WO2023110135A1 - Verfahren und vorrichtung zur lagebestimmung gewölbter artikel sowie zum aufsatteln solcher - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur lagebestimmung gewölbter artikel sowie zum aufsatteln solcher Download PDF

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WO2023110135A1
WO2023110135A1 PCT/EP2021/086575 EP2021086575W WO2023110135A1 WO 2023110135 A1 WO2023110135 A1 WO 2023110135A1 EP 2021086575 W EP2021086575 W EP 2021086575W WO 2023110135 A1 WO2023110135 A1 WO 2023110135A1
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point cloud
article
points
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cloud data
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PCT/EP2021/086575
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Oliver Schlesiger
Fabian Isernhagen
Tim Struve
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Nordischer Maschinenbau Rud. Baader Gmbh + Co. Kg
Fpi Food Processing Innovation Gmbh & Co. Kg
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Priority to CA3176368A priority patent/CA3176368A1/en
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
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    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30128—Food products

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the position of curved articles in the food processing industry.
  • the invention also relates to a method for mounting curved articles in the food processing industry.
  • the invention relates to a device for determining the position of curved articles in the food processing industry and an arrangement for the automatic mounting of curved articles in the food processing industry.
  • Methods, devices and arrangements of this type are used in the automatic processing of articles in the food processing industry, in particular in the processing of such articles with a curved, ie non-planar, surface.
  • it is firstly necessary to automatically determine their location and their position in space, in order then to feed them to further processing, if necessary with knowledge of the spatial orientation.
  • it is necessary to saddle the articles on supporting bodies for further processing in order to fix them in a desired position during processing and/or to change their spatial orientation during processing and adapt them to the respective processing step.
  • Such methods, devices and arrangements are used in particular in the processing of poultry slaughtered carcasses or parts thereof.
  • Both Articles of the food processing industry are in particular poultry breast caps or the like.
  • the object is achieved by a method having the features mentioned at the outset, the method according to the invention comprising the following steps: a) scanning the article using a detection device set up to generate point cloud data which represent the three-dimensional surface structure of the article; b) selecting a central point from the point cloud data and determining a partial point cloud from the points of the point cloud data whose positions are within a predetermined distance from the central point; c) determining the main orientation of the partial point cloud for at least two spatial directions of the partial point cloud by determining the two associated spatial position vectors; d) determining a partial surface normal vector describing a partial surface on the basis of the determined spatial position vectors perpendicular to the two spatial position vectors is; e) marking the points in the point cloud data that are present in the partial point cloud as points that have already been processed and repeating steps b) to d) for further points in the point cloud data that are not marked as points that have already been processed, until a predetermined proportion of the points have been processed is; f) selecting
  • the method according to the invention offers the advantage that the spatial position of one of the articles mentioned is ultimately described by a single normal vector determined using the method according to the invention.
  • This normal vector is perpendicular to an imaginary plane that best approximates the main orientation of the curved article. If the said article has a convex side, as is the case, for example, with poultry breast caps, the normal vector determined using the method according to the invention is perpendicular to the imaginary plane, the plane being tangential to the outermost point of the convex side of the article, for example, and such is oriented such that it is oriented parallel to the main axes describing the position of the curved article.
  • the determined normal vector thus describes that spatial direction in which the article has the greatest curvature on average.
  • the determined normal vector thus represents a measure for the position determination for each article with a curved surface, in particular for the spatial alignment of the curved surface of said article.
  • the scanning of the articles is preferably carried out optically, for this purpose the detection device is set up, for example, as a photomixing detector.
  • a photomixing detector This offers the advantage that the articles are scanned without contact in order to generate the point cloud data that represent the three-dimensional surface structure of that article.
  • Such photomixing detectors depict the surface of the scanned item three-dimensionally using the point cloud data mentioned and also provide an amplitude signal that optically reproduces the surface of the scanned item.
  • a central point is first selected from the cloud data for generating the normal vector for each of the articles. In other words, a point is picked from the point cloud. Around this central point, all those points are now selected whose position lies within a specified distance from the central point.
  • the specified partial point cloud is then determined in step b).
  • the main orientation of the partial point cloud is now determined for at least two of the spatial directions mentioned.
  • the main orientation is preferably determined according to the principle of principal component analysis.
  • the named, respectively associated spatial position vectors are determined for the at least two spatial directions.
  • a partial surface normal vector is then determined based on the determined spatial position vectors, which is perpendicular to the two specified spatial position vectors and thus also to the partial surface.
  • the partial surface normal vector is preferably determined by forming the cross product of the two space-position vectors mentioned.
  • An expedient embodiment of the invention is characterized in that the central points are selected at random. Consequently, the positions of the respective partial point clouds are also selected at random. In this way it is possible to generate the partial point clouds mentioned from the point cloud without linking the selection of the associated partial point cloud centers to any rigid specification. Due to the randomly selected central points, however, it is always achieved on average that the positions of the selected partial point clouds are distributed as evenly as possible over the entire point cloud.
  • a preferred development of the invention is characterized in that the center of gravity of the point cloud is determined taking into account all points of the point cloud data and in that when selecting the determined partial surface normal vectors those are selected whose distance between the central point and the center of gravity is the smallest.
  • a preferred development of the invention is characterized in that only a predetermined number of the partial surface normal vectors is used to determine the normal vector. In this way, the necessary computing effort can be reduced to a minimum without negatively influencing the precision of the position determination. Depending on the application, it can be determined in which areas of the point cloud the respective partial surface normal vectors are used to determine the normal vector, which therefore represents an overall normal vector.
  • a further expedient embodiment of the invention is characterized by making the spatial coordinates of the points present in the partial point cloud free of mean values.
  • the mean values p x , p y , p z of all x, y and z coordinates of the points of the partial point cloud are preferably determined and the mean values p x , py , p z are subtracted from the respective point coordinates in order to arrive at this Way to make the points or point coordinates mean-free. This significantly reduces the algorithmic complexity of the required vector calculation.
  • a preferred development of the invention is characterized in that a covariance matrix of the mean-free space coordinates is calculated or determined to determine the partial surface normal vector, the eigenvalues of which are determined, with the associated eigenvectors being determined for the two largest eigenvalues that form the at least two of the two associated spatial position vectors for the main orientation of the partial point cloud.
  • the eigenvalues of the covariance matrix of all data points of the partial cloud of points are preferably determined in order to determine the associated spatial position vectors mentioned.
  • C denotes the covariance matrix
  • E denotes the identity matrix
  • n denotes the total number of eigenvalues that exist for the eigenvalue problem.
  • the associated eigenvectors are then determined for the respective largest eigenvalues, ie the associated spatial position vectors for the main orientation of the partial point cloud.
  • a further expedient embodiment of the invention is characterized in that points in the point cloud data whose distance from the detection device exceeds a predetermined maximum distance are masked out.
  • the article is differentiated from the background and at the same time the size of the point cloud is reduced, so that the required computational effort is also reduced. In other words, only those areas in which the respective article is actually located are taken into account for the generation of point cloud data.
  • a preferred development of the invention is characterized in that the point cloud data is subjected to noise filtering.
  • noise filtering can be done in different ways.
  • Such a scaling is preferably carried out as a function of the amplitude measured by the detection device. This can be done, for example, by forming a quotient with the measured amplitude.
  • the measured amplitude corresponds to the optical properties of the article surface, for example with the brightness of the scanned surface.
  • a further useful embodiment of the invention is characterized in that the degree of noise filtering depends on the distance between the respective points in the point cloud data and the detection device. This offers the advantage that, despite noise suppression, the distance or depth information required for determining the position of the article is not lost.
  • the object is also achieved by the method according to the invention for automatically mounting curved articles in the food processing industry. The method comprises the steps: providing at least one supporting body designed to receive and hold the article, determining the overall orientation of the article by determining a normal vector using the previously described method for determining the position of curved articles in the food processing industry.
  • the method further comprises the steps: moving a controllable gripper towards the article, the gripper being moved in any case counter to the direction of the normal vector before it comes into contact with the article, controlling controllable gripper elements of the gripper to pick up and hold the article , moving the gripper together with the article towards the support body, placing the article on the support body by means of the gripper and driving the controllable gripping elements to release the article placed on the support body.
  • the method according to the invention makes it possible to pick up articles with a curved surface geometry precisely and securely by means of the gripper and to attach them to a support body fully automatically. As a result, the previously required use of personnel can be completely avoided and the personnel costs that would otherwise be incurred can be saved. In addition, an existing risk of injury to the staff when manually hitching up the items is avoided.
  • a further expedient development of the invention is characterized in that the articles are poultry breast caps which are placed with their visceral side on the supporting body.
  • the poultry breast caps comprise an outside where the breast fillets are located and an inside towards the rib cage, namely the visceral side.
  • the outside is convex.
  • the gripper is moved against the direction of the normal vector to the outside of the poultry breast cap in order to securely pick it up.
  • a multi-axis robot is preferably used to move the gripper.
  • the task is solved by the mentioned device for determining the position of curved articles in the food processing industry.
  • This includes a detection device that is designed and set up to scan the article while generating point cloud data that represent the three-dimensional surface structure of the article.
  • the device according to the invention also has a processing unit, the processing unit being designed to select a central point from the point cloud data and to determine a partial point cloud from the points in the point cloud data whose positions lie within a predetermined distance from the central point.
  • the processing unit is also designed to determine the main orientation of the partial point cloud for at least two spatial directions of the partial point cloud by determining the two associated spatial position vectors, a partial surface normal vector describing a partial surface based on the determined spatial position vectors, which is perpendicular to both space-position-vectors is to identify the points present in the partial point cloud in the point cloud data as already processed points.
  • the processing unit is also set up to carry out the aforementioned steps repetitively for further points of the point cloud data that are not identified as points that have already been processed, until a predetermined proportion of the points has been processed.
  • the processing unit is designed to select a predetermined number of the determined partial surface normal vectors and to determine the overall orientation of the article by determining a normal vector on the basis of the selected partial surface normal vectors.
  • a further expedient embodiment of the invention is characterized in that the processing unit comprises a random number generator which is set up to randomly select the central points.
  • the random generator offers the advantage that the positions of the respective partial point clouds are selected according to the random principle. In this way it is possible to generate the partial point clouds mentioned from the point cloud without linking the selection of their partial point cloud centers to any rigid specification. Due to the central points randomly selected by means of the random number generator, however, it is always achieved on average that the positions of the selected partial point clouds are distributed as evenly as possible over the entire point cloud.
  • a preferred development of the invention is characterized in that the processing unit includes a center of gravity determination unit that is set up to determine the center of gravity of the point cloud, taking into account all points of the point cloud data, and the processing unit further includes a selection unit that is designed to select the determined To select partial surface normal vectors those whose distance between their central point and the center of gravity is the smallest.
  • the center of gravity determination unit is thus designed and set up in such a way that the center of gravity of the point cloud is determined taking into account all points of the point cloud data.
  • a predetermined number of those are selected from among the determined partial surface normal vectors whose distance between their central point and the center of gravity is the smallest.
  • those partial surface normal vectors with the aforementioned proximity to the center of gravity have an influence on the determination of the normal vector.
  • a further expedient embodiment of the invention is characterized in that the selection unit is set up to use only a predetermined number of the partial surface normal vectors to determine the normal vector when selecting the partial surface normal vectors. In this way, the necessary computing effort can be reduced to a minimum without negatively influencing the precision of the position determination.
  • the selection unit can be used to determine in which areas of the point cloud the respective partial surface normal vectors are used to determine the normal vector.
  • the selection unit can be used to determine in which areas of the point cloud the respective partial surface normal vectors are used to determine the normal vector.
  • other selection criteria for the partial surface normal vectors can be defined beforehand, which allow a sufficiently precise position determination despite a limited selection of partial surface normal vectors.
  • the processing device is designed to make the spatial coordinates of the points present in the partial point cloud free of mean values.
  • the processing device is thus designed to preferably determine the mean values p x , py , p z of all x, y and z coordinates of the points in the partial point cloud and the mean values p x , py , p z of the respective point coordinates to subtract in order to make the points or point coordinates mean-free in this way.
  • a further expedient embodiment of the invention is characterized in that the processing device is designed to determine a covariance matrix of the mean-free spatial coordinates and their eigenvalues in order to determine the partial surface normal vector, and is set up to determine the associated eigenvectors for the two largest eigenvalues, which form at least two of the two associated spatial position vectors for the main alignment of the partial point cloud.
  • the processing device is preferably set up in such a way that the eigenvalues of the covariance matrix of all data points of the partial point cloud are determined in order to determine the associated spatial position vectors mentioned.
  • the processing device is also set up to determine the eigenvalues Ai, A2, .
  • the running variable n denotes the total number of eigenvalues that exist for the eigenvalue problem.
  • the associated eigenvectors are then determined for the respectively largest eigenvalues by means of the processing device, ie the associated spatial position vectors for the main orientation of the partial point cloud are determined.
  • the processing device includes a masking unit which is set up to mask out points in the point cloud data whose distance from the detection device exceeds a predetermined maximum distance.
  • a masking unit which is set up to mask out points in the point cloud data whose distance from the detection device exceeds a predetermined maximum distance.
  • a further expedient refinement of the invention is characterized in that the processing unit comprises a noise filter which is set up to subject the point cloud data to noise filtering.
  • noise filtering can take place in different ways, preferably by scaling the depth information detected by the detection device by means of the processing unit. Such a scaling is preferably carried out as a function of the amplitude measured by the detection device. This can be done, for example, by forming the quotient from the depth information and the measured amplitude.
  • the processing device is designed and set up to carry out the noise filter methods mentioned.
  • a preferred development of the invention is characterized in that the noise filter is designed to set or adapt the degree of noise filtering depending on the distance between the respective points in the point cloud data and the detection device. This offers the advantage that, despite noise suppression, the depth information required to determine the position of the article is not lost.
  • the arrangement according to the invention comprises at least one support body designed to receive and hold the article and the device described above, which is designed to determine the overall orientation of the article by determining the normal vector.
  • the arrangement further comprises a control-movably arranged gripper, which is designed to be movable towards the article, the gripper in any case counter to the is moved in the direction of the normal vector before it comes into contact with the article. Furthermore, the arrangement has a control device which is set up to control controllable gripping elements of the gripper for picking up and holding the article. The control device is set up to move the gripper together with the article to the support body, to arrange it on the support body by means of the gripper and to control the controllable gripping elements to release the article arranged on the support body.
  • the arrangement according to the invention makes it possible to pick up articles with a curved surface geometry precisely and securely by means of the gripper and to attach them to a support body fully automatically. As a result, the previously required use of personnel can be completely avoided and the personnel costs that would otherwise be incurred can be saved. In addition, an existing risk of injury to the staff when manually hitching up the items is avoided.
  • a further expedient embodiment of the invention is characterized in that the articles are poultry breast caps, which are arranged with their skeletal side or visceral side on the supporting body.
  • the articles are poultry breast caps, which are arranged with their skeletal side or visceral side on the supporting body.
  • a preferred development of the invention is characterized in that the gripping elements are designed as flank grippers and are set up to grip the article from the side.
  • the combination of moving the gripping element counter to the direction of the normal vector ensures that the gripping element approaches the curved article from an optimal gripping direction in order to then reliably pick it up laterally by means of the gripping elements.
  • a further expedient embodiment of the invention is characterized in that the gripping elements are constructed and set up to be controllably pivotable about a common axis of rotation in the manner of tongs.
  • the article is advantageously gripped on both sides and held captively.
  • a preferred further development of the invention is characterized in that the gripping elements are set up to be pneumatically driven in a control-movable manner. This offers the advantage that the components required for driving are as compact as possible are designed and in particular meet the increased hygiene requirements in the food sector.
  • a further expedient embodiment of the invention is characterized in that the gripper comprises a support element which is set up to come into contact with the breast side of the poultry breast cap.
  • the additional support element offers the advantage of additional support or stabilization of the captured poultry breast cap while it is held by the gripper. Together with the support element, the two gripping elements form a three-finger grip unit.
  • Fig. 4 is a view of the gripper in plan view
  • 5 is a side view of the gripper.
  • FIG. 1 schematically shows a flow chart, on the basis of which the method according to the invention and the device for determining the position of curved articles in the food processing industry are described in more detail.
  • the following description of the method steps also serves to explain how it works the detection device and the processing unit of the device according to the invention.
  • the method according to the invention and the arrangement for automatically hitching up the articles mentioned are also explained on the basis of the flow chart.
  • the article is scanned in scanning step 100 by means of a detection device set up to generate point cloud data that represents the three-dimensional surface structure of the article.
  • the detection device is preferably set up as a photomixing detector. Such is designed to generate three-dimensional depth maps based on phase differences of the reflected wave fronts. In addition, this provides an amplitude signal that is generated by optical scanning of the article.
  • the present invention is not restricted solely to the use of such a photomixing detector. Rather, any matrix distance measurement system can be used that is set up to provide distance and optionally also amplitude information about the scanned article.
  • a central point is then selected 108 from the point cloud data and a partial point cloud is determined 110, 112 from the points in the point cloud data, the positions of which lie within a predetermined distance from the central point.
  • the determining 110 selects a predetermined number of points from the point cloud data that are closest to the central point. More preferably, in determining 112, those points are alternatively selected that lie within said predetermined distance around the central point.
  • the step of determining 114 the main orientation of the partial point cloud is then carried out for at least two spatial directions of the partial point cloud by determining the two associated spatial position vectors.
  • the characteristic proportions of the spatial directions of the partial point cloud are determined in a manner similar to the principal component analysis.
  • the quasi-spherical partial point cloud is reduced to a surface whose position in space corresponds to the main orientation of the partial point cloud.
  • quasi-spherical means a cloud of points with a number of discrete points understood, which are located within an elliptical or spherical imaginary envelope.
  • the eigenvalues of the covariance matrix of all data points of the partial point cloud are determined in order to determine the associated spatial position vectors mentioned.
  • step 114 the associated eigenvectors are determined for the respectively largest eigenvalues, which are referred to below as vectors or space-position vectors for short.
  • a partial surface normal vector describing the partial surface is determined on the basis of the determined spatial position vectors, which is perpendicular to both spatial position vectors.
  • the partial surface normal vector is preferably determined by forming the cross product of the two previously determined spatial position vectors.
  • step 120 points in the point cloud data that are present in the partial point cloud are identified as points that have already been processed.
  • the point data of the partial point cloud can also be deleted from the point cloud data.
  • step 106 a check is made as to whether a predetermined proportion of the points has been processed, that is to say whether a sufficient number of points in the point cloud have already been processed. If the number of points in the point cloud processed using the aforementioned steps is below the predetermined proportion, the aforementioned steps are carried out repeatedly, beginning with the selection 108 of a central point, until the check in step 106 shows that at least that many points in the point cloud have been processed are that it exceeds the predetermined proportion of all points.
  • step 144 selecting a predetermined number of the determined patch normal vectors and determining the overall orientation of the article by determining a normal vector based on the selected patch normal vectors.
  • the normal vector is preferably determined by averaging the selected partial surface normal vectors.
  • the center points will be randomly selected.
  • the partial surface normal vectors whose respective central point is closest to a focal point determined from point cloud data are particularly preferred.
  • those partial surface normal vectors that are the shortest distance from the article's center of gravity are taken into account, ie those partial surface normal vectors whose distance from the respective center of gravity is less than the specified distance.
  • partial surface normal vectors are optionally selected in a step 142 before step 144.
  • the influence on the alignment of the normal vector of partial surfaces that are further in the periphery with regard to the article center of gravity is specifically avoided and thus a higher numerical stability of the calculation process achieved.
  • it has a positive effect if the curved articles have a mass distribution that decreases towards the edge, as is the case with poultry breast caps, for example. With these, the largest proportion of meat is located in the center around the center of gravity and steadily decreases towards the edges due to the decreasing thickness of the breast fillet.
  • partial surface normal vectors are used to determine the normal vector, in particular—as described above—those partial surface normal vectors that are close to the center of gravity are taken into account.
  • the spatial coordinates of the points present in the partial point cloud are preferably made free of mean values before the eigenvalues and spatial position vectors are determined from the eigenvectors in step 114 .
  • the mean values px , py , pz of all x, y, and z coordinates of the points of the point cloud are preferably determined, and the mean values px , py , pz of the respective point coordinates subtracted in order to make the points or point coordinates mean-free in this way.
  • the covariance matrix of the mean-free space coordinates is therefore preferably determined in order to determine the partial surface normal vector. Consequently, the following applies to the covariance matrix:
  • X, Y and Z designate coordinate vectors formed from the x, y and z coordinates of the points of a respective partial point cloud, namely
  • Z (z 1; z 2 ..., Z N ) T , where N describes the number of points in a partial point cloud.
  • the determination of the eigenvalues is preferably carried out as described above, only with the difference that the above-mentioned mean-free covariance matrix for solving the eigenvalue problem is used as the starting point
  • points in the point cloud data are hidden whose distance from the detection device exceeds a predetermined maximum distance.
  • Background or foreground artifacts can arise, for example, from machine parts that are located in the detection area of the detection device, but whose distance from it is outside the area that is relevant for scanning the article surface.
  • the point cloud data is subjected to noise filtering 104 .
  • noise filtering 104 This is done, for example, by scaling the depth information determined by means of the detection device; for this purpose, for example, the depth information provided by the detection device is divided by the amplitude measured by it.
  • other noise filters known from signal processing can be used.
  • noise filtering 104 can also take place before step 102 . This has the advantage that less point cloud data is taken into account for noise filtering and the resulting calculation effort is reduced.
  • a further expedient embodiment of the invention is characterized in that the degree of noise filtering 104 depends on the distance between the respective points in the point cloud data and the detection device. For example, in the case of points that are closer to the detection device, the noise filtering 104 can be configured such that there is less noise suppression, while the level of noise suppression is selected to be higher for points that are further away from the detection device.
  • the degree of noise suppression 104 is defined as a function of the distance of the respective point from the detection device.
  • a predetermined function can be used for this purpose, for example, which defines a corresponding degree of noise suppression for each distance of a point from the detection device.
  • FIG. 2 shows the normal vector 200 determined by means of the method according to the invention and the device according to the invention, which is perpendicular to a plane that is optimally thought of as the curved surface of the article. As shown in Figure 2, the normal vector 200 is directed away from the convexly curved outer surface of the article.
  • the present invention also includes a method for automatically saddle-mounting curved articles in the food processing industry. In order to be able to grip and pick up such articles in an automated process, it is first always necessary to determine their position in space using the method described above or the device according to the invention.
  • At least one supporting body which is designed to receive and hold the article, is provided.
  • Support bodies of this type which are adapted to the geometry of that article, are already well known from the prior art.
  • saddle elements adapted to the geometry of the abdominal cavity are used as supporting bodies.
  • a large number of the support bodies are preferably used, which are part of a conveyor system by means of which the support bodies are continuously conveyed in a conveying direction.
  • a controllable gripper 300 is shown as an example in FIGS.
  • the gripper 300 shown as an example in FIGS. 3-5 is one that is specially designed and set up to pick up poultry breast caps.
  • the present invention is not limited solely to articles consisting of poultry breast caps. It is possible each other pick up curved articles of the food processing industry by means of a gripper 300 and feed them to a supporting body, the gripper 300 preferably being adapted accordingly to the geometry of the articles to be processed.
  • the gripper 300 is set up to be controllable and is moved in step 146 towards the article.
  • the gripper 300 moves in the opposite direction to the normal vector 200 before it comes into contact with the article. In this way it is ensured that the gripper 300 is brought to the article without colliding in order to reliably grip and hold it.
  • the gripper 300 has controllable gripping elements 301 which are designed and set up to pick up and hold the article.
  • the gripping elements 301 are designed as flank gripping elements which hold the poultry breast cap in a lateral clamping position while it is being picked up.
  • the poultry breast caps are conveyed to the gripper 300 by means of a conveyor belt (not shown in the drawing).
  • the poultry breast caps are preferably already pre-aligned on this conveyor belt in such a way that, although they come to rest in a disordered manner, they are at least oriented with the convexly curved article side, ie the outside of the breast fillet, on top. In this way it is ensured that all poultry breast caps can be recognized and recorded fully automatically according to the invention.
  • a pre-alignment of the poultry breast caps is not absolutely necessary. It is thus also possible for the poultry breast caps to be arranged on the conveyor belt in a disorderly manner with regard to the orientation of the fillet and visceral side.
  • all the poultry breast caps that are lying on the conveyor belt with the fillet side on top are first processed according to the invention.
  • the poultry breast caps remaining on the conveyor belt are then subsequently fed to a further processing step in which the orientation of the poultry breast caps remaining on the conveyor belt is changed so that they come to lie with the visceral side on the conveyor belt.
  • This further processing step can be set up manually or automatically. In any case, it is first necessary to synchronize the movement of the gripper 300 with the movement of the conveyor belt, in order then, in the manner described above, to move the gripper 300 against the direction of the normal vector towards the breast cap and pick it up. This takes place in step 148 shown in FIG.
  • the movement of the gripper 300 is synchronized at step 152 with the movement of the support members.
  • the article is then saddled 154 on the supporting body, in that the gripper 300 is moved towards the supporting body together with the article. In this way the article is placed on the supporting body by means of the gripper 300 .
  • the article is arranged on the support body by means of the gripper 300 and finally the controllable gripping elements 301 are actuated in order to transfer the article to the support body, so that the gripper 300 is released or is freed from the article and to receive a further article is available.
  • the present invention is particularly useful for articles which are poultry breast caps which are placed with their visceral side on the support body.
  • the visceral side of poultry breast caps refers to the inside, that is, that side which is located towards the abdominal cavity, while the outside of the poultry breast cap forms an at least essentially convex surface curved in the direction of the normal vector.
  • the present invention also includes a corresponding device for determining the position of arched articles.
  • a corresponding device for determining the position of arched articles To avoid repetition, reference is made to the corresponding method according to the invention in connection with the device according to the invention.
  • the detection device and/or the processing unit are set up and designed to carry out the aforementioned method steps.
  • the device according to the invention therefore includes a - not shown in the drawing - detection device for scanning the article under Generation of point cloud data representing the spatial surface structure of the article, designed and set up
  • the device also includes a processing unit (not shown in the drawing), the processing unit being designed to select a central point from the point cloud data and to determine a partial point cloud from the points in the point cloud data whose positions lie within a specified distance from the central point.
  • the processing unit is also set up to determine the main orientation of the partial point cloud for at least two spatial directions by determining the two associated spatial position vectors and a partial surface describing a partial surface on the basis of the determined spatial position vectors, which is perpendicular to both spatial Location vectors is to be determined and the points present in the partial point cloud to be identified in the point cloud data as points that have already been processed.
  • the processing unit is designed to carry out the aforementioned steps repetitively for further points of the point cloud data that are not identified as points that have already been processed, until a predetermined proportion of the points has been processed and, which is designed to process a predetermined number of the determined partial area select normal vectors and determine the overall orientation of the article by determining a normal vector 200 based on the selected patch normal vectors.
  • the processing unit preferably includes a random number generator that is set up to randomly select the central points. More preferably, the processing unit comprises a center of gravity determination unit which - as described above in connection with the method according to the invention - is set up to determine the center of gravity of the point cloud, taking into account all points of the point cloud data, and the processing unit further comprises a selection unit which is designed, when selecting the determined partial surface normal vectors to select those whose distance between their central point and the center of gravity is the smallest. More preferably, the selection unit is set up to use only a predetermined number of the partial surface normal vectors to determine the normal vector when selecting the partial surface normal vectors.
  • the processing device is designed to make the spatial coordinates of the points present in the partial point cloud free of mean values according to the methods mentioned for the method according to the invention.
  • the processing device is preferably designed to determine a covariance matrix of the mean-free space coordinates and their eigenvalues in order to determine the partial surface normal vector, and is set up to determine the associated eigenvectors for the two largest eigenvalues which the at least two of the two associated space position vectors form to the main orientation of the partial point cloud.
  • the processing device preferably includes a masking unit—also not shown in the drawing—which is set up to hide points in the point cloud data whose distance from the detection device exceeds a predetermined maximum distance, as in connection with method step 102 according to the invention.
  • a masking unit also not shown in the drawing—which is set up to hide points in the point cloud data whose distance from the detection device exceeds a predetermined maximum distance, as in connection with method step 102 according to the invention.
  • the processing unit includes a noise filter--not shown in the drawing--which is set up to subject the point cloud data to noise filtering in accordance with the method steps described above.
  • the noise filter is designed to set the degree of noise filtering as a function of the distance between the respective points in the point cloud data and the detection device.
  • the present invention also includes an arrangement for automatically saddle-mounting curved articles in the food processing industry.
  • the functioning of the arrangement according to the invention results from the method described above for automatically saddled the curved article, so that at this point, reference is made to the above statements also in connection with the arrangement according to the invention.
  • the arrangement comprises at least one support body set up for receiving and holding the article and the previously described device for determining the position of curved articles in the food processing industry, which is designed and set up to determine the overall orientation of the article by determining a normal vector 200 as described above.
  • the arrangement comprises the gripper 300 which is set up to be controllable and which is designed to be movable towards the article, with the gripper 300 in any case being moved counter to the direction of the normal vector 200 before it comes into contact with the article.
  • the arrangement also has a control device that is set up to actuate controllable gripper elements 301 of the gripper 300 to pick up and hold the article, the control device also being set up to move the gripper 300 together with the article to the support body, moving the latter by means of the gripper 300 to be arranged on the supporting body and to control the control-movable gripping elements 301 for releasing the article arranged on the supporting body.
  • the articles are poultry breast caps which are placed skeletal or visceral on the support body.
  • the gripping elements 301 are preferably designed and set up as flank grippers in order to grip the article from the side.
  • the gripping elements 301 are designed and set up to be pivotable in a control-movable manner about a common axis of rotation 302 in the manner of tongs.
  • the gripping elements 301 are set up to be pneumatically driven in a control-movable manner.
  • the gripper 300 comprises a support element 303 which is adapted to come into contact with the breast side of the poultry breast cap.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung sowie eine Anordnung zur Lage- bestimmung gewölbter Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Anordnung zum automatischen Aufsatteln von solchen gewölbten Artikeln. Das Verfahren zur Lagebestimmung zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus: a) Abtasten des Artikels mittels einer zum Erzeugen von Punktwolkendaten, die die räumliche Oberflächenstruktur des Artikels repräsentieren, eingerichteten Detektionseinrichtung; b) Auswählen eines Zentralpunktes aus den Punktwolkendaten und Bestimmen einer Teilpunktwolke aus den Punkten der Punktwolkendaten, deren Positionen innerhalb eines vorgegeben Abstandes um den Zentralpunkt liegen; c) Ermitteln der Hauptausrichtung der Teilpunktwolke für mindestens zwei Raumrichtungen der Teilpunktwolke durch Bestimmen der beiden zugehörigen Raum-Lage-Vektoren; d) Ermitteln eines eine Teilfläche beschreibenden Teilflächen-Normalenvektors auf Basis der bestimmten Raum-Lage-Vektoren, der senkrecht zu beiden Vektoren ist; e) Kennzeichnen der in der Teilpunktewolke vorhandenen Punkte in den Punktwolkendaten als bereits verarbeitete Punkte und repetierendes Durchführen der Schritte b) bis d) für weitere Punkte der Punktwolken- daten, die nicht als bereits verarbeitete Punkte gekennzeichnet sind, solange bis ein vorbestimmter Anteil der Punkte verarbeitet worden ist; f) Auswählen einer vorgegebenen Anzahl der ermittelten Teilflächen-Normalenvektoren und Ermitteln der Gesamtausrichtung des Artikels durch Bestimmen eines Normalenvektors (200) auf Basis der ausgewählten Teilflächen-Normalenvektoren.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Lagebestimmung gewölbter Artikel sowie zum Aufsatteln solcher
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lagebestimmung gewölbter Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Aufsatteln von gewölbten Artikeln der lebensmittelverarbeitenden Industrie. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Lagebestimmung gewölbter Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie sowie eine Anordnung zum automatischen Aufsatteln von gewölbten Artikeln der lebensmittelverarbeitenden Industrie.
Derartige Verfahren, Vorrichtungen und Anordnungen kommen bei der automatischen Verarbeitung von Artikeln der lebensmittelverarbeitenden Industrie zum Einsatz, insbesondere bei der Verarbeitung solcher Artikel mit einer gewölbten, also einer nicht planen Oberfläche. Um die genannten Artikel, vorzugsweise vollautomatisch, maschinell bearbeiten zu können, ist es einerseits erforderlich, zunächst automatisch deren Lage und deren Position im Raum zu bestimmen, um diese dann, gegebenenfalls unter Kenntnis der räumlichen Ausrichtung, dem weiteren Verarbeitungsprozess zuzuführen. In der Regel ist es erforderlich, die Artikel für die weitere Bearbeitung jeweils auf Stützkörper aufzusatteln, um diese während des Verarbeitungsprozesses in einer gewünschten Position lösbar zu fixieren und/oder deren räumliche Ausrichtung während der Verarbeitung zu verändern und an den jeweiligen Verarbeitungsschritt anzupassen.
Solche Verfahren, Vorrichtungen und Anordnungen kommen insbesondere bei der Verarbeitung von Geflügelschlachttierkörpern oder Teilen davon zum Einsatz. Bei den Artikeln der lebensmittelverarbeitenden Industrie handelt es sich insbesondere um Geflügelbrustkappen oder dergleichen.
Grundsätzlich wurden bislang derartige gewölbte Artikel der lebensmittelverarbeitenden händisch auf die genannten Stützkörper aufgesattelt. Die Artikel werden hierzu einem Mitarbeiter bereitgestellt, sodass dieser durch Inaugenscheinnahme der Artikel deren Lage im Raum beurteilen kann und diese dann manuell in der gewünschten räumlichen Ausrichtung auf einen dafür geeigneten Stützkörper aufsattelt.
Die Beurteilung der räumlichen Lage derartiger gewölbter Artikel erfolgt daher bislang stets durch den Einsatz von Personal. Eine solche Vorgehensweise steht einerseits einer vollautomatischen Verarbeitung der genannten Artikel entgegen und erfordert andererseits einen hohen personellen Aufwand. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass beim händischen Aufsatteln für das Personal ein hohes Verletzungsrisiko, insbesondere bei großen geforderten Durchsatzleistungen, besteht.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur präzisen und zuverlässigen Lagebestimmung gewölbter Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie vorzuschlagen. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung vorzuschlagen. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, mittels dessen die genannten Artikel vollautomatisch aufgenommen und auf einen Stützkörper optimal ausgerichtet und positioniert werden. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechende Anordnung vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen gelöst, wobei das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Abtasten des Artikels mittels einer zum Erzeugen von Punktwolkendaten, die die räumliche Oberflächenstruktur des Artikels repräsentieren, eingerichteten Detektionseinrichtung; b) Auswählen eines Zentralpunktes aus den Punktwolkendaten und Bestimmen einer Teilpunktwolke aus den Punkten der Punktwolkendaten, deren Positionen innerhalb eines vorgegeben Abstandes um den Zentralpunkt liegen; c) Ermitteln der Hauptausrichtung der Teilpunktwolke für mindestens zwei Raumrichtungen der Teilpunktwolke durch Bestimmen der beiden zugehörigen Raum-Lage-Vektoren; d) Ermitteln eines eine Teilfläche beschreibenden Teilflächen-Normalenvektors auf Basis der bestimmten Raum-Lage-Vektoren, der senkrecht zu beiden Raum- Lage- Vektoren ist; e) Kennzeichnen der in der Teilpunktewolke vorhandenen Punkte in den Punktwolkendaten als bereits verarbeitete Punkte und repetierendes Durchführen der Schritte b) bis d) für weitere Punkte der Punktwolkendaten, die nicht als bereits verarbeitete Punkte gekennzeichnet sind, solange bis ein vorbestimmter Anteil der Punkte verarbeitet worden ist; f) Auswahlen einer vorgegebenen Anzahl der ermittelten Teilflächen-Normalenvektoren und Ermitteln der Gesamtausrichtung des Artikels durch Bestimmen eines Normalenvektors auf Basis der ausgewählten Teilflächen- Normalenvektoren.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die räumliche Lage einer der genannten Artikel im Ergebnis durch einen einzigen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelten Normalenvektor beschrieben wird. Dieser Normalenvektor steht senkrecht auf einer gedachten Ebene, die die Hauptausrichtung des gewölbten Artikels bestmöglich approximiert. Weist der genannte Artikel eine konvexe Seite auf, wie dies beispielsweise bei Geflügelbrustkappen der Fall ist, so steht der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Normalenvektor senkrecht auf der gedachten Ebene, wobei die Ebene beispielsweise tangential am weitesten außenliegenden Punkt der konvexen Seite des Artikels anliegt und derart ausgerichtet ist, dass diese parallel zu den die Lage des gewölbten Artikels beschreibenden Hauptachsen ausgerichtet ist.
Der ermittelte Normalenvektor beschreibt also diejenige Raumrichtung, in der der Artikel im Mittel die größte Krümmung aufweist. Der ermittelte Normalenvektor stellt somit für jeden Artikel mit gekrümmter Oberfläche ein Maß für die Lagebestimmung, insbesondere für die räumliche Ausrichtung der gekrümmten Oberfläche des genannten Artikels dar. Anhand des Normalenvektors kann so eine präzise und automatische Lagebestimmung der genannten Artikel mit großer Wiederholgenauigkeit erzielt werden.
Vorzugsweise erfolgt das Abtasten der Artikel optisch, die Detektionseinrichtung ist hierzu beispielsweise als Photomischdetektor eingerichtet. Dies bietet den Vorteil, dass die Artikel berührungslos abgetastet werden, um so die Punktwolkendaten zu erzeugen, die die räumliche Oberflächenstruktur desjenigen Artikels repräsentieren. Derartige Photomischdetektoren bilden die Oberfläche der abgetasteten Artikel einerseits mittels der genannten Punktwolkendaten dreidimensional ab und stellen andererseits zusätzlich ein Amplitudensignal zur Verfügung, dass die Oberfläche des abgetasteten Artikels optisch wiedergibt. Erfindungsgemäß wird zur Erzeugung des Normalenvektors zu jedem der Artikel zunächst ein Zentralpunkt aus den Wolkendaten ausgewählt. Anders ausgedrückt wird ein Punkt aus der Punktwolke herausgegriffen. Um diesen Zentralpunkt herum werden nun all diejenigen Punkte ausgewählt, deren Position innerhalb eines vorgegeben Abstandes um den Zentralpunkt liegen. Aus diesen ausgewählten Punkten wird anschließend im Schritt b) die genannte Teilpunktwolke bestimmt. Im Schritt c) erfolgt nun die Ermittlung der Hauptausrichtung der Teilpunktwolke für mindestens zwei der genannten Raumrichtungen. Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung der Hauptausrichtung nach dem Prinzip der Hauptkomponentenanalyse. Hierzu werden die genannten, jeweils zugehörigen Raum-Lage-Vektoren zu den mindestens zwei Raumrichtungen ermittelt.
Anschließend wird ein Teilflächen-Normalenvektor basierend auf den bestimmten Raum-Lage-Vektoren ermittelt, der senkrecht zu den beiden genannten Raum-Lage- Vektoren und damit auch zu der Teilfläche ist. Die Bestimmung des Teilflächen- Normalenvektors erfolgt vorzugsweise durch Bilden des Kreuzproduktes aus den beiden genannten Raum-Lage-Vektoren.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralpunkte zufällig ausgewählt werden. Folglich werden auch die Positionen der jeweiligen Teilpunktwolken nach dem Zufallsprinzip ausgewählt. Auf diese Weise ist es möglich, aus der Punktwolke die genannten Teilpunktwolken zu erzeugen, ohne dabei die Auswahl der zugehörigen Teilpunktwolkenmittelpunkte an irgendeine starre Vorgabe zu knüpfen. Aufgrund der zufällig gewählten Zentralpunkte wird jedoch im Mittel stets erreicht, dass die Positionen der ausgewählten Teilpunktwolken möglichst gleichmäßig über die gesamte Punktwolke verteilt sind.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass unter Berücksichtigung aller Punkte der Punktwolkendaten der Schwerpunkt der Punktwolke bestimmt wird und dadurch, dass beim Auswählen der ermittelten Teilflächen- Normalenvektoren diejenigen ausgewählt werden, deren Distanz zwischen dem Zentralpunkt und dem Schwerpunkt am geringsten ist.
Durch die gezielte Auswahl derjenigen Teilflächen-Normalenvektoren, deren Zentralpunkt in der vorgenannten Umgebung des Schwerpunktes liegen, haben nur diejeweils ausgewählten Teilflächen-Normalenvektoren mit Schwerpunktnähe einen Einfluss bei der Bestimmung des Normalenvektors. Dies wirkt sich insbesondere positiv bei Artikeln aus, bei denen die Massenverteilung so ausgeprägt ist, dass die massereichsten Bereiche sich in der Umgebung des Schwerpunktes befinden und zu den Artikelrändern abnehmen, wie dies beispielsweise bei Geflügelbrustkappen der Fall ist. Das Brustfilet weist im Bereich um den Schwerpunkt in der Regel die größte Fleischdicke auf, die zu den Randbereichen hin geringer wird.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass nur eine vorbestimmte Anzahl der Teilflächen-Normalenvektoren zum Bestimmen des Normalenvektors herangezogen wird. Auf diese Weise kann der erforderliche Rechenaufwand auf ein Minimum reduziert werden, ohne dabei die Präzision der Lagebestimmung negativ zu beeinflussen. Je nach Anwendungsfall kann festgelegt werden, in welchen Bereichen der Punktwolke jeweiligen Teilflächen-Normalenvektoren zur Bestimmung des Normalenvektors, der also einen Gesamt- Normalenvektor darstellt, herangezogen werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist es beispielsweise bei der Verarbeitung von Geflügelbrustkappen vorteilhaft, eine vorgegebene Anzahl der Teilflächen-Normalenvektoren um den Schwerpunkt herum hierfür heranzuziehen. Je nach Geometrie der Artikel können andere Auswahlkriterien für die Teilflächen-Normalenvektoren zuvor festgelegt werden, die trotz beschränkter Auswahl an Teilflächen-Normalenvektoren eine hinreichend genaue Lagebestimmung erlauben.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch Mittelwertfrei machen der Raumkoordinaten der in der Teilpunktewolke vorhandenen Punkte. Hierzu werden vorzugsweise jeweils die Mittelwerte px, py, pz aller x-, y-, und z- Koordinaten der Punkte der Teilpunktwolke ermittelt und die Mittelwerte px, py, pz von den jeweiligen Punktkoordinaten subtrahiert, um auf diese Weise die Punkte bzw. Punktkoordinaten mittelwertfrei zu machen. Hierdurch wird die algorithmische Komplexität der erforderlichen Vektor-Berechnung deutlich reduziert.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zum Ermitteln des Teilflächen-Normalenvektors eine Kovarianzmatrix der mittelwertfreien Raumkoordinaten berechnet bzw. ermittelt wird, deren Eigenwerte bestimmt werden, wobei zu den beiden größten Eigenwerten die zugehörigen Eigenvektoren ermittelt werden, die die mindestens zwei der beiden zugehörigen Raum-Lage-Vektoren zur Hauptausrichtung der Teilpunktwolke bilden.
Vorzugsweise werden zur Bestimmung der genannten zugehörigen Raum-Lage- Vektoren die Eigenwerte der Kovarianzmatrix aller Datenpunkte der Teilpunkwolke bestimmt. Durch Lösung des Eigenwertproblems (C - AE) ■ v = 0, wobei C die Kovarianzmatrix und E die Einheitsmatrix bezeichnet, werden so die Eigenwerte Ai, A2, ... An ermittelt. Die Laufvariable n bezeichnet hierbei die Anzahl der insgesamt zu dem Eigenwertproblem existierenden Eigenwerte. Zu den jeweils größten Eigenwerten werden dann die zugehörigen Eigenvektoren bestimmt, also die zugehörigen Raum- Lage-Vektoren zur Hauptausrichtung der Teilpunktewolke.
Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Punkte in den Punktwolkendaten, deren Abstand zur Detektionseinrichtung einen vorbestimmten Maximalabstand überschreitet, ausgeblendet werden. Auf diese Weise wird der Artikel vom Hintergrund differenziert und zugleich die Größe der Punktwolke vermindert, sodass der erforderliche Rechenaufwand ebenfalls reduziert wird. Mit anderen Worten werden nur diejenigen Bereiche für die Erzeugung von Punktwolkendaten berücksichtigt, in denen sich auch tatsächlich der jeweilige Artikel befindet.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Punktwolkendaten einer Rauschfilterung unterzogen werden. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Präzision der Lagebestimmung der Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie aus. Eine solche Rauschfilterung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Vorzugsweise durch ein Skalieren der mittels der Detektionseinrichtung ermittelten Tiefeninformation. Eine solche Skalierung wird vorzugsweise in Abhängigkeit der von der Detektionseinrichtung gemessenen Amplitude durchgeführt. Dies kann beispielsweise durch Quotientenbildung mit der gemessenen Amplitude erfolgen. Die gemessene Amplitude korrespondiert mit den optischen Eigenschaften der Artikeloberfläche, also beispielsweise mit der Helligkeit der abgetasteten Oberfläche.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Rauschfilterung abhängig vom Abstand der jeweiligen Punkte der Punktwolkendaten von der Detektionseinrichtung erfolgt. Dies bietet den Vorteil, dass trotz Rauschunterdrückung die für die Bestimmung der Lage des Artikels erforderlichen Abstands- bzw. Tiefeninformation nicht verloren geht. Wie eingangs erwähnt, wird die Aufgabe auch durch das erfindungsgemäße Verfahren zum automatischen Aufsatteln von gewölbten Artikeln der lebensmittelverarbeitenden Industrie gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen mindestens eines zum Aufnehmen und Halten des Artikels eingerichteten Stützkörpers, Ermitteln der Gesamtausrichtung des Artikels durch Bestimmen eines Normalenvektors mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Lagebestimmung gewölbter Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie. Das Verfahren umfasst weiter die Schritte: Bewegen eines steuerbar eingerichteten Greifers zu dem Artikel hin, wobei der Greifer jedenfalls entgegen der Richtung des Normalenvektors bewegt wird, bevor dieser mit dem Artikel in Kontakt kommt, Ansteuern von steuerbeweglichen Greifelementen des Greifers zum Aufnehmen und Halten des Artikels, Bewegen des Greifers zusammen mit dem Artikel zu dem Stützkörper hin, Anordnung des Artikels mittels des Greifers auf dem Stützkörper und Ansteuern der steuerbeweglichen Greifelemente zum Freigeben des auf dem Stützkörper angeordneten Artikels. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Artikel mit gewölbter Oberflächengeometrie präzise und sicher mittels des Greifers aufzunehmen und vollautomatisch auf einem Stützkörper anzubringen. Hierdurch kann der bisher erforderliche Einsatz von Personal vollständig vermieden und die andernfalls anfallende Personalkosten eingespart werden. Zudem wird ein bestehendes Verletzungsrisiko des Personals beim manuellen Aufsatteln der Artikel vermieden.
Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Artikel Geflügelbrustkappen sind, die mit ihrer Viszeralseite auf dem Stützkörper angeordnet werden. Die Geflügelbrustkappen umfassen eine Außenseite, an der sich die Brustfilets befinden, sowie eine Innenseite zum Brustkorb hin, nämlich die Viszeralseite. Die Außenseite ist konvex gewölbt. Erfindungsgemäß wird der Greifer entgegen der Richtung des Normalenvektors an die Außenseite der Geflügelbrustkappe herangeführt, um diese sicher aufzunehmen. Zum Bewegen des Greifers kommt vorzugsweise ein Mehrachs-Roboter zum Einsatz.
Des Weiteren wird die Aufgabe durch die genannte Vorrichtung zur Lagebestimmung gewölbter Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie gelöst. Diese umfasst eine Detektionseinrichtung, die zum Abtasten des Artikels unter Erzeugung von Punktwolkendaten, die die räumliche Oberflächenstruktur des Artikels repräsentieren, ausgebildet und eingerichtet ist. Weiter weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Verarbeitungseinheit auf, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, einen Zentralpunkt aus den Punktwolkendaten auszuwählen und eine Teilpunktwolke aus den Punkten der Punktwolkendaten zu bestimmen, deren Positionen innerhalb eines vorgegeben Abstandes um den Zentralpunkt liegen.
Die Verarbeitungseinheit ist zudem ausgebildet, die Hauptausrichtung der Teilpunktwolke für mindestens zwei Raumrichtungen der Teilpunktwolke durch Bestimmen der beiden zugehörigen Raum-Lage-Vektoren zu ermitteln, einen eine Teilfläche beschreibenden Teilflächen-Normalenvektor auf Basis der bestimmten Raum-Lage- Vektoren, der senkrecht zu beiden Raum-Lage-Vektoren ist, zu ermitteln, die in der Teilpunktewolke vorhandenen Punkte in den Punktwolkendaten als bereits verarbeitete Punkte zu kennzeichnen.
Auch ist die Verarbeitungseinheit eingerichtet, die vorgenannten Schritte repetierend für weitere Punkte der Punktwolkendaten, die nicht als bereits verarbeitete Punkte gekennzeichnet sind, auszuführen, solange bis ein vorbestimmter Anteil der Punkte verarbeitet worden ist.
Ferner ist die Verarbeitungseinheit ausgebildet, eine vorgegebene Anzahl der ermittelten Teilflächen-Normalenvektoren auszuwählen und die Gesamtausrichtung des Artikels durch Bestimmen eines Normalenvektors auf Basis der ausgewählten Teilflächen-Normalenvektoren zu ermitteln.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit einen Zufallsgenerator umfasst, der eingerichtet ist, die Zentralpunkte zufällig auszuwählen. Der Zufallsgenerator bietet den Vorteil, dass die Positionen der jeweiligen Teilpunktwolken nach dem Zufallsprinzip ausgewählt werden. Auf diese Weise ist es möglich, aus der Punktwolke die genannten Teilpunktwolken zu erzeugen, ohne dabei die Auswahl deren Teilpunktwolkenmittelpunkte an irgendeine starre Vorgabe zu knüpfen. Aufgrund der mittels des Zufallsgenerators zufällig gewählten Zentralpunkte wird jedoch im Mittel stets erreicht, dass die Positionen der ausgewählten Teilpunktwolken möglichst gleichmäßig über die gesamte Punktwolke verteilt sind. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Verarbeitungseinheit eine Schwerpunktbestimmungseinheit umfasst, die eingerichtet ist, unter Berücksichtigung aller Punkte der Punktwolkendaten den Schwerpunkt der Punktwolke zu bestimmen, und die Verarbeitungseinheit weiter eine Auswahleinheit umfasst, die ausgebildet ist, beim Auswahlen der ermittelten Teilflächen-Normalen- vektoren diejenigen auszuwählen, deren Distanz zwischen deren Zentralpunkt und dem Schwerpunkt am geringsten ist.
Die Schwerpunktbestimmungseinheit ist also derart ausgebildet und eingerichtet, dass unter Berücksichtigung aller Punkte der Punktwolkendaten der Schwerpunkt der Punktwolke bestimmt wird. Mittels der Schwerpunktbestimmungseinheit werden unter den ermittelten Teilflächen-Normalenvektoren eine vorbestimmte Anzahl derjenigen ausgewählt, deren Distanz zwischen deren Zentralpunkt und dem Schwerpunkt am geringsten ist. Durch die gezielte Auswahl derjenigen Teilflächen-Normalenvektoren, deren Zentralpunkt in der vorgenannten Umgebung des Schwerpunktes liegen, haben diejenigen Teilflächen-Normalenvektoren mit der genannten Schwerpunktnähe Einfluss bei der Bestimmung des Normalenvektors.
Dies wirkt sich insbesondere positiv bei Artikeln aus, bei denen die Massenverteilung so ausgeprägt ist, dass die massereichsten Bereiche sich in der Umgebung des Schwerpunktes befinden und zu den Artikelrändern abnehmen, wie dies beispielsweise bei Geflügelbrustkappen der Fall ist. Das Brustfilet weist im Bereich um den Schwerpunkt in der Regel die größte Fleischdicke auf, die zu den Randbereichen hin geringer wird.
Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahleinheit eingerichtet ist, beim Auswählen der Teilflächen-Normalenvektoren nur eine vorbestimmte Anzahl der Teilflächen-Normalenvektoren zum Bestimmen des Normalenvektors heranzuziehen. Auf diese Weise kann der erforderliche Rechenaufwand auf ein Minimum reduziert werden, ohne dabei die Präzision der Lagebestimmung negativ zu beeinflussen.
Je nach Anwendungsfall kann mittels der Auswahleinheit festgelegt werden, in welchen Bereichen der Punktwolke die jeweiligen Teilflächen-Normalenvektoren zur Bestimmung des Normalenvektors herangezogen werden. Wie vorstehend beschrieben, ist es beispielsweise bei der Verarbeitung von Geflügelbrustkappen vorteilhaft, eine vorgegebene Anzahl der Teilflächen-Normalenvektoren um den Schwerpunkt herum hierfür mittels der Auswahleinheit heranzuziehen. Je nach Geometrie der Artikel können andere Auswahlkriterien für die Teilflächen- Normalenvektoren zuvor festgelegt werden, die trotz beschränkter Auswahl an Teilflächen-Normalenvektoren eine hinreichend genaue Lagebestimmung erlauben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet, die Raumkoordinaten der in der Teilpunktewolke vorhandenen Punkte mittelwertfrei zu machen. Die Verarbeitungseinrichtung ist also ausgebildet, vorzugsweise jeweils die Mittelwerte px, py, pz aller x-, y-, und z-Koordinaten der Punkte der Teilpunktwolke zu ermitteln und die Mittelwerte px, py, pz von den jeweiligen Punktkoordinaten zu subtrahieren, um auf diese Weise die Punkte bzw. Punktkoordinaten mittelwertfrei zu machen. Hierdurch wird die algorithmische Komplexität der erforderlichen Vektorberechnung deutlich reduziert und die Anforderung hinsichtlich der bereitzustellenden Rechenleistung der Verarbeitungseinrichtung erheblich reduziert.
Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet ist, zum Ermitteln des Teilflächen-Normalen- vektors eine Kovarianzmatrix der mittelwertfreien Raumkoordinaten und deren Eigenwerte zu bestimmen, und eingerichtet ist, zu den beiden größten Eigenwerten die zugehörigen Eigenvektoren zu ermitteln, die die mindestens zwei der beiden zugehörigen Raum- Lage- Vektoren zur Hauptausrichtung der Teilpunktwolke bilden.
Die Verarbeitungseinrichtung ist hierzu vorzugsweise derart eingerichtet, dass zur Bestimmung der genannten zugehörigen Raum- Lage- Vektoren die Eigenwerte der Kovarianzmatrix aller Datenpunkte der Teilpunktwolke bestimmt werden. Die Verarbeitungseinrichtung ist ferner eingerichtet, durch Lösung des Eigenwertproblems (C - AE) ■ v = 0, wobei C die Kovarianzmatrix und E die Einheitsmatrix bezeichnet, die Eigenwerte Ai, A2, ... An zu ermitteln. Die Laufvariable n bezeichnet hierbei die Anzahl der insgesamt zu dem Eigenwertproblem existierenden Eigenwerte. Zu den jeweils größten Eigenwerten werden dann mittels der Verarbeitungseinrichtung die zugehörigen Eigenvektoren bestimmt, also die zugehörigen Raum-Lage-Vektoren zur Hauptausrichtung der Teilpunktewolke bestimmt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung umfasst die Verarbeitungseinrichtung eine Maskierungseinheit, die eingerichtet ist, Punkte in den Punktwolkendaten, deren Abstand zur Detektionseinrichtung einen vorbestimmten Maximalabstand überschreitet, auszublenden. Auf diese Weise wird der Artikel besser vom Hintergrund differenziert und zugleich die Größe der Punktwolke vermindert, sodass der erforderliche Rechenaufwand ebenfalls reduziert wird. Mit anderen Worten werden nur diejenigen Bereiche für die Erzeugung von Punktwolkendaten berücksichtigt, in denen sich auch eindeutig der jeweilige Artikel befindet.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit einen Rauschfilter umfasst, das eingerichtet die Punktwolkendaten einer Rauschfilterung zu unterziehen. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Präzision der Lagebestimmung der Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie aus. Eine solche Rauschfilterung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, vorzugsweise durch ein Skalieren der seitens der Detektionseinrichtung erfassten Tiefeninformation mittels der Verarbeitungseinheit. Eine solche Skalierung wird vorzugsweise in Abhängigkeit der von der Detektionseinrichtung gemessenen Amplitude durchgeführt. Dies kann beispielsweise durch Quotientenbildung aus der Tiefeninformation und der gemessenen Amplitude erfolgen. Die Verarbeitungseinrichtung ist zur Durchführung der genannten Rauschfilter-Methoden ausgebildet und eingerichtet.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Rauschfilter ausgebildet ist, den Grad der Rauschfilterung abhängig vom Abstand der jeweiligen Punkte der Punktwolkendaten von der Detektionseinrichtung einzustellen bzw. anzupassen. Dies bietet den Vorteil, dass trotz Rauschunterdrückung die für die Bestimmung der Lage des Artikels erforderlichen Tiefeninformation nicht verloren geht.
Des Weiteren wird die Aufgabe durch eine entsprechende Anordnung zum automatischen Aufsatteln von gewölbten Artikeln der lebensmittelverarbeitenden Industrie gelöst. Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst mindestens einen zum Aufnehmen und Halten des Artikels eingerichteten Stützkörper sowie die zuvor beschriebene Vorrichtung, die zum Ermitteln der Gesamtausrichtung des Artikels durch Bestimmen des Normalenvektors ausgebildet ist.
Die Anordnung umfasst weiter einen steuerbeweglich eingerichteten Greifer, der zu dem Artikel hin bewegbar ausgebildet ist, wobei der Greifer jedenfalls entgegen der Richtung des Normalenvektors bewegt wird, bevor dieser mit dem Artikel in Kontakt kommt. Ferner weist die Anordnung eine Steuereinrichtung auf, die zum Ansteuern von steuerbeweglichen Greifelementen des Greifers zum Aufnehmen und Halten des Artikels eingerichtet ist. Die Steuereinrichtung ist dabei eingerichtet, den Greifer zusammen mit dem Artikel zu dem Stützkörper hinzubewegen, diesen mittels des Greifers auf dem Stützkörper anzuordnen und die steuerbeweglichen Greifelemente zum Freigeben des auf dem Stützkörper angeordneten Artikels anzusteuern.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, Artikel mit gewölbter Oberflächengeometrie präzise und sicher mittels des Greifers aufzunehmen und vollautomatisch auf einem Stützkörper anzubringen. Hierdurch kann der bisher erforderliche Einsatz von Personal vollständig vermieden und die andernfalls anfallenden Personalkosten eingespart werden. Zudem wird ein bestehendes Verletzungsrisiko des Personals beim manuellen Aufsatteln der Artikel vermieden.
Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Artikel Geflügelbrustkappen sind, die mit ihrer Skelettseite bzw. Viszeralseite auf dem Stützkörper angeordnet werden. In diesem Zusammenhang wird auf die bereits zuvor genannten Vorzüge der vorliegenden Erfindung bei der Verarbeitung von Geflügelbrustkappen hingewiesen.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Greifelemente als Flankengreifer ausgebildet und eingerichtet sind, den Artikel seitlich zu greifen. Durch die Kombination des Bewegens des Greifelements entgegen der Richtung des Normalenvektors wird erreicht, dass sich das Greifelement aus einer optimalen Greifrichtung an den gewölbten Artikel annähert, um diesen dann mittels der Greifelemente seitlich zuverlässig aufzunehmen.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Greifelemente zangenartig um eine gemeinsame Drehachse steuerbeweglich verschwenkbar ausgebildet und eingerichtet sind. Vorteilhafter Weise wird der Artikel so beidseitig sicher gegriffen und verliersicher aufgenommen.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Greifelemente pneumatisch steuerbeweglich angetrieben eingerichtet sind. Dies bietet den Vorteil, dass die zum Antreiben erforderlichen Komponenten möglichst kompakt ausgeführt sind und insbesondere die erhöhten Hygiene-Anforderungen im Lebensmittelbereich erfüllen.
Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer ein Stützelement umfasst, das eingerichtet ist, mit der Brustseite der Geflügelbrustkappe in Kontaktanlage zu kommen. Das zusätzliche Stützelement bietet den Vorteil einer zusätzlichen Stützung bzw. Stabilisierung der aufgenommenen Geflügelbrustkappe während diese von dem Greifer gehalten wird. Die beiden Greifelemente bilden zusammen mit dem Stützelement eine Drei-Finger-Griff-Einheit.
Weitere bevorzugte und/oder zweckmäßige Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Besonders bevorzugte Ausführungsformen werden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms
Fig. 2 eine räumliche Ansicht der Punktwolke,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Greifers,
Fig. 4 eine Ansicht des Greifers in Draufsicht und
Fig. 5 eine Seitenansicht des Greifers.
Im Folgenden werden die erfindungsgemäßen Verfahren und Anordnungen sowie die Vorrichtung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Figur 1 zeigt schematisch ein Flussdiagramm, anhand dessen das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung zur Lagebestimmung gewölbter Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie näher beschrieben wird. Die nachstehende Beschreibung der Verfahrensschritte dient zugleich der Erläuterung der Funktionsweise der Detektionseinrichtung und der Verarbeitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zudem wird anhand des Flussdiagramms auch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Anordnung zum automatischen Aufsatteln der genannten Artikel erläutert.
Zunächst wird der Artikel mittels einer zum Erzeugen von Punktwolkendaten, die die räumliche Oberflächenstruktur des Artikels repräsentieren, eingerichteten Detektionseinrichtung im Abtast-Schritt 100 abgetastet. Vorzugsweise ist die Detektionseinrichtung als Photomischdetektor eingerichtet. Ein solcher ist ausgebildet, basierend auf Phasendifferenzen der reflektierten Wellenfronten, dreidimensionale Tiefenkarten zu erzeugen. Zudem stellt dieser ein Amplitudensignal bereit, das durch optisches Abtasten des Artikels erzeugt wird.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht allein auf den Einsatz eines solchen Photomischdetektors beschränkt. Es können vielmehr jegliche Matrix-Distanz- messsysteme zum Einsatz kommen, die eingerichtet sind, Distanz- und optional auch Amplitudeninformationen zu dem abgetasteten Artikel bereitzustellen.
Es folgt ein Auswählen 108 eines Zentralpunktes aus den Punktwolkendaten und Bestimmen 110, 112 einer Teilpunktwolke aus den Punkten der Punktwolkendaten, wobei deren Positionen innerhalb eines vorgegeben Abstandes um den Zentralpunkt liegen. Vorzugsweise werden beim Bestimmen 110 eine vorgegebene Anzahl an Punkten aus den Punktwolkendaten ausgewählt, die am dichtesten um den Zentralpunkt herum liegen. Weiter bevorzugt werden beim Bestimmen 112 alternativ diejenigen Punkte ausgewählt, die innerhalb des genannten vorgegeben Abstandes um den Zentralpunkt herum liegen.
Anschließend wird der Schritt des Ermittelns 114 der Hauptausrichtung der Teilpunktwolke für mindestens zwei Raumrichtungen der Teilpunktwolke durch Bestimmen der beiden zugehörigen Raum-Lage-Vektoren durchgeführt. Vorzugsweise werden ähnlich zur Hauptkomponenten-Analyse die Ausprägungsanteile der Raumrichtungen der Teilpunktwolke bestimmt. Anschaulich gesprochen wird auf diese Weise die quasikugelförmige Teilpunktwolke auf eine Fläche reduziert, deren Lage im Raum mit der Hauptausrichtung der Teilpunktwolke übereinstimmt. Unter quasi-kugelförmig wird im Sinne dieser Erfindung eine Punktewolke mit einer Anzahl diskreter Punkte verstanden, die sich innerhalb einer ellipsen- oder kugelförmigen gedachten Hüllfläche befinden.
Zur Bestimmung der genannten zugehörigen Raum-Lage-Vektoren werden beispielsweise die Eigenwerte der Kovarianzmatrix aller Datenpunkte der Teilpunktwolke bestimmt. Durch Lösung des Eigenwertproblems
(C - AE) ■ v = 0, wobei C die Kovarianzmatrix und E die Einheitsmatrix bezeichnet, werden so die Eigenwerte Ai, A2, ... An ermittelt. Die Bestimmung der Eigenwerte und Eigenvektoren erfolgt im Schritt 114. Im Schritt 116 werden zu den jeweils größten Eigenwerten die zugehörigen Eigenvektoren bestimmt, die im Folgenden kurz als Vektoren oder Raum- Lage-Vektoren bezeichnet werden.
Im Schritt 118 wird ein die Teilfläche beschreibenden Teilflächen-Normalenvektor auf Basis der bestimmten Raum-Lage-Vektoren ermittelt, der senkrecht zu beiden Raum- Lage-Vektoren ist. Die Bestimmung des Teilflächen-Normalenvektors erfolgt vorzugsweise durch Bildung des Kreuzproduktes aus den beiden zuvor ermittelten Raum-Lage-Vektoren.
Anschließend werden im Schritt 120 in der Teilpunktewolke vorhandene Punkte in den Punktwolkendaten als bereits verarbeitete Punkte gekennzeichnet. Wahlweise können die Punktdaten der Teilpunktwolke auch aus dem Punktwolkendaten gelöscht werden.
Im Schritt 106 wird geprüft, ob ein vorbestimmter Anteil der Punkte verarbeitet worden ist, also ob hinreichend viele Punkte der Punktwolke bereits verarbeitet worden sind. Liegt die Anzahl der mittels der vorgenannten Schritte verarbeiteten Punkte der Punktwolke unterhalb des vorbestimmten Anteils, so werden die vorgenannten Schritte beginnend mit dem Auswählen 108 eines Zentralpunktes solange repetierend durchgeführt, bis die Prüfung im Schritt 106 ergibt, dass mindestens so viele Punkte der Punktwolke verarbeitet worden sind, dass diese den vorbestimmten Anteil aller Punkte übersteigt.
Nach Eintritt der zuvor genannten Abbruchbedingung werden im Schritt 144 eine vorgegebene Anzahl der ermittelten Teilflächen-Normalenvektoren ausgewählt und die Gesamtausrichtung des Artikels durch Bestimmen eines Normalenvektors auf Basis der ausgewählten Teilflächen-Normalenvektoren ermittelt. Vorzugsweise wird der Normalenvektor durch Mittelung der ausgewählten Teilflächen-Normalenvektoren bestimmt. Vorzugsweise werden im Schritt 108 die Zentralpunkte zufällig ausgewählt werden.
Weiter bevorzugt werden insbesondere die Teilflächen-Normalenvektoren, deren jeweiliger Zentralpunkt am dichtesten an einem aus Punktwolkendaten ermittelten Schwerpunkt liegt. Mit anderen Worten finden diejenigen Teilflächen- Normalenvektoren bei der Bestimmung des Normalenvektors Berücksichtigung, die den geringsten Abstand vom Schwerpunkt des Artikels aufweisen, also diejenigen Teilflächen-Normalenvektoren, deren Abstand vom jeweiligen Schwerpunkt kleiner als der vorgegebene Abstand ist.
Die Auswahl dieser Teilflächen-Normalenvektoren erfolgt optional in einem Schritt 142 vor dem Schritt 144. Auf diese Weise wird der Einfluss auf die Ausrichtung des Normalenvektors von Teilflächen, die bezüglich des Artikelschwerpunktes weiter in der Peripherie liegen, gezielt vermieden und so eine höhere numerische Stabilität des Berechnungsprozesses erreicht. Insbesondere wirkt es sich positiv aus, wenn die gewölbten Artikel eine Massenverteilung aufweisen, die zum Rand hin abnimmt, wie dies beispielsweise der Fall bei Geflügelbrustkappen ist. Bei diesen ist der größte Fleischanteil im Zentrum um den Schwerpunkt herum lokalisiert und nimmt zu den Rändern hin aufgrund der geringer werdenden Brustfiletdicke stetig ab.
Weiter bevorzugt wird nur eine vorbestimmte Anzahl der Teilflächen-Normalenvektoren zum Bestimmen des Normalenvektors herangezogen, insbesondere finden dabei - wie zuvor beschrieben - diejenigen Teilflächen-Normalenvektoren Berücksichtigung die nah am Schwerpunkt liegen.
Vorzugsweise werden die Raumkoordinaten der in der Teilpunktewolke vorhandenen Punkte mittelwertfrei gemacht, bevor im Schritt 114 die Eigenwerte und Raum-Lage- Vektoren aus den Eigenvektoren bestimmt werden. Hierzu werden vorzugsweise jeweils die Mittelwerte px, py, pz aller x-, y-, und z-Koordinaten der Punkte der Punktwolke ermittelt und die Mittelwerte px, py, pz von den jeweiligen Punktkoordinaten subtrahiert, um auf diese Weise die Punkte bzw. Punktkoordinaten mittelwertfrei zu machen.
Vorzugsweise wird daher zum Ermitteln des Teilflächen-Normalenvektors die Kovarianzmatrix der mittelwertfreien Raumkoordinaten ermittelt. Für die Kovarianzmatrix gilt folglich:
C = cov (X - px, Y - |jy, Z- pz).
Hierbei bezeichnen X, Y und Z jeweils aus den x-, y- und z-Koordinaten der Punkte einer jeweiligen Teilpunktwolke gebildete Koordinaten-Vektoren, nämlich
Figure imgf000019_0001
Y = (yi, y2 ->yN )T ,
Z = (z1; z2 ..., ZN )T , wobei N die Anzahl der Punkte einer Teilpunktwolke beschreibt.
Die Bestimmung der Eigenwerte erfolgt vorzugweise so, wie zuvor beschrieben, nur mit dem Unterschied, dass als Ausgangsbasis die vorstehend bezeichnete mittelwertfreie Kovarianzmatrix zur Lösung des Eigenwertproblems
(C - AE) ■ v = 0 bestimmt wird.
Vorzugsweise werden in einem vorgeschalteten Schritt 102 Punkte in den Punktwolkendaten ausgeblendet, deren Abstand zur Detektionseinrichtung einen vorbestimmten Maximalabstand überschreiten. Alternativ ist es auch möglich, im Schritt 102 sämtliche Punktwolkendaten auszublenden, die außerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegen. Auf diese Weise werden die Punktwolkendaten maskiert und mögliche Störungen durch Hintergrund- oder Vordergrundartefakte vermieden und so die Präzision und Zuverlässigkeit bei der Lagebestimmung erhöht. Derartige Hintergrund- oder Vordergrundartefakte können beispielsweise durch Maschinenteile entstehen, die sich im Erfassungsbereich der Detektionseinrichtung befinden, deren Abstand von dieser jedoch außerhalb des für das Abtasten der Artikeloberfläche relevanten Bereichs liegen.
Weiter bevorzugt werden die Punktwolkendaten einer Rauschfilterung 104 unterzogen. Diese erfolgt beispielsweise durch Skalieren der mittels der Detektionseinrichtung ermittelten Tiefeninformation, beispielsweise wird hierzu die von der Detektionseinrichtung bereitgestellte Tiefeninformation durch die von dieser gemessenen Amplitude dividiert. Alternativ kommen andere aus der Signalverarbeitung bekannte Rauschfilter zum Einsatz. Alternativ kann die Rauschfilterung 104 auch vor dem Schritt 102 erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass weniger Punktwolkendaten bei der Rauschfilterung Berücksichtigung finden und damit der anfallende Berechnungsaufwand reduziert wird.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Rauschfilterung 104 abhängig vom Abstand der jeweiligen Punkte der Punktwolkendaten von der Detektionseinrichtung erfolgt. So kann beispielsweise bei Punkten, die näher an der Detektionseinrichtung gelegen sind, die Rauschfilterung 104 so ausgestaltet sein, dass eine geringere Rauschunterdrückung erfolgt, während bei weiter von der Dektektionseinrichtung entfernten Punkten das Niveau der Rauschunterdrückung höher gewählt wird.
Alternativ ist es möglich, den Grad der Rauschunterdrückung 104 als Funktion des Abstandes des jeweiligen Punktes von der Detektionseinrichtung zu definieren. Hierzu kann beispielsweise eine vorgegebene Funktion verwendet werden, die für jede Distanz eines Punktes zu der Detektionseinrichtung einen entsprechenden Rausch- Unterdrückungsgrad festlegt.
In der Figur 2 ist die mittels der Detektionseinrichtung erzeugte Punktwolke am Beispiel einer Geflügelbrustkappe räumlich dargestellt. Zudem ist in Figur 2 der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmten Normalenvektor 200 abgebildet, der senkrecht auf einer optimal an die gewölbte Oberfläche des Artikels gedachten Ebene steht. Wie in Figur 2 gezeigt, ist der Normalenvektor 200 von der konvex gewölbten Außenfläche des Artikels weggerichtet. Wie eingangs bereits beschrieben, umfasst die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum automatischen Aufsatteln der gewölbten Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie. Um derartige Artikel in einem automatisierten Prozess greifen und aufnehmen zu können, ist es zunächst stets erforderlich, deren Lage im Raum mit dem zuvor beschriebenen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu bestimmen.
Hierfür wird mindestens ein zum Aufnehmen und Halten des Artikels eingerichteter - in der Zeichnung nicht gezeigter - Stützkörper bereitgestellt. Derartige an die Geometrie desjenigen Artikels angepasste Stützkörper sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. So kommen beispielsweise bei der Verarbeitung von Geflügelbrustkappen entsprechend an die bauchhöhlenseitige Geometrie angepasste Sattelelemente als Stützkörper zum Einsatz.
Diese sind regelmäßig so ausgestaltet, dass sie im Wesentlichen im Formschluss unter Ausbildung eines Klemmsitzes mit dem jeweiligen Artikel in Eingriff gelangen. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Artikel einerseits während des folgenden Bearbeitungsvorgangs sicher auf dem Stützkörper fixiert ist und andererseits nach der Bearbeitung von diesem wieder gelöst werden kann. Vorzugsweise kommen eine Vielzahl der Stützkörper zum Einsatz, die Teil eines Fördersystems sind, mittels derer die Stützkörper in eine Förderrichtung kontinuierlich gefördert werden.
Bevor der jeweilige Artikel auf den Stützkörper aufgesattelt werden kann, ist es zunächst erforderlich, die Gesamtausrichtung des Artikels durch Bestimmen des genannten Normalenvektors 200 zu bestimmen. Dies erfolgt mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens bzw. mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Lagebestimmung gewölbte Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie.
In den Figuren 3 bis 5 ist exemplarisch ein steuerbar eingerichteter Greifer 300 gezeigt, der ausgebildet ist, die Artikel zu greifen und aufzunehmen, um diese anschließend vollautomatisch auf dem Stützkörper anzuordnen. Bei dem exemplarisch in den Figuren 3-5 gezeigten Greifer 300 handelt es sich um einen solchen, der speziell zur Aufnahme von Geflügelbrustkappen ausgebildet und eingerichtet ist.
Wie eingangs erwähnt ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht allein auf Artikel beschränkt, die aus Geflügelbrustkappen bestehen. Es ist möglich jeden anderen gewölbten Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie mittels eines Greifers 300 aufzunehmen und einem Stützkörper zuzuführen, wobei der Greifer 300 vorzugsweise entsprechend an die Geometrie der zu verarbeitenden Artikel angepasst ist.
Der Greifer 300 ist steuerbar eingerichtet und wird im Schritt 146 zu dem Artikel hinbewegt. Die Bewegung des Greifers 300 erfolgt dabei entgegen der Richtung des Normalenvektors 200, bevor dieser mit dem Artikel in Kontakt kommt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Greifer 300 kollisionsfrei an den Artikel herangeführt wird, um diesen zuverlässig zu greifen und zu halten.
Wie den Figuren 3 bis 5 zu entnehmen ist, weist der Greifer 300 steuerbewegliche Greifelemente 301 auf, die zum Aufnehmen und Halten des Artikels ausgebildet und eingerichtet sind. Bei dem in den Figuren gezeigten Greifer 300, der - wie bereits erwähnt - für die Aufnahme von Geflügelbrustkappen eingerichtet ist, sind die Greifelemente 301 als Flankengreifelemente ausgebildet, die die Geflügelbrustkappe in seitlicher Klemmanlage während des Aufnehmens halten.
In der Regel werden die Geflügelbrustkappen mittels eines - in der Zeichnung nicht gezeigten - Förderbandes zu dem Greifer 300 gefördert. Vorzugsweise sind die Geflügelbrustkappen auf diesem Förderband bereits in der Weise vorausgerichtet, dass diese zwar ungeordnet zu liegen kommen, jedoch zumindest mit der konvex gewölbten Artikelseite, also der Brustfilet-Außenseite, obenliegend orientiert sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass alle Geflügelbrustkappen erfindungsgemäß vollautomatisch erkannt und aufgenommen werden können. Eine solche Vorausrichtung der Geflügelbrustkappen ist jedoch nicht zwingend erforderlich. So ist auch möglich, dass die Geflügelbrustkappen bezüglich der Orientierung der Filet- und Viszeralseite ungeordnet orientiert auf dem Förderband angeordnet sind. In diesem Fall werden zunächst sämtliche der Geflügelbrustkappen erfindungsgemäß verarbeitet, die mit der Filetseite obenliegend auf dem Förderband liegen. Die auf dem Förderband verbleibenden Geflügelbrustkappen werden dann anschließend einem weiteren Bearbeitungsschritt zugeführt, bei dem die Orientierung der auf dem Förderband verbliebenen Geflügelbrustkappen geändert wird, so dass diese mit der Viszeralseite auf dem Förderband zu liegen kommen. Dieser weitere Bearbeitungsschritt kann manuell oder automatisch eingerichtet sein. In jedem Fall ist es zunächst erforderlich, die Bewegung des Greifers 300 mit der Bewegung des Förderbandes zu synchronisieren, um dann in der zuvor beschriebenen Art und Weise den Greifer 300 entgegen der Richtung des Normalenvektors auf die Brustkappe zuzubewegen und diese aufzunehmen. Dies geschieht in dem in Figur 1 gezeigten Schritt 148. Anschließend wird der Artikel mittels des Greifers 300 im Schritt 150 gegriffen und aufgenommen.
Nachdem der Artikel durch den Greifer 300 in der beschriebenen Weise aufgenommen worden ist, wird die Bewegung des Greifers 300 im Schritt 152 mit der Bewegung der Stützelemente synchronisiert.
Es folgt nun das Aufsatteln 154 des Artikels auf dem Stützkörper, indem der Greifer 300 zusammen mit dem Artikel zu dem Stützkörper hinbewegt wird. Auf diese Weise wird der Artikel mittels des Greifers 300 auf dem Stützkörper angeordnet. Im Schritt des Aufsattelns 154 wird der Artikel so auf dem Stützkörper mittels des Greifers 300 angeordnet und schließlich die steuerbeweglichen Greifelemente 301 angesteuert, um den Artikel an den Stützkörper zu übergeben, sodass der Greifer 300 freikommt bzw. von dem Artikel frei wird und zur Aufnahme eines weiteren Artikels bereitsteht.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Artikel, die Geflügelbrustkappen sind, die mit ihrer Viszeralseite auf dem Stützkörper angeordnet werden. Die Viszeralseite von Geflügelbrustkappen bezeichnet die Innenseite also jene Seite die zur Bauchhöhle hin gelegen ist, während die Außenseite der Geflügelbrustkappe eine zumindest im Wesentlichen konvexe in Richtung des Normalenvektors gewölbte Oberfläche bildet.
Wie eingangs erwähnt, umfasst die vorliegende Erfindung auch eine entsprechende Vorrichtung zur Lagebestimmung gewölber Artikel. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren verwiesen. Die Detektionseinrichtung und/oder die Verarbeitungseinheit sind eingerichtet und ausgebildet, die vorgenannten Verfahrensschritte auszuführen.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung daher eine - in der Zeichnung nicht gezeigte - Detektionseinrichtung, die zum Abtasten des Artikels unter Erzeugung von Punktwolkendaten, die die räumliche Oberflächenstruktur des Artikels repräsentieren, ausgebildet und eingerichtet ist
Weiter umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine - in der Zeichnung nicht gezeigte - Verarbeitungseinheit, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, einen Zentralpunkt aus den Punktwolkendaten auszuwählen und eine Teilpunktwolke aus den Punkten der Punktwolkendaten zu bestimmen, deren Positionen innerhalb eines vorgegeben Abstandes um den Zentralpunkt liegen.
Die Verarbeitungseinheit ist ferner eingerichtet, die Hauptausrichtung der Teilpunktwolke für mindestens zwei Raumrichtungen durch Bestimmen der beiden zugehörigen Raum-Lage-Vektoren zu ermitteln und einen eine Teilfläche beschreibenden Teilflächen-Normalenvektor auf Basis der bestimmten Raum-Lage-Vektoren, der senkrecht zu beiden Raum- Lage- Vektoren ist, zu ermitteln und die in der Teilpunktewolke vorhandenen Punkte in den Punktwolkendaten als bereits verarbeitete Punkte zu kennzeichnen.
Weiter ist die Verarbeitungseinheit ausgebildet, die vorgenannten Schritte repetierend für weitere Punkte der Punktwolkendaten, die nicht als bereits verarbeitete Punkte gekennzeichnet sind, auszuführen, solange bis ein vorbestimmter Anteil der Punkte verarbeitet worden ist und, die ausgebildet ist, eine vorgegebene Anzahl der ermittelten Teilflächen-Normalenvektoren auszuwählen und die Gesamtausrichtung des Artikels durch Bestimmen eines Normalenvektors 200 auf Basis der ausgewählten Teilflächen-Normalenvektoren zu ermitteln.
Vorzugsweise umfasst die Verarbeitungseinheit einen Zufallsgenerator, der eingerichtet ist, die Zentralpunkte zufällig auszuwählen. Weiter bevorzugt umfasst die Verarbeitungseinheit eine Schwerpunktbestimmungseinheit, die - wie zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben - eingerichtet ist, unter Berücksichtigung aller Punkte der Punktwolkendaten den Schwerpunkt der Punktwolke zu bestimmen und die Verarbeitungseinheit umfasst weiter eine Auswahleinheit, die ausgebildet ist, beim Auswählen der ermittelten Teilflächen-Normalenvektoren diejenigen auszuwählen, deren Distanz zwischen deren Zentralpunkt und dem Schwerpunkt am geringsten ist. Weiter bevorzugt ist die Auswahleinheit eingerichtet, beim Auswahlen der Teilflächen- Normalenvektoren nur eine vorbestimmte Anzahl der Teilflächen-Normalenvektoren zum Bestimmen des Normalenvektors heranzuziehen.
Vorteilhafter Weise ist die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet, die Raumkoordinaten der in der Teilpunktewolke vorhandenen Punkte gemäß der zum erfindungsgemäßen Verfahren genannten Methoden mittelwertfrei zu machen.
Bevorzugt ist die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet, zum Ermitteln des Teilflächen- Normalenvektors eine Kovarianzmatrix der mittelwertfreien Raumkoordinaten und deren Eigenwerte zu bestimmen, und ist eingerichtet, zu den beiden größten Eigenwerten die zugehörigen Eigenvektoren zu ermitteln, die die mindestens zwei der beiden zugehörigen Raum-Lage-Vektoren zur Hauptausrichtung der Teilpunktwolke bilden. Zu den Einzelheiten der Bestimmung der Teilflächen-Normalenvektoren wird auf unsere obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Bevorzugt umfasst die Verarbeitungseinrichtung eine - in der Zeichnung ebenfalls nicht gezeigte - Maskierungseinheit, die eingerichtet ist, Punkte in den Punktwolkendaten, deren Abstand zur Detektionseinrichtung einen vorbestimmten Maximalabstand überschreitet, wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahrensschritt 102 auszublenden.
Weiter bevorzugt umfasst die Verarbeitungseinheit einen - in der Zeichnung nicht gezeigten - Rauschfilter, das eingerichtet ist, die Punktwolkendaten einer Rauschfilterung gemäß den oben beschriebenen Verfahrensschritten zu unterziehen.
Wie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, ist das Rauschfilter ausgebildet, den Grad der Rauschfilterung abhängig vom Abstand der jeweiligen Punkte der Punktwolkendaten von der Detektionseinrichtung einzustellen.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch eine Anordnung zum automatischen Aufsatteln gewölbter Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie. Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich aus dem weiter oben beschriebenen Verfahren zum automatischen Aufsatteln der gewölbten Artikel, sodass an dieser Stelle auf die obigen Ausführungen auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung verwiesen wird.
Die Anordnung umfasst mindestens einen zum Aufnehmen und Halten des Artikels eingerichteten Stützkörper sowie die zuvor beschriebene Vorrichtung zur Lagebestimmung gewölbter Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie, die zum Ermitteln der Gesamtausrichtung des Artikels durch Bestimmen eines Normalenvektors 200 wie zu vor beschrieben ausgebildet und eingerichtet ist.
Ferner umfasst die Anordnung den steuerbeweglich eingerichteten Greifer 300, der zu dem Artikel hin bewegbar ausgebildet ist, wobei der Greifer 300 jedenfalls entgegen der Richtung des Normalenvektors 200 bewegt wird, bevor dieser mit dem Artikel in Kontakt kommt.
Zudem weist die Anordnung eine Steuereinrichtung auf, die zum Ansteuern von steuerbeweglichen Greifelementen 301 des Greifers 300 zum Aufnehmen und Halten des Artikels eingerichtet ist, wobei die Steuereinrichtung weiter eingerichtet ist, den Greifer 300 zusammen mit dem Artikel zu dem Stützkörper hinzubewegen, diesen mittels des Greifers 300 auf dem Stützkörper anzuordnen und die steuerbeweglichen Greifelemente 301 zum Freigeben des auf dem Stützkörper angeordneten Artikels anzusteuern.
Vorzugsweise sind die Artikel Geflügelbrustkappen, die mit ihrer Skelettseite bzw. viszeralseitig auf dem Stützkörper angeordnet werden.
Wie bereits erwähnt sind die Greifelemente 301 vorzugsweise als Flankengreifer ausgebildet und eingerichtet, um den Artikel seitlich zu greifen.
Weiter bevorzugt sind die Greifelemente 301 zangenartig um eine gemeinsame Drehachse 302 steuerbeweglich verschwenkbar ausgebildet und eingerichtet sind.
Insbesondere sind die Greifelemente 301 pneumatisch steuerbeweglich angetrieben eingerichtet.
Vorteilhafter Weise umfasst der Greifer 300 ein Stützelement 303, das eingerichtet ist, mit der Brustseite der Geflügelbrustkappe in Kontaktanlage zu kommen.

Claims

- 25 -
Ansprüche
1. Verfahren zur Lagebestimmung gewölbter Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie, umfassend die Schritte: a) Abtasten des Artikels mittels einer zum Erzeugen von Punktwolkendaten, die die räumliche Oberflächenstruktur des Artikels repräsentieren, eingerichteten Detektionseinrichtung b) Auswählen eines Zentralpunktes aus den Punktwolkendaten und Bestimmen einer Teilpunktwolke aus den Punkten der Punktwolkendaten, deren Positionen innerhalb eines vorgegeben Abstandes um den Zentralpunkt liegen, c) Ermitteln der Hauptausrichtung der Teilpunktwolke für mindestens zwei Raumrichtungen der Teilpunktwolke durch Bestimmen der beiden zugehörigen Raum- Lage- ektoren d) Ermitteln eines eine Teilfläche beschreibenden Teilflächen- Normalenvektors auf Basis der bestimmten Raum- Lage- Vektoren, der senkrecht zu beiden Raum- Lage- Vektoren ist, e) Kennzeichnen der in der Teilpunktewolke vorhandenen Punkte in den Punktwolkendaten als bereits verarbeitete Punkte und repetierendes Durchführen der Schritte b) bis d) für weitere Punkte der Punktwolkendaten, die nicht als bereits verarbeitete Punkte gekennzeichnet sind, solange bis ein vorbestimmter Anteil der Punkte verarbeitet worden ist, f) Auswählen einer vorgegebenen Anzahl der ermittelten Teilflächen- Normalenvektoren und Ermitteln der Gesamtausrichtung des Artikels durch Bestimmen eines Normalenvektors (200) auf Basis der ausgewählten Teilflächen-Normalenvektoren. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralpunkte zufällig ausgewählt werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung aller Punkte der Punktwolkendaten der Schwerpunkt der Punktwolke bestimmt wird und dadurch, dass beim Auswählen der ermittelten Teilflächen-Normalenvektoren diejenigen ausgewählt werden, deren Distanz zwischen deren Zentralpunkt und dem Schwerpunkt am geringsten ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine vorbestimmte Anzahl der Teilflächen-Normalenvektoren zum Bestimmen des Normalenvektors (200) herangezogen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Mittelwertfrei machen der Raumkoordinaten der in der Teilpunktewolke vorhandenen Punkte.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln des Teilflächen-Normalenvektors eine Kovarianzmatrix der mittelwertfreien Raumkoordinaten ermittelt wird, deren Eigenwerte bestimmt werden, wobei zu den beiden größten Eigenwerten die zugehörigen Eigenvektoren ermittelt werden, die die mindestens zwei der beiden zugehörigen Raum-Lage-Vektoren zur Hauptausrichtung der Teilpunktwolke bilden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Punkte in den Punktwolkendaten, deren Abstand zur Detektionseinrichtung einen vorbestimmten Maximalabstand überschreiten, ausgeblendet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktwolkendaten einer Rauschfilterung unterzogen werden. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Rauschfilterung abhängig vom Abstand der jeweiligen Punkte der Punktwolkendaten von der Detektionseinrichtung erfolgt. Verfahren zum automatischen Aufsatteln von gewölbten Artikeln der lebensmittelverarbeitenden Industrie, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen mindestens eines zum Aufnehmen und Halten des Artikels eingerichteten Stützkörpers,
- Ermitteln der Gesamtausrichtung des Artikels durch Bestimmen eines Normalenvektors (200) mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
- Bewegen eines steuerbar eingerichteten Greifers (300) zu dem Artikel hin, wobei der Greifer (300) jedenfalls entgegen der Richtung des Normalenvektors (200) bewegt wird, bevor dieser mit dem Artikel in Kontakt kommt.
- Ansteuern von steuerbeweglichen Greifelementen (301) des Greifers (300) zum Aufnehmen und Halten des Artikels,
- Bewegen des Greifers (300) zusammen mit dem Artikel zu dem Stützkörper hin,
- Anordnung des Artikels mittels des Greifers (300) auf dem Stützkörper und
- Ansteuern der steuerbeweglichen Greifelemente (301) zum Freigeben des auf dem Stützkörper angeordneten Artikels. - 28 - Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Artikel Geflügelbrustkappen sind, die mit ihrer Viszeralseite auf dem Stützkörper angeordnet werden. Vorrichtung zur Lagebestimmung gewölbter Artikel der lebensmittelverarbeitenden Industrie, umfassend eine Detektionseinrichtung, die zum Abtasten des Artikels unter Erzeugung von Punktwolkendaten, die die räumliche Oberflächenstruktur des Artikels repräsentieren, ausgebildet und eingerichtet ist sowie eine Verarbeitungseinheit, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, einen Zentralpunkt aus den Punktwolkendaten auszuwählen und eine Teilpunktwolke aus den Punkten der Punktwolkendaten zu bestimmen, deren Positionen innerhalb eines vorgegeben Abstandes um den Zentralpunkt liegen, die Hauptausrichtung der Teilpunktwolke für mindestens zwei Raumrichtungen der Teilpunktwolke durch Bestimmen der beiden zugehörigen Raum-Lage-Vektoren zu ermitteln, einen eine Teilfläche beschreibenden Teilflächen-Normalenvektor auf Basis der bestimmten Raum-Lage-Vektoren, der senkrecht zu beiden Raum-Lage- Vektoren ist, zu ermitteln, die in der Teilpunktewolke vorhandenen Punkte in den Punktwolkendaten als bereits verarbeitete Punkte zu kennenzeichen, die ausgebildet ist, die vorgenannten Schritte repetierendend für weitere Punkte der Punktwolkendaten, die nicht als bereits verarbeitete Punkte gekennzeichnet sind, auszuführen, solange bis ein vorbestimmter Anteil der Punkte verarbeitet worden ist und, die ausgebildet ist, eine vorgegebene Anzahl der ermittelten Teilflächen- Normalenvektoren auszuwählen und die Gesamtausrichtung des Artikels durch Bestimmen eines Normalenvektors (200) auf Basis der ausgewählten Teilflächen-Normalenvektoren zu ermitteln. - 29 -
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit einen Zufallsgenerator umfasst, der eingerichtet ist die Zentralpunkte zufällig auszuwählen.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit eine Schwerpunktbestimmungseinheit umfasst, die eingerichtet ist, unter Berücksichtigung aller Punkte der Punktwolkendaten den Schwerpunkt der Punktwolke zu bestimmen, und die Verarbeitungseinheit weiter eine Auswahleinheit umfasst, die ausgebildet ist, beim Auswählen der ermittelten Teilflächen-Normalenvektoren diejenigen auszuwählen, deren Distanz zwischen deren Zentralpunkt und dem Schwerpunkt am geringsten ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahleinheit eingerichtet ist, beim Auswählen der Teilflächen- Normalenvektoren nur eine vorbestimmte Anzahl der Teilflächen- Normalenvektoren zum Bestimmen des Normalenvektors (200) heranzuziehen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet ist, die Raumkoordinaten der in der Teilpunktewolke vorhandenen Punkte mittelwertfrei zu machen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet ist, zum Ermitteln des Teilflächen-Normalen- vektors eine Kovarianzmatrix der mittelwertfreien Raumkoordinaten zu bestimmen und deren Eigenwerte zu bestimmen, und eingerichtet ist, zu den beiden größten Eigenwerten die zugehörigen Eigenvektoren zu ermitteln, die die mindestens zwei der beiden zugehörigen Raum- Lage- Vektoren zur Hauptausrichtung der Teilpunktwolke bilden.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung eine Maskierungseinheit umfasst, die - 30 - eingerichtet ist, Punkte in den Punktwolkendaten, deren Abstand zur Detektionseinrichtung ein vorbestimmten Maximalabstand überschreiten, auszublenden. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit einen Rauschfilter umfasst, das eingerichtet die Punktwolkendaten einer Rauschfilterung zu unterziehen. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauschfilter ausgebildet ist, den Grad der Rauschfilterung abhängig vom Abstand der jeweiligen Punkte der Punktwolkendaten von der Detektionseinrichtung ist. Anordnung zum automatischen Aufsatteln von gewölbten Artikeln der lebensmittelverarbeitenden Industrie, umfassend mindestens eines zum Aufnehmen und Halten des Artikels eingerichteten Stützkörper eine Vorrichtung, die zum Ermitteln der Gesamtausrichtung des Artikels durch Bestimmen eines Normalenvektors (200) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 20 ausgebildet ist, einen steuerbeweglich eingerichteten Greifer (300), der zu dem Artikel hin bewegbar ausgebildet ist, wobei der Greifer (300) jedenfalls entgegen der Richtung des Normalenvektors (200) bewegt wird, bevor dieser mit dem Artikel in Kontakt kommt. eine Steuereinrichtung, die zum Ansteuern von steuerbeweglichen Greifelementen (301) des Greifers (300) zum Aufnehmen und Halten des Artikels eingerichtet ist, wobei die Steuereinrichtung weiterer eingerichtet ist, den Greifer (300) zusammen mit dem Artikel zu dem Stützkörper hinzubewegen, diesen - 31 - mittels des Greifers (300) auf dem Stützkörper anzuordnen und die steuerbeweglichen Greifelemente (301) zum Freigeben des auf dem Stützkörper angeordneten Artikels anzusteuern.
22. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Artikel Geflügelbrustkappen sind, die mit ihrer Viszeralseite auf dem Stützkörper angeordnet werden.
23. Anordnung nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifelemente (301) als Flankengreifer ausgebildet sind, eingerichtet sind den Artikel seitlich zu greifen.
24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifelemente (301) zangenartig um eine gemeinsame Drehachse steuerbeweglich verschwenkbar ausgebildet und eingerichtet sind.
25. Anordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifelemente (301) pneumatisch steuerbeweglich angetrieben eingerichtet sind.
26. Anordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (300) ein Stützelement umfasst, das eingerichtet ist, mit der der Brustseite der Geflügelbrustkappe (301) in Kontaktanlage zu kommen.
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