ITBO20100188A1 - Metodo per il controllo della qualita di confezioni di prodotti - Google Patents

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ITBO20100188A1
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Alberto Casagrande
Sergio Morelli
Mario Spatafora
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Gd Spa
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    • G—PHYSICS
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Description

Descrizione
METODO PER IL CONTROLLO DELLA QUALITA’ DI CONFEZIONI DI
PRODOTTI
Campo tecnico
La presente invenzione ha per oggetto un metodo per il controllo della qualità di confezioni di prodotti, in particolare pacchetti di sigarette e simili.
Arte nota
È nota, nel settore del confezionamento di prodotti mediante macchine automatiche, l'esigenza di controllare la rispondenza delle confezioni alle caratteristiche qualitative volute. In particolare, nel confezionamento delle sigarette è richiesto un grado molto elevato di accuratezza, non essendo in generale accettati dal mercato pacchetti con difetti anche minori. A tal fine sono stati sviluppati svariati sistemi di visione che consentono di controllare articoli o gruppi di articoli alimentati in successione nella macchina confezionatrice, in modo da scartare i prodotti eventualmente difettosi.
Attualmente le macchine confezionatrici automatiche hanno velocità operativa assai elevata, tale che sarebbe impossibile per l’occhio umano controllare ciascun articolo senza fermare la macchina. I sistemi di visione noti prevedono usualmente l’uso di telecamere o simili per registrare automaticamente immagini degli articoli da controllare. Le immagini registrate vengono analizzate tramite mezzi di elaborazione e gli articoli che non presentano i criteri di qualità necessari vengono successivamente scartati.
Ad esempio, il brevetto US 4,511,045 presenta un dispositivo di trasferimento e controllo di gruppi di sigarette, posizionato trasversalmente alla direzione di alimentazione dei prodotti da controllare, in cui sono previsti elementi di controllo costituiti da fotocellule miniaturizzate. Al passaggio di ogni gruppo di sigarette, gli elementi di controllo emettono un segnale conseguente all’esplorazione dello stesso gruppo di prodotti. Tali segnali, tradotti in forma logica da un primo blocco circuitale, confluiscono a un secondo blocco circuitale che, sincronizzato con segnali ciclici indicanti gli istanti in cui gli elementi di controllo esplorano il gruppo controllato, costituisce il comando di un dispositivo espulsore.
Una limitazione di tali sistemi di controllo consiste nel fatto che un corretto uso delle fotocellule dipende dalle condizioni di illuminazione degli articoli da controllare. Per ottenere immagini con una buona risoluzione le condizioni di illuminazione devono essere opportunamente ottimizzate.
Il brevetto GB 2 337 586 illustra a sua volta un dispositivo per controllare la qualità di pacchetti di sigarette in cui tali pacchetti di sigarette sono alimentati lungo un convogliatore e due telecamere controllano ciascuna tre facce di ciascun pacchetto. Ciascuna telecamera è provvista di una lampada orientata in modo da illuminare i pacchetti di sigarette da controllare.
Le soluzioni note non soddisfano pienamente le esigenze degli utilizzatori. In particolare, viene lamentato il fatto che il sistema di visione è in genere fortemente condizionato dal tipo di materiale costituente gli elementi da controllare, specialmente per quanto riguarda il suo colore e la superficie. È ben noto ad esempio che i pacchetti di sigarette sono normalmente costituiti da un primo involucro interno di materiale in foglio del tipo della stagnola, avvolto attorno a un gruppo di prodotti, e un secondo involucro esterno di materiale in foglio del tipo della carta o del cartoncino, posto attorno all’involucro interno e apribile alla sommità; i pacchetti sono inoltre usualmente avvolti da un film di avvolgimento esterno di materiale flessibile trasparente, del tipo del cellofan. L'involucro interno di stagnola è difficilmente controllabile perché presenta una superficie che riflette la luce. La riflessione provoca una saturazione della luce registrata dalle fotocellule e rende eventuali piccoli difetti praticamente invisibili tramite i sistemi di visione noti. Talora inoltre l'involucro interno di stagnola ha colore identico o molto simile a quello dell'involucro esterno, così da risultare praticamente indistinguibile nelle immagini riprese.
Un altro problema che si presenta nei sistemi di controllo noti è dato dal fatto che il materiale costituente gli involucri può cambiare a seconda delle diverse partite di prodotti da confezionare. Sarebbe pertanto necessario predisporre un sistema di visione adatto a ciascun specifico tipo di materiale, cosa evidentemente non possibile nella pratica. Tale soluzione richiederebbe infatti l’intervento, a ogni cambio di produzione, di tecnici specializzati per modificare il settaggio del sistema di visione.
Presentazione dell’invenzione
Il compito della presente invenzione è quello di risolvere i problemi citati, escogitando un metodo che consenta di controllare in maniera ottimale la qualità di confezioni di prodotti, in particolare pacchetti di sigarette e simili, potendo prescindere dal colore o dal tipo di superficie dei materiali delle confezioni.
Nell'ambito di tale compito, è ulteriore scopo della presente invenzione quello di escogitare un metodo in grado di fornire informazioni sulla struttura stessa delle confezioni da controllare.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo per attuare il metodo in oggetto presentante dimensioni ridotte in modo da essere integrato agevolmente nelle macchine automatiche di tipo noto.
Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo di controllo della qualità di semplice concezione costruttiva e funzionale, dotato di funzionamento sicuramente affidabile, di impiego versatile, nonché di costo relativamente economico.
Gli scopi citati vengono raggiunti, secondo la presente invenzione, dal metodo per il controllo della qualità di confezioni di prodotti secondo la rivendicazione 1. Secondo la presente invenzione, il metodo per il controllo della qualità di confezioni di prodotti prevede di alimentare le confezioni da controllare su un piano di avanzamento e di proiettare su detto piano di avanzamento una lama di luce coerente orientata in modo da intercettare lo stesso piano di avanzamento secondo una traccia trasversale alla direzione di alimentazione delle confezioni. Si provvede a rilevare mediante mezzi di registrazione, orientati verso la traccia di luce coerente, una pluralità di immagini in successione cronologica della confezione da controllare, in avanzamento attraverso la lama di luce coerente, in modo da ottenere una successione di immagini di detta traccia relative a una pluralità di zone della confezione. Si analizza, tramite mezzi di elaborazione associati ai mezzi di registrazione, detta pluralità di immagini in modo da ottenere corrispondenti informazioni strutturali della confezione Si ricostruisce infine su un dispositivo di visione una immagine della confezione sulla base di dette informazioni strutturali.
Breve descrizione dei disegni
I particolari dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata di una forma di esecuzione preferita di un dispositivo per il controllo della qualità di confezioni di prodotti, in particolare pacchetti di sigarette e simili, operante secondo il metodo oggetto della presente invenzione, illustrato a titolo indicativo negli uniti disegni, in cui:
la figura 1 mostra una vista schematica in prospettiva del dispositivo per il controllo della qualità di confezioni di prodotti, in particolare pacchetti di sigarette;
le figure 2a, 2b e 2c mostrano una vista laterale del dispositivo di controllo in diverse fasi operative;
le figure 3a, 3b e 3c mostrano un’immagine registrata rispettivamente durante le fasi operative delle figure 2a, 2b e 2c;
la figura 4 mostra una immagine registrata durante una fase di controllo;
la figura 5 mostra un esempio di segnale presente su una riga di pixel di una immagine registrata, rappresentante la luminosità misurata in funzione della posizione lungo la riga di pixel;
le figure 6a e 6b mostrano rispettivamente una elaborazione dei segnali registrati e un'immagine finale ottenuta mediante la stessa elaborazione;
le figure 7a e 7b mostrano rispettivamente una elaborazione dei segnali registrati in una diversa forma di applicazione del metodo in oggetto e una corrispondente immagine finale ottenuta mediante la stessa elaborazione.
Forme di realizzazione dell’invenzione
Con particolare riferimento a tali figure, si è indicato nell’insieme con 1 il dispositivo di rilevamento destinato al controllo della qualità di confezioni 2 di prodotti, ad esempio pacchetti di sigarette alimentati in successione su un piano di avanzamento 3 lungo un asse di alimentazione A.
Il dispositivo di rilevamento 1 comprende una unità 4 di emissione di luce che comprende a sua volta una sorgente 5 di luce coerente, preferibilmente una sorgente laser. La sorgente 5 di luce coerente è orientata in modo da emettere una lama 6 di luce coerente verso il piano di avanzamento 3 e in una direzione inclinata rispetto allo stesso piano di avanzamento 3. In particolare, la lama 6 di luce coerente è orientata in modo intercettare il piano di avanzamento 3 secondo una traccia 7 trasversale all’asse di alimentazione A delle confezioni 2 da controllare; la traccia 7 di luce coerente intercetta ovviamente anche le confezioni 2 alimentate su tale piano di avanzamento 3 (si veda in particolare fig.1).
Il dispositivo di rilevamento 1 comprende inoltre mezzi di registrazione 8 comprendenti preferibilmente una videocamera connessa in modo noto a mezzi di elaborazione, per semplicità non rappresentati, atti a ricevere e analizzare le immagini registrate dai mezzi di registrazione 8.
Preferibilmente i mezzi di registrazione 8 sono orientati ortogonalmente al piano di avanzamento 3 in corrispondenza della traccia 7 di luce coerente proiettata sullo stesso piano di avanzamento 3, in modo tale che la traccia 7 sia visibile sulle immagini registrate dai mezzi di registrazione 8. L’asse della videocamera forma pertanto un angolo acuto di opportuna ampiezza rispetto al piano di giacitura della lama 6 di luce coerente, come visibile nelle figure 2a, 2b e 2c. L’inclinazione della lama 6 di luce coerente rispetto all’asse dei mezzi di registrazione 8 consente di rilevare informazioni sulla struttura di oggetti tridimensionali alimentati attraverso la lama 6, come meglio precisato nel seguito.
Ovviamente è possibile prevedere alternativamente che la sorgente 5 di luce coerente sia orientata ortogonalmente al piano di avanzamento 3 e i mezzi di registrazione 8 siano invece opportunamente disposti in una direzione inclinata rispetto allo stesso piano di avanzamento 3. Anche in questo caso l’asse della videocamera forma un angolo acuto di opportuna ampiezza rispetto alla traccia della lama 6 di luce coerente.
Il metodo secondo la presente invenzione consente di rilevare una pluralità di immagini in successione cronologica della confezione 2 da controllare, mentre attraversa la lama 6 di luce coerente. Tale pluralità di immagini in successione cronologica consente di ricostruire un’immagine della confezione 2 da controllare.
In pratica, in assenza di oggetto, l'immagine registrata dai mezzi di registrazione 8 è costituita dalla traccia 7 di luce coerente che intercetta il piano di avanzamento 3, alla distanza massima dai suddetti mezzi di registrazione 8 (si vedano le figure 2a e 3a). Si osserva che la traccia 7 riprodotta è posizionata sostanzialmente in corrispondenza di un lato dell’immagine.
Quando un oggetto tridimensionale è alimentato attraverso la lama 6 di luce coerente, la traccia 7 di luce intercetta tale oggetto, avvicinandosi ai mezzi di registrazione 8 (si vedano le figure 2b e 3b). La linea riprodotta risulterà a sua volta spostata sul piano dell'immagine, ad esempio verso il centro di tale immagine.
Un avanzamento dell'oggetto, che determini una variazione della distanza fra la traccia 7 di luce che intercetta tale oggetto e i mezzi di registrazione 8, avrà come risultato un ulteriore spostamento della linea riprodotta sul piano dell'immagine (si vedano le figure 2c e 3c).
Per avere una precisione maggiore in fase di rilevamento, i mezzi di registrazione 8 sono posizionati in maniera tale per cui quando la lama 6 di luce coerente colpisce l’oggetto alla sua altezza maggiore (fig. 2c), la traccia 7 risulti posizionata in corrispondenza del lato dell’immagine opposto al lato in corrispondenza del quale era posizionata in assenza di oggetto (fig.3c).
Se la lama 6 di luce coerente è proiettata su una superficie piana, la traccia 7 risulta sostanzialmente rettilinea. Ovviamente, qualora l'oggetto presenti delle zone in rilevo, la traccia 7 di luce coerente che intercetta lo stesso oggetto risulta spezzata in una successione di segmenti diversamente posizionati sul piano dell'immagine a seconda della relativa distanza dai mezzi di rilevamento 5, come illustrato ad esempio in fig.4.
In alternativa, il metodo in oggetto consente di rilevare informazioni sul tipo di superficie controllata, in particolare sulla natura e sul colore. Ciascun tipo di materiale diffonde diversamente un raggio di luce che lo colpisce. Le differenze di assorbimento sono sostanzialmente dovute alla quantità di luce diffusa, che può essere ricavata dalla larghezza della traccia 7 su una immagine.
Il metodo per il controllo della qualità di confezioni di prodotti risulta facilmente comprensibile dalla descrizione che precede.
Le confezioni 2 da controllare, in particolare pacchetti di sigarette, sono alimentate in successione attraverso la lama 6 di luce coerente, alla velocità operativa imposta dalla macchina confezionatrice. Durante il passaggio di ogni singola confezione 2 attraverso la lama di luce 6, i mezzi di registrazione 8 registrano in successione cronologica una pluralità di immagini del tipo descritto in precedenza, cioè costituite ciascuna da una linea intera o spezzata diversamente posizionata a seconda della distanza dagli stessi mezzi di registrazione 8. A titolo esemplificativo, i mezzi di registrazione 8 possono essere predisposti per registrare una serie di immagini distanziate di 0,4 mm l'una dall'altra, secondo il verso di avanzamento della confezione; l’intervallo di distanza tra le immagini successive può comunque essere qualsiasi a seconda delle esigenze.
La serie di immagini registrate viene quindi analizzata da mezzi di elaborazione predisposti allo scopo. In particolare, i mezzi di elaborazione analizzano ciascuna riga di pixel perpendicolare alla traccia 7. Il segnale ottenuto per ciascuna riga di pixel è schematizzato in fig.5.
Preferibilmente, i mezzi di elaborazione citati determinano la posizione della traccia 7 di luce coerente nella riga di pixel analizzata, la traccia 7 essendo rappresentata dalla luminosità massima misurata. A ciascuna posizione della traccia 7 in una riga di pixel viene assegnato un livello di grigio (fig. 6a). Una volta analizzate tutte le immagini registrate dai mezzi di registrazione 8, i mezzi di elaborazione ricostruiscono una immagine finale in livelli di grigio della confezione 2 controllata, ciascun livello di grigio rappresentando una altezza diversa (fig.6b).
I mezzi di elaborazione possono anche determinare la quantità di luce coerente diffusa in ciascuna riga di pixel. Nel segnale misurato, la quantità di luce diffusa è proporzionale alla superficie della zona contenuta tra la curva della luminosità misurata e l’asse delle ascisse. Per ciascuna riga di pixel analizzata viene calcolato un valore della superficie della zona sopracitata, al quale viene assegnato un livello di grigio (fig. 7a). Una volta analizzate tutte le immagini registrate dai mezzi di registrazione 8, i mezzi di elaborazione ricostruiscono una immagine finale in livelli di grigio della confezione 2 controllata, ciascun livello di grigio rappresentando un tipo di materiale diverso e/o un colore diverso (fig.7b). Il metodo e il dispositivo in oggetto raggiungono pertanto lo scopo di operare in maniera ottimale il controllo della qualità delle confezioni indipendentemente dal colore o dal tipo di superficie delle confezioni stesse.
Tale risultato è ottenuto in particolare grazie all'idea inventiva di alimentare le confezioni 2 da controllare attraverso una lama 6 di luce coerente inclinata rispetto all’asse dei mezzi di registrazione 8 e di rilevare per passi le linee di intersezione della lama di luce con la confezione.
Una prerogativa del metodo in oggetto è costituita dal fatto che può essere operato mediante un dispositivo di rilevamento di dimensioni ridotte e quindi adattabile a qualsiasi tipo di macchina automatica. In pratica, il dispositivo descritto può essere utilizzato agevolmente sulle macchine confezionatrici note. Nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali impiegati, nonché la forma e le dimensioni, possono essere qualsiasi a seconda delle esigenze.
Laddove le caratteristiche tecniche menzionate in ogni rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni di riferimento sono stati inclusi al solo scopo di aumentare la comprensione delle rivendicazioni e di conseguenza essi non hanno alcun valore limitativo sullo scopo di ogni elemento identificato a titolo d’esempio da tali segni di riferimento.

Claims (9)

  1. Rivendicazioni 1) Metodo per il controllo della qualità di confezioni di prodotti, comprendente le fasi di a. alimentare una confezione (2) da controllare su un piano di avanzamento (3) secondo una direzione di alimentazione (A); b. proiettare su detto piano di avanzamento (3) una lama (6) di luce coerente orientata in modo da intercettare detto piano di avanzamento (3) secondo una traccia (7) trasversale a detta direzione di alimentazione (A) della detta confezione (2) da controllare; c. rilevare mediante mezzi di registrazione (8), orientati verso detta traccia (7) di luce coerente, una pluralità di immagini in successione cronologica di detta confezione (2) in avanzamento su detto piano (3), attraverso detta lama (6) di luce coerente, in modo da ottenere una successione di immagini di detta traccia (7) relative a una pluralità di zone di detta confezione (2); d. analizzare, tramite mezzi di elaborazione associati ai detti mezzi di registrazione (8), detta pluralità di immagini in successione cronologica in modo da ottenere corrispondenti informazioni strutturali di detta confezione (2); e. ricostruire su un dispositivo di visione una immagine di detta confezione (2) sulla base di dette informazioni strutturali.
  2. 2) Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che prevede di rilevare una differente distanza fra detta traccia (7) di luce coerente che intercetta detta confezione (2) in avanzamento su detto piano (3) e i detti mezzi di registrazione (8).
  3. 3) Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che prevede di ricostruire mediante i detti mezzi di elaborazione una immagine finale in livelli di grigio della detta confezione (2), ciascun livello di grigio rappresentando una detta differente distanza fra detta traccia (7) di luce coerente che intercetta detta confezione (2) in avanzamento su detto piano (3) e i detti mezzi di registrazione (8).
  4. 4) Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che prevede di ricostruire mediante i detti mezzi di elaborazione una immagine finale in livelli di grigio della detta confezione (2), ciascun livello di grigio rappresentando un tipo di materiale diverso e/o un colore diverso di detta confezione (2) rilevati dai detti mezzi di registrazione (8) in base alla quantità di luce coerente diffusa da detta confezione (2).
  5. 5) Dispositivo per il controllo della qualità di confezioni di prodotti, alimentate su un piano di avanzamento (3) secondo una direzione di alimentazione (A), caratterizzato dal fatto che comprende una sorgente (5) di luce coerente atta a proiettare una lama (6) di luce coerente su detto piano di avanzamento (3) in modo da intercettare detto piano di avanzamento (3) secondo una traccia (7) trasversale a detta direzione di alimentazione (A) della detta confezione (2) da controllare; mezzi di registrazione (8), orientati verso detta traccia (7) di luce coerente, atti a rilevare una pluralità di immagini in successione cronologica di detta confezione (2) in avanzamento su detto piano (3), attraverso detta lama (6) di luce coerente, in modo da ottenere una successione di immagini di detta traccia (7) relative a una pluralità di zone di detta confezione (2); mezzi di elaborazione associati a detti mezzi di registrazione (8) atti ad analizzare detta pluralità di immagini in successione cronologica in modo da ottenere corrispondenti informazioni strutturali di detta confezione (2).
  6. 6) Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di registrazione (8) sono orientati secondo un asse formante un angolo acuto di opportuna ampiezza rispetto al piano di giacitura di detta lama (6) di luce coerente.
  7. 7) Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di registrazione (8) sono orientati ortogonalmente al detto piano di avanzamento (3).
  8. 8) Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di elaborazione sono atti a ricostruire una immagine finale in livelli di grigio di detta confezione (2), ciascun livello di grigio rappresentando una differente distanza fra detta traccia (7) di luce coerente che intercetta detta confezione (2) in avanzamento su detto piano (3) e i detti mezzi di registrazione (8).
  9. 9) Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di elaborazione sono atti a ricostruire una immagine finale in livelli di grigio di detta confezione (2), ciascun livello di grigio rappresentando un tipo di materiale diverso e/o un colore diverso di detta confezione (2) rilevati dai detti mezzi di registrazione (8) in base alla quantità di luce coerente diffusa da detta confezione (2).
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