一種模具編碼成像裝置製造方法
2023-04-27 21:19:16
一種模具編碼成像裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種模具編碼成像裝置，本實用新型的模具編碼成像裝置包括：面光源、擴散板、前置透鏡、組合透鏡、相機，面光源朝向待測瓶體進行照射，待測瓶體的瓶口對向所述面光源；前置透鏡設置於面光源前方，位於面光源與待測瓶體之間；相機朝向所述待測瓶體的底部進行拍攝，與待測瓶體的底部具有一預定距離；組合透鏡置於待測瓶體的底部與所述相機之間，並且組合透鏡的直徑大於待測瓶體的直徑。
【專利說明】一種模具編碼成像裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及機器視覺檢測領域，具體涉及一種用於編碼識別系統的模具編碼成像裝置。
【背景技術】
[0002]各種瓶體(飲料瓶、酒瓶等，尤其是啤酒瓶)的生產過程需要進行嚴格的質量檢測，如檢查其瓶口是否有裂紋、瓶子是否可回收利用等。同時還需要準確地追溯引起質量不合格的原因。如果模具自身有缺陷，那就會導致以其為模型生產的瓶體不合格率增高。識別出不合格模具的模具號也就成了質量管理的關鍵因素。
[0003]瓶體，尤其是玻璃瓶往往在瓶底以上20mm範圍內標有規定文字或符號，其中用來標識該瓶由哪一模具生產的數字符號為模(具)號。模點則是與模號 對應的凸點序列。現有的玻璃瓶模具文字識別系統均採用CCD採集圖像，其中採用面陣CCD方案能在2轉/秒的轉速下完成動態採集圖像。圖像採集完成後運用基於主動輪廓模型的字符提取識別字符。
[0004]我國從美國、比利時、法國等國已經引進了多條啤酒瓶生產線及多套在線檢驗機，用於把不合格產品從生產線上剔除出來。這些在線檢驗機的檢測流程基本相同。啤酒瓶由傳送帶逐個進入驗瓶機，經操作臺檢測後再由傳送帶分類輸出。在圓形轉盤旋轉的過程中，通過N個相機工位拍攝的360/N的角度變化後的玻璃瓶編碼圖像，通過軟體合成模具編碼的整幅圖像然後進行識別。(參考文獻《啤酒瓶在線模號識別系統研究》文章編號1671-4598(2008) 09-1322-03中圖分類號:TH873.7文獻標識碼A)
[0005]現有技術中已經存在了模具編號的自動識別系統，例如在申請號:200920226221.5的實用新型專利就提供了一種「玻璃瓶罐點狀模具編碼的自動識別系統」，但該專利是用雷射傳感器與單片機進行模具編號識別。雷射經過點狀模具時，光強變化，從而根據傳感器通斷信號來識別模具號。在實際操作時，容易出現一個碼點出錯，導致整個模具號識別出錯的情況。
[0006]在專利申請201210148078中提供了另一種識別系統，然而該專利中的在實際操作時，對於平臺的穩定性要求較高，號碼的讀取速度很大程度上取決於旋轉工作檯的轉動速度，導致檢測效率低下；且由於拍攝同一模具號區域全貌需要進行多幀的圖像採集，採集後的圖像需要重新進行拼合後提取凸點信息，對系統的負擔較重。
[0007]從目前的情況來看，現有的瓶體模具識別系統或使用精確度低下的雷射+傳感器的方式進行識別，或使用一臺相機拍攝多幅圖像識別編碼區域，識別數量均依賴於玻璃瓶自轉轉速，對系統穩定性要求較高；或需要配合多個相機進行採集，增加了前期的投入成本和維護成本；採集後需要進行單獨的拼合處理，效率慢且由於瓶體轉速不均導致誤識別和無法識別的機率大幅度增加。
實用新型內容[0008]針對上述問題，本實用新型提供了一種模具編碼成像裝置，其特徵在於，所述模具編碼成像裝置包括:面光源、擴散板、前置透鏡、組合透鏡、相機，
[0009]所述面光源朝向待測瓶體進行照射，所述待測瓶體的瓶口對向所述面光源；
[0010]所述擴散板緊貼所述面光源的發光面放置，用於均化所述面光源所發出的光；
[0011]所述前置透鏡設置於所述面光源前方、所述面光源與所述待測瓶體之間；
[0012]所述相機朝向所述待測瓶體的底部進行拍攝，與所述待測瓶體的底部具有一預定距離；
[0013]所述組合透鏡置於所述待測瓶體的底部與所述相機之間，並且所述組合透鏡的直徑大於等於所述待測瓶體的直徑。
[0014]進一步地，所述組合透鏡包括彼此共軸的第一透鏡和第二透鏡，所述組合透鏡的焦距小於70謹。
[0015]進一步地，所述組合透鏡還包括:固定所述第一透鏡和所述第二透鏡的鏡筒，所述第一透鏡和所述第二透鏡通過所述鏡筒連接，所述第一透鏡和第二透鏡之間具有空氣隔層。
[0016]進一步地，所述面光源、所述前置透鏡、所述待測瓶體、所述組合透鏡和所述相機沿所述面光源的發光方向依次共軸設置，所述待測瓶體的瓶底朝向所述組合透鏡。
[0017]進一步地，所述面光源為圓形LED面光源或者方形LED面光源，所述圓形LED面光源直徑在50-300mm之間，所述方形LED面光源的邊長在100-400mm之間。
[0018]進一步地，所述待測瓶體的側壁在瓶底的位置處具有凸點編碼，所述凸點編碼代表用於生產所述待測瓶體的模具號。
[0019]進一步地，所述前置透鏡為菲涅耳透鏡。
[0020]優選地，所述組合透鏡的焦距在50_70mm之間，所述組合透鏡距離所述待測瓶體的底面的距離小於所述組合透鏡的焦距。
[0021]在本實用新型的另一種優選實現方式中，所述模具編碼成像裝置包括:面光源、前置透鏡、後置組合透鏡、相機、傳送帶、支撐平臺、透視窗口。可選地，該裝置還包括擴散板和後置反射鏡。
[0022]本實用新型的成像裝置可以應用於模具編碼識別系統。
[0023]在本實施例中，所述傳送帶通過夾持方式輸送待測瓶體，在所述傳送帶下方具有防止瓶體脫落的支撐平臺。所述傳送帶能夠沿預定軌道行進，待測瓶體夾在傳送帶中間，相鄰待測瓶體之間具有預定間隔。用於檢測待測瓶體的檢測位置位於該預定軌道中。所述支撐平臺在檢測位置處具有一個透視窗口，後置組合透鏡位於所述透視窗口中。所述透視窗口位於所述面光源的正下方。
[0024]所述面光源位於檢測位置和傳送帶上方，朝向待測瓶體進行照射，所述待測瓶體的瓶口對向所述面光源。擴散板緊貼面光源的發光面、位於面光源的下方。所述前置透鏡設置於所述面光源前方(下方)，位於所述面光源與所述待測瓶體之間。並且所述前置透鏡位於擴散板的下方，在所述傳送帶與所述面光源之間。所述後置反射鏡位於所述透視窗口下方，用於將來自所述組合透鏡的光線反射至所述相機。
[0025]所述相機朝向所述待測瓶體的底部進行拍攝，與所述待測瓶體的底部具有一預定距離；所述組合透鏡置於所述待測瓶體的底部與所述相機之間，並且所述組合透鏡的直徑大於所述待測瓶體的直徑。所述成像裝置能夠將所述待測瓶體底部側邊上的編碼成像在圖像中。
[0026]本實用新型所提到的待測瓶體為透明或半透明瓶體，可以為飲料瓶、啤酒瓶等。本實用新型所提到的瓶體側邊並不限定編碼必須完全位於側壁上，在一些情況下，編碼位於側壁與瓶底的交匯處，本實用新型所提到的瓶體側部包含這種情況。本文中所提到的編碼既可以包括用於識別模具號的凸點，也可以包括其他文字或符號。
[0027]優選地，組合透鏡中的兩個透鏡的外圍(相對於中心而言)的折射率大於中間部分的折射率。這樣，對瓶體外側的編碼的放大將更大於對瓶底本身的放大。
[0028]成像原理:
[0029]由於普通的成像鏡頭(尤其是廣角鏡頭)本身具有近大遠小(這裡的遠近指的是透鏡與被測物體之間的距離)的透視畸變，在使用普通鏡頭觀察瓶底結構時，瓶底的放大倍率大於相對於鏡頭更遠處的瓶體側面的放大倍率，即，瓶底的放大倍率大於側部編碼的放大倍率。從而使瓶底部分看起來更大，瓶體的側面看起來更小以致無法觀察。
[0030]所以，本實用新型的發明人在相機的鏡頭與被拍攝的瓶底之間引入了組合透鏡，使得瓶底離組合透鏡的距離設置在一倍焦距以內，從而先對被拍攝的瓶底成一個放大的虛像。由於虛像本身的透視畸變是近小遠大，這樣看起來外圈的瓶側就更清晰了，而且這種透視畸變是距離越小，畸變越大。因此，本實用新型的發明人將瓶底與組合透鏡的距離設置在70mm以內，以獲得足夠大的透視畸變。然而，在光路設計上，除了瓶底與組合透鏡的距離之夕卜，還需要考慮到組合透鏡的尺寸。在鏡頭前的透鏡的直徑必須足夠大才能通過透鏡觀察到該瓶體的虛像，尤其是側部編碼的虛像。然而，隨著透鏡直徑的增大，透鏡的焦距將相應增大，僅僅採用單個透鏡已經難以滿足小焦距、大尺寸的要求了。所以，本實用新型採用組合透鏡來對瓶底形成帶有透視畸變的虛像。組合透鏡的設計需要滿足透鏡直徑和透鏡焦距的雙重標準。
[0031]本實用新型的模具編碼成像裝置將原有的不容易觀察到的瓶體側面的編碼區域折射到正向區域進行放大顯示並通過相機進行檢測，檢測準確性高，誤檢率低。本實用新型利用組合透鏡的透視畸變，使得編碼區域的放大倍率大於瓶底中心部位的放大倍率，更容易對編碼進行識別。
[0032]本實用新型的模具編碼成像裝置僅基於一個相機便可以對玻璃瓶底部側面編碼區域進行360度檢測，而不需要對玻璃瓶進行旋轉，檢測成本低，檢測速度快，且可實現對玻璃瓶外形尺寸的測量。本實用新型通過將透視窗口嵌入在支撐平臺中，通過上方的面光源進行照明，使整個檢測過程更加流暢，不需要在瓶體的傳送過程中，進行額外操作即可實現瓶體檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]下面結合附圖，對本實用新型的具體實施例進行詳細描述:
[0034]圖1為根據本實用新型的一個實施例的成像裝置的結構示意圖；
[0035]圖2為利用圖1所示成像裝置進行成像時的光路示意圖；
[0036]圖3為在本實用新型另一個實施例中採用的組合透鏡的結構示意圖；
[0037]圖4為根據本實用新型另一個實施例的成像裝置對玻璃瓶進行成像時的結構示意圖；
[0038]圖5為採用本實用新型的成像裝置對玻璃瓶底部所成的圖像，其中，將瓶底側部的模具號成像在瓶底外圍。
【具體實施方式】
[0039]如圖1所示，根據本實用新型一個實施例的模具編碼成像裝置包括:面光源10、前置透鏡30、組合透鏡60、相機70。此外，可選地，在面光源的前方還可以包括擴散板20。擴散板20緊貼在面光源10的前方。
[0040]該模具編碼成像裝置可以對待測瓶體40的模具號進行識別。模具號通常位於待測瓶體的底部的側壁上或者位於瓶底與側壁之間的連接處上。
[0041]圖1中示出了常用的待測瓶體40的結構，其具有基本上為圓柱形的側壁，其中側壁上的凸點模具編碼區域位於瓶體底部位置50，面光源10射出的光線經過擴散板20以及前置透鏡30折射後從瓶體的頂部位置入射到瓶體內部進而照到底部位置50或者從瓶體外部入射到底部位置50，將底部位置50所在區域打亮；底部位置的(凸點模具號)編碼區域經過組合透鏡60成像到相機70的CXD靶面上。
[0042]採用本實用新型的模具編碼成像裝置對模具號進行成像時，玻璃瓶底所成圖像的直徑變大、底部曲率變大並且編碼區域增加。面光源10可以採用LED面光源或高頻螢光燈組成的面光源。面光源10的尺寸與待檢測的玻璃瓶40的尺寸相適配，在實際中，該面光源10的尺寸要大於等於被檢測的玻璃瓶40的尺寸。面光源10所發出的光最好是單色光(單一波長)，也可以是白光，但後者會帶來色散問題，影響圖像邊緣清晰度。另外，優選地面光源10均勻發光。
[0043]擴散板20用於將光源發出的漫射光變得更加均勻；以適應現場小空間的要求。組合透鏡60由一塊平凸透鏡601和一塊雙凸透鏡602構成，組合透鏡的焦距在50-70mm之間，編碼區域50處於組合透鏡的一倍焦距以內。前置透鏡30可以採用菲涅耳透鏡，使用菲涅耳透鏡30時，面光源10位於菲涅耳透鏡30的一倍焦距以內。
[0044]圖像攝取裝置70由CXD感光元件和普通鏡頭組成。
[0045]在本實用新型的模具編碼成像裝置使用時，待測瓶體40置於前置透鏡30和組合透鏡60之間，待測瓶體40的瓶底側部具有凸點編碼，凸點編碼代表用於生產所述待測瓶體的模具號。面光源10的發光面朝向待測瓶體40的瓶口。前置透鏡30設置於面光源10前方，位於面光源10與待測瓶體40之間。前置透鏡30用於對光進行匯聚以便更好地對待測瓶體40的底部進行照明。
[0046]組合透鏡60置於待測瓶體40的底部與相機70之間，並且組合透鏡的直徑大於待測瓶體的直徑。組合透鏡60正對待測瓶體40的瓶底，或者，也可以認為組合透鏡60的軸線方向與待測瓶體40的軸線大體共線。組合透鏡60包括彼此共軸的第一透鏡601和第二透鏡602，第一透鏡601為平凸透鏡，第二透鏡為雙凸透鏡602。第一透鏡601靠近待測瓶體的瓶底，第二透鏡602靠近相機。
[0047]組合透鏡60還包括鏡筒，鏡筒用於固定第一透鏡和第二透鏡，第一透鏡和第二透鏡之間具有空氣隔層。在本實施例中，面光源10、前置透鏡30、待測瓶體40、組合透鏡60和相機70沿面光源的發光方向依次共軸設置。[0048]相機70朝向組合透鏡60，進而朝向待測瓶體40的底部進行拍攝，並且與待測瓶體40的底部具有一預定距尚。
[0049]圖2示出了對瓶底側部的凸點編碼進行成像的原理示意圖。如圖2所示,玻璃瓶40的底部編碼50位於玻璃瓶40的底部側面區域，大尺寸的短焦組合透鏡60由第一透鏡601和第二透鏡602構成。從圖中可以看出，瓶體上的兩點A和B位於瓶體側部。由於A點和B點位於瓶體的側部或者側部與底部交匯的弧形區域，如果直接從相機方向望去，AB兩點之間的直線距離較短、甚至重合。這樣，如果直接對A點和B點成像，則基於相機所成的圖形，難以將A點和B點區分開。
[0050]由於組合透鏡所產生的透視畸變，容器40的底部側面區域50上的A、B兩點經過組合透鏡後會成像在CXD靶面70的A」、B」處；顯然使用組合透鏡後A、B兩點在CXD靶面上所成的像分離，使整個編碼區域更容易被觀察到。
[0051]更具體而言，在本實用新型中，從A、B兩點發出的光線經透鏡601進行一次折射，後經透鏡602進行第二次折射，經折射的光線發生匯聚，進而朝向相機照射。經過上述折射將A和B點在側面上的直線距離轉換到相機所成的圖像上，而不是直接將A和B之間的直線距離投影到相機上，相當於對A和B之間的距離進行了放大。換言之，A點和B點所成圖像A」與B」之間的距離大於等於直接將AB投影在成像平面上所得到的投影點之間的直線距離。
[0052]在本實施例中，優選地，組合透鏡60的焦距在50_70mm之間，組合透鏡60距離待測瓶體的底面的距離小於組合透鏡的焦距。面光源10採用圓形LED面光源或者方形LED面光源，圓形LED面光源直徑在50-300mm之間，方形LED面光源的邊長在100-400mm之間。
[0053]本實用新型使用底部照明結合曲面像場的方式實現了在獨立工位上一次性360度無縫拍攝模具編號，節約了工位，提高了檢測效率。
[0054]本實用新型利用從瓶口到瓶底的漫射光源將瓶體踝部的編碼區域50照亮，利用大尺寸短焦組合透鏡60產生透視畸變，將不在同一平面的瓶踝編碼區域成像於傳感器平面，從而將瓶踝編碼的360度信息呈現。本實用新型裝置結構緊湊，編碼識別效率高。
[0055]本實用新型所採用的前置透鏡30可以為非球面透鏡或球面透鏡，前置透鏡30的材料可以為玻璃或塑膠，例如，聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲脂、聚環烯烴聚合物和聚環烯烴共聚物中的任一種。組合透鏡60中的第一透鏡可以為非球面透鏡或球面透鏡。第一透鏡的材料可以為玻璃或塑膠材料。優選的，組合透鏡60中的第二透鏡的材料為玻璃材料。
[0056]圖3為在根據本實用新型的另一個實施例中所採用的組合透鏡的放大視圖。在該實施例中第一透鏡和第二透鏡均採用雙凸透鏡。在該實施例中前置透鏡採用菲涅耳透鏡，菲涅耳透鏡與背光光源的距離應該小於透鏡本身焦距。
[0057]圖4示出了本實用新型的另一個實施例。如圖所示，在本實施例中，成像裝置包括:面光源210、前置透鏡230、組合透鏡260(該組合透鏡與上一實施例中的組合透鏡相同，不過為了簡化，圖中僅示出了一個透鏡，用以代表組合透鏡)、相機270、傳送帶290、支撐平臺291、透視窗口 292。可選地，該系統還包括擴散板220、後置反射鏡261。
[0058]在本實施例中，通過傳送帶290來輸送待測瓶體240，在傳送帶290下方具有防止瓶體脫落的支撐平臺291。傳送帶290能夠沿預定軌道行進，用於檢測待測瓶體250的檢測位置位於該軌道中。支撐平臺在檢測位置處具有一個透視窗口 292，後置組合透鏡260位於透視窗口 292中。面光源210位於檢測位置和傳送帶290上方，向下進行照射，擴散板220緊貼面光源210的發光面、位於面光源210的下方。前置透鏡230位於擴散板220的下方。
[0059]在本實施例中的系統工作時，傳送帶290夾持若干待測瓶體沿預定軌道行進，並依此通過檢測位置，待測瓶體的瓶口朝向面光源210。可選地，該系統還包括成像觸發裝置，一旦任意一個待測瓶體進入到檢測位置中，成像觸發裝置發出觸發信號，以啟動相機進行圖像採集，並觸發處理裝置，從而當處理裝置接收到成像裝置所採集到的圖像時，對圖像進行及時處理，以便識別出待測瓶體的底部側面的凸點編碼。成像觸發裝置可以為紅外感應裝置。
[0060]雖然上面結合本實用新型的優選實施例對本實用新型的原理進行了詳細的描述，但本領域的技術人員應該理解，實施例中的細節並不構成對本實用新型範圍的限制，在不背離本實用新型的精神和範圍的情況下，任何基於本實用新型技術方案的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均落在本實用新型保護範圍之內。
[0061]此外，本實用新型的附圖中的各個部件的形狀均是示意性的，不排除其與其真實形狀存在一定差異，附圖僅用於對本實用新型的原理進行說明，圖中所示部件的具體細節並非對實用新型保護範圍的限定。本領域技術人員也應該理解，上述實施例也僅僅是對本實用新型的示意性實現方式的解釋，並非對本實用新型包含範圍的限定。
【權利要求】
1.一種模具編碼成像裝置，其特徵在於，所述模具編碼成像裝置包括:面光源、擴散板、前置透鏡、組合透鏡、相機， 所述面光源朝向待測瓶體進行照射，所述待測瓶體的瓶口對向所述面光源； 所述擴散板緊貼所述面光源的發光面放置，用於均化所述面光源所發出的光； 所述前置透鏡設置於所述面光源前方、所述面光源與所述待測瓶體之間； 所述相機朝向所述待測瓶體的底部進行拍攝，與所述待測瓶體的底部具有一預定距離； 所述組合透鏡置於所述待測瓶體的底部與所述相機之間，並且所述組合透鏡的直徑大於等於所述待測瓶體的直徑。
2.根據權利要求1所述的模具編碼成像裝置，其特徵在於，所述組合透鏡包括彼此共軸的第一透鏡和第二透鏡，所述組合透鏡的焦距小於70mm。
3.根據權利要求2所述的模具編碼成像裝置，其特徵在於，所述組合透鏡還包括:固定所述第一透鏡和所述第二透鏡的鏡筒，所述第一透鏡和所述第二透鏡通過所述鏡筒連接，所述第一透鏡和第二透鏡之間具有空氣隔層。
4.根據權利要求1所述的模具編碼成像裝置，其特徵在於，所述面光源、所述前置透鏡、所述待測瓶體、所述組合透鏡和所述相機沿所述面光源的發光方向依次共軸設置，所述待測瓶體的瓶底朝向所述組合透鏡。
5.根據權利要求1所述的模具編碼成像裝置，其特徵在於，所述面光源為圓形LED面光源或者方形LED面光源，所述圓形LED面光源直徑在50-300mm之間，所述方形LED面光源的邊長在100-400mm之間。
6.根據權利要求1所述的模具編碼成像裝置，其特徵在於，所述待測瓶體的側壁在瓶底的位置處具有凸點編碼，所述凸點編碼代表用於生產所述待測瓶體的模具號。
7.根據權利要求1所述的模具編碼成像裝置，其特徵在於，所述前置透鏡為菲涅耳透鏡。
【文檔編號】G06K9/00GK203773560SQ201420153535
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】田立勳, 劉婕宇, 趙棟濤, 杜戊, 潘津, 王亞鵬, 商豐瑞, 李慶梅 申請人:北京大恆圖像視覺有限公司