Beschreibung
Vorrichtung zur Bildaufnahme
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bildaufnahme mindestens der in Bewegungsrichtung vorderen und/oder hinteren, zur Transportebene annähernd senkrechten Flächen von mit gleichmäßiger Geschwindigkeit einzeln nacheinander auf einer Transportbahn an mindestens einer Kamera vorbei bewegten qua- derförmigen Gegenstände. Jede Kamera besitzt einen optoelektronischen CCD-Sensor und ein Zoom-Objektiv mit schnellem Zoom-Versteilantrieb und Autofokus . Weiterhin sind mindestens eine Steuereinheit zur Erzeugung von Stellsignalen für die Kamera/s und eine Sensoreinrichtung zur Ermittlung der Lage der aufzunehmenden guaderformigen Gegenstände an festgelegten Orten der Transportbahn in Abhängigkeit vom Weg vorgesehen. Die Kamera/s sind oberhalb oder seitlich der quaderförmigen Gegenstände schräg auf die jeweils aufzunehmende Fläche ausgerichtet fest angeordnet.
Quaderförmige Gegenstände werden nach den auf der Oberfläche befindlichen Verteilinformationen, in den häufigsten Fällen den Empfängeradressen oder Barcodelabeln, in entsprechenden Einrichtungen automatisch sortiert und verteilt. Dabei werden die quaderförmigen Gegenstände ausgerichtet auf einer Transportbahn mit relativ hoher Geschwindigkeit von z.B. 2m/sec bei z.T. sehr kleinen Abständen zwischen den quaderförmigen Gegenständen an der Vorrichtung zur Bildaufnahme vorbeigeführt, die die aufgenommenen Bilder einem OCR-Leser zur Verfügung stellt.
Da es von vornherein nicht bekannt ist, auf welcher Seite des quaderförmigen Gegenstandes sich die Verteilinformationen befinden, müssen bei einem automatischen System ohne manuelle Eingriffe alle Seitenflächen der quaderförmigen Gegenstände aufgenommen werden.
Dazu ist aus der EP 462 256 Bl bekannt, quaderförmige Gegenstände von allen sechs Seiten aufzunehmen. Von unten erfolgt dies durch einen Schlitz mit einer CCD-Zeilenkamera während des Vorbeitransportes . Dies macht keine Schwierigkeiten, da die Unterseite stets eine definierte Lage und Entfernung zur Kamera hat. Die übrigen offenliegenden Seiten werden mit Flächenkameras aufgenommen. Da die quaderförmigen Gegenstände relativ große Flächen besitzen, müssen entsprechende Flächenkameras eine sehr hohe Auflösung besitzen, um vorhandene Verteilinformationen (Adressen) erfolgreich zu lesen. Um solche Kameras, die sehr teuer sind bzw. nicht verfügbar waren, wird hier der Leseprozess zweistufig durchgeführt . Zuerst werden die gesamten Flächen mit geringer Auflösung aufgenommen, um nur das Adressgebiet zu ermitteln. Dann wird in einer zweiten Stufe nur dieses Gebiet mit hoher Auflösung abgescannt, wofür keine so hohe Pixelanzahl notwendig ist .
In Patent Abstracts of Japan vol. 014, no. 438 (P-1108) , 19. September 1990 & JP 02 171883 A (NEC Corp.), 3. Juli 1990, wird eine Vorrichtung zur Bildaufnahme von Gegenstandsoberflächen, die Verteilinformationen enthalten, offenbart, die eine senkrecht zur aufzunehmenden Gegenstandsoberfläche ausgerichtete Kamera aufweist, enthaltend einen CCD-Sensor und ein Aufnahmeobjektiv, mit mindestens einem Sensor zur Messung der Gegenstandshδhen und einer Steuereinrichtung zur Erzeugung von Stellsignalen für die Kamera in Abhängigkeit von der gemessenen Gegenstandshöhe. Weiterhin besitzt sie Transportmittel zum kontinuierlichen Transport der quaderförmigen Gegenstände an der Kamera vorbei , wobei die Kamera als Aufnahmeobjektiv ein Zoom-Objektiv mit schnellem Zoom-Versteilantrieb aufweist, sowie mit einem Autofokus ausgerüstet ist. Der schnelle Zoom-Verstellantrieb ist von der Steuereinrichtung so ansteuerbar, dass der Abbildungsmaßstab unabhängig von der vorher gemessenen Höhe der die Verteilinformation enthaltenden Gegenstandsoberfläche stets gleich ist.
Bekannt ist in diesem Zusammenhang auch, dass der Zoom- Verstellantrieb einen Linear-Motor enthält (Patent Abstracts of Japan vol. 1997, no. 01, 31. Januar 1997 & JP 08 248291 A (Sony Corp.), 27. September 1996).
Will man die in Transportrichtung vorderen und hinteren Flächen der quaderförmigen Gegenstände, die annähernd rechtwinklig zur Transportrichtung ausgerichtet sind, und die in geringen Abständen aufeinander folgen, aufnehmen, so müssen die Kameras schräg von oben oder seitlich auf die quaderförmigen Gegenstände gerichtet sein, da sonst die quaderförmigen Nachbargegenstände die Sicht versperren.
Hierzu werden bisher sehr teure Flächenkameras mit hoher Pixelanzahl oder Zeilenkameras verwendet, bei denen aber Bildverzerrungen und Änderungen der Auflösung auftraten.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Bildaufnahme zu schaffen, mit der die relativ großen Flächen der bewegten annähernd quaderförmigen Gegenstände mit schräg angeordneten Zeilenkameras ohne Verzerrung aufnehmbar sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst .
Durch das Verstellen des Zoom-Objektivs entsprechend der Bewegung des quaderförmigen Gegenstandes an der Kamera vorbei mit den dadurch wandernden Zeilen und mit den damit veränderten Abständen der jeweiligen Zeile von der Kamera so, dass der Abbildungsmaßstab in jeder Zeile gleich ist, wird ein unverzerrtes Bild erhalten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen dargelegt .
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorteilhaft, bei oberhalb der quaderförmigen Gegenstände angeordne-
ter Kamera den optoelektronischen Zeilensensor horizontal auszurichten und den VerStellantrieb des Zoom-Objektivs so anzusteuern, dass die in Bewegungsrichtung vordere Fläche beginnend an der Unterkante und die in Bewegungsrichtung hintere Fläche beginnend an der Oberkante aufgenommen wird. Hierbei ist es vorteilhaft, das Zoom-Objektiv so anzusteuern, dass zusätzlich die Oberseite des quaderförmigen Gegenstandes abgetastet wird.
Vorteilhaft ist es auch, bei seitlich von den quaderförmigen Gegenständen angeordneter Kamera den optoelektronischen Zeilensensor vertikal auszurichten und den Versteilantrieb des Zoom-Obj ktivs so anzusteuern, dass die in Bewegungsrichtung vordere Fläche beginnend an der der Kamera abgewandten vertikalen Kante und die in Bewegungsrichtung hintere Fläche beginnend an der der Kamera zugewandten vertikalen Kante aufgenommen wird.
Zusätzlich kann das Zoom-Objektiv so angesteuert werden, dass auch die zur Kamera gerichtete seitliche Fläche abgetastet wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, den Zeilensensor in der Kamera so schräg zur Objektivebene anzuordnen, dass die Zeilensen- sorebene bei der gewählten Schrägstellung der Kamera annähernd senkrecht oder parallel zur aufzunehmenden Fläche des quaderförmigen Gegenstandes liegt.
Beim senkrechten Anordnen wird die Scheimpflugbedingung (größere Schärfentiefe) eher eingehalten als bei paralleler Anordnung, die ohne Schrägstellung des Zeilensensors in der Kamera auftretende Überlappung der Grenzbereiche der aufgenommenen Oberflächenzeilen wird beseitigt, so dass die Auflösung wie bei einer Frontalaufnähme erhalten bleibt .
Um Schwankungen in der Verzerrungsfreiheit an den Rändern der au zunehmenden Flächen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, den VerStellantrieb so rechtzeitig zu starten bzw. erst abzubrem-
sen, dass während der Aufnahme der gesamten Fläche der Ver- stellantrieb die vorgesehene Verstellgeschwindigkeit aufweist .
Vorteilhaft ist es auch, den VerStellantrieb so zu steuern, dass jede Gegenstandsflächenabtastung bis zu einer maximalen Gegenstandshöhe durchgeführt wird. Damit ist eine Messung der Gegenstandshöhen nicht notwendig.
Eine Steuerung bis zur jeweiligen Gegenstandshöhe ist auch möglich, wenn die Gegenstandshöheninformation vorliegt.
Zur besseren Anpassung an örtliche Gegebenheiten ist es vorteilhaft, den Kamerastrahlengang mittels Spiegel zu falten, so dass der Aufstellort der Kamera variabel ist .
Um eine möglichst gute, gleichmäßige Ausleuchtung des Aufnah- mefeldes zu erhalten, ist es vorteilhaft, im Gegenstand nahen Kamerastrahlengang eine Beleuchtungseinrichtung anzuordnen, in deren Mitte sich ein Umlenkspiegel befindet. Dieser lenkt die Kamerastrahlen zur nicht im Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung befindlichen Kamera um. Der Lichtstrom gelangt also weitgehend ungehindert an die aufzunehmende Oberfläche.
Anschließend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen
FIG 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Bildaufnahme,
FIG 2 den Strahlengang bei schräger Sicht auf die
Frontfläche eines quaderförmigen Gegenstandes mit Darstellung des CCD-Zeilensensors senkrecht und schräg zur Objektivachse,
FIG 3 eine schematische Seitenansicht mit Beleuchtung.
In der FIG 1 ist ein angetriebenes Transportband 1 als Transportbahn dargestellt, auf dem quaderförmige Gegenstände 2,3 in einem festgelegten Mi destabstand mit konstanter Geschwindigkeit von links nach rechts (Pfeilrichtung) transportiert werden. Über dem Transportband 1 befinden sich zwei Kameras 4,7 , die jeweils ein Zoom-Objektiv 5,8 mit Versteilantrieb und einem optoelektronischen CCD-Zeilensensors 6,9 aufweisen. Die in Transportrichtung vordere Kamera 4 schaut unter einem Winkel von ca. 45° schräg nach unten auf die vorbeibewegten Frontflächen und die in Transportrichtung hintere Kamera 7 schaut unter einem Winkel von ca. 45° schräg nach unten auf die Rückseiten der quaderförmigen Gegenstände 2,3. Zur Steuerung der Kameras 2,3 ist es notwendig, zeitbezogen die genaue Lage der quaderförmigen Gegenstände 2,3 zu kennen. Dazu ist nicht dargestellt eine Lichtschranke und ein Drehim- pulsgeber vorgesehen.
Die Lichtschranke detektiert an einem festgelegten Ort den Durchgang der Vorder- und Hinterkanten der quaderförmigen Gegenstände, und mit Hilfe des Drehimpulsgebers, der die Bewegung des Transportbandes detektiert, kann dann genau ermittelt werden, zu welchen Zeitpunkten die Unterkanten
- Pos. B - der Vorderseiten der quaderförmigen Gegenstände 2,3 im Strahlengang der vorderen Kamera 4 und zu welchen Zeitpunkten die Oberkanten - Pos. F - der Rückseiten der quaderförmigen Gegenstände im Strahlengang der hinteren Kamera 7 erscheinen.
Zu diesen Zeitpunkten muss der Versteilantrieb des jeweiligen Zoom-Objektivs 5,8 die vorgesehene Verstellgeschwindigkeit erreicht haben.
Um die Zeit zur Beschleunigung der Zoom-Bewegung von 0 auf die Verstellgeschwindigkeit muss der StartZeitpunkt
- Pos. A,E - des VerStellantriebes von den oben ermittelten
Zeitpunkten vorverlegt werden. Sollen die Verstellwege möglichst kurz gehalten werden, d.h. soll die Verstellung der Zoom-Objektive 5,8 nur während des Abscannens der jeweiligen Vorder- oder Rückseite erfolgen, muss die Höhe jedes quaderförmigen Gegenstandes 2,3 mit an sich bekannten Sensoreinrichtungen (z.B. Lichtschrankenzeile, Lasersensor) gemessen werden. Damit kann dann der genaue Zeitpunkt ermittelt werden, wann die Oberkante der Vorderseite den Strahlengang der vorderen Kamera 4 verlässt und wann die Oberkante der Rückseite - Pos . F - in den Strahlengang der hinteren Kamera 7 eintritt . Damit liegt auch der Zeitpunkt an der Pos . C des Abbremsens der Verstellung des Zoom-Objektivs 5 der vorderen Kamera 4 und unter Hinzurechnung der Beschleunigungszeit der Startzeitpunkt entsprechend der Pos. A der Verstellung des Zoom-Objektivs 8 der hinteren Kamera 7 fest.
Wird die Höhe des quaderförmigen Gegenstandes 2,3 nicht gemessen, so muss der Verstellweg des Zoom-Objektivs für jeden Gegenstand einheitlich auf eine Höhe ausgelegt sein, die mindestens der Höhe des größten quaderförmigen Gegenstandes 2,3 entspricht.
Wie in der FIG 2 zu erkennen ist, ist aufgrund der Schrägstellung der Kameras gegenüber der aufzunehmenden Fläche bei üblicher Ausrichtung der Zeilensensorebene die Dicke einer abgetasteten Zeile größer als bei einer nicht schräg angeordneten Kamera, so dass sich an den Rändern Überlappungen ergeben. Außerdem ergeben sich Unscharfen/Verzerrungen. Um dieses zu vermeiden und eine Auflösung wie bei einer nicht schrägen Kameraausrichtung gegenüber der aufzunehmenden Fläche zu erreichen, wird die CCD-Sensorebene wie in FIG 2 zu erkennen so geneigt, dass sie annähernd senkrecht zur Fläche ausgerichtet ist. Dann hat die abgetastete Zeile die Dicke wie bei einer Kamera ohne Schrägstellung und für die Schärfe über die Zeilendicke wird die Scheimpflugbedingung annähernd erreicht.
Die Neigung des Sensors parallel zur abzutastenden Gegenstandsfläche ist auch möglich, nur ist die Schärfe über die Zeilendicke geringer.
In FIG 3 ist eine günstige Beleuchtung dargestellt. Damit die abzutastende Oberfläche stets gleichmäßig ausgeleuchtet ist, befindet sich ein Rinnenspiegelscheinwerfer 10 im quaderförmigen Gegenstand nahen Kamerastrahlengang. Damit der Rinnenspiegelscheinwerfer 10 durch die Kamera 7 nicht verdeckt wird, befindet sich in der Mitte des Rinnenspiegelscheinwer- fers 10 ein relativ kleiner Umlenkspiegel 11, der die Empfangsstrahlen zur Kamera 7, die sich an einer nichtstörenden Position befinden, umleitet.