用于物体、特别是金属盖板的光学检测装置及方法

摘要

一种用于物体(2)、特别是金属盖板的光学检测的装置(1)，包括：照相机(6)，其根据垂直视轴(7)定向以看见位于检验台(4)中待检测的物体(2)并捕获物体(2)的图像；在第一频率处发射掠光的第一照明器(10)；在不同于第一频率的第二频率处发射自上而下的光的第二照明器(11)；在不同于第一频率和第二频率的第三频率处发射漫射光的第三照明器(12)；处理器，其连接至照相机(6)，用于处理捕获的图像并分别且单独地导出对应于第一、第二和第三照明器(10、11、12)的照明贡献的第一、第二和第三滤波后的图像。第三照明器(12)安装在检验台(4)周围的三维表面上并且围绕由照相机(6)限定的光路，使得发射的光线能够以多个不同的倾斜角度倾斜以使检验台(4)中的物体(2)接受第三频率处的漫射光。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于物体、特别是金属盖板的光学检测装置及方法。

本发明涉及用于物体的光学检测的系统的部分，特别是用于检测金属物体(例如瓶子或罐子的盖板)中的缺陷。

因而，本发明旨在连续生产中(例如在连续循环生产线中)物体的质量控制。

背景技术

金属盖板典型的缺陷是，例如，划痕或凹痕。

专利文件EP729572B1、JP2007-024510、JP11295047A以及US2008/212318描述了用于物体的光学检测装置的示例。

在这些解决方案中，按照时间顺序依次照射待检测的物体。这些解决方案还包括用不同频率的光照射物体以便于检测不同颜色的物体。

然而，这样的系统是复杂的，并且具有需要很长时间来检测物体的缺点。这对于在大容量生产线上使用检测装置是特别不利的。此外，这些解决方案无法有效区分不同类型的缺陷，特别是金属盖板的典型缺陷。

专利文件US2008212318A1、JP2011-295047和WO2011055397A1(后者以与本发明相同的申请人的名义)描述了用于物体的光学检测装置的其他示例。

在这些解决方案中，通过具有不同光路和以不同的频率发光的照明元件照射待检测物体。这允许在包含具有不同种类(例如，掠光(grazing light)，即掠射光，或从上而下的光，即自上而下的光)照明贡献的单个图像中捕获物体，并且可以在随后的处理图像的步骤中分离这些照明贡献。

因此，这些解决方案具有保证相对高的检测速度的优点。

然而，这些解决方案在有效确定检测缺陷的类型(特别是金属盖板的典型缺陷)方面的能力也是有限的。

发明内容

本发明旨在提供一种克服上述现有技术缺点的装置和方法。

更特别地，本发明旨在提供一种快速且可靠的用于物体、特别是金属盖板光学检测的装置和方法。

本发明旨在进一步提供一种用于物体、特别是金属盖板光学检测的装置和方法，并且其在检测金属盖板的缺陷方面特别有效。

本发明旨在进一步提供一种用于物体、特别是金属盖板光学检测的装置，其特别容易构造并且便宜。

根据所附权利要求所表征的本发明的用于物体光学检测的装置和方法可以完全实现这些目的。

更特别地，根据本发明的光学检测装置被设计为检测单独和连续送到检验台的物体(特别是，但非排他性地，金属盖板)。

在该检验台，物体被定位在位于参考平面中的支撑表面上。

优选地，通过输送机将物体移到检验台。优选地，支撑表面是由输送机限定。优选地，输送机还可以配置为在与参考平面重合的移动平面中移动物体。

该装置包括设计为获取物体图像的照相机。

照相机安装在检验台上方。

进一步，照相机根据垂直视轴定向以看见位于检验台的待检测物体。参考视轴的表达“垂直”用于表示任意取向。优选地，视轴垂直于参考平面，即，移动平面。

检测装置包括配置为以第一频率发射光线的第一照明器。表达“第一频率”用于表示光或频带的频率值，即，光的频率间隔。

由第一照明器发射的射线与视轴成第一倾斜角倾斜。

优选地，第一倾斜角使得物体(位于于检验台)接受第一频率处的掠射(换言之，掠射)光。因而，例如，第一倾斜角是包括区间[70；90]的六十进位度数的角度(相对于视轴)，所述角度是掠光角度。

检测装置包括配置为以不同于第一频率的第二频率发射光线的第二照明器。

由第二照明器发射的射线与视轴成第二倾斜角倾斜。第二倾斜角比第一倾斜角小。

优选地，第二倾斜角使得物体(位于检验台)接受第二频率处的自上而下的光(换言之，来自上方的光)。因而，例如，第二倾斜角是包括在区间[0；30]的六十进位度数的角度(相对于视轴)中，所述角度是自上而下的光角度。

检测装置还包括配置为以第三频率，不同于第一频率和第二频率，发射光线的第三照明器。表达“第二频率”和“第三频率”与上述“第一频率”的表达相同。例如，第一频率处于红色光谱中，第二频率处于蓝色光谱中且第三频率处于绿色光谱中。该示例并不旨在限制，因此，可以任意地选择第一、第二和第三频率，只要它们足够远(例如，就带中心而言)，以允许在处理或滤波的步骤中解耦第一、第二和第三照明器的照明贡献。

例如，滤波是由处理器执行的并且是捕获的图像数据的数字滤波。

在另一个示例中，在捕获期间可以通过光学进行滤波。例如，通过选择性地衰减一个或多个波长间隔使得仅允许所需波长通过滤波器来发生光学滤波。

由第三照明器发射的射线与视轴成多个不同的倾斜角倾斜。

为此，第三照明器优选地位于检验台周围的三维表面上并且围绕照相机定义的光路。

更特别地，第三照明器配置为使物体(位于检验台)接受第三频率处的漫射光。

多个(由第三照明器发射的射线的)倾斜角对应于多个角度(相对于视轴)；例如，所述多个角的度数包括在区间[0；90]的六十进位度数中。优选地，多个(由第三照明器发射的射线的)倾斜角对应于多个(优选地，但不是必须地，均匀地)分布在整个区间[0；90]的六十进位度数中的角度(相对于视轴)。

在一个示例性实施例中，多个(由第三照明器发射的射线的)倾斜度对应于包括至少第一、第二、和第三角度的多个角度(相对于视轴)，这些角度彼此不同且有差异。在一个示例中，第一角度是掠光角度；所述第二角度是自上而下的光角度；第三角度介于第一角度和第二角度之间(大约第二角度且小于第一角度)。

在实施例中，第三照明器具有至少三个定位在三个不同倾斜处的照明元件：第一倾斜度(第一角度)基本上与第一照明器的照明元件的倾斜度相同，第二倾斜度(第二角度)基本上与第二照明器的照明元件的倾斜度相同，并且至少第三倾斜度(至少所述第三角度)介于所述第一倾斜度和第二倾斜度之间。在一个示例中，第三照明器具有多个位于多个不同的倾斜处的照明元件，其每一个的倾斜度介于所述第一和第二倾斜度之间。

检测装置还包括处理器，其连接至照相机并且编程为处理由照相机捕获的图像。

处理器编程为从每一个捕获的图像处生成第一、第二、和第三滤波后的图像。

第一滤波后的图像对应于单独考虑的第一照明器的照明贡献。换言之，如果在捕获期间只有第一照明器已经打开(并且第二和第三照明器是关闭的)，则第一滤波后的图像等同于照相机将捕获的图像。

类似地，第二滤波后的图像对应于单独考虑的第二照明器的照明贡献。换言之，如果在捕获期间只有第二照明器已经打开(并且第一和第三照明器是关闭的)，则第二滤波后的图像等同于照相机将捕获的图像。

类似地，第三滤波后的图像对应于单独考虑的第三照明器的照明贡献。换言之，如果在捕获期间只有第三照明器已经打开(并且第一和第二照明器是关闭的)，则第三滤波后的图像等同于照相机将捕获的图像。

当捕获物体图像时，装置采用除了根据特定的倾斜角度(掠射且自上而下)定向的光束之外的分布式光束(意思是其通过分布在从掠光到自上而下的光包括在内的所有倾斜角度上)来照射物体，这一事实使得非常精确地验证并区分典型的金属盖板的不同类型的缺陷成为可能，使装置更有效且可靠的检查物体(特别是金属盖板)的质量。

通过数据处理解耦由不同照明器生成的光束的图像贡献的可能性使得装置可以特别快速，允许为每一个物体捕获单一图像，而不会丢失信息。

优选地，第一、第二和第三照明器的每一个都具有相应的多个照明元件(例如，LED或白炽灯或其他发光体)。

优选地，检测装置包括插在照相机和检验台之间的分光镜。

优选地，第二照明器具有至少一个位于分光镜上游的照明元件。

优选地，第三照明器具有至少一个位于分光镜上游的照明元件。

因而，位于分光镜上游，优选地是第二照明器的至少一个照明元件和第三照明器的至少一个照明元件。

这使得该装置特别有效地照明不同种类的物体并且构造简单。

优选地，处理器被编程为处理第一、第二和第三滤波后的图像中的每一个。这是有用的，因为一些类型的缺陷通常仅在一个滤波后的图像上可见。换言之，一些缺陷在一个或多个滤波后的图像上是不可见的并且在捕获的图像(未滤波的)上也可能是不可见或无法辨认的。

优选地，处理器被编程为为第一、第二和第三滤波后的图像中的每一个导出在其滤波后的图像上识别的一个或多个缺陷的位置。

处理器还可以被编程为将第一、第二和第三滤波后的图像进行相互比较。

更具体地，处理器还可以编程为在一个滤波后的图像(例如，第一滤波后的图像)上发现的缺陷对应的位置处检查，是否这个相应的缺陷也在至少一个其他滤波后的图像(第二或第三滤波后的图像)上。

因而，处理器编程为，为在滤波后的图像中的一个上检测到且位于该图像的一个位置处的每一个缺陷提供指示：是否其他滤波后的图像上的缺陷已经在相同的图像位置处检测到。

这是有用的，因为能够可靠且精确地识别一些类型的缺陷，不仅发现这类缺陷在滤波后的图像(例如，仅与掠光相关的图像)上可视是必要的，而且检查相同的缺陷是否在其他滤波后的图像(例如，仅与漫射光或来自上方的光相关的图像)上可视也是必要的。

因此这些特征允许设置一种特别有效的缺陷诊断策略(特别是在金属盖板的情况下)。

本说明书还提供了一种用于物体、特别是金属盖板的光学检测方法。

该方法包括将物体，优选地，一个接一个馈送到检验台的步骤。

一旦物体位于检验台内部，照相机捕获它下方(与视轴垂直地对齐)的物体的图像。

在捕获期间，照明系统用三种类型的照明照射位于检验台中的物体。为此，照明系统包括三个照明器：第一、第二和第三照明器。

第一照明器采用第一频率处的光束(射线)使物体接受掠光。

第二照明器采用第二频率处的光束(射线)使物体接受来自上方的光。

第三照明器采用第三频率处的光束(射线)使物体接受漫射光。为了获得漫射光，以与视轴成多个不同的倾斜角度(同时)生成第三频率处的光束或光线。

在捕获图像之后，生成图像的数字表示并进行处理步骤。

在处理步骤期间，从捕获的图像导出第一、第二和第三滤波后的图像，其每一个隔离相应照明器的照明贡献。

优选地，对于第一、第二和第三滤波后的图像，处理还包括识别可能的缺陷，例如通过检测图像上的暗区。

处理还包括，对于检测到的缺陷，存储图像上缺陷的位置。

优选地，处理还包括将第一、第二和第三滤波后的图像进行相互比较。

例如，比较包括，在与第一、第二和第三滤波后的图像上发现的缺陷对应的图像上的位置处，是否相应的缺陷也在至少一个其他滤波后的图像上，即，第一、第二或第三滤波后的图像上。

优选地，该方法还包括步骤：通过处理从上述处理并比较滤波后的图像的步骤中获得的信息识别缺陷的类型。识别是通过例如，推理引擎，例如模糊推理引擎完成的。

附图说明

参考附图，本发明的这些和其它特征将从下面对其优选的非限制性示例性实施例的详细描述中变得更加明显，其中：

-图1示出了根据本发明的一种用于物体的光学检测的装置的透视图；

-图2以部分打开的侧视图示出了部分图1中的装置；

-图3示出了部分图2中的装置，其中物体位于检验台中。

具体实施方式

在附图中，标记1表示一种用于物体2的光学检测的装置。

更特别地，物体2是由金属制成。更特别地，物体2是圆盘形。更特别地，物体2是金属盖板。

装置1包括输送机3，其配置为朝向和远离检验台4馈送物体2。

在所示的示例中，输送机3配置为将物体馈送至移动平面。在该示例中，输送机3是带。

检验台4限定了用于物体2的平坦支撑平面。在所示的示例中，平坦支撑平面5是不时地位于检验台4的输送机3的一部分。

装置1包括安装在平坦支撑平面5上方的照相机6，在检验台4中，以看见下方的物体2，其位于检验台4中。

照相机6根据视轴7定向并且被引导为朝向平坦支撑平面5。

优选地，视轴垂直于检验台4中物体2的平坦支撑平面5。

装置1包括照明系统8以照射位于检验台4中的物体并且允许照相机捕获物体2的图像。照明系统8包括，优选地，多个照明元件9(例如，LED)。

装置1(或者照明系统8)包括第一照明器10，其配置为以第一频率发射光线。例如，第一频率是红色(或者红外，或者蓝色)光谱。

在所示的示例中，第一照明器10包括相应的多个照明元件9A。形成第一照明器10的多个照明元件9A构成了照明系统8的多个照明元件9的子集。

第一照明器10的照明元件9A与视轴7成第一倾斜角倾斜。

优选地，第一倾斜角使得检验台4中的物体2接受掠光。例如，倾斜角是处于区间[80；90]的六十进位度数。

装置1(或者照明系统8)包括第二照明器11，其配置为以第二频率发射光线。例如，第二频率是蓝色(或者红色，或者紫外)光谱。

在所示的示例中，第二照明器11包括相应的多个照明元件9B。形成第二照明器11的多个照明元件9B构成了照明系统8的多个照明元件9的子集。

第二照明器11的照明元件9B与视轴7成第二倾斜角倾斜。

优选地，第二倾斜角使得检验台4中的物体2接受自上而下的光(来自上方的光)。例如，倾斜角是处于区间[0；20]的六十进位度数。

装置1(或者照明系统8)包括第三照明器12，其配置为以第三频率发射光线。例如，第三频率是绿色(或者红色，或者蓝色)光谱。

在所示的示例中，第三照明器12包括相应的多个照明元件9C。形成第三照明器12的多个照明元件9C构成了照明系统8的多个照明元件9的子集。

第三照明器12的照明元件9C与视轴7成多个不同的倾斜角倾斜，其被包括在0到90之间的十六进位的度数。因而，第三照明器12配置为在第三频率处以漫射光照射物体2。

更特别地，第三照明器12安装在三维表面上，其围绕由平坦支撑平面5限定并包含照相机6的半空间中的检验台4。更特别地，三维表面围绕并沿着由照相机6限定的光路延伸。

装置1还包括处理器(在附图中未示出)，即，数据处理单元。处理器可以是计算机的一部分，或者可以由适当编程的CPU或电子卡或用于实施数据处理装置的其他已知解决方案来实施。

处理器连接至照相机6并且被编程为处理由照相机6捕获的图像。

更特别地，处理器被编程为从由照相机捕获的每一个图像生成第一、第二和第三滤波后的图像。

第一、第二和第三滤波后的图像每一个都分别且单独地(即，与其他照明器的其他图像贡献隔离)对应于第一照明器10、第二照明器11或第三照明器12的照明贡献。

优选地，三维表面是钟形或圆顶形。在其他实施例中，其是圆柱形、半球形或者圆锥形。

在一个示例性实施例中，装置1包括插在照相机6和检验台4之间的分光镜13。

优选地，第三照明器12的一个或多个照明元件9C位于分光镜13的上游。

可选地或优选地，此外，第二照明器11的一个或多个照明元件9B位于分光镜13的上游。

优选地，第一照明器10的照明元件9A(或者其子集)围绕视轴7布置成环形。布置成环形的第一照明器10的照明元件9A位于靠近检验台4的位置处(即，靠近由照相机6拍摄的物体2搁置在其上的平坦支撑平面5)。

优选地，第二照明器11的照明元件9B(或者其子集)围绕视轴7布置成环形。

布置成环形的第二照明器11的照明元件9B位于远离检验台4的位置处(即，远离由照相机6拍摄的物体2搁置在其上的平坦支撑平面5)。

优选地，第三照明器12的照明元件9C的至少一个子集分布在三维平面上。

在一个示例性实施例中，装置1还包括插在照明器10、11、12(即，照明元件9)和检验台4之间的漫射器14。

漫射器14是限定围绕视轴7定位的凹面的主体。优选地，漫射器14具有钟形、圆顶形、或者圆柱形、或者圆锥形。

在一个示例性实施例中，照明器10、11、12和照相机6(以及漫射器14，如果有的话)均被包含在外壳15中，即是说它们都被外壳15所围绕。

优选地，处理器被编程为，为第一、第二和第三滤波后的图像中的每一个导出在其滤波后的图像上识别的一个或多个缺陷的位置。

处理器还可以编程为将第一、第二和第三滤波后的图像进行相互比较，以与在第一、第二或第三滤波后的图像上发现的缺陷对应的图像上的位置处检查，是否相应的缺陷也在至少一个其他滤波后的图像上，即，第一、第二或者第三滤波后的图像。

可操作地，根据本发明的装置1工作原理如下。

输送机3将一系列物体2(分别地)输送至检验台4。

优选地，装置检测检验台4中的物体2的出现并驱动照相机6以捕获图像(优选地，单个图像)。

在示例性实施例中，当物体2位于检验台4中时，输送机3停止一定间隔的时间，然后间歇地移动。在另一实施例中，输送机在捕获操作期间并不停止。

在捕获物体2的图像期间，采用不同类型的光同时照射物体2，这些不同类型的光在入射到所照明的物体2上的照明光线角度不同(该角度在本说明书中以照相机6的视轴7作为参考，但是这并没有以任何方式限制本说明书范围)。属于不同类型光的光线或光束频率不同(在照射物体2的光的频谱中)。

优选地，在图像捕获期间，采用掠光(以第一频率)、自上而下的光(以第二频率)以及漫射光(以第三频率)同时照射物体2。

捕获的图像被处理为生成(即，导出)两个或多个滤波后的图像，其每一个隔离单一类型光的照明贡献。

例如，捕获的图像被处理为导出分别(且单独地)对应于掠光、自上而下的光以及漫射光的第一、第二和第三滤波后的图像。

优选地，处理包括将滤波后的图像进行相互比较以获得指示：利用一个类型的光可视的缺陷是否对利用另一个类型的光也可视。

优选地，对于第一、第二和第三滤波后的图像中的每一个，处理步骤包括，在检测到缺陷的情况下，导出(并存储)关于图像上缺陷的位置的数据。而且，优选地，处理包括验证相应的缺陷是否存在于或不存在于(即，可视或不可视)其他滤波后的图像上的相同位置处。

照明可以是连续的或者频闪的。