DE102005051028A1 - Einrichtung zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten wie Behältern, insbesondere Flaschen und Flaschenkästen mit eingestellten Flaschen. Hierfür ist eine Stereoabbildung des Objektes durch zwei Kameras vorgesehen, die oberhalb des Objektes angeordnet sind und einen im wesentlichen achsenparallelen Strahlengang aufweisen. Zur Beleuchtung des Objektes ist eine im wesentlichen ringförmige Lichtquelle vorgesehen, die zwischen dem Objekt und den Kameras angeordnet ist und eine Beleuchtung des Objektes ermöglicht.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur dreidimensionalen Vermessung von Behältern wie insbesondere Flaschen und Flaschenkästen mit eingestellten Flaschen für Leergutrücknahmesysteme.
• Zur Identifizierung von Behältern wie insbesondere Kästen und Flaschen bzw. von Flaschen in Kästen ist eine Bestimmung der Kontur der Flaschenkästen und der darin befindlichen Flaschen erforderlich. Insbesondere ist eine Höhenabmessung des Kastens, seine Länge und seine Breite sowie die Höhenbestimmung der Flaschenhälse und die Anzahl der Flaschen notwendig. Hieraus ergibt sich die Kastenform und die Lage der Flaschen im Kasten sowie die Anzahl der Flaschen im Kasten.
• Im Bereich von Leergutrücknahmeautomaten ist eine Vielzahl von Verfahren bekannt, um die Kontur eines Behälters zu erkennen. So ist in der EP 404 749 B1 ein Verfahren zur Ermittlung der Dimensionen eines Behälters beschrieben, bei dem ein Laufzeitverfahren benutzt wird. Eine Sendeeinrichtung strahlt aktiv Licht aus, das teilweise am Messobjekt reflektiert wird. Teile des reflektierten Lichtes werden von einem Sensorelement empfangen und abhängig vom jeweiligen Verfahren kann durch Auswertung des Sende- und Empfangssignals auf die Entfernung zum Messobjekt bzw. auf die Objektgeometrie geschlossen werden. Um die Kontur des Behälters zu erfassen, ist ein drehender Spiegel vorgesehen, so dass das ausgesandte Licht die gesamte Kontur des Behälters überstreichen kann. Nachteilig bei Laufzeitverfahren ist die äußerst komplexe Technik, die zur Erfassung des physikalischen Effekts notwendig ist. Insbesondere ist ein sehr großer Bauraum erforderlich, um die zu messenden Laufzeitunterschiede detektieren zu können. Dies ist jedoch bei der Aufstellung dieser Geräte in Supermärkten hinderlich, da hier der Raum oft eng bemessen ist.
• Aus der DE 198 32 615 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung der Form flaschenförmiger Behälter bekannt, bei dem in die Flasche durch ihren Flaschenboden Licht eingekoppelt wird, so dass dieses Licht durch die Flasche wieder nach außen abstrahlt und von einer oberhalb der Flasche angeordneten Kamera ein Bild der beleuchteten Flasche aufgenommen werden kann. Dieses Verfahren ist jedoch nicht anzuwenden, wenn sich die Flasche in einem geschlossenen Flaschenkasten befindet, da dann eine Beleuchtung von unten nicht möglich ist.
• Als nichtoptische Verfahren gibt es Ultraschallverfahren, wobei es allerdings zu Messungenauigkeiten aufgrund von Totalreflexion an schallharten Oberflächen kommen kann, so dass keine oder nur eine sehr geringe Reflexion gemessen wird.
• Die Erfindung hat somit die Aufgabe, eine Einrichtung zur dreidimensionalen Erfassung von Objekten wie Behältern, insbesondere Flaschen und Flaschenkästen mit eingestellten Flaschen für Leergutrücknahmesysteme zu schaffen, die sich durch einen kompakten Aufbau und somit einen geringen Bauraum und hier insbesondere durch eine geringe Bautiefe auszeichnet und gleichwohl eine sichere und schnelle Erkennung der Behälter gewährleistet. Darüber hinaus soll sie sich durch einen robusten Aufbau und eine hohe Wartungsfreiheit auszeichnen.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Einrichtung zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten wie Behältern, insbesondere insbesondere Flaschen und Flaschenkästen mit eingestellten Flaschen gelöst, bei der eine Stereoabbildung des Objektes durch zwei Kameras vorgesehen ist, die oberhalb des Objektes angeordnet sind und einen im wesentlichen achsenparallelen Strahlengang aufweisen. Zur Beleuchtung des Objektes ist eine im wesentlichen ringförmige Lichtquelle vorgesehen, die zwischen dem Objekt und den Kameras angeordnet ist und eine diffuse Beleuchtung des Objektes ermöglicht.
• Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass sie einen geringen Bauraum benötigt, keine beweglichen mechanischen Komponenten aufweist und insgesamt sehr wartungsfrei ist.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
• In der Zeichnung zeigt:
• 1: eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung für die Rücknahme von Behältern, insbesondere eines Flaschenkastens mit Flaschen.
• In 1 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Rücknahme von Objekten wie Behältern, insbesondere von Flaschen in Flaschenkästen dargestellt. Vorzugsweise befindet sich diese Einrichtung in einem Leergut-Rücknahmeautomaten. Der Flaschenkasten 1 befindet sich auf einem Transportband 2. Der Kasten 1 wird auf das Transportband 2 gesetzt und wird dann von dem Transportband 2 in den Erfassungsbereich von zwei Kameras 3, 4 transportiert. Im Erfassungsbereich der Kameras 3, 4 wird das Transportband 2 angehalten, damit ein Bild des ruhenden Flaschenkastens aufgenommen werden kann. In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, den Flaschenkasten 1 wärend der Bewegung auf dem Transportband 2 mit den Kameras 3, 4 zu erfassen. Die beiden Kameras 3, 4, bei denen es sich vorzugsweise um hochauflösende CCD-Kameras handelt, sind in einem festen Abstand zueinander und im wesentlichen achsenparallel angeordnet und befinden sich in einer Ebene oberhalb des Flaschenkastens 1. Zur Erhöhung der Erkennungssicherheit können diese Kameras 3, 4 auch als Farb-Kameras ausgebildet sein. Vorzugsweise beträgt der Abstand der beiden Kameras 3, 4 etwa 8 cm. Zudem sind die Kameras 3, 4 vorzugsweise nicht gänzlich parallel zueinander angeordnet, sondern in einem gewissen Winkel, so dass der Flaschenkasten 1 aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen wird. Die Kalibrierung 3, 4 zueinander erfolgt zweckmäßigerweise mit einer automatisierten Kalibriervorrichtung. Vorzugsweise werden Kameras mit ½'' Bilddiagonale verwendet. Insgesamt sind durch die Anordnung der Kameras 3, 4 oberhalb des Flaschenkastens 1 objektseitige telezentrische Strahlengänge für die Aufnahme der Bilder des Flaschenkastens 1 ermöglicht.
• Durch die beiden Kameras 3, 4 wird der Flaschenkasten 1 gleichzeitig aus verschiedenen Perspektiven aufgenommen. Aus den beiden Ansichten des Flaschenkastens 1 kann die dreidimensionale Struktur des Flaschenkastens als Stereobild erschlossen werden. Da die Kameras 3, 4 hinsichtlich ihrer Positionierung zum Flaschenkasten 1 als auch untereinander starr sind, ermöglicht dies einen robusten mechanischen Aufbau der Einrichtung, da auf bewegliche Komponenten verzichtet werden kann. Da vorzugsweise auch der Kasten 1 während der Bildaufnahme ruht, ist eine einfache Geometrie zur Bildaufnahme geschaffen.
• Um den Flachenkasten 1 zu beleuchten, befindet sich oberhalb des Flaschenkastens 1 und unterhalb der Kameras 3, 4 eine vorteilhafterweise ringförmige Lichtquelle 5. Vorzugsweise ist die Form der Lichtquelle an die rechteckförmige Kontur des Flaschenkastens angepasst und als rechteckförmiges Lichtband 5 ausgebildet. Vorzugsweise besteht das Lichtband 5 aus Kaltkathodenröhren, da diese ein diffuses Licht aussenden und sich durch eine hohe Lebensdauer auszeichnen. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Reihe von Leuchtdioden, insbesondere lichtintensive LEDs verwendet werden. Insgesamt wird durch diese Art der Lichtquelle 5 eine diffuse und gleichmäßige Beleuchtung des zu erfassenden Behälters, insbesondere des Flaschenkastens erreicht. Die Positionierung der Lichtquelle oberhalb des Flaschenkastens 1 und die diffuse Beleuchtung gewährleisten eine homogene Ausleuchtung der in dem Flaschenkasten befindlichen Flaschen, so dass ein deutliches Bild von ihnen aufgenommen werden kann.
• Um ein möglichst diffuses Licht für die Beleuchtung des Flaschenkastens 1 zu erreichen, können noch zusätzliche, hier nicht dargestellte Diffusoren wie Streuscheiben eingesetzt werden.
• Für eine Erkennung von Schriftzügen und Logos an den Seitenflächen des Flaschenkastens 1 ist eine weitere Kamera 6 vorgesehen, die an einer Seite des Förderbandes 2 angeordnet ist. Um das Logo zu erkennen, ist ein Spiegel 7 vorgesehen, der das Bild des Logos an den Seitenflächen des Flaschenkastens 1 auf die Kamera 6 lenkt. Der Spiegel ist im wesentlichen senkrecht und um 45 ° zur Transportbandrichtung geneigt angeordnet. Durch die senkrechte Anordnung des Spiegels können Schmutzablagerungen auf dem Spiegel durch Einwirkung der Schwerkraft im wesentlichen vermieden werden.
• Insgesamt ist durch den beschriebenen Aufbau die erforderliche Bauraumgröße sehr klein, da im wesentlichen die Abmessungen des Flaschenkastens selbst ein Maß für den erforderlichen Bauraum sind.
• Die Kastenerkennung selbst wird in zwei Schritten durchgeführt. Zunächst werden die Bilder des Kastens von den Kameras 3, 4 aufgenommen und diese werden an eine Bildverarbeitungseinrichtung weitergeleitet. Dort wird mit Mitteln der Bildverarbeitung zunächst eine Erkennung der Größenverhältnisse des Kastens wie die Höhe, Breite und Länge durchgeführt. Dazu werden mit einem entsprechenden Bildverarbeitungsalgorithmen die Kastenkanten in den beiden Bildern der Kameras von außen angetastet und daraus werden die Maße des Kastens ermittelt. Die Bilder und die errechneten Kastenmaße werden dann einem weiteren Algorithmus übergeben, der nun die Flaschen in dem Kasten erkennen soll. Hierzu wird zunächst von den erfassten Bildpunkten die Ableitung in den beiden Raumrichtungen x, y berechnet. Nun werden die Bilder Linie für Linie nach Korrespondenzpunkten durchsucht, wobei es sich hierbei um Gradientenschwellwerte handelt. Für jedes Pixel werden der Intensitätswert, der X-Gradient und der Y-Gradient gespei chert. Anschließend werden die beiden Bilder miteinander verknüpft und die Differenz der Grauwerte beider Bilder wird abgelegt und mit einer Datenbank verglichen. Sind die ermittelten Flaschenkastendaten in der Datenbank bekannt, so wird der Kasten von dem Rücknahmesystem angenommen. Insgesamt sollte die Bilderkennung bei ca. 1–2 Sekunden liegen. Die Auflösung der Kastenvermessung liegt mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen System bei +/- 1 mm, so dass alle handelsüblichen Flaschen- und Kastentypen mit hoher Sicherheit erkannt werden können.

Claims (14)

1. Einrichtung zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten, insbesondere Behälter wie Flaschen und Flaschenkästen mit eingestellten Flaschen mit – einer Ablagefläche (2) für das Objekt (1), – zumindest zwei Kameras (3, 4), die oberhalb der Ablagefläche (2) für das Objekt (1) angeordnet sind, – einer Lichtquelle (5), – und einer Bildverarbeitungseinrichtung zur Auswertung der aufgenommenen Bilder.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kameras (3, 4) achsenparallel angeordnet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameras (3, 4) in einem Winkel zueinander angeordnet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameras (3, 4) mittels einer Kalibriereinrichtung kalibriert werden.
5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (5) zwischen dem Objekt (1) und den Kameras (3, 4) angeordnet ist,
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagefläche (2) als Transportband ausgebildet ist, das während der Bildaufnahme nicht bewegt wird.
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (5) als ringförmiges Lichtband ausgebildet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtband aus Kaltkathodenröhren besteht.
9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtband aus Leuchtdioden besteht.
10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Diffusoren wie Streuscheiben vorgesehen sind.
11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Kamera (6) insbesondere für Aufnahmen von Schriftzügen, Logos und dgl. am Objekt vorgesehen ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umlenkspiegel (7) insbesondere für die Umlenkung des Bildes der Seitenfläche eines Flaschenkastens (1) zu der Kamera (6) vorgesehen ist.
13. Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten, insbesondere von Behältern wie insbesondere Flaschen und Flaschenkästen mit eingestellten Flaschen – wobei sich das Objekt (1) auf einer Ablagefläche (2) befindet, – zumindest zwei Bilder des Objektes (1) von zumindest zwei Kameras (3, 4), die oberhalb der Ablagefläche (2) für das Objekt (1) angeordnet sind, aufgenommen werden, – eine Lichtquelle (5) das Objekt (1) beleuchtet, – und eine Bildverarbeitungseinrichtung die aufgenommenen Bilder auswertet.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameras (3, 4) mittels einer Kalibriereinrichtung kalibriert werden.