DE102009007039A1

DE102009007039A1 - Beleuchtungseinheit und optische Erfassungseinheit für Objekte mit integrierter Beleuchtungseinheit

Info

Publication number: DE102009007039A1
Application number: DE200910007039
Authority: DE
Inventors: Peter-Michael Müller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2010-08-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Auflichtbeleuchtungseinheit (14, 15) für Objekte (4) mit zumindest einem Leuchtmittel (141, 151), einem nichtflüchtigen Datenspeicher (143, 153), in dem technologische Parameter zumindest des Leuchtmittelts (141, 151) der Auflichtbeleuchtungseinheit (14, 15) hinterlegt sind, und einer Kommunikationsschnittstelle (142, 152), worüber technologische Parameter aus dem nichtflüchtigen Datenspeicher (143, 153) zumindest ausgelesen werden können.

Description

Bei der automatischen Identifikation von Objekten in technischen Anlagen z. B. der Fertigungsautomatisierung, Verpackungstechnik und Güterverteilung, werden häufig optische Erfassungseinheiten eingesetzt. Diese erfassen insbesondere mit Hilfe einer digitalen Kamera auf optische Weise bestimmte Eigenschaften von zu untersuchenden Objekten, z. B. Konturen oder Oberflächenfarben. Die erfassten Werte dieser Eigenschaften können z. B. in der Verarbeitungseinheit eines Automatisierungssystems zum Zwecke der Identifikation des jeweiligen Objekts mit abgespeicherten Eigenschaften von bekannten Objekten verglichen werden.
Optische Erfassungseinheiten der obengenannten Art müssen häufig in schwer zugänglichen und schlecht bzw. nicht beleuchteten Bereichen einer technischen Anlage eingesetzt werden. So sind z. B. Gepäckverteilungsanlagen in unterirdischen Bereichen eines Flughafens installiert. Diese sind im störungsfreien Normalbetrieb nicht beleuchtet. Weiterhin liegt häufig die Situation vor, dass zu identifizierende Objekte schnell beweglich z. B. auf Förderbändern an einer optischen Erfassungseinheit vorbeigeführt werden. Optische Erfassungseinheiten der oben genannten Art müssen folglich mit leistungsfähigen Auflichtbeleuchtungseinheiten ausgestattet sein, um damit z. B. bei schlechten Lichtverhältnissen bzw. einem schnell beweglichen Strom von Gütern die gewünschte Identifikationsgenauigkeit erzielen zu können.
Bei einer solchen Anordnung muss besondere Sorgfalt auf die Abstimmung der Betriebsweise der Kamera in der optischen Erfassungseinheit auf die technologischen Parameter der jeweils eingesetzten Auflichtbeleuchtungseinheit gelegt werden. So muss insbesondere der Betrieb der Kamera auf die Art und Leistungsfähigkeit des jeweils in der Auflichtbeleuchtungs einheit eingesetzten Leuchtmittels abgestimmt sein. Je nach Wellenlänge des vom Leuchtmittel emittierten Lichtes muss z. B. der Aufnahmemodus der Kamera gegebenenfalls angepasst werden. Falls die Auflichtbeleuchtungseinheit z. B. als ein Blitzlicht eingesetzt wird, welches von der Kamera durch ein entsprechendes Steuersignal ausgelöst wird, muss der Betrieb der Kamera z. B. auf die jeweils zur Verfügung stehende maximale Blitzdauer und maximale Blitzfrequenz angepasst werden. Hiermit soll einerseits eine Beschädigung des Leuchtmittels durch Überlastung z. B. auf Grund einer zu schnellen Blitzfolge, und andererseits mögliche Einschränkungen in der gewünschten Identifikationsgenauigkeit z. B. auf Grund einer nicht optimalen Abstimmung von Blitzdauer und Belichtungsmodus der Kamera vermieden werden. Weiterhin kann es für einen störungsfreien Betrieb notwendig sein, auch z. B. die Bauform des jeweils eingesetzten Leuchtmittels beim Betrieb der Kamera zu berücksichtigen.
Hierbei tritt das Problem auf, dass bislang insbesondere bei optischen Erfassungseinrichtungen, welche in Vorrichtungen zur maschinellen Bildauswertung eingesetzt werden, die technologischen Parameter der jeweils angeschlossenen Auflichtbeleuchtungseinheit in der Art einer Projektierung insbesondere in die Kamera eingegeben werden müssen. Diese Eingabe wird bislang bei der Inbetriebnahme der Anlage manuell von einem Projekteur vorgenommen. Hiermit sind ein entsprechender Zeitaufwand und die Gefahr des Auftretens von Eingabefehlern verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine insbesondere zum Einsatz in einer optischen Erfassungseinheit zur maschinellen Bildauswertung vorgesehene Auflichtbeleuchtungseinheit derart weiterzubilden, dass eine Anpassung einer Kamera in der Erfassungseinheit auf die technologischen Parameter der jeweils eingesetzten Auflichtbeleuchtungseinheit auf einfachere Weise als bisher möglich ist.
Die Aufgabe wird mit der in Anspruch 1 angegebenen Auflichtbeleuchtungseinheit und mit der in Anspruch 3 angegebenen optischen Erfassungseinheit gelöst. Vorteilhafte weitere Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die für den Betrieb z. B. einer Kamera in einer Erfassungseinrichtung relevanten technologischen Parameter nicht mehr manuell z. B. einem Datenblatt entnommen werden müssen. Vielmehr kann ein Parameterdatensatz von der Auflichtbeleuchtungseinheit automatisch über die Kommunikationsschnitte ausgetauscht werden. Dabei können bekannte Übertragungsmechanismen Verwendung finden.
So ist es möglich, die Kommunikationsschnittstelle z. B. in der Art eines „Universal Serial Bus” als USB Schnittstelle auszubilden. In diesem Falle würde die Auflichtbeleuchtungseinheit sich bei einer datentechnischen Verbindung mit einer Kamera quasi selbstständig „bekanntmachen” und die notwendigen technologischen Parameter bereitstellen. Andererseits können diese natürlich auch von der Erfassungseinheit über die Kommunikationsschnitte aus dem nichtflüchtigen Datenspeicher der Auflichtbeleuchtungseinheit abgerufen werden.
Die Erfindung bietet auch bei Reparaturmaßnahme Vorteile. Da jede Auflichtbeleuchtungseinheit die technologischen Parameter zumindest von deren Leuchtmittel quasi an Bord hat, ist auch ein Lampenwechsel in der Art eines „plug & play” Verfahrens möglich. Falls dabei versehentlich eine nicht kompatible Auflichtbeleuchtungseinheit eingesetzt werden sollte, so würde dies z. B. von der Kamera einer Erfassungseinheit erkannt werden, und z. B. eine Fehlermeldung auslösen.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung wird nachfolgend an Hand einer in der beiliegenden Figur beispielhaft dargestellten optischen Erfassungseinheit 1 näher erläutert.
Die beispielhafte optische Erfassungseinheit 1 weist ein Gehäuse 10 auf, bei dem sich auf einer Unterseite eine Kamera 12 als insbesondere digitale, optische Aufnahmeeinrichtung befindet. In das Gehäuse 10 sind beispielhaft zwei, gemäß der Erfindung ausgestaltete adaptive Auflichtbeleuchtungseinheiten 14, 15 integriert. Diese sollen Objekte, welche auf einem darunter befindlichen Förderband 3 u. U. mit hoher Geschwindigkeit vorbeibewegt werden, derart beleuchten, dass die Kamera 12 insbesondere zum Zwecke einer maschinellen Bildauswertung geeignete optische Daten erfassen kann.
Dabei stellt die im Beispiel der Figur gezeigte Anordnung eine von mehreren möglichen Ausführungen dar. So kann die Auflichtbeleuchtungseinheit z. B. ringförmig ausgebildet sein und die im Zentrum befindliche Optik der Kamera 12 ringförmig umfassen. Andererseits können Auflichtbeleuchtungseinheiten auch eine separate Baueinheit bilden und außerhalb des Gehäuses 10 der Erfassungseinheit angeordnet sein.
Die optische Erfassungseinheit 1 im Beispiel der Figur weist im Gehäuse 10 eine interne elektronische Verarbeitungseinheit 11 auf. Diese hat die Aufgabe, besonders zum Zwecke einer digitalen Bildverarbeitung, die von der Kamera 12 bereitgestellten Bilddaten über eine Datenschnittstelle 13 entgegenzunehmen und gegebenenfalls in einer aufbereiteten Form über eine externe Busschnittstelle 16, insbesondere eine digitale Prozessbusschnittstelle, an eine externe elektronische Verarbeitungseinheit 2 zu übertragen. Bei dieser kann es sich z. B. um einen Computer, ein Bediengerät oder eine speicherprogrammierbare Steuerung handeln. Diese wertet die gelieferten Daten mit Hilfe von Algorithmen aus, um z. B. Art bzw. Zustand des Objektes 4 zu identifizieren.
Die elektronische Verarbeitungseinheit 11 ist weiterhin über interne Bus- und Steuerleitungen 14a, 15a mit den adaptiven Auflichtbeleuchtungseinheiten 14, 15 jeweils über deren interne Kommunikationsschnittstellen 142, 152 verbunden. Hierüber können gemäß der Erfindung die technologischen Parameter der Auflichtbeleuchtungseinheiten 14, 15, insbesondere von deren Leuchtmitteln 141, 151, aus nichtflüchtigen Parameterspeichern 143, 153 gelesen und für die Verarbeitungseinheit 11 bereitgestellt werden. Die Verarbeitungseinheit 11 kann damit die Betriebsweise der Kamera 12 automatisch insbesondere an die Leistungsfähigkeit der jeweils im Einsatz befindlichen Leuchtmittel 141, 151 optimal anpassen.
Bei einer vorteilhaften weiteren Ausführung der Erfindung können die Auflichtbeleuchtungseinheiten 14, 15 jeweils auch als ein Blitzlicht ausgeführt sein. In diesen Fall synchronisiert die Verarbeitungseinheit 11 die Auslösung der Kamera und der steuerbaren Auflichtbeleuchtungseinheiten. Auch in dabei wird die Betriebsweise der Kamera 12 derart angepasst, dass Steuersignale zur Auslösung von Lichtblitzen 14b, 15b der einzelnen Leuchtmittel 141, 151 unter Berücksichtigung der technologischen Parameter der Auflichtbeleuchtungseinheiten 14, 15 gebildet und über die Kommunikationsschnittstellen 142 bzw. 152 an diese übertragen werden. Es können auf diese Weise technologische Eigenschaften der jeweils eingesetzten Lichtmittel 141, 151, wie z. B. Verzugszeit zwischen Auslösung eines Blitzes und Erreichung des Maximums der Lichtintensität und vieles mehr, berücksichtigt werden.

Claims

Auflichtbeleuchtungseinheit (14, 15) für Objekte (4) mit • zumindest einem Leuchtmittel (141, 151), • einem nichtflüchtigen Datenspeicher (143, 153), in dem technologische Parameter zumindest des Leuchtmittels (141, 151) der Auflichtbeleuchtungseinheit (14, 15) hinterlegt sind, und • einer Kommunikationsschnittstelle (142, 152), worüber technologische Parameter aus dem nichtflüchtigen Datenspeicher (143, 153) zumindest ausgelesen werden können.
Auflichtbeleuchtungseinheit (14, 15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass • das Leuchtmittel (141, 151) derart ausgebildet ist, dass es Lichtblitze (14b, 15b) abgeben kann, und über • die Kommunikationsschnittstelle (142, 152) Steuersignale (14a, 15a) zur Auslösung von Lichtblitzen (14b, 15b) empfangbar sind.
Optische Erfassungseinheit (1) zumindest mit • einer Auflichtbeleuchtungseinheit (14, 15) nach Anspruch 1, und • einer Kamera (12) mit einer elektronischen Verarbeitungseinheit (11), welche die technologischen Parameter der Auflichtbeleuchtungseinheit (14, 15) aus dem nichtflüchtigen Datenspeicher (143, 153) über die Kommunikationsschnittstelle (142, 152) erfasst, und die Betriebsweise der Kamera (12) danach adaptiert.
Optische Erfassungseinheit (1) zumindest mit • einer Auflichtbeleuchtungseinheit (14, 15) nach Anspruch 2, und • einer Kamera (12) mit einer elektronischen Verarbeitungseinheit (11), wobei die Verarbeitungseinheit (11) • die technologischen Parameter der Auflichtbeleuchtungseinheit (14, 15) aus dem nichtflüchtigen Datenspeicher (143, 153) über die Kommunikationsschnittstelle (142, 152) erfasst, • die Betriebsweise der Kamera (12) derart anpasst, dass Steuersignale (14a, 15a) zur Auslösung von Lichtblitzen (14b, 15b) unter Berücksichtigung der technologischen Parameter der Auflichtbeleuchtungseinheit (14, 15) gebildet und über • die Kommunikationsschnittstelle (142, 153) an die Auflichtbeleuchtungseinheit (14, 15) überträgt.
Verwendung einer Auflichtbeleuchtungseinheit (14, 15) nach Anspruch 1 oder 2 in einer Vorrichtung zur maschinellen Bildauswertung.
Verwendung einer optischen Erfassungseinheit (1) nach Anspruch 3 oder 4 in einer Vorrichtung zur maschinellen Bildauswertung.