DE10210813A1

DE10210813A1 - Anlage zur Grössenbestimmung eines Objektes

Info

Publication number: DE10210813A1
Application number: DE2002110813
Authority: DE
Inventors: Matthias Eger; Wolfgang Obermann; Eli-Josef Schneider; Michael Wald
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2003-10-16

Abstract

Für eine Anlage zur Größenbestimmung eines Objektes (3) mit optischen Hilfsmitteln zur dreidimensionalen Erfassung der Abmessungen des Objektes wird vorgeschlagen, dass die optischen Hilfsmittel aus einer elektronischen Kamera (4) bestehen, die mindestens eine Dimension des Objektes direkt und mindestens eine andere Dimension über einen feststehenden Umlenkspiegel (5) erfasst. DOLLAR A Dadurch ist eine Größenbestimmung mit relativ geringem Aufwand und ohne bewegliche Teile möglich. DOLLAR A Ergänzt wird diese Anlage zur Größenbestimmung vorteilhafterweise durch eine Waage (1/2) zur gleichzeitigen Gewichtsbestimmung des Objektes.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Größenbestimmung eines Objektes mit optischen Hilfsmitteln zur dreidimensionalen Erfassung der Abmessungen des Objektes.
Anlagen dieser Art sind z. B. aus der US 5 325178 bekannt. Die Länge, Breite und Höhe von quaderförmigen Objekten wird dabei durch je eine Kamera bestimmt. Insgesamt sind also drei Kameras notwendig, was einen erheblichen apparativen Aufwand bedeutet.
Weiter ist es aus der US 5 331 118 bekannt, das zu messende Objekt auf einem Förderband an einer Lichtschranke vorbeizubewegen. Aus der Zeitdauer der Unterbrechung der Lichtschranke und der Geschwindigkeit des Förderbandes kann dann die Länge des Objektes in Förderrichtung ermittelt werden. Die Breite und Höhe des Objektes wird durch je einen Laserscanner oberhalb und seitlich des Förderbandes ermittelt. Das Förderband ist in der US 5 331 118 auf einer Waage gelagert, sodass neben der Größe auch das Gewicht des Objektes bestimmt werden kann. Auch hier ist der Aufwand durch die zwei Laserscanner und das Förderband erheblich, zusätzlich ist die Anlage durch das bewegliche Förderband verschleißanfällig.
Außerdem ist es aus der DE 196 28 896 A1 bekannt, die Wägeplattform einer Waage mit mehreren Öffnungen für vertikale Lichtschranken zu versehen. Das zu messende Objekt muss vom Bediener an einen rechtwinkligen seitlichen Anschlag an der Wägeplattform gelegt werden und Länge und Breite des Objektes werden dann durch die Anzahl der unterbrochenen Lichtschranken gemessen, gleichzeitig wird das Gewicht des Objektes bestimmt. Zur Messung der Höhe des Objektes ist eine horizontale Deckelplatte vorgesehen, die von oben her herab bewegt wird, bis sie das Objekt berührt. Die Objektberührung wird dabei durch den Anstieg des Gewichtes des Objektes von der Waage festgestellt. Die Höhe des Objektes ergibt sich dann aus der Stellung des Deckels zum Zeitpunkt der Berührung. Diese Vorrichtung ist vor allem durch die bewegliche Deckelplatte stör- und verschleißanfällig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anlage zur Größenbestimmung der eingangs genannten Art anzugeben, die nur einen geringen Aufwand erfordert und ohne bewegliche Teile auskommt.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die optischen Hilfsmittel eine Bilderfassungseinrichtung umfassen, die mindestens eine Dimension des Objektes über eine optische Umlenkeinrichtung erfasst.
Es wird also für die Größenbestimmung nur eine Bilderfassungseinrichtung, wie z. B. eine elektronische Kamera, benötigt und zusätzlich nur noch eine optische Umlenkeinrichtung, wie z. B. ein Spiegel; bewegliche Teile entfallen ganz.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Figuren erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausgestaltung der Anlage und
Fig. 2 eine zweite Ausgestaltung der Anlage.
Beide Figuren zeigen die besonders zweckmäßige Ausgestaltung, bei der die Anlage zur Größenbestimmung des Objektes kombiniert ist mit einer Waage zur Gewichtsbestimmung. Die Bestimmung der Größe und des Gewichtes ist z. B. zur Entgeltbestimmung von Postsendungen notwendig.
Die in Fig. 1 in Seitenansicht dargestellte Anlage besteht aus einer Waage mit einem Waagenunterbau 1 und einer Wägeplattform 2. Das zu messende Objekt 3 wird auf die Wägeplattform gebracht. Die Auswertung des Waagensignals erfolgt in einer Wägeelektronik 6. Zur Größenbestimmung weist die Anlage eine elektronische Kamera 4 auf. Das Gesichtsfeld der Kamera ist aufgeteilt in einen Bereich A, der die Wägeplattform 2 überwacht, und einen Bereich B, der über einen Umlenkspiegel 5 das zu messende Objekt 3 von der Seite her überwacht. Die Grenzen der Gesichtsfeld-Bereiche A und B sind in Fig. 1 strichpunktiert eingezeichnet. Diese Aufteilung des Gesichtsfeldes kann einmal in der Auswerteelektronik 7 der Kamera erfolgen, sie kann aber auch unterstützt werden z. B. durch eine Trennwand 11, die Teil eines Gestelles 10 ist.
Die Elektronik 7 der elektronischen Kamera 4 kann nun aus dem Winkel α, unter dem das Objekt 3 erscheint, und der bekannten Höhe der Kamera über der Wägeplattform 2 die Breite des Objektes 3 ausrechnen. In gleicher Weise kann sie aus dem Winkel β und der bekannten Geometrie von Kamera 4 und Spiegel 5 relativ zur Wägeplattform 2 die Höhe des Objektes 3 errechnen. Zur exakten Umrechnung des Winkels α in die Breite des Objektes 3 braucht man natürlich die Höhe des Objektes 3; genauso braucht man zur exakten Umrechnung des Winkels β in die Höhe des Objektes 3 die seitliche Lage der Seitenflächen 9 relativ zur Wägeplattform. Zweckmäßigerweise berechnet die Auswerteelektronik 7 der elektronischen Kamera zuerst die ungefähre Lage der rechten Seitenfläche 9 des Objektes 3, dann aus diesem Wert und dem Winkel β die Höhe des Objektes 3 und dann mit diesem Wert und dem Winkel α die Breite des Objektes 3. In einer zweiten Iteration kann dann aus diesem ersten Wertepaar ein genaueres zweites Wertepaar errechnet werden. - Die mathematischen Einzelheiten dieses Iterationsverfahrens sind z. B. in der schon erwähnten US 5 325178 erläutert.
Die Ausdehnung des Objektes 3 senkrecht zur Zeichenebene kann in gleicher Weise ermittelt werden. Dabei kann diese Dimension sowohl aus dem Signal der Kamera im Gesichtsfeldbereich A als auch dem Signal im Gesichtsfeldbereich B errechnet werden. Durch diese Redundanz kann eine Überprüfung der ermittelten Werte auf Übereinstimmung erfolgen und so eine gewisse Eigenfehlersicherheit erreicht werden.
Im Vorstehenden ist stillschweigend vorausgesetzt worden, dass die Seitenflächen des zu messenden Objektes 3 parallel bzw. rechtwinklig zur Zeichenebene verlaufen. Dies ist jedoch nicht notwendig: Auch schräg auf der Wägeplattform liegende Objekte können durch die entsprechende Software in der Auswerteelektronik 7 erkannt und ausgemessen werden. Bei nichtquaderförmigen Objekten kann die Software das wirkliche Volumen und/oder das Volumen des kleinsten umgebenden Quaders oder eines anderen, beliebig vorgebbaren Hüllkörpers errechnen.
In Fig. 1 ist weiterhin ein Gestell/Gehäuse 10 angedeutet, das alle Komponenten aufnimmt und mechanisch stabil miteinander verbindet. Der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet sind evtl. eingebaute Glasscheiben oder andere optisch Benutzer der Anlage zugänglich ist, vom restlichen Bereich abtrennen ohne den optischen Strahlengang zu beeinflussen. Diese Glasscheiben werden im allgemeinen oberhalb der Wägeplattform bei 13 und seitlich neben der Wägeplattform bei 14 eingebaut sein. Außerdem ist in Fig. 1 eine Ergebnisanzeige 8 eingezeichnet, die an geeigneter Stelle im Gestell/Gehäuse 10 angeordnet ist und dem Bediener der Anlage die Ergebnisse der Größenbestimmung und/oder das Gewicht und/oder das zu zahlende Entgelt (bei der Anwendung als Postwaage) anzeigt oder an eine externe Auswerteeinheit weiterleitet.
Zur eindeutigen Unterscheidung des Objektes 3 und der umgebenen Flächen durch die Auswerteelektronik 7 der elektronischen Kamera 4 ist es vorteilhaft, wenn die Wägeplattform und der Bereich 12 des Gestelles/Gehäuses 10 ein optisches Muster aufweisen, das von der Auswerteelektronik 7 leicht identifizierbar ist. Dies kann z. B. eine Schwarzweißrasterung sein. Dadurch lassen sich sowohl helle Objekte als auch dunkle Objekte leicht identifizieren und auch gemusterte Objekte werden erkannt, solange das Muster nicht die identische Größe, Form und Ausrichtung wie das Muster auf der Wägeplattform bzw. auf dem Bereich 12 aufweist.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausgestaltung der Anlage in Seitenansicht gezeigt. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet. Für die Erfindung unwesentliche Teile, wie z. B. die Einzelheiten des Gestelles/Gehäuses und die Auswerteelektronik sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. In Fig. 2 befindet sich die Kamera 4 neben der Wägeplattform 2 und der Umlenkspiegel 5 oberhalb der Wägeplattform. Durch diese geometrische Anordnung erfasst die Kamera die Höhe und die Ausdehnung senkrecht zur Zeichenebene (Tiefe) des Objektes 3 direkt und die Breite und Tiefe über den Umlenkspiegel 5. Die Berechnung der Größe des Objektes 3 aus den ermittelten Winkeln γ und δ erfolgt dabei genauso, wie es bereits bei der Beschreibung der Fig. 1 erläutert wurde.
Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Anlagen zur Größenbestimmung beinhalten beide die weiterführende vorteilhafte Ausgestaltung der zusätzlichen Gewichtsbestimmung durch eine Waage. Eine Anlage zur Größenbestimmung ohne die Möglichkeit der Gewichtsbestimmung unterscheidet sich von den gezeichneten und beschriebenen Anlagen nur dadurch, dass die Waage mit dem Untergestell 1 und der Wägeplattform 2 ersetzt ist durch eine im Wesentlichen horizontale Auflageplattform 2', die fest mit dem Gestell/Gehäuse 10 verbunden ist.
Der Spiegel 5 ist in beiden gezeigten Ausgestaltungen als Planspiegel gezeichnet. Selbstverständlich ist auch die Benutzung von gewölbten Spiegeln möglich. Gewölbte Spiegel erlauben es, ein vorgegebenen Gesichtsfeld im Objektraum auf ein kleineres Gesichtsfeld für die Kamera zu transformieren. Die Wölbung kann dabei zylinderförmig sein, wodurch nur eine Dimension transformiert wird, sie kann aber auch kugelförmig sein, wodurch beide Dimensionen transformiert werden. Eine entsprechende Transformation kann selbstverständlich auch im direkten Strahlengang (Bereich A in Fig. 1) durch eine Zylinderlinse bzw. eine normale Linse erfolgen. Die Rückrechnung auf die wirkliche Größe des Objektes muss dann natürlich durch eine inverse Transformation in der Auswerteelektronik erfolgen.
Die Kamera 4 kann sowohl eine Kamera für sichtbares Licht sein, als auch eine Kamera für Infrarotlicht oder ultraviolettes Licht.

Claims

1. Anlage zur Größenbestimmung eines Objektes mit optischen Hilfsmitteln zur dreidimensionalen Erfassung der Abmessungen des Objektes, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Hilfsmittel eine Bilderfassungseinrichtung (4) umfassen, die mindestens eine Dimension des Objektes (3) über eine optische Umlenkeinrichtung (5) erfasst.

2. Anlage zur Größenbestimmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtung (4) mindestens eine Dimension des Objektes (3) direkt und mindestens eine andere Dimension über die optische Umlenkeinrichtung (5) erfasst.

3. Anlage zur Größenbestimmung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Umlenkeinrichtung ein gehäusefester Spiegel (5) ist.

4. Anlage zur Größenbestimmung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine wenigstens näherungsweise horizontale Auflageplattform (2') aufweist, auf die das zu messende Objekt (3) platziert wird, dass die Bilderfassungseinrichtung (4) oberhalb der Auflageplattform (2') angeordnet ist und dass die optische Umlenkeinrichtung (5) neben der Auflageplattform und geneigt zur Vertikalen angeordnet ist.

5. Anlage zur Größenbestimmung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine wenigstens näherungsweise horizontale Auflageplattform (2') aufweist, auf die das zu messende Objekt (3) platziert wird, dass die Bilderfassungseinrichtung (4) neben der Auflageplattform (2') angeordnet ist und dass die optische Umlenkeinrichtung (5) oberhalb der Auflageplattform und geneigt zur Vertikalen angeordnet ist.

6. Anlage zur Größenbestimmung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtung eine elektronische Kamera (4) ist.

7. Anlage zur Größenbestimmung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Signale der elektronischen Kamera (4) in einer digitalen Auswerteelektronik (7) erfolgt.

8. Anlage zur Größenbestimmung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Auflageplattform (2') ein optisches Muster aufweist, das von der Auswerteelektronik (7) der elektronischen Kamera (4) leicht identifizierbar ist.

9. Anlage zur Größenbestimmung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageplatte (2'), die Kamera (4) und der Umlenkspiegel (5) in einem gemeinsamen Gestell/Gehäuse (10) angeordnet sind.

10. Anlage zur Größenbestimmung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell/Gehäuse (10) mindestens ein Trennelement (11) aufweist, das den Gesichtsfeldbereich (A) der Kamera (4), der das Objekt (3) direkt erfasst, von dem Gesichtsfeldbereich (B) der Kamera, der das Objekt über den Umlenkspiegel (5) erfasst, voneinander trennt.

11. Anlage zur Größenbestimmung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkspiegel (5) ein Planspiegel ist.

12. Anlage zur Größenbestimmung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkspiegel (5) ein gewölbter Spiegel ist.

13. Anlage zur Größenbestimmung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageplattform durch die Wägeplattform (2) einer Waage (1/2) gebildet wird, sodass zusätzlich zur Größenbestimmung auch eine Gewichtsbestimmung des Objektes (3) möglich ist.

14. Anlage zur Größenbestimmung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Entgeltbestimmung von Postsendungen benutzt wird.

15. Anlage zur Größenbestimmung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie für eine Beladungsplanung von Transportmitteln benutzt wird.