DE102008001321A1

DE102008001321A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen von transparenten Gegenständen

Info

Publication number: DE102008001321A1
Application number: DE102008001321A
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2009-10-29

Abstract

Bei einem Verfahren zum Erkennen von dreidimensionalen, transparenten Gegenständen, bei welchem Verfahren die Gegenstände auf einem Transportban (12) unter einer Beleuchtungseinrichtung (10) hindurch bewegt werden und eine Kamera (24) den durch die unter der Beleuchtungseinrichtung (10) hindurch wandernden Gegenstände bedingten Lichteffekt registriert, erzeugt die Beleuchtungseinrichtung (10) zur Erzielung einer homogenen, reflektionsfreien Ausleuchtung des Transportbandes (12) und der Gegenstände ein diffuses Lichtfeld, und die Beleuchtung erfolgt aus mindestens zwei Richtungen. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Erkennen von transparenten Verpackungsbehältern, insbesondere Blistern.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von dreidimensionalen, transparenten Gegenständen, bei welchem Verfahren die Gegenstände auf einem Transportband unter einer Beleuchtungseinrichtung hindurch bewegt werden und eine Kamera den durch die unter der Beleuchtungseinrichtung hindurch wandernden Gegenstände bedingten Lichteffekt registriert. Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Stand der Technik
Aus US-A-6 122 895 ist eine Roboteranlage zum Befüllen von Blistern mit Produkten bekannt.
Aus EP-A-0 847 838 ist ein Produktscanner bekannt, welcher zu erkennende Produkte von oben beleuchtet und mit einem Scannerlineal erfasst. Alternativ zu einem Scannerlineal kann eine Zeilenkamera eingesetzt werden, welche ebenfalls im wesentlichen eine Linie optisch erfasst.
Als Beleuchtung wird meistens Auflicht oder Durchlicht eingesetzt. Bei Auflicht befindet sich die Lichtquelle seitlich der Kamera, bei Durchlicht auf der gegenüberliegenden Seite des Produkttransportbandes, wobei das Produkt die Durch licht als Schattenkontur erkannt wird. Als Lichtquellen kommen in der Regel Leuchtstofflampen oder LED Arrays zum Einsatz, welche meistens im sichtbaren Spektrum, gelegentlich auch im IR Spektrum arbeiten.
Werden Produkte mit Auflicht beleuchtet, so wird das vom Produkt reflektierte Licht erfasst, was z. B. in GB-A-2 282 444 zur Fehlererkennung bei flachen, gleichmässig reflektierenden Produkten genutzt wird.
Problematisch ist das Erkennen von transparenten, dreidimensionalen Objekten, wie z. B. transparente Behälter bzw. Trays oder Blister aus dem Verpackungsbereich.
Gegenüber einem Hintergrund sind Blister wegen ihrer guten Lichtdurchlässigkeit nahezu unsichtbar. Schon kleine Unregelmässigkeiten in der Farbe des Produkttransportbandes, wie sie etwa durch Verschmutzungen auftreten können, machen bei der Ausleuchtung eine Erkennen unmöglich.
Eine Beleuchtung mit Durchlicht, bei der das Transportband von der der Kamera entgegengesetzten Seite aus durchleuchtet wird und die Kamera den Schatten des Objektes erkennt, ist ebenfalls ungeeignet, da transparente Blister das durch das Transportband durchscheinende Licht nahezu vollständig passieren lassen und sich kaum ein auswertbarer Kontrast ergibt.
Da es sich beim Blister nicht um einen flachen, sondern um einen dreidimensionalen Gegenstand handelt, sind die Reflektionen des von oben einfallenden Lichtes sehr ungleichmässig. Schon kleine Toleranzen des Blisters, Einfluss von Fremdlicht, z. B. Tageslicht, sowie leicht unterschiedliche Winkel, in denen die Blister auf der Transporteinrichtung stehen, verändern das Bild des vom Blister reflektierten Lichtes so stark, dass eine zuverlässige Positionsbestimmung unmöglich ist.
Bisher wurde versucht, das Erkennen transparenter Gegenstände durch eine verbesserte, möglichst gleichmässige Ausleuchtung von oben zu gewährleisten. Dabei dominieren stets die vom Auflicht vom Blister in die Kamera reflektierten Lichtanteile, mit den erwähnten Nachteilen, dass sich das Bild des Blisters bei minimalen Veränderungen stark ändert.
Direktes Licht wirft auch bei einem transparenten Blister immer einen Schatten auf das Transportband. Dieser Schatten stört ebenfalls, da er nicht die Kontur des Blisters abbildet, sondern wegen der Höhe des Blisters und dem leicht schrägen Lichteinfall verzerrt ist. Der Schatten tritt beim transparenten Blister auf, weil dieser eben grosse Teile des Lichtes reflektiert, also nicht wirklich transparent ist. Um den Schatten zu eliminieren, wurde meistens versucht, mehrere Lichtquellen zu nutzen, was dann aber häufig mehrere, wandernde Schatten zur Folge hat.
Eine Beleuchtung mit einem ungerichteten Lichtfeld wurde nicht angewandt, da zu erwarten war, das der Blister als transparentes Objekt bei ausbleibenden Reflektionen noch schwerer erkennbar sein würde.
Bei einer ungenauen Erfassung der Position transparenter Blister würden die Produkte in einer aus US-A-6 122 895 bekannten Roboteranlage nicht korrekt in die Blister eingelegt. Dabei können die Blister gegenüber der erwarteten Sollposition sowohl translatorisch verschoben als auch mit Winkelfehlern auf dem Band platziert sein. Um eine Vielfalt unterschiedlich geformter Blister ohne mechanische Änderung der Anlage verarbeiten zu können, wird auf Mittel, welche die Position der Blister durch Formschluss definieren, verzichtet.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln ein sicheres Erkennen von transparenten Gegenständen ermöglichen.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Erkennungssystems für Blister in einer Roboteranlage, wie sie beispielsweise aus US-A-6 122 895 bekannt ist. Das Erkennungssystem soll insbesondere in der Lage sein, auch die Position von transparenten Blistern auf dem Blistertransportband zuverlässig und genau zu erfassen. Gleichzeitig soll auch die Erfassung von nicht transparenten Blistern ohne Änderungen möglich sein.
Ein weiteres Ziel ist die Schaffung einer Beleuchtung, die die Nachteile der Beleuchtungen nach den Stand der Technik weitestgehend eliminiert. Die Beleuchtung sollte als ”Wipe-Down”- bzw. als ”Wash-Down”-Ausführung konstruiert werden. Zudem soll die Beleuchtung als Baukastensystem der Transportbandbreite angepasst werden können.
Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt bezüglich des Verfahrens, dass die Beleuchtungseinrichtung zur Erzielung einer homogenen, reflektionsfreien Ausleuchtung des Transportbandes und der Gegenstände ein diffuses Lichtfeld erzeugt und die Beleuchtung aus mindestens zwei Richtungen erfolgt.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird ein Umfeld geschaffen, in dem sich ein transparenter Blister deutlich von einem möglichst homogenen Hintergrund abzeichnet, so dass eine Bildverarbeitungssoftware den Blister vor dem Hintergrund erkennen kann.
Nichttransparente Blister zeichnen sich vor dem gleichmässig ausgeleuchteten Band mit sehr gutem Kontrast als Umriss ab. Störende Reflektionen, die auf einem Bildschirm als „Löcher” im Blister interpretiert werden können, fehlen. Damit lassen sich diese Blister sehr gut anhand ihrer Aussenkontur erkennen. Im diffusen Lichtfeld werden sowohl Reflektionen als auch Schatten vermieden. Der Blister wird aber wieder Erwarten nicht unsichtbar, da er eben das Licht sammelt und gerichtet abgibt.
Transparente Blister sind mit der erfindungsgemäss diffusen Beleuchtung überraschenderweise ebenfalls sehr gut zu erkennen. Es zeichnen sich in den meisten Fällen durchgängige, definierte Konturen des Blisters ab, so dass neben dem Vorhandensein des Blisters auch zuverlässige Aussagen über dessen Position gemacht werden können. Reflektionen, welche bei einer Auflichtbeleuchtung erkannt werden können, aber je nach Blister sehr unterschiedlich lokalisiert sind und damit nur schwer eine Aussage über die genaue Position machen lassen, werden nicht beobachtet. Da der Blister jedoch vom diffusen Lichtfeld durchdrungen wird und dieses aufgrund der Lichtbrechung insbesondere entlang von Kanten und schrägen Flächen gerichtet wieder abgibt, zeichnet sich auf einem Bildschirm die dreidimensionale Struktur des Blisters deutlich ab. Zudem bewirkt bereits eine leichte Trübung des transparenten Materials, dass ein helles Streufeld abgegeben wird, welches das Erkennen ebenfalls unterstützt. Das resultierende Bild weist eine wesentlich bessere Konstanz auf, als dies bei reflektiertem Licht der Fall ist. Insbesondere sind Kanten eindeutig und durchgehend zu erkennen, so dass eine genaue Positionsbestimmung möglich ist. Dieses Bild ist durch den guten Kontrast, insbesondere bei heller Ausleuchtung, auch wesentlich robuster gegenüber Störungen durch Fremdlicht.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Erkennen von dreidimensionalen, transparenten Gegenständen umfasst ein Transportband für den Transport der Gegenstände, eine Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung des Transportbandes und der mittels des Transportbandes unter der Beleuchtungseinrichtung hindurch bewegbaren Gegenstände und eine Kamera zur Registrierung des durch die unter der Beleuchtungseinrichtung hindurch wandernden Gegenstände bedingten Lichteffektes. Die Beleuchtungseinrichtung weist einen das Transportband quer zur Transportrichtung überdeckenden Diffusor aus zwei beidseits des Transportbandes im Wesentlichen senkrecht zu einer Transportbandebene aufragenden Seitenwänden und einer die Seitenwände verbindenden, im Wesentlichen pa rallel zur Transportbandebene angeordneten Decke auf, und auf der vom Transportband abgewandten Seite des Diffusors sind im Bereich der Seitenwände und der Decke Lichtquellen angeordnet.
Bevorzugt ist die Kamera eine über dem Diffusor angeordnete Zeilenkamera, und der Diffusor weist in der Decke einen quer zur Transportrichtung des Transportbandes verlaufenden Sichtspalt für die Kamera auf.
Der beispielsweise aus mattem Kunststoff gefertigte Diffusor und die Lichtquellen, vorzugsweise Leuchtstofflampen, insbesondere Leuchtstoffröhren, können von einem Gehäuse überdeckt sein, wobei das Gehäuse eine dem Sichtspalt im Diffusor entsprechende Spaltöffnung aufweist.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung eignen sich zum Erkennen von transparenten Verpackungsbehältern, insbesondere Blistern.
Das erfindungsgemässe Verfahren hat im Vergleich zu Verfahren nach dem Stand der Technik folgende Vorteile:

– Zuverlässiges Erkennen sowohl von transparenten als auch nicht transparenten Blistern
– Eine genaue Positionserkennung ist möglich
– Die Einflüsse durch Fremdlicht sind gering

Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt schematisch in
1 eine Schrägsicht auf eine Beleuchtungseinrichtung;
2 eine Explosionsansicht der Beleuchtungseinrichtung von 1;
3 eine Schrägsicht auf die geöffnete Beleuchtungseinrichtung von 1.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Eine in den 1 bis 3 gezeigte Beleuchtungseinrichtung 10 umfasst einen ein Transportband 12 quer zur Transportrichtung x überdeckenden Diffusor 14 aus zwei beidseits des Transportbandes 12 im Wesentlichen senkrecht zu einer Transportbandebene aufragenden Seitenwänden 16 und einer die Seitenwände 16 verbindenden, im Wesentlichen parallel zur Transportbandebene angeordneten Decke 18. Ein zur Herstellung des Diffusors 14 geeigneter Werkstoff ist z. B. mattes Acrylglas.
Auf der dem Transportband 12 abgewandten Seite des Diffusors 14 sind im Bereich der Seitenwände 16 und der Decke 18 insgesamt vier Leuchtstofflampen 20, 22 als Lichtquellen angeordnet. Zwei Leuchtstofflampen 20 sind an der Decke 18 angeordnet und erstrecken sich im Wesentlichen quer zur Transportbandrichtung x von Seitenwand 16 zu Seitenwand 16. Zwei weitere Leuchtstofflampen 22 sind in einem oberen Bereich der Seitenwände 16 des Diffusors 14 parallel zur Transportbandebene angeordnet und erstrecken sich im Wesentlichen über die ganze Breite des Diffusors 14. Oberhalb des Diffusors 14 ist eine Zeilenkamera 24 so angeordnet, dass sie durch einen in der Decke 18 quer zur Transportrichtung x verlaufenden Öffnungsspalt 19 auf das Transportband 12 gerichtet ist.
Eine innerhalb des Diffusors 14 quer zur Transportrichtung x in kleinem senkrechten Abstand zum Transportband 12 angeordnete Lichtschranke 34 erkennt ankommende Blister und schaltet die Zeilenkamera 24 ein. Damit wird vermieden, dass bei Abwesenheit von Blistern Bilder aufgenommen werden, die allenfalls Schmutz auf dem Transportband 12 als Objekte interpretieren bzw. die Bildverarbeitungssoftware unnötig belasten.
Die von der Zeilenkamera 24 aufgenommenen Bildzeilen werden zu einem zweidimensionalen Bild verrechnet. Hierbei wird das Encodersignal des Bandes genutzt, um den Massstab der zweiten Dimension beim Zusammenfügen der Bildzeilen korrekt zu bestimmen.
Der Diffusor 14 kann über an den Seitenwänden 16 festgelegte Halterungen 30 im gewünschten Bereich des Transportbandes 12 montiert werden. Auf einer der Halterungen 30 ist ein der Funktion der Lichtschranke 34 dienender Sensor 32 vorgesehen.
Wie in 1 gezeigt, ist der Diffusor 14 mit den Leuchtstofflampen 20, 22 von einem abnehmbaren Gehäuse 26 überdeckt. Das Gehäuse 26 ist mit einer der Spaltöffnung 19 im Diffusor 14 entsprechenden Spaltöffnung 28 ausgestattet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6122895 A [0002, 0013, 0015]
- EP 0847838 A [0003]
- GB 2282444 A [0005]

Claims

Verfahren zum Erkennen von dreidimensionalen, transparenten Gegenständen, bei welchem Verfahren die Gegenstände auf einem Transportband (12) unter einer Beleuchtungseinrichtung (10) hindurch bewegt werden und eine Kamera (24) den durch die unter der Beleuchtungseinrichtung (10) hindurch wandernden Gegenstände bedingten Lichteffekt registriert, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (10) zur Erzielung einer homogenen, reflektionsfreien Ausleuchtung des Transportbandes (12) und der Gegenstände ein diffuses Lichtfeld erzeugt und die Beleuchtung aus mindestens zwei Richtungen erfolgt.
Vorrichtung zum Erkennen von dreidimensionalen, transparenten Gegenständen, mit einem Transportband (12) für den Transport der Gegenstände, einer Beleuchtungseinrichtung (10) zur Ausleuchtung des Transportbandes (12) und der mittels des Transportbandes (12) unter der Beleuchtungseinrichtung (10) hindurch bewegbaren Gegenstände und einer Kamera (24) zur Registrierung des durch die unter der Beleuchtungseinrichtung (10) hindurch wandernden Gegenstände bedingten Lichteffektes, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (10) einen Diffusor (14) aus zwei beidseits des Transportbandes (12) im Wesentlichen senkrecht zu einer Transportbandebene aufragenden Seitenwänden (16) und einer die Seitenwände (16) verbindenden, im Wesentlichen parallel zur Transportbandebene angeordneten Decke (18) aufweist und auf der vom Transportband (12) abge wandten Seite des Diffusors (14) im Bereich der Seitenwände (16) und der Decke (18) Lichtquellen angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (24) eine über dem Diffusor (14) angeordnete Zeilenkamera (24) ist und der Diffusor (14) in der Decke (18) eine quer zur Transportrichtung (x) des Transportbandes (12) verlaufende Spaltöffnung (19) für die Zeilenkamera (24) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen Leuchtstofflampen (20, 22), insbesondere Leuchtstoffröhren, sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (14) aus mattem Kunststoff gefertigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (14) und die Lichtquellen (20, 22) von einem Gehäuse (26) überdeckt sind, wobei das Gehäuse (26) eine der Spaltöffnung (19) im Diffusor entsprechende Spaltöffnung (28) aufweist.
Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6 zum Erkennen von transparenten Verpackungsbehältern, insbesondere Blistern.