DE69413482T2

DE69413482T2 - Anordnung zur Kontrolle von Hohlglasbehältern

Info

Publication number: DE69413482T2
Application number: DE69413482T
Authority: DE
Inventors: Leo B. Horsehads New York 14845 Baldwin
Original assignee: Emhart Glass Machinery Investments Inc
Current assignee: Emhart Glass SA
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1994-08-22
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: EP0642014A1; US5354984A; JPH07110326A; DE69413482D1; EP0642014B1; ES2124374T3

Description

Anordnung zur Kontrolle von Hohlglasbehältern

Die vorliegende Erfindung betrifft das Prüfen von zylindrischen Hohlglasbehältern auf Maßabweichungen sowie Form- und andere Fehler.
Glasbehälter werden herkömmlicherweise in IS-Maschinen aus diskreten Tropfen aus Glasschmelze hergestellt. Jeder Tropfen wird zunächst in einer Rohlingsform aus gegenüberliegenden Formhälften zu einem Vorformling (Külbel) umgeformt, der dann in einer Blasform ebenfalls aus gegenüberliegenden Formhälften zum Behälter fertiggeblasen wird. Der Behälter sollte eine Sollgestalt (Querschnitt) aufweisen. Ist die Gesamtabweichung von der Sollgestalt zu groß, sollte der Behälter ausgeworfen werden. Wo die gegenüberliegenden Formhälften der Blasform zusammentreffen, bildet sich eine Flaschennaht aus, die gewöhnlich am fertigen Behälter sichtbar ist. Diese Naht (eine örtliche Variation) kann unannehmbar wahrnehmbar sein oder es kann sich an der Naht ein dünner Grat aus Glas bilden, der die gesamte Naht oder einen Teil derselben entlangverläuft. In beiden Fällen sollte der Behälter bei der Prüfung ausgeworfen werden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Algorithmus für die Prüfung der Außenmaße von Glasflaschen anzugeben.
Bei der Erfindung handelt es sich allgemein um eine Maschine zum Prüfen des Umfangs eines vertikal stehenden Behälters, die
eine Einrichtung zum Führen eines vertikal stehenden Behälters durch eine Prüfstation, die
eine Einrichtung, die einen Strahl kollimiertes Licht vertikal abwärts zum Behälter richtet, wobei die Strahlgestalt so gewählt ist, daß bei in der Prüfstation befindlichem Behälter die Strahlaußenfläche vom Behälterumfang beabstandet liegt,
eine 2-dimensionale Kameraeinrichtung zum axialen Betrachten des Profils der vertikalen Projektion eines Behälters in der Prüfstation sowie eine
Bildverarbeitungseinrichtung enthält, die den Umfang des von der 2-dimensionalen Kamera betrachteten Profils auswertet, wobei weiterhin die Bildverarbeitungseinrichtung
eine Einrichtung, mit der der Mittelpunkt des erfaßten Bildes definierbar ist, und
eine Einrichtung zur Abbildung des Mantels des erfaßten Bildes in mindestens einen 2-dimensionalen rechteckigen Bereich aufweist, den eine gedachte Linie halbiert, die den Umfang eines idealen Behälters in der Vertikalprojektion darstellt.
Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem folgenden Teil dieser Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, die gem. den patentrechtlichen Bestimmungen eine derzeit bevorzugte, die Prinzipien der Erfindung verkörpernde Ausführungsform zeigen.
Fig. 1 ist eine schaubildliche Darstellung einer herkömmlichen Maschine zum Prüfen des Umfangs (der Gestalt) eines zylindrischen Glasbehälters;
Fig. 2 ist in Flußdiagramm des Prüfalgorithmus;
Fig. 3 zeigt die Flasche der Fig. 1, wie die Kamera sie sieht;
Fig. 4 zeigt an einer Darstellung ähnlich der Fig. 3 das Ermitteln des Bildmittelpunkts; und
Fig. 5-9 zeigen Bilder zu den anderen Schritten des Algorithmus.
Die Prüfmaschine hat einen Förderer 10, dem eine (nicht gezeigte) Einrichtung die Behälter 12 zuführt. Jeder Behälter hat eine zylindrische (bspw. kreisrunde oder elliptische) Gestalt 13, die vertikal vom Behälterboden vertikal aufwärts zum Halsbereich 14 (die Flaschenachse liegt vertikal) verläuft. Der Förderer läuft stetig durch und führt dabei den Behälter zu der dargestellten Prüfstation, in der kollimiertes Licht 16 vertikal abwärts auf den Behälter fällt. Eine Fresnel-Linse 20 empfängt disperses Licht 19 aus einer Kurzbogen- Blitzröhre 18 und bildet daraus einen kollimierten Lichtstrahl 16. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, ist die Ausleuchtfläche des kollimierten Strahls auf dem Förderer so gewählt, daß jede durchlaufende Flasche von einem ringförmigen Lichtband eingefaßt wird.
Der Förderer ist ein einteilig nahtlos aus transparentem Urethan gegossenes Band, das ein Antrieb 22 antreibt. Es wird von einer Metallplatte 23 getragen, die mit Teflon® 24 beschichtet ist. Bündig mit der Bandoberfläche abschließend ist in einer Öffnung 26 eine Streuplatte 28 befestigt. Eine 2-dimensionale Kamera 30 "sieht" vertikal aufwärts und erfaßt dabei durch die Streuplatte das Profil der vertikale Projektion des Behälters, wobei den Ausleuchtbereich des kollimierten Lichts sieht. Das erfaßte Bild wird von einem Bildverarbeitungsrechner 32 ausgewertet. Ein solcher Bildverarbeitungsrechner wertet die Gestalt oder den Umfang (Umriß, Mantel, Außenkante, Kante) des Flaschenbildes aus, das der kollimierte Lichtstrahl auf die Streufläche wirft, wie in der Fig. 2 gezeigt, und ermittelt dabei das Vorhandensein eines dünnen Grats 34 (Fig. 2) oder einer unannehmbar unrunden Gestalt. Der Rechner kann daraufhin ein Signal abgeben, mit dem die Flasche ggf. ausgeworfen wird. Der geprüfte Behälter verläßt dann den Förderer und wird von weiteren Anlagenteilen (nicht gezeigt) weiterbehandelt.
Die Fig. 2 ist ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Algorithmus. Der erste Block ("Bild erfassen") wird von Fig. 3 dargestellt, bei der es sich um das Bild der Flasche auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre (das im Speicher der digitalen Bildverarbeitungseinrichtung abgelegte Bild) handelt. Der nächste Schritt ist, den Mittelpunkt dieses Bildes zu finden. Wie die Fig. 4 zeigt, wird das Bild mit x- und y-Sehnen abgetastet, um den Übergangspunkt (den Ort, wo das Helligkeit auf Dunkelheit übergeht, was die Bildkante bezeichnet) und dann den komplementären Übergangspunkt (den Ort, wo die Dunkelheit auf Helligkeit übergeht, was die andere Bildkante bezeichnet) zu bestimmen. Die räumliche Auflösung des gepeicherten Bildes ist hoch genug, um die erforderliche Meßgenauigkeit und eine ausreichende Amplitudenauflösung und damit zu gewährleisten, daß das projizierte Bild von seinem Hintergrund unterscheidbar ist. Aus diesen beiden Punkten lassen sich ein x-Mitte- und ein y-Mitte-Ort (der Mittelpunkt x, y) bestimmen (schlechte Daten sind nach einem "Voting"-Verfahren eliminierbar). Dieser Mittelpunkt läßt sich auch annehmen oder nach anderen Verfahren - bspw. mit einem "Bounding box"-Verfahren - bestimmen. Ist das Bild unrund (bspw. elliptisch), wird auch die Orientierung ermittelt.
Ein Bereich, der Umriß des Bildes enthält, wird dann, wie in Fig. 5 gezeigt, in einen anderen digitalen Speicherbereich so abgebildet, daß die ideale Flaschenmantellinie auf einem oder mehreren gradlinigen Segmenten (eine Funktion der Umfangslänge) liegen würde. Hierzu ist jedes Bildverarbeitungssystem geeignet, das eine Bildpunkt-Umordnungs- bzw. Verzerrungseinrichtung für räumliche Transformationen enthält; das Abbilden kann auch durch Software geschehen. Im Fall des dargestellten Bildes für eine nominell runde Flasche ist diese Fläche ringförmig mit einem kleinen Radius, der etwas kleiner als der Radius des Projektionsbildes der Flasche ist, und einem etwas größeren großen Radius. Die Gestalt der umzubildenden Fläche im Quellbild ist immer für die Gestalt der Flasche in ihrer Vertikalprojektion repräsentativ, während die Gestalt der Fläche, die sich beim Abbilden ergibt, immer aus einem oder mehreren Rechtecken besteht, die entlang einer Achse durch die (gedachte) Gerade halbiert wird, die in der Vertikalprojektion den Umfang der idealen Flasche darstellt. Im allgemeinen bleiben beim Abbilden der Bildpunktbereich in der Quellbildfläche sowie der allgemeine räumliche Zusammenhang zwischen den Bildern erhalten. Dieser Vorgang ist auch als Verzug (engl. "warping") des Bildes bekannt; es handelt sich um eine Realisierung des als "konforme Abbildung" bekannten geometrischen Prozesses, die sich mit oder ohne Interpolation durchführen läßt.
Die Darstellung des Umfangs des Flaschenbildes in der vertikalen Projektion in Form eines 2-dimensionalen Feldes wird danach in einem als "Dichteprojektion" bezeichneten schritt zu einem 1-dimensionalen Feld reduziert. Im vorliegenden Beispiel ist die Kante des Flaschenbildes als Vielzahl von waagerechten Bildern abgebilde worden. Durch vertikale Summierung entlang der Bildpunktspalten läßt dieses 2-dimensionale sich zu einem 1- dimensionalen Zahlenfeld (Fig. 6) reduzieren, indem jede Zahl den örtlichen radialen Abstand (in Bildpunkten gemessen) von der inneren Grenzlinie des Quellbereichs im Abbildungsvorgang darstellt. Wäre die Flaschenkontur zu einer Vielzahl vertikale Rechtecke abgebildet worden, würde man diese waagerecht entlang der Bildpunktreihen summieren; der Vorgang wäre äquivalent.
Im nächsten Schritt (Grenzwertprüfung) werden die 1-dimensionalen Zahlenfelder daraufhin geprüft, daß sie innerhalb der von der Bedienungsperson direkt oder indirekt eingegebenen Grenzen liegen. Im allgemeinen wird diese Grenze von der Bedienungsperson indirekt als das akzeptable Höchst- und Mindestmaß der Flasche in der Vertikalprojektion eingegeben, wie man sie aus einer Blaupause der Flasche in ihrer Vertikalprojektion entnehmen kann. Die Rechenvorrichtung wird in diesem Fall beim Einrichten (und unter Berücksichtigung anderer Faktoren wie Bildpunkte, Abmessungen und optischer Vergrößerungsgrad) diese Maßtoleranzen in die oberen und unteren Grenzwerte umwandeln, die zum Ausfiltern nicht akzeptabler Formschwankungen in den 1-dimensionalen Feldern dienen. Optional lassen diese Grenzwertprüfungen sich an dem 2-dimensionalen Bereich durchführen, den die Fig. 5 zeigt.
Es gibt eine zweite Kategorie von zu analysierenden Fehlern, d. h. die stark lokalisierten Gestaltvariationen; ein primäres Beispiel für diese sind die dünnen Formspaltgrate, die sich bilden, wenn Glas irrtümlicherweise in die Naht eingedrückt wird, die die beiden Hälften der Form trennt, in der die Glasschmelze fertiggeblasen wird. Diese Vorsprünge sind unannehmbar in Abmessungen, die für Gestaltschwankungen insgesamt akzeptable wären.
Weiterhin kann ein lokalisierter Vorsprung in einem Bereich vorliegen, der insgesamt ein noch akzeptables Untermaß aufweist, so daß die Untermaßgeometrie insgesamt den örtlichen Vorsprung überdeckt, falls eine einfache Grenzwertprüfung angewandt wird, wie in Fig. 5 gezeigt. Dies wäre der Fall, wenn der den Grat enthaltene Bereich zusätzlich geringfügig eingefallen ist; die Einfalltiefe kann akzeptabel sein, aber auch bewirken, daß der Grat innerhalb akzeptabler Grenzen liegt. Der Grat selbst ist jedoch nicht akzeptabel, und das Prüfsystem muß dies erkennen können.
Die Funktion des Hochpaßfilters (Fig. 6) ist, aus der 1-dimensionalen Darstellung die Gestaltvariationen über alles zu eliminieren, aber die Darstellungen lokaler Variationen intaktzulassen oder sie sogar zu hervorzuheben. Dies erfolgt durch einen Vergleich jedes Bildpunkts mit seinem unmittelbaren Nachbar: ein bestimmter Bildpunkt P im Feld wird mit dem Index n bezeichnet, der vorhergehende Bildpunkt mit dem Index n-1 und der folgende mit dem Index n+1. Der Bildpunkt wird in ein zweites Feld P' (P Strich) abgebildet. Der Bildpunkt P'n berechnet sich aus dem Ausgangsfeld als
P'n = Pn · 2 - Pn-1 - Pn+1
Haben Pn, Pn-1 und Pn+1 allesamt den gleichen Wert, gilt P'n = 0. Ist Pn größer als seine Nachbarn, wird die Differenz betont. Auf diese Weise wird jeder Bildpunkt im Ausgangsfeld in das Zielfeld abgebildet. Dieser Vorgang ist in Fig. 8 gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, daß allmähliche Durchmesserveränderungen unterdrückt, örtliche Schwankungen (der Grat) aber betont sind. Dieser Vorgang ist als Hochpaßfilter oder - allgemeiner - als Filter mit finiter Impulsantwort bekannt, das auch konfiguriert werden kann, um die entgegengesetzte Operation, d. h. ein Tiefpaßfilter zu realisieren. Die Implementierung erfolgt üblicherweise als Faltung. Es sei darauf hingewiesen, daß sich eine größere Anzahl von Nachbarn verwenden läßt - bspw. zwei Bildpunkte davor und zwei danach. Für diese Grate erfolgt dann eine Grenzwertprüfung (Fig. 9).

FIGURENBESCHRIFTUNGEN

Fig. 1
Reject Auswerfen
Fig. 22
[Von oben nach unten:]
Bild erfassen
Mittelpunktbestimmen
Bild neu abbilden
Dichteprojektion
Grenzwertprüfung
Hochpaßfilter
Grenzwertprüfung

Claims

1. Prüfmaschine zum Prüfen des Umfangs eines vertikal stehenden Behälters mit

einer Einrichtung (10) zum Führen eines vertikal stehenden Behälters durch eine Prüfstation, die

eine Einrichtung (18, 20), die einen Strahl kollimiertes Licht vertikal abwärts zum Behälter richtet, wobei die Strahlgestalt so gewählt ist, daß bei in der Prüfstation befindlichem Behälter die Mantelfläche des Strahls vom Behälterumfang beabstandet liegt,

eine 2-dimensionale Kameraeinrichtung (30) zum axialen Betrachten des Profils der vertikalen Projektion eines Behälters in der Prüfstation sowie eine

Bildverarbeitungseinrichtung (32) enthält, die den Umfang des von der 2-dimensionalen Kamera (30) betrachteten Profils auswertet, wobei weiterhin die Bildverarbeitungseinrichtung

eine Einrichtung, mit der der Mittelpunkt des erfaßten Bildes bestimmbar ist, und

eine Einrichtung zum Abbilden des Mantels des erfaßten Bildes in mindestens einem 2-dimensionalen rechteckigen Bereich aufweist, den eine gedachte Linie halbiert, die den Umfang eines idealen Behälters in der Vertikalprojektion darstellt.

2. Prüfmaschine nach Anspruch 1 weiterhin mit einer Einrichtung zur Grenzwertprüfung jedes der beiden 2-dimensionalen Rechteckbereiche.

3. Prüfmaschine nach Anspruch 1 weiterhin mit

einer Einrichtung zum Projizieren der beiden 2-dimensionalen Rechteckbereiche auf jeweils ein 1-dimensionales Feld, in dem die Größe jedes Feldelements die örtliche Variation des Behälterradius an dem vom Index des Feldelements bezeichneten Ort auf dem Umfang angibt, und mit

einer Einrichtung zur Grenzwertprüfung der beiden 1-dimensionalen Felder.

4. Prüfmaschine nach Anspruch 3 weiterhin mit

einem Filter hoher Raumfrequenz zum Filtern jedes der beiden 1- dimensionalen Felder und

einer Einrichtung zur Grenzwertprüfung jedes der gefilterten Felder zwecks Erfassung lokaler Variationen der Behältergeometrie.

5. Prüfmaschine nach Anspruch 1 weiterhin mit

einer Einrichtung, mit der die 2-dimensionalen Rechteckbereiche jeweils auf ein 1-dimensionales Feld projizierbar sind, wobei die Größe jedes Elements des Feldes die lokale Variation des Behälterradius an dem vom Index des Feldelements bezeichneten Ort auf dem Umfang darstellt,

einem Filter hoher Raumfrequenz zum Filtern jedes der 1- dimensionalen Felder sowie

einer Einrichtung zur Grenzwertprüfung jedes der gefilterten Felder zwecks Erfassung lokalser Variationen der Behältergeometrie.