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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Volumens eines Gegenstandes
mit einem Laserscanner und einer CCD-Lesevorrichtung und eine Vorrichtung
zur Implementierung des Verfahrens.
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Ein
in vielen Industriezweigen und im Handel auftretendes Problem ist
die Bestimmung des Volumens eines Gegenstandes. Insbesondere erfordert das
Liefern und Verschicken von Gütern
die Messung des Volumens von Paketen auf automatisierte Weise, um über Informationseinheiten
zu verfügen,
die sowohl für
die Verwaltung von Räumen
in Lagerhäusern
als auch von Transportmitteln nützlich
sind.
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In
Lagerhäusern
und in Transportmitteln werden Gegenstände im allgemeinen gemäß ihrem
Gewicht und einer oder mehrerer ihrer linearen Abmessungen, die
als die signifikantesten angesehen werden, behandelt. Diese Art
der Behandlung ist jedoch nur näherungsweise
und mit Sicherheit nicht vollkommen zufriedenstellend. Die optoelektronische Messung
eines Volumens ist beispielsweise aus der GB-A-2189594 und US-A-5412420
bekannt.
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Die
Erfindung ist in den Ansprüchen
1 und 12 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem
ersten bevorzugten Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Verfahren
zum Messen des Volumens eines Gegenstandes mit wenigstens einem
Laserscanner und wenigstens einer CCD-Lesevorrichtung, wobei das Verfahren
die Schritte aufweist:
Anordnen des Gegenstandes auf einer
Lagerfläche;
Definieren
einer Zuführrichtung
für den
Gegenstand auf der Lagerfläche;
Definieren
einer Abtastebene, Schneiden der Ebene der Lagerfläche entlang
einer Abtastbasislinie, die quer zur Zuführrichtung verläuft, mit
zumindest einem Lesestrahl vom Scanner, der sich über der
Lagerfläche
befindet und so angeordnet ist, daß er in der Abtastebene wirksam
ist;
Definieren einer Leseebene, die die Ebene der Lagerfläche entlang
einer Lesebasislinie schneidet, die quer zur Zuführrichtung liegt, wobei Lichtstrahlen,
die in der Leseebene aktiv sind, vom CCD-Leser aufgenommen werden,
der über
der Lagerfläche
angeordnet ist;
Bewegen des Gegenstandes über die Lagerfläche entlang
der Zuführrichtung
relativ zur Abtast- und Leseebene, so daß der Gegenstand diese Ebenen kreuzt;
Ausführen einer
Reihe von Abtastdurchläufen über den
Gegenstand in der Abtastebene mit dem Laserstrahl, so daß bei jedem
Abtastdurchlauf die Positionen von n Meßpunkten berechnet werden,
die den Umriß des
Gegenstandes definieren, wie er durch den Laserstrahl abgetastet
wurde;
Ausführen
einer entsprechenden Reihe von Lesevorgängen auf den Gegenstand mit
dem CCD-Leser, um bei jedem Lesevorgang die maximale Breite des
Umrisses des Gegenstands zu berechnen, wie dieser durch den CCD-Leser
abgetastet wurde, wobei jeder Lesevorgang relativ zum entsprechenden
Laserabtastdurchlauf um eine Zeitperiode versetzt ist, die notwendig
ist, um den Lesevorgang auf den Gegenstand am selben Ort auszuführen, an
dem der Abtastdurchlauf durchgeführt
wurde;
Verarbeiten der Information aus jedem Abtastdurchlauf
mit der Information aus dem entsprechenden Lesevorgang, um einen
Satz festgelegter Umrisse des Gegenstands zu definieren;
Berechnen
der Fläche
jedes festgelegten Umrisses;
Berechnen einer Zuführdistanz,
um die sich der Gegenstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastdurchläufen oder
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lesevorgängen bewegt hat;
Berechnen
eines Elementarvolumens für
jeden festgelegten Umriß als
das Produkt der Fläche
des festgelegten Umrisses und der Zuführdistanz;
Berechnen des
Volumens des Gegenstandes als die kombinierte Summe der Elementarvolumina.
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Die
Bewegung des Gegenstandes über
die Lagerfläche
in der Zuführrichtung
im Verhältnis
zur Abtastebene sollte als eine relative Bewegung verstanden werden.
Somit ist entweder eine Bewegung des Gegenstandes relativ zu einer
festen Abtastebene und Leseebene, oder eine Bewegung derartiger Ebenen
relativ zu einem stationär
gehaltenen Gegenstand oder beides umfaßt.
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Dieses
Verfahren gewährleitstet
eine einigermaßen
genaue Bestimmung des Volumens eines Gegenstandes. Der Gesichtspunkt
der Näherung wird
nachfolgend erläutert.
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Die
räumlichen
Positionen der Meßpunkte können unter
Verwendung des Scanners auf verschiedene Weise ermittelt werden.
Vorzugsweise werden sie durch eine erste Messung in Polarkoordinaten
(zentriert am Ursprung der virtuellen Abtastquelle, d. h. am imaginären Punkt,
von dem die Abtaststrahlen auszugehen scheinen, und der innerhalb oder
außerhalb
des Scanners liegen kann und entsprechend der verwendeten Optik
fest oder bewegbar sein kann) und eine nachfolgende Umwandlung in
kartesische Koordinaten entsprechend einem Referenzsystem mit zwei
in der Ebene der Lagerfläche liegenden
Achsen berechnet, wobei eine erste dieser Achsen parallel zur Zuführrichtung
liegt und eine dritte Achse senkrecht zur Ebene der Lagerfläche liegt. Diese
Ausführungsform
wird bevorzugt, da die Messung in für das Meßinstrument gut geeigneten
Koordinaten erhalten wird (die Bewegung des Scanners ist polarer
An), während
das Ergebnis der Verarbeitung in Koordinaten ausgedrückt wird,
die für
die zu messenden Größen und
die darauffolgend damit auszuführenden
Berechnungen gut geeignet sind, welche vom CCD-Leser verarbeitete
kartesische Koordinatenwerte umfassen. Jedoch wäre es durch Umwandeln der in
kartesischen Koordinaten vom CCD-Leser gelieferten Werte in Polarkoordinaten
immer noch möglich
mit Polarkoordinaten zu arbeiten.
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Vorzugsweise
wird der CCD-Leser mit einem automatischen Fokussierungssystem (nicht
gezeigt) entsprechend der mit dem Scanner ermittelten Höhe der Meßpunkte über der
Lagerfläche
auf den Gegenstand fokussiert.
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Die
Abtastebene kann im Verhältnis
zur Lagerfläche
vertikal oder unter einem Winkel gegenüber der Vertikalen angeordnet
sein. Zweckmäßigerweise
beträgt
dieser Winkel weniger als 15° (in
jeder Richtung) und vorzugsweise weniger als 10°.
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Die
Abtastbasislinie kann senkrecht zur Zuführrichtung in der Ebene der
Lagerfläche
angeordnet sein oder unter einem Winkel gegenüber der Senkrechten. Geeigneterweise
beträgt
dieser Winkel weniger als 15°,
vorzugsweise weniger als 10°.
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Die
Lesebasislinie kann senkrecht zur Zuführrichtung in der Ebene der
Lagerfläche
angeordnet sein oder unter einem Winkel gegenüber der Senkrechten. Zweckmäßigerweise
beträgt
dieser Winkel weniger als 15° und
bevorzugt weniger als 10°.
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Vorteilhafterweise
umfaßt
das Verfahren des weiteren einen Schritt eines Lesens eines am Gegenstand
angeordneten optischen Codes und der optische Code wird vorzugsweise
mit Hilfe desselben Scanners und/oder desselben CCD-Lesers gelesen, der
für das
Abtasten und Lesen des Gegenstandes verwendet wird. Auf diese Weise
kann die Volumeninformation anderer unterschiedlicher im optischen Code
enthaltener Information zugeordnet werden, wie beispielsweise der
Art eines Produkts, dessen Hersteller, Preis, Lieferant, Zielort
etc.
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Ein
zweiter bevorzugter Gesichtspunkt der Erfindung umfaßt eine
Vorrichtung zum Messen des Volumens eines Gegenstandes, die umfaßt:
Eine
Lagerfläche
für den
Gegenstand mit einer Gegenstandszuführrichtung, die quer über die
Lagerfläche
definiert ist;
Zumindest einen Laserscanner, der sich über der
Lagerfläche
befindet und so angeordnet ist, daß er in einer Abtastebene wirkt,
welche die Ebene der Lagerfläche
entlang einer Abtastbasislinie quer zur Zuführrichtung schneidet;
Zumindest
einen CCD-Leser, der sich über
der Lagerfläche
befindet und so angeordnet ist, daß er in einer Leseebene wirkt,
welche die Ebene der Lagerfläche
entlang einer Lesebasislinie quer zur Zuführrichtung schneidet;
Eine
Verarbeitungseinheit, die mit dem Scanner und dem CCD-Leser verbunden
ist;
Eine Einrichtung zum Bewegen des Gegenstandes über die
Lagerfläche
relativ zur Abtastebene entlang der Zuführrichtung;
Eine Einrichtung
zum Berechnen einer Zuführdistanz,
um welche sich der Gegenstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Abtastdurchläufen
oder Lesevorgängen
bewegt hat;
Wobei der Scanner und/oder der CCD-Leser und/oder
die Verarbeitungseinheit dazu geeignet sind:
Eine Reihe von
Abtastdurchläufen über den
Gegenstand in der Abtastebene mit dem Laserstrahl auszuführen, bei
jedem Abtastdurchlauf die Positionen von n Meßpunkten zu berechnen, die
den Umriß des
Gegenstands definieren, wie er durch den Laserstrahl abgetastet
wird;
Eine entsprechende Reihe von Lesevorgängen auf den Gegenstand mit
dem CCD-Leser auszuführen, bei
jedem Lesevorgang die maximale Breite des Umrisses des Gegenstand
zu berechnen, wie dieser durch den Lichtstrahl des CCD-Leser abgetastet wird,
wobei jeder Lesevorgang gegenüber
dem entsprechenden Abtastdurchlauf um eine Zeitdauer versetzt ist,
die notwendig ist, um den Lesevorgang auf den Gegenstand an demselben
Ort auszuführen,
an dem der Abtastdurchlauf vorgenommen wurde;
Die Information
jedes Abtastdurchlaufs zusammen mit der Information des entsprechenden
Lesevorgangs zu verarbeiten, um einen Satz festgelegter Umrisse
des Gegenstands zu definieren;
Die Fläche jedes festgelegten Umrisses
zu berechnen;
Eine Zuführdistanz
zu berechnen, um die sich der Gegenstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastdurchläufen oder
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lesevorgängen bewegt hat;
Für jeden
festgelegten Umriß ein
Elementarvolumen als das Produkt der Fläche des festgelegten Umrisses
und der Zuführdistanz
zu berechnen;
Das Volumen des Gegenstandes als die kombinierte Summe
der Elementarvolumina zu berechnen.
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Mit
dieser Vorrichtung kann das zuvor beschriebene Verfahren implementiert
werden.
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Vorzugsweise
wird die Lagerfläche
durch ein Förderband
gebildet und die Vorrichtung zum Bewegen des Gegenstandes über die
Lagerfläche
relativ zur Abtast- und Leseebene umfaßt eine angetriebene Führungsrolle
des Förderbandes.
Dieser Aufbau ermöglicht
ein Abtasten des gesamten Gegenstandes auf eine einzigartig einfache
Weise.
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Das
Mittel zur Berechnung der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastdurchläufen oder Lesevorgängen vom
Gegenstand durchlaufenen Zuführdistanz
kann aus einem einfachen Taktsignal bestehen, solange die Laufgeschwindigkeit
des Förderbandes
konstant bleibt. Vorzugsweise umfaßt das Mittel zur Berechnung
der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastdurchläufen oder
Lesevorgängen
vom Gegenstand zurückgelegten
Zuführdistanz einen
auf einer Führungsrolle
des Förderbandes wirksamen
Codierer. Auf diese Weise kann ein korrekter Betrieb selbst dann
sichergestellt werden, wenn die Geschwindigkeit des Förderbandes
nicht konstant ist, weil beispielsweise gemessene Gegenstände ein
hohes Gewicht haben, das die Bewegung verlangsamt.
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Vorzugsweise
kann diese Vorrichtung auch ein in der Nähe der Abtast- und Leseebene
angeordnetes Mittel zum Detektieren des in eine Abtast-/Lesezone
der Lagerfläche
eintretenden Gegenstands umfassen und/oder ein in der Nähe der Abtast-
und Leseebene angeordnetes Mittel zum Detektieren des aus einer
Abtast-/Lesezone der Lagerfläche
austretenden Gegenstandes.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
detaillierten Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen derselben,
die mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen angegeben sind.
In den Zeichnungen ist:
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1 eine
perspektivische Ansicht, die schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt;
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2 eine
schematische Darstellung eines in die Vorrichtung aus 1 integrierten
Codierers;
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3 ein
bestimmte Gesichtspunkte der Näherung
der Messung hervorhebendes Diagramm.
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In 1 ist
eine Vorrichtung 10 gezeigt, die eine Lagerfläche 11 für Gegenstände A umfaßt, deren
Volumen gemessen werden soll. Die Lagerfläche 11 ist im wesentlichen
horizontal und besteht vorzugsweise aus einem ebenfalls mit dem
Bezugszeichen 11 bezeichneten Förderband, das längs einer Zuführrichtung 12 angetrieben
werden kann und durch Rollen 13 geführt wird, von welchen eine
angetrieben ist.
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Die
Vorrichtung 10 umfaßt
einen für
Distanzmessungen geeigneten Laserscanner 14 mit moduliertem
Licht, wie beispielsweise einen Scanner, der dem in der US-A-5 483
051 desselben Anmelders beschriebenen ähnlich ist. Beim Scanner 14 wird
ein eine Abtastebene 15 überstreichender Laserstrahl verwendet,
der auf die Ebene der Lagerfläche 11 einfällt. Insbesondere
ist der Scanner 14 über
der Lagerfläche 11 angeordnet.
Die Abtastebene 15 ist mit einem Winkel β gegenüber der
Senkrechten auf die Ebene der Lagerfläche 11 eingerichtet
und schneidet diese Ebene längs
einer Basisabtastlinie 16. Die Basisabtastlinie 16 ist
unter einem Winkel α gegenüber einer
Linie 17 der Lagerfläche 11 geneigt,
die senkrecht zur Zuführrichtung 12 angeordnet
ist.
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Die
Vorrichtung 10 umfaßt
des weiteren einen CCD-Leser (ladungsgekoppeltes Bauelement), der
bei 4 gezeigt ist, der eine Matrix mit sehr vielen individuellen
lichtempfindlichen Elementen umfaßt, die in einem oder mehreren
geradlinigen Arrays angeordnet sind (von welchen nur eines verwendet wird).
Der CCD-Leser 4 ist in einer Leseebene 5 wirksam,
die vertikal zur Lagerfläche 11 angeordnet
ist. Die Leseebene 5 schneidet die Ebene der Lagerfläche 11 längs einer
Lesebasislinie 6, die unter einem Winkel γ im Verhältnis zu
einer Linie 7 der Lagerfläche 11 angeordnet
ist, die senkrecht zur Zuführrichtung 12 orientiert
ist.
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Der
Abschnitt der Lagerfläche 11,
der sich neben der Abtastbasislinie 16 und der Lesebasislinie 6 befindet
und als die Abtast-/Lesezone 18 gekennzeichnet ist, wird
durch einen Eingangsdetektor 19 und einen Ausgangsdetektor 20 begrenzt,
die beide vorzugsweise aus Fotozellen bestehen. Eine (nicht gezeigte)
Lampe ist zur Beleuchtung der Abtast-/Lesezone 18 angeordnet,
so daß diese
vom CCD-Leser wahrgenommen werden kann.
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Die
Lagerfläche
ist mit einem Codierer 21 versehen, d. h. mit einer Vorrichtung,
die zur Ausgabe eines Signals jeweils zu einem Zeitpunkt geeignet ist,
zu dem sich die Lagerfläche 11 exakt über eine bestimmte
Zuführdistanz
L bewegt hat. Der Codierer 21 kann von jeder Bauart sein,
wie 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 längs
des Umfangs mit der gewünschten
Zuführdistanz
entsprechenden Abständen
ausgebildet sind. Eine elektrooptische Erfassungsvorrichtung für die Kerben 24 ist
zur „Erkennung" der sich an ihr
vorbei bewegenden Kerben 23 angeordnet und gibt bei jeder
vorbeikommenden Kerbe 23 ein Signal aus.
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Des
weiteren wird eine Verarbeitungseinheit 25 vorgesehen,
die in den Scanner 14 integriert oder davon getrennt angeordnet
sein kann und in geeigneter Weise sowohl mit dem Scanner 14 als
auch dem CCD-Leser 4 verbunden ist.
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Die
Funktionsweise der Vorrichtung 10 ist wie folgt: Gegenstände A, die
bezüglich
ihres Volumens vermessen werden sollen, werden auf dem Förderband 11 mit
einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet. Die kontinuierliche
Bewegung des Förderbandes 11 bringt
jeden Gegenstand A zum Eingangsdetektor 19 und dann in
die Abtast-/Lesezone 18. Die Bewegung des Gegenstandes
am Eingangsdetektor 19 vorbei löst die Zuführung eines Signals zur Verarbeitungseinheit 25 aus,
wodurch die Einheit das Meßverfahren
startet.
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Der
Codierer 21 führt
während
der Bewegung des Förderbandes 11 jeweils
zu den Zeitpunkten, an welchen sich das Förderband, auf dem der Gegenstand
A getragen wird, um dieselbe der vorbestimmten Zuführdistanz
entsprechenden Distanz bewegt hat, ebenfalls ein Signal zur Verarbeitungseinheit 25 zu.
Jedes mal, wenn vom Codierer 21 ein Signal empfangen wird,
wird eine Abtastoperation durchgeführt. Der Scanner 14 scannt,
sobald er vom Sensor 19 ak tiviert wurde, den Gegenstand
A kontinuierlich ab, wobei die Verarbeitungseinheit 25 jedoch
nur die n Werte des dem Codierersignal entsprechenden Abtastdurchlaufs
speichert. Man beachte, daß die
Zuführgeschwindigkeit
des Förderbandes 11,
obwohl sie relativ hoch sein kann, wesentlich geringer als die Abtastgeschwindigkeit
des Laserstrahls des Scanners 14 ist, so daß die Distanz, über die
sich der Gegenstand A im Verhältnis
zur Abtastebene 15 während
der Zeit bewegt hat, die der Scanner 14 ein vollständiges Überstreichen
der Abtastebene 15 benötigt,
im wesentlichen vernachlässigbar
ist.
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Wenn
der Gegenstand A die Abtastbasislinie 16 erreicht, trifft
der Laserstrahl des Scanners 14 auf den Gegenstand A auf.
Unter der Steuerung durch die Verarbeitungseinheit 25 berechnet
der Scanner 14 die Positionen von n Meßpunkten, die vom Laserstrahl
auf dem Gegenstand A abgetastet werden.
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Zu
diesem Zweck berechnet der Scanner 14 für jeden Meßpunkt sowohl dessen Entfernung
vom Scanner 14 (oder vielmehr vom imaginären Punkt, von
dem die Strahlen auszugehen scheinen) als auch die Winkelposition
des Laserstrahls, wodurch die Werte der Position dieses Punktes
in der Abtastebene 15 in Polarkoordinaten erhalten werden.
Diese Werte werden dann von der Einheit 25 verarbeitet, wodurch
Werte erhalten werden, die die Position des Punktes in einem kartesischen
Koordinatensystem wiedergeben, dessen longitudinale y-Achse der
Zuführrichtung
entspricht, dessen x-Achse entlang der Linie 17 gerichtet
ist (so, daß die
x-y-Ebene mit 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 16 im Verhältnis zur
x-Achse), der Winkel β (d.
h. die Neigung der Abtastebene 15 im Verhältnis zur
Senkrechten auf die Lagerfläche 11)
und die Position des Scanners 14 bekannt sein. Die von
dieser Umwandlung umfaßten
Berechnungen werden hier nicht erläutert, da sie an sich bekannt
sind und in den Umfang der Fähigkeiten
des Durchschnittsfachmanns fallen. Selbstverständlich könnte jedes andere gewählte räumliche
kartesische Referenzsystem auf das angegebene durch eine aus einer
Drehung/Translation bestehende mathematische Operation reduziert
werden und kann daher als zum angegebenen System äquivalent
angesehen werden.
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Wenn
die kleinen Winkel α und β weniger
als 15° betragen,
ist der tatsächliche
durch Vernachlässigen
dieser Winkel eingeführte
Fehler minimal und liegt in der Größenordnung von höchstens
einigen Prozent. Andererseits wäre
der zu ihrer Berücksichtigung
erforderliche Rechenaufwand beträchtlich.
Bei vielen praktischen Anwendungen eines erfindungsgemäßen Gerätes und
um dessen Herstellungs-, Installations- und Einstellungskosten so
niedrig wie möglich
zu halten wird bevorzugt, die Winkel α und β klein zu halten (vorzugsweise
im Bereich von 5° bis 10° mit einem
Maximum von 15°)
und ihre Effekte zu vernachlässigen.
Auf diese Weise wird die Abtastebene 15 praktisch der x-z-Ebene
gleich gesetzt. Somit ist das Ergebnis des Abtastprozesses eine
Gruppe von Punkten, die auf dem Umriß eines Querschnitts durch
den Gegenstand liegen, wie u. a. in 3 zu erkennen
ist.
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Wie
in 3 ebenfalls gezeigt ist, kann die aus dem Abtastdurchlauf
für einen
Gegenstand mit einem eigentümlichen
Querschnitt erhaltene Information zur korrekten Abschätzung des
Umrisses des Gegenstands ungeeignet sein. Der Gegenstand kann aufgrund
der Position des Scanners 14 nicht vom Laserstrahl abgetastete
abgedeckte Bereiche umfassen, wie beispielsweise den zwischen den Punkten
D und C in der Figur enthaltenen Abschnitt des Umfangs. Um derartigen
Bereichen in einer realistischeren Weise Rechnung zu tragen, wird
ein Lesevorgang mit dem CCD-Leser 4 vorgesehen.
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Für einen
gegebenen Abtastdurchlauf mit dem Scanner 14 wird ein entsprechender
Lesevorgang mit dem CCD-Leser 4 ausgeführt, der zeitlich (basierend
auf der vom Codierer 21 empfangenen Information) so versetzt
ist, daß er
zum selben abgetasteten Abschnitt des Gegenstands A in Beziehung steht.
Durch den Lesevorgang mit dem CCD-Leser 4 wird die Gesamtform
des Gegenstandes A an der Leselinie 6, d. h. das Segment
AD in 3 ermittelt. Dieser Wert würde nicht exakt der Querdimension des
Querschnitts des Gegenstands A entsprechen, da der Winkel γ nicht Null
ist. Jedoch sind die durch die Vernachlässigung seines Einflusses eingeführten Fehler
gering und gerade so, wie sie im Zusammenhang mit den Winkeln α und β erläutert wurden,
so daß sie
vorzugsweise unter den oben genannten Umständen nicht in Betracht gezogen
werden und darauf geachtet wird, daß der Winkel γ klein gehalten wird
(vorzugsweise im Bereich von 5° bis
10° und nicht
größer als
15°). Durch
Messen von α, β und γ durch geeignete
Berechnungen können
jedoch exakte Messungen erhalten werden.
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Die
aus dem Abtastvorgang mit dem Scanner 14 und dem Lesevorgang
mit dem CCD-Leser 4 erhaltene Information wird von der
Einheit 25 verarbeitet, um einen festgelegten Umriß zu konstruieren, der
dem wahren Umriß des
Querschnitts mit einem gewünschten
Näherungsgrad
angenähert
ist.
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In
diesem Zusammenhang ist aus 3 zu entnehmen,
daß in
keinem Fall die wahre Form des Umrisses zwischen den Punkten C und
D ermittelt werden kann und daß unterschiedliche
Kriterien für die
Konstruktion des festgelegten Umrisses angewandt werden müssen. Basierend
auf mit dem Laser 14 allein erhaltener Information würde das
Trapezoid ABCF als der festgelegte Umriß bestimmt, womit eine Näherung an
den nächstliegenden
darunter liegenden Wert erhalten wird. Durch eine Kombination mit
dem Lesevorgang des CCD-Lesers 4 kann andererseits zwischen
C und D entweder der Abschnitt CD oder die Linie CED ausgewählt werden.
Das Auswählen
der Linie CD erscheint statistisch als die realistischere Wahl,
wenn eine große
Anzahl von Messungen in Betracht gezogen wird. Jedoch wäre diese Wahl
in der Aussage, ob die Näherung
für die
jeweilige Messung an den nächstgelegenen
darunter oder darüber
liegenden Wert erfolgt, fehlerhaft. Durch Auswählen der Linie CED kann man,
selbst wenn der absolute Fehler ein größerer wäre, sicher sein, daß eine Näherung an
den nächstliegenden
darüber
liegenden Wert erfolgt.
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Man
beachte, daß der
Abschnitt CD in allen Fällen
von Gegenständen,
die in ihrer Form einem Parallelepiped ähnlich sind (wie es bei den
meisten in einer Verteilstation behandelten Paketen der Fall ist), im
wesentlichen vertikal ist und der Abschnitt FD dann gegen Null tendiert.
Dementsprechend hätten die
tatsächlichen
Unterschiede zwischen den verschiedenen Typen von Näherungen
in der Praxis fast den Wert Null und der festgelegte Umriß wäre praktisch
mit dem wahren übereinstimmend.
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Nachdem
der festgelegte Umriß bei
jedem Abtastdurchlauf und entsprechenden Lesevorgang erhalten wurde,
berechnet die Einheit 25 dessen Fläche. Mehrere Rechenprozesse
können
zur Festlegung verschiedener Grade einer Annäherung verwendet werden und
umfassen eine höhere
oder niedrigere Komplexität.
Ein besonders zweckmäßiger Rechenprozeß besteht
darin, die x- und z-Koordinaten der Punkte auf dem festgelegten
Umriß,
die entweder durch den Abtastvorgang (die Abschnitte ABC) ermittelt
wurden oder die gemäß einer
Bearbeitung entsprechend einem Vergleich des Abtastvorgangs mit
dem Lesevorgang abgeschätzt
wurden (wobei der Abschnitt CD je nach Wunsch gewählt wird),
zu betrachten. Wie zuvor erläutert,
können
die Winkel α, β und γ entweder
gemessen und ihre Wirkung berechnet werden oder können vernachlässigt werden.
Somit kann die Fläche
des festgelegten Umrisses als die Summe mehrerer elementarer Flächen berechnet
werden, die jeweils eine Basis haben, die gleich der Differenz der
Werte der x-Koordinaten zweier aufeinanderfolgender Punkte ist,
und eine Höhe
aufweisen, die gleich einer auszuwählenden festgelegten z-Koordinate
ist, die beispielsweise gleich einem der Werte der z-Koordinaten
der zwei Punkte ist (entweder der erste oder der zweite, oder der
niedrigste oder der höchste,
oder ein zufällig
gewählter)
oder der Mittelwert dazwischen oder ein dazwischen liegender Wert.
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Die
Fläche
des festgelegten Umrisses wird dann mit der Zuführdistanz multipliziert (optional
mit cosα multipliziert,
falls der Wirkung des Winkels α Rechnung
getragen werden soll), wodurch ein Elementarvolumen erhalten wird.
Das Elementarvolumen entspricht (mit demselben Grad der Näherung wie
beim festgelegten Umriß)
dem Teil des Volumens des Gegenstands, der durch zwei aufeinanderfolgende
Abtastdurchläufe
und Lesevorgänge
aufgespannt ist.
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Die
oben beschriebenen Schritte werden an verschiedenen Querschnitten
des Gegenstands wiederholt und eine Reihe von Elementarvolumina
wird gespeichert, während
sich der Gegenstand A in der Abtast-/Lesezone 18 befindet.
Zu einem bestimmten Zeitpunkt signalisiert der Ausgangsdetektor 20,
daß der
Gegenstand A die Abtast-/Lesezone 18 verlassen hat. Daraufhin
beendet die Verarbeitungseinheit 25 die Meßprozedur,
addiert alle gespeicherten Elementarvolumina und gibt eine näherungsweise
Messung des Volumens des Gegenstands A aus.
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Der
Beginn und das Ende des Vorgangs der Volumenmessung eines Gegenstandes
werden, wie oben beschrieben, durch die Bewegung des Gegenstandes
am Eingangsdetektor 19 und am Ausgangsdetektor 20 vorbei
gesteuert. Alternativ können
einer oder beide Detektoren weggelassen werden. Ihre Funktionen
werden dann von der Verarbeitungseinheit 25 ausgeführt, wobei
eine geeignete Software zum Aktivieren der Messung (d. h. Löschen des
Elementarvolumenzählwerts),
wenn sich ein festgelegter Umriß mit
einer Fläche,
die nicht Null ist, aus einem Abtastdurchlauf und Lesevorgang ergibt,
und zum Anhalten derselben (d. h. Aufnahme der kombinierten Summe
der gespeicherten Elementarvolumina) beim Auftritt einer vorbestimmten
aufeinanderfolgenden Zahl von Abtastdurchläufen und Lesevorgängen mit
einer Fläche
von Null, verwendet wird. Diese Zahl kann ein Wert von 1 sein oder
ist zumindest eine kleine Zahl.
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Wenn
das Meßverfahren
von einer Software gestartet wird, müssen der Scanner 14 und
der CCD-Leser 4 die ganze Zeit am Laufen gehalten werden,
um die Ankunft eines Gegenstandes auch in dem Fall, in dem kein
Meßprozeß abläuft, zu
erfassen. Auf der anderen Seite erlaubt das Vorsehen eines Eingangsdetektors 19 eine
Deaktivierung des Scanners 14 und des CCD- Lesers 4,
wenn dort keine zu messenden Gegenstände auftreten. Dementsprechend
wird dies trotz der zusätzlichen
damit verbundenen Komplexität
des Aufbaus der Vorrichtung bevorzugt, wenn ein deutlich diskontinuierlicher
Eingang von Gegenständen
zur Messung erwartet wird. Im Gegensatz dazu würde das Vorhandensein oder die
Abwesenheit eines Ausgangsdetektors die Möglichkeit eines Abschaltens
des Scanners 14 und des CCD-Lesers 4 am Ende der
Meßprozedur
nicht behindern. Daher wird gewöhnlich
die Ausführungsform bevorzugt,
bei der das Ende des Meßverfahrens durch
ein Softwaremittel erfaßt
wird.
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Vorteilhafterweise
umfaßt
die Vorrichtung 10 des weiteren ein Mittel zum Lesen eines
dem Gegenstand A zugeordneten optischen Codes K (wie beispielsweise
eines Strichcodes, eine zweidimensionalen Codes, eines Farbcodes
oder dergleichen). Dafür könnte ein
spezieller Scanner vorgesehen werden oder es könnte auch der Scanner 14 oder
CCD-Leser 4 selbst verwendet werden.
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Bei
der oben beschriebenen Vorrichtung wird die durch den Scan- und
Lesevorgang über
einen Gegenstand A erhaltene Information, d. h. die Messung seines
Volumens, und von Information, die durch Lesen des optischen Codes
K erhalten wird, vorzugsweise in einem in der Verarbeitungseinheit gespeicherten
Protokoll aufgezeichnet, so daß das Protokoll
letztendlich Information enthält,
die alle Objekte abdeckt, die über
die Lagerfläche
bewegt wurden. Diese Informationen können später verschiedenen Zwecken dienen,
z. B. der Verwaltung von Lagerräumen
oder der Beladung von Transportmitteln, dem Drucken von Etiketten
zur Befestigung an den Gegenständen
oder anderem.