ES2337575T3 - Mejoras en o en relacion al equipo de vision mecanico. - Google Patents
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Abstract
Equipo de visión mecánico para determinar una o más propiedades físicas de un artículo de fumar enrollado o de un filtro, incorporando el equipo medios de establecimiento automático, y comprendiendo: medios de toma de imágenes que comprenden una cámara (222) que definen un campo de vista y que se adaptan para formar una imagen de dicho artículo o de dicha varilla (10) dentro de cuyo campo de vista, y medios de procesamiento dispuestos a procesar dicha imagen para determinar una o más propiedades físicas de dicho artículo o varilla (10); primeros medios de soporte (310, 311) para sostener dicho artículo o varilla dentro de dicho campo de vista a una distancia predeterminada desde dicha cámara; segundos medios de soporte (312) para sostener un objeto de referencia (430) que tiene al menos una dimensión conocida con precisión; medios de movimiento para mover selectivamente uno o más de la cámara (222), los primeros medios de soporte (310, 311), y los segundos medios de soporte (312) de forma que un objeto de referencia (430) colocado sobre los segundos medios de soporte (312) están dispuestos dentro del campo de vista de la cámara a dicha distancia predeterminada desde dicha cámara; medios de ajuste para ajustar automáticamente la configuración de los medios de imágenes; medios de determinación de la configuración óptima para determinar la configuración óptima de dichos medios de toma de imágenes por procesamiento de una o más imágenes de un objeto de referencia (430) colocado sobre los segundos medios de soporte (312); y medios de control para controlar la operación de dichos medios de movimiento, medios de toma de imágenes, medios de ajuste, y medios de determinación de la configuración óptima para llevar un objeto de referencia (430) soportado por dichos segundos medios de soporte (312) al campo de vista de la cámara, tomando la imagen de dicho objeto de referencia (430), determinando la configuración óptima de los medios de toma de imágenes, y ajusfando los medios de toma de imágenes a dicha configuración óptima.
Description
Mejoras en o en relación al equipo de visión
mecánico.
La presente invención proporciona mejoras en o
relativas al equipo de visión mecánico, y tiene referencia
particular a un método y aparato para crear automáticamente tal
equipo de visión mecánico.
La solicitud de patente internacional
co-pediente n.º WO 2004/083 834 A, correspondiente a
la solicitud anterior n.º 0306468.0. del Reino Unido describe un
método y aparato para determinar una o más propiedades físicas de un
artículo de fumar enrollado o de un filtro, que forma el
posicionamiento de un artículo de fumar enrollado o de un filtro
dentro de un campo de vista, la iluminación del campo de vista, la
toma de imagen del artículo de fumar enrollado o filtro dentro del
campo de vista para formar una imagen, y analizar la imagen para
determinar una o más propiedades físicas del artículo de fumar
enrollado o el filtro. Normalmente, la imagen es una imagen digital
que es adquirida usando una cámara digital, preferiblemente una
cámara digital de video. La imagen puede ser adquirida usando
cualquier longitud de onda o gama de longitudes de onda, por ejemplo
la luz infrarroja. Así, la imagen comprende una matriz digital de
píxeles que puede ser analizada usando medios de procesamiento
adecuados para determinar una o más propiedades físicas del artículo
de fumar enrollado o del filtro tal como su longitud, diámetro,
ovalidad, y similares.
Como se describe en WO 2004/083834 A, el
análisis de la imagen digital puede ser realizado usando los
algoritmos bien conocidos para detectar bordes dentro de la
imagen.
Los algoritmos de este tipo pueden emplear
niveles de contraste para definir un punto en el que un borde es
definido como que está presente, la longitud (en píxeles) a lo largo
de un borde detectado usado para determinar un borde contiguo y
real, y algoritmos para llevar a cabo cálculos de probabilidad
estadística para confirmar que un borde detectado es un borde real.
Una técnica preferida para detectar un borde dentro de una imagen
comprende generar proyecciones de la región horizontales y
verticales dentro de una región de interés de la imagen, y después
el análisis de las proyecciones para detectar cualesquiera bordes
significantes. Las técnicas de procesamiento de imágenes de este
tipo no son descritas con mayor detalle aquí, pero son descritas en
una serie de obras de referencia estándares incluyendo Sonka, et
al., 1999, Image Processing. Analysis and Machine Vision,
segunda edición, página 356 (6.35), Pacific Grove: PWS Publishing,
ISBN
0-534-95393-X.
La detección precisa de bordes dentro de una
imagen digital por las técnicas de procesamiento de imágenes
descritas anteriormente se basa en que tales bordes están
nítidamente en el enfoque dentro de la imagen, para permitir que los
bordes sean detectados sin exposición excesiva de la imagen que
pudiera llevar a afectas indeseables tal como "el
empañamiento", que se asocia con muchos dispositivos de toma de
imágenes digitales, particularmente aquellos que comprenden sensores
de tipo CCD.
A modo de antecedentes generales, el documento
EP 0 758 742 A describe un sistema de enfoque equilibrado para
lograr un enfoque óptimo de diferentes áreas de un objeto cuyas
imágenes no son tomadas al mismo tiempo, pero se combinan en una
imagen combinada. El sistema descrito es particularmente adecuado
para inspeccionar la cara final de una fibra óptica y determinar la
impresión por transferencia del núcleo de la fibra del centro
teórico ideal. El documento EP 1 028 305 A divulga un aparato para
determinar el diámetro de una rosca usando un sensor óptico, y FR 2
256 394 A también divulga un aparato para determinar el diámetro de
una fibra con un sensor óptico.
El equipo de visión mecánico también es
requerido para ser calibrado para proporcionar una conversión
precisa de distancias medidas en píxeles en la imagen a distancias
reales medidas, por ejemplo, en milímetros o pulgadas.
La calibración del equipo de visión mecánico es
normalmente realizada usando objetos de referencia de dimensiones
conocidas con precisión. Un objeto de referencia conocido comprende
un cilindro maquinado de acero sólido que tiene un diámetro conocido
con precisión. Los objetos de referencia de acero se usan en vista
de su buena estabilidad dimensional. No obstante, los objetos de
referencia de metal no son adecuados para calibrar el equipo de
visión mecánico descrito por WO 2004/083834 A en vista de la alta
reflectancia del metal.
Además, es generalmente inconveniente poner
manualmente un objeto de referencia en el campo de vista del
equipamiento de visión de la máquina para recalibración y
calibración intermitente.
Por consiguiente, un objeto de referencia
dimensionalmente estable es necesario que sea adecuado para el uso
para calibrar el equipo de visión mecánico del tipo descrito por WO
2004/083834 A.
Hay también un requisito para un método de crear
automáticamente tal equipo de visión mecánico.
Según la presente invención se proporciona un
equipamiento de visión de la máquina para determinar una o más
propiedades físicas de un artículo de fumar enrollado o de un
filtro, incorporando el equipo unos medios de configuración
automática, y comprendiendo:
- \quad
- medios de toma de imágenes que comprenden una cámara que define un campo de vista y siendo adaptada para formar una imagen de dicho artículo o de dicha varilla dentro de dicho campo de vista, y unos medios de procesamiento para procesar dicha imagen para determinar una o más propiedades físicas de dicho artículo o varilla; primeros medios de soporte para sostener dicho artículo o varilla dentro de dicho campo de vista a una distancia predeterminada de dicha cámara; segundos medios de soporte para sostener un objeto de referencia que tiene al menos una dimensión conocida con precisión; medios de movimiento para mover selectivamente uno o más de la cámara, los primeros medios de soporte, y los segundos medios de soporte de tal manera que un objeto de referencia colocado en el segundo medio de soporte esté dispuesto dentro del campo de vista de la cámara a dicha distancia predeterminada desde dicha cámara; medios de ajuste para ajustar automáticamente la configuración de los medios de toma de imágenes; medios de determinación de la configuración óptima para determinar la configuración óptima de dichos medios de toma de imágenes por procesamiento de una o más imágenes de un objeto de referencia colocado en el segundo medio de soporte; y medios de control para controlar la operación de dichos medios de movimiento, medios de toma de imágenes, medios de ajuste, y medios de determinación de la configuración óptima para aportar un objeto de referencia soportado por dicho segundo medio de soporte al campo de vista de la cámara, tomando la imagen de dicho objeto de referencia, determinando la configuración óptima del medio de toma de imágenes, y ajusfando el medio de toma de imágenes a dicha configuración óptima.
\vskip1.000000\baselineskip
En otro aspecto de la presente invención se
proporciona un método de crear el equipo de visión mecánico
mencionado anteriormente, comprendiendo dicho método la colocación
de un objeto de referencia que tiene al menos una dimensión conocida
con precisión en dicho segundo medio de soporte; mover
selectivamente uno o más de dicha cámara, dicho primer medio de
soporte y dicho segundo medio de soporte, de tal manera que dicho
objeto de referencia se ponga en el campo de vista de la cámara a
dicha distancia predeterminada de dicha cámara;
la toma de imagen de dicho objeto de referencia
para obtener al menos una imagen, y el procesamiento de dicha al
menos una imagen para determinar la configuración óptima del medio
de toma de imágenes; y después de eso ajustar la configuración de
dicho medio de toma de imágenes a dicha configuración óptima.
El objeto de referencia que tiene al menos una
dimensión conocida con precisión puede colocarse en el segundo medio
de soporte, y cuando el equipo de visión mecánico es requerido para
ser creado, o se necesita que la creación del equipo de visión
mecánico sea comprobado, el medio de control causa que el objeto de
referencia en el segundo medio de soporte sea llevado al campo de
vista de la cámara a la misma distancia predeterminada de la cámara
como un objeto de prueba en el primer medio de soporte durante el
manejo normal del equipo de visión mecánico. Se puede entonces tomar
la imagen del objeto de referencia, y la imagen puede ser procesada
para determinar la creación óptima del medio de toma de imágenes; el
medio de imágenes puede entonces ser ajustado a dicha creación
óptima. El objeto de referencia puede entonces ser eliminado del
campo de vista de la cámara y ser sustituido por dicho primer medio
de soporte para el uso o el uso continuado del equipo de visión
mecánico para determinar una o más propiedades físicas de un objeto
de prueba.
El objeto de referencia puede ser un objeto de
referencia dimensionalmente estable que tiene al menos una dimensión
conocida con precisión que es fabricada de un material cerámico que
tiene una reflectancia baja o un valor de albedo bajo.
Preferiblemente, el objeto de referencia comprende una barra
cilíndrica que tiene un diámetro conocido con precisión.
Dicho material cerámico puede comprender una
alúmina cerámica. Preferiblemente, el material cerámico tiene un
contenido de alúmina de más de aproximadamente el 70% en peso, y más
preferiblemente más de aproximadamente el 90% o el 95% en peso. El
material cerámico debería ser sustancialmente impermeable y debería
tener buenas propiedades refractarias, por ejemplo, una
refractariedad de hasta aproximadamente 1700ºC. Aparte de la
alúmina, el material cerámico puede comprender varios otros
componentes de cerámica, particularmente el óxido de magnesio. En
algunas formas de realización, el material cerámico comprende
aproximadamente el 99,7% en peso de alúmina, siendo el resto
sustancialmente óxido magnésico. Un material cerámico adecuado
disponible comercialmente de W Haldenwanger Technische Keramik GmbH
& Co KG, Alemania, bajo la marca "Alsint 99,7".
En algunas formas de realización, dicho medio de
determinación de la configuración óptima puede ser adaptado para
determinar la configuración óptima del medio de toma de imágenes por
procesamiento de una pluralidad de imágenes de dicho objeto de
referencia obtenido con dicho medio de toma de imágenes en
diferentes configuraciones respectivas, y dicho medio de control
puede ser adaptado para controlar dicho medio de toma de imágenes,
medio de ajuste, y medio de determinación de la configuración óptima
para obtener y procesar imágenes en serie de dicho objeto de
referencia mientras se ajusta progresivamente la configuración del
medio de toma de imágenes, y para determinar la configuración óptima
con base en dichas imágenes en serie.
Así, como descrito en WO 2004/083834 A, la
cámara puede comprender medios para ajustar automáticamente la
longitud focal de la cámara. Por ejemplo, la cámara puede comprender
parte de barril que aloja una lente, y dicha parte de barril puede
ser provista de un engranaje que se adapta a ser conducido por una
correa dentada de un motor de DC controlado por dicho medio de
control. Como descrito anteriormente, es importante, cuando se miden
las dimensiones de un objeto de prueba por análisis de una imagen
digital del objeto de prueba para detectar la presencia de bordes
significantes, para garantizar que la imagen del objeto de prueba
esté correctamente enfocada. Así, conforme a la presente invención,
los medios de determinación de la configuración óptima pueden
comprender medios de determinación de la longitud focal óptima, y
dichos medios de control pueden ser adaptados para controlar los
medios de ajuste, medios de imágenes y medios de determinación de la
longitud focal óptima para obtener y procesar imágenes en serie del
objeto de referencia a diferentes longitudes focales respectivas, y
para determinar la longitud focal óptima en la que el objeto de
referencia está mejor enfocado, y para controlar el medio de ajuste
después de esto para ajustar la longitud focal de la cámara a dicha
longitud focal óptima.
Los segundos medios de soporte están
configurados preferiblemente para sostener un objeto de referencia
que tenga sustancialmente la misma forma y el mismo tamaño en
sustancialmente la misma orientación en el campo de vista que el
objeto de prueba. Donde el objeto de prueba comprende un artículo
enrollado o un filtro, el objeto de referencia comprende
adecuadamente una barra cilíndrica que tiene sustancialmente el
mismo diámetro que el artículo de fumar enrollado o el filtro. Para
medir el diámetro de un artículo de fumar enrollado o filtro, una
imagen digital del artículo fumar enrollado o filtro es analizada
para detectar bordes opuestos, sustancialmente paralelos de un
perfil del artículo de fumar enrollado o del filtro en la imagen,
correspondiendo el perfil a una sección transversal a través del
artículo de fumar enrollado o filtro a través de su eje central.
Así, para garantizar que dichos bordes opuestos estén enfocados
adecuadamente en la imagen, la cámara debería ser enfocada sobre el
eje central del artículo de fumar enrollado o filtro.
Preferiblemente, por eso los segundos medios de soporte son
configurados para sostener una barra de referencia cilíndrica en una
orientación sustancialmente ortogonal al eje óptico de la
cámara.
Preferiblemente la cámara comprende una cámara
digital que es adaptada para formar la imagen como una matriz
regular de píxeles.
En algunas formas de realización, dicho medio de
determinación de la configuración pueden comprender el medio de
determinación de la calibración adaptados para comparar un valor
real medido de dicha al menos una dimensión de dicho objeto de
referencia con dicho valor conocido con precisión; dicho medio de
ajuste puede ser adaptado para ajustar la calibración de dicho medio
de toma de imágenes; dicho medio de control puede ser configurado
para controlar dicho medio de toma de imágenes, medio de
determinación de la calibración, y medio de ajuste, para medir dicha
al menos una dimensión de dicho objeto de referencia para obtener un
valor medido, comparando dicho valor medido con el valor conocido
con precisión, y ajustando correspondientemente la calibración del
medio de toma de imágenes, de tal manera que el valor medido sea
igual al valor conocido. De esta manera, el medio de control puede
generar un factor de conversión calibrado para convertir las
distancias en la imagen de un objeto de prueba, medidas en píxeles,
a distancias reales, medidas en, por ejemplo, milímetros o
pulgadas.
Los expertos en la técnica sabrán que las
mediciones de diámetro que usan el equipamiento de visión mecánico
pueden ser sensibles a los efectos ópticos asociados a la cámara.
Por consiguiente, una curva de calibración de longitud real contra
los píxeles puede ser no lineal. Por consiguiente, es deseable
calibrar el equipo de visión mecánico al menos dos diámetros
diferentes conocidos, y entonces interpolar entre estos diámetros
conocidos para establecer una escala calibrada.
Así, conforme a un aspecto particular de la
presente invención dicho segundo medio de soporte puede ser adaptado
para sostener una pluralidad de objetos de referencia, teniendo cada
uno sustancialmente la misma forma que el objeto de prueba, pero
cada uno teniendo un diferente valor respectivo, conocido con
precisión de dicha al menos una dimensión; dicho medio de movimiento
puede ser adaptado para selectivamente mover dicho primer medio de
soporte y segundo medio de soporte uno o más de la cámara, para
llevar a su vez a cada objeto de referencia al campo de vista de la
cámara en la distancia predeterminada desde la cámara; dicho medio
de determinación de la calibración puede ser adaptado para comparar
el valor medido de dicha al menos una dimensión de cada objeto de
referencia con el valor respectivamente conocido con precisión, y
para generar una curva de calibración para dicho medio de toma de
imágenes basándose en dichas comparaciones.
En algunas formas de realización, dicho segundo
medio de soporte puede ser adaptado para sostener tres objetos de
referencia. Como descrito arriba, cada objeto de referencia puede
comprender una barra cilíndrica de diámetro conocido con
precisión.
Los objetos de referencia pueden ser
intercambiables para calibrar el sistema de visión mecánico para las
mediciones de la dimensión dentro de gamas diferentes. Por el
soporte de tres objetos de referencia, el segundo medio de soporte
puede ser adaptado, a cualquier rango de medida dado, para sostener
los objetos de referencia que tienen dimensiones respectivamente
conocidas con precisión en o hacia cada extremo del rango de
medición y a una dimensión arbitraria intermedian dichos dos
extremos, por ejemplo, sustancialmente hacia el centro del rango de
medida.
Así, la provisión de cinco objetos de referencia
permite al equipamiento de visión de la máquina conforme a la
presente invención ser calibrado con la calibración de tres puntos
para el uso en tres rangos de medición diferentes, pero
superpuestos.
Convenientemente, dicho segundo medio de soporte
puede comprender al menos un soporte para sostener cada objeto de
referencia, definiendo cada soporte una cavidad con forma de
"v" que está configurada para recibir transversalmente la barra
de referencia cilíndrica a la misma profundidad en la cavidad
independientemente del diámetro de la barra. En algunas formas de
realización, dicho segundo medio de soporte puede comprender dos
soportes para sostener cada objeto de referencia, un soporte en o
hacia cada extremo de la barra respectiva. De esta manera, cada
objeto de referencia puede ser posicionado fácilmente a dicha
distancia predeterminada desde la cámara, sin tener en cuenta el
diámetro del objeto de referencia. Será apreciado que por colocar
cada objeto de referencia sobre el segundo medio de soporte a la
misma distancia predeterminada desde la cámara, los ejes centrales
de los objetos de referencia serán situados a diferentes distancias
respectivas desde la cámara. No obstante, las diferencias reales del
diámetro entre los objetos de referencia serán pequeñas, y dentro de
la tolerancia permitida del enfoque de la cámara. Por consiguiente,
no hay ninguna necesidad en la práctica de reajustar la longitud
focal de la cámara para toma de imágenes y calibración contra cada
objeto de referencia.
La presente invención en consecuencia
proporciona mejoras en o en relación al equipo de visión mecánico,
particularmente el equipamiento descrito por WO 2004/083834 A, por
proporcionar un método y un aparato para crear automáticamente el
equipamiento de visión de la máquina; en particular para crear
automáticamente la longitud focal y la calibración del equipo de
visión mecánico. La presente invención también proporciona un objeto
de referencia de cerámica adecuado para el uso en el método de la
creación automática de la presente invención.
Sigue una descripción por medio de ejemplo
solamente con referencia a los dibujos anexos de formas de
realización de la presente invención:
En los dibujos:
La fig. 1 es una vista lateral esquemática del
equipo de visión mecánico conforme a la presente invención.
La fig. 2 es una vista del extremo esquemática
del equipo de visión mecánico conforme a la presente invención.
La fig. 3 es un gráfico que muestra una relación
ilustrativa no lineal entre los píxeles y la distancia real para una
cámara digital.
La solicitud de patente internacional n.º WO
2004/083834 A describe el equipo de visión mecánico para medir una o
más propiedades físicas de un artículo de fumar enrollado o de un
filtro tal como, por ejemplo, un cigarrillo 10. Como descrito
anteriormente, la presente invención se refiere a mejoras en o
relativas a tal equipo de visión mecánico, y por consiguiente, los
detalles completos de la construcción y de la operación del equipo
de visión mecánico no son repetidos aquí; en lo que sigue se
describe el equipo de visión mecánico solamente hasta tal punto que
es necesario para describir las mejoras proporcionadas por la
presente invención.
Así, como se describe en WO 2004/083834 A, el
equipo de visión mecánico comprende un sistema de visión (200)
comprendiendo una cámara digital de video infrarroja cerca (222) y
que tiene una parte del barril (224) que aloja una lente (no
mostrado) que define un primer eje óptico (230). El sistema de
visión (200) se conecta a un sistema de control de ordenador
adecuado (no mostrado) que incluye un dispositivo frame grabber
adaptado a recibir y capturar y señal de video de la cámara (222).
La parte del barril (224) es formada con un engranaje (no mostrado)
que es accionable por un motor de DC para ajustar automáticamente la
longitud focal de la cámara (222).
Conforme a la presente invención, dicha cámara
(222) es instalada en un carro (400) que comprende dos deslizaderas
dependientes (402) sustancialmente paralelas, (403) que son
adaptadas para enganchar respectivas barras paralelas espaciadas
(404), (405), para permitir el movimiento de translación horizontal
del carro (400) en una dirección sustancialmente ortogonal a dicho
primer eje óptico (230).
Distanciado de la cámara (222), el porte (400)
lleva una pieza vertical (211) de sección crosa generalmente
triangular con una cara inclinada (212). Dicha cara inclinada (212)
se alinea con el primer eje óptico (230), y subtiende un ángulo de
aproximadamente 45º hacia allí en un plano vertical, y se orienta
sustancialmente de forma ortogonal hacia el primer eje óptico (230)
en un plano horizontal; dicha cara inclinada (212) lleva un espejo
plano (214) para reflectar la luz en dicho primer eje óptico (230) a
través de 90º a un segundo eje óptico sustancialmente vertical
(260).
Yuxtapuesta dicha pieza vertical (211), el porte
(400) incluye un bloque de montaje (410) asegurado fijamente, como
se muestra de forma óptima en la fig. 2, a una transmisión por
correa (412) para impeler el carro (400) traduccionalmente a lo
largo de dichas barras (404, 405).
La transmisión por correa (412) comprende una
correa continua (413) que se extiende alrededor de dos rodillos
espaciados para (415, 416). Dicha transmisión por correa (412) se
conecta a un servomotor selectivamente operable (no mostrado) bajo
el control de dicho sistema de control del ordenador.
Con referencia a la fig. 2, dicho porte (400)
comprende además una abrazadera (230) en forma de una C alargada con
una parte superior (234) sustancialmente horizontal y definiendo un
receso (231) que está abierto a un extremo (233) sustancialmente en
línea con dicho segundo eje óptico (260). En su lado inferior, la
parte superior (234) lleva una luz infrarroja de fondo (252) que es
selectivamente operable para producir una un haz colimado de 3 mm de
ancho. Dicha luz de fondo (252) está sustancialmente alineada con el
segundo eje óptico (260).
Dentro de dicho receso (231), a dicho extremo
abierto (233), el soporte (230) soporta un miembro de plantilla
(240) sustancialmente horizontal, generalmente plano que tiene una
apertura (242) formada allí dentro en alineación con el segundo eje
óptico (260). Estando asegurado fijamente al soporte (230), el
elemento de plantilla (240) es movible con el porte (400), y lleva
dos difusas luces de lado infrarrojas (254) espaciadas lateralmente
que se colocan respectivamente en lados opuestos de la apertura
(242), oblicuamente respecto al segundo eje óptico (260). La luz
infrarroja de fondo (252) y las luces infrarrojas laterales (254)
son conectadas a una caja de control de la potencia (no mostrada)
que es adaptada para recibir señales de control desde dicho frame
grabber. Dichas luces laterales (254) pueden ser accionadas
independientemente de dicha luz de fondo (252), y sirven para
iluminar un espacio de objeto (250) definido por la parte superior
(234) de los soportes (230) y el miembro de plantilla (240) con la
difusa luz infrarroja.
Circumyacente a la luz de fondo (252), la parte
inferior de dicha parte superior (234) forma un fondo para el
espacio del objeto (250) y es uniformemente oscuro para dar un buen
contraste con un objeto cuya imagen tiene que ser tomada dentro de
dicho espacio del objeto (250).
Asegurados fijamente sobre el carro (400) están
dos pares opuestos de rodillos (310, 311, 312) que forman parte de
un sistema de transporte para un artículo de fumar enrollado o un
filtro 10 cuya imagen tiene que ser tomada usando el sistema de
visión (200). Cada par de rodillos (310, 311; 312) comprende dos
rodillos yuxtapuestos que definen una ranura superior
correspondiente, generalmente con forma de "V" (314) a
sustancialmente el mismo nivel que el elemento de la plantilla
(240). Los rodillos (310, 311, 312) son orientados sustancialmente
de forma paralela al primero eje óptico (230), sustancialmente de
forma ortogonal a la dirección del movimiento del porte (400), y son
colocados en los lados opuestos del elemento de la plantilla (240),
con sus ranuras correspondientes con forma de "V" (314) en
alineación.
Los rodillos (310, 311, 312) son configurados
para sostener de forma deslizante un artículo de fumar enrollado o
filtro, tal como un cigarrillo (10) como se muestra en las figuras 1
y 2. El sistema de transporte comprende un impulsor (no mostrado)
para empujar el cigarrillo (10) axialmente a lo largo de las ranuras
en forma de "V" (314) definidas por los pares respectivos de
rodillos (310, 311, 312), y los rodillos y el elemento de plantilla
(240) se colocan de modo que el cigarrillo pueda transferirse sin
problemas desde un par de rodillos (310, 311) al otro par (312) por
el elemento de plantilla (240). Los rodillos
(310-312) se conectan al sistema de control del
ordenador y se adaptan para girar alrededor de sus ejes respectivos
como se muestra en la fig. 1 de modo que el cigarrillo (10) gire
alrededor de su eje longitudinal (16) por las razones descritas en
WO 2004/083834 A.
Los rodillos (310-312) están
además configurados y dispuestos para definir un espacio entre cada
par de rodillos (310, 311, 312) y el lado respectivo del elemento de
la plantilla (240), de modo que después de la operación de la
transmisión por correa (412), el elemento de plantilla (240) pueda
ser retirado del espacio entre los dos pares opuestos de los
rodillos (310, 311, 312) sin interferencia y, después de la
inversión de la transmisión por correa (412), reinsertado en ese
espacio.
Instalada dentro de dicho receso (231) está una
placa fija (420) que tiene generalmente forma de U en vista en
planta. Dicha placa en forma de U (420) comprende dos brazos, uno de
los cuales (422) se muestra en la Fig. 2. Cada brazo (422) lleva en
su superficie superior una pluralidad de elementos de soporte
generalmente en forma de "V" (423). Cada elemento de soporte
(423) en un brazo (422) es alineado con un elemento del soporte
correspondiente (423) en el otro brazo de la placa en forma de U
(420). En la forma de realización mostrada en la fig. 2, cada brazo
(422) soporta tres elementos del soporte (423).
La placa en forma de U (420) se coloca de tal
manera que cuando la transmisión por correa (412) es accionada para
mover el porte (400), el segundo eje óptico 260 de la cámara (222)
atraviesa el espacio entre los dos brazos (422) de la placa de forma
nueva (420).
Los pares de los elementos de soporte (423) son
adaptados para sostener libremente los objetos de referencia (430)
respectivos de diferentes tamaños respectivos.
Cada objeto de referencia (430) es fabricado de
un material cerámico de alúmina de gran estabilidad dimensional, y
tiene una forma cilíndrica maquinada con precisión que tiene un
diámetro respectivo conocido con precisión. En la fig. 2, los tres
objetos de referencia (430) son de tres tamaños diferentes, es
decir, relativamente pequeños, relativamente grandes e intermedios.
Para fines de la ilustración, las diferencias de tamaño entre el
objeto de referencia (430) han sido exageradas extremadamente en la
fig. 2. En la práctica, los diámetros del objeto de referencia (430)
son seleccionados para proporcionar tres puntos de calibración para
calibrar el sistema de visión (200) como se describe con más detalle
abajo. Los diámetros se eligen para proporcionar puntos de
calibración en las extremidades superiores e inferiores y
sustancialmente en el centro de la gama prevista de diámetros
medidos del cigarrillo (10). Cinco diferentes objetos de referencia
(430) pueden ser proporcionados que tienen los diámetros
siguientes:
4,9 mm +/- 0,0025
mm
5,7 5mm +/- 0,00025
mm
6,6 mm +/- 0,00025
mm
7,45 mm +/- 0,00025
mm
8,3 mm +/- 0,00025
mm
Por seleccionar cualesquiera tres objetos
sucesivos (430) de lo anterior, los cinco objetos se puede utilizar
para proporcionar la calibración de tres puntos a través de tres
diferentes rangos de medida como se describe abajo.
Un material preferido para hacer los objetos de
referencia cilíndricos 430 es "Alsint 99,7" que está
comercialmente disponible de W Haldenwanger Technische Keramik GmbH
& Co KG, Alemania, y comprende aproximadamente el 99,7% en peso
de alúmina, siendo el resto principalmente óxido de magnesio.
Como mejor mostrado en la fig. 2, un cigarrillo
(10) soportado por los rodillos yuxtapuestos
(310-312) se sentará en las ranuras respectivas
(314) a una altura predeterminada sobre el espejo (214) y así a una
distancia óptica predeterminada desde la cámara (222). La distancia
del eje central 16 del cigarrillo (10) desde la cámara (222) variará
dependiendo del diámetro del cigarrillo (10). Para calibrar el
sistema de visión (200) con precisión, es deseable que los objetos
de referencia (430) deberían ser colocados con precisión a la misma
distancia de la cámara (222). Por consiguiente, los soportes en
forma de "V" (423) son formados para replicar la forma de las
ranuras (314) en los pares de rodillos respectivos (310, 311; 312),
de tal manera que un objeto de referencia (430) de cualquiera de los
diámetros mencionados se sentará en el receso en forma de "V"
(424) definido por los soportes (423) a la misma altura sobre el
espejo (214).
La operación del equipamiento de visión mecánico
conforme a la presente invención se describe ahora.
El sistema de visión (200) del equipo es
adaptado a formar una imagen digital del perfil de un artículo de
fumar enrollado o de un filtro, tal como un cigarrillo (10),
sostenido por los rodillos (310-312) y el elemento
de plantilla (240). Cuando el cigarrillo (10) es empujado de forma
deslizante a lo largo de las ranuras (314), la parte del cigarrillo
(10) cuya imagen está tomada es la parte que es visible a través de
la apertura (342) formada en el elemento de plantilla (240). De la
salida de video de la cámara (222) se realiza un muestreo por el
frame grabber y se procesa por el sistema de control del ordenador
conforme a las técnicas de bloque de visión estándar. Las luces
laterales (254) son accionadas según necesidad para encender el
cigarrillo (10) con la luz difusa contra el fondo uniformemente
oscuro formado en la cara inferior de la parte superior (234) del
soporte (230). La velocidad de obturación de la cámara (222) es
ajustada para proporcionar un buen contraste entre el cigarrillo
(10) y el fondo oscuro, sin exposición excesiva que puede dar lugar
a fenómenos indeseados de "empañamientos". Preferiblemente, la
cámara de video se acciona en el modo de campo, con su eje principal
orientado sustancialmente de forma ortogonal al eje menor del
cigarrillo (10) para aprovecharse de la resolución completa de la
cámara.
Para medir el diámetro (d) del cigarrillo (10),
por ejemplo, una imagen del perfil del cigarrillo (10) es procesada
por el sistema de control del ordenador para detectar en la imagen
los dos bordes paralelos opuestos del perfil. Como descrito
anteriormente, el software de toma de imágenes adecuado puede ser
ejecutado en el sistema de control del ordenador para analizar la
imagen usando algoritmos bien conocidos para detectar bordes.
Algoritmos de este tipo comprenden normalmente niveles de contraste
de medición para definir un punto en el que es definido un borde
como que está presente, siendo usada la longitud en píxeles a lo
largo del borde definido para determinar un borde contiguo y real, e
implicar consideraciones estadísticas para determinar la
probabilidad de que un borde detectado sea un borde real. Un borde
puede ser detectado por análisis de las proyecciones horizontales y
verticales de la región de la imagen como se describe, por ejemplo,
por Sonka, et al., 1999 Image Processing -, Analysis and
Machine Vision, segunda edición, página 256 (6.35), Pacific Grave:
PWS Publishing, ISBN
0-534-95393-X.
Para proporcionar una medición de distancia
precisa tal como, por ejemplo, el diámetro (d), es necesario que la
cámara (222) esté enfocada correctamente en el objeto de prueba en
el espacio del objeto (250), y para que el sistema de visión (200)
sea calibrado correctamente para convertir las distancias del píxel
en distancias reales.
Así para crear el equipo de visión mecánico
conforme a la presente invención, el sistema de control del
ordenador acciona la transmisión por correa (412) para mover el
porte (400) traslacionalmente de tal manera que el segundo eje
óptico (260) sea colocado directamente en alineación con uno de los
objetos de referencia (430) soportado por los elementos de soporte
en forma de "V" (423). Una parte del objeto de referencia
seleccionado (430) es visible a la cámara (222) a través del espacio
entre los dos brazos (422) de la placa en forma de U (420) y la
apertura (242). Para autoenfocar la cámara (222), se prefiere usar
el objeto de referencia medio (430). Bajo el control del sistema de
control del ordenador la longitud focal de la cámara (222) es
entonces ajustada progresivamente usando el motor de DC para
accionar el engranaje formado en la parte del barril (224) de la
cámara (222), y de la imagen del objeto de referencia (430) se
realiza un muestreo en serie para formar una serie de muestras de
imágenes. Las muestras de imágenes son después analizadas por el
sistema de control del ordenador usando los algoritmos de análisis
de imágenes del tipo referido anteriormente para determinar la
muestra de imagen, y así la posición de la parte del barril (224) de
la cámara (222), donde los bordes del perfil del objeto de
referencia (430) en la imagen están en el mejor enfoque. Después de
haber establecido la longitud focal correcta de la cámara (222) el
motor de DC es accionado otra vez para volver la parte del barril
(224) a la posición de enfoque correcta.
Todos los tres objetos de referencia (430) son
usados después para calibrar el sistema de visión (200), tomando a
su vez la imagen de cada uno de los tres objetos de referencia
(430). Así, la transmisión por correa (412) es accionada para mover
el porte (400) de tal manera que uno de los últimos objetos de
referencia (430) sea visible a la cámara (222). Con la cámara (222)
focalizada como se ha mencionado anteriormente, de la imagen del
perfil del objeto de referencia (430) que es visible a través de la
placa en forma de U (420) y la apertura (242) se realiza un muestreo
por el frame grabber, y la muestra de la imagen se procesa para
detectar los dos bordes rectos opuestos del perfil. La distancia
entre los dos bordes rectos es igual al diámetro del objeto de
referencia (430).
\newpage
Será apreciado que el perfil de cada objeto de
referencia corresponda a una sección transversal del objeto de
referencia (430) a través de su eje central (16). El sistema de
visión (200) también se enfoca, como se describe arriba, en el eje
central (16) del objeto de referencia medio (430), y por las razones
descritas anteriormente, los ejes centrales (16) de los otros dos
objetos referenciados son dispuestos a ligeramente diferentes
distancias ópticas de la cámara (222) de la distancia del eje
central del objeto de referencia medio (430). No obstante, estas
diferencias en la distancia están dentro de la tolerancia del
enfoque de la cámara (222), y no es necesario reenfocar la cámara
(222) en cada diferente objeto de referencia (430).
Después de medir el diámetro del último objeto
de referencia (430), la transmisión por correa (412) entonces se
acciona para llevar la cámara (222) en alineación con el objeto de
referencia medio (430), y se mide su diámetro. Finalmente, el
diámetro del otro último objeto de referencia (430) se determina
como se describe arriba.
Puesto que los diámetros respectivos de los tres
objetos de referencia (430) son conocidos con precisión, los
diámetros medidos pueden ser usados para generar una curva de
calibración de tres puntos como se la muestra en la Fig. 3 que es no
lineal debido a los efectos visuales bien conocidos asociados a las
cámaras digitales. Como se describe arriba, combinaciones de tres
objetos de referencia secuenciales (430) seleccionados a partir de
cinco objetos de referencia diferentes pueden ser usadas para
proporcionar calibraciones de tres puntos a través de tres rangos de
medida diferentes. En la Fig. 3, estos tres rangos son representados
por los símbolos o, O y \ding{61}.
La curva de calibración generada por el sistema
de control del ordenador se almacena en la memoria del ordenador, y
la transmisión por correa (412) es devuelta entonces a su posición
de inicio de tal manera que el elemento de plantilla (240) esté
dispuesto en el espacio interponiendo los extremos opuestos de los
pares de rodillos (310, 311, 312) como se describe arriba. El equipo
de visión mecánico conforme a la presente invención es creado
entonces para medir una o más propiedades físicas, particularmente
las dimensiones, incluyendo los diámetros, de los objetos de prueba
en el espacio del objeto 250 soportado por los rodillos (310, 311,
312) conforme a WO 2004/083834 A.
En el caso de que el sistema de enfoque o de
calibración de la visión (200) se desplazara durante el uso, el
sistema de control puede ser programado para interrumpir la prueba
de los objetos de prueba intermitentemente y para reenfocar y
recalibrar el sistema de visión (200) como se describe arriba.
La presente invención así proporciona mejoras en
o relativas al equipo de visión mecánico del tipo descrito en WO
2004/083834 A proporcionando la creación automatizada del enfoque y
de la calibración de la cámara (222) del sistema de visión usando
una pluralidad de objetos de referencia en la forma de barras
cilíndricas de cerámica fabricadas con precisión.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante ha sido recopilada exclusivamente para la información
del lector y no forma parte del documento de patente europea. La
misma ha sido confeccionada con la mayor diligencia; la OEP sin
embargo no asume responsabilidad por eventuales errores u
omisiones.
\bullet WO 2004083834 A [0002] [0003] [0008]
[0010] [0018] [0028] [0031] [0032] [0041] [0059] [0061]
\bullet GB 0306468 A [0002]
\bullet EP 0758742 A [0006]
\bullet EP 1028305 A [0006]
\bullet FR 2256394 A [0006]
\bulletSonka et al. Image
Processing. Analysis and Machine Vision PWS Publishing, 1999.
356- [0004]
\bulletSonka et al. Image
Processing, Analysis and Machine Vision PWS Publishing, 1999.
256- [0052]
Claims (22)
1. Equipo de visión mecánico para determinar una
o más propiedades físicas de un artículo de fumar enrollado o de un
filtro, incorporando el equipo medios de establecimiento automático,
y comprendiendo:
- \quad
- medios de toma de imágenes que comprenden una cámara (222) que definen un campo de vista y que se adaptan para formar una imagen de dicho artículo o de dicha varilla (10) dentro de cuyo campo de vista, y medios de procesamiento dispuestos a procesar dicha imagen para determinar una o más propiedades físicas de dicho artículo o varilla (10);
- \quad
- primeros medios de soporte (310, 311) para sostener dicho artículo o varilla dentro de dicho campo de vista a una distancia predeterminada desde dicha cámara;
- \quad
- segundos medios de soporte (312) para sostener un objeto de referencia (430) que tiene al menos una dimensión conocida con precisión;
- \quad
- medios de movimiento para mover selectivamente uno o más de la cámara (222), los primeros medios de soporte (310, 311), y los segundos medios de soporte (312) de forma que un objeto de referencia (430) colocado sobre los segundos medios de soporte (312) están dispuestos dentro del campo de vista de la cámara a dicha distancia predeterminada desde dicha cámara; medios de ajuste para ajustar automáticamente la configuración de los medios de imágenes; medios de determinación de la configuración óptima para determinar la configuración óptima de dichos medios de toma de imágenes por procesamiento de una o más imágenes de un objeto de referencia (430) colocado sobre los segundos medios de soporte (312); y medios de control para controlar la operación de dichos medios de movimiento, medios de toma de imágenes, medios de ajuste, y medios de determinación de la configuración óptima para llevar un objeto de referencia (430) soportado por dichos segundos medios de soporte (312) al campo de vista de la cámara, tomando la imagen de dicho objeto de referencia (430), determinando la configuración óptima de los medios de toma de imágenes, y ajusfando los medios de toma de imágenes a dicha configuración óptima.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Equipo de visión mecánico según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dichos
medios de determinación de la configuración óptima son adaptados
para determinar la configuración óptima de los medios de toma de
imágenes por procesamiento de una pluralidad de imágenes de dicho
objeto de referencia obtenido con dichos medios de toma de imágenes
en diferentes configuraciones respectivas, y dichos medios de
control son adaptados para controlar dichos medios de toma de
imágenes, medios de ajuste, y medios de determinación de la
configuración óptima para obtener y procesar imágenes en serie de
dichos medios del objeto de referencia mientras se ajusta
progresivamente la configuración de los medios de toma de imágenes,
y para determinar la configuración óptima basándose en dichas
imágenes en serie.
3. Equipo de visión mecánico según la
reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que dichos
medios de ajuste son adaptados para ajustar la longitud focal de la
cámara, dichos medios de determinación de la configuración óptima
comprenden los medios de determinación de la longitud focal óptima,
y dichos medios de control son adaptados para controlar los medios
de ajuste, medios de toma de imágenes, y medios de determinación de
la óptima longitud focal para obtener y procesar imágenes en serie
del objeto de referencia a diferentes longitudes focales
respectivas, y para determinar la longitud focal óptima en la que el
objeto de referencia está en el mejor enfoque, y para controlar los
medios de ajuste después de eso para ajustar la longitud focal de la
cámara a dicha longitud focal óptima.
4. Equipo de visión mecánico según la
reivindicación 1, la reivindicación 2, o la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que dichos segundos medios de
soporte son configurados para sostener un objeto de referencia que
tiene sustancialmente la misma forma y el mismo tamaño en
sustancialmente la misma orientación en dicho campo de vista que
dicho artículo o varilla.
5. Equipo de visión mecánico según cualquier
reivindicación precedente, caracterizado por el hecho de que
dicha cámara comprende una cámara digital que se adapta de dicha
imagen como una matriz regular de píxeles.
6. Equipo de visión mecánico según la
reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que dichos
medios de determinación de configuración comprenden medios de
determinación de la calibración que se adaptan para comparar un
valor real medido de dicha al menos una dimensión de dicho objeto de
referencia con dicho valor conocido con precisión, dichos medios de
ajuste son adaptados para ajustar la calibración de dichos medios de
toma de imágenes, y dichos medios de control son configurados para
controlar dichos medios de toma de imágenes, medios de determinación
de la calibración y medios de ajuste para medir al menos una
dimensión de dicho objeto de referencia para obtener un valor
medido, comparando dicho valor medido con el valor conocido con
precisión, y ajustando la calibración de los medios de toma de
imágenes por consiguiente de tal manera que el valor medido sea
igual al valor conocido.
7. Equipo de visión mecánico según la
reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que dichos
segundos medios de soporte son adaptados para sostener una
pluralidad de objetos de referencia, teniendo cada uno
sustancialmente la misma forma que dicho artículo o dicha varilla,
pero teniendo cada uno un diferente valor respectivo conocido con
precisión de dicha al menos una dimensión, dichos medios de
movimiento son adaptados para mover selectivamente la cámara, los
primeros medios de soporte y los segundos medios de soporte para
llevar cada objeto de referencia a su vez al campo de vista de la
cámara a dicha distancia predeterminada desde la cámara; y dichos
medios de determinación de la calibración son adaptados para
comparar el valor medido de dicha al menos una dimensión de cada
objeto de referencia con el valor respectivo conocido con precisión,
y para generar una curva de calibración para dichos medios de toma
de imágenes basándose en dichas comparaciones.
8. Equipo de visión mecánico según la
reivindicación 7, donde dichos segundos medios de soporte son
adaptados para sostener tres o más objetos de referencia.
9. Equipo de visión mecánico según la
reivindicación 8, donde cada objeto de referencia comprende una
barra cilíndrica de diámetro conocido con precisión.
10. Equipo de visión mecánico según la
reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que dichos
segundos medios de soporte comprenden al menos una agarradera para
sostener cada objeto de referencia, definiendo cada agarradera una
cavidad en forma de "V" que es configurada para recibir
transversalmente una barra de referencia cilíndrica a cierta
profundidad en la cavidad con independencia del diámetro de la
barra.
11. Equipo de visión mecánico según la
reivindicación 10, donde dichos segundos medios de soporte comprende
dos agarraderas para sostener cada objeto de referencia, una
agarradera en o hacia cada extremo de la barra respectiva.
12. Método para crear el equipo de visión
mecánico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11,
comprendiendo dicho método:
- \quad
- colocar un objeto de referencia (430) que tenga al menos una dimensión conocida con precisión en dichos segundos medios de soporte (312); mover selectivamente uno o más de dicha cámara (222), dichos primeros medios de soporte (310, 311) y dichos segundos medios de soporte (312), de tal manera que dicho objeto de referencia (430) se ponga en el campo de vista de la cámara a dicha distancia predeterminada desde dicha cámara (222); toma de dicho objeto de referencia (430) para obtener al menos una imagen, y procesar dicha al menos una imagen para determinar la configuración óptima de los medios de toma de imágenes; y después de eso ajustar la configuración de dichos medios de toma de imágenes a dicha configuración óptima.
13. Método según la reivindicación 12,
caracterizado por el hecho de obtener y procesar una serie de
imágenes de dicho objeto de referencia mientras se ajusta
progresivamente la configuración de los medios de toma de imágenes,
y determinando la configuración óptima basándose en dicha serie de
imágenes.
14. Método según la reivindicación 13,
caracterizado por el hecho de ajustar la longitud focal de la
cámara durante la obtención y procesamiento de imágenes en serie del
objeto de referencia para determinar la longitud focal óptima en la
que el objeto de referencia está en el mejor enfoque; y después de
eso ajustar la longitud focal de la cámara a dicha longitud focal
óptima.
15. Método según la reivindicación 14,
caracterizado por el hecho de colocar en dichos segundos
medios de soporte un objeto de referencia que tiene sustancialmente
la misma forma y el mismo tamaño en sustancialmente la misma
orientación en dicho campo de vista que dicho artículo o dicha
varilla.
16. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 15, caracterizado por el hecho de que
dicha cámara comprende una cámara digital que se adapta para formar
dicha imagen como una matriz regular de píxeles.
17. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 16, caracterizado por el hecho de
obtener una imagen de dicho objeto de referencia y medir dicha al
menos una dimensión, comparar el valor medido de dicha dimensión con
el valor conocido con precisión, y después de eso ajustar la
calibración de los medios de toma de imágenes de tal manera que el
valor medido sea sustancialmente igual al valor conocido.
18. Método según la reivindicación 17,
caracterizado por el hecho de sostener una pluralidad de
objetos de referencia en dichos segundos medios de soporte, teniendo
cada objeto de referencia sustancialmente la misma forma que dicho
artículo o varilla, pero teniendo cada uno un diferente valor
respectivo conocido con precisión de dicha al menos una dimensión,
mover selectivamente uno o más de la cámara, de los primeros medios
de soporte y de los segundos medios de soporte para llevar cada
objeto de referencia a su vez al campo de vista de la cámara a dicha
distancia predeterminada desde la cámara, comparar el valor medido
de dicha al menos una dimensión de cada objeto de referencia con el
respectivo valor conocido con precisión, y generar una curva de
calibración para dichos medios de toma de imágenes con base en
dichas comparaciones.
19. Método según la reivindicación 18,
caracterizado por el hecho de sostener tres objetos de
referencia en los segundos medio de soporte, y tomar la imagen de
estos objetos de referencia para producir una curva de calibración
basada en tres puntos.
20. Método según la reivindicación 19, donde
cada objeto de referencia comprende una barra cilíndrica de diámetro
conocido con precisión.
21. Método según la reivindicación 20
caracterizado por el hecho de sostener cada objeto de
referencia en al menos una agarradera respectiva, definiendo dicha
agarradera una cavidad en forma de "V" que se configura para
recibir una barra de referencia transversal cilíndrica en la misma
profundidad en la cavidad a pesar del diámetro de la barra.
22. Método según la reivindicación 21, donde
dichos segundos medios de soporte comprenden dos agarraderas para
sostener cada objeto de referencia, una agarradera en o hacia cada
extremo de la barra respectiva.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB0306467 | 2003-03-20 | ||
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