DE3528047C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Orten von unbekannten Gegenständen durch eine optische Einrichtung und auf die dazugehörige Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der optischen Erfassung von unbekannten Gegenständen mittels einer Fernsehkamera und Wiedergabe auf einem Monitor ergibt sich die Schwierigkeit, daß diese Gegenstände nur flach, so nur in zwei Dimensionen erkennbar sind. Bei schlechter Bildqualität und ungenügendem Bildkontrast ist es schwer, Einzelheiten (Abmessungen von Gegenständen, konstruktive Ausgestaltungen usw.) auf dem Bildschirm zu erkennen. Dabei ist besonders die Erkennung eines dunklen Gegenstandes vor einem dunklen Hintergrund schwierig.

Aus dem englischen Buch "Robot Vision", Springer-Verlag, Auflage 183, Seite 170 bis 171, ist ein Verfahren bekannt, mit Hilfe einer zusätzlichen Lichtquelle eine drei-dimensionale Erkennung von Schweißnähten vorzunehmen bzw. einen Schweißautomat einer vorgegebenen Schweißnaht nachzuführen. Hierbei wird aus einer Lichtquelle die unterbrochene, eckige, schlitzförmige oder keilförmige angerauhte Oberfläche eines Werkstücks 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 Landvermessungstechnik) ist bei der Veröffentlichung zur Erkennung von Schweißnähten eingesetzt worden.

Eine laseroptische Distanzmessung nach dem Triangulationsverfahren ist aus einem Prospekt des Betriebsforschungsinstituts VDEh, Düsseldorf, mit dem Titel "LODIM-Laseroptische Distanzmessung bekannt. Das "lodim," genannte Meßverfahren arbeitet mit einem Leuchtfleck, dessen Position optisch vermessen wird. Dieses Vefahren findet Anwendung bei Distanzmessungen von Pfannenhöhe und Gießrinnenfüllstand sowie Banddurchhang in der Eisen- und Stahlindustrie. Weiter wird es bei der Profilvermessung, Entfernungs- und Abstandsmessung in der Metall- und Chemie-Industrie eingesetzt.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, mit dem aus der topographischen Vermessungstechnik bekannten Triangulationsverfahren unbekannte Gegenstände mit planer 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. Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Hauptanspruch und vorteilhafte Ausgestaltungen sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Die drei-dimensionale Erkennung von unbekannten Gegenständen erfolgt gemäß der Erfindung mit sehr hoher Genauigkeit. Reflektierende oder bunte Flächen auf den unbekannten Gegenständen verursachen keine Ungenauigkeit mehr. Selbst dunkle Räume ohne ausreichende Grundhelligkeit verfälschten das Meßergebnis nicht. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in vorteilhafter Weise für eine automatische Entpalettierung von grob vorpositionierten Kartons mittels eines Handhabeautomaten einsetzen. Die unbekannten Gegnstände werden durch das einfache und preisgünstige Erkennungsverfahren schnell erkannt und sicher ausgewertet. Durch die Auswertung des auf dem unbekannten Gegenstand und seiner Unterlage (Förderband) abgebildeten schlitzförmigen Lichtbandes (es werden quasi nur Striche abgebildet) ergibt sich eine starke Vereinfachung bei der Identifizierung von unbekannten Gegenständen. Die Länge der abgebildeten Striche läßt sich zur weiteren Verarbeitung leicht in digitale Informationen umwandeln. Mittelpunkt bzw. Schwerpunkt des unbekannten Gegenstandes können sich auch sehr einfach erfassen lassen.

Weitere Vorteile sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.

Ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Position und die Größe eines Paketes soll erkannt werden. Auf einem gestrichelt angedeuteten Förderband 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 Oberfläche des Paketes 2 liegt. Seitlich versetzt neben der Fernsehkamera 3 ist eine schlitzförmige Lichtquelle 4 angebracht. Die Lichtquelle 4 sendet einen stark gebündelten Lichtstrahl 5 aus, der auf dem Paket 2 und dem Förderband 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 Erkennung (senkrecht zum Lichtstrahl 5) ist eine weitere z. B. um 90°C versetzte Lichtquelle erforderlich. Denkbar wäre aber auch, eine sogenannte Kreuzoptik einzusetzen, d. h., kreuzförmige Lichtstrahlen zu erzeugen. Derartige Anordnungen wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit in dem Bild nicht dargestellt.

Der aus der schlitzförmigen Lichtquelle 4 ausgesendete Lichtstrahl ist mit 5 bezeichnet. Dieser Lichtstrahl 5 fällt unter einem festen Winkel auf dem Förderband 1. Der Lichtstrahl 5 bildet auf der Oberfläche des Paketes 2 einen Strich 6 und auf dem Förderband zweimal einen Strich 7. Die Seitenflächen des Paketes 2 werden von dem Lichtstrahl 5 nicht beleuchtet. Die Länge des abgebildeten Lichtbandes (Striches) ist ein Maß für die räumliche 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 Ferhsehkamera 3 erfaßt diese abgebildeten Lichtstriche 6 und 7 und gibt die Information auf einen nachgeschalteten Bildspeicher 8. In einem anschließenden Rechenwerk 9 werden die erfaßten und gespeicherten Informationen 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 erforderlich. So läßt sich der Abstand zwischen Paketoberfläche und Fernsehkamera und damit die Höhe des Paketes leicht erfassen, denn der Abtsand zwischen Fernsehkamera 3 und Förderband 1 und der Winkel α ist in einer der Stufe 9 nachgeschalteten Bewertungsstufe 10 eingegeben. In dieser Stufe 10 sind also die Fixparameter der geometrischen Anordnung gespeichert. Diese Bewertungsstufe 10 berechnet nun aus den festen gespeicherten geometrischen Werten und den erfaßten aktuellen Werten die Abmessungen und die Drehlage des unbekannten Paketes. An diese Be­ wertungsstufe 10 kann ein Roboter 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 Roboter oder Handhabeautomaten angeordnet sein.

Das anmeldungsgemäße Verfahren arbeitet normalerweise mit Lichtstrahlen im sichtbaren Bereich. Um zusätzliche Störungen auszuschalten, kann die Lichtquelle ein mono­ cromatisches Licht (z. B. Laserlicht) erzeugen, das über ein Filter von der Fernsehkamera aufgenommen werden kann. Dabei werden sämtliche andere Lichtwellenlängen zu der Kamera nicht durchgelassen. Dadurch wird die Anordnung unempfindlich gegen Fremdlichtstörungen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Orten von unbekannten Gegenständen durch eine optische Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ungeordnet liegende, mit planer Oberfläche versehene Gegenstände (2) durch eine schräg montierte, schlitzförmige Lichtquelle (4) angestrahlt werden, so daß die daraus resultierenden beleuchteten Flächen oder Striche (6, 7) auf dem Gegenstand und seiner Umgebung durch eine senkrecht zu der Gegenstandsoberfläche montierten Fernsehkamera (3) erfaßt werden, daß die Größe und Position der durch die Fernsehkamera erfaßten 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 unbekannten Gegenstandes bezogen auf die Fernsehkamera für eine weitere Bearbeitung erfolgt.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der unbekannten Gegenstände (2) und senkrecht zu der Gegenstandsoberfläche eine Fernsehkamera (3) angeordnet ist, daß oberhalb der unbekannten Gegenstände (2) eine seitlich versetzt montierte, schlitzförmige Lichtquelle vorgesehen ist, daß die Fernsehkamera (3) die auf den unbekannten Gegenständen (2) und ihrer Umgebung abgebildeten, beleuchteten Flächen und Striche (6, 7) erfaßt und daß der Fernsehkamera (3) ein Bildspeicher (8), ein Rechenwerk (9) und eine Bewertungsstufe (10) nachgeschaltet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere rechtwinklig zur ersten Lichtquelle (4) angeordneten zweite schlitzförmige Lichtquelle vorgesehen ist, die eine Position senkrecht zur ersten Lichtquelle (4) erfaßt.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsehkamera (3) und die schlitzförmige Lichtquelle (4) zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt und auf einem beweglichen Handhabeautomaten angebracht sind.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) ein monochromatisches Licht erzeugt und daß die Fernsehkamera (3) ein Filter aufweist, das nur dieses monochromatische Licht durchläßt.