DE3528047A1 - Verfahren zum orten von unbekannten gegenstaenden - Google Patents
Verfahren zum orten von unbekannten gegenstaendenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Orten von unbekannten Gegenständen durch eine opti
sche Einrichtung. Die Erfindung liegt auf dem Gebiet
der optischen Erfassung von Gegenständen.
Bei der optischen Erfassung von unbekannten Ge
genständen mittels einer Fernsehkamera und Wieder
gabe auf einem Monitor ergibt sich die Schwierigkeit,
daß diese Gegenstände nur flach, also nur in zwei Di
mensionen erkennbar sind. Bei schlechter Bildqualität
und ungenügendem Bildkontrast ist es schwer, Einzel
heiten (Abmessungen von Gegenständen, konstruktive
Ausgestaltungen usw.) auf dem Bildschirm zu erkennen.
Dabei ist besonders die Erkennung eines dunklen Ge
genstandes vor einem dunklen Hintergrund schwierig.
Aus dem englischen Buch "Robot Vision", Springer-
Verlag, Auflage 1983, Seite 170 bis 171, ist ein Verfahren
bekannt, mit Hilfe einer zusätzlichen Lichtquelle eine
drei-dimensionale Erkennung von Schweißnähten vor
zunehmen bzw. einen Schweißautomat einer vorgege
benen Schweißnaht nachzuführen. Hierbei wird aus ei
ner Lichtquelle die unterbrochene, eckige, schlitzförmi
ge oder keilförmig angerauhte Oberfläche eines Werk
stücks schräg angestrahlt. Aus der festen Zuordnung
von Lichtquelle und Fernsehkamera und der Reflexion
des Lichtstrahles aus der Lichtquelle an der verformten
Oberfläche läßt sich eine drei-dimensionale Information
über die Oberfläche erzielen.
Diese bekannte physikalische Erkenntnis (allgemein
bekannt als Triangulationsverfahren in der Landver
messungstechnik) ist bei der Veröffentichung zur Er
kennung von Schweißnähten eingesetzt worden.
Eine laseroptische Distanzmessung nach dem Trian
gulationsverfahren ist aus einem Prospekt des Betriebs
forschungsinstituts VDEh, Düsseldorf, bekannt. Das "lo
dim" genannte Meßverfahren arbeitet mit einem
Leuchtfleck, dessen Position optisch vermessen wird.
Dieses Verfahren findet Anwendung bei Distanzmes
sungen von Pfannenhöhe und Gießrinnenfüllstand so
wie Banddurchhang in der Eisen- und Stahlindustrie.
Weiter wird es bei der Profilvermessung, Entfernungs
und Abstandsmessung in der Metall- und Chemie-Indu
strie eingesetzt.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, mit dem aus der
topographischen Vermessungstechnik bekannten Tri
angulationsverfahren unbekannte Gegenstände mit pla
ner Oberfläche unabhängig von den vorherrschenden
Beleuchtungsverhältnissen zu erfassen. Es soll also eine
drei-dimensionale Lageerkennung von Gegenständen
erfolgen, die sich beispielsweise auf einem Förderband
an einer Fernsehkamera vorbei bewegen.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des
Hauptanspruchs erzielt. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.
De drei-dimensionale Erkennung von unbekannten
Gegenständen erfolgt gemäß der Erfindung mit sehr
hoher Genauigkeit. Reflektierende oder bunte Flächen
auf den unbekannten Gegenständen verursachen keine
Ungenauigkeiten mehr. Selbst dunkle Räume ohne aus
reichende Grundhelligkeit verfälschen das Meßergebnis
nicht. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in vor
teilhafter Weise für eine automatische Entpalettierung
von grob vorpositionierten Kartons mittels eines Hand
habeautomaten einsetzen. Die unbekannten Gegen
stände werden durch das einfache und preisgünstige
Erkennungsverfahren schnell erkannt und sicher ausge
wertet. Durch die Auswertung des auf dem unbekann
ten Gegenstand und seiner Unterlage (Förderband) ab
gebildeten schlitzförmigen Lichtbandes (es werden qua
si nur Striche abgebildet) ergibt sich eine starke Verein
fachung bei der Identifizierung von unbekannten Ge
genständen. Die Länge der abgebildeten Striche läßt
sich zur weiteren Verarbeitung leicht in digitale Infor
mationen umwandeln. Mittelpunkt bzw. Schwerpunkt
des unbekannten Gegenstandes können sich auch sehr
einfach erfassen lassen.
Weitere Vorteile sind aus der nachfolgenden Be
schreibung ersichtlich.
Ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße
Verfahren wird nachstehend anhand der Zeichnung nä
her erläutert.
Die Position und die Größe eines Paketes soll erkannt
werden. Auf einem gestrichelt angedeuteten Förder
band 1 befindet sich ein von der Größe und Lage her
unbekanntes Paket 2 mit planer Oberfläche. Senkrecht
zur Oberfläche des Paketes 2 ist eine Fernsehkamera 3
angeordnet, deren Achse rechteckwinklig zur Oberflä
che des Paketes 2 liegt. Seitlich versetzt neben der Fern
sehkamera 3 ist eine schlitzförmige Lichtquelle 4 ange
bracht. Die Lichtquelle 4 sendet einen stark gebündelten
Lichtstrahl 5 aus, der auf dem Paket 2 und dem Förder
band 1 schlitzförmige Flächen bzw. Striche hervorruft.
Mit der im Bild gezeigten Anordnung läßt sich die
Position des Paketes in einer Richtung (parallel zu dem
Lichtstrahl 5) feststellen. Bei der mehrdimensionalen Er
kennung (senkrecht zum Lichtstrahl 5) ist eine weitere,
z. B. um 90° versetzte Lichtquelle erforderlich. Denkbar
wäre aber auch, eine sogenannte Kreuzoptik einzuset
zen, d. h., kreuzförmige Lichtstrahlen zu erzeugen. Der
artige Anordnungen wurden aus Gründen der Über
sichtlichkeit in dem Bild nicht dargestellt.
Der aus der schlitzförmigen Lichtquelle 4 ausgesen
dete Lichtstrahl ist mit 5 bezeichnet. Dieser Lichtstrahl 5
fällt unter einem festen Winkel auf das Förderband 1.
Der Lichtstrahl 5 bildet auf der Oberfläche des Paketes
2 einen Strich 6 und auf dem Förderband zweimal einen
Strich 7 ab. Die Seitenflächen des Paketes 2 werden von
dem Lichtstrahl 5 nicht beleuchtet. Die Länge des abge
bildeten Lichtbandes (Striches) ist ein Maß für die räum
liche Lage des Paketes parallel zu dem Lichtstrahl 5.
Durch unterschiedliche Strichlängen des Lichtbandes
aus der Lichtquelle 4 ist somit die Drehlage des Paketes
auf dem Förderband erkennbar.
Die senkrecht über dem Förderband 1 angeordnete
Fernsehkamera 3 erfaßt diese abgebildete Lichtstriche 6
und 7 und gibt die Information auf einen nachgeschalte
ten Bildspeicher 8. In einem anschließenden Rechen
werk 9 werden die erfaßten und gespeicherten lnforma
tionen derart berechnet, daß die Höhe, Breite und Lage
(Drehlage) des Paketes auf dem Förderband erkennbar
ist.
Dazu sind natürlich noch weitere Parameter ausser
der Länge der Striche 6 und 7 und des Winkels α erfor
derlich. So läßt sich der Abstand zwischen Paketoberflä
che und Fernsehkamera und damit die Höhe des Pake
tes leicht erfassen, denn der Abstand zwischen Fernseh
kamera 3 und Förderband 1 und der Winkel α ist in einer
der Stufe 9 nachgeschalteten Bewertungsstufe 10 einge
geben. In dieser Stufe 10 sind also die Fixparameter der
geometrischen Anordnung gespeichert. Diese Bewer
tungsstufe 10 berechnet nun aus den fest gespeicherten
geometrischen Werten und den erfaßten aktuellen Wer
ten die Abmessungen und die Drehlage des unbekann
ten Paketes. An diese Bewertungsstufe 10 kann ein Ro
boter oder ein Handhabeautomat angeschaltet sein.
Die seitliche Verschiebung des Paketes 2 auf dem
Förderband 1 und damit auch die Längenermittlung läßt
sich durch eine nicht dargestellte weitere, rechtwinklig
zur ersten angeordneten, schlitzförmigen Lichtquelle
erzielen. Möglich ist aber auch der Einsatz einer aus der
Optik her bekannten Kreuzoptik mit um 90° versetztem
Lichtaustritt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung befinden sich
Fernsehkamera und Lichtquelle als Baueinheit in einem
Gehäuse. Diese Baueinheit kann sogar an einem Robo
ter oder Handhabeautomaten angeordnet sein.
Das anmeldungsgemäße Verfahren arbeitet norma
lerweise mit Lichtstrahlen im sichtbaren Bereich. Um
zusätzliche Störungen auszuschalten, kann die Licht
quelle ein monokromatisches Licht (z. B. Laserlicht) er
zeugen, das über ein Filter von der Fernsehkamera auf
genommen werden kann. Dabei werden sämtliche ande
re Lichtwellenlängen zu der Kamera nicht durchgelas
sen. Dadurch wird die Anordnung unempfindlich gegen
Fremdlichtstörungen.
Claims (4)
1. Verfahren zum Orten von unbekannten Gegen
ständen durch eine optische Einrichtung, dadurch
gekennzeichnet, daß ungeordnet liegende, mit pla
ner Oberfläche versehene Gegenstände (2) durch
eine schräg montierte, schlitzförmige Lichtquelle
(4) angestrahlt werden, so daß die daraus resultie
renden beleuchteten Flächen oder Striche (6, 7) auf
dem Gegenstand und seiner Umgebung durch eine
senkrecht zu der Gegenstandsoberfläche montier
ten Fernsehkamera (3) erfaßt werden, daß die Grö
ße und Position der durch die Fernsehkamera er
faßten Flächen und Striche (6, 7) mit Festwerten
der geometrischen Anordnung von Fernsehkamera
und Lichtquelle derart bewertet werden, daß eine
Ausgabe der Position, Höhe und Breite des unbe
kannten Gegenstandes bezogen auf die Fernsehka
mera für eine weitere Bearbeitung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß durch eine weitere, rechtwinklig zur
ersten Lichtquelle angeordneten zweiten schlitz
förmigen Lichtquelle eine Position senkrecht zur
ersten Lichtquelle erfaßt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Fernsehkamera (3) und die schlitz
förmige Lichtquelle (4) zu einer baulichen Einheit
zusammengefaßt werden und auf einem bewegli
chen Handhabeautomaten angebracht sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichtquelle (4) ein monokromati
sches Licht erzeugt und daß die Fernsehkamera (3)
ein Filter aufweist, das nur dieses monokromatische
Licht durchläßt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19853528047 DE3528047A1 (de) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | Verfahren zum orten von unbekannten gegenstaenden |
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DE19853528047 DE3528047A1 (de) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | Verfahren zum orten von unbekannten gegenstaenden |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3528047A1 true DE3528047A1 (de) | 1987-02-05 |
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ID=6277729
Family Applications (1)
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DE19853528047 Granted DE3528047A1 (de) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | Verfahren zum orten von unbekannten gegenstaenden |
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