DETECTION DE PRESENCE MULTIPLE DOBJECTS DANS UNE MACHINE DE TRI
La présente invention concerne la détection de la présence multiple d'objets plats dans les conteneurs de convoyage dit godets à fond en "V" d'une machine de tri. Dans ce type de machines, les godets sont destinés à transporter unitairement des objets plats entre un lieu de chargement et l'un parmi une pluralité de lieux de destination le long de la ligne de convoyage, sélectionné en fonction de l'adresse de l'objet. En règle générale la distribution unitaire des objets dans les godets est effectuée à partir de dispositifs de dépilage.
Dans la pratique, et pour diverses raisons dont le caractère fortement hétérogène des objets traités dans la principale application qui est le tri postal, les incidents de dépilage sont fréquents, qui se traduisent par le chargement de plusieurs objets au lieu d'un seul dans un même godet. Et dans ce cas, les objets indûment transportés ont toutes les chances d'être ensuite mal acheminés, pour arriver à leur destinataire très retardés et au terme d'un périple qui aura fait monter nettement le prix de revient de l'opération.
La présente invention résulte d'une recherche de solution à ce problème, et elle consiste en un procédé et un dispositif de détection de la présence multiple d'objets plats dans les godets à fond en "V" d'une machine de tri, en aval du lieu de chargement, la difficulté de cette détection étant due notamment au
fait que les objets étant transportés en appui sur leur tranche inférieure, celle-ci descend naturellement jusque dans le coin de fond du godet, et que par conséquent, en cas de pluralité d'objets dans le même godet, leurs tranches inférieures auront fortement tendance à s'accoler les unes contre les autres, sans présenter entre elles de solutions de continuité.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : (1) faire franchir par les godets, en aval du lieu de chargement, une voie orientée selon la trajectoire de ces derniers et constituée par le brin supérieur d'un arrangement en bande sans fin, ladite voie défilant dans le même sens que les godets et à une vitesse égale ou légèrement supérieure à celle des godets, et passant à l'intérieur des godets lorsque ceux-ci la franchissent, à un niveau légèrement supérieur à celui du point le plus bas du fond intérieur des godets, de telle manière que les objets transportés s'engagent sur ladite voie par leurs tranches inférieures venant en contact avec le moyen de renvoi amont dudit arrangement en bande sans fin en un point en position horaire antérieure à douze heures, pour s'élever dans les godets lors du transit sur ladite voie, et être écartées entre elles si elles sont plusieurs dans un même godet ;
(2) réaliser des images de la tranche inférieure des objets transportés lors de leur passage sur ladite voie ; et (3) traiter les images réalisées à l'étape (2) en vue d'obtenir une indication de présence multiple d'objets ou non dans les godets après chaque passage audit poste de chargement.
Pour obtenir des images significatives à l'étape
(2), l'éclairage est avantageusement dirigé avec une incidence relativement rasante par rapport aux objets transportés, et de l'aval vers l'amont relativement à direction de déplacement des godets.
L'image obtenue selon le procédé et traitée à l'étape (3) fait ainsi apparaître la tranche inférieure d'un objet sous forme d'une bande longitudinale claire dans un fond sombre. Une image significative de présence multiple d'objets comporte donc au moins un sillon intermédiaire sombre entre deux zones longitudinales claires.
Dans l'application pour laquelle l'invention a été réalisée, s'agissant du tri postal, l'hétérogénéité des objets traités n'est pas seulement d'ordre dimensionnel, mais elle porte également sur la nature des enveloppes pour lesquelles du film en matière synthétique est de plus en plus utilisé. Et dans le cas d'enveloppes transparentes, la réalisation d'images à l'étape (2) nécessite un soin particulier pour faire la discrimination entre la présence dans les godets d'un pli unique avec une telle enveloppe transparente et la présence de plusieurs objets.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, une solution est apportée à ce problème en prévoyant en plus de l'éclairage en lumière normale nécessaire à l'obtention d'images, un éclairage additionnel en lumière structurée telle que lumière laser, destiné à produire une trace transversale sous forme d'une ligne sur l'image des objets. Si l'objet transporté est un pli sous enveloppe en matière plastique, qui a pu faire apparaître sur l'image résultant de l'éclairage normal un sillon sombre
intermédiaire entre deux zones claires, la trace transversale résultant dudit éclairage additionnel n'est pas interrompue au niveau dudit sillon intermédiaire sombre, et cette indication s'impose à l'indication erronée de présence multiple d'objets liée à la détection sur l'image dudit sillon intermédiaire. Si, au contraire, plusieurs objets sont transportés simultanément dans un même godet, la trace transversale résultant dudit éclairage additionnel présente une interruption au niveau dudit sillon intermédiaire, confirmant l'indication de présence multiple relative à ce dernier.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, ledit éclairage additionnel peut être émis sous forme d'un pinceau plat, avantageusement vertical, à partir d'un point au-dessous des godets, et dirigé vers le haut et vers l'amont par rapport à la direction de déplacement des godets ; et il peut en outre être dirigé avec une obliquité transversale par rapport à la direction de déplacement des godets, pour augmenter la lisibilité sur les images des interruptions de ladite trace issue de lui, les interruptions faisant alors apparaître ladite trace sous forme de virgules successives dont les extrémités adjacentes sont nettement décalées.
D'autres caractéristiques du procédé selon l'invention, concernant notamment le traitement d'image de l'étape (3) , apparaîtront dans la description suivante. L'invention concerne également un dispositif pour mettre en oeuvre ledit procédé, comprenant en combinaison :
un arrangement en bande sans fin immédiatement en aval du lieu de chargement des godets, dont le brin supérieur forme à partir d'un moyen de renvoi amont une voie orientée selon la trajectoire des godets, laquelle voie est disposée de telle manière que lorsqu'elle est franchie par les godets, elle pénètre à l'intérieur de ceux-ci, à un niveau légèrement au-dessus du point le plus bas du fond intérieur des godets, et défile dans le même sens que les godets et à une vitesse égale ou légèrement supérieure à celle des godets ; des moyens de réalisation d'images de la tranche inférieure des objets transportés lors de leur passage sur ladite voie ; et des moyens de traitement d'images pour détecter la présence multiple d'objets dans les godets.
Ces caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, faite en relation avec les dessins joints, dans lesquels : la Fig. 1 est une vue schématique, de côté, des parties mécanique et optique pour la réalisation d'images d'un dispositif selon l'invention, installées dans une machine de tri postal ; la Fig. 2 est une vue de devant de l'ensemble représenté à la Fig. 1 ; la Fig. 3 est une vue de côté schématique, illustrant le principe de fonctionnement de la partie mécanique ;
Les Figs. 4 à 7 sont des vues représentant des exemples d'images obtenues avec un dispositif selon l'invention ; et
les Figs. 8 et 9 sont des graphiques relatifs à l'analyse des images réalisée à l'étape (3) du procédé selon l'invention.
Considérant d'abord les Figs. 1 et 2, elles illustrent donc un dispositif selon l'invention installé dans une machine de tri postal pour objets plats comportant un carrousel de godets qui desservent une pluralité de destinations en aval d'un poste de chargement. A la Fig. 1, la machine est schématiquement représentée par un bloc de trois godets successifs G se trouvant directement en aval d'un poste de chargement non montré, et se déplaçant dans la direction de la flèche F. Les godets G ont pour vocation d'acheminer un seul objet à la fois, lequel est chargé par le haut et descend jusqu'à s'appuyer sur le fond par sa tranche inférieure, à proximité immédiate d'un même côté pour tous les godets (le côté de droite à la Fig. 2) en raison d'un taquage préalable des objets.
Le déchargement des godets G est assuré par escamotage du fond qui, à cet effet, consiste en un volet pivotant V. Pour des raisons d'efficacité de déchargement, le volet V est assez fortement incliné et forme donc avec la paroi arrière de godet un coin interne d'angle relativement fermé ou pointe P. De ce fait, et comme l'illustre le dessin, les objets pour la plupart descendent dans les godets jusqu'à ce que leur tranche inférieure T vienne se placer au plus profond dans la pointe P. Et si par inadvertance, deux objets
(ou plus) ont été chargés dans un même godet, dans la grande majorité des cas, leurs tranches inférieures T seront accolées les unes contre les autres, sans espacement aucun, comme illustré dans le godet amont à la Fig. 1.
Devant cette problématique, il a néanmoins été choisi, selon l'invention, pour la détection de présence multiple d'objets dans les godets (au sens ici de plusieurs objets se trouvant ensemble dans un même godet) , d'opérer par le bas au niveau des tranches des objets, en intégrant dans le processus de détection une première étape consistant en une action sur lesdites tranches inférieures, en vue de créer entre elles si elles sont plusieurs dans un même godet, une séparation significative pour la suite du processus.
Selon l'invention, la séparation entre tranches inférieures d'objets dans un même godet est créée en les faisant rencontrer le moyen de renvoi amont Ra d'une voie horizontale S en bande sans fin disposée longitudinalement sous la trajectoire des godets, directement en aval du poste de chargement de ceux-ci, ladite voie S, lorsqu'elle est franchie par les godets, pénétrant à l'intérieur de ceux-ci, à un niveau légèrement au-dessus du fond interne des godets G en leur pointe P, et défilant dans le même sens que les godets G, à une vitesse égale à la leur sinon légèrement supérieure.
Comme l'illustre clairement la Fig. 3 qui représente les deux tranches inférieures T d'une même paire d'objets, d'abord au moment de leur rencontre avec le moyen de renvoi amont Ra, puis lors de leur transit sur la voie S , l'engagement des tranches T sur ladite voie S aura pour effet de les élever par rapport au fond des godets, et donc de leur offrir un espace plus large pour leur permettre de s'écarter. D'autre part, en rencontrant le moyen de renvoi amont A dans une position horaire d'environ 11 heures, les tranches T adjacentes seront distantes sur la périphérie de
celui-ci d'un segment de corde δ qui va se conserver horizontalement pourvu que l'adhérence sur la voie soit satisfaisante, ce qui est le cas en utilisant des courroies crantées. L'écartement δ ainsi créé, même s'il est minime, sera suffisant pour être efficacement exploitable dans la suite du procédé. A noter qu'on choisira de préférence ladite voie S assez large pour que cet écart soit créé sur une partie importante de la longueur des tranches inférieures d'objets. A noter également que ledit écart peut encore être augmenté en faisant défiler ladite voie S à une vitesse légèrement supérieure à celle des godets.
Le dispositif représenté aux Figs. 1 et 2 comporte les moyens précités pour écarter les tranches inférieures d'objets T, et des moyens associés pour la réalisation d'images des tranches inférieures écartées lors de leur passage sur la voie S, à savoir des moyens d'éclairage et un moyen de prise d'images.
Le dispositif est monté dans un bâti 1 comportant pour l'essentiel deux plaques latérales la et lb. Il est disposé longitudinalement sous la trajectoire des godets G, à proximité d'un même côté de ces derniers correspondant à un alignement de taquage, et directement en aval du poste de chargement des godets. L'arrangement en bande sans fin constituant la voie S comprend deux ensembles identiques en parallèle, chacun comprenant une courroie 2 passant sur des galets de renvoi amont et aval, respectivement 3 et 4, et un galet inférieur 5. Les brins supérieurs horizontaux des deux ensembles constituant la voie S, ainsi que par conséquent la partie supérieure des galets de renvoi 3 et 4, sont à un niveau légèrement supérieur à celui du fond intérieur des godets G lors du franchissement par
eux des deux ensembles, les godets G présentant des ajours ou echancrures de passage 6 dans le bas de leur paroi arrière et de leur volet V.
Dans les deux ensembles, l'entraînement des courroies 2 est assuré par les galets inférieurs 5 qui, à cet effet, sont montés sur un même axe transversal 7 connecté à un moyen d'entraînement, non montré. Les galets supérieurs 3 et 4 sont quant à eux montés indépendamment les uns des autres sur les plaques latérales la et lb, de sorte que l'espace vers le haut entre les deux ensembles est complètement dégagé et disponible pour les moyens d'éclairage et de prise d'images. A titre d'indication, dans un prototype ayant donné satisfaction, les galets de renvoi amont 3 ont un diamètre de 120 mm, la voie S étant surélevée d'environ
20 mm au-dessus du coin intérieur P des godets G. Est visible également à la Fig. 1, une rampe de glissement
8 menant d'amont en aval en montant sur la périphérie de chaque galet amont 3 , qui a pour fonction de contribuer au passage des objets sur les galets 3, et qui est surtout utile pour les objets fins et légers pour éviter les rebonds.
Les moyens d'éclairage comprennent une source de lumière 10, visible à la Fig. 1 mais non représentée à la Fig. 2 à des fins de clarté du dessin. La source 10 est disposée dans le haut et près de l'extrémité aval du dispositif, centralement entre les deux ensembles. Elle est dirigée longitudinalement vers le haut et vers l'amont, selon un angle d'environ 20° avec l'horizontale, sur la partie avant de la voie S. A cette zone éclairée, correspond un ajour 11 dans le fond des godets G, consistant en des echancrures dans leur paroi arrière et leur volet V. Le moyen de prise
d'image 15, s'agissant avantageusement d'une caméra numérique ou d'un capteur laser, est placé verticalement, juste au-dessous de la zone éclairée, la mise au point étant faite sur le plan de la voie S. Il est déclenché par un détecteur 16 placé légèrement en amont de la zone éclairée pour signaler l'arrivée des godets G. Le détecteur 16 est avantageusement un contacteur, actionné au pssage des godets par un plot fixé sur le côté de ceux-ci. A cet éclairage principal, est associé un éclairage en lumière structurée, par exemple sous forme de raie laser, provenant d'une source 12 placée au- dessous de la source principale 10. Cette lumière est dirigée sur la même zone que l'éclairage principal, selon un angle d'environ 40° avec l'horizontale, mais au lieu d'être longitudinale, elle présente une certaine obliquité transversale, fixée dans l'exemple représenté à 25°. La raie est avantageusement un pinceau plat vertical, de préférence divergent. Les Figs. 4 à 7 représentent les images que l'on obtient avec un dispositif tel que celui qui vient d'être décrit.
L'image de la Fig. 4 est représentative d'un godet vide. Les deux raies claires haute et basse repérées 20 représentent les deux côtés de la fenêtre 11 dans le fond du godet, et indiquent que l'éclairage a bien fonctionné. L'absence de ces raies témoigne d'un défaut de fonctionnement tel qu'absence d'éclairage.
L'image de la Fig. 5 correspond à la présence d'un seul objet dans le godet considéré, apparaissant sous la forme d'une unique bande transversale claire.
L'image de la Fig. 6 correspond à la présence de deux objets apparaissant sous la forme de deux bandes
claires transversales, nettement séparées par un sillon intermédiaire sombre ou frontière représentatif de l'intervalle entre tranches inférieures des deux objets. Enfin, l'image de la Fig. 7 correspond au cas particulier d'un seul objet (enveloppe transparente) dont l'image résultant de la source d'éclairage principale ne se différencie pas suffisamment d'une image de présence multiple pour permettre une discrimination. En revanche, on voit que cette discrimination devient évidente au vu de la trace transversale oblique 21 résultant de l'éclairage additionnel, du fait qu'elle n'est pas ici interrompue dans la traversée du sillon intermédiaire sombre normalement indicateur d'un intervalle entre objets, et se différencie très nettement de la trace 21 de la
Fig. 6 résultant de même de l'éclairage additionnel et qui, elle, se compose de deux segments écartés l'un de l'autre au niveau du sillon intermédiaire, et dont les extrémités adjacentes sont nettement décalées dans la direction transversale.
Le traitement de ces images va maintenant être décrit, dont le but est de contrôler les godets après chargement, en vue d'acheminer vers des destinations de la machine de tri réservées à cet effet, les objets anormalement transportés à plusieurs dans un même godet.
Il est effectué sur des images numériques dont chacun des pixels est doté d'une valeur de niveau de gris ou luminance entre 0 et 255. Etape 1 :
Elle consiste à déterminer si l'image à traiter comporte une information de présence d'objet. On peut
déduire qu'il y a présence d'objet si l'image présente localement une zone de luminance plus élevée.
Afin de détecter une telle zone de luminance plus élevée, l'algorithme réalise un profil horizontal, Fig. 6, et détermine si celui-ci a un pic, comme illustré au graphique de la Fig. 8 où sont reportées en abscisses les coordonnées horizontales des pixels et en ordonnées les valeurs de luminance ou niveau de gris. Comme indiqué sur la Fig. 6, la détection commence à mi-hauteur de l'image et se déroule vers le bas. Si à l'arrivée en bas de l'image, il n'y a pas eu détection d'un pic, cela indique l'absence d'objet dans le godet, ou bien un défaut d'éclairage, et la distinction peut être faite entre ces deux éventualités en prévoyant dans l'algorithme une détection des traces haute et basse 20 apparaissant sur l'image de la Fig. 4.
Etape 2 :
Il s'agit de rechercher des minima dans un pic détecté à l'étape 1.
Le profil précédent, Fig. 8, a permis de déterminer s'il y a présence ou non d'objet (s) dans le godet correspondant à l'image traitée. Ce profil, en vue d'optimiser le temps de traitement, est avantageusement réalisé en sommant quelques lignes horizontales, et il peut donc présenter des variations brusques dues au bruit du système. Afin de les éliminer, il est réalisé, à l'endroit où a été détectée la présence d'au moins un objet à l'étape 1, un nouveau profil correspondant à un plus grand nombre de lignes horizontales, par exemple cinquante, lequel profil sera suffisamment lisse pour la suite du traitement.
A partir du profil obtenu, sont déterminés tous les minima locaux susceptibles de représenter la séparation entre deux objets. Les minima, pour être retenus, devront répondre à trois critères : (a) la dynamique des crêtes encadrant le minima doit être égale à au moins 30 ; la dynamique étant la différence entre les valeurs de luminance de la crête et du minima ;
(b) les pentes de part et d'autre du minima jusqu'aux crêtes qui l'encadrent doivent être suffisamment importantes ;
(c) les valeurs mesurées des deux pentes de part et d'autre du minima doivent être du même ordre.
Le diagramme de la Fig. 9 comporte un profil avec un pic où les deux premiers minima A et B répondent aux trois critères (a) , (b) et (c) et seront donc retenus pour la suite du traitement, tandis que le minima C sera ignoré.
Etape 3 :
Elle consiste en un suivi de contour sur l'image d'origine. A partir des coordonnées du minima retenu sur le profil et de la position du profil sur l'image, il est possible de retrouver où se trouve le minima dans l'image d'origine. Dans cette étape, il sera vérifié si le minima retenu qui indique un écart potentiel entre deux objets est suffisamment important. A cet effet, il est procédé à un suivi de contour de l'espace du minima et à une mesure de sa longueur, de la façon illustrée à la Fig. 6.
Dans une première phase de cette étape, il est recherché ligne à ligne, à partir de l'endroit où a été réalisé le profil, la présence d'un minima. La zone de
recherche est restreinte en fonction des coordonnées du minima et des deux crêtes l'encadrant (maxima) trouvés sur le profil de départ. A chaque ligne, on recherche le minima et les deux maxima, puis on mesure l'écart entre les deux maxima, qui doit être suffisamment significatif (par exemple supérieur à 5 pixels) pour être pris en compte.
La deuxième phase consiste à déterminer le point du minima de plus faible luminescence, qui servira à déterminer le point de départ pour le traitement de la ligne suivante, exactement au-dessus ou au-dessous suivant le sens de déroulement de l'opération. Ce point immédiatement au-dessus ou au-dessous doit avoir lui aussi une luminance très faible. Dans le cas contraire, une pénalité est affectée à la zone explorée. Le point de plus faible luminance sert également pour la détection d'une trace 21 résultant d'un éclairage additionnel en lumière structurée (telle que lumière laser) , laquelle détection sera effectuée à l'étape suivante du traitement.
Dans la troisième phase, un score est calculé, qui détermine si la zone explorée est suffisamment significative d'un espace entre objets. Pour ce faire, est cumulé le nombre de points de plus faible luminescence pour lesquels la condition précitée d'écart entre maxima au-delà du minimum est satisfaite. Ce score est diminué du nombre de pénalités, et il est normalisé par rapport à la longueur du contour.
Il est conclu à la présence multiple d'objets à la double condition que le score soit supérieur à 70 % et que le nombre de pénalités ne dépasse pas 20.
Etape 4 :
Il s'agit d'analyser la trace 21 précitée résultant de l'éclairage additionnel pour confirmer ou infirmer les indications de présence multiple d'objets résultant de l'étape précédente. Si dans la deuxième phase de l'étape précédente, il est détecté un premier point d'exploration d'une ligne qui devrait être un minima avec une valeur de luminance nettement supérieure à celle du point immédiatement au-dessus ou au-dessous (par exemple supérieure à la demi-somme des valeurs de ce minima adjacent et d'un de ses maxima) , l'algorithme procède à la recherche d'une trace 21. Pour cela, une exploration a lieu à droite et à gauche dudit premier point détecté pour rechercher une zone saturée de faible largeur. Si le critère est vérifié à gauche et à droite dudit premier point, l'algorithme arrête l'exploration du contour considéré, concluant qu'il n'y a pas interruption de la trace 21 au niveau de ce contour, et que par conséquent, ce dernier ne correspond pas à un espace entre deux objets. Les coordonnées des extrémités de la trace 21 sont sauvegardées pour l'étape suivante.
Etape 5 :
Il s'agit de l'analyse finale. L'image a été subdivisée en deux parties indépendantes haute et basse qui ont subi chacune le traitement des étapes 1 à 4. Et la synthèse des résultats obtenus sur les deux parties de l'image est maintenant effectuée. L'indication de présence multiple d'objets est finalement déclarée s'il est satisfait cumulativement à trois conditions :
- qu'il y ait eu détection de présence multiple dans les deux parties de l'image ;
- que les sillons ou frontières entre objets détectés sur les deux demi-images soient geographiquement proches (par exemple distants de moins de vingt pixels) ;
- que le sillon détecté ne soit pas compris entre les deux extrémités d'une trace 21 détectée.
A noter que la trace 21 ne se trouve que dans une des parties des images, et que sa recherche n'est donc effectuée que dans cette partie.