в целях его ориентации и с желательной точностью без необходимости привлечения специализированного персонала для выполнения этой задачи.A further object of the present invention is to provide a device and method for orienting containers that detects the entire side surface of the container with sufficient resolution to orient it and with the desired accuracy without the need for specialized personnel to perform this task.

Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать устройство и способ ориентации контейнеров, которые несмотря на применение единственной точки наблюдения позволяют удерживать контейнер в фокусе в течение движения в ограниченном поле наблюдения, наряду с тем, что отсутствует зависимость от расположения регистрирующего приспособления и соответствующего осветительного приспособления.A further object of the present invention is to provide a device and method for orienting containers which, despite the use of a single point of view, makes it possible to keep the container in focus during movement in a limited field of view, while being independent of the location of the recording device and the corresponding lighting fixtures.

Следующая задача настоящего изобретения представляет собой применение стратегии освещения, которая максимально увеличивает свет, отраженный от контейнера, по отношению к свету, пропускаемому внутрь контейнера, таким образом, чтобы уменьшить зависимость способа ориентации от содержимого контейнеров даже в случае прозрачных контейнеров.A further object of the present invention is to apply a lighting strategy that maximizes the light reflected from the container relative to the light transmitted into the container, so as to reduce the dependence of the orientation method on the content of the containers, even in the case of transparent containers.

Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать систему, для которой не требуется вмешательство особенно квалифицированного персонала в целях ее введения в эксплуатацию, а также не требуется введение какого-либо параметра в отношении геометрической формы контейнера, его вращения в зоне наблюдения или геометрической формы наблюдательных точек.A further object of the present invention is to develop a system that does not require the intervention of particularly qualified personnel in order to put it into operation, and does not require the introduction of any parameter regarding the geometric shape of the container, its rotation in the observation zone or the geometric shape observation points.

Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать систему, которая имеет компактные размеры и может быть установлена внутри защитного ограждения машины.A further object of the present invention is to provide a system which is compact in size and can be installed inside a machine guard.

Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы сокращать до минимума угловую часть карусели, которая требуется для системы ориентации в целях выполнения ее функции по сравнению с системами, присутствующими на рынке, причем этот параметр производит косвенное воздействие на стоимость осуществления ориентации контейнеров на карусели, поскольку он воздействует на необходимое пространство для машины, а это пространство имеет свою стоимость.It is a further object of the present invention to minimize the corner portion of the carousel required for the orientation system to perform its function compared to systems on the market, this parameter having an indirect effect on the cost of orienting containers on the carousel since it affects the required space for the machine, and that space has a cost.

Следующая задача настоящего изобретения представляет собой возможность привлечения неквалифицированного оператора, который посредством простого взгляда на монитор сможет эмоционально оценить функционирование указанной системы ориентации и эксплуатационные характеристики в режиме реального времени, даже когда скорость машины и частота подлежащих ориентации контейнеров, которая обычно достигает 20 предметов в секунду, не предоставляет никакой возможности оценки и понимания численного результата. Эта задача может быть решена, а также указанные выше и другие цели могут быть достигнуты посредством применения устройства и способа ориентации контейнеров согласно независимым пунктам формулы изобретения, которая представлена ниже.A further object of the present invention is to be able to engage an unskilled operator who, by simply looking at the monitor, will be able to emotionally evaluate the functioning of said orientation system and performance in real time, even when the speed of the machine and the frequency of containers to be oriented, which usually reaches 20 objects per second, does not provide any way to evaluate and understand the numerical result. This problem can be solved, as well as the above and other goals can be achieved by using the device and method for orienting containers according to the independent claims, which is presented below.

Согласно первому предпочтительному, но не исключительному варианту осуществления устройство для ориентации контейнеров содержит вращающуюся карусель, которая вращается вокруг своей вертикальной оси и содержит кольцевое множество гнезд, каждое из которых вращается вокруг своей собственной оси и приводит каждый контейнер, содержащийся в нем, во вращение вокруг своей собственAccording to a first preferred, but not exclusive, embodiment, the device for orienting containers comprises a rotating carousel which rotates about its vertical axis and contains an annular plurality of sockets, each of which rotates about its own axis and causes each container contained therein to rotate about its own own

- 2 041545 ной вертикальной оси и совместно с указанной вращающейся каруселью в возвратно-вращательное движение, фиксированное осветительное приспособление указанного контейнера и единственное фиксированное регистрирующее приспособление для регистрации множества последовательных изображений указанного контейнера в течение указанного возвратно-вращательного движения, причем указанное регистрирующее приспособление занимает такое положение, чтобы принимать свет, отраженный от указанного контейнера, освещаемого указанным осветительным приспособлением, причем устройство отличается тем, что оно содержит электронное управляющее приспособление, содержащее распознающее приспособление, проверочное приспособление и исполнительное приспособление, которые работают совместно во временной последовательности, причем указанное распознающее приспособление выполнено с возможностью осуществления стадии распознавания всей боковой поверхности одного указанного контейнера в ряде из N положений в пределах поля, ограниченного указанным регистрирующим приспособлением, причем, когда указанная карусель является неподвижной, для каждого распознавания в каждом из N положений указанный контейнер располагается со случайной начальной ориентацией, и в течение вращения на 360° вокруг своей собственной оси ряд R изображений указанного контейнера осуществляется регистрация, при этом указанное проверочное приспособление выполнено с возможностью осуществления стадии проверки, в течение которой указанное электронное управляющее приспособление принимает от указанного регистрирующего приспособления только одно текущее изображение указанного контейнера в каждом положении N, причем указанное электронное управляющее приспособление обрабатывает функцию сходства, представляющую сходство между каждым текущим изображением Ni и R изображениями, зарегистрированными в том же положении N на указанной стадии распознавания, осуществляет фазовую синхронизацию и суммирование указанных функций сходства; при этом исполнительное приспособление является действующим в течение вращения указанной вращающейся карусели, причем для каждого из указанных контейнеров указанное электронное управляющее приспособление принимает от указанного регистрирующего приспособления только одно текущее изображение в каждом положении N, обрабатывает функцию сходства, представляющую сходство между каждым текущим изображением Ni и R изображениями, зарегистрированными в том же положении N на указанной стадии распознавания, вычисляет и суммирует функции сходства, и угол am, соответствующий максимальному значению этой суммы, находит применение для ориентации указанного контейнера.- 2 041545 of the specified vertical axis and together with the specified rotating carousel in a reciprocating rotational movement, a fixed lighting device of the specified container and a single fixed recording device for registering a plurality of consecutive images of the specified container during the specified reciprocating rotational movement, and the specified recording device occupies such a position to receive light reflected from said container illuminated by said lighting fixture, the device being characterized in that it comprises an electronic control fixture comprising a recognizer, a test fixture and an actuating fixture that operate together in time sequence, said recognizer being configured with the possibility of implementing the stage of recognizing the entire side surface of one specified container in a series of N positions within the floor i, limited by the specified recording device, and, when the specified carousel is fixed, for each recognition in each of N positions, the specified container is located with a random initial orientation, and during rotation through 360 ° around its own axis, a number R of images of the specified container is registered, wherein said checking device is configured to carry out a checking stage during which said electronic control device receives from said recording device only one current image of said container at each N position, said electronic control device processes a similarity function representing the similarity between each current image Ni and R images registered in the same position N at the specified stage of recognition, performs phase synchronization and summation of the specified similarity functions; wherein the actuator is active during the rotation of said rotary carousel, wherein for each of said containers said electronic control device receives from said recording device only one current image at each position N, processes a similarity function representing the similarity between each current image Ni and R images registered at the same position N at the specified stage of recognition, calculates and sums the similarity functions, and the angle am corresponding to the maximum value of this sum is used to orient the specified container.

В способе ориентации контейнеров предусмотрено приведение во возвратно-вращательное движение указанных контейнеров на вращающейся карусели, что заставляет контейнеры проходить в процессе движения перед осветительным приспособлением и обеспечивает регистрацию для каждого контейнера, с единственной точки наблюдения, предварительно заданный ряд R изображений из N предварительно заданных положений в пределах поля, ограниченного регистрирующим приспособлением, причем способ отличается тем, что в нем осуществляется обработка посредством электронной управляющей системы функции сходства, представляющей сходство между каждым текущим изображением и R изображениями, зарегистрированными в том же положении на начальной стадии распознавания с неподвижной каруселью, а также последующая проверка и фазовая синхронизация, при этом функции сходства суммируются, а угол, соответствующий максимальному значению суммы, находит применение для идентификации ориентации контейнера.The container orientation method provides for reciprocating said containers on a rotating carousel, which causes the containers to pass in front of the lighting device in the process of movement and ensures registration for each container, from a single point of view, a predetermined row R of images from N predetermined positions in within the field limited by the recording device, and the method is characterized in that it processes by means of an electronic control system the similarity function representing the similarity between each current image and R images registered in the same position at the initial stage of recognition with a fixed carousel, as well as the subsequent verification and phase synchronization, with the similarity functions summed, and the angle corresponding to the maximum value of the sum is used to identify the orientation of the container.

Зависимые пункты формулы изобретения способствуют лучшему разъяснению дополнительных признаков устройства согласно настоящему изобретению.The dependent claims contribute to a better explanation of additional features of the device according to the present invention.

В частности, осветительное приспособление расположено по отношению к контейнеру с таким углом падения света, при котором максимально увеличивается интенсивность света, отраженного зеркальным образом, по отношению к интенсивности света, пропускаемого внутрь контейнера, таким образом, чтобы обеспечивать наблюдение посредством отражения света углового сектора поверхности контейнера.In particular, the lighting fixture is positioned with respect to the container at such an angle of incidence of light that maximizes the intensity of the light reflected in a specular manner relative to the intensity of the light transmitted into the interior of the container, so as to allow observation by light reflection of the angular sector of the surface of the container. .

Выраженная в градусах ширина наблюдаемого углового сектора, в котором свет отражается к регистрирующему приспособлению, является прямо пропорциональной длине осветительного приспособления и диаметру контейнера.Expressed in degrees, the width of the observed angular sector in which light is reflected to the detector is directly proportional to the length of the illumination fixture and the diameter of the container.

Настоящее изобретение относится к разработке системы ориентации на основе единственного регистрирующего приспособления, которое с единственной наблюдательной точки последовательно фотографирует контейнер в течение его движения в пределах поля, ограниченного регистрирующим приспособлением.The present invention relates to the development of an orientation system based on a single recording device, which, from a single observation point, successively photographs the container during its movement within the field limited by the recording device.

Настоящее изобретение относится к применению для указанной цели камер, содержащих датчики изображения на комплементарной структуре металл-оксид-полупроводник (CMOS), которые имеют характеристики, обеспечивающие механизм регистрации последовательных изображений, содержащих последовательные данные датчика.The present invention relates to the use for this purpose of cameras containing complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensors that have characteristics that provide a mechanism for capturing sequential images containing serial sensor data.

Следовательно, ограниченное поле предусмотрено таким образом, чтобы фотографировать контейнер в N последовательных положениях, причем сбор информации датчиком осуществляется в таком режиме, что датчик собирает только часть пикселей, где расположен контейнер в каждый момент времени в течение своего движения.Therefore, the limited field is provided in such a way as to photograph the container in N successive positions, and the collection of information by the sensor is carried out in such a mode that the sensor collects only a part of the pixels where the container is located at each moment of time during its movement.

Этот механизм, который называется термином генератор последовательности, делает возможнымThis mechanism, termed the sequence generator, makes it possible

- 3 041545 достижение очень высокой частоты снятия фотографий.- 3 041545 Achieve a very high frequency of taking photographs.

Настоящее изобретение также относится к способу ориентации, отличающемуся первой стадией, которая представляет собой распознавание всей боковой поверхности указанного контейнера посредством множества изображений.The present invention also relates to an orientation method characterized by a first step, which is recognition of the entire side surface of said container by means of a plurality of images.

Изображения охватывают все такие положения контейнера в пределах поля, ограниченного камерой, в которых в течение последующей фазы эксплуатации будет происходить фотографирование контейнера в целях определения его ориентации.The images cover all such positions of the container within the field defined by the camera, in which, during the next phase of operation, the container will be photographed in order to determine its orientation.

Кроме того, настоящее изобретение отличается тем, что стадия распознавания контейнера в каждом из положений представляет собой при неподвижной машине помещение контейнера в каждое из соответствующих положений с последующей активацией управляемого вращения контейнера вокруг своей оси и автоматической регистрацией и сохранением, в течение вращения, ряда R изображений, достаточных для обеспечения углового распознавания при желательном разрешении.In addition, the present invention is characterized in that the stage of recognizing the container in each of the positions is, with the machine stationary, placing the container in each of the respective positions, followed by activation of the controlled rotation of the container around its axis and automatic registration and storage, during rotation, of a series R of images , sufficient to provide angular recognition at the desired resolution.

Если, например, желательное разрешение ориентации составляет 0,5°, то 720 изображений контейнера в процессе вращения будет сохраняться автоматическим способом, по одному изображению на каждые 0,5°. Вышеуказанная стадия распознавания, которая является полностью автоматической, повторяется во всех из N положений в пределах поля, ограниченного камерой, которая снимает фотографии в течение прохождения контейнеров в целях ориентации.If, for example, the desired orientation resolution is 0.5°, then 720 images of the container during rotation will be stored automatically, one image for every 0.5°. The above recognition step, which is fully automatic, is repeated at all of the N positions within the field defined by the camera, which takes photographs during the passage of the containers for orientation purposes.

Таким образом, NxR изображений регистрируются и сохраняются в течение стадия распознавания, причем типичные значения представляют собой N=12 положений и R=360 изображений.Thus, NxR images are registered and stored during the recognition stage, with typical values being N=12 positions and R=360 images.

Инновационная идея настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить осуществление указанного способа без какой-либо известной геометрической формы системы, которую составляют камера, осветительное приспособление и контейнер, и без необходимости описания вышеуказанной геометрической формы для системы ориентации с параметрами.The innovative idea of the present invention is to allow said method to be carried out without any known geometrical form of the system which comprises the camera, lighting fixture and container, and without the need to describe the above geometrical form for the orientation system with parameters.

Содержание настоящего изобретения также относится к возможности начала каждой из стадий распознавания контейнера в течение вращения в каждом из N положений R фотографий от случайного угла.The content of the present invention also relates to the possibility of starting each of the stages of container recognition during rotation at each of the N positions R of photographs from a random angle.

Кроме того, основная часть настоящего изобретения представляет собой отсутствие какой-либо необходимости описания, в течение начальной стадии распознавания контейнера или после этого в течение фазы эксплуатации, возвратно-вращательного движения, которое осуществляет контейнер в целях его наблюдения и ориентации посредством регистрирующего приспособления.In addition, the main part of the present invention is the absence of any need to describe, during the initial stage of recognition of the container or thereafter during the operation phase, the reciprocating movement that the container performs in order to observe and orient it by means of a recording device.

Другая основная часть настоящего изобретения представляет собой стратегию, которая позволяет системе ориентации воспроизводить геометрическую форму контейнера, относительную геометрическую форму системы контейнера, регистрирующего приспособления и осветительного приспособления, положение различных точек регистрации изображений контейнера, начальный угол распознавания контейнера в каждой точке регистрации и возвратно-вращательное движение, которое осуществляет контейнер в пределах поля, ограниченного регистрирующим приспособлением в течение фазы эксплуатации, таким образом, без необходимости сбора и ввода указанной информации квалифицированным персоналом.Another main part of the present invention is a strategy that allows the orientation system to reproduce the geometric shape of the container, the relative geometric shape of the container system, the recording fixture and the lighting fixture, the position of the various registration points of the container images, the initial detection angle of the container at each registration point, and the reciprocating rotational movement. , which carries the container within the field limited by the recording device during the operating phase, thus without the need for the collection and entry of said information by qualified personnel.

Основной аспект настоящего изобретения относится к автоматическому способу, который производит всю вышеупомянутую информацию автоматическим образом на основании статистического наблюдения определенного числа контейнеров в процессе движения в поле, ограниченном регистрирующим приспособлением.The main aspect of the present invention relates to an automatic method which generates all of the above information automatically based on the statistical observation of a certain number of containers while moving in a field limited by a recording device.

Эта стадия, которая называется термином проверка и представляет собой простое прохождение и наблюдение числа контейнеров, которое является статистически необходимым.This stage, which is termed verification, is simply going through and observing the number of containers that is statistically necessary.

Кроме того, основная часть настоящего изобретения представляет собой основу алгоритмов, которые обеспечивают, помимо прочего, получение меры сходства среди изображений.In addition, the main part of the present invention is the basis of algorithms that provide, among other things, obtaining a measure of similarity among images.

Эта мера применяется таким образом, чтобы измерить сходство между изображением, снятым в данном положении N в течение прохождения контейнера, и всеми из R изображений, которые составляют множество изображений, распознанных в течение распознавания в указанном данном положении N.This measure is applied in such a way as to measure the similarity between an image captured at a given position N during the passage of the container and all of the R images that make up the set of images recognized during recognition at said given position N.

Другими словами, задачей способа является графическое представление, которое содержит меру сходства изображения (зарегистрированного в данном положении в течение прохождения контейнера в фазе эксплуатации) и всех R изображений, которые в том же положении были зарегистрированы и сохранены на стадии распознавания с неподвижной машиной и контейнером, вращающимся вокруг своей оси.In other words, the task of the method is a graphical representation that contains a measure of the similarity of the image (registered in a given position during the passage of the container in the operation phase) and all R images that were registered in the same position and stored in the recognition stage with a stationary machine and container, rotating around its axis.

Этот график содержит признак, который является легко понимаемым даже с точки зрения менее квалифицированного персонала и представляет собой понятие пика.This graph contains a feature that is easily understood even from the point of view of less qualified personnel and represents the concept of a peak.

Такой пик означает визуальное выражение, которое обеспечивает понимание того, какое изображение из распознанного множества является наиболее сходным с текущим изображением, если существуют другие сходные изображения в данном множестве, и какова степень сходства по отношению к наиболее сходному изображению, причем резкость пика определяет точность системы, т.е. разность сходства между наиболее сходными изображениями среди распознанных изображений и изображениями в соседних положениях вращения.Such a peak means a visual expression that provides an understanding of which image from the recognized set is the most similar to the current image, if there are other similar images in this set, and what is the degree of similarity in relation to the most similar image, and the sharpness of the peak determines the accuracy of the system, those. difference in similarity between the most similar images among the recognized images and images in adjacent rotation positions.

- 4 041545- 4 041545

Таким образом, в каждом из N положений фотографирования на начальной стадии распознавания множество изображений R распознается на протяжении полного оборота контейнера вокруг своей оси.Thus, in each of the N photographing positions at the initial stage of recognition, the set of images R is recognized during a full rotation of the container around its axis.

В фазе эксплуатации изображение снимается в каждом из N положений, и каждое из указанных изображений сравнивается со всем множеством R изображений, распознанных в указанном положении, в целях построения графика сходства, как описано выше.In the exploitation phase, an image is captured at each of the N positions, and each of said images is compared with the entire set R of images recognized at that position in order to plot the similarity as described above.

Результаты осуществления этого способа представляют собой N графиков сходства, на каждом из которых может присутствовать или отсутствовать пик.The results of this method are N similarity plots, each of which may or may not have a peak.

Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения становятся более понятными из описания предпочтительного, но не исключительного варианта осуществления устройства для ориентации контейнеров, проиллюстрированного в качестве неограничительного примера на сопровождающих фигурах, причем на фиг. 1 представлено схематическое изображение устройства для ориентации согласно настоящему изобретению;Additional features and advantages of the present invention will become more apparent from the description of a preferred, but not exclusive, embodiment of the container orienting device illustrated by way of non-limiting example in the accompanying figures, wherein FIG. 1 is a schematic representation of an orientation device according to the present invention;

на фиг. 2 схематически представлено в вертикальной боковой проекции изображение установки оптического воспроизведения;in fig. 2 is a schematic side elevational view of an optical reproduction setup;

на фиг. 3 схематически представлен ряд N положений, в которых обнаруживаются изображения контейнера;in fig. 3 is a schematic representation of a series of N positions at which container images are detected;

на фиг. 4 представлена стадия распознавания;in fig. 4 shows the stage of recognition;

на фиг. 5 представлена фаза эксплуатации;in fig. 5 shows the operational phase;

на фиг. 6 представлен график сходства;in fig. 6 is a similarity plot;

на фиг. 7 графически представлены синхронизированные по фазе пики, полученные в различных положениях контейнера.in fig. 7 is a graphical representation of phase-locked peaks obtained at various container positions.

Как конкретно представлено на описанных выше фигурах, устройство для ориентации контейнеров обозначено во всей своей полноте номером 1.As specifically shown in the above-described figures, the device for orienting containers is designated in its entirety by the number 1.

Устройство 1 предпочтительно находит применение для ориентации прозрачных или непрозрачных стеклянных или пластмассовых контейнеров 4, которые, как правило, являются по меньшей мере частично цилиндрическими и/или коническими по форме и предназначены для маркировки.The device 1 preferably finds use for orienting transparent or opaque glass or plastic containers 4 which are generally at least partly cylindrical and/or conical in shape and intended for labelling.

Устройство 1 содержит вращающуюся карусель 2, которая вращается вокруг своей вертикальной оси L1 и содержит кольцевое множество гнезд 3, причем каждое гнездо содержит соответствующий контейнер 4, ориентированный по вертикальной оси L2.The device 1 comprises a rotating carousel 2 which rotates around its vertical axis L1 and contains an annular plurality of nests 3, each nest containing a respective container 4 oriented along the vertical axis L2.

Каждое гнездо 3 вращается вокруг своей собственной оси L3, которая также является вертикальной и совпадает с осью L2, таким образом, что в результате совместного приведения в действие карусели 2 и гнезда 3 контейнер 4 приводится в возвратно-вращательное движение, в течение которого он сохраняет вертикальную ориентацию своей оси.Each seat 3 rotates about its own axis L3, which is also vertical and coincides with the axis L2, in such a way that, as a result of the joint actuation of the carousel 2 and seat 3, the container 4 is driven into a reciprocating rotational movement, during which it maintains a vertical orientation of its axis.

В целях удобства карусель 2 занимает угловое положение, которое жестко связано в течение ее движения с угловым положением каждого из гнезд 3.For convenience, the carousel 2 occupies an angular position, which is rigidly connected during its movement with the angular position of each of the slots 3.

В предварительно заданной области карусели 2 присутствует установка оптического воспроизведения, обозначенная во всей своей полноте номером 5, которая содержит осветительное приспособление 6 индивидуального контейнера 4 и регистрирующее приспособление 20 для регистрации множества последовательных изображений индивидуального контейнера 4 в течение его возвратно-вращательного движения.In a predetermined area of the carousel 2, there is an optical reproduction unit, designated in its entirety by the number 5, which contains an illumination device 6 of the individual container 4 and a recording device 20 for recording a plurality of successive images of the individual container 4 during its reciprocating rotational movement.

Согласно проиллюстрированному решению предлагается единственное фиксированное осветительное приспособление 6 и единственное фиксированное регистрирующее приспособление 20, в частности, камера с фиксированной рамкой.According to the illustrated solution, a single fixed lighting fixture 6 and a single fixed recording fixture 20 are provided, in particular a fixed frame camera.

Осветительное приспособление 6, расположенное по периметру карусели 2, имеет проекционную поверхность, перед которой контейнеры 4 проходят в течение возвратно-вращательного движения.The lighting device 6, located around the perimeter of the carousel 2, has a projection surface, in front of which the containers 4 pass during the reciprocating rotational movement.

Контейнеры 4 подставляют всю свою боковую поверхность под осветительное приспособление 6 в течение своего прохождения перед ней.The containers 4 expose their entire side surface to the lighting fixture 6 during their passage in front of it.

Как можно видеть на фиг. 2, используемый оптический принцип представляет собой отражение света на наружной поверхности контейнера 4.As can be seen in FIG. 2, the optical principle used is the reflection of light on the outer surface of the container 4.

По существу, установка оптического воспроизведения обеспечивает расположение осветительного приспособления 6 и регистрирующего приспособления 20 на одной стороне контейнеров 4, которые последовательно проходят перед этими приспособлениями, и зеркало 22, которое перенаправляет свет, отраженный от контейнера 4, на регистрирующее приспособление 20.Essentially, the optical reproduction setup provides for the lighting fixture 6 and the recording fixture 20 to be located on the same side of the containers 4 that pass in front of these fixtures in succession, and the mirror 22 which redirects the light reflected from the container 4 onto the recording fixture 20.

Осветительное приспособление 6 излучает свет со своей излучательной поверхности, направленной к карусели 2, и излученный свет попадает в угловой сектор поверхности контейнера 4, что обеспечивает его наблюдение.The lighting fixture 6 emits light from its emitting surface directed towards the carousel 2, and the emitted light enters the angular sector of the surface of the container 4, which allows its observation.

Устройство дополнительно содержит синхронизационное приспособление 9 для синхронизации между изображениями, зарегистрированными регистрирующим приспособлением 20, и угловые положения карусели 2 и угловые положения гнезд 3 контейнеров 4, а также электронное управляющее приспособление для регистрации, обработки и анализа изображений и данных 10.The device additionally contains a synchronizing device 9 for synchronizing between the images registered by the recording device 20, and the angular positions of the carousel 2 and the angular positions of the nests 3 of the containers 4, as well as an electronic control device for registering, processing and analyzing images and data 10.

Как указано выше, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы ориентировать конAs stated above, the object of the present invention is to orient the con

- 5 041545 тейнеры, которые проходят через Ni положений установки оптического воспроизведения.- 5 041545 tiners that pass through the Ni positions of the optical reproduction setting.

Должны быть определены три различных стадии применения настоящего изобретения.Three different steps in the application of the present invention are to be defined.

1. Распознавание: настоящее изобретение обеспечивает распознавание контейнера 4.1. Recognition: the present invention provides recognition of container 4.

На этой стадии карусель 2 является неподвижной (или находится в нерабочем положении), и контейнер 4 последовательно занимает каждое из N положений, которые определены в поле изображения регистрирующего приспособления 20. В каждом из указанных Ni положений контейнер приводится во вращение гнездом 3, которое вращается вокруг своей оси L2, и Ri изображений снимаются в течение полного оборота контейнера 4 вокруг своей оси, по одному изображению через каждые Aa=360°/R градусов.At this stage, the carousel 2 is stationary (or in an idle position), and the container 4 sequentially occupies each of the N positions that are defined in the image field of the recording device 20. In each of these Ni positions, the container is rotated by the socket 3, which rotates around its axis L2, and Ri images are taken during a full rotation of the container 4 around its axis, one image every Aa=360°/R degrees.

Таким образом, распознаются NxR изображений.Thus, NxR images are recognized.

2. Проверка: разнообразные операции распознавания, осуществляемые на предшествующей стадии синхронизируются по фазе; таким образом, распознаются параметры геометрической формы и движения.2. Verification: the various recognition operations carried out in the previous stage are synchronized in phase; thus, geometric shape and motion parameters are recognized.

Контейнер 4 приводится в движение перед системой ориентации, когда карусель 2 находится в режиме эксплуатации: контейнер 4 вращается согласно точному закону движения в процессе своего прохождения через поле, ограниченное регистрирующим приспособлением 20, и N индивидуальных изображений снимаются в Ni предварительно заданных положениях.The container 4 is driven in front of the orientation system when the carousel 2 is in operation: the container 4 rotates according to a precise law of motion as it passes through the field defined by the recording device 20, and N individual images are taken at Ni predetermined positions.

Посредством определенного алгоритма управляющее приспособление 10 вычисляет N-1 сдвигов для пересинхронизации функций сходства.Through a certain algorithm, the control device 10 calculates N-1 shifts to resynchronize the similarity functions.

Данный способ является автоматическим, и для него не требуется привлечение квалифицированного персонала, а необходим только пуск карусели 2.This method is automatic, and it does not require the involvement of qualified personnel, but only the launch of carousel 2 is required.

Указанные две первые стадии, в том числе стадия распознавания и стадия проверки, осуществляются исключительно в целях создания эксплуатационной процедуры для типа контейнера 4, который был ранее неизвестным.These first two stages, including the recognition stage and the verification stage, are carried out solely for the purpose of creating an operational procedure for the type of container 4, which was previously unknown.

Допустим, что f является оператором, который возвращает значение сходства между двумя изображениями; затем допустим, что s=f(r) представляет собой функцию сходства с reN, где 1<r<R, и seR, где 1<s<1, причем эта дискретная функция представляет в графической форме сходство между изображением контейнера 4 в определенном положении Ni и множеством R изображений, распознанных в указанном определенном положении.Let's say f is an operator that returns a similarity value between two images; then assume that s=f(r) is a similarity function with reN where 1<r<R and seR where 1<s<1, this discrete function representing in graphical form the similarity between the image of container 4 at a certain position Ni and the set R of images recognized at the specified specific position.

Таким образом, функция сходства s=f(r) принимает значения между -1 и 1, причем два предельных значения представляют собой нулевое сходство и полное совпадение, соответственно.Thus, the similarity function s=f(r) takes on values between -1 and 1, with the two limit values representing zero similarity and perfect match, respectively.

Система вычисляет N функций сходства для каждого контейнера, по одной функции для каждого положения Ni.The system calculates N similarity functions for each container, one function for each Ni position.

Допустим, что указанные функции представляют собой Si=f(ri) с reN, где 1<i<N.Let us assume that these functions are Si=f(ri) with reN, where 1<i<N.

Допустим, что S(r)=Σi=₁ ^Nf(ri) представляет собой суммарную функцию N функций сходства. Поскольку каждая из функций сходства выражает сходство между тем, что видно в настоящее время, и тем, что было распознано предварительно, и в отношении углового сектора контейнера 4, суммарная функция выражает весь контейнер.Let us assume that S(r)=Σi= ₁ ^N f(ri) is the sum function of N similarity functions. Since each of the similarity functions expresses the similarity between what is currently seen and what was previously recognized, and in relation to the corner sector of the container 4, the sum function expresses the entire container.

Однако это может быть верным только при допущении того, что индивидуальные функции сходства являются синхронизированными по фазе т.е. допускающими наложение, т.е. при допущении того, что для каждого значения r функции сходства выражают все сходства контейнера, поворачивающегося на одинаковую величину, т.е. a=r-Aa.However, this can only be true under the assumption that the individual similarity functions are phase-locked i.e. allowing overlap, i.e. assuming that for each value of r, the similarity functions express all the similarities of the container rotated by the same amount, i.e. a=r-Aa.

Если это допущение является верным, допустим, что М=max(S(r)) представляет собой максимальное значение, которое принимает суммарная функция N функций сходства.If this assumption is correct, let's say that M=max(S(r)) is the maximum value that the sum function of the N similarity functions takes.

Это значение образуется при определенном значении rm.This value is formed at a certain value of rm.

Таким образом, М=S(r_m).Thus, M=S(r _m ).

Таким образом, a_m=r-Aa_m представляет собой угол, на который поворачивается контейнер 4, и он представляет собой угол, который сообщается системе для движения гнезд 3, которые, вызывая вращение контейнера на угол -am, располагают все контейнеры согласно указанному углу.Thus, a _m =r-Aa _m is the angle by which the container 4 is rotated, and it is the angle that is given to the system for the movement of the nests 3, which, by causing the container to rotate by an angle -am, position all the containers according to the specified angle .

Как можно видеть на основании ориентации контейнеров 4, существует допущение, что функции сходства являются синхронизированными по фазе таким образом, что имеет смысл вычисление соответствующей суммы, и что при максимальном значении этой суммы считывается получаемый в результате угол контейнера 4.As can be seen from the orientation of containers 4, there is an assumption that the similarity functions are phase-locked in such a way that it makes sense to calculate the corresponding sum, and that at the maximum value of this sum, the resulting angle of container 4 is read.

Способ фазовой синхронизации функций сходства называется термином проверка.The method of phase synchronization of similarity functions is called the term verification.

Проверка представляет собой автоматический способ, который приводит в действие систему 10 контроля и управления по окончании стадии распознавания, и который посредством наблюдения и регистрации прохождения ряда С случайным образом ориентированных контейнеров 4 осуществляет фазовую синхронизацию, которая необходима для последующей фазы эксплуатации.The check is an automatic method which activates the monitoring and control system 10 at the end of the recognition stage and which, by observing and recording the passage of a row C of randomly oriented containers 4, achieves the phase synchronization that is necessary for the subsequent operation phase.

При прохождении каждого из указанных С контейнеров 4, которые движутся по полю изображения регистрирующего приспособления 20 точно так же, как в режиме эксплуатации, принимают N индивидуальных изображений и вычисляют N функций сходства.As each of said C containers 4, which move across the image field of the recording device 20 in the same way as in operation, passes, N individual images are received and N similarity functions are calculated.

- 6 041545- 6 041545

Допустим, что указанные функции сходства представляют собой si=f(ri), причем ieN, и 1 <i<N, где N представляет собой число положений;Let us assume that these similarity functions are si=f(ri), with ieN, and 1 <i<N, where N is the number of positions;

reN, и 1<r<R, где R представляет собой число угловых выбранных изображений на протяжении оборота;reN, and 1<r<R, where R is the number of angular selected images during a revolution;

seR, и 1<s<R, где s представляет собой значение сходства.seR, and 1<s<R, where s is the similarity value.

Задача этого способа проверки заключается в том, чтобы вычислять N-1 угловых сдвигов, которые позволяют сделать N функций сходства суммируемыми и, следовательно, допускающими наложение.The goal of this test method is to calculate N-1 angular shifts that allow the N similarity functions to be summable and therefore overlayable.

Далее разъясняется значение термина сдвиг для функции сходства.The meaning of the term shift for the similarity function is explained next.

Допустим, что si=f(ri) представляет собой i функцию сходства по отношению к i положению.Let's say that si=f(ri) is the i similarity function with respect to the i position.

Указанный сдвиг функции ki представляет собой:The indicated function shift ki is:

s_i=f(ri-ki), причем ieN, и 1 <i<N, где N представляет собой число положений;s _i =f(ri-ki), with ieN, and 1 <i<N, where N is the number of positions;

seR, и 1<s<R, где s представляет собой значение сходства;seR, and 1<s<R, where s is the similarity value;

keN, и 1<k<R, где R представляет собой число угловых выбранных изображений на протяжении оборота;keN, and 1<k<R, where R is the number of corner images selected during a revolution;

что представляет собой эквивалент термина круговой сдвиг по домену.which is the equivalent of the term circular shift over the domain.

Допустим, что указанные сдвиги указаны с к: цель проверки заключается в том, чтобы вычислить вектор сдвига <ki, k₂, k₃, ... k_N-1>, что позволяет сделать функции сходства синхронизированными по фазе и, таким образом, придает значение их сумме.Assume that the indicated shifts are specified with k: the purpose of the test is to calculate the shift vector <ki, k ₂ , k ₃ , ... k _N-1 >, which makes the similarity functions phase-locked and thus gives meaning to their sum.

Если общая функция сходства означает угловую часть контейнера 4, в которой присутствует уникальная информация, эта функция, как правило, содержит пик.If the general similarity function means the corner part of the container 4 in which unique information is present, this function usually contains a peak.

Если в целях простоты допустить, что для контейнера 4 полностью присутствует уникальная информация, причем все функции сходства содержат пик, фаза синхронизация функций означает нахождение ряда сдвигов, которые делают все пики совпадающими в одном значении r для всех функций.Assuming for the sake of simplicity that all unique information is present for container 4, with all similarity functions containing a peak, phase synchronization of the functions means finding a series of shifts that make all the peaks match at the same r value for all functions.

По существу, проверка соответствует нахождению N-1 сдвигов, которые в случае применения к функциям сходства, получаемым для достаточно большой статистической выборки контейнеров 4, доводят до максимума сумму всех функций для всех положений и для всех контейнеров.Essentially, the test corresponds to finding N-1 shifts that, when applied to similarity functions obtained for a sufficiently large statistical sample of containers 4, maximize the sum of all functions for all positions and for all containers.

Формально для обычного контейнера Cj существуют N функций сходства.Formally, for an ordinary container Cj, there are N similarity functions.

sij=f(r-k_i), причем ieN, и 1 <i<N, где N представляет собой число положений;sij=f(rk _i ), where ieN, and 1 <i<N, where N is the number of positions;

jeN, и 1<j<С, где С представляет собой число используемых контейнеров.jeN, and 1<j<C, where C is the number of containers used.

Допустим, что S(r)<_ki, к, _k3, ... _kN_-1>=Σ_i=₁ ^Nf(r_i-k_i)) представляет собой пространство суммарных функций всех CxN функций сходства всех С контейнеров для всех N положений.Assume that S(r)< _ki , k, _k3 , ... _k N _-1 >=Σ _i = ₁ ^N f(r _i -k _i )) is the space of sum functions of all CxN similarity functions of all С containers for all N positions.

То есть, если для данного вектора сдвига <ki, k₂, k₃, ... k_N-1> получается функция S(r), которая представляет собой единственную функцию сходства, суммарную функцию всех CxN функций сходства всех С контейнеров для всех N положений.That is, if for a given shift vector <ki, k ₂ , k ₃ , ... k _N-1 > the function S(r) is obtained, which is the only similarity function, the total function of all CxN similarity functions of all C containers for all N positions.

Таким образом, эта функция будет принимать максимальное значение при данном r.Thus, this function will take the maximum value for a given r.

Допустим, что это максимальное значение представляет собойAssume that this maximum value is

M<ki, k2, k3, ... kN-1>=^max(r=^iR(S(r)<ki, k2, k3, ... kN-1>^)). M<ki, k2, k3, ... kN-1>= ^max(r = ^iR(S(r) <ki, k2, k3, ... kN-1> ^)).

Таким образом, для каждого вектора сдвига существует максимальное значение М: искомый вектор сдвига представляет собой вектор сдвига, который производит наиболее высокое значение М.Thus, for each shift vector, there is a maximum value of M: the desired shift vector is the shift vector that produces the highest value of M.

Однако исчерпывающее осуществление этого вычисления просто невыполнимым на практике. В наиболее общей практической реализации, когда число контейнеров С составляет 30, число положений N составляет 12, и число изображений R на оборот составляет 360 изображений на оборот, обычная сложность вычисления является следующей:However, an exhaustive implementation of this calculation is simply not feasible in practice. In the most general practical implementation, when the number of containers C is 30, the number of positions N is 12, and the number of images R per revolution is 360 images per revolution, the usual calculation complexity is as follows:

max(r=i^R(S(r)<_ki, _и, _η ... )) ma\(r iR( Σι l‘(r -k Ш.max(r=i ^R (S(r)< _k i, _u , _η ... )) ma\(r iR( Σι l'(r -k Sh.

Задача представляет собой осуществление 360¹¹ вычислений функции S(r), затем получение максимального значения для всех 360 значений r домена; таким образом, типичная сложность этого вычисления составляет порядка 360¹² итераций.The task is to perform 360 ¹¹ calculations of the function S(r), then obtain the maximum value for all 360 values of the r domain; thus, the typical complexity of this calculation is on the order of 360 ¹² iterations.

Таким образом, неотъемлемая часть настоящего изобретения представляет собой стратегию вычисления N-1 сдвигов, которая позволяет снизить сложность указанного вычисления.Thus, an integral part of the present invention is a strategy for computing N-1 shifts that can reduce the complexity of said calculation.

Эта стратегия основана на частичных суммах положений.This strategy is based on partial amounts of provisions.

Таким образом, выбрано первое сравнительное положение r1, для которого функции сходства не будут представлять собой сдвиг, в то время как второе сравнительное положение r2 представляет собойThus, the first comparative position r1 is chosen, for which the similarity functions will not represent a shift, while the second comparative position r2 is

- 7 041545 сдвиг по всем из возможных значений R.- 7 041545 shift over all possible values of R.

Допустим, что S(r)<_ki>=Σj=₁ ^C(f(r₂-k₁)+f(r₁)) представляет собой множество S(r), все для различных значений сдвига ki.Assume that S(r)< _ki >=Σj= ₁ ^C (f(r ₂ -k ₁ )+f(r ₁ )) is the set S(r), all for different shift values ki.

Для каждой из указанных функций находят максимальное значение М, и выбранное значение k1 соответствует максимальному значению М, допустим, что оно представляет собой k1 _ok.For each of these functions find the maximum value of M, and the selected value of k1 corresponds to the maximum value of M, let's say that it is k1 _ok .

Таким способом должен быть вычислен наилучший сдвиг k1, который максимально увеличивает максимальную сумму функций сходства первых двух положений r1 и r2.In this way, the best shift k1 should be calculated that maximizes the maximum sum of the similarity functions of the first two positions r1 and r2.

Постепенно и таким же образом, когда сдвиг между первыми двумя положениями r1 и r2 блокирован, осуществляется суммирование первых трех для всех возможных сдвигов k₂ третьего положения r3:Gradually and in the same way, when the shift between the first two positions r1 and r2 is blocked, the summation of the first three is carried out for all possible shifts k ₂ of the third position r3:

S(r)<_k2>=Σj=l(f(r₃-k₂)+f(r₂-k₁__ok)+f(r₁)), и таким же образом выбирают сдвиг k₂__ok, который приводит к тому, что максимальное значение М функции S(r) достигает наиболее высокого значения.S(r)< _k2 >=Σj=l(f(r ₃ -k ₂ )+f(r ₂ -k ₁ _ _ok )+f(r ₁ )), and shift k ₂ _ _ok is chosen in the same way, which leads to the fact that the maximum value M of the function S(r) reaches the highest value.

Аналогичным образом, способ повторяют для всех последовательных положений: S(r)<_k3>=^=1^C(f(r₄k₃)+f(r₃-k_{2 ok})+f(r₂-k_{1 ok})+f(r1)), ... до тех пор, пока не будет завершено вычисление вектора сдвига:Similarly, the method is repeated for all consecutive positions: S(r)< _k3 >=^=1 ^C (f(r ₄ k ₃ )+f(r ₃ -k _{2 ok} )+f(r ₂ -k _{1 ok} ) +f(r1)), ... until the shift vector calculation is complete:

<^k1_ok, ^k2_ok, ^k3_ok ... k(N-1)_ok>.< ^k 1_ok, ^k 2_ok, ^k 3_ok ... k(N-1)_ok>.

Вкратце, процесс проверки, т.е. вычисление N-1 угловых сдвигов (выраженных в статистических единицах r, которые совпадают с градусом в случае выборки из 360 изображений, с половиной градуса в случае 720 изображений и т.д.), предоставляет системе следующие данные:In short, the verification process, i.e. calculating N-1 angular shifts (expressed in statistical units r, which is equal to a degree in the case of a sample of 360 images, and a half degree in the case of 720 images, etc.) provides the system with the following data:

геометрическая форма контейнера;the geometric shape of the container;

относительная геометрическая форма системы, содержащей контейнер, регистрирующее приспособление и осветительное приспособление;the relative geometric shape of the system containing the container, recording fixture and lighting fixture;

положение различных точек регистрация изображения контейнера;position of various points registration of the image of the container;

начальный угол распознавания контейнера в каждой точке регистрации;initial container recognition angle at each registration point;

возвратно-вращательное движение, которое контейнер осуществляет в пределах поля, ограниченного регистрирующим приспособлением в течение фазы эксплуатации.the reciprocating movement that the container carries out within the field limited by the recording device during the operating phase.

По окончании этого процесса система готова к эксплуатации в целях ориентации контейнеров 4.At the end of this process, the system is ready for operation in order to orient containers 4.

3. Эксплуатация: когда карусель находится в режиме эксплуатации, каждый контейнер 4, который находится в движении и совершает возвратно-вращательное движение, и который оказывается под случайным углом в поле, ограниченном регистрирующим приспособлением 20, фотографируют N раз в Ni заданных известных положениях. Строят N графиков, представляющих сходство между текущими Ni фотографиями и Ni множествами, распознанным в течение распознавания в каждом положении. Суммируют функции и получают максимальный пик для заданного угла am.3. Operation: When the carousel is in operation, each container 4, which is in motion and rotates, and which is at a random angle in the field bounded by the recording device 20, is photographed N times at Ni predetermined known positions. Build N graphs representing the similarity between the current Ni photos and Ni sets recognized during recognition at each position. The functions are summed and the maximum peak for a given angle am is obtained.

Этот заданный угол am представляет собой угол, который система 10 управления и контроля сообщает моторизованной системе, которая управляет мотором гнезда 3 под контейнером 4, и результат заключается в том, что указанный контейнер 4 вращается и ориентируется желательным образом в целях осуществления с ним последующих операций, таких как нанесение этикеток, маркировка и другие.This predetermined angle am is the angle that the command and control system 10 gives to the motorized system that controls the motor of the socket 3 under the container 4, and the result is that said container 4 is rotated and oriented in the desired manner in order to carry out subsequent operations with it, such as labeling, marking and others.

Если конкретизировать, в фазе эксплуатации, при прохождении контейнера 4 в возвратновращательном движении в пределах поля, ограниченного регистрирующим приспособлением 20, указанный контейнер фотографируют в N положениях, которые представляют собой такие же положения, в которых был осуществлен процесс распознавания.More specifically, in the operation phase, when passing the container 4 in a reciprocating motion within the field defined by the recording device 20, said container is photographed in N positions, which are the same positions in which the recognition process was carried out.

Каждую из N зарегистрированных фотографий, полученных в Ni положениях, сравнивают с R изображениями, распознанными в соответствующих положениях из Ni положений на стадии распознавания, и строят функцию сходства.Each of the N registered photographs taken at the Ni positions is compared with the R images recognized at the respective positions from the Ni positions at the recognition stage, and a similarity function is built.

Эта функция, если изображение, с которым она связана содержит полезную информацию для ориентации контейнера, будет содержать пик.This function, if the image it is associated with contains useful information for container orientation, will contain a peak.

Все из функций сходства, которые связаны с изображениями, содержащими уникальную информацию для целей ориентации, содержат пик.All of the similarity functions that are associated with images containing unique information for orientation purposes contain a peak.

Такие пики были предварительно подвергнуты фазовой синхронизации друг с другом при осуществлении процесса проверки.Such peaks were previously subjected to phase lock with each other during the verification process.

Таким образом, происходит создание суммарной функции для всех функций сходства.Thus, a summary function is created for all similarity functions.

Эта функция, как и некоторые из суммируемых функций, содержит пик, и после фазовой синхронизации они будут сами содержать пик при конкретном значении r: допустим, что оно будет определено как rm.This function, like some of the summable functions, contains a peak, and after phase locking, they will themselves contain a peak at a particular value of r: let's say that it will be defined as rm.

После этого осуществляют ориентацию контейнера посредством определения угла вращения a_m, с которым связано значение rm, т.е. am=rm-Aa.After that, the orientation of the container is carried out by determining the angle of rotation a _m , with which the value rm is associated, i.e. am=rm-Aa.

В процессе эксплуатации электронная система 10 контроля и управления демонстрирует графическое изображение этой суммарной функции операторам машины на экране 100 для каждого контейнера 4.During operation, the electronic monitoring and control system 10 displays a graphical representation of this summary function to the machine operators on the screen 100 for each container 4.

Глаз человека способен воспринимать последовательность отмеченных резких форм, которые следуют друг за другом в последовательности на экране, значительно лучше, чем в случае их выражения числами.The human eye is able to perceive a sequence of marked sharp shapes that follow each other in a sequence on the screen, much better than if they are expressed in numbers.

Форма этой функции способна передавать огромный объем информации: например, если пик становится закругленным, или наклон становится менее крутым, происходит потеря точности системыThe form of this function is capable of conveying a huge amount of information: for example, if the peak becomes rounded, or the slope becomes less steep, there is a loss of system accuracy.

--

Claims

due to differences between containers or between the positions in which they are photographed, if the point is divided into two (or bifurcates), and this makes a difference in the reciprocating movement that occurs compared to the recognized one.

The application of the similarity peak concept is considered an integral part of the present invention; this allows:

through the process of checking or phase synchronization of the peak, autonomously reproduce the entire geometric shape of the system and the movement of the container 4 without introducing parameters;

by demonstrating the sum function for the similarity functions, it is effective to convey the performance of the system also to non-experts on a more emotional and analog level, rather than on a cognitive and digital level, taking into account the human visual ability to perceive forms rather than numbers at a high speed.

Of course, in addition to the above, modifications and variations are possible, such as, for example, lines for moving containers along linear or complex paths rather than on a circular carousel.

In a practical sense, it has been noted that the device 1 for orienting containers 4 according to the present invention has particular advantages due to its low cost, considering both manufacturing and operating costs, and also given its compact size and the presence of only a single point of observation, and also due to its ease of operation and the possibility of attracting unskilled personnel, due to the emotional sign of the proper functioning of the orientation system and work in real time, as well as taking into account the high speed of processing and the frequency of containers to be oriented.

Thus, the proposed device for orienting containers can be made in numerous modifications and variations, all of which are within the idea of the present invention; in addition, all parts can be replaced by technically equivalent elements. In practice, all materials used, as well as dimensions, may be of any type according to need and the state of the art.

CLAIM

1. A device for orienting containers (1) containing a rotating carousel (2) that rotates around its vertical axis (L1) and contains an annular set of sockets (3), each of which rotates around its own axis (L3) and drives each container (4) contained therein, into rotation around its own vertical axis (L2) and together with said rotary carousel (2) into a reciprocating rotational movement, the fixed lighting fixture (6) of said container (4) and the single fixed recording fixture ( 20) to register a plurality of consecutive images of the specified container (4) during the specified reciprocating rotational movement, and the specified recording device (20) is in such a position to receive light reflected from the specified container (4) illuminated by the specified lighting device (6) , wherein the device is characterized in that it contains an electronic control device (10) comprising a recognizing device, a checking device and an actuating device that work together in a time sequence, and the specified recognizing device is configured to perform the stage of recognizing the entire side surface of one specified container (4) in a series of N positions within a field limited by said recording device (20), wherein, when said carousel (2) is stationary, for each recognition in each of the N positions, said container (4) is located with a random initial orientation, and during a 360° rotation about its own axis (L2 ) a series R of images of said container (4) is received, wherein said checking device is configured to carry out a verification stage, during which said electronic control device (10) receives from said recording device (20) only one current image said container (4) at each N position, wherein said electronic control device (10) processes a similarity function representing the similarity between each current image Ni and R images registered at the same N position at said recognition stage, performs phase synchronization and summation of said similarity functions; wherein the actuating device is active during the rotation of said rotating carousel (2), and for each of said containers (4) said electronic control device (10) receives from said recording device (20) only one current image in each position N, processes a similarity function representing the similarity between each current image Ni and R images registered at the same position N at the specified recognition stage calculates and sums the similarity functions, and the angle am corresponding to the maximum value of this sum finds application for the orientation of the specified container (4) .

- 9 041545

2. Device for orienting containers (1) according to claim 1, characterized in that said electronic control device (10) communicates said angle am to the system for moving nests (3) of said rotary carousel (2), which drives said container (4) rotate by angle -am arranges all of the specified containers (4) according to the specified angle.

3. A device for orienting containers (1) according to any of the preceding claims, characterized in that said recording device (20) uses cameras containing image sensors on a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) structure, configured to implement a recording mechanism sequential images containing serial sensor data, the sensor being positioned to collect only a portion of the pixels at the position that said container (4) occupies at any time during its movement.

4. Container orientation device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said verification step is an automatic procedure, wherein said electronic control device (10) outputs all information automatically based on a statistical observation of a statistically required number of said containers (4 ) when driving in a field limited by the specified recording device (20).

5. Device for orienting containers (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said verification step is the resolution of algorithms that allow obtaining a measure of image similarity between an image registered by said recording device (20) at a given position N during the passage said container (4), and all R images that form part of the set recognized during said recognition stage at said given position N.

6. Device for orienting containers (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said verification algorithms are based on partial sums of similarity functions of successive positions N.

7. Device for orienting containers (1) according to any of the preceding claims, characterized in that said verification procedure produces, by means of said electronic control device (10), a graphical representation containing a similarity measure of the image registered by said recording device (20) in this position N during the passage of said container (4) during the operating phase, with all R images registered by said recording device (20) and stored by said electronic control device (10) at said recognition stage, when said carousel (2) is stationary in the same position N, and said container (4) rotates around its own axis (L2).

8. Device for orienting containers (1) according to any of the preceding claims, characterized in that said graph contains a sign of a peak, wherein said peak is a visual expression that allows you to understand which image from the recognized set is the most similar with respect to the current image if there are other similar images in the specified set, and what is the degree of similarity with respect to the most similar image, with the sharpness of the peak determining the accuracy of the system, i.e. difference in similarity between the most similar images among the recognized images and images in adjacent rotation positions.

9. Device for orienting containers (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said graph shows the electronic monitoring and control system (10) to machine operators on a screen (100) for each container (4).

10. Method for orienting containers (4) in reciprocating rotation on a rotating carousel (2), which ensures the passage of these containers (4) in motion in front of the lighting fixture (6), registration for each of these containers (4) from one observation point and with one recording device (20) of a given row R of images from N given positions within the field limited by the specified recording device (20), and the method is characterized in that the electronic control system (10) processes a similarity function representing the similarity between each current image and R images registered at the same position N at the initial stage of recognition, when the carousel (2) is stationary, and then verification and phase synchronization take place, these similarity functions are summed with each other and the angle am corresponding to the maximum value of this sum is used to container orientation identification.

11. Method for orienting containers according to the preceding claim, characterized in that said angle am is communicated by said electronic control device (10) to a system for moving said sockets (3) of said rotary carousel (2), which causes said container (4) to rotate by an angle -am and positions all of the specified containers (4) according to the specified angle.

-