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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zur bilderfassungstechnischen Erkennung von geprägten oder
reliefartigen oder sonstigen Markierungen im Schulter- oder Halsbereich
von gefüllten oder nicht gefüllten Flaschen, welche
sich an beliebigen Stellen in oben offenen, bewegten oder ruhenden,
geometrisch definiert untergliederten Sammelgebinden, insbesondere
Getränkekästen, befinden.
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Flaschen
werden aus logistischen Gründen bevorzugt bereits in ihren
Sammelgebinden, insbesondere Getränkekästen, positionsgenau
erfaßt. Dort werden sie bisher vornehmlich durch Basiseigenschaften,
wie etwa Flaschenfarbe, Flaschenhöhe oder vorhandene Etiketten,
identifiziert. Die Vielfalt der in Getränkekästen
vorkommenden Mehr-Wege-Flaschen verlangt jedoch eine individuelle
Identifikation bestimmter Flaschen. Einige Flaschen sind eindeutig
gekennzeichnet durch geprägte oder reliefartige oder sonstige
Markierungen im Schulter- oder Halsbereich. Die Erkennung solcher
Markierungen erweist sich insbesondere bei Flaschen aus transparentem
Material wegen optischer Gründe als schwierig. Die Bilderfassung
der Flaschen in Sammelgebinden, insbesondere Getränkekästen,
muß, aufgrund der engen Stellung zueinander und zum Kastenrand, steil
von oben erfolgen. Beleuchtet werden die Flaschen vornehmlich von
oben, weil Beleuchtungsanordnungen von unten einen erhöhten
Aufwand und den Nachteil der raschen Verschmutzung nach sich ziehen.
Es ist eine Lösung bekannt (
US 2004/0114136 A1 ),
bei der Flaschen in Getränkekästen durch jeweiligs
doppelte Beleuchtung und Aufnahme mittels Differenzauswertung erfasst
und, z. B. hinsichtlich der Flaschenhöhe, charakterisiert
werden. Diese Anordnung ist jedoch nicht nur sehr aufwändig,
sondern auch ungeeignet, die Schulter- oder Halsbereiche jeder Flasche
rundum zu erfassen. Durch die vorgeschlagene Kameraanordnung sind entweder
Teilbereiche des Schulter- oder Halsbereichs verdeckt oder der Blickwinkel
ist so steil, daß eine konkrete Erkennung einer Markierung
unmöglich ist.
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Eine
andere bekannte Lösung (
EP 1382 961 B1 ) bezieht sich speziell auf
die Inspektion des Mündungsbereichs einer einzeln transportierten
Flasche. Hier wird durch eine konzentrische, seitliche Erfassung
des Mündungsbereichs durch einen einteiligen Glaskörper
eine Rundumaufnahme möglich. Diese Lösung ist
jedoch die Erfassung des Schulter- oder Halsbereichs von in Sammelbehältnissen,
insbesondere Getränkekästen, stehenden Flaschen
ungeeignet, weil die erforderliche Erfassungstiefe nicht erreicht
wird. Außerdem sind alle vorgeschlagenen Anordnung der
Lichtquellen ungeeignet für die hier beschriebene Aufgabenstellung.
Unterhalt des Glaskörpers befindliche Lichtquellen lägen
innerhalb des Getränkekastens, seitlich vor oder neben
dem Glaskörper positionierte Lichtquellen würden
Schattenwurf durch im Strahlengang stehende Nachbarflaschen oder
Kastenränder erzeugen. Hinter dem Glaskörper angeordnete
Lichtquellen werden durch diesen abgeschwächt oder gar
störend umgelenkt und können keine geeignete Anstrahlung
der zu erfassenden Bereiche erzielen. Eine Beleuchtung von unten
bedingt die bereits genannten Nachteile sowie Störungen
im erfaßten Bild durch eine vielfältige Schattenbildung durch
Bodenstrukturen von Getränkekasten und Flasche.
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In
einer Lösung zur optischen Inspektion des Inneren offener,
einzeln geführter Getränkebehälter (
DE 199 40 363 A1 )
wird ebenfalls ein Glaskörper wie zuvor vorgeschlagen,
bei dem Licht durch eine seitlich hinter diesem angeordnete Lichtquelle über
einen zentrisch im Strahlengang befindlichen, schräg gestellten
Spiegel gezielt in das Innere des Getränkebehälters
gelenkt wird. Weder mit der Gestalt des strahlumlenkenden Glaskörpers
noch durch die vorgeschlagene Lichtführung ist eine Erfassung
von Markierungen auf der Außenseite des Schulter- oder Halsbereichs
von Flaschen möglich. Die erforderliche Beleuchtung der
Außenseite einer Flasche kann mit diesem Lösungsansatz
nicht erreicht werden.
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Es
besteht daher die Aufgabe, eine Lösung anzugeben, die für
die bilderfassungstechnische Erkennung von geprägten oder
reliefartigen Markierungen im Schulter- oder Halsbereich von gefüllten
oder nicht gefüllten Flaschen, welche sich an beliebigen Stellen
in oben offenen, bewegten oder ruhenden, geometrisch definiert untergliederten
Sammelgebinden, insbesondere Getränkekästen, befinden,
geeignet ist. Diese Aufgabe wird mit dem ersten Anspruch der hier
vorgestellten Erfindung gelöst. Erfinderische Merkmale
beispielhafter Ausprägungen der Erfindung werden in den
weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Wesen
der Erfindung ist, daß die zumeist schräg zur
Bildebene verlaufende Schulter- und Halsfläche jeder Flasche
durch je ein zentrisch über jeder Flaschenlängsreihe
angeordnetes, auf diese Schulter- oder Halsfläche fokussiertes,
an sich bekanntes telezentrisches oder hypertelezentrisches Objektiv
aufgenommen wird, wobei eine jeweils konzentrisch in der Bildachse
zwischen dem Objektiv und der oberen Kastenebene angeordnete Beleuchtungseinheit
die Schulter- und Halsflächen dauernd oder pulsierend gezielt
so beleuchtet, dass die Markierungen hervorgehoben und mittels eines
nachgeschalteten, klassifizierenden Bildauswertungssystems identifiziert
werden. Die vor dem telezentrischen oder hypertelezentrischen Objektiv
angeordnete Beleuchtungseinheit kann direkt und damit ohne Verluste
und in gezielter Weise sowohl die äußere Schulter-
oder Halsfläche jeder Flasche beleuchten als auch, im Falle
unverschlossener Flaschen, Licht direkt in das Innere solcher Flaschen
hineinstrahlen, wo es am Flaschenboden oder Flüssigkeitsspiegel reflektiert
und in das transparente Material der Flasche gelenkt wird. Dies
bewirkt erhöhte Helligkeitsunterschiede an den Flanken
von geprägten oder reliefartigen Markierungselementen,
wodurch ein kontrastreiches Bild entsteht, mit dem die Markierungen durch
ein nachgeschaltetes, klassifizierendes Bildauswertungssystem sicher
identifiziert werden können. Das telezentrische oder hypertelezentrische Objektiv
bewirkt rundum einen Blickwinkel verzeichnungsfrei vertikal beziehungsweise
schräg seitwärts auf den Schulter- oder Halsbereich,
so daß ein genügend breiter Ringsektor im aufgenommenen
Bild entsteht, welcher die geprägten oder reliefartigen
oder sonstigen Markierungen gut erkennbar enthält. Bildverzerrungen
durch desaxierte Position von Flaschen gegenüber der optischen
Mittelachse werden erfindungsgemäß in Querrichtung
durch seitliche Führungen der Fördervorrichtung
und in Längsrichtung durch sensor- oder kamerabasiert ausgelösten Bildaufnahmezeitpunkt
gering gehalten und beeinträchtigen so die nachgeschaltete
klassifizierende Bildauswertung nicht. Die Größe
der Beleuchtungseinheit ist so bemessen, daß der genannte
Ringsektor im aufgenommenen Bild nicht beschnitten wird. Zur Energieversorgung
der Beleuchtungseinheit werden mindestens zwei Einzelkabel benötigt,
die außerhalb des Brennbereichs des Kameraobjektivs durch
den Strahlengang hindurchgeführt werden müssen.
Durch zudem kleine Dimensionierung ist deren Störeinfluß vernachlässigbar
klein.
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Mit
dieser Erfindung können leere oder gefüllte Flaschen
mit geprägten oder reliefartigen oder sonstigen Markierungen,
welche sich an beliebigen Stellen in oben offenen, bewegten oder
ruhenden, geometrisch definiert untergliederten Sammelgebinden,
insbesondere Getränkekästen, befinden, sicher von
anderen, möglicherweise sogar ähnlich aussehenden
Flaschen unterschieden und dementsprechend logistisch geführt
werden. Gleichermaßen ist dies auch für einzelne,
ruhende oder bewegte Flaschen möglich.
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Die 1 und 2 zeigen
die beispielhafte Anordnung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit unterschiedlichen Ausführungen der Beleuchtungseinheit.
In den 3 und 4 wird der Aufbau einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung über einer Fördervorrichtung in zwei
verschiedenen Anordnungen dargestellt.
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1:
Erkennungssystem mit flächiger Beleuchtungseinheit
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2:
Erkennungssystem mit sektorierter Beleuchtungseinheit
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3:
Erkennungsvorrichtung mit versetzten Bilderfassungseinheiten
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4:
Erkennungsvorrichtung mit Gruppen paralleler Bilderfassungseinheiten
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- 1
- Markierung
- 2
- Bilderfassungsbereich
- 3
- Flasche
- 4
- Mündung
- 5
- Schulterbereich
- 6
- Halsbereich
- 7
- Getränkekasten
- 8
- Flaschenlängsreihe
- 9
- Kamera
- 10
- Kameraobjektiv
- 11
- Hypertelezentrisches
Objektiv
- 12
- Optische
Mittelachse
- 13
- Strahlengang
- 14
- Gehäuse
- 15
- Beleuchtungseinheit
- 16
- Leuchtmittel
- 17
- Äußerer
Sektor
- 18
- Innerer
Sektor
- 19
- Lichtbündelungsoptik
- 20
- Äußere
Lichtstrahlen
- 21
- Innere
Lichtstrahlen
- 22
- Einzeldrähte
- 23
- Kastenrand
- 24
- Flaschenboden
- 25
- Fördervorrichtung
- 26
- Förderkette
- 27
- Fördergestell
- 28
- Seitliche
Führung
- 29
- Lichtschrankenreihe
- 30
- Reflektor
- 31
- Rahmenbrücke
- 32
- Rahmenholme
- 33
- Bilderfassungseinheit
- 34
- Kastenfront
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In 1 wird
eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gezeigt. Ein Getränkekasten (7) befindet
sich auf einer entlang eines Fördergestells (27)
geführten Förderkette (26) einer Fördervorrichtung
(25), mit der er dicht unter einer Bilderfassungseinheit
(33) vorbeigeleitet wird. In der 1 ist nur
eine der für jede in Förderrichtung bestehende
Flaschenlängsreihe (8) erforderliche Bilderfassungseinheit
(33) dargestellt. Die optische Mittelachse (12)
der Bilderfassungseinheit (33) fluchtet mit der Mittelachse
der aufzunehmenden Flaschenlängsreihe (8). Die
Getränkekastenposition quer zur Förderrichtung
wird durch seitliche Führungen (28) in den erforderlichen
Toleranzgrenzen gehalten. In dem dargestellten Getränkekasten
(7) mit geometrisch definierter Untergliederung in Form
von Flaschenfächern befinden sich gefüllte oder
nicht gefüllte Flaschen (3), von denen einige
beispielhafte geprägte oder reliefartige oder sonstige
Markierungen (1) im Schulter- oder Halsbereich (5, 6)
tragen.
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Die
Bilderfassungseinheit (33) besteht aus einer Beleuchtungseinheit
(15), einem telezentrischen oder hypertelezentrischen Objektiv
(11), einer Kamera (9) mit Kameraobjektiv (10)
und einem gemeinsamen Gehäuse (14). Die flach
bauende Beleuchtungseinheit (15) ist zwischen dem Objektiv
(11) und der oberen Kastenebene angeordnet. Sie besitzt vorzugsweise
eine kreisflächenförmige Emissionsfläche
und als Leuchtmittel (16) eine Anzahl von stromsparenden
Hochleistungs-LEDs, welche dauernd oder pulsierend Licht aussenden.
Die Stromzufuhr zu der Beleuchtungseinheit (15) erfolgt
in der beispielhaften Ausführung gemäß 1 mit
der kleinstmöglichen Anzahl und kleinstmöglichen
Dimension von Einzeldrähten (22) so, dass diese
nahe dem telezentrischen oder hypertelezentrischen Objektiv radial
nach außen geführt werden, in dieser Ausführung
in getrennt voneinander beabstandete Richtungen. Unter der Beleuchtungseinheit
befindliche Flaschen (3) werden im Bilderfassungsbereich (2),
also im Schulter- oder Halsbereich (5, 6), durch äußere
Lichtstrahlen (20) und, im Falle einer unverschlossenen
Flasche, durch innere Lichtstrahlen (21), welche durch
die Mündung (4) in das Innere der Flasche (3)
gelangen, am Flaschenboden (24) oder Flüssigkeitsspiegel
reflektiert und in das transparente Material der Flasche gelenkt
werden, beleuchtet. Über der Beleuchtungseinheit (15)
befindet sich ein vorzugsweise hypertelezentrisches Objektiv (11), welches
das von dem Bilderfassungsbereich (2) der Flasche (3)
abgestrahlte Licht mit einem Blickwinkel schräg seitwärts
auf diesen Bereich erfaßt und über den konzentrischen
Strahlengang (13) zum Kameraobjektiv (10) und
die Kamera (9) lenkt. Die im Moment der Fluchtung von Flaschenmittelachse
und optischer Mittelachse (12) ausgelöste Bildaufnahme
liefert primäre Bilddaten, die in einem nachgeschalteten,
klassifizierenden Bildauswertungssystem zur Flaschenidentifikation
benutzt werden.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, die sich insbesondere durch eine andere Version der
Beleuchtungseinheit (15) von der zuvor beschriebenen Ausführung
unterscheidet. Die Emissionsfläche dieser Beleuchtungseinheit
(15) besteht aus einem äußeren ringförmigen
und einem inneren kreisflächenförmigen Sektor
(17, 18), wobei der äußere Sektor
(17) das Licht auf die äußere Schulter-
oder Halsfläche (5, 6) bündelt
und der innere Sektor (18) einen gebündelten Lichteintrag,
zum Beispiel durch eine Lichtbündelungsoptik (19),
in das Innere einer unverschlossenen Flasche (3) bewirkt.
Die Einzeldrähte (22) für die Stromzufuhr
erfolgt in diesem Beispiel gemeinsam radial durch den Strahlengang
(13) in Richtung des längslaufenden Kastenrandes
(23). Bei kastenlängsrandseitigen Flaschenlängsreihen
(8) wird der entsprechende Bildbereich bei Einsatz eines
hypertelezentrischen Objektivs zur Bildauswertung typischerweise
durch den dort miterfaßten Kastenrand (23) ohnehin
beeinträchtigt. Daher wird gemäß einem
Ausführungsvorschlag der Erfindung dieser Bildbereich bei
der Bildauswertung durch das angeschlossene Bildauswertungssystem
strukturell erkannt und bleibt bei der Klassifikationsermittlung
ausgenommen. In einer weiteren Ausprägung der Erfindung
können der äußere und innere Sektor (17, 18) oder
auch anders gebildete Sektoren der Emissionsfläche der
Beleuchtungseinheit (15) individuell hinsichtlich Aktivierung,
Aktivierungsformation, Leuchtdauer und Leuchtstärke der
eingesetzten Leuchtmittel (16) angesteuert werden.
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Einem
weiteren erfindungsgemäßen Vorschalg zufolge besitzt
die Beleuchtungseinheit (15) Leuchtmittel (16)
unterschiedlicher Emissionswellenlänge besitzt, wodurch
Flaschen (3) mit unterschiedlichem Farbton und unterschiedlicher
Farbhelligkeit jeweils mit dazu passender Emissionswellenlänge und
Lichtintensität beleuchtet werden können, wobei der
Farbton und die Farbhelligkeit der einzelnen Flaschen (3)
in einer vorangestellten Erkennungsstation bestimmt werden.
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3 und 4 zeigen
jeweils Draufsichten von erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
Je in Förderlängsrichtung bestehender Flaschenlängsreihe
(8) des Sammelgebindes, insbesondere Getränkekastens
(7), ist eine Bilderfassungseinheit (33) erforderlich.
Diese sind an Rahmenbrücken (31) und Rahmenholmen
(32) eines Vorrichtungsrahmens befestigt. 3 zeigt
eine erfindungsgemäße Ausführung mit
einzeln versetzt hintereinander angeordneten Bilderfassungseinheiten
(33), mit denen die Bildaufnahmen rein seriell erfolgen,
während 4 eine Ausführung mit
in Gruppen quer zur Förderrichtung des Getränkekastens
(7) angeordneten Bilderfassungseinheiten (33)
ausweist, womit eine zeitlich parallele Bildaufnahme und eine kompakte
Bauweise der Vorrichtung möglich wird. In 3 und 4 ist
eine beispielhafte Lösung einer sensorbasierten Auslösung
der Bildaufnahmen dargestellt. Der Moment der Auslösung
der konzentrischen Aufnahme jeder Flasche (3) einer Flaschenlängsreihe
(8) wird dabei durch eine Lichtschrankenreihe (29)
und zu ihr gehörendem Reflektor (30) durch Erfassung
der in geometrischem Bezug zu den Flaschenpositionen stehenden Kastenfront
(34) des bewegten Getränkekastens (7)
bestimmt. Die Bildauswertung kann dadurch vorteilhaft auf die determinierte
Flaschenposition in der Aufnahme referenziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2004/0114136
A1 [0002]
- - EP 1382961 B1 [0003]
- - DE 19940363 A1 [0004]