基于反射光路设计的瓶装液体异物检测方法和检测装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于反射光路设计的瓶装液体异物检测方法及一种采用这种方法的检测装置，所述方法为以机械手从检测瓶上部夹持装有液体的检测瓶进行底光检测和背光检测，以底光源从检测瓶的下方向上照射检测瓶，以第一相机拍摄经第一棱镜反射后正面底光透射图像，以第二相机拍摄经侧后反射镜反射后又经第二棱镜反射的背面底光透射图像，以背光源从检测瓶的背面照射检测瓶，以第三相机拍摄经第三棱镜反射的背光透射图像，分析图像以确定瓶内液体内是否存在异物；所述检测装置由上述光源、棱镜、反射镜、相机以及配套装置构成。本发明设备体积小，检测效率高，主要可用于各种瓶装液体特别是输液瓶等医疗用瓶装液体中的异物检测。
【专利说明】基于反射光路设计的瓶装液体异物检测方法和检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于反射光路设计的瓶装液体异物检测方法，还涉及一种采用该方法进行瓶装液体异物检测的检测装置，主要可用于各种瓶装液体特别是输液瓶等医疗用瓶装液体中的异物检测，属于检测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]医用输液瓶对瓶内液体的洁净程度要求非常高，但由于生产工艺或生产环境等方面的原因，输液成品中可能混入玻璃屑、铝屑、橡皮屑、毛发、纤维或不溶药质等微小异物。这些异物粒径微小，在静脉输液中，可能随输液进入人体，导致血管堵塞，造成囊肿现象，严重危及病人的生命与健康。
[0003]根据中国药典规定，在输液瓶生产过程中，要对输液瓶内的注射剂逐瓶进行不溶物检查，传统的检查方法是直接通过人工视觉方法进行检验，灯检人员在一等的光照条件下，用人眼直接观察瓶装药液，发现是否存在异物并判断异物的大小，这种传统的方法劳动强度大，直接增加了大规模生产过程中的劳动成本，且灯检人员长时间从事检测工作会产生视觉疲劳和质量波动，是自动化生产线上比较突出的问题。
[0004]现有灯检机采用的技术可以分为两类。
[0005]第一类方法是旋转急停法。该方法中，相机在旋转大圆盘的某个位置固定不动。输液瓶跟随大圆盘公转，在进入拍照工位前，搓瓶装置或者机械手带动输液瓶进行自转，输液瓶中的液体旋转，在到达拍照工位时，刹车装置将输液瓶急停，瓶中的液体由于惯性作用继续旋转。相机对输液瓶进行连续拍照。这种方式的优点是控制简单，缺点是由于拍照停顿，公转停止，造成灯检机机械部分走瓶速度较慢。
[0006]第二类方法是:随动回摆法。该方法中，相机在旋转大圆盘的某段圆弧区间来回摆动。在进入拍照工位前，搓瓶装置或者机械手带动输液瓶进行自转，输液瓶中的液体旋转，在到达拍照工位时，刹车装置将输液瓶急停，瓶中的液体由于惯性作用继续旋转。一组相机跟随输液瓶，在大圆盘的某段圆弧区间继续进行公转，多个相机对对应的多个输液瓶进行连续拍照，相机与输液瓶的位置保持相对静止。拍照结束后该组相机回摆。回摆后的相机继续对下一组输液瓶进行跟踪拍摄。这种方式的优点是输液瓶不停顿，走瓶速度快；缺点是由于相机组长时间来回跟随输液瓶大幅摆动，虽然与输液瓶相对静止，但会来回扯动接口线缆，容易造成接口线缆松动及磨损，造成相机掉电或拍摄的图像无法传送到处理主机，设备失效并停机。
【发明内容】
[0007]为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种基于反射光路设计的瓶装液体异物检测方法和一种采用这种检测方法进行瓶装液体中异物检测的检测装置，以实现瓶装液体检测的机械化和自动化，提高检测效率，保证检测质量，减少人为因素导致的检测误差。
[0008]本发明实现上述目的的技术方案是:
[0009]一种基于反射光路设计的瓶装液体异物检测方法，其以机械手从检测瓶上部夹持检测瓶，将检测瓶带入底光检测区间进行底光检测，带入背光检测区间进行背光检测，在进入底光检测区间之前和进入背光检测区间之前，机械手带动检测瓶自转进而使瓶内液体自转，在进行底光检测的过程中和进行背光检测的过程中，检测瓶停止自转，瓶内液体因惯性继续在瓶内自转，所述底光检测的方式为以底光源从检测瓶的下方向上照射检测瓶，以第一相机拍摄经第一棱镜反射后的检测瓶的正面底光透射图像，以第二相机拍摄经侧后反射镜反射后又经第二棱镜反射的检测瓶的背面(后面、后侧面和/或侧面)底光透射图像，所述背光检测的方式为以背光源从检测瓶的背面照射检测瓶，以第三相机拍摄经第三棱镜反射的检测瓶的正面背光透射图像，对所获得的透射图像进行分析，确定瓶内液体中是否存在异物。
[0010]通常，可以先进行所述底光检测，再进行所述背光检测，也可以先进行所述背光检测，再进行所述底光检测。
[0011]优选地，所述底光检测和背光检测均在黑色背景下进行，也可以在黑暗环境中进行(即在没有外部光线或者外部光强明显小于底光源和背光源光强的条件下进行)。
[0012]优选地，在进行底光检测时，关闭背光源，在进行背光检测时，关闭底光源。
[0013]优选地，检测结果分为合格、不合格和可疑3种，检测确定瓶内液体中不存在异物的检测瓶，检测结果为合格，检测确定瓶内液体中存在异物的检测瓶，检测结果为不合格，检测无法确定瓶内液体中是否存在异物的检测瓶，检测结果为可疑。
[0014]优选地，对检测结果为可疑的检测瓶进行再次检测，再次检测可以通过轨道进入进瓶传送机构自动检测，或者为人工检测。
[0015]优选地，所述机械手带动检测瓶沿环形检测区(环形的公转轨道/路径)公转，所述底光检测区间和所述背光检测区间包含在所述环形检测区内，所述底光检测、背光检测以及在进行所述底光检测和背光检测之前的自转均在检测瓶沿环形检测区公转的过程中完成。
[0016]优选地，所述环形检测区为圆环形，所述公转为恒速公转(等角速度公转)。
[0017]优选地，所述第一相机、第二相机和第三相机的数量均为多个，分别组成第一相机组、第二相机组和第三相机组，所述底光检测和背光检测的过程中，执行拍摄的所述相机的拍摄方式为连续拍摄，所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜的对应入射光线和出射光线之间均具有一定的夹角，即任一棱镜的入射光线与出射光线均不相互平行，形成折线光路。
[0018]通常，同一相机组中的不同相机可以同时对同一检测瓶进行拍摄，以分别获得不同角度的相应图像，也可以是同一相机组中的不同相机对不同检测位上的检测瓶分别进行拍摄，以提闻效率。
[0019]优选地，同时检测多个检测瓶，同一相机组中的不同相机分别拍摄不同检测瓶的相应图像，在此情形下，所述底光源和侧后反射镜的数量也均为多个，分别用于不同检测瓶的检测，即所述多个底光源分别用于照射各自对应的检测瓶，所述多个反射镜分别位于各自对应的检测瓶的后侧方，反射从检测瓶射出的背面底光透射图像的光线。
[0020]优选地，所述底光源为点光源，所述背光源为对应于第二检测区间的面光源。
[0021]通常，所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜中的任一棱镜可以米用单一的棱镜，也可以采用由多个棱镜组合而成的组合棱镜或棱镜组。
[0022]优选地,所述第三棱镜米用所述第一棱镜，即第三棱镜与第一棱镜为同一个/同一组棱镜。
[0023]优选地，所述第一棱镜和所述第二棱镜均位于所述环形检测区的中心轴线上。例如，所述环形检测区的中心轴线为过第一棱镜所在位置任一点的垂直线，当第一棱镜采用等腰棱镜时，优选以过第一棱镜的反射面中心的垂直线为所述环形检测区的中心轴线，当采用其他形式的棱镜/组合棱镜时，优选以过等效的等腰棱镜的反射面中心的垂直线为所述环形检测区的中心轴线。
[0024]优选地，所述第一相机组、第二相机组和第三相机组位于所述第一棱镜和第二棱镜的上方，镜头朝下。在此情形下，进一步优选地，所述第一棱镜和第一相机之间设有第一附加反射镜/反射镜组，用于将第一棱镜反射的相应光线反射至第一相机的镜头，所述第二棱镜和第二相机之间设有第二附加反射镜/反射镜组，用于将第二棱镜反射的相应光线反射至第一相机的镜头。
[0025]优选地，所述第一相机、第二相机和第三相机固定。在检测瓶移动的过程中，只要通过改变相应棱镜的方向及相关侧后反射镜等元件(如果有且必要时)，实现光路的变化，使相应图像的光线始终能够射入相应相机，实现对相应图像的拍摄。
[0026]优选地，在进行底光检测的过程中，相应的所述底光源和侧后反射镜与所述检测瓶一同公转，所述第一棱镜和所述第二棱镜以所述检测瓶公转的轴线为轴旋转，使经所述第一棱镜反射后的检测瓶正面的底光透射图像保持能够为所述第一相机拍摄，使经所述侧后反射镜反射后又经所述第二棱镜反射的检测瓶背面的底光透射图像保持能够为所述第二相机拍摄，即在检测瓶公转的过程中通过持续转动相应棱镜以调整光路，使自检测瓶射出的能够相应图像的光线在拍摄过程中始终能够射入相应的相机镜头。
[0027]—种采用上述任意一种检测方法的基于反射光路设计的瓶装液体异物检测装置，包括底光源、背光源、第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、侧后反射镜、第一相机、第二相机、第三相机、机械手、检测大轮盘和机架，所述检测大轮盘与所述机架旋转连接，所述机械手为能够从检测瓶上部夹持所述检测瓶并带动所述检测瓶沿环形检测区(环形的公转轨道/路径)公转的机械手，所述环形检测区包括第一检测区间和第二检测区间，所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜位于所述环形检测区的中心轴线上，与所述机架旋转连接，设有带动其转动的相应棱镜随动机构，所述底光源位于所述第一检测区间内的检测瓶的下方，设有当相应检测瓶在第一检测区间内公转时能够带动其随检测瓶一同公转的底光源随动机构，所述侧后反射镜位于所述第一检测区间内的检测瓶的外侧，设有当相应检测瓶在第一检测区间公转时能够带动其随检测瓶一同公转的侧后反射镜随动机构，所述背光源位于检测瓶在所述第二检测区间的外侧。当所述检测瓶进入第一检测区间时，所述底光源和所述侧后反射镜在相应随动机构的带动下与所述检测瓶一同公转，所述第一棱镜和所述第二棱镜在相应随动机构的带动下进行必要的旋转，以使经底光源照射后从所述检测瓶正面出射的能够形成相应底光透射图像的光线经所述第一棱镜反射后射入所述第一相机的镜头，使经底光源照射后从所述检测瓶背面出射的能够形成相应底光透射图像的光线经所述侧后反射镜反射后，再经所述第二棱镜反射后射入所述第二相机的镜头；当所述检测瓶进入第二检测区间时，经背光源照射后从所述检测瓶正面出射的能够形成相应背光透射图像的光线经第三棱镜反射后射入所述第三相机的镜头。
[0028]优选地，所述各相机安装在固定的相机支架上。
[0029]通常，所述相机支架直接地或者间接地与所述机架固定连接。
[0030]优选地，所述底光源为点光源，所述背光源为对应于第二检测区间的面光源。
[0031]通常，所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜中的任一棱镜可以米用单一的棱镜，也可以采用由多个棱镜组合而成的组合棱镜/棱镜组。
[0032]优选地，还设有检测大轮盘以及与所述检测大转盘配套的进瓶装置和出瓶装置，所述进瓶装置包括导入轮盘、与所述导入轮盘配套的导向板以及进瓶传送机构，所述导入轮盘的边缘上设有能够卡住检测瓶的缺口，所述与导入轮盘配套的导向板位于所述导入轮盘的侧面，与所述导入轮盘之间留有构成导入通道的间距，所述进瓶传送机构将检测瓶送入导入轮盘和导向板之间的导入通道，由导入轮盘上的缺口夹持检测瓶(卡住检测瓶)，依靠导入轮盘的转动，在导向板的配合下将检测瓶送入所述检测大轮盘，所述检测大转盘转动以带动检测瓶一同转动或者设有用于带动检测瓶移动的环形输送机构，所述出瓶装置包括导出轮盘、与所述导出轮盘配套的导向板以及用于承接导出检测瓶的出瓶传送机构，所述导出轮盘的边缘上设有能够卡住检测瓶的缺口，所述与导出轮盘配套的导向板位于所述导出轮盘的侧面，与所述导出轮盘之间留有构成导出通道的间距，所述检测大转盘将检测瓶送入导出轮盘和导向板之间的导出通道，由导出轮盘上的缺口夹持检测瓶(卡住检测瓶)，依靠导出轮盘的转动，依靠导出轮盘的转动，在导向板的配合下将检测瓶送入所述出瓶传送机构。
[0033]优选地，所述检测大转盘与所述机架旋转连接或者所述检测大转盘设有用于带动检测瓶在环形检测区内移动的环形输送机构，依靠检测大转盘自身的转动或依靠环形输送机构带动检测瓶移动，实现对检测瓶的输送。
[0034]所述导入通道的进口端朝向检测瓶在进瓶传送机构的移动方向，进口端的宽度大于检测瓶宽度，由此使进瓶传送机构上传送过来的检测瓶在进瓶传送机构的带动下进入导入通道，，由此通过导入轮盘上的缺口数量设置和导入轮盘的转速设置，控制检测瓶进入检测大轮盘的速度或时间隔，导入通道的出口端朝向检测大轮盘转动时的检测瓶移动方向，检测瓶被导入轮盘从导入通道上推到检测大轮盘的盘面上，随着检测大轮盘的转动继续移动，直至给机械手夹持住检测瓶的上端将检测瓶提起以进行相应的公转、自转和检测，经过相应的公转、自转和检测后，机械手将检测瓶放在检测大轮盘上随检测大轮盘的转动而移动，直至被导出轮盘推入出瓶传送机构。
[0035]所述导出通道的进口端朝向检测瓶在检测大轮盘上的移动方向，由此使检测大轮盘上传送过来的检测瓶在检测大轮盘的带动下进入导出通道，由此通过导出轮盘上的缺口数量设置和导出轮盘的转速设置，控制检测瓶进入出瓶传送机构的速度或时间隔，导出通道的出口端朝向出瓶传送机构上检测瓶的移动方向，检测瓶被导出轮盘从导出通道推入出瓶传送机构，由出瓶传送机构送出。
[0036]优选地，所述机械手带动检测瓶公转的环形检测区的轴心与所述检测大轮盘的圆心在同一垂直线上，由此检测瓶在机械手夹持下公转扫过的曲面与检测瓶在检测大轮盘带动下扫过的曲面在同一圆柱面上或在同轴的圆柱面上。
[0037]优选地，所述出瓶传送机构设有不合格瓶通道和可疑瓶通道，还设有用于将不合格品推入不合格瓶通道的不合格瓶踢瓶机构和用于将可疑品推入可疑瓶通道的可疑瓶踢瓶机构，所述不合格瓶踢瓶机构和所述可疑瓶踢瓶机构分别设有朝向所述不合格瓶通道和所述可疑瓶通道的检测瓶踢出杆。
[0038]优选地，所述第一相机、第二相机和第三相机的数量均为多个，分别组成第一相机组、第二相机组和第三相机组。在此情形下，进一步优选地，所述底光源、侧后反射镜的数量也为多个，所述底光源、侧后反射镜、第一相机、第二相机和第三相机的数量均相等且具有一一对应的关系，相互对应的所述底光源、侧后反射镜、第一相机、第二相机和第三相机分别位于各自的光路上，形成各自的光路。
[0039]优选地，当所述检测瓶在第一检测区间公转时，所述检测瓶、第一棱镜和第一相机不在同一直线上，所述检测瓶、侧后反射镜和第二棱镜不在同一直线上，所述侧后反射镜、第二棱镜和第二相机不在同一直线上，当所述检测瓶在第二检测区间公转时，所述检测瓶、第三棱镜和第三相机不在同一直线上。
[0040]优选地，所述第三棱镜米用所述第一棱镜，即第三棱镜与第一棱镜为同一个/同一组棱镜。
[0041]优选地，通过适当的光路设计，例如在光路中加入适宜的一个或多个同步反射镜，还可以进一步省略第二棱镜；或采用一体化定制设计，将第一、二棱镜合并为同一多面棱镜。。
[0042]优选地，所述第一相机、第二相机和第三相机位于所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜的上方，镜头朝下。可以根据实际光路设计要求，所述第一棱镜和第一相机之间、所述第二棱镜和第二相机之间以及所述第三棱镜和第三相机之间设有或不设有用于改变光路的辅助反射镜。
[0043]优选地，还设有位于公转轨迹外侧的一个或多个与底光检测和背光检测对应的黑色背景物，例如，围在公转轨迹外侧的圆柱面状的黑色背景板。
[0044]本发明的有益效果:由于采用了机械手，可适应不同种类的待检测瓶，如玻瓶和塑瓶；由于机械手从检测瓶的上端夹持检测瓶进行底光检测和背光检测，同时还由于采用从检测瓶正面和背面射出的相应图像进行检测分析，因此不会因机械手的存在而遮挡相应光线，也不会因机械手对光的散射和反射等造成对图像的干扰，有利于提高图像质量和检测质量；由于在检测前均先由机械手带动检测瓶自转，因此在检测过程中瓶内液体能够保持良好的旋转(自转)状态，有利于实现对各种杂质的检测，避免局部干扰因素造成的负面影向；由此采用了在液体自转下的底光检测并从检测瓶正面和背面采集相应的图像，由此有效地克服了背光检测下因瓶底界面导致的图像畸变和检测死角，有利于提高检测质量；由于采用了底光检测和背光检测，通过两种图像综合分析和相互印证，可以兼顾对不同反光特性的杂质的检测，有利于准确地区分液体内杂质形成的影像和瓶体缺陷形成的影响，明显地提高分析判断的准确性；由于通过相应棱镜改变了光线的方向，可以将相机设置包括棱镜上方等任意适宜的部位，不仅有利于充分利用空间，减小设备体积，还有利于从若干不同方向获得所需的图像，避免因单一方向上图像缺陷导致的误判或漏判；由于底光源采用点光源，有助于提高杂质影像的清晰度；由于将检测结果分为合格、不合格和可疑3种，可以对可疑产品进行再次检测，有助于提高最终判断的准确性；由于可以设置了执行同一检测拍摄的多个相机，并进行连续拍摄，有助于缩短检测时间，提高检测质量，实现多检测瓶的同时检测，且无需因同时检测多个检测瓶而设置多个棱镜；由于可以是各相机固定不动，通过相应棱镜的变化在检测瓶移动过程中拍摄不同角度和/或不同位置的图像，由此避免了因旋转或移动相机而导致相机配套电缆不断往返运动产生的磨损和接口松动并由此造成信号传输中断的缺陷。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1是本发明检测装置的一种立体结构示意图；
[0046]图2是本发明检测装置的一种平面结构示意图(为清晰起见，省略了底光光源、机械手等)；
[0047]图3是本发明检测装置一种涉及检测瓶背面的底光透射图像的光路结构示意图；
[0048]图4是本发明检测装置一种涉及检测瓶正面和检测瓶背面的底光透射图像的光路结构不意图。
【具体实施方式】
[0049]参见图1-2，可同时检测多个装有液体的瓶子(简称检测瓶)，生产线上的待检的检测瓶I由进瓶传送机构16前后顺序送入导入轮盘17与相应导向板24之间的导入通道，在导入轮盘的推动下穿过导入通道进入检测大轮盘9，在旋转的检测大转盘带动下或者在检测大转盘上的环形输送机构(例如旋转圆环)带动下沿环形轨迹移动，在到达特定位置时，待检瓶上方的机械手11将对应的检测瓶提起继续进行公转。之后首先进入底光检测区间，在底光检测区间内，两组摄像机(第一相机组6和第二相机组7)安装于相机支架14上，底光源10从检测瓶的瓶底向上照射检测瓶，自检测瓶正面射出和自检测瓶背面(侧面、侧后面和正后面)射出的两组光线分别通过第一棱镜2的反射和侧后反射镜4及第二棱镜3的反射，由第一相机组和第二相机组中的相机分别拍摄各自应采集的图像，由此经由两组光路分别检测输液瓶前部与后侧部，共同完成底光检测。其中，正面信息通过光路传递给第一相机组6，侧面信息传递给第二相机组7，位于装置中心处的两棱镜的安装方法为:第一棱镜2固联于棱镜支架上，第二棱镜3也通过支架，安装在第一棱镜上方，并向上倾斜一定角度；第二棱镜未倾斜前，与第一棱镜中轴重合，两镜面适当错开一个角度，由此避免光路的干扰，侧后反射镜4以一定角度安装在和相应底光源10同步的同一随动装置(间歇运动装置)上，在底光检测区间与输液瓶保持公转速度一致并进行跟踪。同时，在背光检测的工作区间内，使用背光源12检测输液瓶，另一组摄像机(第三相机组8)通过第一棱镜进行正面图像的拍摄，从检测瓶正面透射出来的光线通过第一棱镜反射形成的光路传递给第三相机组8。此外，各相机组都可以通过相应的支架固定；用作背光源的面光源和用作底光源的点光源都需连接相应的光源控制器，所述底光源和相应的侧后反射镜安装在同一个随动机构上的安装支架15上，在该随动机构的带动下同步移动。所有经过检测后的检测瓶经导出轮盘18和相应导向板25之间的导出通道进入出瓶传送机构，合格瓶在经导出装置在生产线19上继续前行，不合格瓶则经踢瓶机构20踢出至不合格瓶通道21，可疑瓶则经踢瓶机构22踢出则进入可疑瓶通道23，以便做进一步的处理。所述背光源和底光源均配置各自的光源控制器13，控制光源仅在检测瓶进入对应检测区域时点亮。
[0050]参见图3，本发明通过侧后反射镜及第二棱镜和第二相机组构成底光的背面检测光路检测瓶中侧后部的异物的一种实施方式下，安装在检测瓶I侧后部的侧后反射镜将能够形成瓶侧后部图像的光线同步反射至第二棱镜3，第二棱镜3安装于第一棱镜的正上方，相对第一棱镜上仰一微小角度，形成对图像的二次反射，将底光检测的侧后部信息传递给安装于第一相机组之上方的第二相机组。
[0051]参见图4，另一种实施例中，检测装置与检测方式与上述相同，但在原有放置第一、第二、第三相机的位置处放置附加反射镜5，方向与水平夹角45°，将第一和第二棱镜的反射光线经附加反射镜的二次反射至位于装置顶部、垂直向下安装的第一、第二相机组，这样做可为相机提供更为充裕的安装空间，同时检测中光线扰动小，设备防尘性能更好。
[0052]采用上述装置进行的检测可主要包括下列步骤:
[0053](I)检测瓶通过传送带有序地被送入检测大轮盘；
[0054](2)位于上方的机械手在第I指定位置从顶部抓取检测瓶后上提到指定高度，并带动检测瓶继续绕环形检测区做恒速公转，公转过程中检测瓶相对于机械手静止；
[0055](3)机械手带动检测瓶到达第2指定位置时，机械手末端开始以自身回转中心为轴心，带动抓取的检测瓶做高速自转，直至公转进入底光检测区间(第一检测工位)，进入第一检测工位时，通过控制信号机械手自转急停，此时瓶身与机械手保持静止，而瓶内液体在惯性作用下继续旋转，并进入第一检测工位，通过第一、第二棱镜、侧后反射镜，以底光源进行底光检测(黑色背景)；
[0056](4)在第一检测工位进行第一次异物检测(底光检测):在检测工位下方开启检测用的底光源，检测瓶的正面和背面底光透射图像分别通过第一棱镜的反射和侧后反射镜(侧面光)和第二棱镜的反射进入各自对应的相机，开始第一次异物检测。其中第一相机组通过第一棱镜的反射光路获取检测瓶前部信息(检测瓶正面的底光透射图像)，第二相机组通过侧后反射镜和第二棱镜的反射光路获取检测瓶侧部信息(检测瓶背面的底光透射图像)，在该检测工位还可以增加底部反光镜及中央底部反光镜同时做瓶底检测，底光检测时机械手仍带动检测瓶进行公转运动，此时底光源和第一棱镜、第二棱镜、侧后反射镜相应运动跟踪检测瓶，使检测瓶在相应相机平拍摄的图像中保持相对静止，保持上述同步运动直至检测瓶进入第3指定位置；
[0057](5)机械手带动检测瓶到达第3指定位置，此时机械手在公转的同时，再次做短时高速自转，进入背光检测区间(第二检测工位)，类似于第一检测工位，控制机械手自转的急停，此时瓶身与机械手保持相对静止(不自转，但由机械手带动的公转不变)，而瓶内液体在惯性作用下继续旋转，开始第二次异物检测，通过背光源和第一棱镜做背光检测，第三相机组通过第一棱镜的反射光路获取检测瓶前部信息(检测瓶正面的背光透射图像)；
[0058](6)复位:检测瓶进入第4指定位置后底光检测结束，底光源和第一棱镜、第二棱镜、侧后反射镜立即复位至原初始位置，第二棱镜运动与第一棱镜一致，而机械手带动检测瓶以原速率继续恒速公转。
[0059](7)对从第一检测工位和第二检测工位获得的图像进行分析，以这两个工位的图像分别结果判断检测瓶内有无异物，若无异物，检测瓶通过检验，为合格品，离开检测大转轮后从生产线正常流出，若有异物则为不合格品，该检测瓶在出瓶传送机构被相应踢瓶机构移至不合格瓶通道，进入废弃瓶区以进行集中处理，如无法精确判断检测瓶是否有异物，则在出瓶传送机构被相应的踢瓶装置移至可疑瓶通道进入可疑瓶区间，进行二次检查。
[0060]检测采用连续方式，进瓶装置将检测瓶依次有序地送入检测区，进入检测区的检测瓶，在指定位置被机械手抓取并上提到指定高度，同时绕环形检测区做持续公转；机械手在进入第一、第二检测工位之前，需做短时快速自转，以便使用视觉方式检测瓶内异物。
[0061]采用所述相应相机拍摄检测瓶的相应图像时，可以使用不同类型的照明光源照射检测瓶，以提高检测精度。使用每一种照明光源照射检测瓶同时，均使用对应的相机采集多帧图像，所述不同的照明光源至少可以包括底光源和背光源，底光源位于检测瓶下部，需在第一工位(底光检测区间)跟随检测瓶同步运动，同步运动过程中底光源必须处于亮(开)状态，当该输液瓶离开底光检测区间时，底光源的随动机构重新复位至初始位置，准备下一次同步运动，背光源可采用较大的固定面光源，包涵整个第二工位；背光源位置固定，无需同步运动。
[0062]所述相机的数量通常可以为若干个，按功能分为第一、第二、第三多个相机组，其中第一、第二相机组安装于同一相机支架上，用于底光检测，分别拍摄检测瓶前部和后部的底光透射图像；第二相机组垂直排布在第一相机组的上方，第三相机组安装于另一相机支架上，用于背光检测，第一、第二、第三相机组的位置与待检测的检测瓶位置关于第一棱镜对称，各相机检测时均连续同步拍摄检测瓶，采集多帧图像用于瓶中液体异物的检测。
[0063]所述棱镜及反射镜数目与同步检测的检测瓶数目有关。其中第一、第二棱镜各一块，放置于检测大轮盘的圆心上方，第一棱镜竖直放置，同时用于反射在底光检测和背光检测的图像，在底光检测时用于检测检测瓶的前部，在背光检测时用于检测整个瓶身，底光检测时检测瓶的前部信息(图像)被第一棱镜反射到第一相机组，背光检测瓶身信息(图像)被侧后反射镜反射至第一棱镜，然后被第一棱镜反射到第三相机组，第二棱镜放在第一棱镜上方，镜面保持一个上仰角，若将其上仰角先调整为零，第一、第二两棱镜的中轴是重合的，两镜面间适当错开一个角度。在底光检测时还需在该检测瓶侧后部放置侧后反射镜，镜面需保持适当的上仰角，并与底光源一起跟随对应检测瓶公转；侧后反射镜的数目与同一时间进行同步检测的检测瓶数量一致，通过侧后反射镜反射，反射光从不同角度入射第二棱镜，由第二棱镜进行第二次反射，将底光检测的侧面信息传递给第二相机组，而且光路被抬高，有利于第二相机组的放置，合理分配空间。
[0064]所述机械手可以采用任意适宜的现有技术，通常连接有伺服电机；机械手的加速方式采用变加速的方式，其角速度曲线为开始段速度小但加速度逐渐递增，到达一定速度后保持很短的加速时间，然后加速度逐渐减小至零。该种方式可使检测瓶中液体均匀加速，提高旋转速度，减少液体湍流。
[0065]通过对不同工位和不同方位获取的连续帧图片进行分析综合后，可判断检测瓶有无异物，整个系统的检验操作连续进行，不会对生产速度产生影响。
[0066]由于采用了光路的优化设计，通过相应各棱镜的同步旋转替代相机的转动，结构简便，可有效简化机械、电气设计和机械振动，避免了现有技术下相机配套电缆不断往返运动产生的磨损和接口松动并由此造成信号传输中断的缺陷，拍摄所得的图像清晰稳定，同时有助于缩小设备体积，提高了系统整体的可靠性。
[0067]由于采用底光检测与背光检测相结合的方式，可有效检测不同类型异物，提高了检测精度。通过各棱镜和各检测光路并行检测，同时检测若干检测瓶，互不干涉，加快了检测速度，适应生产线异物检测快速性的需求。
[0068]由于采用机械手带动检测瓶运动和旋转，使得传动过程更加安全平稳，并且适应不同容量、不同材质的检测瓶，检测瓶旋转加速由伺服电机带动，采用优化的变加速方式，液体旋转更加均匀，检测效果更好。
[0069]由于将可疑检测瓶进行二次灯检，进一步减少了漏检的发生。
[0070]由于在所述待检测输液瓶内的异物吸光特性较强时可以使用背光光源配合进行拍摄，异物的反光特性较强时可以使用底光光源配合进行拍摄，适应于对各种特定的杂质的识别，避免漏检。
[0071]所述各相关光路的设置应保证相应相机能够拍摄到满足检测要求的完整图像，获得能够体现瓶内液体中是否有液体的全部光信息。
[0072]所述机械手可以依据现有技术。例如，可以包括能够绕定轴旋转的悬臂，悬臂的前端设置能够采用多个手指夹持检测瓶的手部，手部的基座与悬臂的前端旋转连接，由此，可以通过悬臂绕定轴的旋转实现检测瓶的公转，通过手部相对于悬臂的旋转实现检测瓶的自转，相应的，可以设置相应的伺服电机和位置控制开关实现对整个检测区域内的公转和以及在特点检测区域内的自转的控制。
[0073]所述环形检测区为检测瓶在机械手夹持下进行公转、自转和相应检测的区域，包括第一检测区间和第二检测区间，还包括位于第一检测区间和第二检测区间前面的第一自转区间和第二自转区间，可以依据检测和自转要求以及整个装置及各机构的特性，选定环形检测区的大小以及环形检测区中各部分的大小。
[0074]所称相机包括照相机、摄像机及其他任意能够采集光学图像的设置。
[0075]所称点光源是是指实践中可以视为点光源的光源，所称实践中可以视为点光源的光源是指该光源照射下产生的有关图像特性在实际检测精度下与理论上的点光源没有差异或者差异在允许的误差范围之内。
[0076]所称棱镜为全反射棱镜，所称侧后反射镜为平面侧后反射镜或其他任意与平面侧后反射镜一样具有反射作用的光学元件。
[0077]本发明公开的各优选技术手段和各通常情况下采用的技术手段，除特别说明外及一个技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任何组合成若干不同的技术方案。
【权利要求】
1.一种基于反射光路设计的瓶装液体异物检测方法，其以机械手从检测瓶上部夹持检测瓶，将检测瓶带入底光检测区间进行底光检测，带入背光检测区间进行背光检测，在进入底光检测区间之前和进入背光检测区间之前，机械手带动检测瓶自转进而使瓶内液体自转，在进行底光检测的过程中和进行背光检测的过程中，检测瓶停止自转，瓶内液体因惯性继续在瓶内自转，所述底光检测的方式为以底光源从检测瓶的下方向上照射检测瓶，以第一相机拍摄经第一棱镜反射后的检测瓶的正面底光透射图像，以第二相机拍摄经侧后反射镜反射后又经第二棱镜反射的检测瓶的背面底光透射图像，所述背光检测的方式为以背光源从检测瓶的背面照射检测瓶，以第三相机拍摄经第三棱镜反射的检测瓶的正面背光透射图像，对所获得的透射图像进行分析，确定瓶内液体中是否存在异物。
2.如权利要求1所述的基于反射光路设计的瓶装液体异物检测方法，其特征在于检测结果分为合格、不合格和可疑3种，检测确定瓶内液体中不存在异物的检测瓶，检测结果为合格，检测确定瓶内液体中存在异物的检测瓶，检测结果为不合格，检测无法确定瓶内液体中是否存在异物的检测瓶，检测结果为可疑。
3.如权利要求2所述的基于反射光路设计的瓶装液体异物检测方法，其特征在于所述机械手带动检测瓶沿环形检测区公转，所述底光检测区间和所述背光检测区间包含在所述环形检测区内，所述底光检测、背光检测以及在进行所述底光检测和背光检测之前的自转均在检测瓶沿环形检测区公转的过程中完成，所述第一相机、第二相机和第三相机的数量均为多个，分别组成第一相机组、第二相机组和第三相机组，所述底光检测和背光检测的过程中，执行拍摄的所述相机的拍摄方式为连续拍摄，所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜的对应入射光线和出射光线之间均具有一定的夹角。
4.如权利要求3所述的基于反射光路设计的瓶装液体异物检测方法，其特征在于所述第三棱镜采用所述第一棱镜，所述第一相机组、第二相机组和第三相机组位于所述第一棱镜和第二棱镜的上方，镜头朝下，所述第一棱镜和第一相机之间设有第一附加反射镜/反射镜组，用于将第一棱镜反射的相应光线反射至第一相机的镜头，所述第二棱镜和第二相机之间设有第二附加反射镜/反射镜组，用于将第二棱镜反射的相应光线反射至第一相机的镜头。
5.如权利要求1、2、3或4所述的基于反射光路设计的瓶装液体异物检测方法，其特征在于在进行底光检测的过程中，相应的所述底光源和侧后反射镜与所述检测瓶一同公转，所述第一相机组和所述第二相机组固定，所述第一棱镜和所述第二棱镜以所述检测瓶公转的轴线为轴旋转，使经所述第一棱镜反射后的检测瓶正面的底光透射图像保持能够为所述第一相机拍摄，使经所述侧后反射镜反射后又经所述第二棱镜反射的检测瓶背面的底光透射图像保持能够为所述第二相机拍摄。
6.一种基于反射光路设计的瓶装液体异物检测装置，包括底光源、背光源、第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、侧后反射镜、第一相机、第二相机、第三相机、机械手、检测大轮盘和机架，所述机械手为能够从检测瓶上部夹持所述检测瓶并带动所述检测瓶沿环形检测区公转的机械手，所述环形检测区包括第一检测区间和第二检测区间，所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜位于所述环形检测区的中心轴线上，与所述机架旋转连接，设有带动其转动的相应棱镜随动机构，所述底光源位于所述第一检测区间内的检测瓶的下方，设有当相应检测瓶在第一检测区间内公转时能够带动其随检测瓶一同公转的底光源随动机构，所述侧后反射镜位于所述第一检测区间内的检测瓶的外侧，设有当相应检测瓶在第一检测区间公转时能够带动其随检测瓶一同公转的侧后反射镜随动机构，所述背光源位于所述第二检测区间的外侧。
7.如权利要求6所述的基于反射光路设计的瓶装液体异物检测装置，其特征在于还设有检测大轮盘以及与所述检测大转盘配套的进瓶装置和出瓶装置，所述进瓶装置包括导入轮盘、与所述导入轮盘配套的导向板以及进瓶传送机构，所述导入轮盘的边缘上设有能够卡住检测瓶的缺口，所述与导入轮盘配套的导向板位于所述导入轮盘的侧面，与所述导入轮盘之间留有构成导入通道的间距，所述出瓶装置包括导出轮盘、与所述导出轮盘配套的导向板以及出瓶传送机构，所述导出轮盘的边缘上设有能够卡住检测瓶的缺口，所述与导出轮盘配套的导向板位于所述导出轮盘的侧面，与所述导出轮盘之间留有构成导出通道的间距。
8.如权利要求7所述的基于反射光路设计的瓶装液体异物检测方法，其特征在于所述出瓶传送机构设有不合格瓶通道和可疑瓶通道，还设有用于将不合格品推入不合格瓶通道的不合格瓶踢瓶机构和用于将可疑品推入可疑瓶通道的可疑瓶踢瓶机构，所述不合格瓶踢瓶机构和所述可疑瓶踢瓶机构分别设有朝向所述不合格瓶通道和所述可疑瓶通道的检测瓶踢出杆。
9.如权利要求7或8所述的基于反射光路设计的瓶装液体异物检测方法，其特征在于所述各相机安装在固定的相机支架上，所述第一相机、第二相机和第三相机的数量均为多个，分别组成第一相机组、第二相机组和第三相机组，所述底光源、侧后反射镜的数量也为多个且与所述多个第一相机、多个第二相机和多个第三相机之间具有一一对应的关系，当所述检测瓶在第一检测区间公转时，所述检测瓶、第一棱镜和第一相机不在同一直线上，所述检测瓶、侧后反射镜和第二棱镜不在同一直线上，所述侧后反射镜、第二棱镜和第二相机不在同一直线上，当所述检测瓶在第二检测区间公转时，所述检测瓶、第三棱镜和第三相机不在同一直线上。
10.如权利要求9所述的基于反射光路设计的瓶装液体异物检测装置，其特征在于所述第三棱镜米用所述第一棱镜,所述第一相机、第二相机和第三相机位于所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜的上方，镜头朝下，所述第一棱镜和第一相机之间、所述第二棱镜和第二相机之间以及所述第三棱镜和第三相机之间设有或不设有用于改变光路的辅助反射镜。
【文档编号】G01N21/90GK104359916SQ201410647578
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】屈桢深, 焦文华, 高常伦, 王海生 申请人:屈桢深, 焦文华