[发明专利]用于在运行中的面上非接触式地测定产品的位置和三维形状的方法及扫描器

说明书

本发明揭示用于在运行中的面上非接触式地测定产品的位置和三维形状的方法及扫描器。借助从另一视角对条纹图形(2)进行翻拍，通过对射出的预设的条纹图形(2)进行逐行扫描来确定每个条纹(5)的边缘的位置，以及，根据该位置来确定沿所述扫描线(3)的高度特性曲线和在依次排列情况下在面(1)上的3D高度特性曲线。

技术领域

本发明涉及一种用于测定三维形状的光学检测方法。

背景技术

在许多工业领域，特别是包装技术领域中都存在这样的难题：在运行中的面(如输送带)上，必须对不规则分布的产品的位置及高度进行检测，此外就俯视图视之非圆形的产品而言还必须检测其旋转位置，就俯视图视之非旋转对称的产品而言还必须检测其几何形状或表面特征。因此，沿输送带的走向布置的机械手(即所谓“抓取装置”)可以准确地抓取这些产品、将其提起，并且例如将其准确地放入盒子。

迄今为止，通过呈行状地横越该面的宽度运行的入射光行扫描器来实现这一点，该入射光行扫描器远心地，即以垂直指向该面的方式摄制线形的照片，这些照片由分析单元以将该面的运行速度考虑在内的方式一个接一个地排列成该面的连贯图像，具体方式是：识别出色彩不同于该面的产品，从而识别出这些产品及其位置。不过当采用此方案时，输送带脏污可能会导致产品与面的对比度不足以实现对产品的准确定位。

无法用上述方法来测定高度，即对象的厚度。且当产品的表面存在光学方面的问题(发光、产生镜面反射、与底面的色彩对比度较小)时，这种光学检测本身有时不足以用于确定位置。特别是在反射表面(例如铝膜或金属表面)进行定向反射时，上述方法不足以实现测定。

这一点尤指以下情形：扁平的产品(例如饼干)或长条形杆状产品有可能局部重叠地出现于该面上：

尽管视条件可以根据轮廓识别出此处不是一个对象，而是以局部重叠的方式放置有两个对象，但不能总是识别出这两个对象中哪一个在下方以及哪一个在上方，且无法识别其高度。

但后续的抓取装置需要这些信息，以便用多个抓取装置从最上方的产品开始将这种叠垛或成堆的产品依次分离。

当然也已经公开有用于测定位于运行中的条带上的产品的三维形状的方法：

-采用“立体复制”时，使用两个相机从不同的视角来摄制场景的照片。再尝试在这两个照片中找出相互交叠的、经织构化的亮度分布部分，并定义所属区域。若将这些区域交叠(交叉相关)，则根据进行交叠所需的移动来确定这些区域的高度，但是仅针对存在织构的区域。所有其他区域的高度仍保持为未定义。

-采用“条纹投影”时，射出预设的条纹图形，并以另一视角对其进行翻拍。据此，借助三角测量便能在该条纹图形中测定空间中每个点的位置。

但是，该图形的重复式结构使得其意义不明确。但为了同时实现较大的高度范围和较小的支持点密度(分辨率)，通常必须将多个图形一个接一个地投射至场景上并对其进行扫描。

因此，该方法不适用于在此期间运动的场景。

此外，该方法需要尽可能暗的环境，但此时仍然可能无法总是将条纹中的假想边缘与真实的对象边缘区分开。

-采用“从明暗恢复形状(Shape from Shading)”时，使用不同的照明设备从不同的方向照射对象，并可以借助复杂的算术方法根据所形成的明暗阴影计算出场景的高度。

几乎无法用这个方法来检测以剧烈起伏及精细的方式构型的表面，以及具有较差的光学属性(例如反射)的表面。

即便可用，该方法因其复杂度较高而迄今为止难以应用于工业领域，而更多地是应用于科研，例如天文学领域。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种在运行的面上测定产品的位置和三维形状的方法，以及一种适用于该方法的装置。