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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optosensorischen Erfassen, computerunterstützten Identifizieren und Hervorheben bzw. Markieren von Objekten mit optischen Mitteln. Sie ist den Fachgebieten der Automatisierungstechnik und teilweise der Messtechnik zuzuordnen, und behandelt eine automationsunterstützende Vorrichtung für eine halbautomatische Prüfstation. Vorrichtungen dieser Art finden Verwendung bei der Kommissionierung von Waren, in der Warenkontrolle (Qualitätssicherung), in Produktionsbetrieben, in Anlagen zur Verpackungs- oder Um-Verpackung, beim Zoll, im Versandhandel, in der Warenwirtschaft, in Müllsortieranlagen und vielen anderen Anwendungen, insbesondere wo einander ähnlich sehende Objekte nur schwer mit dem Auge alleine unterscheidbar sind.
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Die Vorrichtung kombiniert raffiniert bekannte Vorrichtungen, wie optische Erfassungssysteme, Bildverarbeitungssysteme oder optische Lesevorrichtungen (Laser-Scanner, Abtastsysteme) mit rechnerunterstützt gesteuerten Markierungsvorrichtungen wie Lichtspots, um einem Benutzer ein Feedback nach einer in Echtzeit durchgeführten automatischen Analyse mithilfe einer Recheneinheit (Computer) zu geben. Dadurch ist der Benutzer in schneller als bisher in der Lage, aus einer Objektmenge die richtigen Objekte oder falsche Objekte geführt zu behandeln (ergreifen, sortieren, auswählen).
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Stand der Technik
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Zur Unterstützung von Kommissionier-Vorgängen sind in den letzten Jahren eine Vielzahl von neuen Vorrichtungen entwickelt worden. So ist in der Gebrauchsmusterschrift
AT 010520 U2 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur visuellen Unterstützung von Kommissioniervorgängen beschrieben, die eine optische Erfassungsvorrichtung und eine Anzeigevorrichtung aufweist. Über Augmented Reality Funktionen werden z. B. in ein Kamerabild Hinweis-Informationen wie Pfeile und dergleichen eingeblendet. Solche Vorrichtungen werden auch in Brillen eingesetzt und bringen dadurch zusätzliche Informationen der virtuellen Welt in das Sichtfeld oder Video-Abbild der realen Welt. Andere Hilfsmittel sind in der Literatur als Pick-to-Light Techniken eingegangen, wo Lichtsignalisierungsvorrichtungen an Schränken oder Laden, den Benutzer eine Entscheidungsunterstützung bei der Auswahl eines Objektes aus einem Materiallager unterstützen. Nachteilig bei Systemen mit Datenbrillen oder Videobrillen ist, dass diese nicht gerne getragen werden, sei es aufgrund der Einschränkung des Sichtfeldes, aufgrund des Gewichtes solcher Brillen oder aus Gründen der Eitelkeit oder der erforderlichen Pflege um immer klare Sicht zu haben. Bei Monitor basierten Erkennungssystemen hingegen ist es wiederum lästig, ein Produkt, welches vorzugsweise durch Erkennungssoftware am Monitor entsprechend hervorgehoben dargestellt wird, nochmals am realen Arbeitsbereich zu identifizieren werden, wo dann die Hervorhebung fehlt. In diesem Fall birgt das Vergleichen von Solldaten auf einem Monitor mit Ist-Daten auf der realen Arbeitsfläche eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass der Nutzer trotz der Monitorentscheidungshilfe ein falsches Objekt ergreift. Zusätzlich ist die Geschwindigkeit zur Durchführung solcher Auswahlvorgänge eingeschränkt.
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Bei Pick-to-Light Vorrichtungen ist man auf sehr wenige Objekte eingeschränkt. Wenn in einem Magazin beispielsweise fünf Signalisierungen auf fünf Fächern angebracht sind, besteht zudem die Gefahr, dass falsche Produkte in einem Fach einsortiert sind, da eine Videoanalyse fehlt.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es die genannten Nachteile für den Benutzer obiger bekannter Verfahren und Methoden durch eine einfache halbautomatisch Prüfstation zu beseitigen, welche es erlaubt, rasch ein oder mehrere Objekte aus einer Menge von zu unterscheidenden Objekten technisch unterstützt zu identifizieren. Der Benutzer soll sofort auf das richtige Objekt hingewiesen werden. Er soll falsche oder nicht richtig liegende Objekte schneller erfassen können oder aus einer Menge die richtigen Objekte von falschen oder fehlerhaften Objekten schneller sondieren. Es soll möglich sein, unterschiedliche Produkte mit ähnlichem Aussehen rascher als bisher manuell zu sortieren. Die Hilfsmittel sollen optischer Natur sein, um während der Benutzung die Verletzungs-Gefahr, wie beispielsweise durch Maschinen zu vermeiden. Eine Augmented Reality-nahe Lösung wurde gesucht, die technisch einfach und kostengünstig ist. Darüber hinaus soll eine Adaptionsfähigkeit für verschiedenste Anwendungen möglich sein. Eine rasche Neukonfiguration oder Umprogrammierung der Systemkomponenten soll für jede neue Anwendungssituation problemlos über einfache Schnittstelen oder Einlern-Möglichkeiten einstellbar sein. Auch Skalierbarkeit ist ein Thema der Erfindung, die Vorrichtung muss mit den wachsenden Herausforderungen der Aufgaben mitwachsen können.
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Lösung der Aufgabe
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabenstellung durch eine Vorrichtung für eine halbautomatische Prüfstation gelöst, die mit unterschiedlichen Komponenten ausgestattet ist:
Zunächst benötigt man zumindest eine Vorrichtung zum Erfassen mindestens eines Objektes oder eines Objektmerkmales mithilfe von optischen und photo-sensorischen Mitteln. Zusätzlich ist eine Vorrichtung zur computerunterstützten Auswertung der optosensorisch erfassten Objekte oder Merkmale durch Vergleich der erfassten Daten beziehungsweise der, mithilfe von Bildvergleichs- und/oder Zeichenerkennungs-Algorithmen ausgewerteten Daten, gegenüber gespeicherten Soll-Daten. Beispielsweise können Barcodes oder alphanumerische Zeichen erkannt, und mit Datensätzen im Speicher verglichen werden. Es könnte aber auch durch geeignete Bildanalyse-Programme eine optische Eigenschaft ermitteltet werden. Mögliche Eigenschaften sind dimensionale Abmessungen, wie die Länge oder die Breiten. Eine bestimmte Form, wie rund, viereckig, sechseckig, achteckig, oval oder herzförmig, oder eine bestimmte Farbe, wie rot, gelb, blau; oder gewisse Helligkeits- oder Spektralwerte der Reflexionsanteile von weißem Licht sind weitere mögliche Eigenschaften. Eine solche Eigenschaft kann absolut bestimmt werden oder ein Verhältnis z. B. Länge zu Breite oder ein Kontrast sein. Die gespeicherten Datensätze können vorteilhaft durch einen Einlern-Algorithmus erstellt werden, wozu die hier vorgestellte Vorrichtung selbst dienlich sein kann. Bei vordefinierten Eigenschaften, z. B. eine bestimmte Größe, eine bestimmte Form oder ein bestimmter Barcode, können die erfassten und ausgewerteten Informationen mit gespeicherten Vergleichswerten inklusive einer bestimmten Toleranzbandbreite verglichen, und durch ein Computerprogramm ausgewertet werden. Diese Bilddatenverarbeitung ist an sich nicht neu, aber für die vorgeschlagene Vorrichtung erforderlich.
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Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum direkten Hervorheben bzw. Markieren zumindest eines Objektes oder Objektmerkmales in Abhängigkeit vom Ergebnis der Objekt- oder Merkmals-Vergleichsauswertung im System integriert. Das zu markierende Objekt liegt dazu auf einer Unterlage definierter Größe innerhalb eines operativen Arbeitsbereiches. Ein Benutzer der Vorrichtung legt Objekte auf die Unterlage oder bekommt diese über nicht beschriebene Vorrichtungen auf die Unterlage zugeführt. Nun ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung zur Markierung optische Mittel aufweist, welche Licht mit zumindest einer bestimmten Eigenschaft aus der Gruppe Intensität, Form und Wellenlänge auf Teile des Arbeitsbereiches bzw. auf die darauf befindlichen Objekten projizieren können. Dabei werden diese Teile des Arbeitsbereiches mithilfe einer Ansteuervorrichtung gezielt definiert gewählt, welche durch die Vorrichtung zur computergestützten Auswertung angesteuert wird. Dazu werden die Programmierung und die Ergebnisse der automatisierten Analyse der Vorrichtung zur computerunterstützten Auswertung herangezogen. Um den Ort für die Markierung eindeutig zuordnen zu können, ist des Weiteren mindestens eine Vorrichtung oder eine Zusatzvorrichtung vorgesehen, um mittelbar, vorzugsweise durch Kalibrierung optosensorisch erfasste Daten den Ist-Positionsdaten richtig zuzuordnen und infolge dann für die rechnerunterstützte Ermittlung der Position und Orientierung im Arbeitsbereich zu verwenden.
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Vorteilhaft kann als Vorrichtung zur Markierung oder zum Hervorheben ein Bildprojektor eingesetzt werden, der im Abstand oberhalb oder schräg oberhalb der Unterlage angebracht ist. Ist der der Bildprojektor an anderer Position so kann durch Umlenkspiegel ebenfalls als Projektionsfläche die Unterlage erreicht werden. Eine allfällige Spieglung der Ziel-Positionen ist dabei zu berücksichtigen.
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Alternativ kann die Vorrichtung zur Markierung oder zum Hervorheben auch aus zumindest einer Lichtquelle aufgebaut sein, die einen Lichtstrahl bestimmter Größe, Form, Intensität, Musterart und/oder Farbe als fokussierte Spots auf Positionen jener Projektionsfläche wirft, welche durch die Abmessungen der Unterlage gegeben ist. Dabei ist zumindest ein Detail der Qualität, beispielsweise die Lichtfarbe (spektrale Zusammensetzung) oder Spot-Muster und die Zielachtung des Spots durch die Ansteuervorrichtung bestimmbar. So kann entweder durch Auswahlschalter für eine Lichtquelle aus einer Gruppe von Lichtquellen mit unterschiedlicher Strahlausrichtung oder durch Stellmotoren zur Lage- und/oder Richtungsänderung eines Richtstrahlers der bestrahlte Ort gewählt werden.
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Als Vorrichtung zur Erfassung eines Objektes oder eines Objektmerkmales ist eine elektronische Flächen-Kamera vorzugsweise ein CCD- oder eine CMOS-Kamera vorzugsweise mit Linsen-Objektiv besonders geeignet, aber auch eine Zeilenkamera mit einem beweglichen vorzugsweise oszillierenden oder rotierenden Spiegel ist möglich. Denkbar ist auch der Einsatz eines Laserscanners oder dergleichen zur Objekterfassung.
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Für eine Erfassung mit einer Kamera kann eine Beleuchtungsvorrichtung für die Objekte sinnvoll sein, wobei die der Kamera zugewandte Seite des Objektes beleuchtet werden sollte.
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Zumindest eine der Vorrichtungen zur Objekterfassung oder zur Objektlageerfassung kann vorteilhaft unterhalb der Unterlage für die Objekte angeordnet sein, da sie dann nicht den Arbeitsbereich behindern und die Hände des Benutzers nicht in das Sichtfeld der Kamera beschränken. Dabei sollte die Unterlage aus transparentem, oder teil-lichtdurchlässigem Material bestehen. Geeignet sind Glas oder Kunststoff. Die Unterlage kann zu diesem Zweck aber auch als Gitter oder Netz ausgebildet sein.
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Zur Verbindung der einzelnen Vorrichtungen zur Objekterfassung, Datenverarbeitung und Markierung bzw. für die Ansteuerungsvorrichtung der Markierungsvorrichtung eignen sich vorteilhaft Kabelverbindungen, Funkverbindungen oder Lichtfaserverbindungen zur Datenübertragung.
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Es ist sinnvoll wenn die vorbestimmten, gespeicherten Daten auch über die optischen Eigenschaften hinausgehende Objekt-verknüpfte Informationen beinhalten, wie beispielsweise Chargennummer, Seriennummer, Artikelnummer, Haltbarkeitsdatum, Lieferanteninformationen.
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Wird eine Vorrichtung zur zusätzlichen akustischen Signalisierung einer definierten Objekt- oder Objektmerkmalserkennung vorgesehen, deren Signalqualität, vorzugsweise Tonhöhe oder Modulation unterschiedliche Erkennungsereignisse signalisiert, bietet dieses System weitere Vorteile.
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Neben der Vorrichtung ist auch das dadurch mögliche Verfahren Gegenstand der Erfindung. Dieses Verfahren ermöglicht es erfindungsgemäß, zumindest ein Objekt mithilfe einer Erfassungsvorrichtung und einer Auswertevorrichtung zu erkennen und zu identifizieren, Dabei wird zumindest ein zuvor gewähltes und definiertes Objektmerkmal, vorzugsweise ein bestimmter Barcode eines zu untersuchenden Objektes, über diese oder eine weitere Erfassungsvorrichtung entweder nicht identifiziert, oder eindeutig identifiziert oder falsch identifiziert. Dazu dient die Vorrichtung zum Hervorheben und Markieren, indem das Objekt auf qualitativ unterschiedliche Weise „optisch” markiert wird. Vorteilhaft geschieht dies mit unterschiedlich farbigem Licht, insbesondere mit grünem Licht für „richtiges Objekt – richtig erkannt”, mit rotem Licht „möglicherweise richtiges Objekt – nicht richtig erkannt” und mit blauem Licht für „falsches Objekt – richtig erkannt”. Andere Farbzuordnungen sind ebenso möglich, wie die Verwendung von bestimmten Projektionsmustern.
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Die Erfindung wird anhand nachfolgenden Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
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1 eine Skizze ein Anordnungsbeispiel der erfinderischen Vorrichtung;
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Das hier beschriebene Beispiel zeigte eine mögliche Anwendung der Vorrichtung oder des damit verbundenen Verfahrens. Verschiedenste Objekte oder Objektmerkmale sind möglich. Das Beispiel wurde zum einfacheren Verständnis bewusst einfach gewählt, in realen Anwendungen sind wesentlich höher Komplexe Situationen gegeben, die in den meisten Fällen ebenfalls durch diese Vorrichtung unterstützt werden können. Angenommen, ein Satz Memory Karten wird auf einer Glasplatte verteilt. Bei diesem bekannten Kartenspiel ist die Aufgabe, möglichst viele gleiche Bildpaare aus einer Menge von Bildpaaren mit möglichst wenig Greifversuchen zu sammeln. Diese Memory Karten sind nun die zu identifizierenden Objekte 3 mit bestimmten Objektmerkmalen 3', das sind die Bildinhalte. Diese sind auf einer der beiden Seiten der Karten aufgedruckt. Zu Beginn wird in einem Lemmodus über eine Vorrichtung die Rückseite der Karten über die Bilderfassungsvorrichtung 10 erfasst und ihre Merkmale als Datensatz gespeichert 21', um zu vermeiden, dass zwei Rückseiten durch die Vorrichtung 1 als gleiches Kartenpaar erkannt und identifiziert werden. Mithilfe eines ersten Algorithmus innerhalb einer Auswertevorrichtung 20 in Form eines Computers identifiziert man nun eine erste Karte auf der Glasplatte 2 anhand der optosensorisch erfassten Daten 11 mithilfe einer Vorrichtung 10 beispielsweise einer Digitalkamera und vergleicht die Ergebnisse der Daten 21 nach der Verarbeitung mit den Speicherdaten 21'. Sind diese gleich den Rückseiten-Informationen im Datenspeicher so wird mit der Auswertung der optosensorischen Daten bei der nächsten erkannten Karte auf der Unterlage 2 aus Glas fortgesetzt. Die Kamera ist zum Zweck der Karten- oder Bilderfassung unterhalb der Unterlage 2 angebracht und auf die transparente Glasplatte gerichtet. Solange kein Bild sondern nur Rückseiten erfasst werden wiederholt sich der Vorgang. Die Position und Orientierung der Karte wird ebenfalls optisch zum Beispiel über die Vorrichtung 10 oder die Positionsermittlungsvorrichtung 10' erfasst. Über eine Strahlvorrichtung 30 wird nun die Karte als unbekannt beispielsweise mit blauem Licht von oben angestrahlt, der neue Bildinhalt wird als neuer Datensatz gespeichert. Diese Prozedur wird für alle Karten auf der Glasplatte wiederholt. Jede Karte deren Rückseite nach unten auf der Glasplatte liegt wird von oben beispielsweise rot angestrahlt. Dadurch wird dem Benutzer signalisiert, die rote Karte muss umgedreht werden, da sie sonst nicht erkannt wird. Sobald ein gespeichertes Bildmotiv ein zweites Mal erkannt wird, werden diese zwei gleichen oder ähnlichen Karten anhand der ermittelten Positionsdaten gezielt mit grünem Licht angestrahlt, zusätzlich kann ein Signal ertönen, das als Aufforderung zum Entfernung des mit grünem Licht bestrahlten Bildpaares vorgesehen sein kann. Der Benutzer muss infolge bei jedem Signalton die erkannten Bildpaare entfernen. Er muss auch alle blau angestrahlen Karten umdrehen, dass sie mit der Bildseite nach unten zu liegen kommen. Durch diese Methode kann der Benutzer ohne hohe Konzentration alle Bildpaare nach und nach, anhand der grünen Licht-Markierungen von der Glasplatte entfernen, oder sammeln, und benötigt dafür nur einen Bruchteil der Zeit, die er für diese logistische Aufgabe ohne die Vorrichtung benötigen würde. Der Signalton kann zeitverzögert durch eine entsprechende akustische Signalisierungs-Vorrichtung abgegeben werden. In diesem Fall hat der Benutzer die Möglichkeit ein erkanntes Bildpaar von der Geräuschabstrahlung von der Glasplatte zu nehmen und dadurch auch den Signalton vermeiden. Dadurch ist es dann zusätzlich möglich, langsame Benutzer von raschen an der Zahl der akustischen Meldungen zu unterscheiden, womit eine indirekte Motivation des Benutzers stattfindet.
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In 1 befindet sich ein Benutzer 4 vor der Arbeitsfläche 2. Auf dieser Fläche befinden sich zwei Objekte 3 mit den Objektmerkmalen 3'. Vier Erfassungsvorrichtungen 10, 10' sind derart angeordnet, dass sie von verschiedenen Richtungen auf die Arbeitsfläche „blicken”. Hier sind zwei Vorrichtungen 10 unterhalb der Unterlage, welche hier transparent ist angeordnet. Eine Vorrichtung zur Erfassung von Objekten oder Objektmerkmalen und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Position des Objektes sind oberhalb des Arbeitsbereiches oberhalb der Arbeitsfläche angeordnet. Die Montage- Führungs- und Steuervorrichtungen sind hier der Übersichtlichkeit halber weggelassen, ebenso sind die Verbindungen nur angedeutet. Die Vorrichtungen 10, 10' können hier Digitale Kameras sein. Die erfassten Daten 11, 11' dieser Vorrichtungen werden an die Vorrichtung 20, welche hier ein Computer-Standgerät ist übermittelt und entsprechend von diesem Gerät ausgewertet, sodass die Daten 21 und 24 ermittelt werden, welche zum Vergleich und der Positionszuordnung dienen. Der Vergleich der Daten 21, oder ermittelten Eigenschaften 22 mit Sollwerten 21', 22' erfolgt mithilfe des Computerprogrammes 23 in der Vorrichtung 20. Unter Nutzung der Daten 24 der Positionserfassung und der Identifikations-Algorithmen in der Vorrichtung 20 wird die Vorrichtung 30, die hier beispielsweise ein Beamer ist, entsprechend direkt oder mithilfe einer Steuerungsvorrichtung 31 angesteuert oder positioniert, um die Markierung mithilfe einer entsprechenden Lichtbestrahlung zu verursachen. Hier sind zwei unterschiedliche Licht-Kegel auf zwei unterschiedliche Objekte in unterschiedlichen Farben G, B als Beispiel markiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Identifiziervorrichtung
- 10
- Vorrichtung zum Erfassen eines Objektes oder eines Objektmerkmales
- 10'
- Zusatzvorrichtung zur Ermittlung der Position des Objektes im Erfassungsbereich.
- 11
- optosensorisch erfasste Daten der Objekte, bzw. der lokalen Position derselben 11'
- 12
- optisches Mittel zur optischen Erfassung (hier: Linsen/Blenden-System)
- 13
- photosensorisches Mittel (hier: Kameramodule, Sensorarray; alternativ z. B. Barcodescanner)
- 2
- Unterlage (Arbeitsfläche unter dem Arbeitsbereich, z. B. Glasplatte)
- 20
- Vorrichtung zur computerunterstützten Auswertung der erfassten Daten von Vorrichtung 10
- 21
- ausgewertete Daten aus den Sensordaten
- 21'
- gespeicherte Daten (z. B. aus Einlern-Modus)
- 22
- ermittelte Eigenschaften aus den Sensordaten (Größe, Farbe, Helligkeit, Form, etc.)
- 22'
- vordefinierte mit Toleranzwerten versehene Vergleichswerte für die Eigenschaften
- 23
- Computer-Programm
- 24
- Positionsdaten, (Steuerdaten bzw. kalibriete Zuordnungsdaten basierend auf Positionsdaten und Identifikationsergebnisse der Computerauswertung 24')
- 3
- Objekt;
- 3'
- Objektmerkmal
- 30
- Vorrichtung zum direkten Hervorheben bzw. Markieren
- 31
- Vorrichtung zur Ansteuerung der Vorrichtung 30 mithilfe der Daten aus Vorrichtung 20
- 4
- Benutzer
- G
- erste Markierungsart (z. B. grüner Lichtspot)
- B
- zweite Markierungsart (z. B. blauer Lichtspot)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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