Einrichtung zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten Device for the three-dimensional measurement of objects
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur dreidimensionalen Vermessung von Behältern wie insbesondere Flaschen und Flaschenkästen mit eingestellten Flaschen für Leergutrücknahmesysteme.The invention relates to a device for three-dimensional measurement of containers such as in particular bottles and crates with bottles set for empties return systems.
Zur Identifizierung von Behältern wie insbesondere Kästen und Flaschen bzw. von Flaschen in Kästen ist eine Bestimmung der Kontur der Flaschenkästen und der darin befindlichen Flaschen erforderlich. Insbesondere ist eine Höhenabmessung des Kastens, seine Länge und seine Breite sowie die Höhenbestimmung der Flaschenhälse und die Anzahl der Flaschen notwendig. Hieraus ergibt sich die Kastenform und die Lage der Flaschen im Kasten sowie die Anzahl der Flaschen im Kasten.For the identification of containers such as in particular boxes and bottles or bottles in boxes, a determination of the contour of the bottle crates and the bottles therein is required. In particular, a height dimension of the box, its length and its width and the height determination of the bottle necks and the number of bottles is necessary. This results in the box shape and the position of the bottles in the box and the number of bottles in the box.
Im Bereich von Leergutrücknahmeautomaten ist eine Vielzahl von Verfahren bekannt, um die Kontur eines Behälters zu erkennen. So ist in der EP 404 749 B1 ein Verfahren zur Ermittlung der Dimensionen eines Behälters beschrieben, bei dem ein Laufzeitverfahren benutzt wird. Eine Sendeeinrichtung strahlt aktiv Licht aus, das teilweise am Messobjekt reflektiert wird. Teile des reflektierten Lichtes werden von einem Sensorelement empfangen und abhängig vom jeweiligen Verfahren kann durch Auswertung des Sende- und Empfangssignals auf die Entfernung zum Messobjekt bzw. auf die Objektgeometrie geschlossen werden. Um die Kontur des Behälters zu erfassen, ist ein drehender Spiegel vorgesehen, so dass das ausgesandte Licht die gesamte Kontur des Behälters überstreichen kann. Nachteilig bei Laufzeitverfahren ist die äußerst komplexe Technik, die zur Erfassung des physikalischen Effekts notwendig ist. Insbesondere ist ein sehr großer Bauraum erforderlich, um die zu messenden Laufzeitunterschiede detektieren zu können. Dies ist jedoch bei der
Aufstellung dieser Geräte in Supermärkten hinderlich, da hier der Raum oft eng bemessen ist.In the field of reverse vending machines, a variety of methods are known to detect the contour of a container. Thus, EP 404 749 B1 describes a method for determining the dimensions of a container in which a transit time method is used. A transmitting device actively emits light that is partially reflected on the measuring object. Parts of the reflected light are received by a sensor element and depending on the respective method can be concluded by evaluation of the transmitted and received signal on the distance to the measurement object or on the object geometry. To detect the contour of the container, a rotating mirror is provided so that the emitted light can sweep the entire contour of the container. A disadvantage of runtime methods is the extremely complex technology that is necessary for detecting the physical effect. In particular, a very large space is required in order to detect the measured time differences can. This is however with the Installation of these devices in supermarkets hinderlich, since here the space is often tight.
Aus der DE 198 32 615 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung der Form flaschenförmiger Behälter bekannt, bei dem in die Flasche durch ihren Flaschenboden Licht eingekoppelt wird, so dass dieses Licht durch dieFrom DE 198 32 615 A1 discloses a method for detecting the shape of bottle-shaped container is known in which light is coupled into the bottle through its bottom of the bottle, so that this light through the
Flasche wieder nach außen abstrahlt und von einer oberhalb der Flasche angeordneten Kamera ein Bild der beleuchteten Flasche aufgenommen werden kann. Dieses Verfahren ist jedoch nicht anzuwenden, wenn sich dieBottle radiates outward again and from a camera disposed above the bottle, an image of the illuminated bottle can be recorded. However, this procedure does not apply if the
Flasche in einem geschlossenen Flaschenkasten befindet, da dann eine Beleuchtung von unten nicht möglich ist.Bottle is in a closed bottle crate, because then a lighting from below is not possible.
Als nichtoptische Verfahren gibt es Ultraschallverfahren, wobei es allerdings zu Messungenauigkeiten aufgrund von Totalreflexion an schallharten Oberflächen kommen kann, so dass keine oder nur eine sehr geringe Reflexion gemessen wird.As a non-optical method, there are ultrasonic methods, although it can lead to measurement inaccuracies due to total reflection at reverberant surfaces, so that no or only a very small reflection is measured.
Die Erfindung hat somit die Aufgabe, eine Einrichtung zur dreidimensionalen Erfassung von Objekten wie Behältern, insbesondere Flaschen und Flaschenkästen mit eingestellten Flaschen für Leergutrücknahmesysteme zu schaffen, die sich durch einen kompakten Aufbau und somit einen geringen Bauraum und hier insbesondere durch eine geringe Bautiefe auszeichnet und gleichwohl eine sichere und schnelle Erkennung der Behälter gewährleistet. Darüber hinaus soll sie sich durch einen robusten Aufbau und eine hohe Wartungsfreiheit auszeichnen.The invention thus has the object to provide a device for three-dimensional detection of objects such as containers, especially bottles and crates with bottles set for empties return systems, which is characterized by a compact design and thus a small space and here in particular by a small depth and nonetheless ensures a safe and fast detection of the container. In addition, it should be characterized by a robust construction and a high maintenance-free.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Einrichtung zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten wie Behältern, insbesondere insbesondere Flaschen und Flaschenkästen mit eingestellten Flaschen für Leergutrücknahmesysteme gelöst, bei der eine Stereoabbildung des Objektes durch zwei Kameras vorgesehen ist, die oberhalb des Objektes angeordnet sind und einen im wesentlichen achsenparallelen Strahlengang
aufweisen. Zur Beleuchtung des Objektes ist eine im wesentlichen ringförmige Lichtquelle vorgesehen, die zwischen dem Objekt und den Kameras angeordnet ist und eine diffuse Beleuchtung des Objektes ermöglicht.This object is achieved according to the invention by a device for three-dimensional measurement of objects such as containers, especially bottles and crates with bottles set for reverse vending systems, in which a stereo image of the object is provided by two cameras, which are arranged above the object and a in essential axis-parallel beam path exhibit. To illuminate the object, a substantially annular light source is provided, which is arranged between the object and the cameras and enables diffuse illumination of the object.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass sie einen geringen Bauraum benötigt, keine beweglichen mechanischen Komponenten aufweist und insgesamt sehr wartungsfrei ist.The solution according to the invention has the advantage that it requires a small space, has no moving mechanical components and is very maintenance-free overall.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.Further details of the invention will become apparent from the following description and the drawings.
In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:
Fig. 1 : eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung für die Rücknahme von Behältern, insbesondere eines Flaschenkastens mit Flaschen.Fig. 1: a schematic view of the device according to the invention for the return of containers, in particular a bottle crate with bottles.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Rücknahme von Objekten wie Behältern, insbesondere von Flaschen in Flaschenkästen dargestellt. Vorzugsweise befindet sich diese Einrichtung in einem Leergut- Rücknahmeautomaten. Der Flaschenkasten 1 befindet sich auf einem Transportband 2. Der Kasten 1 wird auf das Transportband 2 gesetzt und wird dann von dem Transportband 2 in den Erfassungsbereich von zwei Kameras 3, 4 transportiert. Im Erfassungsbereich der Kameras 3, 4 wird das Transportband 2 angehalten, damit ein Bild des ruhenden Flaschenkastens aufgenommen werden kann. In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, den Flaschenkasten 1 wärend der Bewegung auf dem Transportband 2 mit den Kameras 3,4 zu erfassen. Die beiden Kameras 3,4, bei denen es sich vorzugsweise um hochauflösende CCD-Kameras handelt, sind in einem festen Abstand zueinander und im wesentlichen achsenparallel angeordnet und befinden sich in einer Ebene oberhalb des
Flaschenkastθns 1. Zur Erhöhung der Erkennungssicherheit können diese Kameras 3,4 auch als Farb-Kameras ausgebildet sein. Vorzugsweise beträgt der Abstand der beiden Kameras 3, 4 etwa 8 cm. Zudem sind die Kameras 3, 4 vorzugsweise nicht gänzlich parallel zueinander angeordnet, sondern in einem gewissen Winkel, so dass der Flaschenkasten 1 aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen wird. Die Kalibrierung 3, 4 zueinander erfolgt zweckmäßigerweise mit einer automatisierten Kalibriervorrichtung. Vorzugsweise werden Kameras mit Vz " Bilddiagonale verwendet. Insgesamt sind durch die Anordnung der Kameras 3, 4 oberhalb des Flaschenkastens 1 objektseitige telezentrische Strahlengänge für die Aufnahme der Bilder des Flaschenkastens 1 ermöglicht.In Fig. 1, a device according to the invention for the return of objects such as containers, in particular bottles in crates is shown. Preferably, this device is in a reverse vending machine. The bottle crate 1 is located on a conveyor belt 2. The box 1 is placed on the conveyor belt 2 and is then transported by the conveyor belt 2 in the detection area of two cameras 3, 4. In the detection range of the cameras 3, 4, the conveyor belt 2 is stopped so that an image of the dormant bottle crate can be recorded. In a further development of the invention can also be provided to detect the bottle crate 1 during movement on the conveyor belt 2 with the cameras 3,4. The two cameras 3, 4, which are preferably high-resolution CCD cameras, are arranged at a fixed distance from each other and substantially parallel to the axis and are located in a plane above the Flaschenkastns 1. To increase the reliability of detection, these cameras 3,4 may also be designed as color cameras. Preferably, the distance between the two cameras 3, 4 is about 8 cm. In addition, the cameras 3, 4 are preferably not arranged completely parallel to each other, but at a certain angle, so that the bottle crate 1 is received from different directions. The calibration 3, 4 to each other is advantageously carried out with an automated calibration. Preferably, cameras are used with Vz "screen size. Altogether, the cameras 3, 4 above the object side of the bottle case 1 telecentric beam paths for the recording of images of the bottle case 1 are made possible by the arrangement.
Durch die beiden Kameras 3, 4 wird der Flaschenkasten 1 gleichzeitig aus verschiedenen Perspektiven aufgenommen. Aus den beiden Ansichten des Flaschenkastens 1 kann die dreidimensionale Struktur des Flaschenkastens als Stereobild erschlossen werden. Da die Kameras 3,4 hinsichtlich ihrer Positionierung zum Flaschenkasten 1 als auch untereinander starr sind, ermöglicht dies einen robusten mechanischen Aufbau der Einrichtung, da auf bewegliche Komponenten verzichtet werden kann. Da vorzugsweise auch der Kasten 1 während der Bildaufnahme ruht, ist eine einfache Geometrie zur Bildaufnahme geschaffen.Through the two cameras 3, 4 of the bottle crate 1 is added simultaneously from different perspectives. From the two views of the bottle crate 1, the three-dimensional structure of the bottle crate can be developed as a stereo image. Since the cameras 3,4 are rigid with respect to their positioning relative to the bottle crate 1 as well as with each other, this enables a robust mechanical construction of the device, since it is possible to dispense with movable components. Since preferably also the box 1 rests during the image acquisition, a simple geometry for image acquisition is created.
Um den Flachenkasten 1 zu beleuchten, befindet sich oberhalb des Flaschenkastens 1 und unterhalb der Kameras 3, 4 eine vorteilhafterweise ringförmige Lichtquelle 5. Vorzugsweise ist die Form der Lichtquelle an die rechteckförmige Kontur des Flaschenkastens angepasst und als rechteckförmiges Lichtband 5 ausgebildet. Vorzugsweise besteht das Lichtband 5 aus Kaltkathodenröhren, da diese ein diffuses Licht aussenden und sich durch eine hohe Lebensdauer auszeichnen. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Reihe von Leuchtdioden, insbesondere lichtintensive LEDs verwendet werden. Insgesamt wird durch diese Art der Lichtquelle 5 eine diffuse und gleichmäßige Beleuchtung des zu erfassenden Behälters,
insbesondere des Flaschenkastens erreicht. Die Positionierung der Lichtquelle oberhalb des Flaschenkastens 1 und die diffuse Beleuchtung gewährleisten eine homogene Ausleuchtung der in dem Flaschenkasten befindlichen Flaschen, so dass ein deutliches Bild von ihnen aufgenommen werden kann.To illuminate the flat box 1, located above the bottle crate 1 and below the cameras 3, 4 is an advantageously annular light source 5. Preferably, the shape of the light source is adapted to the rectangular contour of the bottle crate and formed as a rectangular light band 5. Preferably, the light band 5 is made of cold cathode tubes, since they emit a diffused light and are characterized by a long service life. However, it is also possible that a number of light-emitting diodes, in particular light-intensive LEDs are used. Overall, this type of light source 5 is a diffuse and uniform illumination of the container to be detected, reached in particular the bottle crate. The positioning of the light source above the bottle crate 1 and the diffuse illumination ensure a homogeneous illumination of the bottles located in the bottle crate, so that a clear image of them can be taken.
Um ein möglichst diffuses Licht für die Beleuchtung des Flaschenkastens 1 zu erreichen, können noch zusätzliche, hier nicht dargestellte Diffusoren wie Streuscheiben eingesetzt werden.In order to achieve the most diffused light possible for the lighting of the bottle crate 1, additional, not shown here diffusers can be used as lenses.
Für eine Erkennung von Schriftzügen und Logos an den Seitenflächen des Flaschenkastens 1 ist eine weitere Kamera 6 vorgesehen, die an einer Seite des Förderbandes 2 angeordnet ist. Um das Logo zu erkennen, ist einFor recognition of logotypes and logos on the side surfaces of the bottle crate 1, a further camera 6 is provided, which is arranged on one side of the conveyor belt 2. To recognize the logo is a
Spiegel 7 vorgesehen, der das Bild des Logos an den Seitenflächen desMirror 7 is provided, which displays the image of the logo on the side surfaces of the logo
Flaschenkastens 1 auf die Kamera 6 lenkt. Der Spiegel ist im wesentlichen senkrecht und um 45 ° zur Transportbandrichtung geneigt angeordnet. Durch die senkrechte Anordnung des Spiegels können Schmutzablagerungen auf dem Spiegel durch Einwirkung der Schwerkraft im wesentlichen vermieden werden.Bottle crate 1 on the camera 6 directs. The mirror is substantially perpendicular and inclined at 45 ° to the conveyor belt direction. Due to the vertical arrangement of the mirror dirt deposits on the mirror by the action of gravity can be substantially avoided.
Insgesamt ist durch den beschriebenen Aufbau die erforderliche Bauraumgröße sehr klein, da im wesentlichen die Abmessungen des Flaschenkastens selbst ein Maß für den erforderlichen Bauraum sind.Overall, the required space size is very small due to the structure described, since essentially the dimensions of the bottle crate itself are a measure of the required space.
Die Kastenerkennung selbst wird in zwei Schritten durchgeführt. Zunächst werden die Bilder des Kastens von den Kameras 3, 4 aufgenommen und diese werden an eine Bildverarbeitungseinrichtung weitergeleitet. Dort wird mit Mitteln der Bildverarbeitung zunächst eine Erkennung der Größenverhältnisse des Kastens wie die Höhe, Breite und Länge durchgeführt. Dazu werden mit einem entsprechenden Bildverarbeitungsalgorithmen die Kastenkanten in den beiden Bildern der Kameras von außen angetastet und daraus werden die Maße des Kastens
ermittelt. Die Bilder und die errechneten Kastenmaße werden dann einem weiteren Algorithmus übergeben, der nun die Flaschen in dem Kasten erkennen soll. Hierzu wird zunächst von den erfassten Bildpunkten die Ableitung in den beiden Raumrichtungen x, y berechnet. Nun werden die Bilder Linie für Linie nach Korrespondenzpunkten durchsucht, wobei es sich hierbei um Gradientenschwellwerte handelt. Für jedes Pixel werden der Intensitätswert, der X-Gradient und der Y-Gradient gespeichert. Anschließend werden die beiden Bilder miteinander verknüpft und die Differenz der Grauwerte beider Bilder wird abgelegt und mit einer Datenbank verglichen. Sind die ermittelten Flaschenkastendaten in der Datenbank bekannt, so wird der Kasten von dem Rücknahmesystem angenommen. Insgesamt sollte die Bilderkennung bei ca. 1 - 2 Sekunden liegen. Die Auflösung der Kastenvermessung liegt mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen System bei +/- 1 mm, so dass alle handelsüblichen Flaschen- und Kastentypen mit hoher Sicherheit erkannt werden können.
The box detection itself is carried out in two steps. First, the images of the box are taken by the cameras 3, 4 and these are forwarded to an image processing device. There, with means of image processing, initially a recognition of the size relationships of the box, such as the height, width and length, is carried out. For this purpose, the box edges in the two images of the cameras are touched from the outside with a corresponding image processing algorithm and from this the dimensions of the box are calculated determined. The images and the computed box dimensions are then passed to another algorithm, which is now to recognize the bottles in the box. For this purpose, the derivative in the two spatial directions x, y is first calculated from the captured pixels. Now the images are searched line by line for correspondence points, which are gradient thresholds. For each pixel, the intensity value, the X gradient and the Y gradient are stored. Subsequently, the two images are linked together and the difference of the gray values of both images is stored and compared with a database. If the determined bottle crate data is known in the database, the crate is accepted by the return system. Overall, the image recognition should be about 1 - 2 seconds. The resolution of the box survey lies with the described inventive system at +/- 1 mm, so that all commercial types of bottles and boxes can be detected with high security.