JP5183197B2 - 分配システムにおける測定装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、分配システムにおける測定装置の分野に関し、特に、担体に置かれた物体の存在および位置の測定を可能にする測定装置および同様にかかる測定のための方法に関する。

大規模な仕分けおよび分配システムでは、たとえば郵便料金システムにおける小包の仕分けまたは再分配センタにおける部品の取り扱いなど、多数の対象物が自動的に処理される。典型的には、対象物が担体に載せられ、担体が対象物を所定の位置に搬送し、そこで対象物が担体から降ろされる。これらのタイプのシステムでは、担体上の対象物の存在、位置および形状を知ることが重要である。存在は、担体に対象物を載せる前に、いくつかの対象物を担体に置けるかどうかを決定するためにか、または対象物が特定の担体に実際に置かれていることを検出するために、必要とされる。位置は、クロスベルトの担体位置を調節して担体内で対象物を安全に保つか、または最適な抜き取り位置を計算するために、必要とされる。二次元および／または三次元形状は、たとえば、体積に基づいた運送費および／またはたとえばトラックへの最適な積み込みを計算する必要がある小包分配システムにおいて、必要とされる。

かかる仕分けおよび分配システムにおいて取り扱われる対象物は、サイズおよび材料が非常に異なる場合があり、また透明なプラスチック等に包まれている可能性がある。そのために、単純な技術では、対象物の存在、位置および形状の検出／測定が困難にされる。

対象物が担体に存在することを検知するための普通に用いられる技術は、光センサなどの単純な光スイッチを用いるが、この光スイッチは、担体の移動方向に沿って少なくとも一次元で、存在および位置情報を検出することができる。しかしながら、この技術に関連する問題は、センサが、担体の上下振動に比べて高さが低い対象物を検知することがほとんど不可能であり、またこの技術が、平型の担体を用いるシステムのためだけに用いることができるということである。また、このセンサは、担体を横切る横断方向で対象物の位置を検出することができない。

対象物が担体に存在することを検知するための別の普通に用いられる技術は、従来の二次元（２Ｄ）画像処理である。これは、担体のスナップショットを撮る標準二次元カメラ、または担体が視野（Ｆｉｅｌｄ−ｏｆ−Ｖｉｅｗ）（ＦｏＶ）を通過するときに２Ｄ画像情報を得るラインスキャンセンサを用いてなされる。担体に、塗料またはステッカなどの邪魔なアーチファクトがない場合には、二次元画像処理によって、典型的には対象物の２Ｄ位置および形状を抽出することができる。しかしながら、典型的には、担体は、しばらく用いられた後で、たとえばステッカで汚され、そのために、２Ｄ画像処理を用いて必要な情報を抽出することが難しくされる。さらに、２Ｄ画像処理を用いることは、対象物の色が、背景すなわち担体の色に似ている場合には、非常に困難である。

対象物が担体に存在することを検知するために用いられるさらに別の技術は、三次元（３Ｄ）画像処理である。３Ｄデータを用いる場合には、ほとんどの対象物が確実に検出される。しかしながら、対象物が非常に反射するか、非常に黒っぽいか、または高さが非常に低い場合など、ある材料に対して、３Ｄ画像の取得では確実な３Ｄ情報が提供されない可能性がある。

これらのタイプの対象物測定のために用いられる、上記した現在存在するシステムの多くは、平坦な形態をした担体を取り扱うことができるだけだが、異なる形状をした担体、たとえばエッジを備えた平坦な担体および椀型担体を用いる必要が多々ある。また、担体が振動している場合、または担体が、何らかの理由で、名目上の位置合わせを基準にして傾いている場合であっても、対象物の測定を行なえることが望ましい。

先行技術の一アプローチが特許文献１に開示されているが、そこでは、装置が、移動供給面の担面における対象物の存在および位置を検出する。測定は、供給面の上方に置かれた変調光レーザスキャナでなされる。装置は、まず第一に、対象物の表面に置かれた光コード（バーコード）の読み取りに用いられる。

しかしながら、この先行技術のアプローチでは、測定は、変調飛行時間レーザスキャナで行なわれる。変調光レーザスキャナは、摩耗をもたらす可動部品を有し、またそれは、定期保守を必要とする。また、高レベルの３Ｄ精度が必要な場合に変調光レーザスキャナを用いると、非常に費用がかかる。

この周知の先行技術は、上記の問題のいくつかを解決するが、それは平坦でない担体の問題、および背景色と同様の色をした非常に小さな対象物を測定する問題に具体的に取り組んではいない。
米国特許第６，１０２，２９１号明細書

かくして、本発明の目的は、平坦でない担体の使用および背景色と同様の色をした非常に小さな対象物の測定を可能にする改善された装置および方法を提供することである。

本発明の目的は、分配システムにおいて所定の移動方向に移動している担体に置かれた対象物の存在および／または位置を測定するための改善された方法を提供することである。

この目的は、
− 少なくとも１つの光源による入射光で、前記対象物および前記担体を照射するステップと、
− 前記担体が前記移動方向に移動されるときに、少なくとも１つのセンサを用いて、前記対象物および前記担体からの反射光を検出することによって、前記対象物および前記担体を繰り返し測定するステップであって、この少なくとも１つのセンサが、少なくとも１つの光源から所定の距離に置かれているステップと、
− 検出光を電気信号に変換するステップと、
− 前記電気信号を用いて、前記対象物および前記担体の各測定から、前記対象物および前記担体の一つまたは複数の三次元サブ画像を得るステップと、
− １つまたは複数の前記取得サブ画像から、前記対象物および前記担体の三次元画像を得るステップと、
− 前記三次元画像から、前記担体における前記対象物の存在および／または位置を決定するステップと、
を含む方法を提供することを通して達成される。

本発明のさらなる目的は、分配システムにおいて所定の移動方向に移動している担体に置かれた対象物の存在および／または位置の測定を可能にする改良された装置を提供することである。

この目的は、
− 入射光で前記対象物および前記担体を照射するように配置された少なくとも１つの光源と、
− 前記少なくとも１つの光源から所定の距離に置かれた少なくとも１つのセンサであって、前記担体が前記移動方向に移動されるときに前記対象物および前記担体からの反射光を検出することによって、前記対象物および前記担体を繰り返し測定するように、かつ検出光を電気信号に変換するように構成された少なくとも１つのセンサと、
− 電気信号を用いて、前記対象物および前記担体の測定のそれぞれの三次元サブ画像を得るように、かつ１つまたは複数の前記取得サブ画像から前記対象物および前記担体の三次元画像を得るように構成された画像処理ユニットと、
− 前記三次元画像から前記担体における前記対象物の存在および／または位置を決定するように構成された計算ユニットと、
を含む装置を提供することを通して達成される。

本発明のさらなる目的は、システムにおいて所定の移動方向に移動している担体に置かれた対象物を分配および／または仕分けするための改良されたシステムを提供することである。

この目的は、
− 所定の移動方向に移動する少なくとも１つの担体と、
− 前記担体に置かれた対象物の存在および／または位置を測定するための少なくとも１つの装置であって、
− 入射光で前記対象物および前記担体を照射するように配置された少なくとも１つの光源と、
− 前記少なくとも１つの光源から所定の距離に置かれた少なくとも１つのセンサであって、前記担体が前記移動方向に移動されるときに前記対象物および前記担体からの反射光を検出することによって、前記対象物および前記担体を繰り返し測定するように、かつ検出光を電気信号に変換するように構成された少なくとも１つのセンサと、
− 電気信号を用いて、前記対象物および前記担体の測定のそれぞれの三次元サブ画像を得るように、かつ１つまたは複数の前記取得サブ画像から前記対象物および前記担体の三次元画像を得るように構成された画像処理ユニットと、
− 前記三次元画像から、前記担体における前記対象物の存在および／または位置を決定するように構成された計算ユニットと、
を含む装置と、
を含むシステムを提供することを通して達成される。

本発明のさらに他の目的および特徴は、添付の図面と共に検討される次の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、図面が、本発明を限定する定義としてではなく、もっぱら例証のために描かれ、定義ためには添付の特許請求の範囲を参照すべきことを、理解されたい。さらに、図面が必ずしも一定の縮尺で描かれてはいないこと、および特に示していない限り、図面が、本明細書で説明する構造および手順を単に概念的に示すように意図されていることを理解されたい。

図面において、同様の参照文字は、いくつかの図の全体を通して同様の要素を示す。

下記で、担体に置かれた対象物の存在、位置および形状を測定するための分配システムにおける装置の好ましい実施形態を説明する。

図１は、担体１３に置かれた対象物１２の存在および位置を測定するための分配システムにおける装置の第１の実施形態を示す。装置には、入射光で対象物１２および担体１３を照射するように配置された１つの光源１４が含まれる。光源１４は、対象物１２を横切る光のラインを生成する。少なくとも１つのセンサ１１が、対象物１２および担体１３からの反射光を検出し、かつ検出光を電気信号に変換するように構成されている。画像／信号処理ユニット（図示せず）が、電気信号に従って、対象物１２および担体１３の照射された断面のアナログまたはデジタル表現を作成するように構成されている。本発明の好ましい実施形態では、対象物１２および担体１３のデジタル表現（digital representation）が作成される。装置には、デジタル表現から対象物１２およびの担体１３の存在および位置を決定するように構成された計算ユニット（図示せず）がさらに含まれる。

本発明の第１の実施形態において、担体１３は、図１に矢印１で示す所定の移動方向に、測定装置に対して移動する。分配システムは複数の担体１３からなっているが、この場合に、各担体１３はまた、所定の移動方向とは異なる方向であって、好ましくは、図１に矢印２で示す、所定の移動方向にほぼ直交する方向に、移動することができる。担体１３は、たとえば平型か、椀型かまたはエッジを備えた平型など任意の形状であってもよい。椀型担体の一例を図５ａに示すが、別のタイプの椀型担体は、横断方向（ｘ−方向）にＵ字型の輪郭を有するが、しかし移動方向（ｙ−方向）に平坦な輪郭を有する担体である。さらに、担体は、フリップトレイ、クロスベルトソーター、コンベア等であってもよい。

対象物１２は、任意の形状、サイズ、材料または色であってもよく、担体１３のいかなる場所に置いてもよい。また、対象物は、２以上の担体に及ぶサイズであってもよい。または、代替として、同じ担体にいくつかの対象物を置けるほど小さくてもよい。

光源１４は、たとえば点光、線光、または多数の実質的な点もしくは線セグメントで構成された光などの構造光を生成し、またたとえば、レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、常光（電球）等の、用途に適した任意のタイプであってもよいが、これらは、当業者によく知られており、ここではこれ以上説明しない。本発明の好ましい実施形態では、レーザ光を用いるのが好ましい。

センサ１１は、光源１４から所定の距離に置かれている。センサ１１は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、または対象物の特徴を撮像するのに適した任意の他のカメラであってもよい。画像／信号処理ユニットは、センサ１１に一体化するか、センサ１１と同じハウジングに（カメラハウジングに）設けられた別個のユニットにするか、またはカメラハウジング外の完全に別個のユニットにしてもよい。センサ１１は、本システムにおいて、二次元（２Ｄ、輝度）および三次元（３Ｄ、距離）情報の両方を検出することできる。すなわち、対象物１２の輝度分布および幾何学的輪郭の両方を測定することができる。対象物１２の幾何学的輪郭（３Ｄ形状）についての情報は、三角測量を用いて得ることができる。すなわち、光源１４がセンサ１１から所定の距離に置かれている場合に、センサ１１における反射光の位置は、センサ１１から対象物１２までの距離を示す。２Ｄ情報は、それ自体、対象物１２の検出に役立つが、しかしまた、３Ｄデータの質の信頼度測定として用いてもよい。時折、センサ１１が反射光を少しも検出せず、このことが、対象物が存在することの表れである場合がある。この現象は、「欠測値」と呼ばれるが、以下でさらに説明する。

センサ１１は、光源１４によって照射された対象物１２および担体１３の複数の断面における、対象物１２および担体１３の２Ｄおよび３Ｄ情報を検出するように配置されている。すなわち、センサ１１は、担体１３が移動方向に沿って移動するときに対象物１２および担体１３を繰り返し測定（走査）して、対象物１２および担体１３の測定２Ｄおよび／または３Ｄ画像にまとめられる複数の断面画像（サブ画像）を得るように、配置されている。

装置には、対象物１２および担体１３の前記測定画像を判定するように構成された計算ユニット（図示せず）が含まれる。多数の名目上異なる担体形状を手動で記憶することによってか、または担体の形状を装置に自動的に教えることによって、装置は、異なるタイプの担体の基準画像を記憶することができるが、このことの意味は、あらゆるタイプの担体を用いることができ、それでもなお装置が、問題の担体の記憶された基準画像を測定画像と比較することによって、担体に置かれた対象物の形状を決定できるということである。傾いた、かつ／または振動している担体の形状であっても、装置によって取り扱うことができる。この形状は、基準画像の形状および角度で測定画像データを記録することによって得られ、かくして対象物の真の形状を決定することができる。また、同じやり方で、輝度および散乱（以下でさらに説明する）が担体においてどのように分散されるかを、計算ユニットに教えることができ、それによって、測定輝度および散乱を、記憶された基準と比較してもよい。計算ユニットは、センサ１１に一体化するか、センサ１１と同じハウジングに（カメラハウジングに）設けられた別個のユニットにするか、またはカメラハウジング外の完全に別個のユニットにしてもよい。

本発明の好ましい実施形態において、光源、センサ、画像処理ユニットおよび計算ユニットは、全て同じハウジング内に配置されている。

時折、センサは、反射光を少しも検出しないが、この現象は、「欠測値」と呼ばれる。欠測値の原因には、２つの説明が可能である。すなわち、以下では「オクルージョン（occlusion）データ」と呼び、図２および３ｂの記載に関連してより詳細に説明するが、レーザが遮られたために、センサが反射光を少しも検出しないか、または以下では「ロストデータ」と呼び、図３ｃおよび３ｄの記載に関連してより詳細に説明するが、たとえば、対象物が黒っぽい色および／または非常に反射する色である場合に、光が吸収されるかまたは受光器から離れるように反射されるために、センサが反射光を少しも検出しないかのどちらかである。

図２は、１つの光源１４および１つのセンサ１１を有する本発明の第１の実施形態を示す。光源１４が対象物１２を照射する場合に、センサが反射光を少しも検出しないエリアが形成されるが、これは、オクルージョンゆえに欠測値に帰着する。オクルージョンデータは、担体に対象物が存在することの表れである。図２に示すが、点Ａ−Ｅにおける断面は、対象物が計測点を通過するときに測定される。図２に示すＢ、ＣおよびＤにおいて、センサ１１は反射光を少しも検出せず、したがって、それは、オクルージョンデータエリアである。Ｅにおいて、センサ１１は、再び反射光を検出する。オクルージョンデータエリアの長さＬを知ることによって、装置は、たとえば、対象物の高さｈを計算することができ、たとえばこの情報を用いて、対象物１２の形状を検証してもよい。

図３ａは、対象物３２および邪魔なアーチファクト３６の２Ｄ輝度画像を示す。担体に、塗料、汚れおよびステッカなどの邪魔なアーチファクトがない場合には、対象物の２Ｄ形状および位置は、２Ｄ画像から抽出してもよい。しかしながら、図３ａに示す例において、担体にはアーチファクトがあり、したがって、対象物３２の２Ｄ形状および位置についての正確な情報は、抽出できない。

図３ｂは、図２ａと同じ対象物３２の３Ｄ距離画像を示すが、この場合に、対象物の一部が遮られている３７。すなわち、対象物の一部は、センサのＦｏＶの外にある。装置は、図２に説明するように、対象物検出プロセスにおいて３Ｄ情報の欠如を利用してもよい。

３Ｄ画像情報を用いる場合には、ほとんどの対象物が、確実に検出可能である。しかしながら、ある材料に対しては、３Ｄ画像取得によって確実な３Ｄ情報が与えられず、その結果は欠測値である。これは、たとえば、対象物が非常に反射するかまたは黒っぽい場合に、そのようになる。したがって、対象物の存在、位置および／または形状の最良の情報は、２Ｄおよび３Ｄ情報の両方を検出できるセンサを用いることによって得られる。２Ｄは、検出を支援することができ、また３Ｄデータの質の信頼度測定としても用いることができる。

図３ｃおよび図３ｄは、「ロストデータ」現象を示す。図３ｃにおいて、対象物および担体は、類似した黒っぽい色である。光が受光器から離れるように反射されるときなど、センサが対象物の反射光を少しも検出しない場合、それは、対象物が担体に存在することの表れであり、この欠測値を用いて、位置推定が決定される。

図４ａは、担体１３における対象物１２の斜視図を示すが、この場合に、担体はｙ−方向に移動している。

図４ｂは、対象物１２の断面の存在、位置および／または形状を決定するプロセスを示す。上端に、対象物１２の断面Ａ−Ａ、要するに、光源１４によって照射されたものが示されている。Ｒは、画像処理ユニットによって生成された、担体１３および対象物１２のＡ−Ａ断面３Ｄ（距離）画像である。Ｉ（輝度）は、対象物１２の断面Ａ−Ａから反射された測定輝度（２Ｄ）を示す。図で見られるように、輝度変調が対象物の後も継続するが、これは、たとえば汚れ、塗料、ステッカなど、他のアーチファクトが担体に存在することの表れである。最後の図は、計算ユニットによって決定された対象物のＡ−Ａ断面３Ｄ形状である。

図５ａは、対象物１２が置かれた椀型担体５３の斜視図を示す。担体はｙ−方向に移動する。

図５ｂは、椀型担体５３に置かれた対象物１２の断面の存在、位置および形状を決定するプロセスを示す。上端に、対象物１２の断面Ｂ−Ｂ、要するに、光源によって照射されたものが示されている。Ｒは、画像処理ユニットによって生成された、担体５３および対象物１２のＢ−Ｂ断面３Ｄ（距離）画像である。Ｉ（輝度）は、対象物１２の断面Ｂ−Ｂから反射された測定輝度（２Ｄ）を示す。Ｔは、装置によって学習された担体形状の３Ｄ断面基準画像を示す。最後の図は、ＲからＴを取り去ることにより、計算ユニットによって決定された対象物のＢ−Ｂ断面３Ｄ形状である。

図６ａは、クレジットカード、名刺などの非常に低い輪郭（高さ）を有する対象物６２の斜視図を示す。対象物６２は、ｙ−方向に移動する担体１３に置かれている。担体１３上の塗料、汚れまたはステッカなどの邪魔なアーチファクト６６もまた、図に見ることができる。

図６ｂは、担体１３における対象物６２の断面の存在および位置を決定するプロセスを示す。上端に、対象物６２のＣ−Ｃ断面、要するに、光源によって照射されたものが示されている。Ｒは、画像処理ユニットによって生成された、担体１３および対象物６２のＣ−Ｃ断面３Ｄ（距離）画像である。図から理解できるように、対象物６２の輪郭が低い場合には、対象物６２および担体１３のこの３Ｄ画像から、どんな情報を読み出すのも非常に難しい。Ｉ（輝度）は、対象物６２の断面Ｃ−Ｃから反射された測定輝度（２Ｄ）を示す。ある種のアーチファクト６６が、担体１３上に存在するので、輝度変調は、対象物６２の存在および位置を正確には識別しない。Ｓ（散乱）は、対象物６２の表面層における入射光の測定された散乱を示す。すなわち、対象物６２の材料に浸透して散乱した後の光は、それが、入った位置とは異なる位置で材料から現れたときに、記録される。これがどのように生じるかは、材料の内部特性に依存する。対象物６２およびアーチファクト６６が異なるタイプの材料からなる場合には、入射光は、違ったように散乱し、したがって、対象物６２の存在および／または位置は、この例では、散乱光を測定することによって識別される。散乱光を測定することは、たとえばＥＰ ７６５ ４７１によって以前から知られており、またこの特許を、参照によって本明細書に組み込んでいる。

図１〜６の構成には、単一の光源および単一のセンサが含まれる。しかしながら、２以上の光源およびセンサを用いてもよいことは、当業者にとって明らかである。多数の光源が、同じ光平面における対象物を照射し、これによって、オクルージョンが低減される。多数のセンサは、ＦｏＶの増加およびオクルージョンの低減を提供し得る。

図７、８および９は、第１の実施形態の代替実施形態を示す。代替実施形態は、以下でより詳細に説明する。

図７は、本発明による装置の第１の実施形態の代替を示す。装置には、異なる位置および角度からの、同じ光平面における入射光で、対象物１２および担体３３を照射するように配置された２つの光源７４ａ、７４ｂが含まれる。担体１３がｙ−方向に移動するときに、１つのセンサ７１が、光源７４ａ、７４ｂによって照射された対象物１２および担体１３の複数の断面における、対象物１２および担体１３からの反射光を検出するように配置されている。センサ７１は、さらに、検出光を電気信号に変換するように構成されている。少なくとも１つの画像／信号処理ユニット（図示せず）が、電気信号に従って、対象物および担体のアナログまたはデジタル表現を作成するように、したがってまた、対象物１２および担体１３の測定画像にまとめられる複数のサブ画像、すなわち各測定された断面のために一サブ画像を得るように、構成されている。少なくとも１つの計算ユニット（図示せず）が、測定画像から、対象物１２の存在、位置および形状を決定するように構成されている。２つの光源７４ａ、７４ｂは、センサ７１の両側にかつセンサ７１から所定距離で配置され、またオクルージョンを低減するように配置されている。

図８ａは、本発明による装置の第１の実施形態の別の代替を示す。装置には、異なる位置および角度からの、同じ光平面における入射光で、対象物１２および担体１３を照射するように配置された第１および第２の光源８４ａ、８４ｂが含まれる。装置には第１および第２のセンサ８１ａ、８１ｂが含まれるが、これらのセンサは、担体１３がｙ−方向に移動するときに、光源８４ａ、８４ｂによって照射された対象物１２および担体１３の複数の断面における、対象物１２および担体１３からの反射光を検出するように配置されている。センサ８１ａ、８１ｂは、さらに、検出光を電気信号に変換するように構成されている。少なくとも１つの画像／信号処理ユニット（図示せず）が、電気信号に従って、対象物１２および担体１３のアナログまたはデジタル表現を作成するように、したがってまた、対象物１２および担体１３の測定画像にまとめられる複数のサブ画像、すなわち各測定された断面のために一サブ画像を得るように、構成されている。少なくとも１つの計算ユニット（図示せず）が、測定画像から、対象物１２の存在、位置および形状を決定するように構成されている。２つのセンサ８１ａ、８１ｂが、担体１３上方に、かつｘ−方向において対象物１２の両側に、２つの光源８４ａ、８４ｂそれぞれから所定の距離で配置されている。第１および第２のセンサ８１ａ、８１ｂは、対象物／担体断面の部分図の情報を抽出し、オクルージョンを最小限にし、かつ／または各センサのＦｏＶをより大きな組み合わせＦｏＶに拡張するように構成されている。組み合わせＦｏＶが１つの単一センサを含む図７のＦｏＶより大きいことは、図８ａから見て取れる。第１および第２のセンサ８１ａ、８１ｂは互いに接続され、計算ユニット（図示せず）は、２つのセンサ８１ａ、８１ｂのうちの１つに配置されている。代替として、計算ユニットは、第１のセンサ８１ａおよび第２のセンサ８１ｂに接続された別個のユニットに配置される。

図８ｂは、図８ａと同じ実施形態を示すが、しかし上方から見られている。

図９は、本発明による装置の第１の実施形態のさらに別の代替を示す。装置には、担体１３がｙ−方向に移動するときに、入射光で対象物１２および担体１３を照射するように配置された１つの光源９４と、光源９４によって照射された対象物１２および担体１３の複数の断面における、対象物１２および担体１３からの反射光を検出するように配置された第１および第２のセンサ９１ａ、９１ｂとが含まれる。センサ９１ａ、９１ｂは、さらに、検出光を電気信号に変換するように構成されている。少なくとも１つの画像／信号処理ユニット（図示せず）が、電気信号に従って、対象物１２および担体１３のアナログまたはデジタル表現を作成するように、したがってまた、対象物１２および担体１３の測定画像にまとめられる複数のサブ画像、すなわち各測定された断面のために一サブ画像を得るように、構成されている。少なくとも１つの計算ユニット（図示せず）が、測定画像から、対象物１２の存在、位置および形状を決定するように構成されている。光源９４は、２つのセンサ９１ａ、９１ｂの間で、対象物１２の上方に配置されている。第１および第２のセンサ９１ａ、９１ｂは、担体１３の可動方向において光源９４の両側に、光源９４から所定の距離で配置され、また対象物／担体断面の部分図の情報を抽出するように配置されて、オクルージョンおよび欠測値を最小限にする。

図１０〜１１は、すべての上記の実施形態に追加可能なオプションのユニットを示す。

図１０は、本発明による装置の第２の実施形態を示す。装置には、入射光で対象物１０２および担体１０３を照射するように配置された光源１０４が含まれる。センサ１０１は、担体１０３がｙ−方向に移動するときに、光源１０４によって照射された対象物１０２および担体１０３の複数の断面における、対象物１０２および担体１０３からの反射光を検出するように、かつ検出光を電気信号に変換するように構成されている。少なくとも１つの画像／信号処理ユニット（図示せず）が、電気信号に従って、対象物１０２および担体１０３のアナログまたはデジタル表現を作成するように、したがってまた、対象物１０２および担体１０３の測定画像にまとめられる複数のサブ画像、すなわち各測定された断面のために一サブ画像を得るように、構成されている。少なくとも１つの計算ユニット（図示せず）が、測定画像から、対象物１０２の存在、位置および形状を決定するように構成されている。少なくとも１つの追加検出器１０５ａ〜ｃが、対象物１０２がセンサ１０１のＦｏＶの外の位置で担体１０３にあるかどうかを検出するように、配置されている。図１０に示す実施形態では、３つの検出器１０５ａ〜ｃが用いられる。検出器１０５ａ〜ｃは、点検出器、光スイッチ、光センサ、または対象物の存在および／もしくは位置の検出に適した任意の他の検出器であってもよい。大きな対象物１０２が担体１０３で搬送される場合には、センサ１０１が対象物１０２の全体を見ることが、困難なときもある。すなわち、対象物１０２は、センサ１０１のＦｏＶより大きい。この問題は２以上のセンサを用いることによって解決してもよいが、しかし場合によっては、１つまたは複数の検出器１０５ａ〜ｃを用いるほうが、より費用効率が高い。検出器１０５ａ〜ｃは、目下の用途のために最適化された測定が実行されるように、担体１０３上方のどこに配置してもよい。

図１１は、本発明による装置の第３の実施形態を示す。装置には、担体における対象物を照射するように配置された少なくとも１つの光源が含まれる。少なくとも１つのセンサが、担体１０３がｙ−方向に移動するときに、光源１０４によって照射された対象物１０２および担体１０３の複数の断面における、対象物および担体からの反射光を検出するように、かつ検出光を電気信号に変換するように構成されている。少なくとも１つの画像／信号処理ユニットが、電気信号に従って、対象物および担体のアナログまたはデジタル表現を作成するように、したがってまた、対象物および担体の測定画像にまとめられる複数のサブ画像、すなわち各測定された断面のために一サブ画像を得るように、構成されている。少なくとも１つの計算ユニットが、測定画像から、対象物の存在および位置を決定するように構成されている。少なくとも２つの検出器１１５ａ、１１５ｂが、検出器１１５ａ、１１５ｂの光線を担体が通過するときに、信号を供給するように配置されている。検出器は、点検出器、光スイッチ、光センサ、または測定に適した任意の他の検出器であってもよい。検出器を用いる目的は、捕捉を担体の移動と同期させ、それによって、関連情報が期待されない担体における部分の測定を回避することである。少なくとも２つの検出器は、担体の一側に、移動方向にほぼ直交して配置されている。担体は所定の方向に沿って移動して第１および第２の検出器を通過し、そのときに装置は、トリガ信号を受信する。図示の実施形態では、２つの検出器が示されている。しかしながら、当業者は、３以上の検出器を用いることによって、ある利点、たとえば、担体間のスペースが、関連情報が期待されない担体における部分（図ではΔｌ）より狭いケースにおいて、誤ったトリガ信号を防ぐ利点を有し得ることを、理解できる。

図に示す距離ＬおよびΔｌ、ならびにセンサの各サンプル間に経過する時間Δｔを知ることによって、装置は、各サンプル間の距離Δｘを計算することが可能であり、したがってまた、必要な情報を抽出することができる。すなわち、（担体の速度が一定である場合には）担体における対象物の位置を測定することができる。

代替として、距離ＬおよびΔｌを用いて距離Δｘを計算する代わりに、動作検出器を用いて捕捉を担体の動作と同期させ、担体における対象物の位置を測定できるようにする。動作検出器は、担体が移動方向に沿って移動するときにパルスを供給し、これらのパルスが、センサおよび／または計算ユニットによって受信される。

下記で説明するのは、分配システムにおいて所定の移動方向に移動している担体に置かれた対象物の存在および／または位置を測定するための方法であり、この方法には、少なくとも１つの光源による入射光で、前記対象物および前記担体を照射するステップと、前記担体が前記移動方向に移動するときに、少なくとも１つのセンサを用いて、前記対象物および前記担体からの反射光を検出することによって、前記対象物および前記担体を繰り返し測定するステップであって、この少なくとも１つのセンサが、前記少なくとも１つの光源から所定の距離に置かれているステップと、検出光を電気信号に変換するステップと、前記電気信号を用いて、前記対象物および前記担体の各測定から、前記対象物および前記担体の三次元サブ画像を得るステップと、１つまたは複数の前記取得サブ画像から、前記対象物および前記担体の三次元画像を得るステップと、前記三次元画像から、前記担体における前記対象物の存在および位置を決定するステップと、が含まれる。

さらなる実施形態において、本方法には、前記対象物からの反射光の輝度分布を決定するステップがさらに含まれる。

さらなる実施形態において、本方法には、前記三次元画像から、前記対象物の三次元形状を決定するステップが含まれる。

さらなる実施形態において、本方法には、前記三次元画像を、前記担体の形状の基準画像と比較するステップであって、基準画像が、計算ユニットに手動でまたは自動的に記憶されるステップがさらに含まれる。

別の実施形態において、本方法には、前記対象物の存在および位置を決定するために、前記対象物において散乱された光を測定するステップが含まれる。

追加的なさらなる実施形態において、本方法には、所定の移動方向と異なる別の方向にさらに可動な担体を提供し、それによって、前記対象物の判定された位置が前記担体における所定の位置エリアの外にある場合に、担体における前記対象物の位置が調節されるステップが含まれる。

さらなる実施形態において、本方法には、少なくとも２つの光源を用いることによってオクルージョンを低減するステップであって、これらの少なくとも２つの光源が、同じ光平面における前記対象物および前記担体を照射するステップが含まれる。

さらなる実施形態において、本方法には、少なくとも２つのセンサを用いることによってオクルージョンを低減するステップであって、これらの少なくとも２つのセンサが、異なる位置から前記対象物および前記担体を見るステップが含まれる。

追加的なさらなる実施形態において、本方法には、反射光が前記少なくとも１つのセンサによって検出されない場合には、得られたオクルージョンデータを用いることによって、前記対象物の最大高さを計算するステップがさらに含まれる。

さらなる実施形態において、本方法には、少なくとも１つの検出器を用いることによって、前記対象物の存在および位置の測定を最適化するステップであって、この少なくとも１つの検出器が、前記少なくとも１つのセンサの視野の外を測定しているステップがさらに含まれる。

追加的なさらなる実施形態において、本方法には、少なくとも１つの検出器を用いることによって、前記対象物の位置の測定を担体の移動と同期させるステップであって、同期化が、前記担体が移動方向に移動しているときにパルスを供給する動作検出器を用いることによってか、または担体が測定位置にあるときにトリガ信号を供給する少なくとも２つの検出器を用いることによって達成されるステップがさらに含まれる。

さらなる実施形態において、本方法には、三角測量を用いることによって前記対象物の形状を測定するステップが含まれる。

このように、本発明の好ましい実施形態に適用されたような、本発明の基本的で新規な特徴を図示し、説明し、指摘したが、例証した装置の形態および詳細ならびにそれらの動作における様々な省略ならびに取り替えおよび変更が、本発明の趣旨から逸脱せずに、当業者によってなされ得ることが、理解されるであろう。たとえば、同じ結果を達成するほぼ同じ方法で、ほぼ同じ機能を実現する、要素および／または方法ステップの全ての組み合わせが、本発明の範囲内であることがはっきりと意図されている。さらに、本発明のいずれかの開示した形態または実施形態に関連して図示および／または説明した構造および／または要素および／または方法ステップを、設計選択の一般的な事柄として、本発明の任意の他の開示したか、説明したか、もしくは提案した形態または実施形態に組み込み可能であることを認識すべきである。したがって、本明細書に添付された特許請求の範囲が示すようにだけ限定されるように、意図されている。

本発明の第１の実施形態に従って、分配システムにおける担体に置かれた対象物の存在、位置および形状を測定するための装置を概略的に示す。 センサが反射光を少しも検出しないオクルージョンエリアが形成される、本発明の第１の実施形態を示す。 対象物および邪魔なアーチファクトの２Ｄ輝度画像を示す。 自身の一部が遮られた対象物の３Ｄ距離画像を示す。 黒っぽい担体に置かれた黒っぽい対象物の２Ｄ画像を示す。 「ロストデータ」現象を示す。 平坦な担体に置かれた対象物の斜視図を示す。 平坦な担体に置かれた対象物の存在、位置および形状を決定するプロセスを示す。 椀型担体に置かれた対象物の斜視図を示す。 椀型担体に置かれた対象物の存在、位置および形状を決定するプロセスを示す。 平坦な担体に置かれた、非常に低い輪郭（高さ）を有する対象物の斜視図を示す。 非常に低い輪郭（高さ）を有する対象物の存在および位置を決定するプロセスを示す。 １つのセンサおよび２つの光源が用いられる、本発明による装置の第１の実施形態の代替を概略的に示す。 ２つのセンサおよび２つの光源が用いられる、本発明による装置の第１の実施形態の別の代替を概略的に示す。 図８ａに示すのと同じだが、しかし上方から見た実施形態を示す。 １つの光源および２つのセンサが用いられる、本発明による装置の第１の実施形態のさらに別の代替を概略的に示す。 追加の検出器が、担体に大きな対象物があるかどうかを検出するように配置された、本発明による装置の第２の実施形態を概略的に示す。 追加の検出器を用いて捕捉を担体の動作と同期させ、担体における対象物の位置を測定することができるようにする、本発明による装置の第３の実施形態を概略的に示す。

Claims (32)

1. 分配システムにて、所定の移動方向に移動する担体に置かれた対象物の存在および／または位置を測定するための方法であって、
   − 少なくとも１つの光源による入射光で、前記対象物および前記担体を照射するステップと、
   − 前記担体が前記移動方向に移動されるときに、前記少なくとも１つの光源から所定の距離に置かれている少なくとも１つのセンサを用いて、前記対象物および前記担体からの反射光を検出することによって、前記対象物および前記担体を繰り返し測定するステップと、
   − 前記検出光を電気信号に変換するステップと、
   − 前記電気信号を用いて、前記対象物および前記担体の各測定から、前記対象物および前記担体の三次元サブ画像を得るステップと、
   − １つまたは複数の前記取得サブ画像から、前記対象物および前記担体の三次元画像を得るステップと、
   − 前記三次元画像から、前記担体形状を基準画像として差し引いて、前記担体上の前記対象物の存在および／または位置を決定するステップと、
   を備えて構成される方法。
2. 前記対象物からの反射光の輝度分布を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記三次元画像から、前記対象物の三次元形状を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記対象物の三次元形状を決定するステップが、前記三次元画像から、前記担体の形状の基準画像を差し引くステップを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記基準画像が、計算ユニットに手動で記憶される、請求項４に記載の方法。
6. 前記基準画像が計算ユニットに自動的に記憶され、このユニットが前記担体の形状を自動的に教えられる、請求項４に記載の方法。
7. 前記対象物にて散乱された光を測定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記担体が、前記所定の移動方向と異なる別の方向にさらに可動であり、それによって、前記対象物の所定の位置が前記担体における予め決められた位置エリアの外にある場合に、担体上の前記対象物の位置が調節される、請求項１に記載の方法。
9. 同じ光平面における前記対象物および前記担体を照射する少なくとも２つの光源か、異なる位置から前記対象物及び前記担体を見る少なくとも２つのセンサのいずれかを用いることによってオクルージョンを低減するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記少なくとも１つのセンサによって反射光が検出されない場合には、前記対象物の位置が、得られたオクルージョンデータ又はロストデータを用いることにより計算される、請求項１に記載の方法。
11. 少なくとも１つの検出器を用いることによって、前記対象物の測定を前記担体移動と同期させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記担体が前記移動方向に移動しているときにパルスを供給する動作検出器を用いることによって同期化が達成される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記担体が測定位置にあるときにトリガ信号を供給する少なくとも２つの検出器を用いることによって同期化が達成される、請求項１１に記載の方法。
14. 三角測量を用いることによって形状測定が行われる、請求項１に記載の方法。
15. 分配システムにて、所定の移動方向に移動する担体に置かれた対象物の存在および／または位置を測定するための装置であって、
    − 入射光で前記対象物および前記担体を照射するように配置された少なくとも１つの光源と、
    − 前記少なくとも１つの光源から所定の距離に置かれた少なくとも１つのセンサであって、前記担体が前記移動方向に移動されるときに前記対象物および前記担体からの反射光を検出することによって、前記対象物および前記担体を繰り返し測定するように、かつ前記検出光を電気信号に変換するように構成された少なくとも１つのセンサと、
    − 前記電気信号を用いて、前記対象物および前記担体の測定のそれぞれの三次元サブ画像を得るように、かつ１つまたは複数の前記取得サブ画像から前記対象物および前記担体の三次元画像を得るように構成された画像処理ユニットと、
    − 前記三次元画像から前記担体形状を基準画像として差し引いて、前記担体上の前記対象物の存在および／または位置を決定するように構成された計算ユニットと、
    を備えて構成される装置。
16. 前記計算ユニットが、前記対象物からの反射光の輝度分布を決定するようにさらに構成されている、請求項１５に記載の装置。
17. 前記計算ユニットが、前記三次元画像から前記対象物の三次元形状を決定するようにさらに構成されている、請求項１５に記載の装置。
18. 前記計算ユニットが、前記三次元画像から前記担体の形状を基準画像として差し引くために構成されている、請求項１７に記載の装置。
19. 前記基準画像が前記計算ユニットに手動で記憶される、請求項１８に記載の装置。
20. 前記計算ユニットが、前記担体の形状を自動的に学習するように構成されている、請求項１８に記載の装置。
21. 前記センサが、前記対象物にて散乱された光を測定するようにさらに構成されている、請求項１５に記載の装置。
22. 前記光源が、次の光、すなわち、線光、点光、または多数の点もしくは線セグメントで構成された光の１つを生成するように構成されている、請求項１５に記載の装置。
23. ２つの光源および１つのセンサを備える請求項１５に記載の装置であって、前記２つの光源が、前記センサの両側に、かつ前記センサから所定の距離に配置され、前記２つの光源が、同じ光平面にて前記対象物および前記担体を照射するように、かつオクルージョンを低減するように配置されている装置。
24. 第１および第２のセンサならびに第１および第２の光源を備える請求項１５に記載の装置であって、前記第１および第２のセンサが互いに接続され、前記計算ユニットが、前記２つのセンサのうちの１つに配置されている装置。
25. 第１および第２のセンサならびに第１および第２の光源を備えて構成される請求項１５に記載の装置であって、前記第１および第２のセンサが互いに接続され、前記計算ユニットが、前記２つのセンサに接続された別個のユニットとして配置されている装置。
26. 前記装置が、第１および第２のセンサならびに１つの光源を含み、前記光源が、前記２つのセンサ間で前記対象物の上方に配置され、前記第１および第２のセンサが、前記光源から所定の距離で、前記担体の前記移動方向において、前記光源の両側に配置され、かつオクルージョンを低減するように配置されている、請求項１５に記載の装置。
27. 前記対象物の測定を担体移動と同期させるように構成された少なくとも１つの検出器をさらに備える、請求項１５に記載の装置。
28. 前記担体が前記移動方向に移動しているときに、動作検出器が、前記対象物の位置の測定を前記担体移動と同期させるように用いられ、かつ前記対象物へ向かってパルスを供給するように構成されている、請求項２７に記載の装置。
29. 前記担体が測定位置にあるときに、トリガ信号を供給することによって前記同期化を達成するように構成された少なくとも２つの検出器を含み、前記少なくとも２つの検出器が、次のもの、すなわち、点検出器、光スイッチまたは光センサのうちの１つである、請求項２７に記載の装置。
30. 対象物を分配および／または仕分けするためのシステムであって、
    − 所定の移動方向に移動する少なくとも１つの担体と、
    − 前記担体に置かれた対象物の存在および／または位置を測定するための少なくとも１つの装置と
    を備えて構成されるシステムであって、
    上記少なくとも１つの装置が、
    − 入射光で前記対象物および前記担体を照射するように配置された少なくとも１つの光源と、
    − 前記少なくとも１つの光源から所定の距離に置かれた少なくとも１つのセンサであって、前記担体が前記移動方向に移動されるときに前記対象物および前記担体からの反射光を検出することによって、前記対象物および前記担体を繰り返し測定するように、かつ前記検出光を電気信号に変換するように構成された少なくとも１つのセンサと、
    − 前記電気信号を用いて、前記対象物および前記担体の測定のそれぞれの三次元サブ画像を得るように、かつ１つまたは複数の前記取得サブ画像から前記対象物および前記担体の三次元画像を得るように構成された画像処理ユニットと、
    − 前記三次元画像から前記担体形状を基準画像として差し引いて、前記担体における前記対象物の存在および／または位置を決定するように構成された計算ユニットと、
    を有する、システム。
31. 前記対象物の決定された位置が前記担体における所定の位置エリアの外にある場合に、前記所定の移動方向と異なる別の方向に移動するように、かつ前記担体における前記対象物の位置を調節するように前記担体がさらに構成されている、請求項３０に記載のシステム。
32. 前記担体が、次のもの、すなわち、フリップトレイ、ベルトソーター、クロスベルトトレイまたはコンベアのうちの１つであって、次の形状、すなわち、椀型、平型、またはエッジを備えた平型のうちの１つを有する、請求項３０に記載のシステム。

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