DE202004015264U1

DE202004015264U1 - Einrichtung zur Erfassung von Lagekoordinaten und/oder Abmessungen von Auflageflächen von Stückgütern

Info

Publication number: DE202004015264U1
Application number: DE200420015264
Authority: DE
Original assignee: Rowa Automatisierungssysteme GmbH
Current assignee: Becton Dickinson Rowa Germany GmbH
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2014-09-30

Abstract

Einrichtung zur Erfassung von Lagekoordinaten und/oder Abmessungen von Auflageflächen von Stückgütern, wobei die Lagekoordinaten bzw. Abmessungen mit einer vorgegebenen Mindestauflösung erfaßt werden sollen, mit
einer Auflage, auf welcher die Stückgüter mit ihrer Auflagefläche aufliegen können,
wenigstens einer über der Auflage angeordneten Lichtquelle,
wenigstens einer unter der Auflage angeordneten Bildaufnahmeeinrichtung, die auf die Unterseite der Auflage gerichtet ist und ein Abbild eines Bildbereichs der Auflage erfaßt, und einer mit der Bildaufnahmeeinrichtung gekoppelten Bildauswerteeinrichtung, die aus dem erfaßten Abbild Lagekoordinaten bzw. Abmessungen bestimmt,
wobei die Lichtquelle so ausgebildet und angeordnet ist, daß Licht der Lichtquelle auf die gesamte Oberseite des Bildbereichs der Auflage mit Ausnahme der Auflageflächen direkt oder indirekt auftrifft,
wobei die Auflage für das Licht aus der Lichtquelle wenigstens teilweise durchlässig ist und durchtretendes Licht an der Auflage wenigstens teilweise diffus gestreut wird, und
wobei die Dicke der Auflage geringer als die vorgegebene...

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung von Lagekoordinaten und/oder Abmessungen von Auflageflächen von Stückgütern, wobei die Lagekoordinaten bzw. Abmessungen mit einer vorgegebenen Mindestauflösung erfaßt werden sollen.
Derartige Einrichtungen werden beispielsweise bei automatisierten Stückgutlagern und dort insbesondere beim Einlagern von Stückgütern verwendet. Beispielsweise ist in der Patentschrift DE 195 09 951 C2 ein solches Stückgutlager beschrieben, welches zum Einlagern und Aufbewahren von Arzneimittelpackungen in Apotheken dient. Bei dem aus der DE 102 25 332 A1 bekannten Stückgutlagern werden die Stückgüter, meist quaderförmige Arzneimittelpackungen, über eine Fördereinrichtung bis zu einer Auflage der Erfassungseinrichtung gefördert und kommen mit ihrer Auflagefläche auf der Auflage zu liegen. Die Abmessungen der Stückgüter werden mit Hilfe der Erfassungseinrichtung optisch erfaßt. Bei bekannten Erfassungseinrichtungen ist über der Auflage eine Lichtquelle und unter der Auflagefläche eine Kamera angeordnet. Die Auflage besteht meist aus einem durchsichtigen oder zumindest durchscheinenden Material. Das von der Kamera erfaßte Bild wird ausgewertet und die Auflagefläche der Stückgüter wird ermittelt. Unter Verwendung der gewonnenen Informationen wird eine Greifereinrichtung gesteuert, um die Stückgüter zu greifen und in das Stückgutlager einzulagern.
Bei der bekannten Erfassungseinrichtung wird jedoch der Weg des Lichtes beim Durchtritt durch die Auflage derart durch die optischen Eigenschaften des Materials der Auflage beeinflußt, daß es zu optischem Strahlversatz kommt. Dieser Strahlversatz ist in der Erfassung und Auswertung der Bildinformationen zu berücksichtigen und erfordert eine komplexe Auswertung und definierte und unveränderliche Positionen der Lichtquelle und der Kamera. Aber selbst unter diesen Voraussetzun gen kann das Erfassungsverfahren oft nicht mit der gewünschten Genauigkeit ausgeführt werden. Eine ungenauere Erfassung der Lagekoordinaten der Stückgüter bedingt wiederum eine größere Toleranz der gesteuerten Greifeinrichtung und führt unter anderem zu einer Beeinträchtigung der Geschwindigkeit der Einlagerung.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, die eine genauere Erfassung von Lagekoordinaten und/oder Abmessungen von Auflageflächen von Stückgütern ermöglicht und gleichzeitig einen robusten und einfachen Aufbau bietet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Lichtquelle so ausgebildet und angeordnet, daß Licht von der Lichtquelle auf die gesamte Oberseite des durch die Bildaufnahmeeinrichtung erfaßten Bildbereichs der Auflage mit Ausnahme der Auflageflächen der Stückgüter direkt oder indirekt auftrifft. Die Auflage der erfindungsgemäßen Einrichtung ist für das Licht aus der Lichtquelle wenigstens teilweise durchlässig, wobei durch die Auflage durchtretendes Licht an der Auflage wenigstens teilweise diffus gestreut wird. Die Auflage ist so ausgebildet, daß ihre Dicke geringer als die vorgegebene Mindestauflösung ist.
Erfindungsgemäß kann als Lichtquelle eine Punktlichtquelle vorgesehen sein, deren Licht durch Reflektor- oder Diffusorflächen oder Reflektor- oder Diffusorkörper auf den Bildbereich der Auflage reflektiert bzw. gestreut wird. Es kann auch eine "flächige" Lichtquelle verwendet werden, wie sie zum Beispiel durch eine Anordnung von Leuchtstoffröhren mit einem vorgesetzten Diffusor gebildet wird. Eine gleichmäßige Ausleuchtung des Bildbereichs der Auflage ist zwar erstrebenswert, aufgrund der besonders vorteilhaften Abbildungseigenschaften der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht zwingend erforderlich. Es ist lediglich sicherzustellen, daß bei nahezu allen auftretenden Anordnungen der Stückgüter auf der Auflage in jedem Bereich des Bildbereichs der Auflage (mit Ausnahme der durch die Stückgüter-Auflageflächen bedeckten Flächen) ei ne Mindest-Beleuchtungsstärke vorhanden ist, also z.B. keine Kernschatten auftreten.
Unter einer diffusen Streuung soll hier eine Lichtstreuung ohne Vorzugsrichtung verstanden werden. Die diffuse Streuung des Lichtes an oder in der Auflage verhindert, daß es zu einem systematischen Abbildungs- bzw. Erfassungsfehler der Lagekoordinaten kommt. Die Auflage ist von geringerer Dicke als die vorgegebene Mindestauflösung der Einrichtung; vorzugsweise ist die Dicke geringer als ¼ der Mindestauflösung. Ein Teil des in die Auflage eintretenden Lichtes wird somit gestreut und legt aufgrund der Dicke der Auflage nur einen geringen Weg in der Auflage zurück. Die Streuwirkung der Auflage in Wirkungskombination mit der optischen Teildurchlässigkeit gewährleistet, daß auf der der Kamera zugewandten Seite der Auflage durch die gestreute Lichtstrahlung ein kontrastreiches Bild der aufliegenden Stückgüter gebildet wird. Durch die diffuse Streuung wird hierbei quasi in der Auflage ein selbststrahlendes Bild erzeugt, statt – wie z.B. bei einer klaren Glasscheibe – das Licht einer Abbildung durch die Auflage hindurchzuleiten. Je nach Intensität des auftreffenden Lichtes geht von jedem Streuzentrum der Auflage eine entsprechende Lichtintensität aus.
Vorzugsweise besteht die Auflage zumindest im Bildbereich aus einer gespannten Folie oder aus einem gespannten Tuch. Das Folienmaterial oder das Tuchmaterial sind so zu wählen, daß das Gewicht der Stückgüter problemlos von dem Material der Auflage getragen werden kann, ohne daß es zu einer plastischen Verformung oder Beschädigung kommt. Die meisten in Frage kommenden Folien- oder Tuchmaterialien streuen das durchtretende Licht ohne weitere Maßnahmen oder Bearbeitungsschritte diffus. Insbesondere sind bei gewählter Materialdicke durchscheinende Materialien für die Auflage geeignet. Die Auflage ist durch Befestigungsmittel im Randbereich der Auflage derart gespannt, daß die aufliegenden Stückgüter unabhängig von dem Ort ihrer Auflage (mittig oder im Randbereich der Auflage) eine vernachlässigbare elastische Verformung der Auflage bewirken. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Ebene der Auflage unverändert bleibt, wie es für die Steuerung der Greifeinrichtung angestrebt ist.
Als Folie soll in diesem Zusammenhang jedes faserlose und flexible Material angesehen werden. Als Tuch ist jedes gewebte, geflochtene oder andersartig gewirkte Material mit Einzelfasern zu verstehen.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Tuch auf einem Rahmen befestigt ist, nach der Befestigung durch eine Wärmebehandlung geschrumpft und so auf dem Rahmen gespannt ist.
Aufgrund der spannungsarmen Befestigung des Tuches auf einem Rahmen ist einfache Montage und gleichmäßige Spannung der Auflage möglich. Außerdem kann die Spannkraft des Tuches in dem Rahmen durch die Wärmebehandlung derart beeinflußt werden, daß gegebenenfalls nachträglich die Spannung der Auflage erhöht werden kann, sofern sich die Spannung der Auflage als unzureichend erweist. Ferner ist ein Austausch oder ein Ersatz der Auflage in einer bereits montierten Einrichtung, die beispielsweise in einem Stückgutlager eingesetzt ist, besonders einfach. Es ist ebenfalls möglich eine Folie auf einem Rahmen zu befestigen und durch eine Wärmebehandlung in der beschriebenen Weise zu spannen.
Es ist vorteilhaft, wenn die Lichtquelle aus einer oder mehreren in einer Ebene oberhalb der Auflage angeordneten Leuchtstoffröhren gebildet ist, wobei der Abstand der Ebene von der Auflage größer als die maximale Höhe der aufliegenden Stückgüter, vorzugsweise größer als das 1,5-fache der Maximalhöhe ist.
Die Leuchtmittel der Lichtquelle sind besonders preiswert und sparsam im Betrieb. Durch eine entsprechende Anordnung der Leuchtstoffröhren in einer Ebene ist eine gleichmäßige Ausleuchtung des Bildbereiches gewährleistet, allerdings kann die Ebene der Leuchtstoffröhren auch gegen die Ebene der Auflage geneigt sein. Der Abstand der Ebene der Leuchtmittel von der Auflage läßt genügend Raum für die Förderung der Stückgüter auf die Auflage und für die Anordnung einer Greifereinrichtung. Die Einrichtung ist ferner wegen der Verwendung mehrerer Leuchtmittel auch bei Ausfall eines Leuchtmittels noch betriebsfähig.
Vorzugsweise ist der Abstand der Bildaufnahmeeinrichtung von der Unterseite der Auflage größer als die größte Abmessung des Bildbereiches.
Durch eine derartige Ausbildung der Einrichtung wird gewährleistet, daß diffus gestreutes Licht von der Auflage die Bildaufnahmeeinrichtung von allen Bereichen des Bildbereichs der Auflage mit etwa gleicher Intensität erreicht, da die Winkelabhängigkeit der vom Licht bis zu Aufnahmeeinrichtung zurückgelegten Strecke unter der Auflage verringert wird und alle Lichtstrecken in der gleichen Größenordnung liegen. Es kommt daher nicht zu einer "scheinbaren Aufhellung" einzelner besonders naheliegender Bereiche der Auflage, von denen Streustrahlung auf besonders kurzen Lichtwegen zu der Aufnahmeeinrichtung gelangt. Ferner stellt der Abstand der Aufnahmeeinrichtung sicher, daß es nicht zu starken Verzerrungen der optischen Aufnahmen kommt, die z.B. durch Weitwinkelobjektive oder spitze Aufnahmewinkel (Aufnahme sehr schräg zur Auflage schauend) hervorgerufen werden.
Weitere vorteilhafte Ausbildungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
1 zeigt in einer Skizze den schematischen Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, ist eine horizontal ausgerichtete Auflage 1, die aus einem Folienmaterial gebildet ist, in einem Rahmen 2 eingespannt. Die Stückgüter, in diesem Fall Arzneimittelpackungen, werden derart auf die Auflage 1 gefördert, daß sie innerhalb des Rahmens 2 vollständig auf der Auflage 1 zu liegen kommen. Eine Lichtquelle in Form einer Anordnung von Leuchtstoffröhren 4 ist über der Auflage angeordnet. Die Länge der Leuchtstoffröhren entspricht etwa einer Längsabmessung der Auflage 1 und die Leuchtstoffröhren sind in einer zur Auflage 1 parallelen Ebene derart beabstandet angeordnet, daß die Auflage 1 gleichmäßig ausgeleuchtet wird und Kernschatten eines auf der Auflage 1 an beliebiger Position aufliegenden Stückguts 3 außerhalb seiner Auflagefläche vermieden werden. Unter halb der Auflage 1 ist eine Bildaufnahmeeinrichtung 5 angeordnet. Der Abstand zwischen der Auflage 1 und der Bildaufnahmeinrichtung 5 ist so gewählt, daß die Optik der Bildaufnahmeeinrichtung 5 eine gute Auflösung der Auflagefläche und geringe Abbildungsfehler gewährleistet. Die optische Achse der Bildaufnahmeeinrichtung 5 ist ferner senkrecht zu der Ebene der Auflage 1 auf deren Mitte ausgerichtet, um Verzerrungen zu minimieren.
Oberhalb der Anordnung von Leuchtstoffröhren 4 ist eine diffus reflektierende Beleuchtungsabdeckung 6 angeordnet, die abgestrahltes Licht der Leuchtstoffröhren in Richtung der Auflagefläche lenkt und die gleichmäßige Ausleuchtung der Auflagefläche.
Eine Förderrutsche 7 wird zur Förderung der Arzneimittelpackungen 3 auf die Auflagefläche 1 verwendet. Die Rutsche 7 ist in Richtung der Auflage über den Rahmen 2 horizontal verfahrbar, um sicherzustellen, daß eine auf die Auflage geförderte Packung 3 vollständig auf der Auflage 1 zu liegen kommt und nicht teilweise auf dem Rahmen 2 aufliegt. Nachdem eine Arzneimittelpackung 3 auf die Auflage gefördert wurde, wird mit der Bildaufnahmeeinrichtung 5 ein Bild der von oben beleuchteten Auflage 1 erfaßt, wobei der Auflagebereich der Pakkung 3 dunkel erscheint. Das Bild wird ausgewertet und die Lagekoordinaten der Packung 3 und deren Abmessungen werden ermittelt. Eine Greifeinrichtung 6 wird daraufhin in Abhängigkeit von den ermittelten Lagekoordinaten und Abmessungen der Stückgüter zur Aufnahme und Weiterförderung der Stückgüter 3 angesteuert.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen möglich. Beispielsweise ist die erfindungsgemäße Einrichtung mit beliebigen Fördervorrichtungen kombinierbar, welche die Stückgüter auf die Auflagefläche befördern. Die Greifeinrichtung kann ein beliebiger in der Technik bekannter Greifer sein, wie zum Beispiel ein Klemmbackengreifer oder ein Sauggreifer. Ferner kann als Lichtquelle jede übliche Lichtquelle verwendet werden, jedoch kann es sich auch anbieten, eine in ihrer Lichtabstrahlung an das Material der Auflage angepaßte Licht quelle zu verwenden. Zum Beispiel kann ein Auflagematerial verwendet werden, das im Bereich des Umgebungslichts stark absorbiert, die Abstrahlung der Lichtquelle jedoch durchläßt.

Claims

Einrichtung zur Erfassung von Lagekoordinaten und/oder Abmessungen von Auflageflächen von Stückgütern, wobei die Lagekoordinaten bzw. Abmessungen mit einer vorgegebenen Mindestauflösung erfaßt werden sollen, mit einer Auflage, auf welcher die Stückgüter mit ihrer Auflagefläche aufliegen können, wenigstens einer über der Auflage angeordneten Lichtquelle, wenigstens einer unter der Auflage angeordneten Bildaufnahmeeinrichtung, die auf die Unterseite der Auflage gerichtet ist und ein Abbild eines Bildbereichs der Auflage erfaßt, und einer mit der Bildaufnahmeeinrichtung gekoppelten Bildauswerteeinrichtung, die aus dem erfaßten Abbild Lagekoordinaten bzw. Abmessungen bestimmt, wobei die Lichtquelle so ausgebildet und angeordnet ist, daß Licht der Lichtquelle auf die gesamte Oberseite des Bildbereichs der Auflage mit Ausnahme der Auflageflächen direkt oder indirekt auftrifft, wobei die Auflage für das Licht aus der Lichtquelle wenigstens teilweise durchlässig ist und durchtretendes Licht an der Auflage wenigstens teilweise diffus gestreut wird, und wobei die Dicke der Auflage geringer als die vorgegebene Mindestauflösung, vorzugsweise geringer als ¼ der Mindestauflösung, ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage zumindest im Bildbereich aus einer gespannten Folie oder
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage zumindest im Bildbereich aus einem gespannten Tuch besteht.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gespannte Tuch ein Gewebe ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tuch an einem Rahmen befestigt ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tuch auf dem Rahmen befestigt, dann durch eine Wärmebehandlung geschrumpft und so auf dem Rahmen gespannt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle aus einer oder mehreren in einer Ebene oberhalb der Auflage angeordneten Leuchtstoffröhren gebildet ist, wobei der Abstand der Ebene von der Auflage größer als die maximale Höhe der aufliegenden Stückgüter, vorzugsweise größer als das 1,5-fache der Maximalhöhe, ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeeinrichtung einen CCDoder CMOS-Bildsensor enthält.
Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Bildaufnahmeeinrichtung von der Unterseite der Auflage größer als die größte Abmessung des Bildbereiches ist.