DE69629482T2 - Verfahren und Apparat zur Volumenmessung eines Gegenstandes mittels eines Laserabtasters - Google Patents

Verfahren und Apparat zur Volumenmessung eines Gegenstandes mittels eines Laserabtasters Download PDF

Info

Publication number
DE69629482T2
DE69629482T2 DE69629482T DE69629482T DE69629482T2 DE 69629482 T2 DE69629482 T2 DE 69629482T2 DE 69629482 T DE69629482 T DE 69629482T DE 69629482 T DE69629482 T DE 69629482T DE 69629482 T2 DE69629482 T2 DE 69629482T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
plane
bearing surface
storage area
scanner
volume
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69629482T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69629482D1 (de
Inventor
Moreno Bengala
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Datalogic SpA
Original Assignee
Datalogic SpA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Datalogic SpA filed Critical Datalogic SpA
Publication of DE69629482D1 publication Critical patent/DE69629482D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69629482T2 publication Critical patent/DE69629482T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Volumens eines Gegenstandes mit einem Laserscanner und eine Vorrichtung, in der das Verfahren umgesetzt wird.
  • Ein in vielen Bereichen der Industrie und des Handels verbreitetes Problem ist die Abschätzung des Volumens eines Gegenstandes. Insbesondere erfordern das Liefern und der Versand von Gütern, daß das Volumen von Frachtstücken in automatisierter Weise gemessen wird, um Information bereitzustellen, die für die Verwaltung sowohl von Lagerräumen als auch für Transportmittel von Wert ist.
  • In Lagerräumen und von Transporteuren werden Gegenstände entsprechend ihrem Gewicht und einer oder mehrerer ihrer linearen Abmessungen behandelt, die als die signifikantesten angesehen werden. Diese Behandlungsweise ist somit nur näherungsweise und sicherlich nicht vollkommen zufriedenstellend. Die optoelektronische Messung eines Volumens ist z. B. aus der GB-A-2189594 und der US-A-5412420 bekannt.
  • Dementsprechend betrifft ein erster Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Messen des Volumens eines Gegenstandes mit wenigstens einem Laserscanner, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
    • a) Anordnen des Gegenstandes auf einer Lagerfläche;
    • b) Definieren einer Zuführrichtung für den Gegenstand auf der Lagerfläche;
    • c) Definieren einer Abtastebene, Schneiden der Ebene der Lagerfläche entlang einer Abtastgrundlinie, die quer zur Zuführrichtung verläuft, mit einem Laserstrahl von einem Scanner, der über der Lagerfläche liegt, welche als die Abtastebene dient;
    • d) Bewegen des Gegenstandes über die Lagerfläche entlang der Zuführrichtung, relativ zu der Abtastrichtung, bis die Abtastebene den Gegenstand schneidet;
    • e) Erhalten der Höhe von n Meßpunkten, welche in einer Oberseite des Gegenstandes und der Abtastebene enthalten sind, über der Lagerfläche;
    • f) Definieren einer geforderten Höhe als eine Funktion der gemessenen Höhen von zwei aufeinander folgenden Meßpunkten;
    • g) Erhalten der Planposition der n Meßpunkte auf der Lagerfläche;
    • h) Definieren einer geforderten Basis als eine Funktion der Planpositionen jedes Paares benachbarter Meßpunkte auf der Lagerfläche;
    • i) Berechnen eines geforderten Flächenelementes, vertikal zur Lagerfläche, für jedes Paar benachbarter Meßpunkte durch Multiplizieren der geforderten Basis mit der geforderten Höhe;
    • j) Berechnen einer geforderten Fläche als die kombinierte Summe der berechneten geforderten Flächelemente;
    • k) Bewegen des Gegenstandes relativ zur Abtastebene um eine vorgegebene Zuführstrecke entlang der Zuführrichtung über die Lagerfläche;
    • 1) Definieren einer geforderten Dicke als eine Funktion der Zuführstrecke;
    • m) Berechnen eines Volumenelementes durch Multiplizieren der geforderten Fläche mit der geforderten Dicke;
    • n) Wiederholen der Schritte e) bis m), bis der gesamte Gegenstand abgetastet ist;
    • o) Berechnen des Volumens des Gegenstands als die kombinierte Summe aller Volumenelemente.
  • Der Ausdruck Oberseite ist im vorliegenden Fall ein generischer, wobei er jede Oberfläche umfaßt, die durch den Scanner, der über der Lagerfläche angeordnet ist, wahrgenommen wird. Insbesondere kann selbst eine geneigte Seitenfläche als die Oberseite betrachtet werden, deren Neigung ein aufwärts gerichteter Abschrägungswinkel des Gegenstandes im Bezug zu seiner Ruheposition auf der Lagerfläche ist.
  • Der obengenannte Bewegungschritt d) sollte als eine relative Bewegung verstanden werden. D. h. es kann sich entweder um eine Bewegung des Gegenstandes relativ zu einer festen Abtastebene, oder um eine Bewegung der Abtastebene relativ zu einem Gegenstand, der stationär gehalten wird, handeln, oder um beides.
  • Dieses Verfahren liefert eine angemessen genaue Abschätzung des Volumens eines Gegenstandes. Wie üblich ist die Messung aus zwei grundlegenden Gründen nur eine näherungsweise.
  • Der erste Grund besteht darin, daß das betrachtete Volumen nicht das exakte Volumen des Gegenstandes ist, sondern eher das, das zwischen der Oberseite des Gegenstandes, der auf der Lagerfläche liegt und seiner orthogonalen Projektion auf die Lagerfläche eingeschlossen ist. In der Praxis wird jedoch nur die Oberseite des Gegenstandes für eine Messung heran gezogen, wobei die Annahme gemacht wird, daß die Oberseite eben ist, und daß die Seitenflächen rechtwinklig zur Unterseite sind; somit werden Vertiefungen, die in Flächen, bei welchen es sich nicht um die Oberseite handelt, vorhanden sind, als massiv angesehen. Jedoch genügt diese Näherung ausreichend den praktischen Erfordernissen für eine Volumenmessung. Tatsächlich ist das geometrische Volumen des Gegenstandes von weniger Bedeutung als seine Gesamtgröße und es wird bevorzugt, mögliche Vertiefungen zu vernachlässigen, da sie die Größe tatsächlich nicht beeinflussen.
  • Der zweite Grund besteht darin, daß die Messung durch eine Spotberechnungsprozedur (die Meßpunkte) erhalten wird, die für die Oberseite des Gegenstandes ausgeführt wird und nicht für die Gesamtoberfläche dieser Seite. Jedoch kann diese Näherung auf das erforderliche Maß durch Erhöhen der Anzahl der Meßpunkte verbessert werden.
  • Die räumlichen Positionen der Meßpunkte können mit dem Scanner auf verschiedene Weise berechnet werden. Vorzugsweise wird die Berechnung durchgeführt, indem eine erste Messung in Polarkoordinaten vorgenommen wird (zentriert um den Ursprung der virtuellen Scanquelle, d. h. um den imaginären Punkt, von dem die Abtaststrahlen scheinbar ausgehen, wobei dieser Punkt innerhalb oder außerhalb des Scanners liegen kann und gemäß der verwendeten Optik fest oder beweglich sein kann), und diese dann gemäß einem festgelegten System in kartesische Koordinaten umgewandelt werden, das zwei Achsen in der Ebene der Lagerfläche aufweist, wobei eine erste der Achsen parallel zur Zuführrichtung verläuft und eine dritte Achse senkrecht zur Ebene der Lagerfläche liegt. Diese Anordnung wird bevorzugt, da die Messung zu Koordinaten in Bezug steht, die für das Meßinstrument gut geeignet sind (die Scannerbewegung ist polarer Art), und das berechnete Ergebnis wird in Koordinaten ausgedrückt, die für die zu messenden Größen und die später durchzuführenden Berechnungen gut geeignet sind.
  • Die Größen, die als geforderte bzw. festgelegte angegeben wurden, können auf verschiedene Weise gemäß dem gewünschten Grad der Näherung gewählt werden. Entsprechend wird die festgelegte Höhe als die Höhe eines der zwei Meßpunkte veranschlagt (einer von beiden, der erste oder der zweite, oder der kleinste oder der größte) oder vorzugsweise gleich dem Mittelwert (passenderweise das arithmetische Mittel) zwischen den Höhen der zwei Meßpunkte.
  • Die festgelegte Basis wird vorzugsweise als die Differenz zwischen den Koordinatenwerten der zwei Meßpunkte längs der zweiten Achse (y) veranschlagt, oder als die Entfernung zwischen den Projektionen der zwei Meßpunkte auf die Ebene der Lagerfläche (x–y). Die festgelegte Dicke ist vorzugsweise proportional zur Zuführdistanz. Diese Auswahl ermöglicht, daß der Neigung α der Abtastlinie im Verhältnis zur Senkrechten auf die Zuführrichtung (y-Achse) auf sehr einfache Weise Rechnung getragen werden kann.
  • Vorzugsweise ist die Abtastebene senkrecht zur Lagerebene orientiert. Diese Anordnung vereinfacht die Berechnung. Ansonsten wäre es notwendig, der Neigung der Abtastebene gegenüber der Vertikalen auf die Lagerfläche Rechnung zu tragen.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Volumens eines Gegenstandes, mit folgenden Merkmalen:
    • – eine Lagerfläche für den Gegenstand, über der eine Zuführrichtung für den Gegenstand definiert ist;
    • – wenigstens ein Laserscanner, der über der Lagerfläche liegt und so angeordnet ist, daß er in einer Abtastebene wirkt, welche die Ebene der Lagerfläche entlang einer Abtastgrundlinie, die quer zur Zuführrichtung ist, schneidet;
    • – eine Verarbeitungeinheit, die mit dem Scanner verknüpft ist;
    • – eine Vorrichtung zum Bewegen des Gegenstandes über die Lagerfläche im Bezug auf die Abtastebene entlang der Zuführrichtung;
    • – eine Vorrichtung zum Senden eines Signals an die Verarbeitungseinheit jedesmal dann, wenn der Gegenstand eine vorgegebene Zuführstrecke im Bezug auf die Abtastebene bewegt wird;
    • – wobei der Scanner und/oder die Verarbeitungseinheit folgende Funktionen ausführen kann:
    • – Berechnen der Höhe von n Meßpunkten, die in einer Oberseite des Gegenstands und in der Abtastebene enthalten sind, über der Lagerfläche;
    • – Definieren einer geforderten Höhe als eine Funktion der berechneten Höhen von zwei aufeinanderfolgenden Meßpunkten;
    • – Berechnen der Planposition der n Meßpunkte auf der Lagerfläche;
    • – Definieren einer geforderten Basis als eine Funktion der Planposition jedes Paares benachbarter Meßpunkte auf der Lagerfläche;
    • – Berechnen eines geforderten Flächenelementes, das vertikal zur Lagerfläche ist, für jedes Paar benachbarter Meßpunkte durch Multiplizieren der geforderten Basis mit der geforderten Höhe;
    • – Berechnen einer geforderten Fläche als die kombinierte Summe der berechneten geforderten Flächelemente;
    • – Definieren einer geforderten Dicke als eine Funktion der Zuführrichtung;
    • – Berechnen eines Volumenelements durch Multiplizieren der geforderten Fläche mit der geforderten Dicke;
    • – Wiederholen der obengenannten Schritte, bis der gesamte Gegenstand abgetastetist;
    • – Berechnen des Volumens des Gegenstands als die kombinierte Summe aller Volumenelemente.
  • Mit dieser Vorrichtung kann das zuvor beschriebene Verfahren umgesetzt werden.
  • Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen derselben erkennbar, die mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen angegeben ist. In den Zeichnungen ist:
  • 1 eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
  • 2 eine schematische Darstellung eines in die Vorrichtung von 1 integrierten Codierers.
  • In 1 ist eine Vorrichtung 10 gezeigt, die eine Lagerfläche 11 für Gegenstände A aufweist, deren Volumina gemessen werden sollen. Die Lagerfläche 11 ist im wesentlichen horizontal und besteht vorzugsweise aus einem Förderband, das ebenso mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist, das längs einer Zuführrichtung 12 angetrieben werden kann und das durch Rollen 13 geführt wird, von welchen eine angetrieben ist.
  • Die Vorrichtung 10 umfaßt einen Laserscanner mit moduliertem Licht 14, der für Distanz- messungen geeignet ist, wobei es sich z. B. um einen solchen handeln kann, wie in der US-A-5 483 051 desselben Anmelders beschrieben ist, wobei ein Laserstrahl verwendet wird, der eine Abtastebene 15 überstreicht, die auf die Ebene der Lagerfläche 11 einfällt. Insbesondere ist der Scanner 14 über der Lagerfläche 11 angeordnet, ist die Abtastebene 15 senkrecht zur Lagerfläche 11 orientiert und schneidet sie längs einer Abtastbasislinie 16 und ist die Abtastbasislinie 16 um einen Winkel α gegenüber einer Linie 17 der Lagerfläche 11 geneigt, die senkrecht zur Zuführrichtung 12 liegt.
  • Der Abschnitt der Lageroberfläche 11, der am nächsten zur Abtastbasislinie 16 liegt und als die Abtastzone 18 gekennzeichnet ist, ist durch einen Eingangsdetektor 19 und einen Ausgangsdetektor 20 begrenzt, die beide vorzugsweise Fotozellen aufweisen.
  • Die Lagerfläche 11 ist mit einem Codierer 21 versehen und somit mit einer Vorrichtung, die dazu geeignet ist, jedes mal dann ein Signal auszugeben, wenn die Lagerfläche 11 exakt über eine vorbestimmte Zuführdistanz bewegt wurde. Der Codierer 21 kann von jeder Bauart sein, z. B. elektrooptisch, wie schematisch in 2 gezeigt ist. Eine der Rollen 13 trägt drehend daran befestigt eine Scheibe 22, die mit Kerben 23 an im wesentlichen tangentialen Positionen im Verhältnis zur Ebene der Lagerfläche 11 markiert ist, die in Abständen längs des Kreisumfangs ausgebildet sind, die gleich der gewünschten Zuführdistanz sind. Eine elektrooptische Erkennungsvorrichtung für die Kerben ist installiert, um die Kerben 23 "wahrzunehmen", die sich an ihr vorbei bewegen, und um bei jeder passierenden Kerbe ein Signal auszugeben.
  • Desweiteren ist eine Verarbeitungseinheit 25 vorgesehen, die in den Scanner 14 integriert sein kann oder davon getrennt ist und die in geeigneter Weise mit diesem verbunden ist.
  • Die Vorrichtung 10 hat die im folgenden beschriebene Funktionsweise. Gegenstände A, die bezüglich des Volumens gemessen werden sollen, werden mit einem Abstand zueinander auf das Förderband 11 gelegt. Die kontinuierliche Bewegung des Förderbands 11 führt jeden Gegenstand A zum Eingangsdetektor 19 und darauf folgend zur Abtastzone 18. Die Bewegung des Gegenstandes am Eingangsdetektor 19 vorbei triggert die Ausgabe eines Signals zur Verarbeitungseinheit 25, wodurch die Einheit das Meßverfahren bzw. die Meßprozedur auslöst.
  • Der Codierer 21 führt der Verarbeitungseinheit 25, während der Bewegung des Förderbandes 11, jedesmal, wenn das Förderband, welches den Gegenstand A trägt, sich um die Distanz bewegt hat, die der vorbestimmten Zuführdistanz entspricht, ebenfalls ein Signal zu. Jedesmal, wenn ein Signal vom Codierer 21 empfangen wird, wird ein Abtastschritt ausgeführt. Sobald der Scanner 14 durch den Laser 19 freigegeben ist, tastet er den Gegenstand A konti nuierlich ab, jedoch speichert die Verarbeitungseinheit 25 entsprechend dem Codierersignal nur die n Werte des Abtastdurchlaufs. Man beachte, daß die Vorschubgeschwindigkeit des Förderbandes 11, obwohl sie ziemlich hoch ist, deutlich langsamer als die Durchlaufrate des Laserstrahls des Scanners 14 ist, so daß die Distanz, um die sich der Gegenstand A relativ zur Abtastebene 15 während der Zeitperiode bewegt hat, die der Scanner 14 für einen vollständigen Durchlauf über die Abtastebene 15 benötigt, relativ unbeachtlich ist.
  • Wenn der Gegenstand A die Abtastbasislinie 16 erreicht hat, trifft der Laserstrahl des Scanners 14 auf den Gegenstand A auf, wobei er dessen Oberseite trifft. Unter der Steuerung durch die Verarbeitungseinheit 25 berechnet der Scanner 14 die Höhe von n Berechnungspunkten, die in der Oberseite des Gegenstandes A über der Lagerfläche 11 enthalten sind.
  • Zu diesem Zweck berechnet der Scanner 14 zu jedem Berechnungspunkt sowohl dessen Distanz vom Scanner 14 (oder vielmehr von dem imaginären Punkt, von dem die Strahlen auszugehen scheinen) und die Winkelposition des Laserstrahls, wodurch die Werte der Position dieses Punktes in der Abtastebene 15 in Polarkoordinaten erhalten werden. Diese Werte werden dann durch die Einheit 25 verarbeitet, um daraus Werte zu erhalten, die die Position des Punktes in einem kartesischen Koordinatensystem darstellen, dessen x-Achse mit der Zuführrichtung übereinstimmt, dessen y-Achse längs der Linie 17 gerichtet ist (d. h. derart, daß die x-y-Ebene mit der der Lagerfläche 11 übereinstimmt) und dessen z-Achse nach oben gerichtet ist. Für diese Umwandlung müssen der Winkel α (d. h. die Neigung der Abtastlinie im Verhältnis zur y-Achse) und die Scannerposition bekannt sein. Die bei dieser Umwandlung beteiligten Berechnungen werden hierin nicht erläutert, da sie an sich bekannt sind und im Rahmen der Fähigkeiten eines Durchschnittsfachmanns liegen. Es versteht sich von selbst, daß irgendein anderes ausgewähltes räumliches kartesisches Referenzsystem auf das angegebene durch eine mathematische Operation mit einer Drehung/Translation reduziert werden könnte und dementsprechend als zu dem angegebenen System äquivalent angesehen werden kann.
  • Bei jedem Abtastdurchlauf wird die Berechnung für eine vorbestimmte Anzahl n von Punkten auf der Oberseite des Gegenstandes A durchgeführt, womit die Kontur des Querschnitts der Oberseite des Gegenstandes in der Abtastebene 15 durch eine punktweise Näherung erhalten wird.
  • Während des Abtastens berechnet die Verarbeitungseinheit 25 für jedes Paar aufeinanderfolgender Berechnungspunkte einen elementaren Bereich als das Produkt einer festgesetzten Höhe mit einer festgesetzten Basis und speichert diesen.
  • Die festgesetzte Höhe kann die Höhe über der Lagerfläche 11 (d. h. die z-Koordinate) des ersten oder des zweiten Punktes in dem Paar sein oder kann kleiner oder größer als diese oder ein Mittelwert zwischen diesen sein, wobei die festgesetzte Höhe gemäß der Art der beabsichtigten Näherung und der Komplexität der Berechnung, die von der Recheneinheit 25 gefordert wird, ausgewählt wird. Dieser Aspekt ist am besten am Ende der Beschreibung des gesamten Meßverfahrens zu erkennen.
  • Die festgesetzte Basis kann in einfacher Weise die Differenz zwischen den y-Koordianten der zwei Punkte (Fall a) sein, oder die Entfernung zwischen den zwei auf die x-y-Ebene projizierten Punkten (Fall b).
  • Nach Beendigung eines Abtastdurchlaufs und nachdem die Werte der entsprechenden Elementarflächen für alle Punktpaare gespeichert worden sind, wird eine festgesetzte Fläche als die kombinierte Summe aller Elementarflächen dieses Abtastdurchlaufs berechnet. Die berechnete festgesetzte Fläche kann je nachdem, welche festgesetzte Basis für jedes Paar von Berechnungspunkten ausgewählt wurde, unterschiedlich interpretiert werden.
  • Wenn die Entfernung zwischen den Projektionen der zwei Berechnungspunkte auf der x-y-Ebene für die festgesetzte Basis (Fall b) ausgewählt wird, ist die festgesetzte Fläche eine näherungsweise Messung der Querschnittsfläche des Gegenstands in der Abtastebene.
  • Falls die Differenz zwischen y-Koordinaten der Berechnungspunkte für die festgesetzte Basis ausgewählt wird (Fall a), stellt die festgesetzte Fläche nicht mehr die Messung der Querschnittsfläche des Gegenstandes in der Abtastebene dar, sondern wiederum näherungsweise seine Projektion auf die y-z-Ebene.
  • In jedem Fall unterliegt die Näherung zwei Fehlern. Ein erster Fehler stammt daher, daß die Fläche, die zwischen der Schnittlinie der Abtastebene mit der Oberseite des Gegenstandes und der Lagerfläche (oder x-y-Ebene) eingeschlossen ist, betrachtet wird und das mögliche Vorhandensein von Vertiefungen in der Seite und Unterflächen des Gegenstandes vernachläs sigt wird. Dieser Fehler ist durch diesen Meßprozess nicht kontrollierbar und muß hingenommen werden. Jedoch, wie zuvor erwähnt, würde eine Messung, die mit einem derartigen Fehler behaftet ist, immer noch dem Zweck des erfinderischen Verfahrens genügen und wäre sogar besser als eine genaue Messung. Der zweite Fehler hat seinen Ursprung darin, daß nur wenige Punkte auf der Schnittlinie der Abtastebene mit der Oberseite des Gegenstandes für die Berechnung heraus genommen werden. Dieser Fehler kann in gewünschter Weise minimiert werden oder in der erforderlichen Art gesteuert werden, indem entweder die Anzahl von Berechnungspunkten erhöht wird oder die festgesetzte Höhe geeignet ausgewählt wird. Tatsächlich würde eine Auswahl des Wertes der geringsten Höhe in der Fläche resultieren, die für die am nächsten gelegene Zahl darunter gemessen wird, und ein Auswählen des größten Wertes würde in der Fläche resultieren, die für die am nächsten gelegene Zahl darüber gemessen wird. Eine Auswahl des Mittelwertes zwischen den z-Höhen der zwei benachbarten Berechnungspunkte würde den Fehler abschwächen, jedoch würde eine vermutungsweise Bestimmung, ob der Fehler einer zur am nächsten liegenden Zahl darüber oder darunter ist, fehlschlagen. Das Auswählen der Höhe entweder des ersten oder des zweiten Punktes läßt keine Steuerung zu.
  • In dem nächsten Schritt wird die festgesetzte Fläche mit einer festgesetzten Dicke multipliziert, um ein Elementarvolumen zu ergeben. Im Fall a wird angenommen, daß die festgesetzte Dicke gleich der Zuführdistanz ist. Im Fall b muß der Neigung der Abtastlinie gegenüber der y-Achse Rechnung getragen werden. Dementsprechend wird angenommen, daß die festgesetzte Dicke gleich der Zuführdistanz multipliziert mit cos α ist. In jedem Fall entspricht das Elementarvolumen (mit derselben Toleranz, wie sie zuvor für die festgesetzte Fläche angenommen wurde) dem Volumen des Gegenstandsabschnitts, der zwei aufeinanderfolgende Abtastdurchläufe umfaßt.
  • Danach wird solange gewartet, bis der Gegenstand A sich über eine vorbestimmte Zuführdistanz bewegt hat. Dies wird durch den Codierer 21 signalisiert, der eine neue Abtastung steuert. Auf diese Weise werden aufeinanderfolgende Querschnitte des Gegenstands A abgetastet, wobei jedesmal die festgesetzte Fläche und das Elementarvolumen berechnet werden. Alle berechneten Elementarvolumenwerte werden in der Verarbeitungseinheit gespeichert.
  • Dies wird solange fortgesetzt, solange sich der Gegenstand A in der Abtastzone 18 befindet. An einem bestimmten Punkt signalisiert der Ausgangsdetektor 20, daß der Gegenstand A die Abtastzone 18 verlassen hat. Daraufhin beendet die Verarbeitungseinheit 25 die Meßprozedur und addiert alle Elementarvolumina zusammen, die während der Abtastdurchläufe gespeichert wurden, um damit eine näherungsweise Messung des Volumens des Gegenstands A bereitzustellen.
  • Der Beginn und das Ende der Meßprozedur des Volumens eines Gegenstands, wie dies zuvor beschrieben wurde, werden durch das Vorbeibewegen des Gegenstands am Eingangsdetektor 19 und am Ausgangsdetektor 20 gesteuert. Alternativ können einer oder beide Detektoren weggelassen werden und ihre Funktion kann durch die Verarbeitungseinheit 25 erfüllt werden, wobei eine geeignete Software verwendet wird, um die Meßprozedur (durch Löschen des Zählwerts der Elementarvolumina) nach einem Abtastdurchlauf der einer festgelegten Fläche, die ungleich 0 ist, entspricht, freizugeben, und um sie (durch Detektieren der Summe der gespeicherten Elementarvolumina) nach der Beendigung einer vorbestimmten Zahl von aufeinanderfolgenden Abtastdurchläufen mit einer festgesetzten Fläche von Null anzuhalten. Diese Zahl kann so klein wie beispielsweise 1 sein oder sie ist zumindest eine kleine Zahl.
  • Wenn die Meßprozedur durch ein Softwaremittel in Gang gesetzt wird, muß der Scanner 14 während der gesamten Zeit am Laufen gehalten werden, selbst wenn keine Meßprozedur abläuft, damit die Ankunft eines Gegenstandes erfaßt wird. Andererseits ermöglicht das Vorsehen eines Eingangsdetektors 19, daß der Scanner 14 gesperrt wird, wenn dort keine Gegenstände, die gemessen werden sollen, vorhanden sind und dementsprechend wird er trotz der zusätzlichen damit verbundenen Verkomplizierung der Anordnung bevorzugt, wenn ein merklich diskontinuierlicher Zustrom von Gegenständen für die Messung erwartet wird. Im Gegensatz dazu würde die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Ausgangdetektors 20, die Möglichkeit den Scanner 14 am Ende der Meßprozedur abzuschalten nicht verringern. Somit wird tendenziell die Ausführungsform bevorzugt, bei der das Ende der Meßprozedur durch ein Softwaremittel erfaßt wird.
  • In bestimmten Fällen kann ein höherer Genauigkeitsgrad bei der Berechnung des Volumens von Gegenständen, die in der Form auffällig unregelmäßig sind, erforderlich sein, d. h. bei Gegenständen, die gewölbte Abschnitte aufweisen, die nicht vernachlässigt werden können. In derartigen Fällen können zusätzliche Scanner auf einer oder beiden Seiten des Förderbandes 11 angeordnet sein. So kann eine genauere Abschätzung des Volumens durch Messen der Entfernungen zwischen Punkten auf den Seitenoberflächen erhalten werden. Des weiteren könnte auch ein für Laserlicht transparentes Förderband vorgesehen werden und ein weiterer Laser könnte unter dem Band angeordnet werden. Der untere Laser würde dann die Entfernungen zwischen Punkten auf der Unterseite des Gegenstandes messen, um damit eine genaue Messung des Volumens zu erhalten.
  • Vorzugsweise beinhaltet die Vorrichtung 10 desweiteren ein Mittel zum Lesen eines optischen Codes K (wie beispielsweise eines Strichcodes, eines zweidimensionalen Codes, eines Farbcodes oder dergleichen), der dem Gegenstand A zugeordnet ist. Ein geeigneter Scanner könnte vorgesehen werden oder der Scanner 14 selbst könnte für diesen Zweck verwendet werden.
  • Bei der zuvor beschriebenen Vorrichtung wird die Information über einen Gegenstand A, die durch Scannen erhalten wird, d. h. die Messung seines Volumens und jede andere Information, die durch Lesen des optischen Codes K erhalten wird, vorzugsweise in einer Datei in der Verarbeitungseinheit gespeichert, so daß die Datei letztlich Informationen enthält, die alle Gegenstände abdecken, die über die Lagerfläche bewegt wurden. Diese Information kann später verschiedenen Zwecken dienen, z. B. der Verwaltung von Lagerräumen oder dem Beladen von Transportmitteln, dem Drucken von Etiketten, die an den Gegenständen befestigt werden sollen, oder anderem.
  • Schließlich ist zu beachten, daß im Falle eines geringen Winkels α, d. h. von weniger als 15°, der durch seine Vernachlässigung entstandene Fehler minimal ist und in der Größenordnung von einigen Prozent liegt. Andererseits würde ein Versuch dies zu berücksichtigen zu einer wesentlichen Verkomplizierung der Berechnungen führen. In vielen Situationen praktischer Anwendungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es geeignet sein, den Winkel α klein zu halten (vorzugsweise im Bereich von 5° bis 10° und an keiner Stelle größer als 15°) und seinen Einfluß einfach zu ignorieren, um die Herstellungs-, Installations- und Inbetriebnahmekosten der Vorrichtung zu minimieren.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Messen des Volumens eines Gegenstandes mit wenigstens einem Laserscanner, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Anordnen des Gegenstandes auf einer Lagerfläche; b) Definieren einer Zufülurichtung für den Gegenstand auf der Lagerfläche; c) Definieren einer Abtastebene, Schneiden der Ebene der Lagerfläche entlang einer Abtastgrundlinie, die quer zur Zuführrichtung verläuft, mit einem Laserstrahl von einem Scanner, der über der Lagerfläche liegt, welche als die Abtastebene dient; d) Bewegen des Gegenstands über die Lagerfläche entlang der Zuführrichtung, relativ zu der Abtastebene, bis die Abtastebene den Gegenstand schneidet; e) Erhalten der Höhe von n Meßpunkten, welche in einer Oberseite des Gegenstandes und der Abtastebene enthalten sind, über der Lagerfläche; f) Definieren einer geforderten Höhe als eine Funktion der gemessenen Höhen von zwei aufeinanderfolgenden Meßpunkten; g) Erhalten der Planposition der n Meßpunkte auf der Lagerfläche; h) Definieren einer geforderten Basis als eine Funktion der Planpositionen jedes Paares benachbarter Meßpunkte auf der Lagerfläche; i) Berechnen eines geforderten Flächenelements, vertikal zur Lagerfläche, für jedes Paar benachbarter Meßpunkte durch Multiplizieren der geforderten Basis mit der geforderten Höhe; j) Berechnen einer geforderten Fläche als die kombinierte Summe der berechneten geforderten Flächenelemente; k) Bewegen des Gegenstands relativ zur Abtastebene um eine vorgegebene Zuführstrecke entlang der Zuführrichtung über die Lagerfläche; l) Definieren einer geforderten Dicke als eine Funktion der Zuführstrecke; m) Berechnen eines Volumenelements durch Multiplizieren der geforderten Fläche mit der geforderten Dicke; n) Wiederholen der Schritte e) bis m), bis der gesamte Gegenstand abgetastet ist; o) Berechnen des Volumens des Gegenstands als die kombinierte Summe aller Volumenelemente.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, mit den folgenden Verfahrensschritten: p) Messen der räumlichen Position jedes Meßpunktes innerhalb eines Polarkoordinaten-Bezugssystems, das bei dem Ursprung der Scannerstrahlen zentriert ist, mit dem Scanner; q) Verarbeiten der Werte der Position jedes Meßpunkts in Polarkoordinaten, um die Position jedes Meßpunkts in einem Cartesischen Koordinatensystem mit zwei Achsen (x, y) in der Ebene der Lagerfläche zu ermitteln, wobei die erste (x) der Achsen parallel zur Zuführrichtung ist und eine dritte Achse (z) senkrecht zur Ebene der Lagerfläche ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geforderte Höhe als die Höhe eines der beiden Meßpunkte berechnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gefordere Höhe als der arithmetische Mittelwert zwischen den Höhen der beiden Meßpunkte berechnet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die geforderte Basis als die Differenz zwischen den Werten der Koordinaten der zwei Meßpunkte entlang der zweiten Achse (y) berechnet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die geforderte Basis als der Abstand zwischen den projizierten Meßpunkten (x–y) auf der Ebene der Lagerfläche berechnet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geforderte Dicke proportional zur Zuführstrecke ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abtastebene vertikal zur Ebene der Lagerfläche ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein optischer Code gelesen wird, der auf dem Gegenstand vorgesehen ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der optische Code mit demselben Scanner gelesen wird, der zum Berechnen der räumlichen Positionen der Meßpunkte verwendet wird.
  11. Vorrichtung zum Messen des Volumens eines Gegenstandes, mit folgenden Merkmalen: – eine Lagerfläche für den Gegenstand, über der eine Zuführrichtung für den Gegenstand definiert ist; – wenigstens ein Laserscanner, der über der Lagerfläche liegt und so angeordnet ist, daß er in einer Abtastebene wirkt, welche die Ebene der Lagerfläche entlang einer Abtastgrundlinie, die quer zur Zuführrichtung ist, schneidet; – eine Verarbeitungseinheit, die mit dem Scanner verknüpft ist; – eine Vorrichtung zum Bewegen des Gegenstands über die Lagerfläche in Bezug auf die Abtastebene entlang der Zuführrichtung; – eine Vorrichtung zum Senden eines Signals an die Verarbeitungseinheit jedesmal dann, wenn der Gegenstand eine vorgegebene Zuführstrecke in Bezug auf die Abtastebene bewegt wird; wobei der Scanner und/oder die Verarbeitungseinheit folgende Funktionen ausführen kann: – Berechnen der Höhe von n Meßpunkten, die in einer Oberseite des Gegenstands und in der Abtastebene enthalten sind, über der Lagerfläche; – Definieren einer geforderten Höhe als eine Funktion der berechneten Höhen von zwei aufeinanderfolgenden Meßpunkten; – Berechnen der Planposition der n Meßpunkte auf der Lagerfläche; – Definieren einer geforderten Basis als eine Funktion der Planposition jedes Paares benachbarter Meßpunkte auf der Lagerfläche; – Berechnen eines geforderten Flächenelementes, das vertikal zur Lagerfläche ist, für jedes Paar benachbarter Meßpunkte durch Multiplizieren der geforderten Basis mit der geforderten Höhe; – Berechnen einer geforderten Fläche als die kombinierte Summe der berechneten geforderten Flächenelemente; – Definieren einer geforderten Dicke als eine Funktion der Zuführrichtung; – Berechnen eines Volumenelements durch Multiplizieren der geforderten Fläche mit der geforderten Dicke; – Wiederholen der obengenannten Schritte, bis der gesamte Gegenstand abgetastet ist; – Berechnen des Volumens des Objekts als die kombinierte Summe aller Volumenelemente.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Lagerfläche ein Förderband ist und die Vorrichtung zum Bewegen des Gegenstands über die Lagerfläche in bezug auf die Abtastebene eine angetriebene Führungswalze des Förderbandes umfaßt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Vorrichtung zum Senden eines Signals an die Verarbeitungseinheit jedesmal dann, wenn der Gegenstand eine vorgegebene Zuführstrecke in bezug auf die Abtastebene bewegt wird, eine Codiereinrichtung umfaßt, die an einer Führungswalze des Förderbandes wirkt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 11, mit einer Vorrichtung zum Erfassen des Gegenstands, der in eine Abtastzone auf der Lagerfläche in der Nähe der Abtastebene eintritt.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 11, mit einer Vorrichtung zum Erfassen des Gegenstands, der eine Abtastzone auf der Lagerfläche in der Nähe der Abtastebene verläßt.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Abtastebene des Laserscanners senkrecht zur Lagerfläche ist.
DE69629482T 1996-12-31 1996-12-31 Verfahren und Apparat zur Volumenmessung eines Gegenstandes mittels eines Laserabtasters Expired - Lifetime DE69629482T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP96830668A EP0851209B1 (de) 1996-12-31 1996-12-31 Verfahren und Apparat zur Volumenmessung eines Gegenstandes mittels eines Laserabtasters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69629482D1 DE69629482D1 (de) 2003-09-18
DE69629482T2 true DE69629482T2 (de) 2004-06-17

Family

ID=8226108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69629482T Expired - Lifetime DE69629482T2 (de) 1996-12-31 1996-12-31 Verfahren und Apparat zur Volumenmessung eines Gegenstandes mittels eines Laserabtasters

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6260001B1 (de)
EP (1) EP0851209B1 (de)
AT (1) ATE247273T1 (de)
DE (1) DE69629482T2 (de)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5606534A (en) * 1989-09-01 1997-02-25 Quantronix, Inc. Laser-based dimensioning system
DE10226663A1 (de) 2002-06-14 2003-12-24 Sick Ag Verfahren zum Auffinden von Gegenständen auf einer Trägerebene
US7084989B2 (en) * 2004-04-19 2006-08-01 Sick Ivp Aktiebolag Measuring apparatus and method in a distribution system
US7576871B2 (en) * 2006-10-03 2009-08-18 Storm Thomas W Apparatus and method for measuring volumes
ES2326926T3 (es) * 2007-08-14 2009-10-21 Sick Ag Procedimiento y dispositivo para la generacion dinamica y transmision de datos geometricos.
PL2509875T3 (pl) * 2009-12-12 2016-01-29 Packsize Llc Tworzenie opakowań na żądanie na podstawie dowolnego położenia przedmiotów
EP2439487B1 (de) * 2010-10-06 2012-08-22 Sick Ag Volumenmessvorrichtung für bewegte Objekte
US10964007B2 (en) 2016-01-26 2021-03-30 Symbotic Canada Ulc Cased goods inspection system and method
DE102017215334A1 (de) 2016-09-21 2018-03-22 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Verfahren, Computerprogrammprodukt und Messsystem zum Betrieb mindestens eines Triangulations-Laserscanners zur Identifizierung von Oberflächeneigenschaften eines zu vermessenden Werkstücks

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2189594A (en) * 1986-04-11 1987-10-28 Integrated Photomatrix Ltd Optoelectronic measurement of package volume
US4939355A (en) * 1988-01-22 1990-07-03 Spectra-Physics, Inc. Automatic package label scanner
US5220536A (en) * 1989-09-01 1993-06-15 Quantronix, Inc. Measuring method and apparatus
US5491328A (en) * 1991-09-24 1996-02-13 Spectra-Physics Scanning Systems, Inc. Checkout counter scanner having multiple scanning surfaces
US5412420A (en) * 1992-10-26 1995-05-02 Pheno Imaging, Inc. Three-dimensional phenotypic measuring system for animals
DE4240094C2 (de) * 1992-11-28 1995-10-26 Abb Patent Gmbh System zur Überwachung eines Fördergutstromes einer Förderanlage mit Gurtbandförderer
FR2698984B1 (fr) * 1992-12-04 1995-01-06 Commissariat Energie Atomique Procédé et dispositif d'acquisition d'une image à trois dimensions d'un petit objet par palpage lumineux et moyen d'étalonnage pour la mise en Óoeuvre d'une telle acquisition.
JP3206843B2 (ja) * 1992-12-18 2001-09-10 株式会社小松製作所 3次元画像計測装置
US5481361A (en) * 1993-05-19 1996-01-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of and device for measuring position coordinates
US5652658A (en) * 1993-10-19 1997-07-29 View Engineering, Inc. Grid array inspection system and method
EP0690287B1 (de) * 1994-07-01 2001-04-18 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Vermessen von quaderförmigen Gegenständen und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
US5770848A (en) * 1994-11-28 1998-06-23 Hitachi, Ltd. Apparatus and method for treating a commodity by automatically recognizing a barcode attached to a conveyed commodity by scanner
US5615003A (en) * 1994-11-29 1997-03-25 Hermary; Alexander T. Electromagnetic profile scanner
US5661561A (en) * 1995-06-02 1997-08-26 Accu-Sort Systems, Inc. Dimensioning system
US5739426A (en) * 1996-01-19 1998-04-14 Storm; Thomas W. Volume measurement apparatus and method
US5831719A (en) * 1996-04-12 1998-11-03 Holometrics, Inc. Laser scanning system

Also Published As

Publication number Publication date
DE69629482D1 (de) 2003-09-18
EP0851209B1 (de) 2003-08-13
EP0851209A1 (de) 1998-07-01
ATE247273T1 (de) 2003-08-15
US6260001B1 (en) 2001-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69632468T2 (de) Verfahren zur Volumenmessung eines Gegenstandes mittels eines Laserabtasters und eines CCD Bildsensors
DE69632635T2 (de) Verfahren und Apparat zur Volumenmessung eines Gegenstandes
EP0596330B1 (de) Anordnung zum messtechnischen Erfassen von Lastpendelungen bei Kranen
EP2037227B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs, Computerprogramm und Computerprogrammprodukt
DE3936126C2 (de)
DE3309584A1 (de) Optisches inspektionssystem
DE2248194A1 (de) Messgeraet
EP0913707A1 (de) Verfahren zur berührungsfreien Messung des Abstands eines Objekts nach dem Prinzip der Laser-Triangulation
DE19519741A1 (de) Sensorik für einen Kran, insbesondere einen schienengebundenen Stapelkran oder Brückenkran
DE3822143A1 (de) Verschiebungssensor mit optischer abtastung
EP0984382B1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Strichcodelesers
DE69629482T2 (de) Verfahren und Apparat zur Volumenmessung eines Gegenstandes mittels eines Laserabtasters
DE2555975C3 (de) Einrichtung zur Bestimmung bzw. Überwachung der Abmessung insbesondere des Volumens eines bewegten Gegenstandes
DE10226663A1 (de) Verfahren zum Auffinden von Gegenständen auf einer Trägerebene
DE102016114477B4 (de) Fördervorrichtung
DE19758191A1 (de) Vorrichtung zum Bestimmen von abmessungsspezifischem Gewicht
DE4212404A1 (de) Vorrichtung zum messen der raeumlichen form eines langgestreckten bauteils
DE19514692C2 (de) Optische Koordinaten-Meßmaschine zur berührungslosen, dreidimensionalen Vermessung von Werkstücken auf einer Meßfläche
DE4411263A1 (de) Verfahren und Anordnung zur Überprüfung der Führungsgenauigkeit einer Brennschneidmaschine
EP1460375A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum geometrischen Vermessen eines Materialbandes
EP1041394B1 (de) Optoelektronische Vorrichtung
DE19505509C2 (de) Verfahren und Einrichtung zum Messen des Volumens eines bewegten Fördergutes
DE69632054T2 (de) Verfahren zur Volumenmessung eines Gegenstandes mittels eines Laserabtasters und Apparat zum Ausführen dieses Verfahrens
EP3302839B1 (de) Verfahren zum schwenkbiegen
EP1120341A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von Verladeparametern einer Luftfrachtverladeeinheit