DE102019214524A1

DE102019214524A1 - Vorrichtung zur optischen Erkennung von Objekten, Leergutrücknahmesystem und Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur optischen Erkennung von Objekten

Info

Publication number: DE102019214524A1
Application number: DE102019214524.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Huffer; Yibo Guo; Alexander Leng
Original assignee: Sielaff GmbH and Co KG Automatenbau Herrieden
Current assignee: Sielaff GmbH and Co KG Automatenbau Herrieden
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2039-09-25
Also published as: ES2925707T3; EP3797884A1; EP3797884B1; PL3797884T3; DE102019214524B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Erkennung von Objekten, insbesondere von Behältern in einem Leergutrücknahmesystem. Die Vorrichtung weist einen optischen Sensor, eine Lichtquelle und einen Reflektor auf, wobei der Reflektor von der Lichtquelle emittierte Lichtstrahlen in einem vorbestimmten Strahlengang zu dem optischen Sensor reflektiert. Weiter weist die Vorrichtung zumindest einen richtungsselektiven Filter auf, der in dem vorbestimmten Strahlengang der von der Lichtquelle emittierten und von dem Reflektor reflektierten Lichtstrahlen angeordnet ist, wobei der richtungsselektive Filter zumindest abschnittsweise eine Krümmung aufweist. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Leergutrücknahmesystem. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur optischen Erkennung von Objekten, insbesondere von Behältern in einem Leergutrücknahmesystem.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Erkennung von Objekten, insbesondere von Behältern in einem Leergutrücknahmesystem, ein Leergutrücknahmesystem mit einer derartigen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur optischen Erkennung von Objekten, insbesondere von Behältern in einem Leergutrücknahmesystem.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In Leergutrücknahmesystemen werden Formen eingegebener Objekte, insbesondere Leergutbehälter oder -gebinde, mit Hilfe von Kamerasystemen erfasst und ausgewertet. Anhand der erkannten Art des Leergutes wird üblicherweise ein auszuzahlender oder gutgeschriebener Pfandwert bestimmt. Falls ein Behälter nicht zugeordnet werden kann, wird er in der Regel wieder ausgegeben.
Durch einfallendes Fremdlicht kann die Erkennungsgenauigkeit beeinflusst und so die Erfassung gestört oder sogar verhindert werden. Oftmals werden sogenannte Auflicht-Erkennungseinheiten eingesetzt. Auflicht-Erkennungseinheiten enthalten üblicherweise eine speziell auf ihren Strahlengang abgestimmte und ausgerichtete Lichtquelle.
Bisherige Leergutrücknahmesysteme versuchen den Strahlengang in einer Weise zu lenken, sodass weniger Streulicht einfällt.
Die DE 10 2009 000 834 A1 beschreibt eine Bilderfassungsvorrichtung zur optischen Erfassung eines Gegenstands mit einer punktförmigen Lichtquelle, einem Umlenkspiegel, einem Retroreflektor und einer Bilderfassungseinrichtung.
Die EP 2 269 747 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Identifizierung von Leergut umfassend eine Lichtquelle, eine optische Einheit zur Ablenkung und Reflexion des Lichtes, eine Kamera und eine Verarbeitungseinheit.
Vor allem durch die Öffnung, durch die ein Anwender Leergut zuführt, fällt aber dennoch Fremdlicht in derartige Leergutrücknahmesysteme ein. Liegt eine einfallende Strahlung von Fremdlicht in einem für die Erfassung kritischen Farbspektrum, wird die Erkennung, insbesondere wenn das Fremdlicht diffus gestreut wird, oftmals gestört.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, insbesondere gegenüber Streulicht robustere Vorrichtung zur optischen Erkennung von Objekten bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Leergutrücknahmesystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur optischen Erkennung von Objekten, insbesondere von Behältern in einem Leergutrücknahmesystem, bereitgestellt. Die Vorrichtung weist einen optischen Sensor, eine Lichtquelle und einen Reflektor auf, wobei der Reflektor von der Lichtquelle emittierte Lichtstrahlen in einem vorbestimmten Strahlengang zu dem optischen Sensor reflektiert. Weiter weist die Vorrichtung zumindest einen richtungsselektiven Filter auf, der in dem vorbestimmten Strahlengang der von der Lichtquelle emittierten und von dem Reflektor reflektierten Lichtstrahlen angeordnet ist, wobei der richtungsselektive Filter zumindest abschnittsweise eine Krümmung aufweist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, einen gekrümmten richtungsselektiven Filter im Strahlengang vorzusehen, damit einerseits im Strahlengang angeordnete Objekte trotz Streulicht zuverlässig erkannt und andererseits auch in Randbereichen des Strahlengang eine Abschattung verhindert und somit ein lichtstarkes Bild aufgenommen werden kann. Die Krümmung ist dazu insbesondere an den Strahlengang angepasst ausgebildet.
Das Objekt kann ein unsortiert zugeführter Behälter, insbesondere Leergut, wie Kisten-, Flaschen- und/oder Dosenleergut, ein Gebinde, insbesondere Kanister, Fass oder Getränkekasten, oder ein vergleichbarer Flüssigkeitsbehälter sein. Als Gebinde werden in der Logistik Produkte gleicher oder verschiedener Art zur gebündelten Handhabung bezeichnet. Die Bezeichnung Gebinde kann somit eine Packung, d. h. eine Gesamtheit aus Packgut und Verpackung, ein Packstück, d. h. ein zu transportierendes Kollo oder eine aus einem Stück bestehende Verpackung als Leergebinde sein. Das Material der erkennbaren Objekte kann beispielsweise Glas, Kunststoff, Leichtmetalle, insbesondere Aluminium, oder dergleichen enthalten. Sowohl die Form als auch das Material der Objekte ist nicht auf die obigen Beispiele beschränkt und kann ferner Kombinationen daraus aufweisen.
Der optische Sensor kann ausgebildet sein, um Bild-, Video- und/oder weitere Daten, wie beispielsweise Farbe und/oder Aufdrucke, wie Pfandwertmarken oder dergleichen, zu erfassen. Der optische Sensor kann in der Vorrichtung ortsfest angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann er in mindestens einer Achse schwenkbar gelagert sein. Bei weiteren Ausführungsformen kann der Sensor auch translatorisch in mindestens einer Achse verschiebbar in der Vorrichtung vorgesehen sein. Die Lichtquelle kann in der Vorrichtung ortsfest angeordnet sein Alternativ oder zusätzlich kann sie in mindestens einer Achse schwenkbar gelagert sein. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Lichtquelle auch translatorisch in mindestens einer Achse verschiebbar in der Vorrichtung vorgesehen sein. Gemäß einer Ausführungsform sind die Lichtquelle und der optische Sensor miteinander mechanisch und optisch gekoppelt, insbesondere an einem gemeinsamen Ort innerhalb der Vorrichtung angeordnet, von welchem der Strahlengang ausgeht und an den der Strahlengang wieder zurückkehrt. Dabei kann die Lichtquelle ausgebildet sein, um weißes Licht oder auf einen vorbestimmten Frequenzbereich konzentriertes Licht, insbesondere einfarbiges oder infrarotes Licht, zu emittieren. Ferner kann eine Intensität der Lichtquelle und/oder eine Wirkrichtung der Lichtquelle, beispielsweise durch eine Blende, variabel vorgesehen sein.
Als Reflektor können unterschiedlichste reflektierende Flächen eingesetzt werden, welche glatt ausgebildet sind, sodass das Licht nach dem Reflexionsgesetz seine Parallelität behält. Dies kann entweder durch das Material des Reflektors selbst oder durch eine auf ihn aufgebrachte Beschichtung erreicht werden. Der Reflektor ist insbesondere derart in Bezug auf die Lichtquelle und den optischen Sensor angeordnet, dass die von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen die reflektierende Fläche des Reflektors zumindest abschnittsweise in dem vorbestimmten Strahlengang anstrahlen.
Der richtungsselektive Filter kann in Bezug auf die Lichtquelle und den optischen Sensor derart angeordnet sein, dass die von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen eine Fläche des richtungsselektiven Filters zumindest abschnittsweise im Bereich der Krümmung in dem vorbestimmten Strahlengang anstrahlen. Dazu kann der richtungsselektive Filter vollständig oder lediglich abschnittsweise gekrümmt sein.
Somit können erfindungsgemäß die Vorteile einer Auflicht-Erkennungseinheit genutzt werden ohne, dass die Erkennungsgenauigkeit durch diffuses Streulicht beeinträchtigt werden kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Leergutrücknahmesystem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur optischen Erkennung von Behältern, eine Transporteinrichtung und eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, die Vorrichtung und/oder die Transporteinrichtung zur automatisierten Leergutrücknahme abhängig von der Erkennung eines Behälters zu steuern.
Die Vorrichtung zur optischen Erkennung von Behältern sowie damit erkennbare Behälter entsprechen im Wesentlichen der Vorrichtung bzw. den Behältern, wie in Bezug auf den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Transporteinrichtung kann vielfältige Ausgestaltungen aufweisen. Beispielsweise kann sie ein motorisch betriebenes Förderband, insbesondere zwei winklig zueinander angeordnete Förderbänder, deren v-förmige Öffnung im Wesentlichen nach oben zeigt und einen Öffnungswinkel von etwa 90 bis 170° aufweist, enthalten. Zur Leergutrücknahme kann ein Behälter durch eine Eingabeöffnung auf die Transporteinrichtung abgelegt werden und in eine Position und/oder Ausrichtung befördert werden, in der die Vorrichtung den Behälter erkennt. Der erkannte Behälter wird dann durch die Steuereinrichtung mit einer Zuordnungsdatenbank abgeglichen. Weiter kann die Transporteinrichtung den Behälter im Falle einer Zuordnung in einen der Vorrichtung nachgelagerten Sammelbereich befördern oder falls er nicht zugeordnet werden kann oder abgelehnt wird, zurück zu der Eingabeöffnung des Leergutrücknahmesystems befördern. Dazu kann die Transporteinrichtung elektronisch mit der Steuereinrichtung gekoppelt sein. Die Steuereinrichtung kann darüber hinaus einen Datenspeicher aufweisen oder an einen Datenspeicher gekoppelt sein, in dem die Zuordnungsdatenbank abgelegt ist, sodass sie die Erkennung des Behälters mit Daten aus der Zuordnungsdatenbank vergleichen kann und dementsprechend, insbesondere in Abhängigkeit von der in der Zuordnungsdatenbank abgelegten Information, die Transporteinrichtung steuern kann. Auf diese Weise kann die Leergutrücknahme in dem Leergutrücknahmesystem automatisiert ablaufen, ohne dass der automatisierte Prozess in einer Streulichtsituation mangels Erkennung des Behälters unterbrochen werden muss.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, zur optischen Erkennung von Objekten, insbesondere von Behältern in einem Leergutrücknahmesystem, vorgesehen. Das Verfahren enthält die Schritte Bereitstellen eines zumindest abschnittsweise mit einer vorbestimmten Krümmung gekrümmten Reflektors und eines richtungsselektiven Filters; und Fügen des richtungsselektiven Filters mit dem gekrümmten Reflektor, wobei der richtungsselektive Filter die vorbestimmte Krümmung übernimmt.
Die Vorrichtung zur optischen Erkennung von Behältern sowie damit erkennbare Behälter entsprechen im Wesentlichen der Vorrichtung bzw. den Behältern, wie in Bezug auf den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Leergutrücknahmesystem entspricht im Wesentlichen dem Leergutrücknahmesystem, wie in Bezug auf den zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Der gekrümmte Reflektor und der richtungsselektive Filter können entweder bereits in dem Leergutrücknahmesystem bereitgestellt werden oder in Anschluss an die Herstellung in den vorbestimmten Strahlengang der von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen gebracht werden.
Das Fügen des richtungsselektiven Filters mit dem gekrümmten Reflektor kann durch eine feste oder durch eine lösbare Verbindung vorgenommen werden. Dabei kann der Fügeprozess maschinell, insbesondere automatisiert in einer Fertigungslinie, oder händisch durchgeführt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Krümmung des richtungsselektiven Filters optisch wirksam in dem vorbestimmten Strahlengang angeordnet. Somit können die Lichtstrahlen in dem vorbestimmten Strahlengang durch den richtungsselektiven Filter überwiegend transmittieren, während Lichtstrahlen aus Streulicht von dem richtungsselektiven Filter größtenteils absorbiert werden.
Gemäß einer Weiterbildung weist der Reflektor zumindest abschnittsweise eine Krümmung auf, wobei die zumindest abschnittsweise Krümmung des richtungsselektiven Filters im Wesentlichen mit der zumindest abschnittsweisen Krümmung des Reflektors korrespondiert. Auf diese Weise kann der Reflektor die in dem vorbestimmten Strahlengang durch den richtungsselektiven Filter transmittierenden Lichtstrahlen in dessen Einfallswinkel direkt zurückwerfen, wobei diese insbesondere mit einem Einfallswinkel zur Oberfläche des Reflektors von etwa 90° auftreffen und mit dem gleichen Ausfallswinkel reflektiert werden. Somit können die reflektierten Lichtstrahlen in dem vorbestimmten Strahlengang ein zweites Mal durch den richtungsselektiven Filter transmittieren.
Gemäß einer Weiterbildung ist im Bereich der Krümmung eine konkave Fläche des Reflektors vorgesehen, die mit einer im Bereich der Krümmung vorgesehenen konvexen Fläche des richtungsselektiven Filters korrespondiert, wobei die konkave Fläche des Reflektors an der konvexen Fläche des richtungsselektiven Filters angeordnet ist. Die konkave Fläche des Reflektors kann dabei als reflektierende Fläche ausgebildet sein und in Richtung der Lichtquelle ausgerichtet sein. Der richtungsselektive Filter ist derart angeordnet, dass er in dem vorbestimmten Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Reflektor positioniert ist und die im Bereich der Krümmung vorgesehene konvexe Fläche mit der konkaven Fläche des Reflektors in Kontakt steht. Auf diese Weise ist ein Modul aus Reflektor und richtungsselektivem Filter bereitgestellt, sodass für den gekrümmten richtungsselektiven Filter vorteilhaft kein zusätzlicher Bauraum und/oder keine zusätzliche halte Einrichtung benötigt wird.
Gemäß einer Weiterbildung sind der Reflektor und der richtungsselektive Filter form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere verklebt. Somit können der Reflektor und der richtungsselektive Filter beispielsweise mittels Schraubzwingen, Schrauben, Nieten, Steckverbindungen, Haken, dergleichen oder Kombinationen daraus form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich können der Reflektor und der richtungsselektive Filter insbesondere miteinander verklebt und/oder auf ähnliche Weise stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Somit kann die Ausrichtung des richtungsselektiven Filters in Bezug auf den Reflektor durch die Herstellung festgelegt sein und in einem verbauten Zustand, beispielsweise in einem Leergutrücknahmesystem, in vorbestimmter Ausrichtung einsetzbar sein. Vorteilhaft sind somit keinerlei Justagearbeiten in der Herstellung oder Wartung notwendig.
Gemäß einer Weiterbildung sind der Reflektor und der richtungsselektive Filter in einem gemeinsamen Gehäuse eingefasst, wobei das Gehäuse die gekrümmte Fläche des Reflektors abstützt, insbesondere eine entsprechend gekrümmte Stützfläche aufweist. Das Gehäuse kann den Reflektor und den richtungsselektiven Filter teilweise einrahmen und ferner Schnittstellen aufweisen, mit denen der Reflektor und/oder der richtungsselektive Filter an das Gehäuse verbindbar sind. Zur Abstützung der gekrümmten Fläche des Reflektors kann das Gehäuse ein Blech aufweisen, dessen Krümmung mit der Krümmung des Reflektors korrespondiert, oder Stützelemente aufweisen, die in Teilbereichen, insbesondere an den Rändern und/oder den nicht-reflektierenden Flächen des Reflektors, die Krümmung des Reflektors abstützt. Vorteilhaft sind der Reflektor und der richtungsselektive Filter somit mechanisch stabil gelagert und nach außen hin gegen Verschmutzung geschützt.
Gemäß einer Weiterbildung ist der richtungsselektive Filter derart konkav gekrümmt ausgebildet, dass eine Wellenfront eines Lichtkegels der emittierten Lichtstrahlen in dem vorbestimmten Strahlengang transmittiert, wobei der richtungsselektive Filter zur Absorption von etwaigem von der Wellenfront des Lichtkegels abweichendem Streulicht ausgebildet ist. Die Wellenfront des Lichtkegels der emittierten Lichtstrahlen ist eine gekrümmte Fläche, auf der alle Punkte die gleiche Laufzeit zu der Lichtquelle aufweisen. Vorzugsweise entspricht die Krümmung des richtungsselektiven Filters eine Krümmung der Wellenfront des Lichtkegels. Somit können die emittierten Lichtstrahlen vorteilhaft in dem vorbestimmten Strahlengang in einem Einfallswinkel zu jedem infinitesimalen Flächenabschnitt des richtungsselektiven Filters von etwa 90° transmittieren.
Gemäß einer Weiterbildung weist der zumindest eine richtungsselektive Filter optisch aktive Lamellen auf, die gemäß dem vorbestimmten Strahlengang ausgerichtet sind. Für optisch aktive Lamellen können quaderförmige Segmente, die beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet sind, derart nebeneinander, insbesondere mit einem Abstand zwischen den einzelnen quaderförmigen Segmenten von etwa 60 µm, angeordnet sein, dass die Lichtstrahlen in dem vorbestimmten Strahlengang nahezu ungehindert transmittieren können und Lichtstrahlen, die von dem Strahlengang abweichen, insbesondere mehr als 20° von dem vorbestimmten Strahlengang abweichen, absorbiert werden. Dabei können die optisch aktiven Lamellen insbesondere eine Dicke im Bereich von 100 pm bis 500 µm, bevorzugt von etwa 200 pm aufweisen und können in einer Sandwich-Konstruktion von zwei transparenten Schutzfolien getragen werden. Die Schutzfolien können beispielsweise jeweils ebenfalls eine Dicke im Bereich von 100 pm bis 500 µm, insbesondere etwa 200 pm aufweisen. Vorzugsweise sind die optisch aktiven Lamellen quer zur Einfallsrichtung von potentiellem Streulicht ausgerichtet, insbesondere quer zu einer Richtung in der eine Eingabeöffnung eines Leergutrücknahmesystems ausgehend von dem richtungsselektiven Filter angeordnet ist. Somit wird das Streulicht vorteilhaft an den Lamellen absorbiert, sodass die Erkennung dadurch nicht gestört wird.
Gemäß einer Weiterbildung ist der optische Sensor als Kamera ausgebildet und/oder ist die Lichtquelle als eine Beleuchtungseinrichtung ausgebildet, insbesondere als nahezu punktförmige Lichtquelle. Vorteilhaft kann die Vorrichtung somit als Auflicht-Erkennungsvorrichtung ausgebildet sein.
Gemäß einer Weiterbildung ist zumindest ein Umlenkspiegel in dem vorbestimmten Strahlengang vorgesehen, der die von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen von der Lichtquelle zu dem Reflektor und/oder von dem Reflektor zu dem optischen Sensor umlenkt. Der Umlenkspiegel kann insbesondere als planer Spiegel ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die Anordnung der Vorrichtung, insbesondere der Lichtquelle, des optischen Sensors und des Reflektors, an räumliche Vorgaben, beispielsweise durch limitierte Platzverhältnisse in einem Leergutrücknahmesystem, angepasst sein und dennoch ein Einfallswinkel von etwa 90° auf den gekrümmten richtungsselektiven Filter sowie die Reflexion der Lichtstrahlen am Reflektor in dem vorbestimmten Strahlengang erhalten bleiben.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird das Fügen formschlüssig, insbesondere durch Hinterschneidungen; kraftschlüssig, insbesondere durch Einspannen oder Verspannen; und/oder stoffschlüssig, bevorzugt durch Kleben, vorgenommen. Weiter können der Reflektor und der richtungsselektive Filter beispielsweise mithilfe von Schraubzwingen, Schrauben, Nieten, Steckverbindungen, Haken, dergleichen oder Kombinationen daraus form- und/oder kraftschlüssig gefügt werden. Alternativ oder zusätzlich können der Reflektor und der richtungsselektive Filter insbesondere miteinander verklebt und/oder auf ähnliche Weise stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Somit kann die Ausrichtung des richtungsselektiven Filters in Bezug auf den Reflektor durch die Herstellung festgelegt werden und bei Einbau, beispielsweise in ein Leergutrücknahmesystem, nicht mehr aufwendig zueinander ausgerichtet und/oder positioniert werden. Ferner ist vorteilhaft keine Justage der Krümmung des Filters notwendig, da diese durch den Reflektor vorgegeben ist.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbesondere sind sämtliche Merkmale der Vorrichtung zur optischen Erkennung von Objekten auf das Verfahren zu deren Herstellung übertragbar und umgekehrt. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur optischen Erkennung von Objekten;
2 eine perspektivische Ansicht eines Reflektors und eines richtungsselektiven Filters, die gemeinsam in ein Gehäuse eingefasst sind;
3 eine schematische Darstellung eines Leergutrücknahmesystems;
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung zur optischen Erkennung von Objekten;
5 eine exemplarische Draufsicht auf eine Vorrichtung zur optischen Erkennung von Behältern in einem Leergutrücknahmesystem; und
6 eine Frontansicht der Vorrichtung nach 5.

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur optischen Erkennung von Objekten 3, insbesondere von Behältern in einem Leergutrücknahmesystem 20.
Die Vorrichtung 1 weist einen optischen Sensor 11, eine Lichtquelle 12, einen Reflektor 13 und einen richtungsselektiven Filter 14 auf. Der optische Sensor 11 und die Lichtquelle 12 sind hier rein beispielhaft in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet, insbesondere aneinander montiert, und weisen im Wesentlichen dieselbe Ausrichtung auf. Die von der Lichtquelle 12 emittierten Lichtstrahlen werden von dem Reflektor 13 in einem vorbestimmten Strahlengang 17 zu dem optischen Sensor 11 reflektiert.
In dem vorbestimmten Strahlengang 17 der von der Lichtquelle 12 emittierten und von dem Reflektor 13 reflektierten Lichtstrahlen ist der richtungsselektive Filter 14 optisch wirksam angeordnet. Dabei weist der richtungsselektive Filter 14 eine Krümmung auf. Diese ist derart vorgesehen, dass die Lichtstrahlen in dem gesamten Strahlengang 17 ohne Verschattung durch den richtungsselektiven Filter 14, beispielsweise über dessen gesamte Breite, hindurch treten können.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Reflektors 13 und eines richtungsselektiven Filters 14, die gemeinsam in ein Gehäuse 15 eingefasst sind. Das Gehäuse 15 trägt den Reflektor 13 und stützt dessen hier beispielsweise durchgehend konkav gekrümmte Fläche 18 durch eine entsprechend gekrümmte Stützfläche des Gehäuses 15 ab. Weiter ist der gekrümmte richtungsselektive Filter 14 formschlüssig mit dem Gehäuse 15 verbunden, indem an einer oberen Kante 5 und an einer unteren Kante 6 des teilweise eingerahmten richtungsselektiven Filters 14 jeweils ein Blechelement 7 derart an das Gehäuse 15 montiert ist, dass der richtungsselektive Filter 14 zwischen dem Reflektor 13 und den Blechelementen 7 lösbar fixiert ist und die Blechelemente 7 die Krümmung des richtungsselektiven Filters 14 unterstützen bzw. vorgegeben, sodass der richtungsselektive Filter 14 die Krümmung übernimmt.
Die im Bereich der Krümmung vorzugsweise konkav gekrümmte Fläche 18 des Reflektors 13 korrespondiert mit einer im Bereich der Krümmung vorgesehenen konvexen Fläche 19 des richtungsselektiven Filters 14. Ferner ist die konkave Fläche 18 des Reflektors 13 bevorzugt direkt an der konvexen Fläche 19 des richtungsselektiven Filters 14 angeordnet. Darüber hinaus weist das Gehäuse 15 Befestigungsmittel 8, insbesondere Durchgangsbohrungen 10 für Schraubenverbindungen und/oder Steckverbindungen, auf, mit denen das Gehäuse 15 mit anderen Bauteilen verbindbar ist.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Leergutrücknahmesystems 20 mit einer Vorrichtung 1 zur optischen Erkennung von Behältern 3, einer Transporteinrichtung 2 und einer Steuereinrichtung 4. Die Steuereinrichtung 4 ist elektronisch mit der Vorrichtung 1 und der Transporteinrichtung 2 gekoppelt und dazu ausgebildet, die Vorrichtung 1 und/oder die Transporteinrichtung 2 zur automatisierten Leergutrücknahme abhängig von der Erkennung des Behälters 3 zu steuern. Dazu verfügt die Steuereinrichtung 4 Zugriff auf einen Datenspeicher 25 bzw. ist an einen Datenspeicher 25 gekoppelt, in dem eine Zuordnungsdatenbank abgelegt ist, sodass sie eine Erkennung des Behälters 3 mit Daten aus der Zuordnungsdatenbank abgleichen kann.
Dementsprechend steuert die Steuereinrichtung 4 die Transporteinrichtung 2, sodass ein darauf abgelegtes Objekt 3 in einen der Vorrichtung 1 nachgelagerten Sammelbereich 26 befördert wird oder, falls das Objekt 3 nicht zugeordnet werden kann oder abgelehnt wird, zurück zu einer Eingabeöffnung 27 des Leergutrücknahmesystems 20 befördert wird. Die Eingabeöffnung 27 ist an einer Frontseite eines Automatengehäuses 28 des Leergutrücknahmesystems 20 auf der Höhe der Transporteinrichtung 2 oder oberhalb davon angeordnet, sodass das Objekt 3 von einem Anwender durch die Eingabeöffnung 27 auf die Transporteinrichtung 2 abgelegt bzw. von ihr entnommen werden kann. Der nachgelagerte Sammelbereich 26 befindet sich in Bezug auf eine Förderrichtung der Transporteinrichtung 2 gegenüber der Eingabeöffnung 27. Der Sammelbereich 26 kann Container, Förderbänder und/oder Weichen aufweisen, mit denen das erkannte Objekt 3 beispielsweise einer bestimmten durch die Steuereinrichtung 4 vorgegebenen Sektion des Sammelbereichs 26 zugeordnet werden kann. Vorteilhafterweise ist der Sammelbereich in einem unteren Bereich des Leergutrücknahmesystems 20 angeordnet, während die Vorrichtung 1, die Transporteinrichtung 2 und die Steuereinrichtung 4 in einem oberen Bereich angeordnet sind.
Ferner sind die Vorrichtung 1, die Transporteinrichtung 2, die Steuereinrichtung 4 und der Sammelbereich 26 zumindest teilweise von dem Automatengehäuse 28 umgeben, wobei das Automatengehäuse 28 die Eingabeöffnung 27, ein Anzeigedisplay, eine optische Signaleinrichtung und eine Ausgabeöffnung zur Ausgabe der Pfandwertmarken oder des Pfandgeldes aufweist.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung 1 zur optischen Erkennung von Objekten 3, insbesondere von Behältern in einem Leergutrücknahmesystem 20.
Insbesondere ist damit eine Anordnung aus einem Reflektor 13 und einem gekrümmten richtungsselektiven Filter 14 einer derartigen Vorrichtung 1 herstellbar. In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens werden ein zumindest abschnittsweise mit einer vorbestimmten Krümmung gekrümmter Reflektor 13 und ein richtungsselektiver Filter 14 bereitgestellt. Dazu werden die beiden Bauteile entweder als Halbzeuge oder direkt von ihrem jeweiligen vorgelagerten Fertigungsschritt an denselben Ort gebracht. Insbesondere kann der richtungsselektive Filter 14 bei der Bereitstellung noch ohne eine Krümmung vorgesehen sein. In einem zweiten Schritt S2 wird der richtungsselektive Filter 14 mit dem gekrümmten Reflektor 13 gefügt, beispielsweise indem auf einen Bereich einer Oberfläche des richtungsselektiven Filters 14 und/oder des Reflektor 13 ein Klebstoff aufgetragen wird, nachdem mindestens dieser Bereich der Oberfläche gereinigt, insbesondere Fettanhaftungen entfernt worden sind und die beiden Bauteile anschließend zusammengefügt und in dieser Position gehalten werden bis der Klebstoff ausgehärtet ist. Bei weiteren Ausführungsformen sind auch andere Fügeverfahren, beispielsweise formschlüssiges Fügen, möglich.
5 zeigt eine exemplarische Draufsicht auf eine Vorrichtung 1 zur optischen Erkennung von Behältern in einem Leergutrücknahmesystem 20. Außer der Vorrichtung 1 umfasst das Leergutrücknahmesystem 20 ferner eine Steuereinrichtung 4 und eine Transporteinrichtung 2, die zwei winklig zueinander angeordneten Transportbänder und einen Antriebsmotor 24 aufweist und dazu ausgebildet ist, beispielsweise darauf abgelegte, zylinderförmige Leergut-Behälter zu fördern.
6 zeigt eine Frontansicht der Vorrichtung 1 nach 5 aus der Richtung einer Eingabeöffnung.
Wie in Bezug auf 1 beschrieben weist die Vorrichtung 1 einen optischen Sensor 11, eine Lichtquelle 12, einen Reflektor 13 und einen richtungsselektiven Filter 14 auf. Ferner ist ein Umlenkspiegel 16 in dem vorbestimmten Strahlengang 17 angeordnet und lenkt die von der Lichtquelle 12 emittierten Lichtstrahlen von der Lichtquelle 12 zu dem Reflektor 13 um bzw. die reflektierten Lichtstrahlen von dem Reflektor 13 zu dem optischen Sensor 11 um.
Dabei sind der Reflektor 13, der richtungsselektive Filter 14 und der Umlenkspiegel 16 mit ihren langen Seiten im Wesentlichen parallel zu der Transporteinrichtung 2 angeordnet, sodass der vorbestimmte Strahlengang 17 überwiegend quer zur Förderrichtung der Transporteinrichtung 2 ausgerichtet ist.
Wie in Bezug auf 2 beschrieben sind der Reflektor 13 und der richtungsselektive Filter 14 in einem Gehäuse 15 aufgenommen. Der richtungsselektive Filter 14 ist mit dem Reflektor 13 verklebt und in das Gehäuse 15 eingefasst. Eine Rückwand des Gehäuses 15, die beispielsweise aus einem Blech ausgebildet ist, hat in einem Bereich Kontakt zu einer konvex gekrümmten Fläche des Reflektors 13.
Streulicht 9 kann überwiegend in der in 5 eingezeichneten Pfeilrichtung in das Leergutrücknahmesystem 20 einfallen. Der richtungsselektive Filter 14 ist derart konkav gekrümmt ausgebildet, dass eine Wellenfront eines Lichtkegels der emittierten Lichtstrahlen in dem vorbestimmten Strahlengang 17, insbesondere ganzflächig, transmittiert, wobei der richtungsselektive Filter 14 zur Absorption von etwaigem von der Wellenfront des Lichtkegels abweichendem Streulicht 9 ausgebildet ist. Weiter weist der richtungsselektive Filter 14 optisch aktive Lamellen auf, die bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zur Einfallsrichtung des Streulichts 9 ausgerichtet sind, d. h. in der dargestellten Zeichnung senkrecht zur Zeichenebene.
Wie in 6 erkennbar sind der optische Sensor 11 und die Lichtquelle 12 über dem Gehäuse 15, welches den Reflektor 13 und den richtungsselektiven Filter 14 einrahmt, angeordnet und aneinander montiert. Zur Feinjustage des optischen Sensors 11 ist dieser schwenkbar in einer Justageeinrichtung 23 gelagert. Die Justageeinrichtung 23 weist einen Verstellhebel, ein gekrümmtes Langloch in einer seiner Seitenwände durch den ein mit dem optischen Sensor 11 gekoppelter Pin ragt und eine beschriftete Skala entlang des Langlochs auf, anhand welcher der verschiebbare Pin einen Anhaltspunkt für die Ausrichtung des vorbestimmten Strahlengangs 17 liefert.
Auf der Transporteinrichtung 2 ist ein Objekt 3, hier ein zylinderförmiger Leergut-Behälter, abgelegt, das sich zumindest teilweise in dem vorbestimmten Strahlengang 17, insbesondere in dem vorbestimmten Strahlengang 17 zwischen dem Umlenkspiegel 16 und dem Reflektor 13, befindet. Um den Einfall von störendem Streulicht 9 in die Vorrichtung 1 zu verringern, weist die Seite der Vorrichtung 1, die zu der Eingabeöffnung hin gewandt ist, eine Blende 21 auf. Die Blende 21 ist lichtundurchlässig ausgestaltet und weist eine zur Transporteinrichtung 2 hin geöffnete U-förmige Aussparung auf, die zur Durchfahrung zylinderförmiger Leergut-Behälter ausgelegt ist.
Die Transporteinrichtung 2 ist auf einem Sockel montiert, der in etwa die Breite der Transporteinrichtung 2 hat, und weist an ihren Enden Umlenkrollen 22 auf, mit denen die Förderbänder umlenkbar und somit als Endlosbänder ausbildbar sind. Zwei Umlenkrollen 22 sind über ein Getriebe mit dem Antriebsmotor 24 mechanisch verbunden, wobei die Steuereinrichtung 4 eine Förderrichtung und eine Geschwindigkeit der Förderbänder steuert. Das Leergutrücknahmesystem 20 ist beispielsweise als Rücknahmeautomat ausgebildet und weist ein Automatengehäuse 28 auf, in welchem die Elemente des Leergutrücknahmesystems 20 aufgenommen sind.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Beispielsweise kann der richtungsselektive Filter 14 statt einem Lamellenfilter auch als Transmissionsbeugungsgitter oder als Polarisationsfilter ausgebildet sein.
Weiter kann beispielsweise der Reflektor 13 als Retroreflektor ausgebildet sein oder der optische Sensor 11 als digitale Kamera mit einem Objektiv, das der Aufnahmesituation entsprechende Daten zur automatischen Kompensation von geometrischen Abbildungsfehlern, wie Verzeichnung, Randlichtabfall oder Farbquerfehler an die Kamera übermittelt und zusätzlich oder alternativ EXIF-Daten bereitstellt, ausgebildet sein.
Der Antriebsmotor 24 kann als bürstenloser oder bürstenbehafteter DC-Servomotor einzeln oder mit einem Kunststoff-Zahnradgetriebe kombiniert als Getriebemotor ausgebildet sein.
Ferner können der Reflektor 13 und der richtungsselektive Filter 14 in dem Fügeschritt S2 des Verfahrens beispielsweise durch eine Füllung gefügt werden, wobei die Füllung durch eine Phasenänderung oder eine chemische Reaktion erstarrt und auf diese Weise die Bauteile miteinander und/oder an dem Gehäuse 15 fest verbindet. Beispielsweise kann die Füllung Gießharz aufweisen, das selbständig, durch eine Zufuhr von Wärme oder durch eine Aussetzung mit Ultraviolettstrahlung erstarrt.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Transporteinrichtung
3: Objekt. Leergutgebinde, Behälter
4: Steuereinrichtung
5: obere Kante des Gehäuses
6: untere Kante des Gehäuses
7: Blechelement
8: Befestigungsmittel
9: Streulicht
10: Durchgangsbohrung
11: optischer Sensor
12: Lichtquelle
13: Reflektor
14: richtungsselektiver Filter
15: Gehäuse
16: Umlenkspiegel
17: Strahlengang
18: konkave Fläche des Reflektors
19: konvexe Fläche des richtungsselektiven Filters
20: Leergutrücknahmesystem
21: Blende
22: Umlenkrolle
23: Justageeinrichtung
24: Antriebsmotor
25: Datenspeicher
26: Sammelbereich
27: Eingabeöffnung
28: Automatengehäuse
S1, S2: (Verfahrens-)Schritte

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

DE 102009000834 A1 [0005]
EP 2269747 A1 [0006]

Claims

Vorrichtung (1) zur optischen Erkennung von Objekten (3), insbesondere von Leergutgebinden (3) in einem Leergutrücknahmesystem (20), mit einem optischen Sensor (11); mit einer Lichtquelle (12); mit einem Reflektor (13), der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er von der Lichtquelle (12) emittierte Lichtstrahlen in einem vorbestimmten Strahlengang (17) auf den optischen Sensor (11) reflektiert; und mit zumindest einem richtungsselektiven Filter (14), der in dem vorbestimmten Strahlengang (17) der von der Lichtquelle (12) emittierten und von dem Reflektor (13) reflektierten Lichtstrahlen angeordnet ist, wobei der richtungsselektive Filter (14) zumindest abschnittsweise eine Krümmung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des richtungsselektiven Filters (14) optisch wirksam in dem vorbestimmten Strahlengang (17) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (13) zumindest abschnittsweise eine Krümmung aufweist, wobei die zumindest abschnittsweise Krümmung des richtungsselektiven Filters (14) im Wesentlichen mit der zumindest abschnittsweisen Krümmung des Reflektors (13) korrespondiert.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Krümmung eine konkave Fläche (18) des Reflektors (13) vorgesehen ist, die mit einer im Bereich der Krümmung vorgesehenen konvexen Fläche (19) des richtungsselektiven Filters (14) korrespondiert, wobei die konkave Fläche (18) des Reflektors (13) an der konvexen Fläche (19) des richtungsselektiven Filters (14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (13) und der richtungsselektive Filter (14) miteinander form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden sind, insbesondere verklebt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (13) und der richtungsselektive Filter (14) in einem gemeinsamen Gehäuse (15) eingefasst sind, wobei das Gehäuse (15) die gekrümmte Fläche des Reflektors (13) und/oder des richtungsselektiven Filters (14) abstützt, insbesondere eine entsprechend gekrümmte Stützfläche aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der richtungsselektive Filter (14) derart konkav gekrümmt ausgebildet ist, dass eine Wellenfront eines Lichtkegels der emittierten Lichtstrahlen in dem vorbestimmten Strahlengang (17), insbesondere ganzflächig, transmittiert, wobei der richtungsselektive Filter (14) zur Absorption von etwaigem von der Wellenfront des Lichtkegels abweichendem Streulicht (9) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine richtungsselektive Filter (14) optisch aktive Lamellen aufweist, die gemäß dem vorbestimmten Strahlengang (17) ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (11) als Kamera ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (12) als eine Beleuchtungseinrichtung ausgebildet ist, insbesondere als nahezu punktförmige Lichtquelle (12) .
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Umlenkspiegel (16) in dem vorbestimmten Strahlengang (17) vorgesehen ist, der derart ausgebildet und angeordnet ist, um die von der Lichtquelle (12) emittierten Lichtstrahlen von der Lichtquelle (12) zu dem Reflektor (13) und/oder von dem Reflektor (13) zu dem optischen Sensor (11) umzulenken.
Leergutrücknahmesystem (20), mit einer Vorrichtung (1) zur optischen Erkennung von Leergutgebinde (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche; mit einer Transporteinrichtung (2); und mit einer Steuereinrichtung (4), die dazu ausgebildet ist, die Vorrichtung (1) und/oder die Transporteinrichtung (2) zur automatisierten Leergutrücknahme abhängig von der Erkennung eines Leergutgebindes (3) zu steuern.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1), insbesondere einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, zur optischen Erkennung von Leergutgebinden (3), insbesondere von Leergutgebinden (3) in einem Leergutrücknahmesystem (20), mit den Schritten: Bereitstellen (S1) eines zumindest abschnittsweise mit einer vorbestimmten Krümmung gekrümmten Reflektors (13) und eines richtungsselektiven Filters (14); und Fügen (S2) des richtungsselektiven Filters (14) mit dem gekrümmten Reflektor (13), wobei der richtungsselektive Filter (14) die vorbestimmte Krümmung übernimmt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen (S2) formschlüssig, insbesondere durch Hinterschneidungen; kraftschlüssig, insbesondere durch Einspannen oder Verspannen; und/oder stoffschlüssig, bevorzugt durch Kleben, vorgenommen wird.