视觉验证系统和方法与流程

本公开提供了用于捕获打印系统中打印输出的特定焦点区域的视觉图像并评估其是否满足特定标准的方法和系统。

背景技术：

消费者和工业产品需要大量的产品识别(例如，到期日期、可追溯性数据等)。要打印的信息可以从一个物品到另一物品、从一批类似物品到另一批类似物品、从制造的一个站点或时间到制造的另一站点或时间、和/或从一种类型的打印技术到另一种类型的打印技术而变化。

工业编码和标记环境的一个示例可以是在各种类型的包装或消费品上打印标签。

另一示例是，相同技术或不同技术的多个编码和标记打印机被配置为同时打印关于各种类型的产品或物品的信息(包装的两侧，可见和不可见的打印信息的组合等)。

打印和标记是商品生产和包装的一个导入步骤。

在工业打印环境中，许多打印机通常被配置为基本上同时打印关于各种类型的物品的信息。不同的参数会影响打印的结果，例如：

·速度，可能取决于货物之间的空间或皮带输送机的速度，

·表面类型(材料)，

·表面形状，

·打印头和/或打印技术，

·环境参数，例如，湿度、污染，和/或

·前述的组合。

因此，独立于上述示例性参数实现高质量的打印结果是非常重要的。

例如，在条形码的情况下，打印的条形码的轻微损坏可能影响扫描结果。

因此，通常希望自动验证打印的代码或标记是否已被打印或满足某些标准，以便在打印机发生故障时，向操作员提供警报以修复故障并找到未标记为期望的产品，从而最小化必须重新加工的产品的数量。

用于验证故障的一种方法包括视觉验证系统。视觉验证系统通过首先捕获特定焦点区域的视觉图像然后随后评估其是否满足特定标准来起作用。在一个示例中，当部署到连续打印应用中时，可以部署这样的系统以确保打印过程产生对连续移动的基板的正确标记：

·随着基板在打印头下方移动时打印机对基板进行标记。

·标记的基板继续移动至验证系统的视野中。

·验证系统捕获视觉图像并评估该标记是否可以接受。

一些缺点可能包括：高端昂贵的相机可能提供其自己的内部编码器监视功能。在这种部署中，编码器和打印通行信号(printgosignal)将连接至打印系统和验证系统。在接收到打印通行信号之后，相机将在基板移动了固定距离之后扫描基板。

由于相机不会与打印过程直接相关联地触发，因此功能差异可能会产生以下缺点：如果预期的打印位置(相对于打印通行信号)在基板上发生变化，则还必须更改相机配置，以确保它在正确的位置处触发。例如，如果更改了打印作业，使得从接收打印通行信号开始，打印机必须在位置60mm产生打印件(而不是100mm)，则需要更改相机配置以捕获40mm之前的图像。

可以配置外部硬件(例如，可编程逻辑组件(plc))，以执行与接收打印通行信号、或者来自打印机的“第一点”信号基本相同的工作，监测基板运动然后触发验证系统在确定的运动量之后进行扫描。

然而，这个机会受到这种硬件的处理能力的限制。在实际应用中，打印机和验证系统之间的打印件的数量可能高达二十(20)。plc组件不太可能具有足够的功率如我们提供的解决方案一样同时监视所需数量的相机触发距离。如果打印机和相机之间的打印件的数量发生变化，则它们也必须重新编程。

在一种解决方案中可以用于部署能够仅监视信号到期距离的plc。其有以下缺点：

·需要重新配置包装长度(打印件之间的距离)变化；以及

·必须忽略在第一打印件到达相机下方之前生成的前n个信号。

即使部署了能够监视并发距离的更强大的技术(例如，基于“pic”微控制器的解决方案)，该硬件也不会知道打印的图像长度。同样，这意味着系统将接受非中心定位的图像，或在图像长度改变时重新配置。

此外，目前还没有在一个包装中完全解决成形-填充-密封(ffs)验证解决方案的解决方案。例如，在膜基板的情况下，必须使用独立的系统来读取膜库存代码或膜产品制造代码。独立系统的设置对于ffs操作员来说是复杂的。目前的解决方案并未完全解决以下问题：确保使用正确的膜(基板)为产品打印正确代码。当前的独立系统允许操作员错误，并且因此可能使生产者品牌和消费安全处于危险之中。

技术实现要素：

本发明的示例性实施例旨在最小化打印、包装和购买成本并消除上述缺点和不必要的打印分配，从而产生更快、更一致和更有效的生产线。本发明适用于工业打印任务。此外，本发明旨在简化确定验证系统何时应捕获其视觉图像的过程。

在所呈现的解决方案中，根据打印的开始来触发相机。因此，触发验证扫描的过程与改变和变化隔离。

在一种解决方案中，相机可以通过plc组件间接地与打印机的“第一点信号”连接，以计数接收的编码器脉冲，并且然后生成输出以触发验证系统。

然而，本发明的另一目的可以是以如下方式在每个产生的打印件(基本上)位于相机的视野内的中心时触发相机：

·它不依赖于相机内的功能来自我监视基板移动；

·它不依赖于任何其他外部组件(例如，plc组件)来监视基板移动；

·它与基板上的打印件之间的距离(即，包装长度)、包装内的打印件位置(即，打印件注册)和打印件长度的变化无关；

·在一个实施例中，通过避免在验证系统内需要外部硬件或编码器监视功能，降低了成本并且扩大了可用的验证系统的选择；以及

·通过将验证系统触发信号直接关联到打印过程的“第一点”，并且支持监视根据打印机与相机之间的固定的、可测量的距离而定义的并发触发距离：

·系统独立于对作业特定细节(例如，包装长度和预期打印位置)的更改；以及

·在打印图像位于相机视野的中心时，验证系统可以始终扫描。

出于这些原因，打印和验证系统用于验证来自打印设备的打印输出。验证系统包括至少一个图像记录设备，该至少一个图像记录设备被布置为与打印设备间隔开。打印设备被配置为计算在打印设备的打印头进行打印操作之后打印区域何时通过图像记录设备，并且向所述图像记录设备生成信号，该信号激活所述图像记录设备以捕获打印区域的图像。

在一个实施例中，由打印设备生成的信号是根据打印头与图像记录设备之间的距离以及由所述打印设备打印的打印图像参数生成的。因此，信号还可以取决于以下各项中的一项或多项：打印图像的大小；打印图像上感兴趣的区域(area)。

在一个实施例中，系统可以布置在连续打印应用中，其中，基板和打印设备相对于彼此移动。在一个实施例中，基板移动并且打印设备是静止的。在另一实施例中，打印设备移动并且基板是静止的。

在一个实施例中，打印设备可以被配置为接收关于基板的相对速度的信息。

该系统还可以包括第二图像记录设备。第二图像记录器可以被配置为验证第二组数据。第二组数据可以是以下各项中的一项或多项：包装信息、基板信息或内容信息。

该系统还可以被配置为根据打印设备与图像记录设备的视野之间的多个不同图像打印件，来同时监视多个触发距离。

在一个实施例中，用于产生信号的距离(即，起始距离)被偏移以聚焦在打印图像的特定特征上。触发距离可以表示为如下：

td＝d+((iw-fx)-(fw/2))

其中，

td是触发距离；

d是相机触发距离；

iw是图像宽度；

fx是区块(field)到图像边界的位置；以及

fw是感兴趣的区块的宽度。

本发明还涉及一种用于系统的打印设备。

本发明还涉及一种捕获打印输出的特定焦点区域的视觉图像以确定打印输出是否满足包括打印设备的打印系统中的特定标准的方法。该方法包括：由打印设备生成信号并且向图像记录设备发送该信号，该信号是根据打印设备的打印头与图像记录设备的焦点之间的距离生成的；以及图像记录设备在从打印设备接收信号时捕获打印输出的图像。该方法还可以包括：由第一图像记录器记录感兴趣的区块；由图像记录器向控制器提供图像数据；由控制器基于图像数据来验证数据；以及根据来自第一图像记录器的数据向打印系统提供打印数据。

附图说明

在下文中，参考附图，示出了本发明的示例性实施例：

图1是其中可以实现本文描述的方法和系统的第一示例性系统的图示；

图2是其中可以实现本文描述的方法和系统的第二示例性系统的图示；

图3示出了打印图像的示意图；

图4是其中可以实现本文描述的方法和系统的第三示例性系统的图示；

图5是其中可以实现本文描述的方法和系统的第四示例性系统的图示；

图6是其中可以实现本文描述的方法和系统的第五示例性系统的图示；

图7是根据本发明的一个实施例的控制器系统的图示；以及

图8是示出根据本发明的一个实施例的方法步骤的示意图。

具体实施方式

以下参考附图进行详细描述。不同附图中的相同参考标号可以标识相同或相似的元件。

如本文使用的术语“图像”可以指视觉信息(例如，图片、条形码、字符等)的数字或模拟表示。

如本文使用的术语“触发信号”可以指从一个设备到另一个设备用于启动动作或事件的电(或机械)信号或脉冲。

在图1的图中示出了根据本发明的打印和验证系统10。该系统10包括打印系统20和验证系统30。

打印系统20通常可以包括任何类型的打印设备21，并且特别是工业打印机。例如，打印系统可以包括以下各项中的一项或多项：喷墨(继续式热敏按需喷墨)、热转印、激光、热熔喷墨、数字打印机、压电打印机、阀喷射等。打印系统可以从打印机控制器和编码器(未示出)接收打印信号和编码器信号。打印设备包括一个或多个打印头22。

图像记录和验证系统30可以包括相机31和控制器32。相机31可以包括光学镜头311和图像记录部分(未示出)。相机可以在可见光或不可见光谱中记录静止图像或动态图像。下面更详细地描述控制器32。图像记录和验证系统可以实现为两个或更多个单独的系统(相机和验证系统)或组合为一个系统。打印系统还可以包括打印控制器通信。

简短地，根据本发明，在安装过程期间：

·验证系统30与打印机系统20连接，使得打印机21可以产生触发信号；

·测量打印头22与视觉系统在光学镜头311处的焦点之间的距离d(例如，沿着生产线或打印线的下游)，该测量可以是从打印头的点标记位置的中心至相机的焦点(通常是镜头的中心)。

·然后将测量的距离作为“相机触发距离设置值”输入打印机存储器(未示出)中。

·在简单的解决方案中，基板移动被监视为打印机中的内部过程，并且当每个打印件被计算为位于相机的视野内时，生成到相机的触发信号。

·相机在接收到触发信号时捕获打印区域的图像。

·处理捕获的图像以查明打印输出是否满足某些(质量)参数。

距离的测量可以手动或自动进行，例如，使用距离测量传感器、机械、超声波或基于光的传感器。

根据该实施例，打印系统20可以被配置为在打印头22下方行进的基板40上进行打印。然而，在一个实施例中，打印系统或打印头可以被布置为在静止基板上方移动。在又一实施例中，基板和打印系统/打印头可以彼此相对移动。基板40可以由任何合适的材料组成。打印头将信息传送到基板的表面上并产生打印区域(图像)41。箭头42表示基板40的行进方向。基板的行进速度v(或打印头与基板之间的相对速度)也可以记录在打印机的存储器中或从编码器获得。

在打印时：在每张图像41的第一次打印之后，打印机系统20开始监视基板移动，例如，使用编码器(未示出)。当基板40移动了相机触发距离和图像位置距离时，打印机产生触发信号，即，打印机(或与打印机连接的(打印机)控制器)根据基板和/或打印机(相对于彼此)移动的距离计算向相机发送触发信号的时间。例如，图像位置距离可以是“图像长度/2”。图像长度包括在等式中，使得图像位于相机视野33(捕获图像)的中央。

在一个实施例中，打印系统20能够同时监视多个触发距离，因为在打印机与验证系统的视野33之间可能存在多个不同的打印件。

例如，这在图2中示例性地示出了其中相机触发距离在打印头22与相机31之间容纳三个打印件的情况。d1-d3表示三个打印件的触发信号距离。

当离开打印状态时，可以清除触发距离队列。

在一个实施例中，可以偏移触发距离以聚焦在打印图像41的特定特征上。图3示出了包括qr码区块411的图像41。

当打印机知道打印图像内的区块的位置时，它还能够触发相机，使得感兴趣的特定区块集中在捕获的图像内。这涉及将区块的x(相对于xy轴)位置和宽度包括在控制触发距离的等式(1)中。虚线34表示相机镜头的焦点。然后触发距离td可以表示为：

dt＝d+((iw–fx)–(fw/2))(1)

其中

dt是到感兴趣的区块的中心的触发距离；

d是相机触发距离；

iw是图像宽度；

fx是区块到图像边界的位置；以及

fw是感兴趣的区块的宽度。

给出距离作为示例，例如，可以从图像的前边缘等计算fx。

图4示出了另一示例性实施例，其中，包括至少两个验证系统30和30’。

例如，当单个相机的视野不足以包括需要验证的所有视觉特征时，这可能是这种情况。

一种典型的应用可能是其中需要验证预打印基板和打印图像的两个特征，以确保将正确的数据打印到正确的基板包装上。“d”和“d’”表示到图像记录(和验证)系统的触发距离。

因此，这通过扩展打印机系统20以管理例如两个独立的打印触发队列从而触发验证系统30和30’的两个相机31和31’而自然得到支持。

类似地，相同的实施例将在遍历应用中找到用途，其中，打印机物理地移动到不同的位置以在打印件之间进行打印。每个打印位置可以由其自己的相机提供。

在又一实施例中，如图5的图所示，当接收到打印信号时，打印机系统可以动态控制基板40在打印之前应该在打印头22下方行进多少。这可能产生基板上的打印件之间的距离的动态变化。这通常可以由用户“注册”距离来控制，但可能受到由如下因素引起的动态变化的影响，例如：

·基板速度：如果基板以过低的速度行进而无法进行打印，则打印机将延迟图像的第一点，直到基板速度增加到可打印阈值以上。

·耗材管理：打印系统可以延迟打印的第一点，直到打印耗材(例如，针对tto，为带状)处于适当状态。或者，如果耗材状态从最佳状态退化，则打印系统可以更早地在基板上打印打印机的第一点。

图像410至413表示在d1至d3处的打印件。

在图6的图中示出了本发明的另一实施例。例如，该实施例可以用于数据的验证，例如，利用到期日和后期定制标记的膜库存代码验证、和利用一个控制器和编码器的验证。

根据该实施例的本发明包括控制器70、第一图像记录器60、编码器80和第二图像记录器31。基板40可包括从辊45卷出的膜。在该示例中，控制器70还包括验证处理单元。第一相机60和第二相机31可以被配置为记录不同类型的编码，例如墨水(例如，uv和普通墨水)、热效应等。

控制器60通过编码器80跟踪膜移动。第一图像记录器或相机60与验证单元一起可用于验证正确的膜用作基板。控制器70与两个图像记录器60和31(例如，工业相机)进行通信。该通信(例如，基于以太网的通信)可以传送符号标签(或类似的字符串)以使用相机60验证产品标记从而选择适当的膜产品代码以验证膜和适当的产品代码。例如，产品标记相机60可以利用uv黑色带状溶液。控制器60还可以传送要打印为产品标记代码的信息。控制器60可以与制造商的“成形-填充-密封(ffs)机器”(用于制造包装、填充包装和密封包装的单元)连接，从而在小于例如100ms的时间内传送相机验证检查的结果。从打印机开始进行打印开始，对从打印机发送到第二相机31(如先前实施例中所述)的相机触发(图像获取请求)进行排序，排除专用于相机的附加传感器。因此，本发明的解决方案大大减少了设置时间并简化/减少了成形-填充-密封操作员的任务。通常，ffs操作员必须使用当前的解决方案(例如，解决方案不使用打印机触发相机)训练和/或独立地设置打印机、膜验证和打印的代码验证相机。当前的解决方案还依赖于操作员来确定要打印的正确消息并且依赖于操作员来选择要训练的正确的膜。本发明的ffs膜解决方案可以通过中央设计打印机数据管理软件连接到制作者企业资源计划(erp)，以确保正在使用正确的膜库存代码和正确的后期产品代码。操作员可以简单地选择要运行的产品，并且解决方案提供要打印和检查的正确代码以及要使用的正确膜。这可以通过根据图8的示例性步骤来实现：

-由第一图像记录器60记录(111)感兴趣的区块；

-由图像记录器60向控制器70提供(112)图像数据；

-由控制器70基于图像数据来控制和验证(113)数据；

-根据来自图像记录器60的数据，将打印数据传送(114)至打印系统20；

-由打印系统20根据接收到的打印数据来打印(116)信息；

-由打印机向控制器70或图像记录器31提供(117)触发信号；

-由第二图像记录器31在接收到触发信号时记录(118)图像；

-将记录的图像数据提供(119)给控制器70以进行验证(120)。

因此，本发明提供了一种完整的解决方案，以解决如下问题：确保生产者具有合适基板，例如，用于具有打印清晰的正确代码的正确产品的膜。因此，消除浪费并保护生产者品牌和消费者免受错误包装，例如潜在的过敏问题或错误的到期日，例如食物中毒。

图7是示出用于控制打印机和/或相机和/或处理验证数据的控制系统70或32的一个实施例的示意图，并且其中，可以实现本文描述的方法和系统。系统70可以包括总线710、处理器720、存储器730、只读存储器(rom)740、(可选的)存储设备750、输入设备760、输出设备770和通信接口780。总线710允许系统70的组件之间的通信。系统70还可以包括一个或多个电源(未示出)。本领域技术人员将认识到，系统70可以以多种其他方式进行配置，并且可以包括其他或不同的元件。

处理器720可以包括解释和执行指令的任何类型的处理器或微处理器。处理器720还可以包括能够解码媒体文件并生成输出的逻辑。存储器730可以包括随机存取存储器(ram)或存储由处理器720执行的信息和指令的另一动态存储设备。存储器730还可以用于在处理器720执行指令期间存储临时变量或其他中间信息。

rom740可以包括传统rom设备和/或存储用于处理器720的静态信息和指令的另一静态存储设备。存储设备750可以包括磁性、光学或固态“磁盘”及其相应的驱动器和/或一些其他类型的记录介质及其相应的用于存储信息(例如，打印机和验证系统之间的距离、要打印的产品数据、比较数据和指令)的驱动器。存储设备750还可以包括用于存储信息和指令的闪存(例如，电可擦除可编程只读存储器(eeprom))设备。

输入设备760可以包括允许用户向系统70输入信息的一个或多个传统机制，例如，键盘、小键盘、方向键盘、鼠标、笔、语音识别、触摸屏和/或生物识别机制等。输出设备770可以包括向用户输出信息的一个或多个传统机制，包括显示器、打印机、一个或多个扬声器等。通信接口780可以包括使系统70能够与其他设备(例如，打印机、编码器、相机)和/或系统进行通信的任何类似收发器的机制。例如，通信接口780可以包括到lan的调制解调器或以太网接口。可选地或另外地，通信接口780可以包括用于通过网络(例如，无线网络)进行通信的其他机制。例如，通信接口可以包括射频(rf)发射器和接收器以及用于发送和接收rf数据的一个或多个天线。

系统70还可以以图形形式显示与过程相关联的信息。根据示例性实施方式，系统70可以响应于处理器720执行包含在存储器730中的指令序列来执行各种处理。这样的指令可以从另一计算机可读介质(例如，存储设备750)、或通过通信接口780从单独设备读取到存储器730中。应该理解，计算机可读介质可以包括一个或多个存储器设备或载波。包含在存储器730中的指令序列的执行使得处理器720执行将在下文中描述的动作。在可选实施例中，可以使用硬连线电路代替软件指令或与软件指令进行组合以实现与本发明一致的方面。因此，本发明不限于硬件电路和软件的任何特定组合。

应当注意，词语“包括”不排除存在除列出的那些元素或步骤之外的其他元素或步骤，并且元素前面的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元素。还应注意，任何参考标号都不限制权利要求的范围，本发明可以至少部分地通过硬件和软件实现，并且多个“装置”、“单元”或“设备”可以由硬件的相同物品来表示。

本文描述的本发明的各种实施例可以在方法步骤或过程的一般上下文中描述，其可以在一个实施例中由计算机程序产品实现，包含在计算机可读介质中，包括计算机可执行指令，例如，由网络环境中的计算机执行的程序代码。计算机可读介质可以包括可移动和不可移动存储设备，包括但不限于，只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、光盘(cd)、数字通用盘(dvd)等。通常，程序模块可以包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。计算机可执行指令、相关数据结构和程序模块表示用于执行本文公开的方法步骤的程序代码的示例。这种可执行指令或相关数据结构的特定序列表示用于实现在这些步骤或过程中描述的功能的相应动作的示例。

本发明的各种实施例的软件和web实施方式可以利用具有基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术来完成，以完成各种数据库搜索步骤或过程、相关步骤或过程、比较步骤或过程以及决策步骤或过程。应当注意，如本文和以下权利要求中使用的词语“组件”和“模块”旨在涵盖使用一行或多行软件代码、和/或硬件实施方式、和/或用于接收手动输入的设备的实施方式。

已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的实施例的前述描述。前述描述并非旨在穷举或将本发明的实施例限制为所公开的精确形式，并且根据上述教导可以进行修改和变化，或者可以从本发明的各种实施例的实践中获得修改和变化。选择和描述本文讨论的实施例是为了解释本发明的各种实施例的原理和性质及其实际应用，以使本领域技术人员能够在各种实施例中利用本发明并且具有适合于预期的特定用途的各种修改。本文描述的实施例的特征可以组合在方法、装置、模块、系统和计算机程序产品的所有可能组合中。

前面提到和描述的实施例仅作为示例给出，并且不应限制本发明。在下面描述的专利权利要求中要求保护的本发明范围内的其他解决方案、用途、目的和功能对于本领域技术人员来说应该是显而易见的。