DE19755583A1

DE19755583A1 - Vorrichtung zum selbsttätigen Klassifizieren von Objekten

Info

Publication number: DE19755583A1
Application number: DE1997155583
Authority: DE
Inventors: Allan Fruehauf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 1999-06-24

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selbst tätigen Klassifizieren von Obst oder Gemüse.

Das Sammeln und Klassifizieren von Obst oder Gemüse, z. B. von Spargel ist eine äußerst zeitaufwendige Angelegenheit, die mit einem hohen Personalaufwand verbunden ist. Es besteht daher ein Bedarf, Tätigkeiten in diesem Bereich, soweit es geht, zu auto matisieren. Die DE 195 06 041 zeigt eine Vorrichtung, bei wel cher gelesene Spargelstangen automatisch gewogen und einem Sammler zugeordnet werden. Diese Vorrichtung arbeitet sehr zu friedenstellend, erlaubt jedoch nur eine gewichts- und damit volumenabhängige Klassifizierung des geernteten Obstes oder Ge müses.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaf fen, die eine Klassifizierung nicht nur nach Größe sondern auch nach anderen Qualitätsmerkmalen wie Form oder Farbe ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale gemäß An spruch 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin dung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Kernpunkt der Erfindung liegt darin, daß die Erkennung im freien Fall der Obst- oder Gemüsestücke durchgeführt wird, wo bei die Genauigkeit der Erfassung trotz der Fallgeschwindigkeit dadurch realisiert wird, daß nur eine sehr kurzzeitige Erfas sung, z. B. 1/100 bis 1/5000 Sekunde, vorgenommen wird, die schließlich ein scharfes Abbild des Objekts aufgenommen durch die Erfassungsvorrichtung ergibt. Hierdurch kann zum einen die gesamte Oberfläche des Objekts erfaßt werden, ohne transparente Liege- oder Transportflächen vorzusehen, die von einem der Strahl der Erfassungsvorrichtung durchdrungen werden müssen und bei der Klassifizierung von verdreckten oder nassen Obst- und Gemüsestücken leicht verdrecken und die Abbildung verfälschen. Zum anderen können auch nasse und verschmutzte Objekte klassi fiziert werden, da sozusagen berührungsfrei detektiert wird.

Die Vorrichtung enthält eine Aufgabeeinrichtung, in welche das geerntete Obst oder Gemüse eingegeben wird. Diese Aufgabeein richtung kann z. B. ein Behälter oder ein Förderband sein. Das Gemüse durchfällt anschließend einzeln einen Erfassungsbereich, in welchem eine visuelle Erfassungsvorrichtung, z. B. eine Di gitalkamera, vorgesehen ist. Wesentlich hierbei ist, daß entwe der die Kamera während des Fallens des Objektes durch den Er fassungsbereich ein kurzzeitig belichtetes Bild des Objektes erfaßt. Dies kann realisiert werden, indem entweder eine Vor richtung zur Erzeugung kurzzeitiger Lichtimpulse vorgesehen ist, so daß die Kamera nur eine Momentaufnahme des fallenden Objekts erhält, oder indem eine beliebige helle Beleuchtungs vorrichtung vorgesehen ist, und die Kamera mit nur einer sehr kurzen Belichtungszeit angesteuert wird, so daß ein scharfes Bild von dem fallenden Objekt erhalten wird.

Die Erfassungseinrichtung ist nun mit einer Auswertevorrichtung zur Klassifizierung der Objekte verbunden. In der Auswertevor richtung sind die klassenspezifischen Merkmale wie Größe, Far be, Form etc. gespeichert. Durch einen Vergleich der aktuellen Aufnahme mit den gespeicherten Klassenmerkmalen wird eine Zu ordnung des erfaßten Obst- oder Gemüsestückes zu den unter schiedlichen Klassen realisiert.

Vorzugsweise ist nach der Fallstrecke, in welcher die Obst- oder Gemüsestücke einzeln fallen, ein zweiter Förderer vorgese hen, der die ausgewerteten Gemüse- oder Obststücke entlang ei ner Klassiereinrichtung fördert, die, gesteuert durch die Aus wertevorrichtung, die Gemüsestücke in unterschiedliche Behälter überführt. Derartige Klassiereinrichtungen zur Aufnahme von be reits klassifizierten Objekten von einem Förderband sind an sich bekannt und sollen hier nicht näher beschrieben werden.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, daß von den zu klassifizierenden Gegenständen in einer Fallstrecke eine Mo mentaufnahme gemacht wird, die anschließend in einer Auswerte vorrichtung mit klassenspezifischen Merkmalen verglichen wird, und daraufhin eine Zuordnung des klassifizierten Objekts in un terschiedliche Klassen erfolgt.

Vorzugsweise werden zwei Bilder des zu klassifizierenden Ob jekts aus verschiedenen Richtungen gezogen. Man kann die beiden Bilder möglichst von entgegengesetzten Richtungen des Objekts erzeugen, so daß man quasi ein Rundumbild der fallenden Gemü sestange bzw. Obststückes erhält. Auf diese Weise wird die ge samte Oberfläche des zu klassifizierenden Objekts in den Erfas sungsbereich der Kamera gespiegelt. Selbstverständlich lassen sich auch zwei Kameras an gegenüberliegenden Orten anordnen. Falls eine Anordnung mit einer Kamera und einem oder mehreren Spiegeln verwendet wird, ist die Lampe derart anzuordnen, daß sowohl der Gegenstand von vorne, d. h. für die Kamera sichtbar, als auch über die Spiegel reflektierend an der Rückseite ausge leuchtet wird. Es können jedoch auch mehrere Lichtquellen an unterschiedlichen Orten angeordnet werden, um eine gleichmäßige Ausleuchtung des gesamten Objekts sicherzustellen.

Die erfaßten Objekte landen auf einer Auffangeinrichtung, z. B. einem zweiten Förderband, welches die klassifizierten Objekte zu einer Klassiereinrichtung mit mehreren Behältern fördert, um auf diese Weise, gesteuert durch die Auswertevorrichtung die klassifizierten Objekte den unterschiedlichen Chargen zuzutei len.

Als Aufgabe- und Auffangeinrichtung lassen sich alle Arten von Förderern verwenden. Falls im Bereich der Aufgabeeinrichtung eine Vereinzelungsvorrichtung vorgesehen ist, läßt sich z. B. die Tätigkeit der Beleuchtung und/oder der Kamera mit der Ver einzelungsvorrichtung koordinieren, so daß ein Bild immer dann genommen wird, wenn das Objekt eine definierte Lage zur Erfas sungseinrichtung aufweist. Es lassen sich hierzu jedoch auch Berührungssensoren oder berührungslose Sensoren verwenden, die die Stellung der Objekte auf der Aufgabeeinrichtung bzw. im freien Fall detektieren. So kann z. B. auch die Kamera selbst als Sensor dafür dienen, daß das Gemüsestück in den Erfassungs bereich der Kamera gelangt, wonach nach einem vorher bestimmten Zeitpunkt, z. B. ein Hundertstel Sekunde, entweder die Aufnahme geschossen wird, oder der Lichtblitz erzeugt wird, um die Mo mentaufnahme von dem fallenden Objekt zu erhalten.

Wesentlich bei der Erfindung ist, daß bei einer Stelle im Er fassungsbereich ein Rundumbild von dem zu klassifizierenden Ob jekt erhalten wird, das sich für eine zuverlässige Klassifizie rung eignet. Hierbei werden nicht nur Volumendaten erhalten, die bislang durch die Wägung erhalten wurden, sondern zusätzli che Merkmale wie Form und Farbe, eventuell sogar Beschädigungen oder Transportflecken des Obstes, die zu einer Minderung der Qualität des Obstes/Gemüses führen könnten. Die erfindungsgemä ße Vorrichtung führt somit zu einer Verfeinerung der Klassifi zierung, ohne daß hierfür ein Personaleinsatz notwendig wäre. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich der gesamte Vorgang von der Aufgabe des Gutes bis zur Klassierung in unter schiedliche Chargen voll automatisieren.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der schema tischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine Anlage zum selbsttätigen Klassifizieren und Klassieren von Spargelstangen.

Die Anlage 10 enthält eine Aufgabeeinrichtung 12 in Form eines ersten Förderbandes. In Fortsetzung des ersten Förderbandes und in einem vertikalen Abstand von diesem ist eine Auffangvorrich tung 14 in Form eines zweiten Förderbandes angeordnet. Zwischen dem ersten und dem zweiten Förderband 12, 14 liegt eine Fallstrecke 16, in deren Bereich eine Erfassungseinrichtung, bestehend aus einer Digitalkamera 18, einer Lampe oder Stro boskoplampe 20 und einem Umlenkspiegel 22, angeordnet ist. Die Digitalkamera 18 ist mit einer Auswertevorrichtung 24 verbun den. Im Bereich des zweiten Förderbandes sind Betätigungsorgane 26 einer Klassiereinrichtung dargestellt, die mit der Auswerte vorrichtung verbunden ist. Unter den Betätigungsorganen 26 sind Behälter 28 für die verschiedenen Chargen angeordnet.

Die Wirkungsweise der Anlage 10 wird wie folgt beschrieben. Die Spargelstangen 30 werden quer zur Förderrichtung auf das erste Förderband 12 aufgelegt. In einer mit einer zentralen Steuerung der Anlage verbundenen Vereinzelungsvorrichtung 32 werden die Spargelstangen 30 derart vereinzelt, daß sie einen vorbestimm ten Abstand d voneinander haben. Dies hat zur Folge, daß die Spargelstangen in festgelegten Intervallen einzeln die Fallstrecke 16 herabfallen. In Abhängigkeit von der Tätigkeit der Vereinzelungsvorrichtung 32 wird nun eine Stroboskoplampe 20 angesteuert. Die Blitze werden derart gesteuert, daß jede Spargelstange zu einem festgelegten Zeitpunkt, d. h. an einem bestimmten Ort des Erfassungsbereichs von der Kamera 18 erfaßt wird. Die Kamera erfaßt während der kurzen Belichtungszeit des Stroboskopblitzes nicht nur sehr exakt die Vorderseite der fal lenden Spargelstange, sondern, reflektiert über einen Umlenk spiegel 22, auch eine Rückseite, so daß in etwa ein scharfes Rundumbild der fallenden Spargelstange erhalten wird. Dieses Rundumbild wird der Auswertevorrichtung 24 zugeleitet, welche Form- und Farbmerkmale des Bildes mit klassenspezifischen Merk malen vergleicht, um somit eine Klassenzuordnung des fallenden Objekts zu treffen. Diese Klassifizierung wird einer (nicht dargestellten) Klassiereinrichtung übermittelt, welche die Spargelstangen anschließend nach dem Auftreffen auf das zweite Förderband 14 über Betätigungsorgane 26 in die zugehörigen Klassenbehälter hinein schiebt.

Anstelle der Erfassung über die Vereinzelungsvorrichtung kann die Lage der Spargelstangen auch durch Sensoren erfaßt werden, welche im Bereich des Endes des ersten Förderbandes 12 oder am Anfang der Fallstrecke 16 angeordnet sind. Natürlich ist es auch möglich, das Hineinfallen des Objekts in den Erfassungsbe reich der Kamera 18 als Signal für die Triggerung der Kamera zu verwerten. In diesem Fall wäre es notwendig, daß die Spar gelstange zumindest während zweier nachfolgender Lichtblitze im Erfassungsbereich der Kamera 18 liegt.

Es lassen sich selbstverständlich anstelle einer Stroboskoplam pe auch zwei Stroboskoplampen verwenden, und anstelle eines Um lenkspiegels können auch mehrere Umlenkspiegel verwendet wer den, um ein möglichst vollkommen übergangsloses Bild von allen Seiten der Spargelstange zu erhalten. Selbstverständlich lassen sich statt einer Kamera und Umlenkspiegeln auch mehrere Kameras verwenden.

In allen anderen Ausführungsmöglichkeiten ist die Beleuchtungs einrichtung 20 nicht als Stroboskoplampe sondern als helle Dau erbeleuchtung ausgebildet und die Digitalkamera nimmt nur ein kurzzeitig belichtetes Bild der fallenden Spargelstange auf, wodurch ebenfalls eine scharfe, d. h. genaue und nicht durch den Fallvorgang verwischte Aufnahme der Spargelstange erhalten wird. Auch hier lassen sich wiederum mit Umlenkspiegeln oder mehreren Kameras Bilder von allen möglichen Seiten der Spargel stange erhalten. Auch können mehrere Beleuchtungseinrichtungen zur gleichmäßigen Ausleuchtung der gesamten Oberfläche der Spargelstange vorgesehen werden. Die Erfassung der Lage der fallenden Spargelstange läßt sich hier sogar noch besser reali sieren, da die Kamera in Dauerbetrieb geschaltet sein kann, und somit das Einfallen der Spargelstange in den Erfassungsbereich sofort detektiert werden kann. Im Gegensatz dazu nimmt die Ka mera 18 bei der ersten Ausführungsform nur Bilder auf, wenn ge rade ein Lichtblitz vorhanden ist. D. h. die erste Statusinfor mation über die Lage der Spargelstange wird mit der ersten Auf nahme der Spargelstange erhalten. Die Triggerung für die auszu wertende Aufnahme muß demnach derart erfolgen, daß der zweite Blitz gezündet wird, wenn sich die Stange an einem definiertem Punkt etwas weiter unten im Erfassungsbereich befindet. Dies läßt sich, z. B. über die Steuerung oder Auswertevorrichtung 24 berechnen.

Es erübrigt sich zu sagen, daß die Anordnung von Beleuchtungs einrichtungen, Spiegeln und Kameras derart zu wählen ist, daß zwar eine gute Ausleuchtung der gesamten Oberfläche der Spar gelstange erzielt wird, andererseits aber die Lichtblitze selbst nicht in die Kamera gespiegelt werden. Selbstverständ lich lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur Obst- und Gemüsestücke sondern auch andere industriell her gestellte Gegenstände form- und farbmäßig verschiedenen Klassen zuordnen.

Aufgaben der Auswertevorrichtung können auch von einer zentra len Steuerung der Anlage übernommen werden. In diesem Fall er folgt auch die Koordinierung von Vereinzelungsvorrichtungen, Lagesensoren, Beleuchtungseinrichtung, Kamera und Klassierein richtung zentral gesteuert über die Steuerung und/oder die Aus wertevorrichtung.

Claims

1. Vorrichtung zum selbsttätigen Klassifizieren von Objekten (30), nämlich Obst oder Gemüse, umfassend
eine Aufgabeeinrichtung (12), auf welche die Objekte (30) auf gegeben werden,
eine unterhalb der Aufgabeeinrichtung (12) angeordnete Auf fangeinrichtung (14),
eine in dem vertikalen Zwischenraum zwischen Aufgabe- (12) und Auffangeinrichtung (14) vorgesehene Fallstrecke (16), in deren Bereich eine Erfassungseinrichtung mit folgenden Bestandteilen angeordnet ist:

- wenigstens Beleuchtungseinrichtung (20) zur Erzeugung von kurzzeitigen Lichtimpulsen, z. B. einer Stroboskoplam pe,
- wenigstens einer Aufnahmeeinrichtung (18) zur visuellen Erfassung von Merkmalen der Objekte (30), und
- einer Auswertevorrichtung (24) zur Klassifizierung der Objekte entsprechend den erfaßten Merkmalen, und

eine mit der Auffangeinrichtung (14) verbundene Klassierein richtung zum Aufteilen der Objekte (30) auf verschiedene Char gen, welche Klassiereinrichtung durch die Auswertevorrichtung (24) gesteuert ist.

2. Vorrichtung zum selbsttätigen Klassifizieren von Objekten (30), nämlich Obst oder Gemüse, umfassend
eine Aufgabeeinrichtung (12), auf welche die Objekte (30) auf gegeben werden,
eine unterhalb der Aufgabeeinrichtung (12) angeordnete Auf fangeinrichtung (14),
eine in dem vertikalen Zwischenraum zwischen Aufgabe- (12) und Auffangeinrichtung (14) vorgesehene Fallstrecke, in deren Be reich eine Erfassungseinrichtung (18, 20, 22, 24) mit folgenden Bestandteilen angeordnet ist:

- wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung (20),
- wenigstens einer Aufnahmeeinrichtung (18) zur visuellen Erfassung von Merkmalen der fallenden Objekte (30) mit ei ner kurzen Belichtungszeit, und
- einer Auswertevorrichtung (24) zur Klassifizierung der Objekte (30) entsprechend den erfaßten Merkmalen, und

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (18, 20, 22, 24) derart ausgebildet ist, daß während des Fallens eines Objekts (30) gleichzeitig Bilder aus wenigstens zwei verschiedenen Richtungen erfaßbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (18, 20, 22, 24) eine CCD-Kamera (18) und wenigstens einen Spiegel (22) aufweist, wobei die Ka mera ein direktes Abbild des Objekts als auch das Spiegelbild einer durch die Kamera nicht direkt erfaßten anderen Seite des fallenden Objekts (30) erfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung zwei oder mehrere CCD-Kameras aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Aufgabeeinrichtung (12) eine Vereinzelungs einrichtung (32) für die Objekte (30) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Triggerung des Kamerabetriebs mit der Beleuchtungseinrichtung (20) und/oder dem Zeitpunkt des Fallens der Objekte (30) durch den Erfassungsbereich vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klassiereinrichtung über Betätigungsorgane (26) ver fügt, die die Objekte (30) in unterschiedliche Behälter (28) überführt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung (24) und/oder eine Steuerung der Vorrichtung einen Rechner enthält, der den ausgewerteten Objek ten (30) entsprechend den erfaßten Merkmalen einen Wert zuord net, der in einem Abrechnungsspeicher abgelegt oder ausgedruckt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Abrechnungsspeicher der Auswertevorrichtung die Merkmale der einzelnen erfaßten Objekte (30) speicherbar sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabeeinrichtung (12) als erster Förderer ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangeinrichtung (14) als zweiter Förderer ausgebil det ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Förderer (12, 14) als Förderband ausgebildet ist/sind.