DE19509631A1 - Verfahren und Einrichtung zum Erkennen und Sortieren von Getränkebehältern, insbesondere Flaschen und Flaschenkästen - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zum Erkennen und Sortieren von Getränkebehältern, insbesondere Flaschen und FlaschenkästenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtungen zum Erkennen und
Sortieren von Flaschen und Flaschenbehältern.
Hierbei beinhalten die Ansprüche 1 bis 14 Verfahren und Einrichtungen zum Er
kennen und Sortieren von Flaschen in einem üblichen Flaschenbehälter in Form
von Kunststoffkästen, die Ansprüche 15 bis 18 beinhalten Verfahren und Einrich
tungen zum Erkennen und Sortieren von freistehenden Einzelflaschen.
In vielen Bereichen der Getränkeindustrie und des Getränkehandels ist eine
Sortierung von Flaschenkästen nach ihrem Inhalt erforderlich. Die Kriterien sind
dabei die Anzahl und der Typ der Flaschen im Kasten.
Hierbei ist entweder die Höhe der Flasche oder deren Mündungsdurchmesser
oder beides in der Regel ausreichend.
Zur deren Erfassung werden derzeit meistens Ultraschallsensoren verwendet, die
über dem Kasten angebracht sind. Diese Sensoren erfassen die Höhe der Mün
dungen. Da die Erfassungskeule der Sensoren örtlich beschränkt ist, muß entwe
der für jede Fachreihe des Kastens ein Sensor vorgesehen werden, oder die
Sensoren müssen relativ zum Kasten bewegt werden.
Die Auflösung der Ultraschall-Scans ist in jedem Falle zu schlecht, um eine exak
te Vermessung der Mündungsdurchmesser zu gewährleisten.
Für die Verwendung in Leergutrücknahmeautomaten müssen zudem die Ultra
schallsensoren die gesamte Kastenfläche in einer gerasterten Bewegung ab
scannen, da Position der Flaschen im Kasten bei der vorkommenden Kastenviel
falt nicht bereits vor dem Scan grob vorbestimmt werden kann. Damit ist die Ge
schwindigkeit der Abtastung von vornherein sehr begrenzt. Schließlich ist die
Bewegung der Sensoren eine Verschleißquelle, welche auf die Lebensdauer ei
nen negativen Einfluß hat.
Des weiteren ist ein Triangulations-Verfahren bekannt, wonach eine Kamera von
oben schräg auf den Kasten gerichtet ist und der Kasten von oben beleuchtet
wird. Sofern die Kasten-Fach-Einteilung bekannt ist, kann hieraus die Sollposition
der Flaschenmündungen abgeleitet werden. Da die Kamera-Achse mit der Ka
stengrundebene einen Winkel bildet, bilden sich die Mündungen in Abhängigkeit
von ihrer Höhe im Kamera-Bild jeweils an einem anderen Ort ab. Ist im Suchbe
reich eine Mündung vorhanden, so kann von einer korrekten Flaschenhöhe aus
gegangen werden. Das Verfahren wird noch verbessert, wenn eine zweite Kame
ra z. B. von oben die Positionen der Flaschen im Kasten registriert. Dann kann
auch ein evtl. auftretender seitlicher Versatz der Flasche keine Fehlerkennung
hervorrufen. Zur Auswertung ist ein Verfahren bekannt, das mit geraden Meßlini
en operiert und entlang der Meßlinien Übergänge zwischen den ringförmigen Re
flektionen der Mündungen und des Hintergrundes bestimmt.
Der Nachteil dieses Verfahrens liegt in seiner Abhängigkeit vom Kontrast im
Suchbereich. Da die Mündungen hell abgebildet werden, können helle Etiketten
im Hintergrund (z. B. auf der Flasche im jeweils nächsten Fach) die Erkennung
beeinträchtigen. Probleme entstehen auch, wenn z. B. ein dunkler Verschluß
aufsitzt, der zum Flaschenhals nur einen schwachen Kontrast aufweist.
In der Regel bilden sich die Mündungen infolge geringfügiger geometrische Tole
ranzen oder Verschmutzungen auch nicht als kompletter, geschlossener Ring ab,
so daß die Meßlinien oft keine Übergänge finden.
Das Verfahren und die Einrichtung gemäß Ansprüchen 1 bis 4 führen dagegen
auch bei geringem Kontrast und bei nicht vollständig oder ungleichmäßig abge
bildeten Mündungen - wie sie im Leergutbereich infolge von Verschmutzungen
häufig vorliegen - eine zuverlässige Erkennung der Mündungen.
Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung, bestehend aus dem Flaschenkasten (1)
auf einer Transporteinrichtung (2), der Beleuchtung (3), einer Kamera (4) für die
für die schräge Draufsicht sowie ein angeschlossenes Bildverarbeitungssystem
(6) mit Monitor (8). Die Kamera für die Draufsicht blickt hier über einen halb
durchlässigen Spiegel (9) auf den Kasten. Eine solche Anordnung hat gegenüber
einem direkten Durchblick der Kamera durch eine Öffnung in der Beleuchtung den
Vorteil, aus größerer Entfernung, also mit quasi-parallelem Strahlengang den
Kasten aufzunehmen. Dadurch werden alle Mündungen einer Flaschensorte auch
annähernd gleich groß und ohne relevante perspektivische Verzerrungen abge
bildet. Eine großflächige Beleuchtung, die nahe an der Kastenoberfläche ange
bracht ist und die den Kasten überdeckt führt bei Sicht orthogonal von oben zu
einer Abbildung gemäß Fig. 2. Die Außenfläche der Flasche (10) kann dabei je
nach Flaschenfarbe unterschiedliche Helligkeitswerte einnehmen, erscheint je
doch im Halsbereich dunkel. Die Flaschenmündung zeigt jedoch zwischen dem
dunklen Innenrand (11) und dem dunklen Außenrand (12) stets einen hellen
Kreisring (13), der Unterbrechungen aufweisen kann. In gleicher Weise wird ein
Verschluß - auch wenn er einen dunklen Helligkeitswert aufweist, gegenüber dem
dunklen Halsbereich in der Regel etwas heller erscheinen.
Zunächst soll die Aufgabenstellung erörtert werden, in einem Flaschenkasten die
Anwesenheit einer bestimmten Flaschentype mit einem einheitlichen Mündungs
durchmesser in jedem Flaschenfach zu detektieren, und Fächer, die nicht oder mit
Flaschen anderer Sorten belegt sind zu registrieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht in einer Variante davon aus, daß ein be
stimmter Kastentyp mit seiner Facheinteilung einmal dem System geteacht wurde,
so daß die Mittelpunkte der Fächer und damit die vermutete Flaschenposition be
kannt ist.
Für das interaktive Teachen der Fachpositionen wird das Bild in den Bildspeicher
aufgenommen und am Monitor angezeigt. Mittels in den Monitor eingeblendeter
Fadenkreuze, die z. B. mit Cursortasten im Bildfeld verschoben und verankert wer
den können, kann der Bediener dem System die Position der Mittelpunkte der Fä
cher mitteilen. Auch für die im weiteren beschriebenen Teach-Vorgänge sind
menügeführte Software-Verfahren allgemein bekannt, so daß auf eine detaillierte
Darstellung verzichtet werden kann.
Gemäß Fig. 2 wird sodann ein Abtastkreis (14) definiert, der in seinem Durch
messer identisch ist mit dem mittleren Durchmesser des hellen Kreisrings, der in
folge der Reflexionen der Beleuchtung an der Mündung im Bild erscheint. Des
weiteren wird ein Suchbereich definiert, innerhalb dessen nach der Mündung ge
sucht werden soll. Dieser Suchbereich wird vorteilhafterweise so groß um den
Mittelpunkt jeden Faches gebildet, daß die Mündung auch bei einer seitlich im
Fach etwas versetzten Flasche gefunden wird.
Die eigentliche Erkennung erfolgt dann folgendermaßen:
Der Kasten wird z. B. im Durchlauf unter der Erkennungseinrichtung von einer Lichtschranke erfaßt und die Bildaufnahme ausgelöst. Danach werden ausge hend von den gelernten Fachmittelpunkten im Bildspeicherbild die Abtastkreise ausgeführt und ausgewertet.
Der Kasten wird z. B. im Durchlauf unter der Erkennungseinrichtung von einer Lichtschranke erfaßt und die Bildaufnahme ausgelöst. Danach werden ausge hend von den gelernten Fachmittelpunkten im Bildspeicherbild die Abtastkreise ausgeführt und ausgewertet.
Für jedes Fach wird dann eine Flasche des erwarteten Typs als vorhanden ange
nommen, wenn mindestens bei einem abgetasteten Kreis das Schwellwertkriteri
um erfüllt ist.
Ein Beispiel für ein mögliches Schwellwertkriterium ist z. B. das Erreichen eines
bestimmten minimalen Summenwertes, das sich aus der Addition der Grauwerte
aller Bildpunkte eines Abtastkreises ergibt. Ein anderes Beispiel ist das Errei
chen eines bestimmten minimalen Summenwertes, das sich aus der Addition aller
Bildpunkte eines Abtastkreises ergibt, die einen bestimmten Grauwert über
schreiten.
Eine besonders vorteilhafte Fortbildung des Verfahrens gemäß Anspruch 2 ist
durch Vergleich der Ergebnisse des jeweiligen Abtastkreises mit einem weiteren -
vorteilhafterweise konzentrischen Abtastkreis gegeben.
Die Abtastung mit einem einzigen Abtastkreis kann dazu führen, daß im Suchbe
reich z. B. bei starken Reflektionen vom Fachboden das Schwellwertkriterium er
füllt wird, wenn die Summe der Grauwerte auf dem Abtastkreis den voreingestell
ten Schwellwert überschreitet. Das gleiche kann vorkommen, wenn ein helles Eti
kettes unmittelbar am Flaschenhals innerhalb des Suchbereichs zu liegen kommt.
Dann kann das Schwellwertkriterium erfüllt sein, obwohl z. B. die Flasche einen
anderen Mündungsdurchmesser aufweist und deshalb als "Schlechtflasche" zu
kategorisieren wäre.
Gem. Anspruch 2 kann zur Vermeidung dieses Effektes ein weiterer, konzentri
scher Kreis hinzugezogen werden, dessen Durchmesser kleiner oder größer als
der Ursprungskreis sein kann, so daß er z. B. auf die dunklen Innen- oder Außen
kanten der Mündung oder den dunklen Halsbereich zu liegen kommt. Zur Aus
wertung wird dann z. B. das Verhältnis der Summe der Grauwerte jeweils aller Pi
xel der beiden Abtastkreise herangezogen. Wird der zweite - konzentrische -
Kreis größer eingestellt, so daß er z. B. auf den dunklen Halsbereich der Flasche
zu liegen kommt, so ergibt sich die maximale Verhältniszahl für die Kreispaarung,
die zentrisch zur Flaschenmündung zu liegen kommt, da sich einerseits eine ma
ximale Grauwertsumme für den Innenkreis - durch die kreisförmigen Reflexionen
der Mündung - und andererseits eine minimale Grauwertsumme für den Innen
kreis - durch den dunklen Flaschenhals - ergibt.
Treffen die beiden Kreise dagegen auf eine z. B. sternförmige Fachbodenstruktur
oder ein helles Halsetikett, so werden in aller Regel die Differenzen der Grau
wertsummen das Schwellwertkriterium nicht erreichen.
Durch Verwendung eines weiteren konzentrischen Abtastkreises im Inneren der
Mündung und dessen Vergleich mit den anderen Kreisen ist ein weiteres
Schwellwertkriterium erzielbar, das die Erkennung noch sicherer macht.
Die Erkennung kann leicht auf die Detektion von weiteren Flaschentypen mit an
deren Mündungsdurchmessern erweitert werden, wenn zusätzlich zu den Ab
tastkreisen, die auf einen Flaschentyp optimiert sind, sukzessive weitere Ab
tastkreise verarbeitet werden, die auf die weiteren Flaschentypen optimiert sind.
Grundsätzlich können auch weitere Kastentypen im Mix verarbeitet werden, so
bald auch zusätzliche Suchbereiche gemäß den verschiedenen Fachaufteilungen
definiert werden.
Prinzipiell ist eine Höhenerfassung der Flaschen bei einheitlichen Flaschentypen
im Kasten dadurch möglich, daß in Erweiterung der Ansprüche 1 und 2 nicht nur
ein, sondern mehrere Ursprungskreise verschiedenen Durchmessers gebildet wer
den. Bei einheitlichen Flaschentypen im Kasten wird in Abhängigkeit von der Fla
schenhöhe dann derjenige Kreis das Schwellwertkriterium erfüllen, dessen Größe
der höhenabhängigen Abbildungsgröße der Mündung entspricht, so daß aus dem
Durchmesser des "Treffer"-Kreises die Flaschenhöhe abgeleitet werden kann.
Dieses Verfahren leidet darunter, daß die Kamera recht nahe am Kasten instal
liert werden muß, um aus Größenänderungen Höhenänderungen mit einer gewis
sen Auflösung ableiten zu können.
Damit verbunden ist eine perspektivische Verzerrung, die je nach Position der
Flaschen im Kasten unterschiedliche Mündungsformen im Bild ergeben, so daß
sich die Erkennung sehr aufwendig und unsicher gestaltet.
In Anspruch 3 ist dagegen ein praktikables Verfahren zur Höhenauswertung ge
geben.
Gemäß Fig. 2 wird eine Kamera (1) so installiert, daß sie von schräg oben auf
den Kasten gerichtet ist. Die flächige Beleuchtung (2) wird soweit auf der der Ka
mera gegenüberliegenden Seite des Kastens ausgedehnt, daß jede Flaschen
mündung im Kasten Licht aus der direkten Reflexion eines bestimmten Beleuch
tungsteils in die Kamera einstrahlt. Wird der Kamera-Abstand genügend groß
gewählt, so kann die optische Verzerrung durch die Zentralperspektive vernach
lässigt werden, und jede Mündung bildet sich als Ellipse von annähernd gleicher
Form und Größe ab.
Werden die oben erwähnten Abtastkreise als Abtastellipsen ausgeführt, deren
Form und Größe der perspektivischen Form und Größe der Flaschenmündungen
entsprechen, so kann eine sichere Erkennung der Mündungsposition im Bild er
zielt werden. Eine absolute Höhenerkennung ist daraus dann ableitbar, wenn der
Winkel der Kamera zur Szene und die Absolutposition der Flasche relativ zur
Kamera bekannt ist. Während die Position des Kastens im Aufnahmezeitpunkt
durch mechanische Positionierung, z. B. Führung des Kastens an einer Schiene,
in Kombination mit einer Triggerlichtschranke oder durch bildverarbeitungsge
stützte Erkennung des Kastenrandes recht einfach erfaßt werden kann, kann die
Position der Flasche im Fach in der Regel variieren, so daß die Höhenerkennung
unter Ungenauigkeiten leidet.
Eine Weiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der diese Positionsvari
anz vernachlässigbar wird, besteht in der binokulare Triangulation mit zwei Kame
ras, wobei die erkannten Mündungspositionen aus beiden Kamerabildern so mit
einander verrechnet werden können, daß eine Unabhängigkeit von der Absolut
position der Flaschen gewonnen wird.
Die trigonometrischen Gleichungen hierzu sind trivial und brauchen nicht weiter
ausgeführt zu werden.
Die Probleme des mangelnden Kontrastes gegenüber dem Hintergrund, wie sie
sich bei den erwähnten Verfahren zur Flaschenerkennung im Kasten ergeben,
werden gemäß den erfindungsgemäßen Ansprüchen 5 bis 14 durch eine spezielle
Ausprägung der Linientriangulation mit Kamera-Technik beseitigt. Vorteilhafter
weise ist keine zweite Kamera erforderlich, um die Position der Flaschen im Ka
sten zu bestimmen, da das anwendungsgemäße Verfahren eine Absolutbestim
mung der Flaschenhöhe beinhaltet.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem in der Literatur weithin bekann
ten und beschriebenen optischen Triangulationsverfahren. Bekannt ist auch die
Methode, eine Lichtlinie auf die zu vermessende Szene zu projizieren, deren
Position dann einer Kamera mit angeschlossenen Bildverarbeitungssystem aus
gewertet wird und in eine Höhenkarte der Szene umgerechnet wird.
Hierbei wird jedoch allgemein von jeweils einer einzelnen Punktlichtquelle, insbe
sondere Laserlichtquelle ausgegangen, deren punktförmiger Lichtaustritt mittels
einer Linienoptik zu einer Lichtlinie aufgeweitet wird.
Versuche mit derartigen Lichtquellen haben ergeben, daß die von Flaschenmün
dungen in die Kamera gelangenden Lichtstrahlen nur dann auswertbar sind,
wenn die Flasche im direkten Glanzwinkel zwischen Lichtquelle und Kamera
steht. So wird bei einer Anordnung mit einer punktförmigen Lichtquelle, deren
Licht zu einer Linie aufgeweitet ist, und deren Mittelachse auf die mittlere Fla
schenreihe im Kasten gerichtet ist, nur von den mittleren Flaschen im Kasten eine
signifikante Lichtinformation in die Kamera projiziert, und das sogar nur jeweils
vom mittleren Bereich der Mündung.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht dagegen davon aus, daß gem. Fig. 3 eine
linienförmige Lichtquelle (15) so über dem Kasten (16) angebracht ist, daß die
gegenüber angebrachte Kamera (17) aus jedem Raumwinkel, in dem sich eine
Flaschenmündung (18) befindet, Licht von dem Mündungsteil, der von der Licht
linie erfaßt wird, in direkter Reflektion seitens der Lichtquelle emfängt. Wird der
Kasten unter der Kamera-Beleuchtungs-Anordnung hindurchbewegt, so erhält die
Kamera sukzessive von jedem Teil der Mündungsoberfläche eine Lichtreflexion
aus der Beleuchtung. In Fig. 3 ist beispielhaft der Strahlverlauf für eine Mündung
dargestellt (19).
Gem. Anspruch 6 kann die Lichtquelle aus einer an sich bekannten Linienbe
leuchtung in Form einer Leuchtstoffröhre oder einer Glühfadenbeleuchtung aus
geführt sein, die mit einer Linienoptik zusätzlich linienförmig geformt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung besteht gem. Anspruch 7 in einer Anordnung
von LEDs, von denen z. B. 100 Stück zeilenartig in einer Halterung so befestigt
sind, daß ihre Mittelachsen aus der Sicht von oben gesehen in die Kamera gerich
tet sind.
Vorteilhafterweise werden hierbei LEDs mit einem kleinen Öffnungswinkel der
Stahlkeule - z. B. 5 Grad - eingesetzt.
Eine erfindungsgemäße Einrichtung zeigt Fig. 4. Die LEDs sind in einem Aufnah
mebalken (19) so eingebracht, daß die Strahlrichtung der äußeren LEDs (20) et
was nach innen strahlen, während die mittleren LEDs (21) orthogonal strahlen.
Auch hierbei ist die Bedingung gegeben, daß die Kamera (22) aus jedem mögli
chen Raumwinkel der Lichtlinie Licht von einer LED über jede in der Lichtlinie be
findliche Flaschenmündung erreicht. In Fig. 4 ist ein Strahlengang (23) von der
äußeren LED über eine Mündung in die Kamera dargestellt.
Eine vorteilhafte Strahlformungseinrichtung besteht aus einer Halbzylinderlinse
(24), die den Strahlkegel jeder Einzel-LED kolliminiert, und einer Schlitzblende
(25), die z. B. nahe an der Kastenoberfläche installiert wird. Damit ist eine Lichtli
nienbreite von z. B. ca. 5 mm zu erzielen, die für das erfindungsgemäße Verfahren
in der Regel ausreicht.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtung gem. Anspruch 8 bilden mehrere
Laser mit Linienoptik eine zeilenartige Beleuchtung.
Eine weitere Ausführung der Beleuchtung ist in Anspruch 9 dargelegt.
Hierbei wird (Fig. 4) eine punktförmige Lichtquelle (26) - vorzugsweise ein Halblei
ter-Laser - linienförmig aufgeweitet und auf einen streifenförmigen Halb-Ellipsoid-
Spiegel (27) projiziert. Die Lichtquelle ist in dem einen Brennpunkt, die Kamera
(28) im anderen Brennpunkt einer gedachten Ellipse (29) angebracht, deren Teil
der Spiegel ist. Da der Spiegel quer über den Kasten reicht, wird aus jedem Spie
gelpunkt ein Lichtstrahl über jeden Punkt der Mündungsoberfläche (30) in die
Kamera gelangen.
In Fig. 5 ist ein Strahlengang (31) von einem äußeren Spiegelbereich über eine
Mündung in die Kamera dargestellt.
Eine besonders vorteilhafte Auswertung der Linienposition im Bild ist in Anspruch
10 dargestellt.
Hierbei wird eine elektronische Flächenkamera oberhalb des Kastens mit ihrer
Zeilenrichtung längs zur Bewegungsrichtung des Flaschenkastens mit Blickrich
tung schräg nach unten auf den Flaschenkasten gerichtet.
Im Bild der Kamera verläuft die Lichtlinie, die von der der Kamera gegenüberlie
genden Seite ebenfalls von schräg oben auf den Kasten geworfen wird, quer zur
Zeilenrichtung. Das Kamera-Signal wird in einen angeschlossenen Bildverarbei
tungsrechner eingespeist. Dieser vermißt mit einer integrierten Echtzeitverarbei
tungseinheit während des Bilddurchlaufes die Position der Lichtlinie in jeder
Fernsehzeile im Bild und legt die Positionsdaten in einem Zwischenspeicher ab.
Z. B. werden in einem Kamerabild mit 512 Zeilen 512 Positionen bestimmt.
Die Bestimmung der Lichtlinienpositionen wird, während der Kasten unter der
Kamera/Beleuchtungseinheit hindurch gefördert wird, in jedem Kamerabild wie
derholt, bis der Kasten von seiner Vorderkante bis zu seiner Hinterkante die
Lichtlinie passiert hat. So werden z. B. pro Kastendurchlauf etwa 100 Bilder - d. h.
Lichtschnitte - ausgewertet. Aus den gesammelten Positionsdaten wird dann mit
tels Triangulationsrechnung die Höhe der jeweiligen Flaschenmündung, von der
das Lichtliniensegment auf die Kamera reflektiert wird, ermittelt, so daß aus den
Meßdaten eine dreidimensionale Kartierung der Höhenpunkte der Kastenseiten
wände und der Flaschenmündungen entsteht. Für die Echtzeitbestimmung von
signifikanten Helligkeitsänderungen entlang der Fernsehzeile sind digitale elek
tronische Schaltungen bekannt, die nach einer Analog-digital-Wandlung des Ka
merasignals auf der Zeile hintereinanderliegende Bildpunkte bezüglich ihrer
Grauwertdifferenz in Echtzeit beurteilen und bei Vorliegen einer signifikanten Hel
ligkeitsänderung zwischen den Punkten den Zählerstand eines elektronischen
Spaltenzählers in einen Zwischenspeicher ablegen.
In einer weiteren Variante kann die Kamera auch mit ihrer Zeilenrichtung parallel
zur Lichtlinie installiert werden. Dann müssen die Helligkeitsänderung von Zeile
zu Zeile zur Detektion der Lichtlinie beurteilt werden.
Bei Erhöhung des Hardware-Aufwandes ist es auch möglich, simultan zwei oder
mehr Lichtlinien im Bild zu verarbeiten, was z. B. zur Erhöhung der horizontalen
Auflösung bei gegebenen Bildaufnahmetakt erforderlich sein kann.
Eine vorteilhafte Weiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht gemäß
Anspruch 11 darin, daß sofort nach der Abtastung der Kastenvorderkante die Hö
he der Vorderkante ermittelt wird und in Abhängigkeit davon der Bildverarbei
tungsrechner einen gültigen Bildbereich ermittelt, der für die Ermittlung der Positi
on der Lichtlinie ausgewertet wird.
Die im Bild der Kamera ebenfalls abgebildeten Teile der angrenzenden Flaschen
und Kastenteile werden durch die Ausblendung des unteren Bereiches nicht er
faßt und bilden daher einen dunklen Hintergrund, vor dem die Teile der Mündung
besonders hell hervortreten, auch dann, wenn ein verhältnismäßig dunkler Ver
schluß aufgebracht ist.
Die weitere Verarbeitung der Höhendaten ist in Anspruch 12 niedergelegt.
Aus der Position der Kastenaußenkanten wird z. B. die Position von Bildausschnit
ten zur Suche nach der Anwesenheit von Flaschenmündungen abgeleitet. Bei
Anwesenheit einer Flasche mit einer bestimmten Höhe kann zusätzlich die im
Bildausschnitt vorhandene Flaschenmündung in ihrem Durchmesser vermessen
werden. Hierfür stehen bekannte Methoden der Bildverarbeitung zur Verfügung,
wie z. B. die Objektseparierung mit anschließendem kreuzförmigen Kantendetek
tor, dessen Mittelpunkt im Objektschwerpunkt positioniert wird.
Ist mittels der erfindungsgemäßen Ansprüche 1 bis 13 die Anwesenheit von Fla
schen mit einer bestimmten Höhe und Mündungsdurchmesser in einer bestimm
ten Anzahl pro Kasten ermittelt, so kann dann ein Aussortierkriterium abgeleitet
werden, das zur Aussortierung führt, indem der Bildverarbeitungsrechner ein
Aussortiersignal erzeugt.
In einem Leergutrücknahmeautomaten kann aus der Erkennung einer bestimmten
Flaschentype in einer bestimmten Anzahl eine Pfandsumme abgeleitet werden,
die der Bediener in Form eines Pfandbons vergütet bekommt.
Die weiter unten beschriebenen Varianten der Erkennung und Sortierung gem.
Ansprüchen 14 bis 18 sind besonders für die Verwendung in Leergutrücknahme
automaten geeignet, können jedoch auch z. B. in Flaschensortier- und Prüfanla
gen eingesetzt werden.
Leergutrücknahmeautomaten werden bereits in vielen SB-Warenhäusern einge
setzt. Meist werden sogenannte Kombinationsgeräte verwendet, die einen Ein
gabeschacht für Einzelflaschen und einen weiteren Eingabeschacht für Flaschen
kästen besitzen.
Der Kunde gibt sein Leergut (Flaschenkästen und Einzelflaschen) ein, und nach
dem die eingegebenen Flaschen und Kästen erkannt sind, gibt der Automat einen
Pfandbon für das Leergut aus.
Für die Einzelflaschenerkennung werden meist Lichtschrankenarrays verwendet,
für die Kastenerkennungen meist Ultraschallsensoren.
Die erfindungsgemäßen Verfahren und Einrichtungen gemäß den Ansprüchen 1
bis 13 ermöglichen gegenüber den erwähnten Sensoren auf dem Gebiet der Fla
schenerkennung im Kasten eine schnellere und präzisere Inhaltserkennung.
In Anspruch 13 ist eine erfindungsgemäße Weiterbildung dargelegt, die zusätzlich
eine Sortierung der Flaschenkästen und damit der Flaschen nach dem Aufdruck
(Logo) des Kastens und der seitlichen Kastensilhouette zuläßt.
Oft können Flaschenkästen nicht mehr nur aufgrund ihrer Höhe und Farbe unter
schieden werden, so daß die Heranziehung des Kastenlogos eine weitere Erken
nungsmöglichkeit eröffnet.
Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Kastenerkennung wird im Kasteneinga
beschacht eine elektronische Kamera auf eine Kastenseitenwand gerichtet.
Eine besonders preiswerte Ausführung ist dann möglich, wenn bereits ein Bilder
kennungssystem im Leergutrücknahmeautomat - z. B. für die Inhaltserkennug ge
mäß Ansprüchen 1 bis 13 eingebaut ist. Dann kann die zusätzliche Kamera für
die Kastenerkennung über einen Kameramultiplexer an das System angeschlos
sen werden.
Die Kamera nimmt während der Durchfahrt des Kastens durch den Kasteneinga
beschacht das Bild von der Kastenseite auf. Beim Teachen eines neuen Kastens
werden die Bilddaten durch eine rechnerische Verringerung der Bildauflösung re
duziert, indem z. B. die Grauwerte oder Farbwerte eines Bildausschnittes gemittelt
werden und dieser gemittelte Wert für alle Bildausschnitte - geordnet nach ihrer
ursprünglichen geometrischen Reihenfolge - in einem elektronischen Datenspei
cher abgelegt werden.
Zunächst wird dies für alle im Rücknahmesortiment vorhandenen Kästen durchge
führt, und die Daten als Referenzdatensätze nichtflüchtig abgespeichert.
Bei dem Erkennungsvorgang werden nun alle Bildausschnitte des zu erkennen
den Kastens mit denen aller Referenzdatensätze derart verglichen, daß die Daten
der jeweils geometrisch zugeordneten Bildausschnitte miteinander verglichen
werden und aus der Summe der Abweichungen ein Gütekriterium für die Über
einstimmung abgeleitet wird. Der Vergleich mit den geringsten Abweichungen
führt dann zu dem vorliegenden Kastentyp.
Da in der Regel bei der Bildaufnahme ein geringer Versatz der Kastenposition im
Bild - z. B. infolge von Triggerunsicherheiten einer Lichtschranke - vorkommt, kann
es vorteilhaft sein, die Korrelation mit dem gleichen Datensatz, aber jeweils um
ein oder mehrere Bildausschnitte versetzter Anordnung zu wiederholen, um die
Sicherheit der Erkennung zu erhöhen.
Im Anspruch 14 ist eine Verfahren und eine Einrichtungen zur Erkennung von vol
len Flaschen in Kästen oder als Einzelflaschen nach dem Gewicht, speziell in
Leergutrücknahmeautomaten niedergelegt.
Soll der Leergutrücknahmeautomat - wie häufig gefordert - im Verkaufsraum des
SB-Warenhauses aufgestellt werden, in dem die Kunden Zugang zu den vollen
Getränkekästen des Sortmiment haben, so ist nicht auszuschließen, daß in betrü
gerischer Absicht unbezahlte Vollgutkästen oder volle Einzelflaschen aus dem
Verkaufsraum des Warenhauses in den Automaten eingegeben werden, um das
entsprechende Kasten- und Flaschenpfand zu kassieren.
In dem Anspruch 14 ist daher eine Einrichtung aufgezeigt, die eine preiswerte
Wiegeeinrichtung der Kästen in einem solchen Leergutrücknahmeautomaten er
möglichen sollen.
Es wird davon ausgegangen, daß Flaschenkästen oder Einzelflaschen in einem
Leergutrücknahmeautomaten auf einem Förderband gefördert werden. Unterhalb
des Förderbandes ist eine federnd gelagerte Auflagefläche für den Kasten ange
bracht ist, über die das Band gleitet. Die Auflagefläche ist an einer Seite an einer
Achse drehbar gelagert und seitlich an der Auflagefläche ist ein Zeiger befestigt.
Der Zeiger weist z.B an seinem Ende eine rechtwinklig zum Zeiger befindliche
Erkennungsfläche auf, die von einem Sensor berührungslos erfaßt wird, und eine
angeschlossene Auswerteelektronik leitet aus der Position der Erkennungsfläche
des Behälters ab.
Eine Variante dieser Einrichtung besteht darin, daß das gesamte Förderband an
seinem einen Ende federnd gelagert ist und je nach Belastung durch Vollgut oder
Leergut ein an dem Ende befestigter Zeiger sich unterschiedlich weit auslenkt.
Zur höheren Erkennungssicherheit kann die Zeigerauslenkung mit einer Hebel-
oder Getriebeübersetzung gegenüber den Auslenkungen des Förderbandes
überproportional ausgelenkt werden.
Vorteilhafterweise wird der Zeiger von einer Kamera und einem Bildverarbei
tungssystem erfaßt, wenn die Kamera schon andere Erkennungsvorgänge - wie z. B.
weiter oben beschrieben - übernimmt. Damit kann der Zusatzaufwand auf die
vergleichsweise unaufwendige Mechanik begrenzt werden.
Vorteilhafterweise wird als Sensor ein Ultraschall-Abstandsensor verwendet, falls
ein solcher zur Erkennung des Kasteninhalts vorhanden ist.
Der Zeiger kann dann entfallen, wenn direkt an die Drehachse ein elektromecha
nischer Drehgeber angeflanscht wird.
Die Ansprüche 15 bis 17 kennzeichnen Verfahren und Einrichtungen zum Erken
nen von und Sortieren von Einzelflaschen. Die Verfahren und Einrichtungen sind
z. T. spezifisch für den Einsatz in Leergutrücknahmeautomaten bestimmt, z. T. je
doch auch für einen allgemeineren Einsatz, z. B. Getränkeabfüllautomaten geeig
net.
In Anspruch 15 ist eine Verfahren und eine Einrichtung zum Erkennen und Sortie
ren von Flaschen bezeichnet, die dadurch gekennzeichnet ist, daß Einzelflaschen
auf einer Transporteinrichtung hintereinander transportiert werden sowie daß
seitlich der Transporteinrichtung auf der einen Seite eine elektronische Kamera,
auf der anderen Seite eine Gegenlichtbeleuchtung angebracht ist, und daß die
Beleuchtung aus einer Mischung von Lichtquellen unterschiedlicher Spektralbe
reiche besteht.
Z.B. bestehen die Lichtquellen aus LEDs unterschiedlicher Farben, die vorteilhaf
terweise in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind.
Die Leuchtfläche mit uniformer Spektralcharakteristik geht vorteilhafterweise über
die Flaschenkontur hinaus. Im Inneren der Leuchtfläche können dann im Bereich
Flaschenmitte mindestens eine LED anderer Farbe eingelassen sein.
Ein angeschlossenes Bildverarbeitungssystem wertet das Kamerasignal aus und
registriert einerseits die Kontur der Flasche, vergleicht andererseits in der Mitte
der Flasche mindestens zwei Bereiche unterschiedlicher Spektralcharakteristik
bezüglich ihrer Helligkeitswerte und leitet aus dem Vergleich die Farbe der Fla
sche ab.
Mit der erfindungsmäßen Einrichtung und Verfahren wird der Einsatz einer auf
wendigen Farbkamera zur Erkennung der Flaschenfarbe eingespart. Die Farber
kennung mittels einer Farbkamera über den Vergleich der Farbkanäle durch ein
Bildverarbeitungssystem ist bekannt und trivial, jedoch erhöht sich der Aufwand
auf der Seite der Bildverarbeitung z. T. beträchtlich, weil insbesondere in Fla
schenabfüllanlagen der Flaschendurchsatz bei bis zu ca. 20 Flaschen /s beträgt
und daher eine paraller Einzug von mindestens zwei Farbkanälen oft nicht zu
vermeiden wäre.
Äquivalent zu dem Anspruch 15 ist das Anbringen von mindestens einem, besser
jedoch 3 transparenten Farbfiltern im Kamerabildfeld, und zwar vorzugsweise im
mittleren Flaschenbereich, und dem Vergleich der unterschiedlichen Helligkeits
werte im Bereich der z. B. drei Farbfilter.
In Anspruch 16 ist ein Verfahren zur Erkennung der Form von Einzelflaschen dar
gelegt.
Es sind bereits Bildverarbeitungssysteme zur Flaschenerkennung auf dem Markt,
die anhand von Meßlinien horizontale Meßschnitte durch die Flasche legen und
jeweils die Vorder- und Hinterkante der Flasche detektieren.
Danach werden die jeweiligen Lauflängen zwischen Vorder- und Hinterkante mit
den Lauflängen der gleichen Meßschnitte von zuvor gelernten Flaschen vergli
chen und die Anwesenheit der richtigen Flasche detektiert.
Da jedoch die Flaschen z. B. aufgrund von unterschiedlichen Bodenstärken oder
Höhenschwankungen des Fördermediums unterschiedliche Höhen aufweisen
werden die Meßschnitte nicht immer im gleichen Höhenbereich der Flasche
durchgeführt, so daß es zu Fehlerkennungen kommt.
Man könnte sich zur Abhilfe an der Oberkante der Flasche orientieren, und die
Meßlinien relativ zur Höhenlage der Mündungsoberkante detektieren, jedoch
weist auch die Mündung oft Unregelmäßigkeiten auf, hat einen Verschluß oder ist
mit Schmutz belegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung sind
dadurch gekennzeichnet, daß Einzelflaschen auf einer Transporteinrichtung hin
tereinander transportiert werden, daß seitlich der Transporteinrichtung auf der ei
nen Seite eine elektronische Kamera, auf der anderen Seite eine Gegenlichtbe
leuchtung angebracht ist, daß ein angeschlossenes Bildverarbeitungssystem das
Kamerasignal auswertet und die Kontur der Flasche in mehreren Höhenschnitten
abspeichert, daß im Lernmodus die Auswertung und Abspeicherung mit allen zu
erkennenden Flaschen und mindestens in einer Tiefenlage pro Flasche erfolgt,
daß im laufenden Erkennungsmodus die Kontur der jeweils aktuell zu erkennenden
Flasche mit den zuvor gelernten Konturen verglichen werden, daß zusätzlich die
Werte der aktuellen Kontur mit den zuvor gelernten Konturen in mehren Höhen
positionen gegeneinander verschoben verglichen werden, daß aus dem besten
Ergebnis der Vergleiche das Vorhandensein einer der gelernten Flaschen abge
leitet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit unabhängig von Bodendicken
schwankungen und Variationen im Bereich der Flaschenmündung und geht nur
von der Form der Flasche vorzugsweise im Halsbereich aus.
Ist diese Form konstant, so wird sich bei vertikaler Verschiebung der Werte der
Abtastungen um z. B. jeweils ein Pixel nach oben und unten stets ein Verschie
bungswert ergeben, bei dem eine bestmögliche Übereinstimmung zwischen ge
lernten und vorliegenden Durchmessern ergibt.
Eine Besonderheit, die speziell für die Verwendung in Flaschenrücknahmeauto
maten von Bedeutung ist, stellt das mehrmalige Lernen einer Flasche in mehreren
Tiefenpositionen bezüglich der Achse Kamera/Beleuchtung dar. Ist das Trans
portband breiter als die Flasche, so kann die Flasche beim Vorbeifördern vor der
Kamera in unterschiedlichem Abstand die Kamera passieren. Dadurch erscheint
die Flasche in unterschiedlichen Perspektiven, wobei die Maße in den verschie
denen Höhenlagen sich nicht einfach linear verändern. Da eine mathematische
Beschreibung und Korrektur sich als zu komplex darstellt, werden einfach mehre
re Tiefenlagen der Flasche unter einer einheitlichen Flaschen-Nummer gelernt
und alle diese Referenzen mit der aktuellen Kontur verglichen. Aufgrund der Lei
stungsfähigkeit moderner Bildverarbeitungsrechner erhöht diese Mehrfachkorre
lation die Erkennungszeit nur unwesentlich.
Eine Weiterung des Verfahren ermöglicht zusätzlich eine bestmögliche Erken
nung der Flasche anhand nur einer Flaschenseitenkontur.
Hierzu wird aus den Konturdaten zuerst die Symmetrieachse errechnet. Danach
werden alle Konturwerte aussortiert, die von der Mehrheit der Werte abweichen,
und mit den restlichen Werten nochmals die Symmetrieachse errechnet.
Anschließend werden die Werte der linken und der rechten Flaschenhälfte ge
trennt mit den zuvor gelernten Werten (links/rechts) verglichen und durch vertika
le und horizontale Verschiebung der beste Wert ermittelt.
Hierdurch können einseitige Verschmutzungen der Flasche oder Abdeckungen
der Flaschenkontur z. B. durch einen Strohhalm, in der Regel die Erkennung nicht
beeinträchtigen.
In den Ansprüchen 17 und 18 ist eine Verfahren und eine Einrichtung angegeben,
welche die logistische Behandlung von zurückgenommenen Flaschen zum Inhalt
haben.
Es sind Rücknahmeautomaten bekannt, bei denen der Bediener die Flaschen im
Bereich einer Eingabeöffnung auf eine Drehscheibe stellt, die Flaschen durch
Drehung der Drehscheibe zu einer Erkennungseinheit im Inneren und danach zu
einer Überschubeinheit auf der Rückseite transportiert, wo die die erkannten und
bepfandeten Flaschen auf einen Sammeltisch geschoben werden.
Die als nicht bepfandet erkannten Flaschen werden auf der Drehscheibe weiter
gedreht, bis sie wieder in der Eingabeöffnung erscheinen und dort vom Bediener
abgegriffen werden können.
Nimmt der Bediener die nicht bepfandeten Flaschen nicht wieder zurück, so müs
sen die Flaschen konzeptbedingt weitergedreht und auf den gleichen Sammel
tisch geschoben werden wie die bepfandeten Flaschen, was dem Wartungsper
sonal eine - zwangsläufig zeitintensive und fehlerbehaftete - Sortiertätigkeit zumu
tet.
Speziell bei den neuerdings verwendeten Kunsstoff- (z. B. PET-)Flaschen ergeben
sich durch die Drehbewegung und speziell an der Überschubeinheit stets Pro
bleme mit umfallenden Flaschen.
Diese Probleme werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfin
dungsgemäßen Einrichtung nach Ansprüchen 17 bis 18 vermieden.
Anspruch 17 beinhaltet ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erkennen und
Sortieren von Flaschen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß Flaschen in einem
Rücknahmeautomaten auf einem Förderband von einer Eingabeöffnung an der
Bedienerseite des Rückgabeautomaten zu einer Erkennungseinheit transportiert
werden, und daß die Flaschen zwischen Eingabeöffnung und Erkennungseinheit
eine mechanische Schikane passieren.
Die mechanische Schikane dient einerseits zur Verhinderung eines Bedienerein
griffs in den Rückgabe-Automaten, andererseits erfolgt dadurch bereits eine Vor
positionierung der Flasche quer zur Bewegungsrichtung, so daß die Flaschen
stets in der gleichen Tiefenlage an eine nachgeordnete Erkennungseinheit am
Band gelangen.
In Fig. 6 ist eine Prinzipzeichnung eines Leergutrücknahmeautomaten mit den er
findungsgemäßen Merkmalen gegeben, wobei im oberen Teil die Seitenansicht,
im unteren Teil die Draufsicht dargestellt ist.
In einem Standgehäuse (32) ist das Förderband (33) mit zwei alternativen Aus
führungsbeispielen für die mechanische Schikane dargestellt.
Im vorderen Teil ist unmittelbar hinter der Einführöffnung ein einfaches mechani
sches Drehkreuz (34) installiert, in das der Bediener die Flasche (35) einstellt. Ein
Detektor in der Einführöffnung erfaßt die Flasche, worauf das Förderband gestar
tet wird und die Flasche durch das Drehkreuz zieht, wobei das Drehkreuz nicht
elektrisch angetrieben werden muß, sondern durch die Flasche in Drehung ver
setzt wird. Nach Passieren des Drehkreuzes kann der Bediener die Flasche nicht
mehr zurückholen.
Ein gleicher Effekt ergibt sich bei Einsatz einer Schikane in Form von zwei schräg
von der Seite in die Förderbandmitte ragenden Ableitblechen (36), welche die
Flasche einmal von der Seite zur Mitte und dann von der Mitte zur Seite schieben.
Auch hier wird der Effekt lediglich durch das die Flasche vorwärts schiebende
Förderband erzeugt. In Fig. 6 sind beide Varianten der Schikane eingezeichnet, in
der Praxis wird jedoch vorteilhafterweise nur eine der beiden Varianten einge
setzt.
Nach Passieren der Schikane erreicht die Flasche eine Erkennungseinheit am
Band, die z. B. aus einer Kombination einer Kamera-Form-Erkennung und einer
Gewichts-Erkennung bestehen kann. In Fig. 6 ist beispielhaft die Kamera (37) und
die Beleuchtung (38) eingezeichnet. Nachdem durch die Erkennungseinheit der
Flaschentyp und ggfs. der Füllzustand detektiert wurde, werden erkannte Fla
schen, die bepfandet sind, über das Förderband aus dem Automaten herausbe
fördert und z. B. auf einen Stautisch geschoben. Flaschen, die nicht vom Automa
ten zurückgenommen werden sollen sowie ggfs. nicht erkannte Flaschen werden
mittels eines elektromechanischen Ausstoßers (39) seitlich vom Band in eine Ab
führrinne (40) gestoßen. Der Flaschenausstoßer besteht z. B. wie in Fig. 6 ange
deutet aus einer Hebelkonstruktion mit Getriebemotor-Antrieb und kann in ihrer
technischen Ausführung als bekannt vorausgesetzt werden.
Die Abführrinne reicht von der Ausstoßstelle bis zur Frontseite des Rücknahme
automaten. Die Flaschen gelangen infolge einer Neigung der Abführrinne durch
die Schwerkraft rutschend bis zu einem Flaschenstopper (41) an der Frontseite
des Rücknahmeautomaten.
Oberhalb des Flaschenstoppers ist eine Abgreiföffnung (42) in der Vorderfront
des Rücknahmeautomaten eingelassen, durch welche der Bediener die nichtbe
pfandete Flasche oder nicht erkannte Flasche entnehmen kann.
In Fig. 6 ist des weiteren ein Kastentransportband (43) mit Kasten (44) - in der
Draufsicht nur unvollständig - eingezeichnet, das in der Regel in Verbindung mit
Einrichtungen gemäß Ansprüchen 1 bis 14 in dem Leergutrücknahmeautomaten
vorhanden ist.
Eine Weiterung des Verfahrens und der Einrichtung ist gemäß Anspruch 18 da
durch gekennzeichnet, daß die sich am Flaschenstopper befindliche Flasche
wahlweise mit einer zusätzlichen elektromechanischen Abwurfeinrichtung in ei
nen unterhalb der Förderrinne befindlichen Flaschenbunker befördert werden
kann.
Eine Ausführung einer Abwurfeinrichtung ist in Fig. 6 als Klappe (45) mit Öff
nung nach unten dargestellt, wobei der Antrieb der Klappe nicht eingezeichnet ist.
Vorteilhafterweise wird die Klappe nicht, wie eingezeichnet, mit Öffnung nach
unten, sondern zur Seite ausgeführt. Die Abführrinne ist hierbei im unteren Be
reich mit einem ebenen Laufboden versehen, der auf die Seite geneigt ist. Die
Seitenwand der Abführrinne ist im unteren Bereich der Abführrinne als Klappe mit
einer elektromechanischen Betätigungseinrichtung ausgeführt, die zum Abwerfen
der Klappe kurzzeitig geöffnet wird, worauf die Flasche aufgrund der Schwerkraft
nach außen rollt und in den unterhalb der Förderrinne befindlichen Flaschen
sammelbunker fällt.
Im Bedienablauf des Leergutrücknahmeautomaten kann z. B. der Bediener bei
Vorliegen einer nichtbepfandeten Flasche über einen Bedienmonitor aufgefordert
werden, die Nichtpfandflasche zu entnehmen. Reagiert der Bediener nicht inner
halb einer vorgegeben Zeit, so kann z. B. die Flasche automatisch in den Behälter
abgeworfen werden.
Diese erfindungsgemäße Lösung ist den bekannten Ausgestaltungen von Leergu
trücknahmeautomaten überlegen, da sie eine Vorsortierung von Nichtpfandfla
schen gewährleistet.
Eine besonders vorteilhafte Kombination der erfindungsgemäßen Verfahren und
Einrichtungen besteht in einem Leergutrücknahmeautomaten für Einzelflaschen
und Flaschenkästen, bei dem sämtliche sensorischen Aufgaben von einem zen
tralen Bildverarbeitungssystem besorgt werden, an das eine Kamera für die Fla
schenerkennung im Kasten und die Kastenerkennung gemäß einer oder mehrerer
Ansprüche 1 bis 12, eine Kamera für die Kastenseitenwanderkennung gemäß An
spruch 13 und eine Kamera zur Einzelflaschenerkennung gemäß Ansprüchen 15
und/oder 16 angeschlossen sind, und daß das Bildverarbeitungssystem zusätz
lich eine Gewichtskontrolle gemäß Anspruch 14 über die Kameras durchführt.
Eine vorteilhafte Weiterung dieser Kombination ergibt sich dann, wenn das Bild
verarbeitungssystem einen Bedienmonitor, der an der Frontseite des Automaten
eingebaut ist, einerseits mit den Bildschirmmasken und Anzeigen für die Be
dienerführung versieht und andererseits in den Pausen, in denen kein Leergut
eingegeben wird, z. B. Werbedias oder Filme auf den Monitor ausgibt, die von ei
nem elektronischen Massenspeicher oder einen Videorekorder ausgelesen wer
den.
Claims (18)
1. Verfahren und Einrichtung zum Erkennen und Sortieren von Getränke
behältern, insbesondere Flaschen und Flaschenkästen, dadurch gekennzeichnet, daß Flaschen in Kästen unter einer Erkennungseinrichtung hindurch gefördert
werden, daß die Erkennungseinrichtung aus einer elektronischen Kamera
besteht, die von oben auf den Kasten gerichtet ist, daß eine flächige Beleuchtung
den Kasten von oben beleuchtet, daß ein angeschlossenes
Bildverarbeitungssystem im Bildspeicher, in dem das Bild aufgenommenen wird,
einen Abtastkreis mit einem bestimmten Durchmesser entsprechend der Größe
der Flaschenmündung bildet, daß der Abtastkreis in jedem Flaschenfach
ausgehend von der Fachmitte mehrmals jeweils mit einem bestimmten Versatz
abgetastet wird, daß eine Flasche mit dem bestimmten Durchmesser dann als
anwesend angenommen wird, wenn in einem der Abtastkreise sich eine
bestimmte Anzahl Bildpunkte befinden, die zusammengenommen ein
Schwellwertkriterium erfüllen.
2. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich zu jedem bestimmten ursprünglichen Kreis mindestens ein weiterer
konzentrischer Abtastkreis gebildet wird, und daß eine Flaschenmündung mit dem
bestimmten Durchmesser dann als anwesend angenommen wird, wenn das
Verhältnis der Helligkeitswerte der Bildpunkte mindestens eines der
konzentrischen Kreise zu dem Ursprungskreis bezüglich eines Kriteriums einen
bestimmten Wert einnimmt.
3. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kamera schräg von oben auf den Kasten gerichtet ist, daß anstelle von
Abtastkreisen Abtastellipsen gebildet werden, und daß aus der Position der
Ellipsen, die den vorgegebenen Kriterien entsprechen, die Höhe der jeweiligen
Flasche abgeleitet wird.
4. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
eine weitere Kamera in einem anderen Winkel von oben auf den Kasten gerichtet
ist, und daß aus dem Vergleich der Flaschenpositionen im jeweiligen Kamerabild
und nach Maßgabe der Positionen und Winkelstellungen der Kameras
zueinander eine Korrektur der Höhenbestimmung abgeleitet wird.
5. Verfahren und Einrichtung zum Erkennen und Sortieren von
Getränkebehältern, insbesondere Flaschen und Flaschenkästen, dadurch
gekennzeichnet, daß Flaschen in Kästen unter einer Erkennungseinrichtung
hindurch gefördert werden, daß die Erkennungseinrichtung aus einer
elektronischen Kamera besteht, die schräg von oben auf den Kasten gerichtet ist,
daß sich gegenüber der Kamera ein Lichtlinienprojektor quer über die
Kastenförderbahn erstreckt, der einen zeilenförmigen Lichtaustritt besitzt, daß die
Zeilenlänge des Lichtaustritts in etwa die Kastenbreite überdeckt, und daß der
Lichtlinienprojektor Licht aus jedem Raumwinkel seines Lichtaustrittes von schräg
oben auf die Flaschenmündungen im Kasten und von dort in direkter Reflektion in
die Kamera einstrahlt, wobei der Einstrahlwinkel der Beleuchtung gegenüber der
Horizontalen dem Einblickwinkel der Kamera gegenüber der Horizontalen in etwa
entspricht.
6. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Linienprojektor aus einer stabförmigen, homogenen Beleuchtung mit vorgesetzter
Linienoptik besteht.
7. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Linienprojektor aus einem Array von LEDs besteht, das sich quer über die
Kastenbahn erstreckt, wobei jede LED so auf die Flaschen im Kasten gerichtet ist,
daß ihr Licht über die von ihr angestrahlte Flaschenmündung in direkter
Reflektion in die Kamera einstrahlt.
8. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Linienprojektor aus einem Array von Laser-Beleuchtungen mit Linienoptik besteht,
wobei jeder Laser so auf die Flaschen im Kasten gerichtet ist, daß sein Licht über
die von ihr angestrahlte Flaschenmündung in direkter Reflektion in die Kamera
einstrahlt.
9. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Linienprojektor aus einer punktförmigen Lichtquelle, vorzugsweise einem
Halbleiter-Laser mit Linienoptik besteht, daß die Lichtquelle sich in einem
Brennpunkt einer gedachten Ellipse befindet, daß die Kamera sich im anderen
Brennpunkt befindet, und daß das Licht der Lichtquelle auf einen Halb-Ellipsoid-
Spiegel geworfen wird, dessen Krümmung derjenigen der gedachten Ellipse
entspricht, daß das Licht aus der Lichtquelle von jedem Punkt des Spiegels über
die Flaschenmündungen direkt in die Kamera reflektiert wird.
10. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kamera als mehrzeilige Kamera ausgeführt ist, die mit ihrer
Zeilenrichtung längs zur Bewegungsrichtung des Flaschenkastens auf den
Flaschenkasten gerichtet ist, daß das Kamera-Signal an einen
Bildverarbeitungsrechner angeschlossen ist, daß dieser mittels einer
Echtzeitverarbeitungseinheit während des Bilddurchlaufes die Position der
Lichtlinie in jeder Fernsehzeile mißt daß mittels Triangulationsrechnung die Höhe
der jeweiligen Flaschenmündung, von der das Lichtliniensegment auf die Kamera
reflektiert wird, ermittelt wird, daß die Triangulation solange wiederholt wird, bis
der Kasten von seiner Vorderkante bis zu seiner Hinterkante die Lichtlinie
passiert hat, daß aus den wiederholten Messungen eine dreidimensionale
Kartierung der Höhenpunkte der Kastenseitenwände und der
Flaschenmündungen erstellt wird.
11. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 5 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß nach der Abtastung der Kastenvorderkante die Höhe der
Vorderkante ermittelt wird und in Abhängigkeit davon der
Bildverarbeitungsrechner einen gültigen Bildbereich ermittelt, der für die
Ermittlung der Position der Lichtlinie ausgewertet wird.
12. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß aus der Position der Kastenaußenkanten die Position von
Bildausschnitten zur Suche nach der Anwesenheit von Flaschenmündungen
abgeleitet werden, und daß bei Anwesenheit einer Flasche mit einer bestimmten
Höhe die im Bildausschnitt vorhandene Flaschenmündung in ihrem Durchmesser
vermessen wird, daß aus der Anwesenheit von Flaschen mit bestimmter Höhe
und Mündungsdurchmesser in einer bestimmten Anzahl pro Kasten ein
Aussortierkriterium abgeleitet wird, das zur Aussortierung führt, indem der
Bildverarbeitungsrechner ein Aussortiersignal erzeugt.
13. Verfahren und Einrichtung zum Erkennen und Sortieren von
Getränkebehältern, insbesondere Flaschen und Flaschenkästen, dadurch
gekennzeichnet, daß Flaschenkästen in einem Leergutrücknahmeautomaten auf
einem Förderband gefördert werden, daß eine elektronische Kamera auf eine
Kastenseitenwand gerichtet ist, daß die Kamera ein Bild der Kastenseitenwand
aufnimmt, daß ein angeschlossenes Bildverarbeitungssystem das Bild mit den
zuvor in gleicher Weise aufgenommenen und abgespeicherten Bildern aller
vorkommenden Kästen vergleicht, und aus dem Vergleich den vorliegenden
Kastentyp ableitet.
14. Verfahren und Einrichtung zum Erkennen und Sortieren von
Getränkebehältern, insbesondere Flaschen und Flaschenkästen, dadurch
gekennzeichnet, daß Getränkebehälterin einem Leergutrücknahmeautomaten auf
einem Förderband gefördert werden, daß unterhalb des Förderbandes eine
federnd gelagerte Auflagefläche für den Getränkebehälter angebracht ist, über
die das Band gleitet, daß die Auflagefläche an einer Seite mittels einer Achse
drehbar gelagert ist, daß seitlich an der Auflagefläche ein Zeiger angebracht ist,
daß der Zeiger von einem Sensor berührungslos erfaßt wird, daß aus der
erfaßten Position des Zeigers das Gewicht des Getränkebehälters abgeleitet
wird.
15. Verfahren und Einrichtung zum Erkennen und Sortieren von
Getränkebehältern, insbesondere Flaschen und Flaschenkästen, dadurch
gekennzeichnet, daß Einzelflaschen auf einer Transporteinrichtung
hintereinander transportiert werden, daß seitlich der Transporteinrichtung auf der
einen Seite eine elektronische Kamera, auf der anderen Seite eine
Gegenlichtbeleuchtung angebracht ist, daß ein angeschlossenes
Bildverarbeitungssystem das Kamerasignal auswertet und die Kontur der Flasche
in mehreren Höhenschnitten abspeichert, daß im Lernmodus die Auswertung und
Abspeicherung mit allen zu erkennenden Flaschen und mindestens in einer
Tiefenlage pro Flasche erfolgt, daß im laufenden Erkennungsmodus die Kontur der
jeweils aktuell zu erkennenden Flasche mit den zuvor gelernten Konturen
verglichen werden, daß zusätzlich die Werte der aktuellen Kontur mit den zuvor
gelernten Konturen in mehren Höhenpositionen gegeneinander verschoben
verglichen werden, daß aus dem besten Ergebnis der Vergleiche das
Vorhandensein einer der gelernten Flaschen abgeleitet wird.
16. Verfahren und Einrichtung zum Erkennen und Sortieren von
Getränkebehältern, insbesondere Flaschen und Flaschenkästen, dadurch
gekennzeichnet, daß Einzelflaschen auf einer Transporteinrichtung
hintereinander transportiert werden, daß seitlich der Transporteinrichtung auf der
einen Seite eine elektronische Kamera, auf der anderen Seite eine
Gegenlichtbeleuchtung angebracht ist, und daß die Beleuchtung aus einer
Mischung von Lichtquellen unterschiedlicher Spektralbereiche besteht, daß ein
angeschlossenes Bildverarbeitungssystem das Kamerasignal auswertet und
einerseits die Kontur der Flasche registriert, andererseits in der Mitte der Flasche
mindestens zwei Bereiche unterschiedlicher Spektralcharakteristik bezüglich ihrer
Helligkeitswerte vergleicht und aus dem Vergleich die Farbe der Flasche ableitet.
17. Verfahren und Einrichtung zum Erkennen und Sortieren von
Getränkebehältern, insbesondere Flaschen und Flaschenkästen, dadurch
gekennzeichnet, daß Flaschen in einem Rücknahmeautomaten auf einem
Förderband von einer Eingabeöffnung an der Bedienerseite des
Rückgabeautomaten zu einer Erkennungseinheit transportiert werden, daß die
Flaschen zwischen Eingabeöffnung und Erkennungseinheit eine mechanische
Schikane passieren, daß der Flaschentyp mit einer Erkennungseinheit am Band
detektiert wird, daß, die nicht vom Automaten zurückgenommen werden sollen,
mittels eines elektromechanischen Ausstoßers seitlich vom Band in eine
Abführrinne gestoßen werden, daß die Abführrinne von der Ausstoßstelle bis zur
Frontseite des Rücknahmeautomaten reicht, daß die Flaschen infolge einer
Neigung der Abführrinne mittels Schwerkraft bis zu einem Flaschenstopper an der
Frontseite des Rücknahmeautomaten gelangen, daß oberhalb des
Flaschenstoppers eine Abgreiföffnung in der Vorderfront des
Rücknahmeautomaten eingelassen ist.
18. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die sich am Flaschenstopper befindliche Flasche mit einer elektromechanischen
Fördereinrichtung in einen unterhalb der Förderrinne befindlichen
Flaschenbunker befördert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19509631A DE19509631A1 (de) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | Verfahren und Einrichtung zum Erkennen und Sortieren von Getränkebehältern, insbesondere Flaschen und Flaschenkästen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19509631A DE19509631A1 (de) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | Verfahren und Einrichtung zum Erkennen und Sortieren von Getränkebehältern, insbesondere Flaschen und Flaschenkästen |
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DE19509631A1 true DE19509631A1 (de) | 1996-09-19 |
Family
ID=7756901
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19509631A Ceased DE19509631A1 (de) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | Verfahren und Einrichtung zum Erkennen und Sortieren von Getränkebehältern, insbesondere Flaschen und Flaschenkästen |
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