EP1777163B1

EP1777163B1 - Vorrichtung zum Ausrichten von Behältern

Info

Publication number: EP1777163B1
Application number: EP06022035A
Authority: EP
Inventors: Herbert Menke
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2009-12-30
Anticipated expiration: 2026-10-20
Also published as: EP1777163A1; CN101049865A; CN101049865B; US7331152B2; DE102005050902A1; ATE453574T1; DE502006005771D1; PL1777163T3; US20070095017A1; UA94895C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum lage- bzw. positionsgenauen Ausrichten von Behältern gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 und wie aus DE 202 03 529 U bekannt, sowie auf eine Etikettiermaschine mit einer solchen Vorrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 22.
Bei Behältern und insbesondere bei Flaschen, die an ihrer Außenfläche typische geometrische Behältermerkmale, wie z. B. Siegelfläche, Ornament, Prägung, erhabene Schriftzüge usw. aufweisen, ist es erforderlich, die Etiketten mit hoher Applikationsgenauigkeit im Bezug zu diesen Behältermerkmalen aufzubringen. Dies bedeutet, dass bei einer Etikettiermaschine, der die Behälter zwar aufrechtstehend, aber in einer rein zufälligen Ausrichtung oder Orientierung zugeführt werden, diese Behälter zunächst so ausgerichtet werden müssen, dass sie im Bezug auf ihre Behätermerkmale jeweils möglichst exakt eine vorgegebene Orientierung aufweisen. Erst dann kann das wenigstens eine Etikett auf den jeweiligen Behälter aufgebracht und anschließend an diesen angedrückt und/oder angebürstet werden.
Bekannt ist es, für dieses Ausrichten an einem Rotor einer Etikettiermaschine Behälteraufnahmen, beispielsweise in Form von Drehtellern vorzusehen, die mit jeweils eigenen Stellantrieben um eine vertikale Achse und damit auch um die Achse des jeweiligen, auf der Behälteraufnahme angeordneten Behälters gesteuert drehbar sind. Bekannt ist speziell auch, die Steuerung der Behälteraufnahmen für das Ausrichten in Abhängigkeit von einem Bilderkennungs- oder Kamerasystem vorzunehmen, mit welchem die jeweilige Position oder Orientierung wenigstens eines für das Ausrichten verwendeten typischen geometrischen Behältermerkmales als Istwert erfasst und dieser dann in einer Elektronik mit dort abgelegten, den Sollwert repräsentierenden Bilddaten oder Kennwerten verglichen und hieraus die für die notwendige Positionskorrektur erforderliche Ansteuerung des Stellantriebes der Behälteraufnahme veranlasst wird ( EP 1 205 388 ). Bei einer Ausführung dieser bekannten Vorrichtung weist das Kamerasystem vier Kameras auf, die entlang der Bewegungsbahn der Behälteraufnahmen in Drehrichtung des Rotors aufeinander folgend vorgesehen sind. Jede Kamera erfasst dabei jeweils einen Teil des Umfangs des Behälters, und zwar überlappend jeweils 100° dieses Umfangs bei um ihre Behälterachse drehenden Behältern. Aufgrund der von den Kameras gelieferten Ist-Bilddaten erfolgt dann eine Drehlagenkorrektur der Behälteraufnahmen und die Ausrichtung der Behälter im Bezug auf ihr typisches geometrisches Behältermerkmal.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit der ein Ausrichten von Behältern im Bezug auf wenigstens ein typisches, geometrisches Behältermerkmal mit einer wesentlich verbesserten Genauigkeit möglich ist, und zwar insbesondere auch bei einer hohen Leistung, d.h. bei einer Vielzahl von je Zeiteinheit verarbeiteter Behälter. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Etikettiermaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 22.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt mit den Bilddaten eines ersten Kamerasystems ein Vorausrichten der Behälter in der Form, dass diese nach dem Vorausrichten zumindest einigermaßen genau die geforderte Orientierung aufweisen, insbesondere auch in Bezug auf ihre für das Ausrichten verwendeten geometrischen Behältermerkmale, und zwar wenigstens mit einer Genauigkeit, wie sie mit bekannten Vorrichtungen erreichbar ist. Mit diesem ersten Kamerasystem wird der Prüfbereich, d. h. der Umfangsbereichs des jeweiligen Behälters, an dem sich das wenigstens eine geometrische Behältermerkmal befindet, großflächig erfasst.
Mit den Bilddaten des wenigstens einen weiteren Kamerasystems erfolgt dann eine genauere, eventuell auch die endgültige Ausrichtung jedes Behälters. Da der von der wenigstens einen Kamera des wenigstens einen weiteren Kamerasystems erfasste Behälterbereich sehr viel kleiner ist als der von der wenigstens einen Kamera des ersten Kamerasystems zu erfassende Bereich, d. h. die wenigstens eine Kamera des weiteren Kamerasystems z.B. einen sehr viel kleineren Öffnungswinkel als die wenigstens eine Kamera des ersten Kamerasystems aufweist, kann die Ausrichtung unter Verwendung der von dem wenigstens einen weiteren Kamerasystem gelieferten Bilddaten in extrem kurzer Zeit sehr präzise erfolgen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: in schematischer Darstellung eine Etikettiermaschine umlaufender Bauart;
Fig. 2 - 7: verschiedene Darstellungen zur Erläuterung des Algorithmus bei der Ermittlung des für die Korrektur der Orientierung notwendigen Drehwinkels ber Behälteraufnahmen.

Die in der Figur 1 dargestellte und dort allgemein mit 1 bezeichnete Etikettiermaschine dient zum Etikettieren von Behältern 2, beispielsweise Flaschen, die der Etikettiermaschine 1 an einem Behältereinlauf 3 zugeführt und die Etikettiermaschine 1 im etikettierten Zustand an einem Behälterauslauf 4 verlassen. Die Behälter 2 sind beispielsweise Flaschen aus einem transluzenten Material, z.B. aus Glas, und sind an ihrer Behälteraußenseite jeweils mit wenigstens einem typischen geometrischen Behältermerkmal, wie z. B. Siegelfläche, Ornament, Prägung, erhabene Schriftzüge usw. versehen. Die Behälter 2 sollen mit hoher Applikationsgenauigkeit im Bezug zu diesen geometrischen Merkmalen mit den Etiketten versehen werden.
Die Etikettiermaschine 1 umfasst u. a. den um eine vertikale Maschinenachse in Richtung des Pfeiles A umlaufend angetriebenen Drehtisch oder Rotor 5, der an seinem Umfang eine Vielzahl von Behälterträgern oder -aufnahmen 6 aufweist, die jeweils in gleichmäßigen Winkelabständen um die vertikale Maschinenachse verteilt vorgesehen sind und an denen für das Aufbringen der Etiketten jeweils ein Behälter 3 mit seiner Behälterachse parallel zu der vertikalen Maschinenachse vorgesehen ist.
Die Behälter 2 werden der Etikettiermaschine 1 am Behältereinlauf 3 über einen nicht dargestellten Transporteur zwar aufrechtstehend, d. h. mit ihrer Behälterachse in vertikaler Richtung orientiert, aber ansonsten in einer beliebigen, rein zufälligen Orientierung auch hinsichtlich ihrer typischen geometrischen Behältermerkmale zugeführt, in dieser rein zufälligen Orientierung an jeweils eine Behälteraufnahme 6 übergeben und anschließend in einem Winkelbereich W1 der Drehbewegung A des Rotors 5 ausgerichtet, so dass jeder Behälter 3 am Ende dieses Winkelbereichs im Bezug auf seine typischen geometrischen Behältermerkmale exakt ausgerichtet ist, d. h. eine vorgegebene Orientierung aufweist. In diesem Zustand wird jeder Behälter 2 an einer sich mit dem Rotor 5 nicht mitbewegenden Etikettierstation 7 zum Aufbringen wenigstens eines Etiketts vorbeibewegt, sodass dieses dann mit der angestrebten hohen Applikationsgenauigkeit im Bezug auf die geometrischen Behältermerkmale auf den jeweiligen Behälter 2 aufgebracht ist. In dem auf die Etikettierstation 7 bis zum Behälterauslauf 3 folgenden Winkelbereich W2 der Drehbewegung A des Rotors 5 erfolgt dann das übliche Andrücken und/oder anbürsten der Etiketten.
Für das Ausrichten der Behälter 2 sind die Behälteraufnahmen 6 jeweils über eigene Stellantriebe um eine Achse parallel zur vertikalen Maschinenachse drehbar, und zwar gesteuert durch ein nachstehend noch näher erläutertes mehrstufiges Bilderkennungssystem mit mehreren elektronischen Kameras 9-11 und einer zugehörigen, vorzugsweise von einem Rechner gebildeten Auswert- und Steuerelektronik 12.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die mit dem Rotor 5 nicht mitbewegten Kameras 8 - 11 jeweils radial außerhalb der Bewegungsbahn der Behälteraufnahme 6 derart angeordnet, dass mit jeder Kamera die vorbeibewegten Behälter 2 zumindest an dem Prüfbereich bzw. an dem die typischen geometrischen Behältermerkmale aufweisenden Bereich ihrer Behälteraußenfläche erfasst werden. Weiterhin befinden sich sämtliche Kameras 8-11 innerhalb des Winkelbereichs W1 und damit in Drehrichtung A vor der Etikettierstation 7.
Im Detail bilden die beiden Kameras 8 und 9, die in einem auf den Behältereinlauf 3 folgenden Teilbereich des Winkelbereichs W1 angeordnet sind, ein erstes Kammerasystem bzw. eine erste Stufe des Bilderkennungssystems, und zwar zusammen mit einem mit dem Rotor 5 nicht mitbewegten, einen weißen Hintergrund bzw. einen weißen Hintergrundspiegel bildenden Hintergrundelement 13, welches bei der dargestellten Ausführungsform bezogen auf die kreisförmige Bewegungsbahn der Behälteraufnahmen 6 radial innen und den beiden Kameras 8 und 9 gegenüberliegend angeordnet ist, sowie zusammen mit einer mit dem Pfeil B1 angedeuteten Vordergrundbeleuchtung. Die beiden Kameras 8 und 9 sind mit ihren optischen Achsen unter einem Winkel zueinander derart angeordnet, dass mit ihnen ein Umfangsbereich bzw. eine Abwicklung größer als 180° des jeweils vorbeibewegten Behälters 2 erfasst wird. Die von den beiden Kameras 8 und 9 gelieferten Bilder oder Bilddaten werden hierfür beispielsweise zu einem Gesamtbild oder einem Gesamt-Datensatz zusammengesetzt, welches bzw. welcher eine Abbildung der Abwicklung bzw. des Behälterumfangsbereichs von größer 180° entspricht.
Auf die erste Stufe des Bilderkennungssystems folgt die von der einzigen Kamera 10 gebildete zweite Stufe dieses Systems. Der Kamera 10 ist wiederum ein dem Element 13 entsprechendes, einen weißen Hintergrund oder einen weißen Hintergrundspiegel bildendes Hintergrundelement 14 zugeordnet, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform bezogen auf die Bewegungsbahn der Behälteraufnahme 6 radial innenliegend. Weiterhin weist auch diese zweite Stufe eine Vordergrundbeleuchtung auf, wie dies mit dem Pfeil B2 angedeutet ist. Selbstverständlich können die Elemente 13 und 14 der ersten und zweiten Stufe auch von einem einzigen, durchgehenden Element gebildet sein. Weiterhin kann auch die Vordergrundbeleuchtung für beide Stufen von einer oder von mehreren gemeinsamen Lichtquellen, beispielsweise Leuchtschirmen gebildet sein. Grundsätzlich gilt weiterhin, dass in Abhängigkeit von den optischen Eigenschaften der Behälter für die Vordergrundbeleuchtung jeweils eine Beleuchtungstechnik gewählt ist, die eine optimale Erfassung der zum Ausrichten der Behälter verwendeten Behältermerkmale ermöglicht. Weiterhin kann durch eine spezielle Gestaltung des Hintergrundelementes 13 und/oder 14, beispielsweise durch eine teilweise Schwärzung des weißen Hintergrundelementes 13 und/oder 14 eine verstärkte optische Erfassung von Kantenprofilen der für die Ausrichtung verwendeten Behältermerkmale erreicht werden.
In Drehrichtung A auf die zweite Stufe (Kamera 10) folgend ist die von der einzigen Kamera 11 gebildete dritte Stufe des Bilderfassungssystems vorgesehen, und zwar mit einer Hintergrundbeleuchtung B3, die beispielsweise von einem mit dem Rotor 5 nicht mitbewegten Leuchtschirm 15 an der der Kamera 11 gegenüberliegenden Seite der Bewegungsbahn der Behälteraufnahme 6. Die Hintergrundbeleuchtung B3 ist hinsichtlich Farbe und/oder Intensität in Abhängigkeit von den optischen Eigenschaften der Behälter 2 bzw. des Behältermaterials und/oder in Abhängigkeit von den optischen Eigenschaften des Füllgutes für eine möglichst optimale optische Erfassung gewählt bzw. einstellbar.
Im Detail erfolgt die Ausrichtung der Behälter 2 mit dem Bilderkennungssystem in der Weise, dass mit der ersten Stufe bzw. mit den beiden dortigen Kameras 8 und 9 die jeweilige zufällige Orientierung des vorbeibewegten Behälters 2 mit jeweils einer Aufnahme pro Behälter und Kamera 8 bzw. 9 erfasst wird. Durch anschließenden Vergleich der von den beiden Kamerasystemen 8 und 9 gelieferten Bilder bzw. Bilddaten in der Elektronik 12 mit dort in einem Datenspeicher für den entsprechenden Behältertyp abgelegten Bildern bzw. Bilddaten oder typischen Kennwerten wird in der Elektronik 12 die aktuelle Orientierung des jeweiligen Behälters 2 ermittelt, hieraus die nötige Korrektur zur Erreichung der geforderten Vorausrichtung ermittelt und durch entsprechende Ansteuerung des Stellantriebes der jeweiligen Behälteraufnahme 6 die Korrektur durchführt.
Für jeden einzelnen Behälter 2 wird in der beschriebenen Weise durch Ansteuerung der Behälteraufnahme 6 in dieser Weise die Positionskorrektur ausgeführt, sodass jeder Behälter 2 zumindest mit einer Positionsgenauigkeit ausgerichtet ist, die die anschließende exakte Erfassung der Position des wenigstens einen für die endgültige Ausrichtung verwendeten typischen Behältermerkmals ermöglicht.
In der von der Kamera 10 gebildeten zweiten Stufe des Bilderkennungssystems wird jeder vorbeibewegte Behälter 2 in einem engeren Bereich seines typischen geometrischen Behältermerkmals erfasst. Die Optik der Kamera 10 ist hierfür beispielsweise so ausgeführt, dass der optische Öffnungswinkel der Kamera 10 kleiner ist als der entsprechende Öffnungswinkel der Kameras 8 und 9 und der das typische geometrische Behältermerkmal aufweisende Bereich des jeweiligen Behälters möglichst formatfüllend abgebildet wird. Das von jedem Behälter 2 so erzeugte Bild wird wiederum in der Elektronik 12 mit einem dort für den betreffenden Behältertyp abgelegten Bild oder mit für den betreffenden Behältertyp abgelegten Kenndaten verglichen, hieraus die notwendige Positionskorrektur ermittelt und diese dann durch entsprechende Ansteuerung des Stellantriebes der jeweiligen Behälteraufnahme 6 veranlasst. Durch den auf das typische Behätermerkmal reduzierten Bildbereich wird mit der zweiten Stufe des Bilderkennungssystems bereits eine sehr genaue, insbesondere auch gegenüber der Vorausrichtung (mit der erste Stufe) stark verbesserte Ausrichtung jedes Behälters 2 erreicht.
Mit der von der Kamera 11 gebildeten dritten Stufe erfolgt dann eine Feinjustierung bzw. Feinausrichtung jedes Behälters 2, bevor dieser die Etikettierstation 7 erreicht. Als Kriterium bei dieser Feinausrichtung wird beispielsweise wenigstens ein Kantenprofil oder wenigstens ein typischen Kantenpunkt verwendet, und zwar an dem wenigstens einen zum Ausrichten verwendeten typischen Behältermerkmal und/oder im Bereich dieses Behältermerkmals. Die von der Kamera 11 gelieferten Bilddaten werden wiederum in der Elektronik 12 mit dort für den jeweiligen Behältertyp abgelegten Bilddaten bzw. mit dort für den jeweiligen Behältertyp abgelegten Kennwerten verglichen, sodass dann aus diesem Vergleich die noch notwendige Positionskorrektur errechnet und durch entsprechende Ansteuerung des Stellantriebes der betreffenden Behälteraufnahme vorgenommen werden kann.
Durch die vorstehend beschriebene dreistufige optische Erfassung der Behälter 2 bzw. der typischen Behältermerkmale wird eine sehr exakte Ausrichtung der der Etikettiermaschine 1 in willkürlicher Orientierung bzw. Positionierung zugeführten Behälter mit nur vier Kameras erreicht, bevor diese an die Etikettierstation 7 gelangen, sodass die angestrebte Applikationsgenauigkeit beim Aufbringen der Etiketten im Bezug auf die typischen geometrischen Behältermerkmale mit hoher Zuverlässigkeit auch bei einer sehr hohen Leistung für die Etikettiermaschine, beispielsweise bei einer Etikettierleistung von mehreren 10 000 Behältern pro Stunde gewährleistet ist.
Die Details eines Algorithmus, wie er in wenigstens einer der Stufen des Bilderkennungssystems zur Bestimmung der notwendigen Korrektur verwendet wird, werden nachfolgend erläutert.
Um eine präzise Erkennung des Drehwinkel mit einer Genauigkeit von mindestens einem Grad durchführen zu können, muss die zylindrische Geometrie der Flaschenoberfläche berücksichtigt werden. Bei bekannter Aufnahme-Geometrie (Abstand der Kamera zur Flasche, Durchmesser der Flasche) und bekannter Geometrie des Prägungsmusters lässt sich über die im Anhang dargestellte Rechnung für jeden Drehwinkel der Flasche (z.B. in 0.5 Grad-Schritten) berechnen, wie das Prägungsmuster für einen Beobachter (=Kamera) auf der Flaschenoberfläche verzerrt wird. Diese berechneten verzerrten Prägungsmuster müssen nun mit dem beobachteten Prägungsmuster auf einer aufgenommen Flasche verglichen werden. Dasjenige berechnete Prägungsmuster, das am besten mit dem beobachteten Muster übereinstimmt, legt den Drehwinkel der Flasche fest.
Fig. 2 zeigt als Beispiel eine typischen Behältermerkmals ein Prägungsmuster 16 auf einer Flasche in nahezu frontaler Ansicht. Der Flaschenrand sowie die Falschenmitte ist mit jeweils einer dünnen senkrechten roten Linie gekennzeichnet. Dieser frontalen Ansicht sei der Drehwinkel Null Grad zu geordnet. Natürlicher Weise definiert man den Nullpunkt des Drehwinkels auf Basis der Symmetrie des Prägungsmusters (also "in der Mitte des Prägungsmusters"). Entlang der horizontalen Testlinie 17 sind diejenigen Punkte mit 17.1 - 17.7 angegeben, an denen die Prägung die Testlinie 17 schneidet. Diese Punkte werden im folgenden als Prägungspunkte bezeichnet.
Mit der Variable x_i ist die gesehene Position eines Prägungspunkt in einem aufgenommen Bild bezeichet und mit z_i die Weltkoordinaten auf der Flaschenoberfläche. Der Laufindex i nummeriert die einzelnen Prägungspunkte.
Fig. 3 zeigt das selbe Prägungsmuster, wobei die Flasche um 24 Grad nach links verdreht worden ist. Auch in diesem Bild sind die Prägungspunkte markiert. Aufgrund der Verdrehung der Flasche haben sich die Lage und die Abstände der Prägungspunkte 17.1 - 17.7 auf charakteristische Weise verändert. Zum Beispiel hat sich aufgrund der perspektivischen Verzerrung am zylindrischen Flaschenkörper der sichtbare Abstand von zwei benachbarten Prägungspunkten, die sich dem linken Flaschenrand genährt haben, gegenüber dem unverdrehten Zustand verkürzt. Bei einer noch stärkeren Verdrehung würden Teile des Prägungsmuster hinter dem Flaschenhorizont verschwinden.
Eine geometrische Berechnung entsprechend der Fig. 5 führt zu den Formeln (1) und (2). $Formel (1) : x_{i} = \frac{d \begin{matrix} \end{matrix} R \begin{matrix} \end{matrix} \sin (z_{i} / R)}{d - R \begin{matrix} \end{matrix} \cos (z_{i} / R)}$
$Formel (2) : z_{i} = 2 R \begin{matrix} \end{matrix} \arctan (\frac{d \begin{matrix} \end{matrix} R - \sqrt{d^{2} R^{2} + x_{i}^{2} (R^{2} - d^{2})}}{x (d + R)})$

Dabei gibt R den Flaschenradius an und d den Abstand der Kamera zur Flaschenmitte.
Mit diesen Formeln ist es möglich die gesehene Position x_i von Prägungspunkten 17.1 - 17.7 in Weltkoordinaten z_i auf der Flaschenoberfläche umzurechnen und umgekehrt. Um die genaue Verteilung der Prägungspunkte 17.1 - 17.7 entlang einer horizontalen Testlinie 17 zu einem beliebigen Drehwinkel der Flasche berechnen zu können, muss dabei die Position z_i aller Prägungspunkte 17.1 - 17.7 auf der Flaschenoberfläche bei bekanntem Drehwinkel (z.B. bei Null Grad) bezüglich der Symmetrieachse (=Nullpunkt) des Prägungsmusters bekannt sein. Die Position z_i eines Prägungspunkte ist dabei durch den Abstand von der gesehen Flaschenmitte gemessen entlang der Flaschenoberfläche definiert.
Im Prinzip kann nun die Lage z_i der einzelnen Prägungspunkte bezüglich der Mittellinie durch Anlegen eines Messbandes an den Flaschenkörper ausgemessen und in einer Liste dem Erkennungs-Algorithmus zur Verfügung gestellt werden. Die Formel (2) erlaubt jedoch, diese Information direkt aus einem aufgenommen Bild zu gewinnen. Hierzu ermittelt man im Bild mit bekanntem Drehwinkel die gesehene Position x_i. Bei bekanntem Flaschenradius R und bekanntem Abstand d zur jeweiligen Kamera (8, 9, 10, 11) können mit Hilfe von Formel (2) daraus die Weltkoordinaten z_i auf der Flaschenoberfläche ermittelt werden.
Das Einlernen eines Prägungsmusters für den Erkennungs-Algorithmus wird dadurch stark vereinfacht. Wie in den Fig. 2 und 3 durch die Prägepunkte 17.1 - 17.7 verdeutlicht ist, lässt sich in einem Computerprogramm eine Benutzerführung ausführen, bei der ein Benutzer die Kreuzungspunkte des Prägungsmusters mit einer Testlinie 17 markieren kann. Mit Hilfe der Formel (2) lässt sich dann sofort der angeklickte Bildschirmfunktionen x_i in Weltkoordinaten z_i auf der Flaschenoberfläche umrechnen. So kann der Benutzer dem Algorithmus das Prägungsmuster in Form einer Liste von Prägungspunkten 17.1-17.2 zur Verfügung stellen.
Sind einmal die Prägungspunkte z_i in Weltkoordinaten für ein Prägungsmuster bestimmt, können diese für beliebige Drehwinkel der Flasche über die Formel (1) in umgekehrter Richtung in gesehene Positionen x_i umgerechnet werden. Der Erkennungs-Algorithmus kann also für alle möglichen Drehwinkel φ der Flasche die gesehenen Positionen x_i(φ) für das gegebene Prägungsmuster berechnen. In der Praxis hat es sich bewährt, dass der Erkennungsalgorithmus diese Berechnung für alle Drehwinkel φ_k mit einem Winkelabstand von 0.25 Grad durchführt, also
φ _k = 0.25 Grad * k mit k = 0,±1,±2,±3,.... Der Algorithmus kann für jeden Winkel φ_k die dazugehörige Verteilung der gesehenen Positionen x_i(φ_k) im Speicher halten und muss sie damit für die Mustersuche bei der nächsten Flasche mit gleichem Prägungsmuster nicht neu berechnen. Dadurch kann viel an Rechenzeit eingespart werden.
Als nächstes muss der Algorithmus nun entscheiden, welche Verteilung x_i(φ_k) am besten zu der im Bild beobachteten Situation passt. Hierzu wird ein Verfahren verwendet, dass jeder Verteilung x_i(φ_k) eine Bewertungszahl (Score) S_k zuordnet. Diese Bewertungszahl ist so konstruiert, dass sie um so größer ist, je besser die beobachtete Situation zu einer Verteilung passt. Die größte Bewertungszahl S_kMax, die für eine gegebene Bildsituation erreicht wird, legt damit den Drehwinkel φ_kMax der Flasche fest.
Für die Berechnung einer Bewertungszahlen S_k wird als erstes der Helligkeitsverlauf H(x) entlang der Testlinie 17 ermittelt (Fig. 6). x bezeichnet dabei die Pixelposition entlang des horizontalen Testprofils.
In einem solchen Helligkeitsprofil fallen Prägungspunkte durch deutliche Helligkeitsschwankungen auf einer Längenskala auf, die der ungefähren Breite einer Prägungspunktes entspricht. Diesen Helligkeitsschwankungen sind aber noch anderen Helligkeitsschwankungen überlagert, die aber alle auf einer deutlich größeren Längenskala stattfinden und sich damit auf folgende Weise von den von Prägungspunkten verursachten Helligkeitsschwankungen trennen lassen: Man berechnet aus dem Helligkeitsprofil H(x) ein Helligkeitsprofil H_Ave(x) das auf einer Längenskala geglättet wird, die deutlich über der Breite einer Prägungspunktes liegt. Dieses geglättete Helligkeitsprofil H_Ave(x) subtrahiert man von dem ursprünglichen Helligkeitsprofil H(x) und betrachtet nur die Beträge der Differenzen, also $H_{Sub} (x) = |H (x) - H_{Ave} (x)|$

Bereiche, in denen sich keine Prägungspunkte befinden, weisen dann sehr kleine Werte H_Sub(x) auf, wohingegen an einem Prägungspunkt hohe Werte zu finden sind. Durch Wahl eines geeigneten Schwellwertes können auf diese Weise die Orte b_i der Prägungspunkte in dem gegeben Bild identifiziert werden.
Die Bewertungszahl S_k für eine Verteilung der gesehenen Positionen x_i(φ_k) wird dann auf folgende Weise berechnet:
Es wird das Punktepaar b_i und x_j mit dem kleinsten Abstand gesucht. Wenn dieser Abstand kleiner als eine vorgegebene maximale Distanz d ist, dann wird das gefundene Punktepaar als passend gewertet, d.h. es wird angenommen, dass die im Bild gefundene Position des Prägungspunktes b_i mit einer Position des Prägungsmusters zu der Flaschenverdrehung φ_k passt. In diesem Fall wird zur Bewertungszahl S_k ein Bonusbeitrag addiert. Da die Prägungsmuster verschiedener Flaschen nie alle ganz exakt gleich sind, die Flaschengeometrie sowie die Flaschenposition zur Kamera bei der Bildaufnahme Schwankungen unterworfen ist, kann man nie von einer exakten Übereinstimmung eines Punktespaars b_i und x_j ausgehen. Deshalb wird über die maximale Distanz d verlangt, dass die Punkte hinreichend nahe beisammen liegen müssen. Wurde ein Punktepaar auf diese Weise gefunden, dann werden diese als bereits zugeordnet in einer internen Liste des Algorithmus markiert. Für den verbleibenden Rest der Punkte wird dann der Vorgang solange wiederholt, bis alle möglichen Punkte entweder zugeordnet worden sind oder bis alle Punkte als nicht zuordenbar erkannt wurden (d.h. es wurde für einen Punkt bi kein Modelpunkt x_j gefunden, der hinreichend nahe liegt).
Wenn für Modellpunkte x_j keine entsprechenden Punkte bi gefunden wurden, dann werden hierfür Malusbeiträge von der Bewertungszahl S_k abgezogen.
Die Figur 7 zeigt für das in der Figur 3 gezeigte Beispiel die Abhängigkeit der Bewertungszahl S_k in Abhängigkeit vom Winkel. Man erkennt, dass es ein scharfes Maximum bei ca. -24 Grad gibt, d.h. das gesehene Punktemuster b_j am besten dem Punktemuster x_j bei einem Flaschendrehwinkel von -24 Grad entspricht.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne das dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So wurde vorstehend davon ausgegangen, dass die erste Stufe des Bilderkennungssystems zwei Kameras 8 und 9 und die zweite oder dritte Stufe jeweils nur eine Kamera 10 bzw. 11 aufweisen. Selbstverständlich kann die Anzahl der Kameras in diesen Stufen auch anders gewählt sein, wobei es aber notwendig, zumindest aber zweckmäßig ist, dass das Kamerasystem der ersten Stufe einen möglichst großen Umfangsbereich des jeweils vorbeigeführten Behälters 2 erfasst.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Kameras 8, 9, 10 und 11 jeweils so ausgebildet bzw. angesteuert, dass sie von jedem vorbeigeführtem Behälter 2 jeweils ein Bild bzw. ein Bilddatensatz erstellt wird und dann aufgrund dieses Bilddatensatzes die Vorausrichtung (in der ersten Stufe), die Vorjustierung (in der zweiten Stufe) und die Feinjustierung (in der dritten Stufe) durch Vergleich mit den jeweiligen Bilddaten erfolgen.

Bezugszeichenliste

1: Etikettiermaschine
2: Behälter bzw. Flasche
3: Behältereinlauf
4: Behälterauslauf
5: Rotor oder Drehtisch
6: Behälteraufnahme
7: Etikettierstation
8, 9, 10, 11: elektronische Kamera
12: Auswert- und Steuerelektronik
13, 14: Hintergrundelement oder Hintergrundspiegel
15: Hintergrundbeleuchtungselement, beispielsweise Leuchtschirm
16: Prägemuster oder Behältermerkmal
17: Testlinie
17.1 - 17.7: Schnitt- oder Prägungspunkt

A: Drehrichtung des Rotors 5
B1, B2, B3: Beleuchtung
W1, W2: Winkelbereich der Drehbewegung des Rotors 5

Claims

Vorrichtung zum Ausrichten von Behältern (2) im Bezug auf wenigstens ein geometrisches Behältermerkmal (16) in eine Sollposition oder -orientierung, mit einem Transporteur (5) mit Behälteraufnahmen (6) zur Aufnahme jeweils eines Behälters, sowie mit entlang einer von dem Transporteur (5) gebildeten Transportstrecke angeordneten Kameras (8, 9, 10, 11) eines Bilderkennungssystems, welches durch einen Vergleich der von den Kameras (8, 9, 10, 11) gelieferten Ist-Bilddaten mit in einer Auswert- und Steuerelektronik (12) abgelegten Soll-Bilddaten oder Kennwerten ein Ausrichten der Behälter (3) bewirkt, wobei mit einem, eine erste Stufe des Bilderkennungssystems bildenden ersten Kamerasystem eine Vorausrichtung der Behälter (3) erfolgt und die wenigstens eine Kamera (8, 9) dieses ersten Kamerasystems die das typische geometrische Behältermerkmal (16) aufweisenden Außen- bzw. Umfangsfläche des Behälters großflächig erfasst, dass wenigstens ein in Transportrichtung folgendes weiteres Kamerasystem zur weiteren Ausrichtung mit seiner wenigstens einen Kamera (10,11) den jeweils vorbeigeführten Behälter (2) für ein weiteres Ausrichten in einem das wenigstens eine typische geometrische Behältermerkmal (16) aufweisenden engeren Bereich der Umfangsfläche erfasst, und dass die Elektronik aufgrund weiterer abgelegter Bilddaten oder Kennwerte bei bestehenden Abweichungen von der Sollposition über den Stellantrieb der jeweiligen Behälteraufnahme (6) eine weitere Ausrichtung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (12) den Abstand, den wenigstens zwei Bezugspunkte (17.1 -17.7) des typischen Behältermerkmals (16) des jeweiligen Behälters (2) in den von der wenigstens einen Kamera (8, 9, 10, 11) gelieferten Bilddaten mit für den Behältertyp abgelegten Kennwerten vergleicht, und das Vergleichsergebnis zur Ansteuerung des Stellantriebs der jeweiligen Behälteraufnahme (6) verwendet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Transportrichtung (A) des Transporteurs (5) auf das die erste Stufe der Bilderkennung bildende erste Kamerasystem folgend wenigstens ein zweites, eine zweite Stufe des Bilderkennungssystems bildendes Kamerasystem sowie ein drittes, eine dritte Stufe des Bilderkennungssystems bildendes Kamerasystem mit jeweils wenigstens einer Kamera (10, 11) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Kamerasystem bzw. der wenigstens einen Kamera (8, 9) dieses Systems ein Umfangsbereich des jeweiligen Behälters (2) von größer als 180° erfasst wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kamerasystem wenigstens zwei Kameras (8, 9) aufweist, die mit ihren Kameraachsen unter einem Winkel relativ zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von den wenigstens zwei Kameras (8, 9) des ersten Kamerasystems gelieferten Bilder oder Bilddaten in der Elektronik (12) zu einem Gesamtbild kombiniert werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kamerasystem wenigstens zwei Kameras (8, 9) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine weitere Kamerasystem, insbesondere das zweite und dritte Kamerasystem jeweils nur eine Kamera (10, 11) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamerasysteme bzw. deren Kameras zur Erzeugung von Einzelbildern von den vorbeibewegten Behältern (3) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameras (8, 9, 10, 11) der Kamerasysteme so ausgeführt und/oder gesteuert sind, dass sie von dem jeweils vorbeigeführten Behälter (2) nur jeweils ein Bild erzeugen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kamerasystem, vorzugsweise das erste Kamerasystem mit einer Vordergrundbeleuchtung (B1, B2) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kamerasystem, beispielsweise das wenigstens eine weitere Kamerasystem oder das dritte Kamerasystem für die Erzeugung von Bildern oder Bilddaten durch Transluzenz ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kamerasystem mit einer Hintergrundbeleuchtung ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vordergrund- oder Hintergrundbeleuchtung in Farbe und/oder Intensität einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transporteur ein um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbarer Rotor (5) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Behälteraufnahme (6) einen eigenen Stellantrieb aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälteraufnahmen (6) Drehteller sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik aus einem Abstandsmuster mehrerer Abstände zwischen Bezugspunkten (17.1 -17.7) des typischen Behältermerkmals (16) des jeweiligen Behälters (2) in den von der wenigstens einen Kamera (8, 9, 10, 11) gelieferten Bilddaten mit wenigstens einem für den Behältertyp abgelegten Abstandsmuster vergleicht.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (12) den Abstand bzw. das Abstandmuster der Bezugspunkte (17.1 -17.7) in den von der wenigstens einen Kamera (8, 9, 10, 11) gelieferten Bilddaten mit für den Behältertyp abgelegten Abständen oder Abstandsmustern vergleicht, den mit dem Abstand in den Bilddaten am Besten übereinstimmenden Abstand bzw. das mit dem Abstandmuster in den Bilddaten am Besten übereinstimmende Abstandmuster bestimmt und hieraus die notwendige Korrektur für die Ausrichtung des Behälters (2) ermittelt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Bestandteil einer Etikettiermaschine (1) mit einem Behältereinlauf (3) für die zu etikettierenden Behälter (2), mit einem Behälterauslauf (4) für die etikettierten Behälter (2) sowie mit wenigstens einer an einer von dem Transporteur (5) zwischen dem Behältereinlauf (3) und dem Behälterauslauf (4) gebildeten Transportstrecke vorgesehenen Etikettierstation (7), und dass das erste Kamerasystem sowie das wenigstens eine weitere Kamerasystem an der Transportstrecke zwischen dem Behältereinlauf (3) und der wenigstens einen Etikettierstation (7) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Transporteur ein um eine vertikale Maschinenachse umlaufender Rotor (5) mit einer Vielzahl von Behälteraufnahmen (6) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Behälteraufnahme zum Ausrichten des an dieser Aufnahme vorgesehenen Behälters (3) durch einen von der Elektronik angesteuerten Stellantrieb drehbar ist.
Etikettiermaschine mit einer Vorrichtung zum Ausrichten von Behältern (2) im Bezug auf wenigstens ein geometrisches Behältermerkmal (16) in eine SollPosition oder -orientierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.