RU2142860C1

RU2142860C1 - Automatic checking and sorting machine

Info

Publication number: RU2142860C1
Application number: RU97115985A
Authority: RU
Inventors: А.С. Владимиров; В.Н. Руднев; Б.Б. Васильев; М.Н. Павлушкин; Э.Ф. Цветкова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Союзстекломаш"
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 1999-12-20

Abstract

FIELD: checking of geometric dimensions and defects such as erosion grids, chipping, cracks of glassware. SUBSTANCE: the machine has a bed, framework, rotary table with an electric motor, sprocket for feeding the test object from the conveyer belt, sprocket for returning the test object to the conveyer belt, TV cameras, data processor and a sorting device. The speed of the rotary table motor and the speed of the conveyer motor are automatically synchronized. The machine also has graduating sprockets. One of them through chain and gear drives is coupled with the sprocket for feeding the test object from the conveyer belt, and the other through chain and gear drives is coupled with sprocket for returning the test object to the conveyer belt. The TV cameras are located in such a way that their optical axes are shifted by 120 deg. relative to one another. Illuminators are installed opposite each TV camera. The illuminators comprise light-diffusing screen and matrices of light-emitting diodes. The height and width of the light-diffusing screens are selected proceeding from relation (0.2-0.8)L, where L - distance between the TV camera and light-diffusing screen. EFFECT: enhanced accuracy and quality of sorting. 7 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к стеклотарной, пищевой и фармацевтической промышленности, а именно к устройствам контроля геометрических размеров и дефектов типа посечек, сколов стеклоизделий (банок, бутылок и пр.). The invention relates to glass, food and pharmaceutical industries, and in particular to devices for controlling geometric dimensions and defects such as cuts, chips of glass products (cans, bottles, etc.).

Известно устройство автоматического контроля движущихся объектов, содержащее три видеокамеры (ТВ камеры) и систему управления. Отображение видеокамер сравнивается с пороговым значением эталона. Однако, данное устройство позволяет проводить фактически регистрацию только геометрических параметров и не позволяет производить отбраковку объектов контроля по внутренним дефектам, к которым относятся в частности посечки и сколы на венчиках стеклоизделий, и не осуществляет автоматическую отбраковку, т.к. движение объекта контроля не связано с результатами полученных изображений. Заявка N 59-246769, ИСМ N 6, стр. 8, выпуск 082 за 1996, МКИ G 01 B 11/24. A device for automatic control of moving objects, containing three cameras (TV cameras) and a control system. The display of the cameras is compared with the threshold value of the standard. However, this device allows you to actually register only geometric parameters and does not allow the rejection of inspection objects for internal defects, which include, in particular, cuts and chips on the corners of glassware, and does not automatically reject, because the movement of the control object is not associated with the results of the images obtained. Application N 59-246769, ISM N 6, p. 8, issue 082 for 1996, MKI G 01 B 11/24.

Наиболее близким к заявляемому устройству, выбранному в качестве прототипа, является "Контрольно-измерительный автомат" по заявке JP 1-291110A, 22.11.1989. Данное устройство содержит вращающийся стол с периодическим остановом, установленный соосно с ним дисковый стол, вращающий контролируемое изделие, ролики, зубчатую звездочку, обеспечивающую загрузку изделий на вращающийся стол, осветительные лампы, ТВ камеры, устройство обработки изображений, сортирующее устройство. Недостатком этого автомата является невысокая производительность, связанная с периодическим остановом вращающегося стола и дополнительным вращением контролируемого изделия. Closest to the claimed device, selected as a prototype, is the "Instrumentation" according to the application JP 1-291110A, 11/22/1989. This device contains a rotating table with periodic stop, a disk table installed coaxially with it, rotating a controlled product, rollers, a gear sprocket, which provides loading of products on a rotating table, lighting lamps, TV cameras, image processing device, sorting device. The disadvantage of this machine is the low productivity associated with the periodic stop of the rotating table and the additional rotation of the controlled product.

Заявляемое устройство решает задачу повышения производительности одновременного контроля как геометрических, так и механических дефектов (посечек, сколов, трещин) при обеспечении высокой точности и качества сортировки. Для этого конструкция сортировочного автомата движущихся объектов, включающая станину, каркас, вращающийся стол с электродвигателем, звездочку подачи объекта контроля с транспортерной ленты, звездочку возврата объекта контроля на транспортерную ленту, ТВ камеры, расположенные в зоне контроля, устройство обработки отображений и сортирующее устройство, причем скорость электродвигателя вращающегося стола и скорость электродвигателя транспортера автоматически синхронизированы, при этом контрольно-сортировочный автомат дополнительно содержит делительные звездочки, причем одна из них связана цепной и зубчатой передачами со звездочкой подачи объекта контроля с транспортерной ленты, а другая связана цепной и зубчатой передачами со звездочкой возврата объекта контроля на транспортерную ленту. Расположенные в зоне контроля три ТВ камеры размещены так, что оптические оси их смещены на 120^o относительно друг друга, и напротив каждой ТВ камеры установлены осветители, состоящие из светорассеивающих экранов и источников излучения, которыми являются матрицы из светодиодов, работающие в импульсном режиме и расположенные на фиксированном расстоянии от светорассеивающих экранов, причем высота и ширина светорассеивающих экранов выбирается из соотношения (0,2 - 0,8)L, где L -расстояние между ТВ камерой и светорассеивающим экраном. Передаточное отношение зубчатых и цепных передач между вращающимся столом, звездочками подачи и возврата и делительными звездочками подобраны таким образом, что стеклоизделия проходят зону контроля с определенной скоростью и интервалом, величины которых при определенной длительности экспозиции должны обеспечивать высокую точность измерений геометрических параметров и расположения дефектов. При изменении интервала между объектами контроля в меньшую сторону изображение двух разных объектов может одновременно попасть в обработку одного видеосигнала, что вызовет недостоверность контроля, увеличение же этого интервала понизит производительность. В результате синхронной работы автомата и транспортера стеклоизделие успевает пройти контроль и вернуться на транспортер, не нарушая его рабочего состояния. Количество и расположение ТВ камер под углом 120^o обеспечивает съемку стеклообъекта с разных ракурсов, что улучшает качество сортировки и точность контроля. Конструкция осветителя обеспечивает создание светящегося фона, на котором в ТВ камере получают изображение в виде контрастного контура. Контрастность контура обеспечивает его нахождение программой обработки изображений. Контрастный контур можно получить на фоне с равномерной освещенностью и яркостью. Равномерная освещенность экрана достигается за счет расположения матрицы из светодиодов на фиксированном расстоянии от экрана и выполнением экрана из молочного стекла. Неравномерность яркости фона по полю зрения ТВ камеры должна быть не более 15%, чтобы программа уверенно различала контуры изображения объекта контроля. Кроме того, необходимо обеспечивать локальную неравномерность яркости фона не более 2%, иначе программа будет воспринимать ее как наличие сколов. Для ослабления влияния общей и локальной неравномерности яркости осветители расположены на возможно большем расстоянии от объекта контроля вне зоны наводки на резкость объектива ТВ камеры, а размеры светорассеивающих экранов, высоту и ширину, выбирают в зависимости от расстояния L между ними и ТВ камерами из соотношения (0,2 - 0,8)L. В этом случае дефекты фона не фокусируются в объективе ТВ камеры в виде четких изображений и отличаются от изображений дефектов стеклообъектов. При изменении этих соотношений как в большую, так и в меньшую сторону не обеспечиваются требования по общей и локальной яркости фона светорассеивающих экранов, что приводит к неконтрастности изображения контура стеклоизделия и к невозможности проведения процесса контроля автоматом. Осветители работают в импульсном режиме. Длительностью свечения осветителей можно влиять на длительность экспозиции. Так как стеклоизделие движется в зоне контроля с некоторой скоростью, время подсветки должно быть таким, чтобы эта скорость не влияла на вид изображения и оно не было размытым. Автомат имеет регулируемые по высоте опоры и колеса для перемещения и снабжен съемным кожухом. Конструкция контрольно-сортировочного автомата представляет собой компактное, легко перевозимое и удобно монтируемое устройство, которое пристыковывается к транспортерной ленте. Колеса автомата устанавливаются и фиксируются по ходу желаемого перемещения.The inventive device solves the problem of increasing the productivity of simultaneous control of both geometric and mechanical defects (cuts, chips, cracks) while ensuring high accuracy and quality of sorting. For this purpose, the design of a sorting machine for moving objects, including a bed, a frame, a rotary table with an electric motor, an asterisk for supplying a control object from a conveyor belt, an asterisk for returning a control object to a conveyor belt, TV cameras located in the control zone, a display processing device and a sorting device, the speed of the rotary table motor and the speed of the conveyor motor are automatically synchronized, while the control and sorting machine is additionally contains dividing sprockets, one of which is connected by chain and gear transmissions to the feed star of the test object from the conveyor belt, and the other is connected by chain and gear gears with an asterisk to return the control object to the conveyor belt. Three TV cameras located in the control zone are placed so that their optical axes are offset by 120 ^° relative to each other, and illuminators consisting of light-scattering screens and radiation sources, which are matrixes of LEDs operating in a pulsed mode, are located opposite each TV camera at a fixed distance from the diffuser screens, and the height and width of the diffuser screens is selected from the ratio (0.2 - 0.8) L, where L is the distance between the TV camera and the diffuser screen. The gear ratio of gears and chain transmissions between the rotating table, feed and return sprockets and dividing sprockets are selected in such a way that the glass products pass the control zone at a certain speed and interval, the values of which, for a certain exposure time, should ensure high accuracy in measuring geometric parameters and the location of defects. When the interval between the objects of control is changed to a smaller side, the image of two different objects can simultaneously get into the processing of one video signal, which will cause unreliability of control, while increasing this interval will decrease performance. As a result of the synchronous operation of the machine and the conveyor, the glass product has time to pass control and return to the conveyor without disturbing its working condition. The number and location of TV cameras at an angle of 120 ^o provides for shooting a glass object from different angles, which improves the quality of sorting and accuracy of control. The design of the illuminator provides the creation of a luminous background, on which the image in the form of a contrasting contour is obtained in the TV camera. Contrast of the contour ensures its finding by the image processing program. A contrasting contour can be obtained against a background with uniform illumination and brightness. Uniform illumination of the screen is achieved due to the location of the matrix of LEDs at a fixed distance from the screen and the implementation of the screen of milk glass. The unevenness of the background brightness over the field of view of the TV camera should be no more than 15%, so that the program can confidently distinguish the contours of the image of the control object. In addition, it is necessary to ensure a local unevenness in the background brightness of no more than 2%, otherwise the program will perceive it as the presence of chips. To weaken the influence of general and local unevenness of brightness, the illuminators are located at the greatest possible distance from the control object outside the focus area on the sharpness of the TV camera lens, and the sizes of light-scattering screens, height and width, are selected depending on the distance L between them and TV cameras from the ratio (0 , 2 - 0.8) L. In this case, the background defects are not focused in the lens of the TV camera in the form of clear images and differ from the images of glass defects. When these ratios are changed, both up and down, the requirements for the total and local brightness of the background of light-scattering screens are not provided, which leads to a lack of image contrast of the glassware contour and to the inability to conduct the control process automatically. Illuminators operate in a pulsed mode. The duration of the glow of the illuminators can affect the duration of the exposure. Since the glass is moving in the control zone at a certain speed, the backlight time must be such that this speed does not affect the appearance of the image and it is not blurred. The machine has height-adjustable supports and wheels for movement and is equipped with a removable casing. The design of the control and sorting machine is a compact, easily transported and conveniently mounted device that attaches to the conveyor belt. The wheels of the machine are installed and fixed in the direction of the desired movement.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства. In FIG. 1 shows a General view of the device.

На фиг. 2 изображен вид устройства сверху. In FIG. 2 shows a top view of the device.

На фиг. 3 изображен вид на звездочку подачи снизу. In FIG. 3 shows a view of the feed sprocket from below.

Автомат состоит из каркаса 1, который установлен на станине 2 на регулируемых по высоте опорах 3 и колесах для перемещения 4; на станине установлен персональный компьютер (ПК) 5, дисплей 6, клавиатура 7, электродвигатель 8, редуктор 9, зубчатая передача 10, передающая вращение от электродвигателя 8 на ось 11 вращающегося стола 12, устройство сброса, состоящее из пневмораспределителя 13 и пневмотолкателя 14, пульт управления 15, автомат закрывается кожухом 16. На фиг. 2 показаны электродвигатель транспортера 17, лента транспортера 18 с установленными на ней стеклоизделиями 19, вращающийся стол 12 посредством цепной передачи 20 вращает звездочки подачи 21 и возврата 22, осуществляющие подачу стеклоизделий 19 с транспортерной ленты 18 в автомат для контроля и возврат их после сортировки, цепная 23 и зубчатая передача 24 передают вращение от звездочки подачи 21 на первую дополнительную звездочку 25, а цепная передача 26 и зубчатая передача 27 передают вращение на вторую дополнительную звездочку 28. В зоне контроля установлены три ТВ камеры 29, сдвинутые относительно друг друга на 120^o, напротив каждой ТВ камеры 29 установлены осветители 30; 31 - лоток для сброса бракованной продукции. Звездочка подачи 21 (см. фиг. 3) имеет зубья 32 с основаниями 33, с возможностью отклонения их в сторону, противоположную вращению звездочки подачи 21, на оси 34 и элемент возврата зубьев 32 в исходное положение за счет пружины 35, что смягчает захват стеклоизделия и препятствует их сколу. Автомат подкатывается к транспортеру. При помощи винтовых опор 3 выставляется высота по уровню транспортерной ленты 18 и он пристыковывается к транспортеру с помощью механического и электрокабельного соединения. Подключают пневмопитание к устройству сброса 13, 14. Включение электропитания приводит автомат контроля в состояние готовности. Проводят загрузку ПК 5 и включают кнопку пуска автомата. Автоматически синхронизируется скорость электродвигателя автомата 8 со скоростью электродвигателя транспортера 17, это предотвращает скопления стеклоизделий на входе в автомат. Перемещение вращающегося стола 12, звездочек подачи 21 и возврата 22 происходит от двигателя 8 через редуктор 9 и зубчатую передачу 10 на ось 11 вращающегося стола 12. Линейная скорость вращающегося стола 12 рассчитывается по формуле:
V_ст=V_к•L_ст/L_к
где: V_к - скорость конвейера;
L_к - расстояние между стеклоизделиями на конвейере;
L_ст - расстояние между стеклоизделиями на вращающемся столе.The machine consists of a frame 1, which is installed on the frame 2 on height-adjustable supports 3 and wheels for moving 4; a personal computer (PC) 5, display 6, keyboard 7, electric motor 8, gearbox 9, gear 10, transmitting rotation from the electric motor 8 to the axis 11 of the rotary table 12, a reset device consisting of a pneumatic distributor 13 and a pneumatic pusher 14, is installed on the bed control 15, the machine is closed by a casing 16. In FIG. 2 shows the electric motor of the conveyor 17, the conveyor belt 18 with glassware 19 mounted on it, the rotary table 12 by means of a chain drive 20 rotates the feed and return sprockets 21, which supply the glassware 19 from the conveyor belt 18 to the machine for control and return them after sorting, chain 23 and the gear 24 transmit the rotation from the feed sprocket 21 to the first additional sprocket 25, and the chain gear 26 and the gear 27 transmit the rotation to the second additional sprocket 28. In the control zone claimed three TV cameras 29, which are shifted relative to each other by 120 ^o, opposite each TV camera 29 installed illuminators 30; 31 - tray for dumping defective products. The feed sprocket 21 (see Fig. 3) has teeth 32 with bases 33, with the possibility of deflecting them in the direction opposite to the rotation of the feed sprocket 21, on the axis 34 and the tooth return element 32 to its original position due to the spring 35, which softens the glassware and prevents them from chipping. The machine rolls up to the conveyor. Using screw supports 3, the height is set according to the level of the conveyor belt 18 and it is docked to the conveyor using mechanical and electrical cable connections. Pneumatic supply is connected to the reset device 13, 14. Turning on the power leads the control unit to the ready state. They boot PC 5 and turn on the start button of the machine. The speed of the motor of the machine 8 is automatically synchronized with the speed of the motor of the conveyor 17, this prevents the accumulation of glass products at the entrance to the machine. The movement of the rotating table 12, the feed sprockets 21 and return 22 occurs from the engine 8 through the gearbox 9 and the gear 10 to the axis 11 of the rotating table 12. The linear speed of the rotating table 12 is calculated by the formula:
V _article = V _to • L _article / L _to
where: V _to - conveyor speed;
L _to - the distance between the glass products on the conveyor;
L _article - the distance between the glass products on a rotating table.

От оси 11 через цепную передачу 20 вращение передается на звездочки подачи 21 и возврата 22, а со звездочек подачи 21 и возврата 22 через цепную 23, 26 и зубчатые передачи 24, 27 на первую 25 и вторую 28 делительные звездочки соответственно. Звездочка 21 захватывает стеклоизделия 19 с транспортерной ленты 18 и подает их на первую делительную звездочку 25, она разгоняет их до скорости вращения вращающегося стола 12 и устанавливает на него стеклоизделия 19 с интервалом, достаточным для обеспечения временного цикла контроля. Контроль и регистрацию параметров стеклоизделия осуществляют три ТВ камеры 29, оси которых смещены относительно друг друга на 120^o. Каждая ТВ камера 29 строит свое изображение на фоне осветителя 30. Источником излучения осветителей 30 является матрица светодиодов, работающая в импульсном режиме, дающем равномерное освещение. При появлении стеклоизделия 19 в поле первого осветителя 30 происходит запись его изображения первой ТВ камерой 29 и обработка ее видеосигнала. Далее со сдвигом во времени происходит запись и обработка второго и третьего видеосигналов с ТВ камер 29. С таким же сдвигом срабатывают осветители 30, они включаются на время получения изображения в телевизионном кадре. Смещение стеклоизделия 19 за это время в зоне контроля практически не влияет на точность измерений, таким образом импульсное освещение помогает избежать размывания контура на изображении. Сигналы с ТВ камер 29 обрабатываются ПК 5, где они сравниваются с эталоном. В случае выхода контролируемых параметров за установленные допуска, зафиксированных хотя бы одной ТВ камерой, в момент появления бракованного изделия в зоне выбивания автоматически осуществляется запуск пневмораспределителя 13, импульс воздуха, подаваемый по шлангу, выбивает пневмотолкателем 14 бракованное изделие в лоток 31, а кондиционные изделия захватываются второй делительной звездочкой 28, которая замедляет его движение до скорости транспортера и звездочкой возврата 22 возвращает стеклоизделие обратно на транспортерную ленту. Например, при сортировке майонезных банок все три видеокамеры регистрировали их с временным сдвигом 20 мс, с таким же сдвигом срабатывали осветители. Длительность экспозиции не более 125 мкс. Измерение геометрических параметров и дефектов происходит в процессе движения стеклоизделия по конвейеру со скоростью порядка 350 мм/с, что приводит к смещению его примерно на 7,5 мм за время одного телевизионного кадра. Импульсный режим работы осветителей характеризуется временем свечения порядка 120 мкс. Экспериментально установлено, что смещение стеклоизделия за время подсветки, равное 120 мкс, составляет 0,035 мм и практически не влияет на точность измерения. Размеры светорассеивающего экрана 130х180 мм, расстояние от него до светодиодной матрицы 35 мм, а от него до ТВ камеры 320 мм. Благодаря безостановочному движению вращающегося стола контроль качества изделий происходит с высокой скоростью. Автомат обеспечивает контроль 150-ти и более стеклоизделий в минуту при непрерывной работе транспортера. Автоматическая синхронизация скорости электродвигателя со скоростью работы транспортера устраняет скопление стеклоизделий перед автоматом, обеспечивая надежную и бесперебойную работу всей системы. Автомат универсален, путем переналадки его можно использовать для контроля различных по диаметру и высоте стеклоизделий, а также осуществлять входной контроль стеклотары разливочных линий. Предложенный контрольно- сортировочный автомат легко отстыковывается от транспортера и откатывается для установки в другое место или для ремонта без остановки основного технологического оборудования.From the axis 11 through the chain gear 20, the rotation is transmitted to the feed sprockets 21 and return 22, and from the feed sprockets 21 and return 22 through the chain 23, 26 and gears 24, 27 to the first 25 and second 28 dividing sprockets, respectively. The sprocket 21 captures the glassware 19 from the conveyor belt 18 and feeds them to the first dividing sprocket 25, it accelerates them to the speed of rotation of the rotating table 12 and installs the glassware 19 on it with an interval sufficient to provide a time control cycle. Control and registration of glassware parameters is carried out by three TV cameras 29, the axes of which are offset by 120 ^o relative to each other. Each TV camera 29 builds its image on the background of the illuminator 30. The source of radiation of the illuminators 30 is a matrix of LEDs operating in a pulsed mode, giving uniform illumination. When the glassware 19 appears in the field of the first illuminator 30, its image is recorded by the first TV camera 29 and its video signal is processed. Then, with a time shift, the second and third video signals from the TV cameras 29 are recorded and processed. The illuminators 30 are triggered with the same shift, they are turned on for the duration of the image acquisition in the television frame. The displacement of the glass product 19 during this time in the control zone practically does not affect the accuracy of measurements, thus, pulsed lighting helps to avoid blurring the contour in the image. Signals from TV cameras 29 are processed by PC 5, where they are compared with a reference. If the controlled parameters go beyond the established tolerances recorded by at least one TV camera, at the time of the appearance of the defective product in the knockout zone, the air distributor 13 is automatically launched, the air pulse supplied through the hose pushes the defective product into the tray 31 with the pneumatic pusher 14, and the air-conditioned products are captured the second dividing asterisk 28, which slows down its movement to the speed of the conveyor and the return asterisk 22 returns the glass product back to the conveyor belt. For example, when sorting mayonnaise cans, all three video cameras recorded them with a time shift of 20 ms, illuminators worked with the same shift. The exposure time is not more than 125 μs. Measurement of geometric parameters and defects occurs during the movement of glassware along the conveyor at a speed of about 350 mm / s, which leads to its displacement by about 7.5 mm during one television frame. The pulse mode of operation of the illuminators is characterized by a luminescence time of the order of 120 μs. It has been experimentally established that the shift of the glass product during the illumination time of 120 μs is 0.035 mm and practically does not affect the measurement accuracy. The dimensions of the light-diffusing screen are 130x180 mm, the distance from it to the LED matrix is 35 mm, and from it to the TV camera 320 mm. Thanks to the non-stop movement of the rotating table, quality control of products occurs at high speed. The machine provides control of 150 or more glassware per minute during continuous operation of the conveyor. Automatic synchronization of the motor speed with the conveyor speed eliminates the accumulation of glass products in front of the machine, ensuring reliable and uninterrupted operation of the entire system. The machine is universal, through readjustment it can be used to control glassware of different diameters and heights, as well as carry out incoming inspection of glass containers of bottling lines. The proposed control and sorting machine is easily undocked from the conveyor and rolled away for installation in another place or for repair without stopping the main technological equipment.

Claims

1. A control and sorting machine, including a bed, a frame, a rotary table with an electric motor, an asterisk for supplying the object of control from the conveyor belt, an asterisk for returning the object of control to the conveyor belt, TV cameras located in the control zone, a display processing device and a sorting device, the speed the electric motor of the rotating table and the speed of the conveyor electric motor are automatically synchronized, characterized in that it additionally contains dividing stars, one of which linked chain and toothed gears with an asterisk supply control object from the conveyor belt and the other associated chain and toothed gears with an asterisk return control object on the conveyor belt located in the control zone three TV cameras are arranged so that optical axes thereof are shifted by 120 ^o with respect to each friend, and against each TV camera, illuminators are installed, consisting of light-scattering screens and radiation sources, which are matrix of LEDs operating in a pulsed mode and located on a fixed th e distance from the light diffusing screens, wherein the height and width of the light diffusing screen is selected from the relation (0,2 - 0,8) L, wherein L - the distance between the TV camera and the light diffusing screen.

2. The machine according to claim 1, characterized in that the interval of the location of the objects of control on a rotating table is at least two diameters of the object of control.

3. The machine according to claim 1, characterized in that the distance L is greater than the focal length of the TV camera.

4. The machine according to claim 1, characterized in that the light-scattering screens are made of milk glass.

5. The machine according to claim 1, characterized in that the fixed distance between the matrix of LEDs and the diffuser screen is selected from a range of 35-50 mm.

6. The machine according to claim 1, characterized in that it has height-adjustable supports and wheels for movement.

7. The machine according to claim 1, characterized in that it has a removable casing.