DE102007060557A1

DE102007060557A1 - Modulare Kamera

Info

Publication number: DE102007060557A1
Application number: DE102007060557A
Authority: DE
Inventors: Paul Poloniewicz; Thomas J. Brobst; Richard Skokowski; Bruce Love; Mehul Patel
Original assignee: Accu Sort Systems Inc
Current assignee: Accu Sort Systems Inc
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: US20080164316A1; FR2909505B1; GB2444399B; DE102007060557B4; GB0723324D0; US8233040B2; FR2909505A1; GB2444399A

Abstract

Bereitgestellt wird eine modulare Kamera, die ein Basismodul, ein Kameramodul, ein Beleuchtungsmodul und ein Kommunikationsmodul aufweist, die zusammen einen Kühlverbindungsweg bilden. Das Basismodul umfasst eine Hinterwand, die ein erstes Ende und ein gegenüberliegendes bzw. entgegengesetztes zweites Ende aufweist, eine Bodenwand, die wenigstens eine darin ausgebildete Öffnung aufweist, einen ersten Ventilator, der an dem ersten Ende der Hinterwand der Basis montiert ist, und einen zweiten Ventilator, der an dem zweiten Ende der Hinterwand der Basis montiert ist. Das Kameramodul weist einen Körper auf, wobei der Körper der Kamera entfernbar durch ein Loch aufgenommen ist, das durch die Hinterwand des Basismoduls ausgebildet ist. Das Beleuchtungsmodul weist eine Hinterwand auf, wobei das Beleuchtungsmodul entfernbar derart mit dem Basismodul gekoppelt ist, dass die Hinterwand des Beleuchtungsmoduls von der Hinterwand des Basismoduls beabstandet ist, Das Kommunikationsmodul ist entfernbar mit dem Basismodul gekoppelt. Die Hinterwand des Basismoduls, der Körper des Kameramoduls, die Hinterwand des Beleuchtungsmoduls und das Beleuchtungsmodul bilden zusammen einen Kühlkanal.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 1. Dezember 2006 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Nummer 60/868,235 und dem Titel „Modulated Camera", deren gesamte Offenbarung durch Verweisung hier mitaufgenommen ist.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Fördersysteme und insbesondere Fördersysteme mit vernetzten Komponenten.
Hintergrund der Erfindung
Wie in der den Stand der Technik wiedergebenden 1 dargestellt ist, enthält ein bekanntes Vermessungssystem 10 ein Fördersystem 12, das Güter entlang eines Transportweges bewegt, und ein dem Fördersystem benachbartes Komponentensystem 14, das von dem Fördersystem bewegte Pakete mitverfolgt. Das Fördersystem 12 enthält eine Anzahl von Rollen 16, ein Band 24, eine Unterlage 18 und einen Tachometer 20. Es ist verständlich, dass der Förderer die Güter entlang des Transportweges auch mithilfe von Mitteln bewegen kann, die keine Bänder sind, so beispielsweise mithilfe von angetriebenen Rollen. Die Rollen 16 sind motorgetriebene Rollen, die das Förderband 24 in einer durch die Pfeile 26 bezeichneten Richtung oberhalb der Unterlage 18 bewegen, die eine Stütze für das Band darstellt. Im Sinne der vorliegenden Diskussion wird diejenige Richtung, die dem Anfang des Fördersystems 12 entspricht, mit „wegaufwärts" bezeichnet, während diejenige Richtung, in die sich das Förderband 24 bewegt, mit „wegabwärts" bezeichnet wird.
Der Tachometer 20 ist unterhalb der Oberfläche des Förderbandes 24 angeordnet, in Kontakt damit befindlich und dreht sich bei einer Bewegung des Bandes in Richtung der Pfeiles 26 mit dem Band. Dreht sich der Tachometer 20, so gibt er ein Signal aus, das eine Sequenz von Pulsen umfasst, die der Linearbewegung und der Geschwindigkeit des Förderbandes entsprechen. Der Tachometer 20 und andere Vorrichtungen, die Signale bereitstellen, die der Bewegungsrate eines Förderbandes entsprechen, woraus die Orte von Gütern, die sich auf einem Transportweg entlang des Bandes bewegen, bestimmt werden können, sind einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet bekannt. Im Allgemeinen entspricht die Anzahl der von dem Tachometer 20 ausgegebenen Pulse dem von dem Band zurückgelegten Linearabstand, während die Pulsfrequenz der Geschwindigkeit des Bandes entspricht. Die Anzahl der Tachometerpulse pro Messeinheit bestimmt die Auflösung des Tachometers sowie dessen Fähigkeit, den Abstand, um den sich das Förderband bewegt hat, genau zu messen. Der Tachometer 20 kann durch einen Wellenkodierer ersetzt werden, und zwar insbesondere dann, wenn weniger genaue Messungen ausreichen.
Das Komponentensystem 14 enthält einen Vermesser 28, eine Mehrzahl von Strichcodeabtastern 32 und einen Computer 36, die alle an einem Rahmen 38 angebracht sind. Der Rahmen 38 stützt den Vermesser 28 und wenigstens einen der Strichcodeabtaster 32 horizontal derart über dem Förderband 24, dass von dem Vermesser und den Abtastern emittierte Lichtstrahlen die oberen Oberflächen von Paketen kreuzen, die von dem Band bewegt werden. Der Rahmen 38 trägt zudem zusätzliche Abtaster 32 vertikal benachbart zu dem Förderband 24 derart, dass von diesen Abtastern emittierte Lichtstrahlen die seitlichen, hinteren, vorderen oder unteren Oberflächen der von dem Band bewegten Pakete kreuzen. Ein aus dem Stand der Technik stammendes Beispiel für Abtaster ist der Laserstrichcodeabtaster QUAD X, der von der Firma Accu-Sort Systems, Inc. aus Telford, Pennsylvania hergestellt wird. Es sollte jedoch einsichtig sein, dass auch Kameras oder andere geeignete Strichcodeleser in Abhängigkeit von den Gegebenheiten bei einem jeweiligen System zum Einsatz kommen können.
Wie auf dem einschlägigen Gebiet bekannt ist, erfasst der Vermesser 28 eine oder mehrere Abmessungen eines Gutes auf einem Förderer. Der Vermesser ist entlang des Förderers in einer bekannten Position relativ zu den Strichcodelesern angeordnet. Erreicht ein Paket, das sich entlang des Förderers bewegt, den Vermesser, so öffnet der Vermesserprozessor einen Paketeintrag, bestimmt Höhe, Breite und Länge, ordnet jene Daten dem Paketeintrag zu und gibt die Abmessungsdaten an den Systemprozessor in Verbindung mit den Tachometerdaten, die dem Ort des Paketes an dem Vermesser entsprechen, aus. Bei Empfang der Daten des Vermessers öffnet der Systemprozessor einen Paketeintrag und ordnet dem Paketeintrag die Abmessung und Tachometerdaten, die von dem Vermesser eingegangen sind, zu.
Der Systemprozessor setzt zudem eine Variable des offenen Lesefensters und eine Variable des geschlossenen Lesefensters für den Strichcodeabtaster fest. Die Variable des offenen Lesefensters für den Strichcodeabtaster ist gleich dem Tachometerwert für den am weitesten wegabwärts befindlichen Punkt an dem Paket plus einem bekannten Abstand (in Tachometerpulsen) zwischen dem Vermesser und einer vorbestimmten Position auf dem Transportweg in Bezug auf den Strichcodeabtaster. Die Variable des geschlossenen Lesefensters für den Strichcodeabtaster ist gleich dem Tachometerwert für den am weitesten wegaufwärts befindlichen Punkt an dem Paket plus einem bekannten Abstand (in Tachometerpulsen) zwischen dem Vermesser und der vorbestimmten Position in Bezug auf den Strichcodeabtaster.
Wie auf dem einschlägigen Gebiet bekannt ist, kann der Strichcodeleser 32 einen Laserabtaster umfassen, der eine Mehrzahl von Laserlinien, beispielsweise in einer Sequenz von „X-Mustern", auf das Band projiziert. Der Abtaster gibt ein Signal, das eine Strichcodeinformation enthält, die von den Laserlinien zurückreflektiert wird, sowie einen Strichcodezähler, der in den X-Mustern die Position angibt, an der eine gegebene Strichcodeinformation erfasst worden ist, aus. Damit stellt der Strichcodezähler die seitliche Position auf dem Band und die Längsposition in Bezug auf die Mittellinie der X-Muster in Entsprechung zu der Strichcodeinformation bereit. Die Strichcodeabtasterbaugruppe weist einen Fotodetektor auf, der entlang des Förderers unmittelbar wegaufwärts von den X-Mustern angeordnet ist. Ein Prozessor in der Strichcodeabtasterbaugruppe 32 überwacht das Ausgabesignal des Fotodetektors und bestimmt hierdurch, wann die vorderen und hinteren Kanten des Paketes an dem Fotodetektor vorbeilaufen. Der Strichcodeabtaster empfängt zudem die Tachometerausgabe. Indem der Fotodetektor das Vorbeilaufen der vorderen und hinteren Kanten des Paketes den Tachometerdaten zuordnet, bestimmt der Prozessor des Strichcodeabtasters, wann das Paket durch die X-Muster hindurchläuft. Der Prozessor des Strichcodeabtasters bestimmt entsprechend, wann gültige Strichcodedaten für das Paket ermittelt werden können, und ermittelt die Strichcodedaten während jener Zeitspanne.
Der Strichcodeprozessor sammelt Strichcodedaten, während ein gegebenes Paket durch die X-Muster hindurchläuft, und überträgt die gesammelten Strichcodedaten an den Systemprozessor, wenn das Paket einen vorbestimmten Punkt auf dem Transportweg im Gefolge des Strichcodeabtasters erreicht. Insbesondere besitzt der Prozessor des Strichcodeabtasters Kenntnisse dahingehend, wann die vordere Kante des Paketes an dem Fotodetektor des Strichcodeabtasters vorbeiläuft. Nach Ermittlung der Strichcodedaten des Paketes über eine Zeitspanne auf Grundlage der Länge des Paketes hält der Prozessor des Strichcodeabtasters die Strichcodedaten vor, bis ein Tachometerwert, den der Prozessor des Strichcodeabtasters den Strichcodedaten zuordnet, an einem Punkt gesammelt ist, der angibt, dass die vordere Kante des Paketes an dem vorbestimmten Punkt wegabwärts von dem Abtaster befindlich ist. Der vorbestimmte Punkt ist derart festgelegt, dass das längste Paket, von dem zu erwarten ist, das es durch das System läuft, die X-Muster des Abtasters klären kann. Der Prozessor des Strichcodeabtasters gibt anschließend die Strichcodedaten an den Systemprozessor aus.
Der Systemprozessor greift auf Tachometerpulse zu, um die Strichcodedaten dem richtigen Paketeintrag zuzuordnen. Der Systemprozessor bestimmt den gesammelten Tachometerwert zu der Zeit, zu der die Strichcodedaten von dem Prozessor des Strichcodeabtasters empfangen werden. Die Strichcodevariablen des offenen Lesefensters und des geschlossenen Lesefensters für jede Paketstruktur entsprechen dem Abstand zwischen dem Vermesser und dem vorbestimmten Punkt wegabwärts von dem Strichcodeabtaster. Somit vergleicht der Systemprozessor den Tachometerwert, der den empfangenen Strichcodedaten zugeordnet ist, mit den Strichcodevariablen des offenen Lesefensters und des geschlossenen Lesefensters für die offenen Paketstrukturen, die in dem Speicher vorgehalten sind. Liegt der Tachometerwert zwischen der Strichcodevariable des offenen Lesefensters und der Strichcodevariable des geschlossenen Lesefensters für eine beliebige offene Paketstruktur, so weist der Systemprozessor die Strichcodedaten jenem Paketeintrag zu. Ist der Tachometerwert nicht innerhalb der Strichcodevariablen des offenen Fensters und des geschlossenen Fensters, die für einen beliebigen offenen Paketeintrag gespeichert sind, befindlich, so werden die Strichcodedaten keinem Paketeintrag zugewiesen.
Das anhand 1 beschriebene System betrifft Strichcodeabtaster, die ein X-Muster über das Band projizieren. Einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet erschließt sich, dass X-Muster-Abtaster durch Linienabtastkameras zum Erfassen und Lesen von Strichcodes ersetzt werden können. Linienabtastkameras sind genau wie Strichcodeabtaster voluminös und schwer, und es braucht mehr als einen Techniker, um den Abtaster in dem Abtasttunnel zu installieren und zu kalibrieren.
Um das System 10 zu Anfang aufzustellen und zu kalibrieren, wird der Kameratunnelrahmen aufgestellt, woraufhin die Strichcodekameras an dem Rahmen derart montiert werden, dass sie in Bezug auf das Förderband geeignet angeordnet und orientiert sind. Hierzu bedarf es mehrerer Techniker, die die Kameras in dem Tunnel heben und diese an dem Rahmen befestigen. Im Allgemeinen sind Kameras aus dem Stand der Technik unitäre bzw. einstückige Strukturen, die voluminös sind und deren Anheben und Befestigen für einen einzelnen Techniker mühsam ist. Darüber hinaus muss, da die Kameras mit hoher Leistung arbeiten, eine große Wärmemenge aus dem Kameragehäuse abgeführt werden, damit die elektronischen und optischen Elemente der Kamera nicht beschädigt werden. Daher sind Ventilatoren in dem Kameragehäuse eingeschlossen, um Luft durch das Gehäuse zu ziehen, wodurch die internen Komponenten abgekühlt werden.
Die Techniker verbinden jede Kamera mit einem Computer, um die Betriebsparameter der Kamera einzeln zu kalibrieren und einzustellen. Der Techniker gibt die Kamerainformation direkt über den Computer in den Kameraprozessor ein und kann bestimmte Kameraeinstellungen in einem Dongle oder einer anderen tragbaren Speichervorrichtung abspeichern. Die Kalibrationsdaten können den Orientierungswinkel der Kamera, die Höhe der Kamera und den Ort der Kamera in Bezug auf das Band und den Vermesser umfassen. Sobald jede Kamera in dem Tunnel kalibriert und eingebaut ist, werden die Kameras mit einem Zentralcomputer verbunden, der die von jeder Kamera erfassten und verarbeiteten Informationen empfängt. Sollte eine Kamera kaputtgehen oder einer Wartung bedürfen, so sind eine vollständige Kalibration und ein vollständiger Setup für die ersetzte Kamera und möglicherweise für den gesamten Tunnel von Nöten, um sicherzustellen, dass sämtliche Komponenten des Tunnels geeignet ausgerichtet sind.
In dem in 1 gezeigten System ist der Vermesser 28 ein Vermesser vom Triangulierungstyp ähnlich denjenigen, die in den US-Patenten mit den Nummern 6,775,012 , 6,177,999 , 5,969,823 und 5,661,561 offenbart sind, deren gesamte Offenbarungen durch Verweisung hier mitaufgenommen sind. Bei diesen Ausführungsbeispielen umfasst der Vermesser 28 eine Lichtquelle, so beispielsweise einen Laser und einen Drehreflektor mit einer Anordnung innerhalb des Vermessergehäuses, die einen Abtaststrahl (der mit der Strichlinie 40 bezeichnet ist) erzeugen, der auf das Förderband 24 hinab gerichtet ist. Daher tastet der Drehreflektor die Einpunktlichtquelle über die Breite des Bandes 24 ab. Jede Winkelposition des Reflektors stellt einen x-Achsen-Ort an dem Band dar. Der Abtaststrahl 40 kreuzt das Band 24 an der Linie 42 auf eine Weise, die quer (x-Achse 80) zur Linearbewegung (y-Achse 82) des Bandes auf dem Transportweg unter einem festen Winkel in Bezug auf eine Achse ist, die normal (z-Achse 84) zur Oberfläche des Bandes ist. Pakete, die sich auf dem Band 24 bewegen, so beispielsweise das Paket 62, kreuzen den Abtaststrahl 40 und erzeugen dadurch einen Versatz bei dem Abtaststrahl in y-Richtung (entlang der y-Achse 82). Insbesondere ist die Laserlichtquelle wegabwärts in Richtung der y-Achse 82 derart angeordnet, dass die Lichtebene unter einem Winkel von der z-Achse 84 reflektiert wird. Daher ist dann, wenn sich eine Schachtel wegabwärts bewegt, die Kreuzung der Lichtebene eine kontinuierliche Linie über das Band entlang der x-Achse 80. Kreuzt eine Schachtel die Lichtebene, so verschiebt sich der von der Schachtel gekreuzte Ebenenabschnitt nach vorne hin zu der Lichtquelle, da das Licht auf der Schachtel um einen kürzeren Abstand als dasjenige Licht verschoben wird, das das Band auf den linken und rechten Seiten der Schachtel kreuzt. Dieser Versatz beziehungsweise diese Verschiebung bei dem Licht auf der Oberfläche der Schachtel ist proportional zur Höhe der Schachtel.
Sowohl das Förderband 24 wie auch die hierauf befindlichen Pakete reflektieren das von den Abtaststrahlen erzeugte Licht zurück zu dem Drehspiegel, der das Licht zu einer Linearfeldanordnung von Linienabtast-CCD-Detektoren oder einem CMOS-Abbilder (nicht gezeigt) innerhalb des Vermessers 28 reflektiert. Die Feldanordnung ist parallel zur y-Achse 82 orientiert. Da der Drehspiegel sowohl das ausgehende wie auch das reflektierte Laserlicht reflektiert, gibt der Spiegel das reflektierte Licht an einer konstanten x-Achsen-Position aus, wobei das reflektierte Licht in y-Richtung entsprechend der Verschiebung bei der Linie 42 gemäß Verursachung durch die Höhe eines Paketes 62 und dem Winkel, unter dem der Abtastlaserstrahl das Band kreuzt, verschoben wird. Daher muss die Linearfeldanordnung der CCD- oder CMOS-Detektoren genau in y-Richtung ausgerichtet sein, um die y-Achsen-Verschiebung des zurückkehrenden Lichtes zu erfassen. Da die Feldanordnung aus einer einzelnen Linie von Pixelsensoren besteht, ist die Ausrichtung bei der Erfassung des reflektierten Lichtes kritisch. Liegt eine Fehlausrichtung der Achse der Linearsensoren bezüglich des festen x-Achsen-Punktes, wo der Spiegel das reflektierte Licht hinleitet, vor, so erfasst der Sensor die Höhenänderung nicht. Die Winkelposition des Drehspiegels entspricht der x-Achsen-Position eines beliebigen gegebenen Punktes des reflektierten Lichtes.
Der Vermesser 28 erzeugt ein Signal, das die Höhe eines Objektes, so beispielsweise des Paketes 62, über das bereits beschriebene Förderband 24 durch den bei dem Abtaststrahl 40 erfassten y-Achsen-Versatz darstellt. Das Signal stellt zudem die x-Achsen-Positionen der Höhendaten dadurch dar, dass jene Daten der Winkelposition des Spiegels zugeordnet sind. Auf Grundlage der Höhendaten und der entsprechenden x-Achsen-Daten bestimmt der Prozessor (nicht gezeigt) des Vermessers das Querschnittshöhenprofil eines Objektes auf dem Band und durch Sammeln derartiger Profile entlang der Länge des Objektes das dreidimensionale Profil des Objektes.
Wie bei der Kamera müssen Techniker auch den Vermesser anheben und festhalten, während dieser an dem Tunnelrahmen befestigt wird. Anschließend werden Wasserwaagen eingesetzt, um sicherzustellen, dass der Detektor des Vermessers parallel zur Fläche des Förderbandes ist. Liegt keine im Wesentlichen parallele Ausrichtung der Detektorfeldanordnung des Vermessers bezüglich des Bandes vor, so ermittelt der Vermesser die Abmessungen des Objektes gegebenenfalls ungenau. Sollte zudem, wie vorstehend beschrieben worden ist, die Linienabtastfeldanordnung nicht genau auf den Drehspiegel ausgerichtet sein, was beispielsweise dann auftritt, wenn geringfügige Fehlausrichtungen zwischen der Feldanordnung und dem Drehspiegel vorliegen, so kann der Vermesser eine Verschiebung bei dem Licht nicht erfassen. Darüber hinaus kann der Drehspiegel während des Versands oder des Einbaus durch Erschütterungen des Vermessers in Fehlausrichtung geraten.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung ist eine Konsequenz aus den vorherigen Betrachtungen wie auch weiteren Konstruktionen und Verfahren aus dem Stand der Technik.
Diese und/oder weitere Aufgaben werden bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer modulartig aufgebauten bzw. modularen Kamera erreicht, die ein Basismodul, ein Kameramodul, ein Beleuchtungsmodul und ein Kommunikationsmodul umfasst. Das Basismodul umfasst eine Hinterwand, die ein erstes Ende und ein gegenüberliegendes bzw. entgegengesetztes zweites Ende aufweist, eine Bodenwand, die wenigstens eine darin ausgebildete Öffnung aufweist, einen ersten Ventilator, der an dem ersten Ende der Hinterwand der Basis montiert ist, und einen zweiten Ventilator, der an dem zweiten Ende der Hinterwand der Basis montiert ist. Das Kameramodul weist einen Körper, einen Sensor und optische Kameraelemente auf, wobei der Körper der Kamera entfernbar durch ein Loch aufgenommen ist, das durch die Hinterwand des Basismoduls ausgebildet ist. Das Beleuchtungsmodul weist eine Hinterwand und eine Lichtquelle auf, die an der Hinterwand montiert ist, wobei das Beleuchtungsmodul entfernbar derart mit dem Basismodul gekoppelt ist, dass die Hinterwand des Beleuchtungsmoduls von der Hinterwand des Basismoduls beabstandet ist. Das Kommunikationsmodul weist wenigstens eine darin ausgebildete Wärmesenke auf, wobei das Kommunikationsmodul entfernbar mit dem Basismodul gekoppelt ist und die wenigstens eine Wärmesenke durch die wenigstens eine Öffnung der Bodenwand des Basismoduls aufgenommen ist. Die Hinter- und Bodenwände des Basismoduls, der Körper des Kameramoduls, die Hinterwand des Beleuchtungsmoduls und die wenigstens eine Wärmesenke des Kommunikationsmoduls bilden zusammen einen Kühlkanal.
Bei einigen Ausführungsbeispielen schließen die ersten und zweiten Ventilatoren gegenüberliegende bzw. entgegengesetzte Enden des Kühlkanals ab. Bei anderen Ausführungsbeispielen enthalten die Wände des Kühlkanals eine Mehrzahl von Kühlrippen, die an wenigstens der Hinterwand des Basismoduls und/oder dem Körper der Kamera und/oder der Hinterwand des Beleuchtungsmoduls ausgebildet sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen umfasst das Basismodul des Weiteren wenigstens zwei Montierbügel zum Montieren des Basismoduls an einem Abtasttunnelrahmen. Bei wieder anderen Ausführungsbeispielen umfasst das Basismodul wenigstens zwei Gelenkbügel zum Koppeln des Kommunikationsmoduls mit dem Basismodul.
Die begleitende Zeichnung, die zu der vorliegenden Druckschrift gehört und einen Teil derselben bildet, zeigt ein oder mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung und dient zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Eine vollständige und ausführungstaugliche Offenbarung der vorliegenden Erfindung, die die optimale Ausführung hiervon enthält, die für einen Durchschnittsfachmann auf dem einschlägigen Gebiet dargelegt ist, ist in der Beschreibung gegeben, die sich auf die beigefügte Zeichnung bezieht, die sich wie folgt zusammensetzt.
1 ist eine schematische Darstellung eines dynamischen Vermessungssystems aus dem Stand der Technik.
2 ist ein Blockdiagramm eines dynamischen Vermessungssystems entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine schematische Darstellung eines Abschnittes des dynamischen Vermessungssystems von 2.
4 ist ein Blockdiagramm einer Kamera zur Verwendung bei dem dynamischen Vermessungssystem von 2.
5 ist eine perspektivische Ansicht der in 4 gezeigten Kamera.
6 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in 4 gezeigten Kamera.
7 ist eine perspektivische Teilexplosionsansicht der in 4 gezeigten Kamera.
8 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Beleuchtungsmoduls zur Verwendung bei der in 5 gezeigten Kamera.
9 ist eine perspektivische Freischnittansicht des in 8 gezeigten Beleuchtungsmoduls.
10 ist eine perspektivische Teilfreischnittansicht des in 9 gezeigten Beleuchtungsmoduls.
11 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Kameramoduls zur Verwendung bei der in 4 gezeigten Kamera.
12 ist eine perspektivische Freischnittansicht des in 12 gezeigten Kameramoduls.
13 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Kommunikationsmoduls zur Verwendung bei der in 5 gezeigten Kamera.
14 ist ein Blockdiagramm des in 13 gezeigten Kommunikationsmoduls.
15 ist eine perspektivische Freischnittansicht der Kamera von 5.
16 und 17 sind perspektivische Ansichten eines Abstandsermittlers entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Abstandsermittlers von 16.
19 ist eine schematische Ansicht des Abstandsermittlers von 16.
20 ist ein Lasermuster für den Abstandsermittler entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine Explosionsansicht eines Abschnittes des in 20 gezeigten Lasermusters.
22 ist ein Blockdiagramm der Kamerabaugruppe von 5.
23 ist ein Blockdiagramm der Abstandsermittlerbaugruppe von 16.
24 ist eine Planansicht des Förderers und des Abstandsermittlers von 16.
25 ist eine Planansicht des Förderers und des Abstandsermittlers von 16.
26 ist ein pixelbasierter Intensitätsausdruck für den Abstandsermittler von 25.
27 ist eine Aufschließansicht des Intensitätsausdrucks von 26.
Die wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung und in der Zeichnung soll dieselben oder analoge Merkmale oder Elemente der Erfindung bezeichnen.
Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird detailliert Bezug auf die derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung genommen, von der ein oder mehrere Beispiele in der begleitenden Zeichnung dargestellt sind. Jedes Beispiel soll der Erläuterung der Erfindung und nicht der Beschränkung derselben dienen. Für einen Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet ergibt sich unmittelbar, dass Abwandlungen und Abänderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von deren Wesen und Schutzumfang abzuweichen. So können beispielsweise Merkmale, die als Teil eines Ausführungsbeispieles dargestellt oder beschrieben werden, bei einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden, sodass sich ein weiteres Ausführungsbeispiel ergibt. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Abwandlungen und Abänderungen als innerhalb des Schutzumfanges der beigefügten Ansprüche und der Äquivalente hiervon befindlich beinhaltet. Zusätzliche Aspekte und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der nachfolgenden Beschreibung angegeben und sind zum Teil aus der nachfolgenden Beschreibung ableitbar oder ergeben sich aus der praktischen Umsetzung der Erfindung.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst ein dynamisches Vermessungssystem 100 allgemein einen Abstandsermittler 102 oder eine andere Vermessungsvorrichtung (so beispielsweise einen Vermesser, Lichtvorhänge und dergleichen) zum Bestimmen der Höhe und der groben Abmessungen einer Schachtel, die auf einem Förderer transportiert wird, mehrere Kameras 106, 108, 110 und einen Tachometer 112 in Verbindung mit wenigstens einer Kamera 106 zur Ausgabe eines Signals, das die Bewegung des Förderbandes darstellt. Der Abstandsermittler und die Kameras sind beispielsweise mittels einer Ethernet-Verbindung 104 untereinander vernetzt. Obwohl in 2 nur drei Kameras gezeigt sind, ist einsichtig, dass eine beliebige Anzahl von Kameras untereinander vernetzt werden kann, um einen Abtasttunnel zu bilden. Einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet ist bekannt, dass Ethernet eine LAN-Architektur (LAN local area network, Netzwerk im Ortsbereich) ist, die sich einer Bus- oder Sterntopologie bedient und einen Datentransfer mit Raten von 10 Mbps unterstützt. Ethernet bedient sich des CSMA/CD-Zugriffsverfahrens zur Abarbeitung gleichzeitiger Anfragen und ist einer der am häufigsten implementierten LAN-Standards. Eine neuere Version von Ethernet mit dem Namen 100 Base-T (oder Fast Ethernet) unterstützt einen Datentransfer mit Raten von 100 Mbps, während die allerneueste Version mit dem Namen Gigabit Ethernet Datenraten von 1 Gigabit (1.000 MBit) pro Sekunde unterstützt.
Wie in 3 gezeigt ist, tastet das dynamische Vermessungssystem 100 Objekte, so beispielsweise das Objekt 103 ab, das sich auf dem Förderband 104 bewegt, decodiert Strichcodes 116, die sich auf dem Objekt befinden, und überträgt die Information zur weiteren Verarbeitung an ein (nicht gezeigtes) Hostsystem. In der Figur gezeigt sind eine obere Lesestrichcodekamera 106 und ein Abstandsermittler 102 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Allgemeinen werden Objekte durch ein Sichtfeld 118 des Abstandsermittlers 102 bewegt. Der Abstandsermittler 102 erfasst die Anwesenheit des Objektes 103 und bestimmt Abstand, Ausdehnung und Orientierung des Objektes in Bezug auf das Förderband. Die Ausdehnung des Objektes bezeichnet die linken und rechten Kanten des Objektes entlang der x-Achse 80. Der Abstandsermittler erzeugt einen Objektanfangstrigger, der die Kameras (von denen in 3 nur eine gezeigt ist) von der Anwesenheit des Objektes in Kenntnis setzt, wie auch ein Objektendsignal. Der Abstandsermittler 102 überträgt die Höhen- und Ausdehnungsdaten an das Kameramodul 106, das die Information verwendet, um seine optischen Elemente zu fokussieren, damit Effizienz und Effektivität des Erfassens und Lesens des Strichcodes 116 maximiert werden.
Wie in 2 und 3 gezeigt ist, bedient sich jede Kamera 106, 108 und 110 der Tachometerdaten zur Mitverfolgung der Bewegung des Objektes 103 durch ein Sichtfeld 120 des Abbildungssensors der Kamera (in 2 und 3 nicht gezeigt). Jede Kamera verarbeitet den Videodatenstrom und lokalisiert und decodiert einen beliebigen auf dem Objekt vorhandenen Strichcode mittels Erfassen desjenigen Lichtes, das von dem abgetasteten Objekt reflektiert wird. Sobald das Objekt einen vorbestimmten Abstand wegabwärts von dem Tunnelsystem (dieser Punkt wird vom Host eingestellt) erreicht, sendet das System die Strichcodedaten an das Hostsystem zur weiteren Verarbeitung. Es ist einsichtig, dass die Kamera 106 derart montiert werden kann, dass ihr Sichtfeld 120 direkt auf den Förderer 104 gerichtet ist, oder es kann das Sichtfeld, wie in 3 gezeigt ist, von einem Spiegel 122 umgelenkt werden. Das Umlenken des Sichtfeldes ermöglicht, dass die Kamera derart angeordnet wird, dass ihr Abtastbild parallel zur y-Achse 82 ist, wobei der Spiegel 122 das Sichtfeld entlang der z-Achse 84 umleitet.
Zur Vereinfachung der Diskussion wird nur eine der Kameras 106, 108 und 110 detailliert beschrieben, wobei einsichtig ist, dass die Kameras 106, 108 und 110 strukturell und elektronisch gleich sind. Wie in 4 bis 6 gezeigt ist, verfügt jede Kamera über ein Basismodul 124, ein Kameramodul 126, ein Beleuchtungsmodul 128 und ein verteiltes Verarbeitungs- und Kommunikationsmodul 130. Die modulare Ausgestaltung ermöglicht, dass die Kamera 106 während der Installation zerlegt wird, um das Gewicht, das zu einem bestimmten Zeitpunkt anzuheben und zu montieren ist, zu verringern.
Wie in 7 gezeigt ist, weist das Basismodul 124 zwei feste Bügel 132 und 134 zum Montieren des Basismoduls an dem Abtasttunnel auf. Zwei Gelenkbügel 136 und 138, die auf einer Unterseite 140 des Basismoduls 124 benachbart zu den jeweiligen Bügeln 132 und 134 angeordnet sind, sichern das verteilte Verarbeitungs- und Kommunikationsmodul 130 beweglich an der Unterseite des Basismoduls. Insbesondere weist das verteilte Verarbeitungs- und Kommunikationsmodul 130 vier feste Stifte 135 auf, die in Schlitzen 137 aufgenommen sind, die in den Gelenkbügeln 136 und 138 ausgebildet sind. Zwei federbelastete Stifte 139 sind in Löchern 141 aufgenommen, die in den Gelenkbügeln 136 und 138 ausgebildet sind, um das Kommunikationsmodul an den Gelenkbügeln lösbar zu befestigen. Zwei Befestiger 143 befestigen die Enden der beweglichen Bügel 136 und 138 an der Unterseite 140 des Basismoduls und halten so das Kommunikationsmodul positiv in einer geschlossenen Position. Die Befestiger 143 können Schrauben, Bolzen oder andere geeignete Befestiger sein.
Innerhalb des Basismoduls 124 montiert sind zwei Energieversorgungen 142 und 144, die Wechselstrom in Gleichstrom verwandeln. Die Energieversorgung 142 stellt ungefähr 350 Watt einer Gleichstromleistung zur Verwendung durch das verteilte Verarbeitungs- und Kommunikationsmodul 130 und das Kameramodul 126 bereit. Die Energieversorgung 144 stellt ungefähr 290 Watt einer Gleichstromleistung zur Verwendung durch das Beleuchtungsmodul 128 bereit. Eine Gleichstromleistungsverteiltafel (nicht gezeigt) erzeugt diejenigen notwendigen Gleichspannungen, die nicht direkt von den Energieversorgungen 142 und 144 bereitgestellt werden.
Wie in 6 gezeigt ist, ist eine Rückwand 146 mit einer Mehrzahl von Metallrippen 156 zur Ableitung der von den Energieversorgungen 142 und 144 erzeugten Wärme bedeckt. An gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten Enden 148, 150 der Rückwand 146 montiert sind zwei Sätze von Ventilatoren 152 und 154. Die Ventilatoren 152 ziehen Luft in das Basismodul 124, und die Ventilatoren 154 schieben Luft hinaus. Eine rechteckige Öffnung 155 nimmt das Kameramodul 126 auf, das mittels Befestigern, so beispielsweise mittels Schrauben, Bolzen oder anderen geeigneten Befestigern, gehalten wird. Die Unterseite 140 des Basismoduls legt eine Mehrzahl von Öffnungen 158 zur Aufnahme von Wärmesenken 240 (5 und 6) von dem verteilten Verarbeitungs- und Kommunikationsmodul 130 fest. Die Öffnungen 158 sind derart bemessen und ausgeformt, dass sie satt an den Wärmesenken anliegen, sodass das Innere des Kommunikationsmoduls gegen den die Rückwand 146 umgebenden Bereich abgedichtet ist. Es ist einsichtig, dass Dichtungen (nicht gezeigt) entlang des Umfanges der Öffnungen verwendet werden können, um den Dichteffekt zu erhöhen, so beispielsweise Dichtungen vom Gummi-, Silizium- oder einem anderen Polymertyp, wie auch beispielsweise Dichtungen vom Gummi-, Silizium- oder einem anderen Polymer- oder Elastomertyp.
Wie in 8 bis 10 gezeigt ist, umfasst das Beleuchtungsmodul 128 ein Beleuchtungsservo- und Steuerungs- bzw. Regelungssystem 162, LED-Felder 164 (von denen in den Figuren nur eines gezeigt ist) und optische Beleuchtungselemente 166. Sämtliche Elemente sind in einem Gehäuse montiert, das von einer Rückwand 168, einer oberen Wand 170, einer Bodenwand 172 und zwei Endseitenteilen 174 und 176 gebildet ist. Ein Loch 177 ist durch die Hinterwand 168 ausgebildet, damit sich die Kameralinse in das Beleuchtungsmodul hinter den optischen Beleuchtungselementen 166 hindurcherstrecken kann, was nachstehend noch im Detail beschrieben wird.
Das Beleuchtungsservo- und Steuerungs- bzw. Regelungssystem 162 ist an einer Bodenwand 172 montiert, steht mit den LED-Feldern 164 über Kabel in Verbindung und empfängt Befehlssignale von einem Prozessor (in den Figuren nicht gezeigt) in dem Kameramodul 126 zu dem Verwendungszweck, den Intensitätspegel der Beleuchtung für die LEDs einzustellen. Die LED-Felder 164 sind an einer Hinterwand 168 mittels Bügeln 169 montiert, stellen einen Montierbereich für LEDs 180 bereit und führen Wärme, die von den LEDs 180 erzeugt wird, über die Metallrippen 182, die an der Rückwand 168 ausgebildet sind, ab. Bei einem Ausführungsbeispiel kann jedes LED-Feld 164 eine Länge von 6 Inch aufweisen und 18 LEDs enthalten, die in einer Reihe ausgerichtet sind. Die LEDs sind in einem verschachtelten Muster angeordnet, sodass für den Fall, dass in einer Folge von LEDs ein Fehler auftritt, die resultierenden dunklen LEDs über die Felder verteilt sind, sodass ein gleichmäßiges Beleuchtungsfeld erhalten bleibt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält das Beleuchtungsmodul 128 sechs LED-Felder.
Die optischen Beleuchtungselemente 166 kollimieren den Lichtausgang der LEDs 180 und fokussieren das Licht auf einer Linie, die zu einer Ansichtsebene des Abbildungssensors koplanar ist (in 8 bis 10 nicht gezeigt). Die optischen Beleuchtungselemente 166 umfassen zwei separate zylindrische Fresnel-Linsen, die allgemein mit 166 bezeichnet sind, wobei hier zwei Linsen als eine Einheit dargestellt ist und wobei von den Linsen die erste parallel zur Achse der Beleuchtung zur Fokussierung des LED-Lichtes auf eine schmale Ebene koplanar zu der Abtastebene des Abbildungssensors ist, während die zweite senkrecht zur ersten angeordnet ist, um das Licht aus jedem LED-Feld entlang der Abtastlinie zur Abdeckung des vollständigen von dem System benötigten Sichtfeldes zu verteilen. Es sollte einsichtig sein, dass bei anderen Ausführungsbeispielen eine einzelne Fresnel-Linse oder ein optisches Brechungselement anstelle der doppelten Fresnel-Linse verwendet werden kann. Die Fresnel-Linse 166 ist an Endseitenteilen 174 und 176 durch Montierbügel 184 und Abstandshalter 186 angebracht. Die Fresnel-Linse 166 legt eine Öffnung 188 fest, damit von einer Oberfläche reflektiertes Licht die optischen Kameraelemente des Kameramoduls 126, wie nachstehend noch beschrieben wird, erreicht.
Eine Abdeckung 190 schließt den Raum ein, der von der dem Beleuchtungsmodul zu eigenen Hinterwand 168, der oberen Wand 170, der Bodenwand 172 und den Endseitenteilen 174 und 176 festgelegt wird. Die Abdeckung 190 ist vorzugsweise aus einem transparenten Material gefertigt, damit Licht von den LEDs 180 durch die Abdeckung auf die beleuchtete Oberfläche gelangen kann und ermöglicht wird, dass reflektiertes Licht zurück zu den optischen Elementen der Kamera gelangt. Daher ist die Abdeckung 190 vorzugsweise aus einem geeigneten transparenten Material gefertigt, wobei bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Abdeckung aus einem optisch wirksamen Akryl gefertigt ist. Ein Fenster 192, das in einer Öffnung in einer Vorderwand 194 der Abdeckung 190 angeordnet ist, ist aus einem hochwertigen optischen Glas, so beispielsweise aus Floatglas oder einem anderen Material, gebildet, um die Verzerrung des reflektierten Lichtes, das zu den optischen Elementen der Kamera zurückläuft, zu minimieren. Das Fenster 192 kann an der Abdeckung 190 mittels Befestigern oder anderer Mittel, die das Fenster sicher festhalten, befestigt sein. Geeignete Befestigter sind unter anderem Klammern, Stifte sowie ein Presssitz des Glases in der Abdeckungsöffnung und dergleichen mehr.
Das Beleuchtungsmodul 128 ist an dem Basismodul 124 mittels einer Zunge 196 (6) befestigt, die an dem Basismodul 124 mit Aufnahme in einer Nut 198, die in der Bodenwand 172 ausgebildet ist. Sobald die Nut 198 des Beleuchtungsmoduls die Basiszunge 196 aufnimmt, ist eine Lippe 200, die an der oberen Wand 170 ausgebildet ist, an einer oberen Wand 202 der Basis mittels Befestigern (nicht gezeigt), so beispielsweise mittels Schrauben, Bolzen und dergleichen mehr, befestigt.
Wie in 11 und 12 gezeigt ist, umfasst das Kameramodul 126 einen Körper 204, ein Sensormodul 206, eine Linse 208 mit fester Brennweite und einen Deckel 210. Das Brennpunktsservomodul 212 kann ein geschlossenes Servoregelsystem sein, das die Bewegung eines (nicht gezeigten) Motors steuert bzw. regelt, der die Brennweite zwischen der Hauptabbildungslinse 208 und dem Sensor 213 einstellt. Das Brennpunktsservomodul 212 empfängt von einem Prozessor 214 des Kameramoduls Befehle, die verwendet werden, um die Brennweite zwischen der Hauptabbildungslinse 208 und dem Sensor 213 durch Bewegen eines Spiegels, der zwischen dem Kamerasensor und den festen optischen Elementen befindlich ist, einzustellen. Das Kameramodul 126 bedient sich eines Gelenkspiegelbrennpunktssystems (so beispielsweise desjenigen, das in dem US-Patent mit der Nummer 6,801,260 , das an die Firma Accu-Sort Systems Inc. übertragen ist, beschrieben wird, wobei die gesamte Offenbarung dieser Druckschrift durch Verweisung hier mitaufgenommen ist), um den optischen Abstand zwischen der festen Hauptabbildungsbrennpunktslinse und dem Sensor einzustellen.
Die Abbildungslinse 208 kann eine feste Brennweite von 68,5 mm, 90 mm und 140 mm aufweisen, wodurch sich eine ausreichende Abdeckung für die meisten Anwendungen der Kamera 100 ergeben sollte (Strichcode oder OCR-Anwendungen auf dem Gebiet selbstidentifizierender Systeme). Es sollte einsichtig sein, dass andere feste Brennweiten in Abhängigkeit von der Anwendung der Kamera 100 zum Einsatz kommen können. Das Sensormodul 206 enthält zwei Leiterplatten (nicht gezeigt) und eine Abbildungsfeldanordnung 213. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Abbildungsfeldanordnung eine 8000-Pixel-Linearfeldanordnung, ein vier Anschlüsse umfassender Dalsa-Sensor mit ladungsgekoppelter Vorrichtung mit einem Videoausgang von 8 Bit pro Pixel. Eine Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet erschließt sich, dass andere Arten von CCD-Sensoren ebenfalls verwendet werden können. Wird das Sensorfeld bei seiner Maximalrate von 40 MHz pro Anschluss betrieben, so kann das Sensorfeld ein Video mit einer Rate von ungefähr 160 MPixel pro Sekunde erzeugen.
Wie in 13 und 14 gezeigt ist, umfasst das verteilte Verarbeitungs- und Kommunikationsmodul 130 eine Trägerkarte 216, einen Mitverfolgungsprozessor 218, einen Videoprozessor 220, drei COM-Express-Module 222, 224 und 226 und einen Kommunikationsprozessor 228. Die Trägerkarte 216 stellt die Plattform für sämtliche von dem Kameramodul 106 durchgeführte Videobearbeitung dar. Das Video aus dem Abbildungsmodul 206 wird von dem Videoprozessor 220 empfangen, wo es in Echtzeit verarbeitet und an die COM-Express-Module 222, 224 und 226 und den Kommunikationsprozessor 228 zur weiteren Verarbeitung übertragen wird. Der Kommunikationsprozessor und die COM-Express-Module stehen miteinander und mit externen Vorrichtungen über Ethernet-Verbindungen 114 durch einen Ethernet-Schalter 230 und/oder einen PCI-Express-Schalter in Verbindung.
Der Mitverfolgungsprozessor 218 empfängt ein Eingangssignal von dem Tachometer 112 an dem Eingang 232, ein Triggersignal an dem Eingang 234 sowie eine Abstandsinformation von dem Abstandsermittler 102 an dem Eingang 236 und bedient sich der Informationen zur Mitverfolgung der Anwesenheit, des Ortes und der Höhe eines Objektes, wie dies auch bei Systemen aus dem Stand der Technik der Fall ist. Der Mitverfolgungsprozessor 218 stellt zudem Steuerungs- bzw. Regelungs- und Diagnostikbefehle für das Beleuchtungsmodul 128 und das Kamerabrennpunktsservomodul 212 bereit. Werden Objekte entlang des Förderbandes 104 (2) transportiert, so nimmt der Mitverfolgungsprozessor eine Mitverfolgung der Position hiervon relativ zu der Kamera 106 und der Höhen- und Ortsinformation auf dem Band 104 vor. In Reaktion auf diese Information sendet der Mitverfolgungsprozessor 218 Befehle an das Beleuchtungsmodul 128, um die Beleuchtungsintensität zu erhöhen oder zu erniedrigen, sowie an das Kamerabrennpunktsservomodul 212, um den Brennpunkt der optischen Elemente der Kamera geeignet einzustellen und ein lesbares Bild von den Objekten zu erhalten. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Mitverfolgungsprozessor 218 der i.MX31L, der von der Firma Freescale Semiconductor aus Austin, Texas hergestellt wird.
Der Videoprozessor 220 stellt die komplette Hochgeschwindigkeitsvideobearbeitung bereit und verwaltet sämtliche Echtzeitsteuerungs- bzw. Regelungssignale beispielsweise aus dem Tachometer 112 und dem Triggereingang 234. Der Videoprozessor 220 stellt das Tachometereingangssignal 232 ein, verarbeitet dieses und stempelt die Mitverfolgungsinformation in die Linearsensorabbildungsdaten ein. Der Videoprozessor 220 puffert zudem Zeilen der Videodaten aus dem Abbildungssensor 206, packt die Linien in 64-Bit-Worte und gibt die Worte in den Speicher des Kommunikationsprozessors 228 und der COM-Express-Module 222, 224 und 226 ein. Der Videoprozessor 220 hält eine konstante Abtastgeschwindigkeit des Abbildungssensors 206 auf Grundlage eines Tachometereingangssignals 232 und der in dem System konfigurierten Liniendichte aufrecht.
Der Kommunikationsprozessor 228 empfängt die von dem Mitverfolgungsprozessor 218 eingegebenen Daten und die von dem Videoprozessor 220 stammenden Videodaten. Die Hauptaufgabe des Kommunikationsprozessors 228 besteht darin, Bilddaten von dem Videoprozessor 220 zu den COM-Express-Modulen 222, 224 und 226 zu bewegen. Beispiele für die Kommunikationsprozessoren 228 sind die Modelle MPC8548E, MPC8547E, MPC8545E und MPC8543E, die alle von der Firma Freescale Semiconductor aus Austin, Texas hergestellt werden.
Die COM-Express-Module 222, 224 und 226 erlauben eine Erweiterung der Kamera 106 ohne Neugestaltung des Kamerasystems und können zu einem beliebigen Zeitpunkt hinzugefügt werden, um zusätzliche Funktionalität bereitzustellen, ohne dass dies eine Änderung an der Trägerkarte 216 erfordern würde. Insbesondere können Module zur Durchführung zusätzlicher Merkmale, so beispielsweise einer Vermessung, einer optischen Zeichenerkennung (OCR optical character recognition) und dergleichen mehr, in die Kamera 106 zu einem beliebigen Zeitpunkt vermöge der COM-Express-Module eingebaut werden. Die FPGA-Einheit 220 stellt beständig Kameradaten für die COM-Express-Module und das Kommunikationsmodul 228 bereit, das beispielsweise für OCR oder eine Vermessung verwendet werden kann. Jedes COM-Express-Modul 222, 224 und 226 verfügt über eine Ethernet-Verbindung 238 zu dem Kommunikationsprozessor 228 über den Ethernet-Schalter 230 zusätzlich zu einer PCI-Express-Verbindung.
Jede Kamera verfügt über zwei Netzwerkports 178A und 178B, die eine wechselseitige Verbindung der Kameras ermöglichen. Ein eigenes Netzwerk weist 100 Base-T-Ethernet auf und hat zwei festverdrahtete Signale, nämlich einen Tachometerpuls und ein Tachometersynchronisationssignal. Das Tachometersignal rührt von der Kamera mit dem daran angebrachten Tachometer 112 her. Das Tachometersynchronisationssignal ist ein abgeleitetes Signal des Tachometersignals, das direkt an jede der Kameras übertragen wird, um sicherzustellen, dass jede Kamera jedes beliebige Paket unabhängig von den anderen Kameras genau mitverfolgen kann. Durch Überwachung dieser beiden Signale können sämtliche Kameras in dem Tunnel in vollkommener Synchronisation mit einem Paket auf dem Förderer 104 sowie untereinander bleiben, indem die Tachometerpulse für jedes Paket auf dem Fördersystem gleichzeitig gezählt werden. Die Netzwerkports 178A und 178B erlauben eine Übertragung von Information von einer Kamera in dem Netzwerk zu einer beliebigen anderen Kamera in dem Tunnelnetzwerk. Jede Kamera enthält zudem zwei Ports 178C und 178D zum Anschließen des Hostsystems. Der erste Port 178C gibt ein asynchrones Signal aus, während der zweite Port 178D eine 100 Base-T-Ethernet-Verbindung ist. Die Abbildungsnetzwerkverbindung gibt Bilddaten an das Hostsystem zur weiteren Verarbeitung aus. Der PCI-Express-Schlitz ist ein Standard-PCI-Schlitz, der aktualisierte Karten annimmt, um weitere Verarbeitungsmerkmale für die Kamera 106 bereitzustellen. So kann beispielsweise eine PCI-Karte verwendet werden, um der Kamera 106 zu ermöglichen, eine Echtzeit-JPEG-Kompression bereitzustellen, die an das Hostsystem ausgegeben werden kann.
Die Energie, die von der Kamera 106 verbraucht wird, kann über 180 Watt liegen, von denen 15 bis 20 Watt als Licht emittiert werden. Die übrige Energie wird in Wärme umgewandelt, die aus der Kamera entfernt werden muss, um die elektronischen Komponenten nicht zu beschädigen. Da die Kamera 106 empfindliche optische und elektronische Elemente enthält, werden das Kameramodul 126, das Beleuchtungsmodul 128 und das Kommunikationsmodul 130 vorzugsweise nicht mittels herkömmlicher Verfahren des Herausziehens von Luft durch jedes Modul gekühlt, da sich Schmutz und Flusen an den elektronischen und optischen Elementen sammeln könnten.
Wie in 15 gezeigt ist, passen die einzelnen Module der Kamera 106 derart zusammen, dass sie einen Kühlkanal 244 zu bilden. Insbesondere passt der Körper 204 des Kameramoduls in die Öffnung 155 (6), sodass sich eine durchgehende Rückwand 146 der Basis bildet. Das Beleuchtungsmodul 128 ist an der Zunge 196 der Bodenwand der Basis durch die Nut 198 und an der oberen Wand 202 durch eine Mehrzahl von Befestigern, so beispielsweise durch Schrauben, Bolzen oder Klammern, wie vorstehend beschrieben worden ist, befestigt. Das Kommunikationsmodul 130 ist an der Kamerabasis 124 mittels der Bügel 136 und 137 (7) gesichert, die ermöglichen, dass das Kommunikationsmodul um ein Ende 133 schwenkt, damit ein Anwender das Kommunikationsmodul warten kann, ohne dass er es physisch aus der Kamera entfernen müsste.
Befindet sich das Kommunikationsmodul 130 in seiner geschlossenen Position, so sind die Wärmesenken 240 durch die Öffnungen 158 der Bodenwand der Basis aufgenommen. Im Ergebnis legen die Rückwand 168 des Beleuchtungsmoduls, die Rückwand 146 der Kamerabasis, die Wärmesenken 240 des Kommunikationsmoduls (von denen nur eine in 15 gezeigt ist) und die Bodenwand 140 der Basis (in 15 nicht gezeigt) zusammen einen Kühlkanal 244 fest, der gegen die empfindlichen optischen und elektronischen Elemente der Kamera abgedichtet ist. Jede der Wände des Kühlkanals enthält eine Mehrzahl von Metallrippen, um Wärme weg von den elektrischen Komponenten in den Kühlkanal zu leiten, was die Wärmeableitung unterstützt. Die Ventilatoren 152 und 154, die an jedem Ende des Kühlkanals 244 befindlich sind, ziehen Luft in ein Ende hinein und schieben Luft an dem anderen Ende des Kanals hinaus, um Luft aus der Kamera zu entfernen. Bei einem Ausführungsbeispiel hält ein durch den Ventilator erzwungener Luftstrom von ungefähr 130 Kubikfuß pro Minute die Temperatur innerhalb der Kamera in einem gewünschten Bereich.
Die Kameras 106, 108 und 110 können verschiedene Rollen in dem Abtasttunnel wahrnehmen. Vorzugsweise wird beispielsweise eine Kamera als übergeordnete Kamera (master) eingesetzt. Die übergeordnete Kamera empfängt ein Triggersignal und das Systemtachometersignal und stellt ein Triggersignal und eine Brennpunktsinformation für die anderen Kameras in dem Tunnel bereit. Eine Kamera (entweder die übergeordnete Kamera oder eine der untergeordneten Kameras (slave)) ist mit dem Hostsystem verbunden und für das Übermitteln der Paketdaten an das Hostsystem verantwortlich.
Daten, die von jeder Kamera für eine einzelne Schachtel gesammelt worden sind, werden zu einer einzigen Nachricht kombiniert, die an das Hostsystem übertragen wird, wenn das Paket einen Übertragungspunkt erreicht. Strichcode- und Paketinformationen können zwischen den Kameras über das 100 Base-T-Ethernet-Network übertragen werden. Jedes der Kameramodule 106, 108 und 110 ist in der Lage, die Nachrichten von sämtlichen anderen Kameras in dem Tunnelsystem zu korrelieren und eine kombinierte Nachricht zu erzeugen. Dies bedeutet, dass sie für den Fall, dass die übergeordnete Kamera sämtliche Kameradaten von den anderen Kameras empfängt, die mehreren Bilddaten korrelieren und die kombinierten Daten an das Hostsystem übertragen kann. Da jede der Kameras über die Fähigkeit verfügt, Daten von den anderen Kameras zu empfangen und die kombinierten Daten zu korrelieren, können zwei Kameramodule in demselben Tunnelsystem mit verschiedenen Hostsystemen verbunden sein, von denen jedes ein anderes Datenformat und andere Übertragungspunkte aufweist. Darüber hinaus kann aufgrund dessen, dass sämtliche Kameras vernetzt sind, eine Kamera die Verarbeitung für Daten vornehmen, die von einer anderen Kamera gesammelt worden sind, sollte diese Kamera die Fähigkeit zur Verarbeitung der Daten verloren haben. Darüber hinaus enthält jede Kamera Setup- und Kalibrationsdaten über jede andere Kamera in dem Tunnelsystem.
16 und 17 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Abstandsermittlers zur Verwendung in dem Tunnelsystem von 3. Der Abstandsermittler 102 verfügt über ein Gehäuse 246, das von einer Vorderwand 248, einer oberen Wand 250, einer Bodenwand 252, einer Hinterwand 254 und zwei Endwänden 256 gebildet wird. Wie in 18 gezeigt ist, legt die Vorderwand 248 drei kreisförmige Öffnungen 258, 260 und 262 und eine rechteckige Öffnung 264 fest. Zwei Bügel 166 und 268 sind an den Endwänden 256 montiert und ermöglichen, dass der Abstandsermittler an dem Rahmen des Tunnelsystems montiert wird.
Der Abstandsermittler 102 verfügt über zwei Laserbeleuchtungsvorrichtungen 270 und 272, die in der Nähe jedes Endes des Gehäuses 246 in jeweiligen (nicht gezeigten) Öffnungen montiert sind. Die Laservorrichtungen sind an dem Gehäuse 246 befestigt und werden mittels Deckelplatten 274 und 276 (17) festgehalten. Ein jeweiliges Vorderende 282 und 284 der Laserbeleuchtungsvorrichtungen erstreckt sich in die jeweiligen Öffnungen 258 und 262 der Vorderwand. Jedes Vorderende 282 und 284 der Laservorrichtung ist von einem jeweiligen optischen Beugungselement umschlossen und von ein durchsichtiges Fenster aufweisenden Deckeln 286 und 288 bedeckt, die an der Vorderwand 248 des Abstandsermittlers über Öffnungen 258 und 262 durch Befestiger oder andere geeignete Verbindungsvorrichtungen befestigt sind. Ein Linearsensorfeld 250 des Abstandsermittlers ist in einer rechteckigen Öffnung (nicht gezeigt) aufgenommen, die in einer Hinterwand 254 des Gehäuses ausgebildet ist und von einer Deckelplatte 292 durch Schrauben, Bolzen oder beliebige andere Befestigter gehalten wird. Ein Sensorkopf 296 erstreckt sich durch die Öffnung 260 der Vorderwand des Gehäuses hindurch, sodass die optischen Sensorelemente von einem Linsendeckel 298 bedeckt sind, der an der Vorderwand 248 des Gehäuses befestigt ist. Ein Steuer- bzw. Regelfeld 300 ist in einer rechteckigen Öffnung 264 der Vorderwand des Gehäuses aufgenommen und wird durch Schrauben, Bolzen oder andere geeignete Befestiger gehalten.
Wie in 19 gezeigt ist, werden die Laserbeleuchtungsvorrichtungen 270 und 272 und ihre zugehörigen optischen Beugungslinsen (in 19 nicht gezeigt) verwendet, um ein Lasermuster 302 mit einer räumlich eindeutigen Strichanordnung zu erzeugen (20). Die Laserbeleuchtungsvorrichtungen 270 und 272 sind unter einem Winkel θ in Bezug auf eine Achse 308 normal zu dem Förderer 104 angeordnet. Wie in 21 gezeigt ist, besteht die räumlich eindeutige Strichanordnung aus einer Reihe von langen beleuchteten Strichen 314 und kurzen beleuchteten Strichen 316, die durch kurze leere (nicht beleuchtete) Zwischenräume 318 und lange leere (nicht beleuchtete) Zwischenräume 320 getrennt sind. Schmale beleuchtete Striche sind ein Pixel breit, schmale leere Zwischenräume sind zwei Pixel breit, breite beleuchtete Striche sind drei Pixel breit und breite leere Zwischenräume sind vier Pixel breit. Die räumlich eindeutige Strichanordnung enthält 199 Worte, wobei ein Codewort durch sechs Elemente festgelegt und ungefähr 20 Pixel breit ist. Das eindeutige Muster ist durch 78 Worte festgelegt und wiederholt sich dreimal, um die Breite des Bandes abzudecken. Bei einem Ausführungsbeispiel des eindeutigen Musters befinden sich durchweg nicht drei breite Striche oder leere Zwischenräume in einer Reihe. Sind also drei Elemente aufeinanderfolgend und von ähnlichen Breiten, so müssen es schmale Striche oder Zwischenräume sein. Die räumlich eindeutige Strichanordnung ist auch als T-Strichsequenz bekannt.
Einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet erschließt sich, dass die Elemente der Breite nach zunehmen, wenn sich das Lasermuster 320 zu der äußeren Ausdehnung des Bandes hin erstreckt. Kreuzt zudem eine Schachtel das Lasermuster 302, so wird der Abschnitt des Musters an der Oberseite der Schachtel der Breite nach gestaucht, da der Abstand von der Laserquelle zu der Oberseite der Schachtel kürzer als der Abstand zu dem Band ist. Gleichwohl bleiben aufgrund dessen, dass sämtliche Striche und Zwischenräume gestaucht werden, die eindeutigen Worte unverändert, sodass der Betrieb des Abstandsermittlers nicht beeinträchtigt ist.
Bei einigen Ausführungsbeispielen können die optischen Beugungselemente anstatt des eindeutigen Codewortmusters eine Reihe von Lichtpunkten über die Breite des Bandes erzeugen. Gleichwohl treten bei der Reihe von Lichtpunkten dieselben Ausrichtungsprobleme auf, die auch von Vermesserkonzeptionen aus dem Stand der Technik her bekannt sind, da die Punktlinie auf das Sichtfeld des Linearsensors geeignet ausgerichtet werden muss. Bei dem Versuch, die Ausrichtungsprobleme zu überwinden, können bei anderen Ausführungsbeispielen gleichbeabstandete Lichtstriche verwendet werden, wobei die Höhe jedes Striches mehrere Pixel beträgt. Bei dem gleichbeabstandeten Strichmuster tritt das Ausrichtungsproblem nicht mehr auf, da sich der annehmbare Ausrichtungsfehler auf Grundlage der Höhe der Striche vergrößert. Sowohl die gleichbeabstandeten Lichtpunkte wie auch die gleichbeabstandeten Lichtstriche gehen jedoch beide mit Überlappungsproblemen einher. Dies bedeutet, dass für den Fall, dass die Punkte und Striche nicht ausreichend beabstandet sind, sich der eine Punkt oder Strich um mehr als den Abstand zwischen benachbarten Punkten oder Strichen verschieben kann, was zu einer ungenauen Höhenmessung führt, die für die jeweilige Schachtel berechnet wird. Wird der Abstand zwischen den Punkten oder Strichen verschmälert, um die Auflösung des Abstandsermittlers zu erhöhen, so ist die maximale Höhe der Schachtel für das System begrenzt. Wird demgegenüber der Punkt- oder Strichabstand vergrößert, um größere Schachtelhöhen verarbeiten zu können, so wird die Auflösung der Punkte oder Striche über das Band verringert. Bei großen Abständen zwischen den Punkten oder Strichen wird, obwohl die Schachtelhöhe ermittelt werden kann, die Fähigkeit, die Ausdehnungen der Schachtel richtig zu erfassen, vermindert. Der Einsatz eines eindeutigen Lasercodewortmusters anstelle gleichbeabstandeter Punkte oder Striche beseitigt daher sowohl die Probleme bei der Sensorausrichtung wie auch diejenigen der Überlappung.
Eine optische Achse 304 und 306 jeder Laservorrichtung ist von einer optischen Achse 308 des Linearkamerasensors 296 um einen vorbestimmten Abstand 310 unter einem Winkel θ versetzt, was ermöglicht, dass der Linearsensor quer zu dem Förderband 104 anstatt parallel zur Transportachse des Förderers 104 angeordnet werden kann. Der Winkel θ wird von dem Prozessor des Abstandsermittlers verwendet, um die Höhe eines Paketes unter Verwendung bekannter Triangulierungsverfahren zu bestimmen. Der Zweck davon, sich zweier Laservorrichtungen 270 und 272 zu bedienen, besteht darin, den Schattenbildungseffekt zu beseitigen, der durch eine einzige Lichtquelle entsteht. Dies bedeutet, dass für den Fall, dass eine einzige Laserquelle 270 verwendet wird, der Abschnitt des Bandes 104 benachbart zu der linken Seite eines entlang des Förderers 104 verbrachten Objektes nicht von dem Lasermuster beleuchtet wird, da das Objekt diesen Abschnitt des Bandes von der Beleuchtung fernhält. Infolgedessen ermöglicht das Hinzufügen einer zweiten Laservorrichtung 272, dass jede Laservorrichtung zyklisch ein- und ausgeschaltet werden kann, und zwar mit einer Rate, durch die bewirkt wird, dass eine vollständige Abtastlinie auf jeden Punkt entlang der Länge des Bandes projiziert wird, wodurch die Schattenbildungseffekte effektiv beseitigt werden.
Läuft ein Objekt in die Sichtfelder 302 der Beleuchtungslaservorrichtung, so verschiebt sich die räumlich eindeutige Strichanordnung quer zur Transportrichtung auf dem Förderer 104, was von einem Sichtfeld 312 des Linearsensors 296 erfasst wird. Da das Lasermuster über das Band eindeutig ist, kann der verschobene Abschnitt des Musters erfasst werden, woraufhin auf Grundlage bekannter Triangulierungsverfahren das Ausmaß der Verschiebung in die Höhe des erfassten Objektes umgerechnet werden kann. Die Ausdehnung des Musters, das an der Höhe des Objektes vorgefunden wird, gibt die linke und rechte Ausdehnung des Objektes an. Die Höhen- und Ausdehnungsinformation des Objektes wird mit der Tachometerzählerinformation korreliert und über das Ethernet-Netzwerk 114 an die Kameramodule 106, 108 und 110 übertragen, wobei die sich ergebende Paketinformation verwendet wird, um das Kamerabrennpunktsservomodul 212 anzusteuern. Das Linearsensorfeld 290 des Abstandsermittlers enthält einen (nicht gezeigten) Prozessor, der von dem Sensor 296 aufgenommene Bilder erfasst, die Bilder zur Bestimmung, ob innerhalb des Sichtfeldes 312 des Abstandsermittlers Objekte vorhanden sind, verarbeitet und Höhe und Ausdehnung (linke und rechte Kanten) des Objektes zeilen- bzw. linienweise bestimmt.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Linearsensor 296 ein Sensor des Modells „Toshiba 1209D 2000 Pixel, single tap, charge coupled device" und der Prozessor ist der Prozessor i.MX31L, der von der Firma Freescale Semiconductor aus Austin, Texas hergestellt wird. Bei einer Bandgeschwindigkeit von 620 Fuß pro Minute kann der Abstandsermittler 102 2480 Abtastlinien pro Sekunde bewerkstelligen, was eine Auflösung von 1/20 Inch in Transportrichtung ermöglicht und eine Videorate von etwa 5 MB pro Sekunde erzeugt. Die Laserbeleuchtungsvorrichtungen 270 von 272 arbeiten bei einer Wellenlänge von 658 nm, wobei der Laser mit einem Punktdurchmesser von 2,5 mal 7,0 mm kollimiert ist. Jede Laserbeleuchtungsvorrichtung und DOE ist um 20 Inch von der Mitte des Bandes 104 versetzt, wobei die Laservorrichtungen 270 und 272 unter einem Winkel θ von 13,94° in Bezug auf die Achse 308 gerichtet sind. Die Bildebene des Abstandsermittlers ist 76 Inch von der Ebene des Förderers angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung kann das System eine maximale Paketgröße mit einer Breite von 36 Inch und einer Höhe von 36 Inch verarbeiten. Es ist einsichtig, dass andere Konfigurationen innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung möglich sind und die vorgenannte Konfiguration nur als Beispielskonfiguration angeführt ist. So liegt die maximale Schachtelhöhe, die von dem Abstandsermittler 102 ohne Verschiebung des eindeutigen Codewortes von einem Abschnitt des eindeutigen Musters zu einem Abschnitt, wo sich das Muster wiederholt, erfasst werden kann, bei einer Höhe von ungefähr 50 Inch. Die Position der Laservorrichtungen kann bei anderen Konfigurationen anders sein, um Schachtelhöhen von bis zu 50 Inch verarbeiten zu können.
Im Betrieb erfasst, wie vorstehend beschrieben worden ist, der Abstandsermittler 102 die Höhe der Objekte, die sich entlang des Förderbandes 104 bewegen, durch Erfassen der Längsverschiebung eines Lasermusters, das auf das Band projiziert wird, wenn das Lasermuster das Objekt kreuzt. Insbesondere ist in 24 und 25 eine Schachtel 103 gezeigt, die sich in der Richtung 26 entlang des Förderers 104 bewegt. Der Laser 270 projiziert die eindeutige Laserlinienmusterfolge auf die Breite des Bandes 104. Läuft die Schachtel 103 durch das Lichtmuster, so verschiebt sich ein Abschnitt 315 des eindeutigen Codes nach rechts, da die Schachtel nun vorhanden ist. Ein Abschnitt des eindeutigen Linienmusters 105 ist auf dem Band nicht sichtbar, was von der Schattenbildung herrührt, die durch die Schachtel 103 bewirkt wird. Der Linearsensor des Abstandsermittlers ist quer zur Richtung des Bandtransportes angeordnet und erfasst eine Reihe von hellen und dunklen Flächen entlang der Breite des Bandes. Diese hellen und dunklen Flächen werden in ein erfasstes Beleuchtungsintensitätssignal umgewandelt, das von dem Prozessor des Abstandsermittlers verwendet wird, um die Kanten der Striche und Zwischenräume zu erfassen.
In 26 und 27 ist das Beleuchtungsintensitätssignal in Abhängigkeit von der Pixelzahl in Form eines Graphen 600 ausgedruckt gezeigt. Der Prozessor des Abstandsermittlers führt eine Kantenerfassungsprogrammroutine durch zunächst erfolgendes Auswählen eines verschiebbaren Fensters 602 von 20 Pixeln und anschließendes Berechnen einer Durchschnittsbeleuchtungsintensität 604 über das Fenster von 20 Pixeln aus. Kreuzt die Intensität zwischen benachbarten Pixeln P_i und P_i+1 die Durchschnittsintensitätslinie 604, so wird eine Kante zwischen einem beleuchteten Strich und einem nicht beleuchteten Zwischenraum zwischen den Pixeln P_i und P_i+1 als vorhanden bestimmt. Die nachfolgende lineare Interpolationsformel wird benutzt, um die ungefähre Position einer Kante in Bezug auf das bestimmte Pixel P_i zu bestimmen. Versatz = (DurchschnittsintensitätFenster mit 20 Pixeln – Pi Intensität)/(Pi+1 Intensität – Pi Intensität)
Der aktuelle Ort einer Kante ist gleich P_i + Versatz. Das Fenster 602 wird um ein Pixel verschoben, und die Durchschnittsintensitätsberechnung wird wiederholt, eine weitere Kante wird erfasst, und der Prozess wird wiederholt, bis sämtliche Kantenorte über die Breite der Sensorfeldanordnung erfasst sind. Es sollte einsichtig sein, dass die Intensität von P_i nach P_i+1 zunimmt, wenn der Übergang von einem Strich zu einem Zwischenraum erfolgt, und die Intensität von P_i nach P_i+1 abnimmt, wenn der Übergang von einem Zwischenraum zu einem Strich erfolgt.
Nachdem sämtliche Kantenorte über die Breite des Bandes erfasst sind, berechnet der Prozessor des Abstandsermittlers die Breite eines Striches und eines Zwischenraumes auf Grundlage der nachfolgenden Formel. Breitei = Kantenorti+1 – Kantenorti
Sobald sämtliche Strich- und Zwischenraumbreiten bestimmt worden sind, wird eine Codewortextraktion durch Untersuchen von sechs aufeinanderfolgenden Breiten ausgeführt, nämlich von drei Strichen und drei Zwischenräumen. Für die drei Stiche werden die breitesten (W) und die schmalsten (N) Striche bestimmt. Gilt W/N > 7/5 und W – N > 2,5, so existieren wenigstens ein breiter Strich und wenigstens ein schmaler Strich. Andernfalls müssen sämtliche Striche schmal sein, da bei einem Ausführungsbeispiel nicht drei aufeinanderfolgende breite Striche vorhanden sein können. Wird bestimmt, dass ein breiter Strich und ein schmaler Strich vorhanden sind, dann gilt, wenn „mittlere Strichbreite > (W + N)/2" gilt, dass auch der dritte Strich breit ist, wohingegen der Strich andernfalls schmal ist. Die vorgenannten Codewortberechnungen werden für sämtliche Zwischenräume zwischen den Strichen wiederholt. Die Pixelbreiten von jedem der schmalen und breiten Striche und Zwischenräume führen zu der Bestimmung, ob erfasste Kanten einen breiten oder schmalen Strich oder Zwischenraum festlegen. An diesem Punkt kann der Prozessor die Reihenfolge der Striche und Zwischenräume und den Ort der Codeworte in Bezug auf die Breite des Förderbandes 104 bestimmen.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sollten die Höhen der auf dem Förderband angeordneten Schachteln nicht größer als 51 Inch sein, um sicherzustellen, dass sich ein verschobenes Codewort nicht in den wiederholten Abschnitt des eindeutigen Musters bewegt. Ist demgegenüber eine Schachtel mit einer Höhe, die größer als 51 Inch ist, auf dem Förderband befindlich, was bewirkt, dass sich ein Codewort in den wiederholten Bereich des eindeutigen Musters verschiebt, so ist die gemessene Höhe der Schachtel nicht genau. Es kann jedoch ein Ausgleichsschritt ausgeführt werden, um sicherzustellen, dass größere Schachteln richtig vermessen werden, damit die Kameras genau fokussiert sind.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, besteht eine grundlegende Eigenschaft des eindeutigen Strichmusters darin, dass jedes Beispiel eines Codewortes an höchstens drei disjunkten Orten über die Breite des Bandes vorhanden ist, da sich das eindeutige Muster ungefähr zweieinhalb Mal wiederholt. Um daher der Möglichkeit Rechnung zu tragen, dass sich ein Codewort in den wiederholten Bereich des Musters verschiebt, kann ein Fotoauge oder ein (nicht gezeigter) Lichtvorhang wegaufwärts von dem Abstandsermittler 102 angeordnet werden, um zu erfassen, wann sich eine Schachtel, die größer als 51 Inch ist, dem Abstandsermittler nähert. Erfasst das Fotoauge oder der Lichtvorhang (nicht gezeigt) eine Schachtel, die eine Höhe von mehr als 51 Inch aufweist, so addiert der Prozessor des Abstandsermittlers 51 Inch zu der gemessenen Höhe der Schachtel. Dies bedeutet, dass aufgrund dessen, dass sich eine Verschiebung in einem Codewort in den wiederholten Bereich des Musters bewegt, wenn die Schachtel größer als 51 Inch ist, die gemessene Höhe der Schachtel die tatsächliche Höhe minus 51 Inch ist. Läuft beispielsweise eine Schachtel mit einer Höhe von 53 Inch unter dem Abstandsermittler 102 hindurch und verschiebt sich ein Codewort aus dem ersten Abschnitt des Musters in den zweiten wiederholten Abschnitt, so beruht die gemessene Höhe der Schachtel auf dem Ausmaß der Verschiebung des Codewortes von dem ursprünglichen Ort des zweiten Auftretens des Codewortes und nicht auf dem Ausmaß der Verschiebung von dem ursprünglichen ersten Auftreten des Codewortes. Die berechnete Höhe der Schachtel würde 2 Inch anstatt von 53 Inch sein. Um dem Ausgleich Rechnung zu tragen, addiert das System 51 Inch zu der gemessenen Verschiebung, was zur richtigen Höhe der Schachtel führt.
Nach dem Ausgleich berechnet der Prozessor des Abstandsermittlers die Verschiebung bei den Codeworten. Bei der Herstellung des Abstandsermittlers wird eine Speichertabelle gespeichert, die den Pixelort jedes Codewortes in einem Fernfeld (kalibriert) enthält, das bei einem Ausführungsbeispiel zu ungefähr 76 Inch berechnet wird. Auf Grundlage des Pixelortes des verschobenen Codewortes und des Pixelortes des Fernfeldes für das Codewort wird die Codewortverschiebung in einem Pixelabstand unter Verwendung der nachfolgenden Formel berechnet. Codewortverschiebung = PixelortNahfeld – PixelortFernfeld
Der Prozessor des Abstandsermittlers berechnet die Verschiebung jedes Codewortes über die Oberseite der Schachtel für jede Abtastung in Pixeln und wandelt die Codewortverschiebung von dem Pixelabstand in Inch unter Verwendung bekannter Umwandlungstechniken um. Bei einem Beispiel gilt: Höhe h = Codewortverschiebung × tan θ.
Der Abstandsermittler erfasst zudem die rechten und linken Ausdehnungen der Schachtel durch Erfassen von Unterbrechungen bei den Codeworten, so beispielsweise dann, wenn zwei benachbarte Worte nicht in der richtigen Reihenfolge vorhanden sind. Da das Laserlicht von der linken oder rechten Seite des Bandes projiziert wird, werden das letzte Codewort auf dem Band am Boden der Schachtel und das erste Codewort an der oberen Kante der Schachtel nicht genau sequenziert, da die Anzahl von Worten auf die Seite der Schachtel projiziert wird. Abrupte Änderungen der eindeutigen Sequenz alarmieren daher den Prozessor des Abstandsermittlers, dass eine Kante der Schachtel erfasst worden ist. Dasselbe gilt für die gegenüberliegende bzw. entgegengesetzte Ausdehnung der Schachtel, die am weitesten von der Laserquelle entfernt ist. Da die Schachtel einen Schatten erzeugt, tritt eine abrupte Änderung der Codewortfolge in der am weitesten entfernten Ausdehnung der Schachtel und des Bandes auf.
An diesem Punkt wird ein einfaches Schichtenprofil der Schachtel 103 in dem Speicher des Abstandsermittlers ähnlich wie bei Vermessern aus dem Stand der Technik gespeichert. Die Abstands- und Ausdehnungsinformation wird an jede Kamera übermittelt, und die Information wird zum Fokussieren der Kameras verwendet. Der Abstandsermittler 102 nimmt zeitlich mehrere Abtastungen der Schachtel 103 vor und verwendet die Höhen- und Ausdehnungsinformation, um ein 3-D-Modell der Schachtel zu erstellen. Das 3-D-Modell des Objektes und beliebige Strichcodedaten, die von den Kameras in dem Tunnel ermittelt werden, werden an das Hostsystem zur weiteren Verarbeitung übertragen.
Obwohl ein oder mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden sind, sollte einsichtig sein, dass sämtliche äquivalenten Umsetzungen der vorliegenden Erfindung dem Schutzbereich und Wesen der vorliegenden Erfindung entsprechen. Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind lediglich beispielhalber angeführt und sollen keine Beschränkungen für die vorliegende Erfindung darstellen. Einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet erschließt sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, da Änderungen vorgenommen werden können. Es ist beabsichtigt, dass sämtliche Ausführungsbeispiele, so sie Schutzbereich und Wesen der Erfindung entsprechen, in der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6775012 [0014]
- US 6177999 [0014]
- US 5969823 [0014]
- US 5661561 [0014]
- US 6801260 [0063]

Claims

Modulare Kamera, umfassend: (a) eine Basis, die aufweist: (i) eine Hinterwand mit einem ersten Ende und einem gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten zweiten Ende, (ii) eine Bodenwand mit wenigstens einer darin ausgebildeten Öffnung, (iii) einen ersten Ventilator, der an dem ersten Ende der Hinterwand der Basis montiert ist, und (iv) einen zweiten Ventilator, der an dem zweiten Ende der Hinterwand der Basis montiert ist, und (b) ein Kameramodul, das aufweist: (i) einen Körper, (ii) einen Sensor, und (iii) optische Elemente, wobei der Körper der Kamera entfernbar durch ein Loch, das durch die Hinterwand des Basismoduls ausgebildet ist, aufgenommen ist, (c) ein Beleuchtungsmodul, das aufweist: (i) eine Hinterwand, und (ii) wenigstens eine Lichtquelle, die an der Hinterwand montiert ist, wobei das Beleuchtungsmodul entfernbar derart mit dem Basismodul gekoppelt ist, dass die Hinterwand des Beleuchtungsmoduls von der Hinterwand des Basismoduls beabstandet ist, und (d) ein Kommunikationsmodul, das wenigstens eine daran ausgebildete Wärmesenke aufweist, wobei das Kommunikationsmodul entfernbar mit dem Basismodul gekoppelt ist und die wenigstens eine Wärmesenke durch die wenigstens eine Öffnung der Bodenwand des Basismoduls aufgenommen ist, wobei die Hinter- und Bodenwände des Basismoduls, der Körper des Kameramoduls, die Hinterwand des Beleuchtungsmoduls und die wenigstens eine Wärmesenke des Kommunikationsmoduls einen Kühlkanal bilden.
Modulare Kamera nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Ventilatoren gegenüberliegende bzw. entgegengesetzte Enden des Kühlkanals abschließen.
Modulare Kamera nach Anspruch 1 oder 2, des Weiteren umfassend eine Mehrzahl von Kühlrippen, die an wenigstens der Hinterwand des Basismoduls und/oder dem Körper der Kamera und/oder der Hinterwand des Beleuchtungsmoduls ausgebildet sind, um Wärme in den Kühlkanal abzuleiten.
Modulare Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Basismodul des Weiteren wenigstens zwei Montierbügel zum Montieren des Basismoduls an einem Abtasttunnelrahmen umfasst.
Modulare Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Basismodul des Weiteren wenigstens zwei Gelenkbügel zum Koppeln des Kommunikationsmoduls mit dem Basismodul umfasst.
Modulare Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Basismodul, das Kameramodul und das Beleuchtungsmodul entfernbar derart miteinander gekoppelt sind, dass jedes Modul aus dem Basismodul zwecks Wartung oder Austausch entfernt werden kann, wenn die modulare Kamera in einem Abtasttunnel montiert ist.
Modulare Kamera, umfassend: (a) ein Basismodul, das eine Hinterwand aufweist, die umfasst: (i) ein erstes Ende und ein gegenüberliegendes bzw. entgegengesetztes zweites Ende, (ii) einen ersten Ventilator, der an dem ersten Ende der Hinterwand des Basismoduls montiert ist, und (iii) einen zweiten Ventilator, der an dem zweiten Ende der Hinterwand des Basismoduls montiert ist, und (b) ein Kameramodul, das einen Körper aufweist, wobei der Körper der Kamera entfernbar durch die Hinterwand der Basis aufgenommen ist, (c) ein Beleuchtungsmodul, das eine Hinterwand aufweist, wobei das Beleuchtungsmodul entfernbar derart mit dem Basismodul gekoppelt ist, dass die Hinterwand des Beleuchtungsmoduls von der Hinterwand des Basismoduls beabstandet ist, und (d) ein Kommunikationsmodul, das entfernbar mit dem Basismodul gekoppelt ist, wobei die Hinterwand des Basismoduls, der Körper des Kameramoduls, die Hinterwand des Beleuchtungsmoduls und das Kommunikationsmodul zusammen einen Kühlkanal bilden, der von den jedem der Module zugeordneten elektronischen und optischen Elementen isoliert ist.
Modulare Kamera nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Ventilatoren des Basismoduls eine Mehrzahl von Ventilatoren umfassen, die die Enden des Kühlkanals abschließen.
Modulare Kamera nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Wände des Kühlkanals des Weiteren eine Mehrzahl von Kühlrippen zum Ableiten von Wärme aus dem Kameramodul, dem Beleuchtungsmodul und dem Kommunikationsmodul in den Kühlkanal umfassen.
Modulare Kamera nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Basismodul des Weiteren wenigstens zwei Montierbügel zum Montieren des Basismoduls an einem Abtasttunnelrahmen und zwei Gelenkbügel zum lösbaren Koppeln des Kommunikationsmoduls mit dem Basismodul umfasst.
Modulare Kamera, umfassend: (a) ein Basismodul; (b) ein Kameramodul, wobei das Kameramodul entfernbar durch das Basismodul aufgenommen ist, und (c) ein Beleuchtungsmodul, das entfernbar mit dem Basismodul gekoppelt ist, (d) einen Verbindungsweg, der durch das Basismodul, das Kameramodul und das Beleuchtungsmodul festgelegt ist, wobei der Verbindungsweg ein erstes Ende und ein gegenüberliegendes bzw. entgegengesetztes zweites Ende aufweist; und (e) wenigstens einen Ventilator, der derart an dem ersten Ende des Verbindungsweges befindlich ist, dass der Ventilator Luft aus dem Verbindungsweg in die die modulare Kamera umgebende Atmosphäre bewegt.
Modulare Kamera nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend wenigstens einen weiteren Ventilator, der an dem zweiten Ende des Verbindungsweges befindlich ist.
Modulare Kamera nach Anspruch 11 oder 12, des Weiteren umfassend ein Kommunikationsmodul, das entfernbar mit wenigstens dem Basismodul und/oder dem Kameramodul und/oder dem Beleuchtungsmodul gekoppelt ist.
Modulare Kamera nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei eine Wand sowohl des Basismoduls wie auch des Kameramoduls wie auch des Beleuchtungsmoduls die Wände des Verbindungsweges festlegt.
Modulare Kamera nach Anspruch 14, wobei die Wände des Verbindungsweges des Weiteren eine Mehrzahl von Kühlrippen umfassen, die daran ausgebildet sind, um Wärme aus dem Kameramodul, dem Beleuchtungsmodul und dem Basismodul in den Verbindungsweg abzuleiten.
Modulare Kamera nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das Basismodul des Weiteren wenigstens zwei Montierbügel zum Montieren des Basismoduls an einem Abtasttunnelrahmen und zwei Gelenkbügel zum lösbaren Koppeln des Kommunikationsmoduls mit dem Basismodul umfasst.
Modulare Kamera nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei der wenigstens eine Ventilator und der wenigstens eine weitere Ventilator eine Mehrzahl von Ventilatoren umfassen, die die Enden des Verbindungsweges abschließen.
Modulare Kamera nach Anspruch 13, wobei das Basismodul des Weiteren wenigstens zwei Gelenkbügel zum Koppeln des Kommunikationsmoduls mit dem Basismodul umfasst.
Modulare Kamera nach Anspruch 13, wobei: (a) das Basismodul eine Hinterwand aufweist; (b) das Kameramodul einen Körper aufweist, der entfernbar durch die Hinterwand der Basis aufgenommen ist, (c) das Beleuchtungsmodul eine Hinterwand aufweist, wobei das Beleuchtungsmodul entfernbar derart mit dem Basismodul gekoppelt ist, dass die Hinterwand des Beleuchtungsmoduls von der Hinterwand des Basismoduls beabstandet ist, und (d) das Kommunikationsmodul entfernbar mit dem Basismodul gekoppelt ist, wobei die Hinterwand des Basismoduls, der Körper des Kameramoduls, die Hinterwand des Beleuchtungsmoduls und das Kommunikationsmodul zusammen den Verbindungsweg bilden, der von den jedem der Module zugeordneten elektronischen und optischen Elementen isoliert ist.
Modulare Kamera nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei das Basismodul, das Kameramodul und das Beleuchtungsmodul entfernbar derart miteinander gekoppelt sind, dass jedes Modul aus dem Basismodul zwecks Wartung oder Austausch entfernt werden kann, wenn die modulare Kamera in einem Abtasttunnel montiert ist.