ES2973807T3 - Método y una máquina para comprobar la calidad de un producto - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para comprobar la calidad de un producto (1) que comprende al menos dos porciones de cartón (2) conectadas entre sí de manera que una ranura (10) se extiende entre las porciones de cartón desde un lado del producto (1). hacia el lado opuesto, esperándose que la ranura (10) se extienda perpendicularmente con respecto a un borde exterior del producto (1), que comprende los pasos de: - capturar una imagen 2D de la ranura (10) en un lado de la producto (1) y de la ranura en el lado opuesto del producto, - analizar las imágenes para reconocer la ranura (10), - comparar las posiciones de la ranura de un producto en los lados opuestos, - determinar si una diferencia entre las posiciones está o no dentro de un rango de tolerancia predefinido. La invención se refiere además a una máquina para comprobar la calidad de un producto (1) hecha de al menos dos porciones de cartón (2) conectadas entre sí de manera que una ranura (10) se extiende desde un lado del producto hasta el lado opuesto. se espera que la ranura se extienda perpendicularmente con respecto a un borde exterior del producto, la máquina comprende dos cámaras (304) adaptadas para capturar una imagen 2D en un área de apilamiento para apilar los productos, un módulo de procesamiento de imágenes (306) adaptado para reconocer en las imágenes capturadas la posición de la ranura en los dos lados del producto, y un módulo de determinación de desplazamiento (310) adaptado para determinar la cantidad de desplazamiento entre la posición de las ranuras en los lados opuestos del producto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método y una máquina para comprobar la calidad de un producto

La invención se refiere a un método y una máquina para comprobar la calidad de un producto que comprende al menos dos porciones de cartón conectadas entre sí de manera que una ranura se extiende entre las porciones de cartón desde un lado del producto hasta el lado opuesto, esperándose que la ranura se extienda perpendicularmente con respecto a un borde exterior del producto.

El producto puede ser, en particular, una caja plegable tal como una caja de embalaje. Durante la fabricación de las cajas, las porciones de cartón se pegan entre sí. Entre porciones de cartón adyacentes, se extiende transversalmente una ranura desde un lado de la caja hasta el lado opuesto.

Las porciones de cartón pueden ser porciones dispuestas de forma opuesta de un mismo elemento de cartón (si el elemento de cartón forma la pared de la caja en al menos una dirección circunferencial, de modo que las porciones dispuestas de forma opuesta queden próximas entre sí de manera que están separadas por la ranura), o bien las porciones de cartón son elementos de cartón independientes que están conectados entre sí para formar la caja.

Suponiendo que las porciones de cartón están pegadas entre sí correctamente, la ranura tiene una dimensión constante en toda la anchura. De lo contrario, las dimensiones cambian a lo largo de la anchura.

Por el documento WO 2016/096157 A1 se conoce cómo inspeccionar la anchura de la ranura. En términos generales, la anchura de la ranura se mide en los lados opuestos del producto. Si la anchura es (dentro de ciertas tolerancias) la misma y se encuentra dentro de un intervalo predefinido, entonces se considera que la calidad es buena.

Sin embargo, ha resultado que las porciones de cartón a veces no son perfectamente cuadradas. Así pues, es posible que la ranura se extienda oblicuamente o a lo largo de una trayectoria curva desde un lado de la caja al otro y tenga la misma anchura en los lados opuestos de la caja. Este tipo de defecto se denomina "problema de cuadratura", ya que es el resultado de que las porciones de cartón no sean cuadradas.

Al comprobar dicho producto con el dispositivo y método del documento WO2016/096157 A1, se observa que la caja está bien, aunque la ranura como tal no se ajusta a las expectativas de calidad.

Por lo tanto, el objeto de la invención es permitir detectar problemas de cuadratura.

El documento WO 2013/118080 divulga un método para detectar problemas de cuadratura mediante el uso de imágenes estereoscópicas. La cuadratura se estima a partir de la diferencia de profundidad de la caja en el punto de unión. En otras palabras, detecta un escalón a lo largo del borde de la caja. Requiere el uso de al menos dos cámaras para cada lado de la caja, y debido a la naturaleza inestable inherente a la imagen estereoscópica, este método puede sufrir problemas de fiabilidad.

Para lograr este objeto, la invención proporciona un método para comprobar la calidad de un producto que comprende al menos dos porciones de cartón conectadas entre sí de manera que una ranura se extiende entre las porciones de cartón desde un lado del producto hasta el lado opuesto, esperándose que la ranura se extienda perpendicularmente con respecto a un borde exterior del producto, que comprende las etapas de:

- capturar una imagen bidimensional (oimagen 2D)de la ranura en un lado del producto y de la ranura en el lado opuesto del producto,

- analizar las imágenes para reconocer la ranura,

- comparar las posiciones de la ranura de un producto en los lados opuestos,

- determinar si una diferencia entre las posiciones se encuentra o no dentro de un intervalo de tolerancia predefinido.

Por imagen bidimensional se entiende una imagen cuyos valores de píxeles representan uno o varios valores fotométricos. Por ejemplo, el píxel de imagen puede tener un valor de escala de grises (que da como resultado una imagen 2D en escala de grises) o tres valores que representan un canal rojo, uno azul y uno verde (dando como resultado una imagen 2D en color). Una imagen cuyos valores de píxeles representan la distancia entre la cámara y la parte de la escena relacionada con el píxel no se considera una imagen bidimensional. Preferentemente, se usa una imagen 2D en escala de grises.

Las posiciones se miden a lo largo de la dirección del borde exterior del producto. En este contexto, una posición es un número unidimensional. La imagen puede construirse de modo que esta dirección sea horizontal (de acuerdo con las coordenadas de la imagen) y, por lo tanto, la posición es la ubicación horizontal de la ranura.

La invención proporciona, además, una máquina para comprobar la calidad de un producto fabricado a partir de al menos dos porciones de cartón conectadas entre sí de manera que una ranura se extiende desde un lado del producto hasta el lado opuesto, esperándose que la ranura se extienda perpendicularmente con respecto a un borde exterior del producto, comprendiendo la máquina dos cámaras adaptadas para capturar una imagen 2D en un área de apilado para apilar los productos, un módulo de procesamiento de imágenes adaptado para reconocer en las imágenes capturadas la posición de la ranura en los dos lados del producto, y un módulo de determinación de desplazamiento adaptado para determinar la diferencia entre la posición de las ranuras en los lados opuestos del producto y adaptado para determinar si la diferencia entre las posiciones se encuentra o no dentro de un intervalo de tolerancia predefinido.

El principio subyacente de la invención es comprobar si la ranura está en la misma posición en los lados opuestos del producto. Si es así, entonces es una indicación de que no existe ningún problema de cuadratura. La ventaja principal del método y la máquina de acuerdo con la invención es que la determinación de la posición de las ranuras se puede hacer muy rápidamente sin mucho esfuerzo computacional. Además, el hardware de la máquina conocido a partir del documento WO 2016/096157 A1 se puede "actualizar" de modo que la ranura no solo se pueda inspeccionar con respecto a una anchura constante sino también con respecto a problemas de cuadratura. "Actualizar" aquí significa añadir capacidades de análisis adicionales a nivel de software; no se requiere hardware adicional.

De acuerdo con una realización de la invención, las imágenes 2D se capturan con dos cámaras, y cada cámara se asigna a un lado del producto a comprobar. El uso de una cámara 2D permite obtener imágenes de alta calidad a una alta frecuencia y con un volumen de datos bajo.

Se puede lograr un volumen de datos incluso más bajo si se usa una cámara 1D (cámara lineal) (o si solo se usa una única línea de una cámara 2D). Cuando se usa una cámara lineal, se puede obtener una imagen bidimensional al mover la cámara, como se explica más adelante en la descripción.

De acuerdo con una forma de realización preferida de la invención, las cámaras se calibran con la ayuda de un blanco de calibración. Al capturar las imágenes de las ranuras del blanco de calibración, se pone a disposición la posición precisa de las dos cámaras entre sí. Tras la etapa de calibración, se sabe en qué posición se "ven" las dos ranuras desde las cámaras para un producto que cumple perfectamente los requisitos de calidad.

El valor de calibración así obtenido puede almacenarse en una memoria dentro del módulo de determinación del desplazamiento o, en términos generales, dentro del control de la máquina. La calibración se repite cada cierto tiempo para garantizar que cualquier tolerancia que se produzca a lo largo del tiempo se reconozca y se tenga en cuenta adecuadamente al comprobar la calidad de los productos.

Preferentemente, las imágenes 2D se capturan para una pila de productos. De este modo, es muy convenientemente posible realizar el control de calidad cuando los productos no se mueven porque se han apilado. Asimismo, el pegamento de una caja plegada podría estar aún fresco al apilar los productos, causando posiblemente un ligero movimiento de las partes encoladas. El defecto resultante de este ligero movimiento se comprueba si el control de calidad se realiza sobre una pila de productos (es decir, después de la operación de apilado).

Para mantener el volumen de datos lo más pequeño posible, las imágenes 2D se capturan para una porción de los lados del producto que es una pequeña fracción de la longitud de los lados, preferentemente menos del 10 % de la longitud de los lados. Por lo tanto, el área "cubierta" por las cámaras se limita preferentemente al rango en el que las ranuras se ubican típicamente (o, si se captura una imagen más ancha, se limita electrónicamente a un área de interés más pequeña). Si las cámaras no detectan la ranura dentro de este rango, entonces cabe suponer que, de cualquier modo, el producto se va a rechazar.

De acuerdo con una realización de la invención, el centro de la ranura se determina durante la etapa de análisis de las imágenes para reconocer las ranuras. Resulta más cómodo comparar las posiciones de los dos centros que comparar, por ejemplo, los dos bordes exteriores de cada ranura.

La invención no se describirá con referencia a una realización mostrada en los dibujos adjuntos. En los dibujos,

- la Figura 1 muestra un ejemplo de un producto con un problema de cuadratura,

- la Figura 2 muestra esquemáticamente una máquina de acuerdo con la invención,

- la Figura 3 muestra esquemáticamente una de las cámaras usadas en la máquina de la Figura 2,

- la Figura 4 muestra esquemáticamente la cámara de la Figura 3 en una sección transversal,

- la Figura 5 muestra esquemáticamente las imágenes capturadas con la máquina de la Figura 2.

La Figura 1 muestra una caja plegable 1 que se usa aquí como un ejemplo del producto cuya calidad va a comprobarse. En la Figura 1, la caja 1 se muestra en el estado plegado, comprendiendo porciones de cartón 2 que están conectadas entre sí y solapas 4 conectadas a las porciones de cartón 2 por medio de pliegues 5. En este caso, las porciones de cartón 2 adyacentes se pegan entre sí con la ayuda de una lengüeta 6.

Entre las porciones de cartón 2 adyacentes hay una ranura 10. De manera ideal, la ranura se extiende perpendicularmente con respecto a los bordes exteriores de la caja plegable.

En la práctica, las porciones de cartón 2 a veces no son cuadradas, sino que tienen la forma que se muestra con una línea discontinua en la Figura 1. Esto se denomina "problema de cuadratura".

Se puede ver que la anchura de la ranura 10 es generalmente constante a lo largo de la anchura, lo que significa que la anchura W1, W2 que pueden medirse en los lados opuestos del producto es la misma. Por tanto, no se detecta ningún problema de calidad si la anchura de la ranura en los lados opuestos se compara entre sí (y si además la anchura como tal está dentro de un valor predefinido).

Para comparar la anchura de la ranura en los lados opuestos del producto, se conoce una máquina a partir del documento WO 2016/096157 A1, cuya divulgación queda incorporada en el presente documento por referencia.

La Figura 2 muestra una máquina 50 que se ajusta en gran medida a la máquina divulgada en el documento WO 2016/096157 A1, pero contiene algunas modificaciones.

La máquina 50 mostrada en la Figura 2 tiene la finalidad de fabricar cajas plegables 1 y comprende al menos:

-un dispositivo de encolado 52 configurado para aplicar cola a un área de encolado de cada caja plegable 1, -un dispositivo de plegado 54 configurado para plegar las porciones de cartón 2 para pegar un área a pegar sobre el área de encolado,

-un dispositivo de apilado 56 configurado para apilar las cajas plegables 1 en el estado plegado,

-un dispositivo de escuadrado 60 configurado para escuadrar las cajas plegables 1 para formar paquetes 301, - un dispositivo de transporte 58 configurado para colocar las cajas plegables 1 en el dispositivo de encolado 52, luego en el dispositivo de plegado 54 y, a continuación, en el dispositivo de apilado 56; en este caso, el dispositivo de transporte 58 es una cinta transportadora que proporciona un ratio de salida de la instalación igual a aproximadamente 1800 cajas plegables 1 por hora, y

- dos dispositivos de comprobación 300.

En este caso, los dispositivos de comprobación 300 se colocan aguas abajo del dispositivo de apilado 56 y del dispositivo de escuadrado 60. El dispositivo de encolado 52, el dispositivo de plegado 54, el dispositivo de apilado 56 y el dispositivo de escuadrado 60 se suceden desde el extremo aguas arriba hasta el extremo aguas abajo, en la dirección de circulación determinada por el dispositivo de transporte 58. Por lo tanto, cada dispositivo de comprobación 300 comprueba las cajas plegables 1 en los paquetes 301.

Adicionalmente, los dos dispositivos de comprobación 300 están dispuestos para formar imágenes respectivas de dos caras periféricas 312 del paquete. Esta disposición se puede usar para comprobar todas las ranuras de cada caja plegable 1 contenida en un paquete 301.

La construcción básica de cada uno de los dispositivos de comprobación 300 se muestra en las Figuras 3 y 4.

Cada dispositivo de comprobación comprende un sistema de iluminación 302 con dos fuentes de luz 302.1 y 302.2, un armazón 303, una cámara 304, un control de máquina indicado esquemáticamente 305 y un módulo de procesamiento de imágenes 306.

La cámara 304 es una cámara de exploración lineal. Una cámara de exploración lineal es una cámara en la que la parte fotosensible está compuesta por una línea de sensores (con una dimensión de 1 x n). Los sensores pueden ser sensores CCD ("dispositivo de carga acoplada") o sensores CMOS ("semiconductor complementario de óxido metálico"). La cámara 304 está configurada para recibir un haz óptico 304.4.

Cada dispositivo de comprobación 300 está formado por una única cámara 304. La cámara 304 tiene un dispositivo de corrección óptica 304.5 y un disipador de calor 304.6 configurado para enfriar la cámara 304 en uso.

Cada fuente de iluminación 302.1 y 302.2 está compuesta por diodos emisores de luz (LED) 302.5 dispuestos en una matriz rectangular. Cada fuente de iluminación 302.1 y 302.2 comprende un respectivo disipador de calor 302.6 y 302.7.

Además, el dispositivo de comprobación 300 comprende un espejo reflectante 308 dispuesto para reflejar la luz recibida de cada paquete de cajas plegables hacia la cámara 304. Este espejo reflectante 308 hace posible formar un dispositivo de comprobación 300 compacto. Cada fuente de iluminación 302.1 y 302.2 ilumina directamente cada paquete de cajas plegables a través de un orificio 309 formado en el armazón 303.

En la práctica, la imagen obtenida de una cámara 304 es una pequeña fracción de la longitud de los bordes exteriores de los productos 1. Cada imagen puede "cubrir" solo la pequeña región dentro de la cual suele estar dispuesta la ranura que se va a analizar, teniendo en cuenta las tolerancias normales. Al reducir la cobertura de la cámara 304, puede minimizarse la duración del procesamiento de imágenes.

En este caso, el dispositivo de comprobación 300 se coloca en línea; es decir, las comprobaciones se realizan cuando el dispositivo de transporte 58 lleva los paquetes 301 a una posición delante del dispositivo de comprobación 300. El dispositivo de transporte 58 está dispuesto para transportar los paquetes 301 en una dirección horizontal.

Para capturar las imágenes, el dispositivo de comprobación 300 se mueve verticalmente con respecto a los paquetes 301. Preferentemente, los dos dispositivos de comprobación 300 situados en los extremos opuestos de las cajas plegadas del paquete 301 se mueven simultáneamente, de modo que la parte delantera y trasera de una caja plegable se captan simultáneamente, asegurando que la caja no se ha movido entre capturas.

Con esta máquina, generalmente es posible comprobar si la anchura de las ranuras en los extremos opuestos de las cajas plegadas es la misma (dentro de un intervalo de tolerancia predefinido). En cuanto a los detalles de esta comprobación, se hace referencia al documento WO 2016/096157 A1.

Para identificar problemas de cuadratura, la máquina tiene un módulo de determinación de desplazamiento 310 que permite determinar si la ranura 10 "termina", en los lados opuestos, en la misma posición, como ocurre cuando las porciones de cartón 2 son cuadradas y la ranura se extiende perpendicularmente con respecto a los bordes exteriores del producto.

El módulo de determinación de desplazamiento 310 procesa las mismas imágenes que usa el módulo de procesamiento de imágenes 306. En una alternativa, el módulo de determinación de desplazamiento 310 está incorporado en el módulo de procesamiento de imágenes 306.

En términos generales, los problemas de cuadratura se detectan comparando las posiciones en las que una ranura particular es visible en los lados opuestos de un producto. Si la ranura termina en los lados opuestos en la misma posición (es decir: a lo largo de una línea perpendicular con respecto a los bordes exteriores del producto), entonces las porciones de cartón 2 son cuadradas y la calidad es buena.

Para determinar la posición de la ranura en los extremos opuestos del producto, se analizan las imágenes capturadas con las cámaras 304. En concreto, se determina la posición del centro de la ranura en los extremos opuestos.

En una etapa posterior, se comparan las posiciones de los centros, por ejemplo, restándolas entre sí. Si el resultado de la comparación está por debajo de un determinado umbral, entonces se considera que la calidad es buena (con respecto a un posible problema de cuadratura).

Para una determinación adecuada de los problemas de cuadratura, se lleva a cabo una etapa de calibración que permite que la máquina 50 aprenda la posición de las cámaras 304 situadas en lados opuestos de la pila. Suponiendo que las cámaras 304 están en la misma posición con respecto a la pila, la diferencia de las posiciones de los extremos de la ranura en el blanco de calibración es cero. Si las cámaras 304 están dispuestas con un ligero desplazamiento de la posición teórica, la comparación realizada por el módulo de determinación de desplazamiento da como resultado un determinado valor de calibración que puede almacenarse en una memoria 312. Por tanto, el módulo de determinación de desplazamiento 310 tiene en cuenta este desplazamiento cuando realiza las siguientes determinaciones de desplazamiento.

La Figura 5 muestra un ejemplo de las imágenes capturadas con las cámaras 304 en lados opuestos de la pila de productos 2 recogidos en un soporte S.

En el área I se muestra un ejemplo de las imágenes de un lado lateral de los productos (por ejemplo, el lado superior del producto mostrado en la Figura 1), y en el área II se muestran las imágenes correspondientes del lado opuesto del producto (en este caso, el lado inferior del producto mostrado en la Figura 1).

Para facilitar la consulta, los productos están etiquetados con números, empezando por 1 para el producto 2 más bajo. Además, aquí se representa una línea de referencia virtual R para cada una de las imágenes. Esta línea corresponde a la ubicación de las ranuras en los laterales del producto, determinada con un blanco de calibración.

En el primer producto 2, la ranura 10 termina en los lados opuestos en una ubicación casi perfecta. El centro de las aberturas de la ranura 10 en los dos lados del producto 2 es donde están las líneas de referencia R.

En el segundo producto, el centro de la ranura en un lado (zona I) está a la derecha de la línea de referencia R, mientras que el centro de la ranura en el otro lado (zona II) está a la izquierda de la línea de referencia R. Esto significa que el centro de la ranura está desplazado en ambos lados en la misma dirección (mirando la Figura 1: hacia la izquierda), de modo que se trata de saber si la diferencia de anchura de la ranura en los lados opuestos está dentro de un intervalo de tolerancia predefinido.

En el tercer producto 2, el centro de las ranuras está desplazado significativamente entre sí, ya que están dispuestas en lados opuestos de la línea de referencia *xR (hay que tener en cuenta que una de las imágenes está invertida al mostrarla lado a lado con la otra en la Figura 5). Por lo tanto, en el tercer producto existe un problema de cuadratura.

En el cuarto producto 2, la ranura 10 termina de nuevo en los lados opuestos en una ubicación casi perfecta. En el quinto producto 2 existe un problema de cuadratura.

De este modo, el control de la máquina puede comprobar muy rápidamente la calidad de los productos, no solo en lo que respecta a la anchura constante de las ranuras, sino también en lo que respecta a los problemas de cuadratura.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un método para comprobar la calidad de un producto (1) que comprende al menos dos porciones de cartón (2) conectadas entre sí de manera que una ranura (10) se extiende entre las porciones de cartón desde un lado del producto (1) hasta el lado opuesto, esperándose que la ranura (10) se extienda perpendicularmente con respecto a un borde exterior del producto (1), que comprende las etapas de:

- capturar una imagen bidimensional de la ranura (10) en un lado del producto (1) y de la ranura en el lado opuesto del producto,

- analizar las imágenes para reconocer la ranura (10),

caracterizado por queel método comprende

- comparar las posiciones de la ranura de un producto en los lados opuestos,

- medir cada una de las posiciones a lo largo del borde exterior del producto y expresarla como un número unidimensional,

- determinar si una diferencia entre las posiciones se encuentra o no dentro de un intervalo de tolerancia predefinido.

2. El método de la reivindicación 1, en donde las imágenes bidimensionales se capturan con dos cámaras (304), y cada cámara (304) se asigna a un lado del producto a comprobar.

3. El método de la reivindicación 2, en donde la cámara (304) es una cámara lineal.

4. El método de la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en donde las cámaras (304) se calibran con la ayuda de un blanco de calibración.

5. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las imágenes bidimensionales se capturan para una pila de productos.

6. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las imágenes bidimensionales se capturan para una porción de los lados del producto que es una pequeña fracción de la longitud de los lados, preferentemente menos del 10 % de la longitud de los lados.

7. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el centro de la ranura (10) se determina durante la etapa de análisis de las imágenes para reconocer las ranuras.

8. Una máquina para comprobar la calidad de un producto (1) fabricado de al menos dos porciones de cartón (2) conectadas entre sí de manera que una ranura (10) se extiende desde un lado del producto hasta el lado opuesto, esperándose que la ranura se extienda perpendicularmente con respecto a un borde exterior del producto, comprendiendo la máquina dos cámaras (304) adaptadas para capturar una imagen bidimensional en un área de apilado para apilar los productos,

caracterizada por quela máquina comprende

un módulo de procesamiento de imágenes (306) adaptado para reconocer en las imágenes capturadas la posición de la ranura en los dos lados del producto, medida a lo largo de la dirección del borde exterior en la imagen y expresada como un número unidimensional,

y un módulo de determinación de desplazamiento (310) adaptado para determinar la diferencia entre la posición de las ranuras en los lados opuestos del producto y adaptado para determinar si la diferencia entre las posiciones se encuentra o no dentro de un intervalo de tolerancia predefinido.

9. La máquina de la reivindicación 8, que comprende, además, una memoria que almacena datos de calibración, donde los datos se corresponden con la posición de una ranura colocada correctamente con respecto a las cámaras.