专利名称：识别透明容器、尤指饮料瓶的压花和/或标签的检验设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于识别透明容器，尤其是饮料瓶上的压花和/或标签的方法。
背景技术：
在饮料灌装程序中，瓶子上的标签和类似浮雕的印记，即所谓的压花通常需要尽 可能精确地互相对齐。众所周知，这是通过如下方式得以实现的，即在贴标签之前，将放置 在可旋转的中心设备上的已灌装完毕的瓶子带进规定的初始旋转位置中；这样，通过形成 在摄像机单元的前方的瓶子表面的展开示图，压花就得以定位。但是，瓶子在中心设备的对 准凸轮上的定位以及中心设备的驱动装置会造成不精确，从而也许不能以所需的精确度粘 贴单个标签。尽管已知的标签检验设备，就如那些在例如DE 20 2005 020 478 UU EP 0 872 724 A2和US 4，509，081中描述的，允许在入射光中进行标签的成像检查，但是那些反差 (contrast)相对小的压花是不能被这些设备可靠识别的。
发明内容
因此，需要一种紧凑的、有可能加以改型的检验设备，其能够用于识别标签和压花 并用于检查它们相对于彼此的位置。本发明的目的就是提供这样一种检验设备。这一目的是借助于这样一种检验设备得以实现的，这种设备包括摄像机，其用于 将待检查容器的压花和/或标签成像在摄像机图像中；以及透射光灯，其具有荧光屏，并用 于发送透射光通过压花。在透射光中，能够以特别高的对比度对压花成像。可单独地优化用于识别压花和 标签的照度，从而将有可能对摄像机图像进行特别精确且可靠的评估。优选地，在荧光屏的上面形成具有不同发光密度的区域。这就提高了摄像机图像 中在压花的浮雕结构处的对比度，即使该压花并不非常突出。根据特别有利的实施例，在不同发光密度的区域之间，发光密度是逐渐变化的。这 具有如下作用在没有浮雕结构的区域中的亮度差异能够非常容易地通过在评估过程中的 滤波而消除，因此，在摄像机图像中的浮雕结构能够更加可靠且更加精确地被定位。优选地，不同发光密度的区域布置成带状图案。这就允许在摄像机图像中产生尤 其明显的轮廓。根据特别有利的实施例，所述带状图案包括一到三个深色带。这尤其会提高对摄 像机图像中的特征的识别，例如，压花的字母的易读性。 优选地，荧光屏布置在容器的焦距之外，这样，容器相对于透射光起到了柱面透镜 的作用，并且，容器的焦线与荧光屏之间的距离最高相当于容器焦距的二倍。因此，尺寸相 对狭窄的灯就将足以提供透射光。所以，所述设备能够拥有非常紧凑的结构设计。
特别有利的实施例另外包括计算单元，以用于确定摄像机图像中的压花和标签的 位置。这就能够判断，经检查的瓶子是否满足质量要求或者是否需要将其从生产线去除。
根据优选实施例，所述检验设备另外包括入射光灯，以便利用入射光照亮标签。因 此标签能以特别高的对比度以及图像清晰度成像。根据优选实施例，入射光灯和/或透射光灯的亮度能够加以调节，从而使摄像机 图像中的压花和标签之间的亮度差异变得尽可能小。这将防止待识别的结构在摄像机图像 中被超速传动，或者防止其因过暗或反差不足而无法利用滤波和/或转换进行图像评估。本发明的基本目的另外通过以下方法实现，该方法包括发送透射光通过待检查 的容器的压花；并将待检查的容器的压花和/或标签成像在摄像机图像中。在透射光中，压花能够以特别高的对比度成像。可单独地优化用于识别压花和标 签的照度，从而将有可能对摄像机图像进行特别精确且可靠的评估。根据所述方法的优选实施例，使得透射光的色谱适应于容器和/或容器内容物的 光谱传输特性。这样就能够提高在摄像机图像中的压花的亮度。优选地，摄像机聚焦在容器的前方，而且摄像机的光圈被打开到使得对布置在容 器后侧的压花�：爻上裾庋某潭�。因此能够通过对图像数据进行滤波而去除后侧的压 花，所以，能够将它与容器前方的被清晰成像的压花区分开。根据尤其有益的实施例，透射光由荧光屏发出，该荧光屏被布置在容器的焦距之 外，这样，容器相对于透射光起到了柱面透镜的作用，并且容器的焦线与荧光屏之间的距离 最高相当于容器的焦距的二倍。因此，尺寸相对狭窄的灯就将足以提供透射光。所以，检验 设备可以设置为尤其紧凑的结构设计。根据优选实施例，所述方法另外包括以入射光照射标签的步骤。因此能以特别高 的对比度以及图像清晰度对标签成像。优选地，入射光和/或透射光的亮度被调节以使摄像机图像中的压花和标签之间 的亮度差异变得尽可能小。这将防止那些对于识别而言重要的图像在摄像机图像中被超速 传动或变得太暗。因而，在滤波和/或转换之后，关联的图像数据能够以合适的方式被评 估。
在附图中示出了本发明的优选实施例，其中图1示出了检验设备的示意性侧视图；图2示出了检验设备的示意性俯视图；以及图3示出了根据图1和图2的透射光灯的示意性正视图。
具体实施例方式如在图1和图2中能看到的那样，根据本发明的检验设备1包括用于对待检查的 透明的瓶子5进行成像的摄像机3，所述瓶子5设置有压花7和标签9 ；入射光灯11，其对 准标签9 ；透射光灯13，其在瓶子5和摄像机3的方向发出光线；以及计算单元15，其用于 评估摄像机3所拍摄的摄像机图像17。附图中另外示出了用于瓶子5的中心支架19，所述 支架在诸如传送卡盘或传送带的传送器件20上移动穿过摄像机3的成像区。图2以截面图示出了具有荧光屏21和光源23的透射光灯13。荧光屏21在其面 向瓶子5的一侧上包括诸如磨砂玻璃盘或半透明塑料板的漫射盘25，在其面向灯23的一侧
5上包括在其上印刷有染料29的薄板27，染料29在各部分上的印刷密度各不相同。为清楚 起见，染料29的层厚在图2中被高度夸大了 ；层厚大的区域对应于发光密度低的区域，反之 亦然。染料29的半透明度在水平方向上沿着荧光屏21重复地变化，从而就像在图3中能 够看到的那样，在荧光屏21上的水平方向上交替出现具有低发光密度的深色区31a与具有 高发光密度的明亮区31b。深色区31a的发光密度逐渐变化到明亮区31b的发光密度，反之 亦然。特别地，根据图3的平行立体图清楚地示出了不同发光密度的区域31a、31b在荧 光屏21上限定了带状图案(strip pattern) 31，带状图案31基本上垂直定向，也就是平行 于瓶子5的主轴。在使用这样的带状图案31时，在压花7上的较小的光线偏转将足以在摄像机图像 中产生定界清楚且对比度高因而能够被可靠识别的结构。相对于透射光的光路，瓶子5，尤其是瓶子5的圆柱体5a起到了双凸柱面透镜的 作用，该双凸柱面透镜的焦距可通过瓶子的内、外径计算出，也可通过瓶子5和瓶子内容物 6的折射指数计算出。中心支架19和透射光灯13被布置为使得瓶子5的焦线B与荧光屏 21之间的距离为柱面透镜5的焦距的0至2倍，优选的为焦距的0至1倍。这具有如下作 用，一方面，使得中心支架19与透射光灯13之间具有足够大的距离；另一方面，由于柱面透 镜的放大作用，具有相对狭窄的尺寸的透射光灯13将足以照亮瓶子5的整个宽度。但是， 取决于透射光灯13的设计，距离C也可以更大。同样地，透射光灯13可被布置在瓶子5的 焦距之内。但是，在种情况下，瓶子5起到了放大镜的作用，并且实际上仅对荧光屏21的一 部分成像。优选地，荧光屏21包括1到5个深色区31a ；根据本发明的特别有利的进一步改 进的方案，深色区31a的数量是3个。因此在压花7中的字母能够特别容易地被识别。当 图案31包括中心深色带31a时，那么在所成像的瓶子5上的亮度转变将特别有利于后续的 图像评估。但是，也能够想到使本设备具有更大数量的深色区31a。在荧光屏21上通常也可以设置其他的亮度分布，例如，基本水平定向的带状图案 31、检验板图案或者环形图案，从而使具有特殊形状的压花7能够以特别可靠的方式得以 识别。优选地，发光密度从区域31a到区域31b的逐渐转变对应于例如正弦曲线的波纹 图案，反之亦然。薄板27可以在其任意一侧或者在两侧上印刷染料29。同样地，可以使染料29成 为薄板27的一部分。也能够想到例如利用丝网印刷术将染料29直接涂覆在漫射盘25朝 向光源23的那一侧上。然而，薄板27的使用提供了这样的好处，即，能够易于代换不同的 带状图案31以便将检验设备1调整成与特殊的瓶子形状和/或瓶子表面上的结构相适应。当染料29首先具有光吸收作用时形成具有低发光密度的区域31a是适宜的。但 是，也可以利用荧光染料29形成具有高发光密度的区域31b。区域31a、31b也可以通过吸 收和/或荧光染料29的组合而形成。可选地，深色区和明亮区31a、31b也可以通过以不同的亮度照亮荧光屏21的不同 区域的方式来生成。为此，光源23可以被实施为LED矩阵，该矩阵的LED元件释放出密度 不同的光。取决于元件的数量和尺寸，所述元件将需要布置在距漫射盘25合适的距离上，从而限定出具有渐变亮度的平滑照射图案31。利用这种变例，在不改变本设备的情况下也 能产生不同的图案31。优选地，光源23是能够调节亮度和脉冲长度的脉冲式LED灯，或者能够调节闪光 持续时间的闪光灯。但是，其他类型的灯也是能够想象得到的。优选地，使得透射光灯13 的发射光谱适应于瓶子5和/或瓶子内容物6的吸收光谱，从而使光尽可能有效地透射通 过压花7并且在摄像机图像17中明亮地描绘压花。入射光灯11是能够调节亮度和脉冲长度的脉冲式LED灯或者能够调节闪光持续 时间的闪光灯。但是，其他类型的灯也是能够想象得到的。优选地，入射光灯11和透射光灯13的亮度和/或脉冲长度被调节成使得压花7和 标签9能够利用图案或符号识别的方式在相同的摄像机图像17中定位，也就是说，照射压 花7和标签9使得它们的亮度在摄像机图像17中尽可能相同或者处在能够被摄像机3分 辨的适当的动态范围内。例如，入射光灯11的这种亮度适配也可以通过在照射光路中的滤 光片来实现，例如中性滤光片。但是，应当根据能量的消耗量并考虑到在产品改变时的高灵 活性来选择对灯的亮度或脉冲长度进行直接调节。摄像机3聚焦在瓶子5的朝向摄像机3的前侧5b上并优选地通过打开限位器 (with the stop open)，也就是说以最小视场深度记录下所述前侧5b的图像。通过这种方 式就实现如下目的，即对位于瓶子5背向摄像机3的后侧5c上的压花7�：爻上癫⑶乙� 而能够使其与前侧5b上的压花7可靠地区分。�：上竦难够�7使得摄像机图像17中 的亮度发生轻微转变，这种图像在评估期间能够通过合适的滤波而从所述摄像机图像中去 除。因此能够识别出其上的标签9被错误粘贴从而相对于压花7偏转180°的瓶子5。在利用光圈适当减小的摄像机进行清晰成像的情况下，也可以选择以如下方式将 后侧的压花7识别出来该压花7通过瓶子5的柱面透镜效应被水平加宽并以横向反转的 方式成像在摄像机图像17中。计算单元15对摄像机图片17的评估是这样进行的，即利用边缘滤波器和/或带 通滤波器和/或傅里叶变换进行滤波，并随后进行图案或符号识别。在这一过程期间，透射 光灯13的图案31增加了压花7的被成像的突出部与下陷处之间的对比度，而在被成像的 瓶子5的剩余区域中，由于在明亮区和深色区31a、31b之间的亮度的渐变，图案31通过滤 波或变换被去除。这样就能够以高可靠性和精确性来定位压花7。检验设备1适于检查压花7的位置或者在瓶子5的预定旋转位置上检查标签9相 对于压花7的位置；在检验期间，瓶子5可以旋转或者保持静止。但是，在瓶子的旋转位置未知的情况下，也能够在透射光D中定位压花7和/或瓶 子5的磨纹(burr)，从而能够在将标签贴到瓶子上之前将瓶子移动到预定的旋转位置上。 在透射光D中进行的压花识别能够用作位置指示器以用于对齐磨纹、压花等，以便将来或 随后进行标签粘贴。在这种情况下可以去掉入射光灯11。为了对旋转的未贴标签的瓶子5进行这种检验，透射光灯13应具有更大的宽度， 因为要在不同的旋转位置上对在传送机构20上的移动经过透射光灯13的瓶子5拍摄大量 的摄像机图片17。在这种情况下，也有可能需要设置多个具有横向重叠的成像区的摄像机 3。尽管使用入射光灯11对标签9进行成像是有利的(由于这将使标签的照射变得明亮且可再现，从而能够缩短曝光时间)，但是原则上也能够不用上述入射灯11，而是借助 于例如背景光的其他光源对标签9进行成像。例如，瓶子5为由玻璃或PET制成的饮料瓶。但是，检验设备1能够用于检查具有 标签和压花的任何透明容器，即使相应的容器是空的。检验设备可按如下方式使用由贴有标签的瓶子5组成的产品流被传送器件20移动经过摄像机3的成像区。在 检验之前，瓶子5与中心支架19 一起被带入预定的旋转位置，从而使待检查的标签9对准 摄像机3。在检验期间，中心支架19可以旋转或者也可以保持静止。在摄像机3的成像区中， 标签9被例如闪光A的入射光灯11照射。同时，透射光灯13发射光线，优选地利用闪光D 从瓶子5背向摄像机的那一侧开始穿过瓶子5。摄像机3对在入射光A和透射光D中被照 亮的瓶子5进行拍摄并得到图像17，灯11、13的亮度和闪光持续时间彼此适应，从而使压 花7和标签9将以尽可能相同的亮度显示在摄像机图像17中。图像数据被传送到计算单 元15中，该计算单元利用滤波和/或傅里叶变换提取出适于位置识别的图案。由于透射光 D是由具有带状且渐变的亮度分布的荧光屏21生成的，因而简化了这一步骤并使其变得更 为精确。这提高了压花7的浮雕结构的对比度，并抑制了这些浮雕结构之外的区域中的噪 声。利用图形或符号识别，压花7和标签9的位置被探测到并被互相比较。如果压花7和 /或标签9并非落在预先确定的公差带中，就可将瓶子5从产品流中去除。
权利要求
一种用于识别透明容器(5)、尤其是饮料瓶上的压花(7)和/或标签(9)的检验设备(1)，其包括-摄像机(3)，其用于将待检查容器(5)的压花(7)和/或标签(9)成像在摄像机图像(17)中；以及-透射光灯(13)，其设置有荧光屏(21)，并用于发送透射光(D)通过压花(7)。
2.根据权利要求1所述的检验设备，其特征在于，所述荧光屏(21)上形成有具有不同 发光密度的区域(31a，31b)。
3.根据权利要求2所述的检验设备，其特征在于，在不同发光密度的区域(31a，31b)之 间，发光密度是逐渐改变的。
4.根据权利要求2或3所述的检验设备，其特征在于，所述不同发光密度的区域(31a， 31b)被布置为带状图案(31)。
5.根据权利要求4所述的检验设备，其特征在于，所述带状图案(31)包括1至3条深 色带(31a)。
6.根据前述权利要求中的至少一项所述的检验设备，其特征在于，所述荧光屏(21)布 置在所述容器(5)的焦距之外，从而使所述容器(5)相对于所述透射光(D)起到了柱面透 镜的作用，并且所述容器(5)的焦线与所述荧光屏(21)之间的距离(C)最大相当于所述容 器(5)的焦距的二倍。
7.根据前述权利要求中的至少一项所述的检验设备，进一步的特征在于用于确定所述 摄像机图像(17)中的所述压花(7)和/或所述标签(9)的位置的计算单元。
8.根据前述权利要求中的至少一项所述的检验设备，进一步的特征在于以入射光(A) 照射所述标签(9)的入射光灯(11)。
9.根据权利要求8所述的检验设备，其特征在于，所述入射光灯(11)和/或所述透射 光灯(13)的亮度能够被调节以使所述摄像机图像(17)中的所述压花(7)和所述标签(9) 之间的亮度差异变得尽可能小。
10.一种用于识别透明容器(5)、尤其是饮料瓶上的压花(7)和/或标签(9)的方法， 其包括a)将透射光(D)发送通过待检查的容器(5)的压花(7)；以及c)将待检查的所述容器(5)的所述压花(7)和/或所述标签(9)成像在摄像机图像 (17)中。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，使得所述透射光(D)的色谱适应于所述 容器(5)和/或所述容器的内容物(6)的光谱传输特性。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述摄像机(4)聚焦在所述容 器(5)的前侧(5b)，而且所述摄像机(3)的光圈被打开到使得布置在所述容器(5)的后侧 (5c)的压花(7)被�：爻上裾庋某潭�。
13.根据前述权利要求10至12中的至少一项所述的方法，其特征在于，所述透射光由 荧光屏(21)发出，所述荧光屏(21)布置在所述容器(5)的焦距之外，从而使所述容器(5) 相对于所述透射光⑶起到了柱面透镜的作用，并且使所述容器(5)的焦线⑶与所述荧 光屏(21)之间的距离(C)最大相当于所述容器(5)的焦距的二倍。
14.根据前述权利要求10至13中的至少一项所述的方法，进一步的特征在于以入射光2(A)照射所述标签(9)的步骤b)。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述入射光(A)和/或所述透射光(D) 的亮度能够被调节以使所述摄像机图像(17)中的所述压花(7)和所述标签(9)之间的亮度差异变得尽可能小。
全文摘要
本发明涉及用于识别透明容器、尤其是饮料瓶上的压花和/或标签的检验设备和方法。所述检验设备包括摄像机，其用于对待检查的容器的压花和/或标签进行成像；以及透射光灯，其设置有荧光屏，并用于发送透射光通过压花。这样，提供了一种用于识别标签和/或压花并用于检查它们的位置的紧凑的检验设备。
文档编号G01N21/88GK101887027SQ20101017822
公开日2010年11月17日 申请日期2010年5月11日 优先权日2009年5月12日
发明者雷纳·奎安特 申请人:克朗斯股份公司
专业数控铣床产品供应商
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