EP2358601B1 - Verfahren zum ausrichten eines behälters und computerprogramm - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65C—LABELLING OR TAGGING MACHINES, APPARATUS, OR PROCESSES
- B65C9/00—Details of labelling machines or apparatus
- B65C9/06—Devices for presenting articles in predetermined attitude or position at labelling station
- B65C9/067—Devices for presenting articles in predetermined attitude or position at labelling station for orienting articles having irregularities, e.g. holes, spots or markings, e.g. labels or imprints, the irregularities or markings being detected
Definitions
- the present invention relates to a method for aligning a container. Furthermore, the present invention relates to a computer program for carrying out the method according to the invention. Such a procedure is over DE 20 2005 014456U1 or off IT M 120 072 267 A1 known.
- the published patent application DE 10 2005 050 902 A1 a device for aligning containers with respect to at least one geometric container feature, comprising a conveyor with container receptacles for a respective container and along a transport path formed by the conveyor conveyor cameras of an image recognition system, wherein the image recognition system by comparison of the actual delivered by the cameras Image data with stored in an evaluation and control electronics target image data or characteristics causes the alignment of the container.
- the containers are aligned by means of a geometric feature, for example by means of an embossment on the surface of the container.
- an image is taken in the desired position of the bottle and then a respective distortion of this geometric feature is calculated for the cases in which the container is rotated by a certain angle from this desired position.
- the images or image data thus generated are then stored as target image data and used.
- an image of the container or of the bottle is then taken by means of a camera and the thus generated actual image is compared with the stored desired image data by means of an algorithm. It is determined with which image of the target image data is the highest match. Based on the rotation of the container or bottle deposited in the target image data for this image, it can then be rotated by the corresponding angle into the desired position.
- a plurality of stages of such alignment processes may be provided in order to successively bring about the desired orientation or position of the container or the bottle.
- a plurality of cameras at the same time take a picture of the bottle, which is then compared with the desired image data, wherein the alignment process is then carried out based on the best match.
- a neural network is used, which has been taught beforehand in a learning process, what the geometric container feature used to align a container looks like in the different orientations of the container, and the one above it is able to recognize that in a search area the geometric container feature to be searched, the so-called search instance, does not exist.
- an alignment process controlling control electronics is able to classify any other geometric container features or images in the search area to the effect that they do not represent the search instance by these so-called exclude instances are taught as such in advance.
- control electronics in the context of the pattern identifier is able to discard certain recordings of the search area from the outset, since they do not contain the search instance.
- pattern recognition takes place in that the control electronics classifies the actual image data on the basis of target image data as to whether they contain the geometric container feature.
- the target image data in this case comprise the learned geometric container feature as a search entity and the further described above and also trained exclude instances.
- the learning of the target image data takes place by first looking for the one located on a sample bottle geometric container feature, the search instance, recorded and stored.
- the geometric container feature is then identified by a user, in particular based on its contour.
- This training of the search entity can basically be done at the site of the procedure, ie. H. with the actually constructed filling and labeling, or off it, for example, in a laboratory.
- the container or the bottle is rotated around itself in front of an image pickup device, with particular images of the container or the bottle being made in certain degree steps.
- the multitude of degree steps depends in particular on how exactly the alignment should be performed during operation. If, for example, you want to align with 1 °, it is advisable to take the pictures in 1 ° increments, better in 0.5 ° increments.
- the search instance is now cut out, if it is still found in the searched area, which can happen automatically, since the search instance has already been trained and the neural network is known.
- the actual image data recorded by the image acquisition device is compared with the instances stored in the target image data and it is determined whether the search region contains an exclude entity or the search entity.
- search area contains only one Exclude instance, this is displayed and the corresponding image is not used to calculate the actual position of the bottle.
- the actual position of the container or its orientation is calculated on the basis of a perspective distortion of the geometric container feature, a known distance of the image recording device to the container during the recording and a known diameter of the container. From the difference between the actual position of the container to the desired desired position of the container, the degree and the direction in which the container is to be rotated can now be determined.
- the present description also covers a computer program with program code to perform all the steps of a method according to the invention, when the program is executed on a computer or a corresponding computing unit.
- the computer program may be stored on a computer-readable medium.
- FIG. 1 shows a schematic view of an embodiment of a device according to the invention, on which the inventive method can be performed.
- FIG. 1 shows a device 1, on which the method according to the invention can be carried out.
- the device comprises a carousel 5, are transported into the container 2 via an inlet 3 and transported beyond a spout 4. From the labeling station 7, the containers 2 are aligned in the desired orientation for applying a label.
- the first stage comprising the image pickup devices 8 and 9, the second stage the image pickup device 10, and the third stage the image pickup device 11.
- Background elements 13, 14, 15 are provided for capturing high quality images. which can also be lit.
- the alignment operation is controlled by an electronic control unit 12 which receives actual image data from the image pickup devices 8, 9, 10, 11 and can output control instructions to container receptacles 6 on which the containers 2 are arranged.
- a learning process For commissioning and for the preparation of the alignment process, a learning process has to be carried out, in which first a search instance, ie a geometrical container feature used to align a container, is determined from a first image of a sample container identified a user and the search instance is so trained a neural network of the control electronics 12.
- a search instance ie a geometrical container feature used to align a container
- the corresponding target image data record can be called up by an operator. This is followed by a slow inlet of a first container or a first bottle, wherein the image recording devices 8, 9, 10, 11 are aligned so that they detect the possible positions of the search instance as accurately as possible.
- a narrow optical evaluation range is a narrow optical evaluation range.
Landscapes
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- Image Processing (AREA)
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten eines Behälters. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein derartiges Verfahren ist aus
DE 20 2005 014456U1 oder ausIT M 120 072 267 A1 - Verfahren und Vorrichtungen zum Ausrichten von Behältern, insbesondere von Flaschen und für den Einsatz in Abfüll- und Etikettieranlagen, sind im Stand der Technik bekannt.
- So zeigt die Offenlegungsschrift
DE 10 2005 050 902 A1 eine Vorrichtung zum Ausrichten von Behältern in Bezug auf wenigstens ein geometrisches Behältermerkmal, die einen Transporteur mit Behälteraufnahmen für jeweils einen Behälter und entlang einer von dem Transporteur gebildeten Transportstrecke angeordnete Kameras eines Bilderkennungssystem umfasst, wobei das Bilderkennungssystem durch einen Vergleich der von den Kameras gelieferten Ist-Bilddaten mit in einer Auswert- und Steuerelektronik abgelegten Soll-Bilddaten oder Kennwerten das Ausrichten der Behälter bewirkt. - In dieser bekannten Vorrichtung werden die Behälter anhand eines geometrischen Merkmals ausgerichtet, beispielsweise anhand einer Prägung auf der Oberfläche des Behälters.
- Von diesem geometrischen Merkmal wird gemäß dem Stand der Technik ein Bild in der gewünschten Position der Flasche aufgenommen und anschließend eine jeweilige Verzerrung dieses geometrischen Merkmals für die Fälle berechnet, in denen der Behälter jeweils um einen bestimmten Winkel von dieser gewünschten Position verdreht ist. Die so erzeugten Bilder bzw. Bilddaten werden dann als Soll-Bilddaten hinterlegt und verwendet. Im Betrieb der Vorrichtung wird dann mittels einer Kamera ein Bild von dem Behälter bzw. der Flasche aufgenommen und mittels eines Algorithmus das so generierte tatsächliche Ist-Bild mit den hinterlegten Soll-Bilddaten verglichen. Dabei wird bestimmt, mit welchem Bild der Soll-Bilddaten die höchste Übereinstimmung besteht. Anhand der zu diesem Bild in den Soll-Bilddaten hinterlegten Verdrehung des Behälters bzw. der Flasche kann diese dann um den entsprechenden Winkel in die gewünschte Position gedreht werden.
- Gemäß dem Stand der Technik können des weiteren mehrere Stufen solcher Ausrichtvorgänge vorgesehen sein, um sukzessive die gewünschte Ausrichtung bzw. Position des Behälters bzw. der Flasche herbeizuführen.
- Des weiteren kann innerhalb einer dieser Stufen vorgesehen sein, dass mehrere Kameras gleichzeitig ein Bild der Flasche aufnehmen, das dann mit den Soll-Bilddaten verglichen wird, wobei auch dann der Ausrichtvorgang basierend auf der besten Übereinstimmung vorgenommen wird.
- Bei einem derartigen Ausrichtvorgang wird jedoch stets eine beste Übereinstimmung des aufgenommenen Ist-Bilds mit den Soll-Bilddaten bestimmt und zum Ausrichten der Flasche verwendet, selbst wenn diese in absoluter Betrachtung nur eine sehr niedrige Übereinstimmung mit den Soll-Bilddaten darstellt. So wird auch in dem Fall, in dem eine der Kameras das geometrische Behältermerkmal nicht in ihrem Suchbereich erfaßt, etwa weil das geometrische Behältermerkmal so verdreht ist, dass es in einem rechten Winkel zur Kameraachse angeordnet ist, eine beste Übereinstimmung mit einem der Bilder aus den Soll-Bilddaten ermittelt und ein entsprechender Ausrichtvorgang eingeleitet.
- Auch wenn diese Problematik in der Regel lediglich in der ersten Stufe des Ausrichtvorgangs auftritt und in den darauffolgenden Stufen meist kompensiert werden kann, besteht generell ein Bedarf an einem Verfahren zum Ausrichten eines Behälters, das eine schnellere und genauere Ausrichtung des Behälters ermöglicht.
- Daher wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Ausrichten eines Behälters entsprechend dem Patentanspruch 1 vorgeschlagen.
- Zum Ausrichten der Behälter wird ein neuronales Netz eingesetzt, dem vorab in einem Anlernvorgang beigebracht worden ist, wie das zur Ausrichtung eines Behälters herangezogene geometrische Behältermerkmal in den verschiedenen Orientierungen des Behälters aussieht, und das darüber in der Lage ist, zu erkennen, dass in einem Suchbereich das zu suchende geometrische Behältermerkmal, die sogenannte Suchinstanz, nicht vorhanden ist. Des weiteren ist eine den Ausrichtvorgang steuernde Steuerelektronik dazu in der Lage, eventuelle andere geometrische Behältermerkmale oder Bilder im Suchbereich dahingehend zu klassifizieren, dass diese nicht die Suchinstanz darstellen, indem auch diese sogenannten Exclude-Instanzen als solche vorab angelernt werden.
- Auf diese Weise ist die Steuerelektronik im Rahmen der Musterkennung dazu in der Lage, bestimmte Aufnahmen des Suchbereichs von vornherein zu verwerfen, da sie die Such-Instanz nicht enthalten.
- In Ausrichtstufen, in denen mehr als eine Kamera Ist-Bilddaten erzeugt, besteht somit die Möglichkeit, die Aufnahmen der Kameras, die die Suchinstanz nicht enthalten, auszusortieren, so dass diese nicht in Konkurrenz zu der Aufnahme treten können, die die Such-Instanz enthält.
- Auf diese Weise wird ein sehr viel schnelleres und genaueres Ausrichtverfahren bereitgestellt. Grundsätzlich erfolgt die Mustererkennung, indem die Steuerelektronik die Ist-Bilddaten anhand von Soll-Bilddaten dahingehend klassifiziert, ob sie das geometrische Behältermerkmal enthalten. Die Soll-Bilddaten umfassen dabei das angelernte geometrische Behältermerkmal als Such-Instanz und des weiteren voranstehend beschriebene und ebenso angelernte Exclude-Instanzen.
- Das Anlernen der Soll-Bilddaten erfolgt, indem zunächst das auf einer Musterflasche befindliche zu suchende geometrische Behältermerkmal, die Suchinstanz, aufgenommen und abgespeichert wird. Das geometrische Behältermerkmal wird daraufhin von einem Benutzer identifiziert, insbesondere anhand seiner Kontur.
- Dieses Anlernen der Such-Instanz kann grundsätzlich am Einsatzort des Verfahrens, d. h. mit der tatsächlich aufgebauten Abfüll- und Etikettieranlage, oder aber abseits davon erfolgen, beispielsweise in einem Labor.
- Nachdem die Suchinstanz nun grundsätzlich der Steuerelektronik bekannt ist, wird der Behälter bzw. die Flasche vor einer Bildaufnahmevorrichtung um sich selbst gedreht, wobei in bestimmten Gradschritten jeweilige Bilder des Behälters bzw. der Flasche gemacht werden. Die Vielzahl der Gradschritte hängt insbesondere davon ab, wie genau die Ausrichtung im Betrieb erfolgen soll. Soll beispielsweise eine Ausrichtung auf 1° genau erfolgen, ist es angezeigt, die Bilder ebenfalls in 1°-Schritten, besser in 0,5°-Schritten zu aufzunehmen.
- Aus diesen Bildern wird die Suchinstanz nun ausgeschnitten, falls sie noch in dem gesuchten Bereich zu finden ist, was automatisch geschehen kann, da die Suchinstanz bereits vorher angelernt wurde und dem neuronalen Netz bekannt ist.
- Der verbleibende Rest des jeweiligen Bildes wird nun automatisch als Exclude-Instanz angelernt.
- Auf diese Weise werden also über den gesamten Umfang des Behälters bzw. der Flasche aufgenommene Bilder in dem Anlernvorgang klassifiziert.
- Bei der Anwendung des Verfahrens werden die von der Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Ist-Bilddaten mit den in den Soll-Bilddaten abgelegten Instanzen verglichen und festgestellt, ob der Suchbereich eine Exclude-Instanz oder die Suchinstanz enthält.
- Enthält der Suchbereich nur eine Exclude-Instanz, wird dies angezeigt und das entsprechende Bild nicht zur Berechnung der Ist-Position der Flasche verwendet.
- Sollte keine der Bildaufnahmevorrichtungen einer Ausrichtungsstufe die Suchinstanz in ihrem Suchbereich aufgenommen haben, d.h. es wurden lediglich Übereinstimmungen mit Exclude-Instanzen festgestellt, kann vorgesehen sein, die Flasche um eine vorgegebene Gradzahl, beispielsweise um 120°, zu drehen, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass die Bildaufnahmevorrichtungen der nächsten Stufe das geometrische Behältermerkmal in ihrem Suchbereich erfassen können.
- Wird festgestellt, dass die Suchinstanz aufgenommen wurde, wird anhand einer Perspektivenverzerrung des geometrischen Behältermerkmals, eines bekannten Abstands der Bildaufnahmevorrichtung zu dem Behälter während der Aufnahme und eines bekannten Durchmessers des Behälters die Ist-Position des Behälters bzw. seine Orientierung berechnet. Aus der Differenz der Ist-Position des Behälters zu der gewünschten Soll-Position des Behälters kann nun die Gradzahl und die Richtung bestimmt werden, in die der Behälter zu drehen ist.
- Der genaue Algorithmus zur Bestimmung dieses Verdrehwinkels ist aus dem Stand der Technik bekannt, siehe beispielsweise die eingangs zitierte Offenlegungsschrift
DE 10 2005 050 902 A1 . - Des weiteren deckt die vorliegende Beschreibung auch ein Computerprogramm mit Programmcode ab, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein.
- Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
- Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
-
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, auf der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. -
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1, auf der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. - Die Vorrichtung umfasst ein Karussell 5, in das Behälter 2 über einen Einlauf 3 hineintransportiert und über einen Auslauf 4 hinaustransportiert werden. Von der Etikettierstation 7 werden die Behälter 2 in die gewünschte Orientierung zum Aufbringen eines Etiketts ausgerichtet.
- In der dargestellten Ausführungsform sind drei Stufen zur Ausrichtung vorgesehen, wobei die erste Stufe die Bildaufnahmevorrichtungen 8 und 9 umfasst, die zweite Stufe die Bildaufnahmevorrichtung 10 und die dritte Stufe die Bildaufnahmevorrichtung 11. Zur Erfassung qualitativ hochwertiger Bilder sind Hintergrundelemente 13, 14, 15 vorgesehen, die auch beleuchtet sein können.
- Der Ausrichtvorgang wird von einer Steuerelektronik 12 gesteuert, die Ist-Bilddaten von den Bildaufnahmevorrichtungen 8, 9, 10, 11 empfängt und Steuerungsanweisungen an Behälteraufnahmen 6 ausgeben kann, auf denen die Behälter 2 angeordnet sind.
- Zur Inbetriebnahme und zur Vorbereitung des Ausrichtverfahrens hat ein Anlernvorgang zu erfolgen, bei dem zunächst anhand einer ersten Aufnahme eines Musterbehälters eine Suchinstanz, d.h. ein zur Ausrichtung eines Behälters herangezogenes geometrisches Behältermerkmal, von einem Benutzer identifiziert und die Suchinstanz so einem neuronalen Netz der Steuerelektronik 12 angelernt wird.
- Nun folgt eine 360°-Drehung des Behälters vor der Bildaufnahmevorrichtung, wobei beispielhaft pro Grad eine Bildaufnahme getätigt wird. Die dem neuronalen Netz nunmehr bekannte Suchinstanz wird im Suchbereich der Bildaufnahmevorrichtung ausgeschnitten und der verbleibende Suchbereich als Exclude-Instanz automatisch angelernt. Der Anlernvorgang wird nach einer vollständigen 360°-Drehung des Behälters 2 abgeschlossen.
- Ist die Vorrichtung 1 an ihrem Einsatzort aufgestellt, kann durch eine Bedienperson der entsprechende Soll-Bilddatensatz aufgerufen werden. Es folgt nun ein langsamer Einlauf eines ersten Behälters bzw. einer ersten Flasche, wobei die Bildaufnahmevorrichtungen 8, 9, 10, 11 so ausgerichtet werden, dass sie die möglichen Lagen der Suchinstanz möglichst genau erfassen. Gewünscht ist selbstverständlich ein möglichst enger optischer Auswertungsbereich.
- Anschließend kann der Schnelllauf für die Produktion gestartet werden.
- Auf diese Weise kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Computerprogramms ein vereinfachtes und somit beschleunigtes sowie qualitativ verbessertes Ausrichten von Behältern, insbesondere Flaschen, bereitgestellt werden.
Claims (9)
- Verfahren zum Ausrichten eines Behälters (2) in Bezug auf mindestens ein geometrisches Behältermerkmal in eine Soll-Position, bei dem durch eine Auswertung von mittels mindestens einer Bildaufnahmevorrichtung (8, 9, 10, 11) erzeugten Ist-Bliddeten in einer Steuerelektronik (12) ein Ausrichten des Behälters (2) bewirkt wird, wobei die Ist-Bilddaten in einem Suchbereich mittels einer Mustererkennung ausgewertet werden, die als Ergebnis eine Ist-Position des Behälters ausgibt, falls das geometrische Behältermerkmal erkannt wird, und anzeigt, falls das geometrische Behältermerkmal nicht erkannt wird, wobei
die Mustererkennung erfolgt, indem die Steuerelektronik (12) die Ist-Bllddaten anhand von Soll-Bilddaten dahingehend klassifiziert, ob sie das geometrische Behältermerkmal enthalten,
dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Bilddaten das geometrische Behältermerkmal als Suchinstanz und des weiteren Exclude-Instanzen umfassen, und dass
die Suchinstanz und die Exclude-instanzen in einem Anlernvorgang in den Soll-Bilddaten abgelegt werden. - Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Anlernen der SuchInstanz erfolgt, indem Muster-Bilddaten des geometrischen Behältermerkmals erzeugt werden, in denen das geometrische Behaltermerkmal von einem Benutzer identifiziert wird.
- Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Erzeugung der Muster-Bilddaten mittels der mindestens einen Bildaufnahmevorrichtung (8, 9, 10, 11) erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Erzeugung der Muster-Bilddaten mittels einer separaten Bildaufnahmevorrichtung (8, 9, 10, 11) erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Anlernen der Exclude-Instanzen die folgenden Schritte umfasst:- Drehen des Behälters um eine bestimmte Gradzahl,- Erzeugen von Muster-Bilddaten des Suchbereichs des Behälters mittels der Bildaufnahmevorrichtung (8, 9, 10, 11),- Ausschneiden der SuchInstanz aus dem Suchbereich,- Automatisches Anlernen des verbleibenden Suchbereichs als Exclude-Instanz,- Wiederholen der voranstehenden Schritte, bis der Behälter um 360° gedreht ist.
- Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem bei Ausgabe einer Ist-Position die Ist-Position des Behälters anhand einer Perspektivenverzerrung des geometrischen Merkmals, einem Durchmesser des Behälters und einem Abstand des Behälters zu der mindestens einen Bildaufnahmevorrichtung (8, 9, 10, 11) berechnet wird.
- Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Behälter automatisch um eine bestimmte Gradzahl gedreht wird, falls das geometrische Merkmal von keiner der mindestens einen Bildaufnahmevorrichtung (8, 9, 10, 11) erkannt wird.
- Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird.
- Computerprogramm nach Anspruch 8, das auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
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