DE19801246C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Lokalisierung und Detektion von Folien und Fensterbereichen auf Postgut - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung und Detektion von Folien- und/oder Fensterbereichen auf Postgut. Insbesondere betrifft die Erfindung ein solches Lokalisierungsverfahren bei Großbriefen und Paketen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Hintergrund der Erfindung

Postsortieranlagen sind heutzutage weitverbreitet. Das automatische Auffinden und Erkennen der Adressen auf Standardbriefen bei hohem Durchsatz wird hier seit langem beherrscht. Auch auf dem Gebiet der sogenannten Großbriefe und Pakete (z. B. DIN A 4, B4) hat sich kürzlich eine Weiterentwicklung bzgl. der automatischen Adreßerkennung ergeben (vgl. DE-C-195 32 842).

Jedoch nimmt bei diesen Postsendungen der Anteil an folienverschweißten Sendungen immer mehr zu. Die Erkennung von Ganzfoliensendungen oder Sendungen, die Folienbereiche aufweisen, bei denen also entweder im Normalpapierumschlag ein Stück Folie eingelassen ist (Fenster) oder bei denen ein Label auf einer Folie aufgebracht ist, gewinnt daher immer mehr an Bedeutung.

Eine exakte Erkennung von Folie und/oder Folienbereichen ist aus folgenden Gründen wichtig:

Das gewonnene Leseergebnis wird oft als Barcode auf den Brief aufgedruckt. Ein solcher Barcode läßt sich jedoch nicht direkt auf die Folie aufbringen, da hier die Gefahr des Verwischens besteht. Es muß daher ein spezielles Label auf das entsprechende Postgut aufgebracht werden, was zusätzliche Kosten verursacht, und bei Papierumschlägen vermieden werden kann.

Kann andererseits ein solches Label und seine Position auf einem Folienumschlag lokalisiert werden, ist damit automatisch die Lage der Empfängeradresse oder seines Barcodes identifiziert.

Das Gleiche gilt, wenn es gelingt, ein Fenster und seine Position auf einem Normalpapierumschlag zu bestimmen.

Stand der Technik

Alle derzeit bekannten Folien/Fensterdetektoren verwenden die verstärkte Gesamtreflexion von Licht an Folien und/oder die Möglichkeit dieser Materialien, Licht polarisieren zu können, wenn das Licht unter einem bevorzugten Winkel (Brewsterwinkel) eingestrahlt bzw. empfangen wird. Lichtsender und -empfänger sind dabei senkrecht zur Bewegungsrichtung des Postguts entlang einer Linie über dessen gesamte Höhe angeordnet. Das empfangene Licht wird dabei der Position des einzelnen Senders oder Empfängers räumlich zugeordnet und ausgewertet.

So offenbart bspw. die DE-A-195 35 038 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer Aufkleber/Fenster-Position, wobei lichtemittierende Elemente den durch eine Transportvorrichtung transportierten Gegenstand beleuchten.

Eine Linse erzeugt ein Bild dieses Gegenstandes, wobei lineare Bildwandler das auf die Linse auftreffende Bildlicht in Bildsignale umwandeln. Anschließend werden diese Bildsignale durch Binärumwandlung in monochrome binäre Bildsignale umgesetzt und mit Hilfe einer Koordinatenberechnungseinheit auf der Basis dieser binären Bildsignale eine Aufkleber/Fenster-Position bestimmt.

In DE-C-42 22 908 wird eine Einrichtung offenbart, die die Labelkanten aufgrund einer Schattenbildung ertastet, wenn das Postgut aus unterschiedlichen Richtungen beleuchtet wird. Das Label muß dabei gegenüber der Postgutoberfläche im wesentlichen parallel liegen und vertikal erhöht oder erniedrigt sein.

DE 35 45 960 C1 offenbart ein Verfahren und Anordnung zur Erkennung von Teilen, die in beliebiger Orientierung angeordnet sind. Dabei werden eine Vielzahl von Bildern der zu handhabenden Teile in rascher Folge oder gleichzeitig und mit unterschiedlichen Lichtverhältnissen aufgenommen, die zwischen Kanten- und Konturenkontrasten und Flächenmerkmalen unterscheiden, wobei die so gewonnenen Bilder dahingehend verarbeitet werden, dass die Kanten- und Konturenkontraste verstärkt und die Flächenmerkmale eliminiert werden.

In der DE 34 18 366 A1 wird eine Bildlesevorrichtung beschrieben, die eine Vielzahl von Fotosensorelementen in einer Linie für das Bilden eines Zeilensensors und dem aufeinanderfolgenden Lesen von Bildern mittels der Fotosensorelemente aufweist. Eine Vielzahl von Lichtquellen, die jeweils entsprechend der Vielzahl von Fotosensorelementen angeordnet sind, werden aufeienanderfolgend in mehreren Blöcken gleichzeitig eingeschaltet und abgetastet bzw. weitergeschaltet, wobei eine gleichförmige Ausleuchtung herbeigeführt wird.

Ein Verfahren zum beleuchtungsdynamischen Erkennen und Klassifizieren von Oberflächenmerkmalen und -defekten eines Objekts offenbart die DE 41 23 916 A1. Mehrere Beleuchtungsquellen beleuchten sequentiell das Objekt und das von der Oberfläche in jedem Zeitpunkt jeweils diffus zurückgeworfene oder reflektierte Licht wird mittels einer Videokamera, die eine Bildspeichereinrichtung besitzt, als raumzeitlich verschiedene Bilder aufgenommen. Dabei wird das Objekt zusätzlich aus einem begrenzten Raumwinkelbereich mit einer weiteren programmierbaren Lichtquelle beleuchtet.

Schließlich zeigt US-A-4,845,761 ein System zur Bestimmung möglicher Adreßinformationen, das eine Lichtquelle und Detektoren zur Erfassung der Reflexion des Postguts enthält. Die Lichtquelle besteht dabei aus einer Vielzahl von Photoemittern (bspw. lichtemittierende Dioden), deren Reflexion durch Photodetektoren (bspw. Phototransistoren) detektiert wird. Zudem wird ein Polarisator verwendet, der das sog. "specular-to-diffuse"- Verhältnis verbessert.

Da das von einer bestimmten Position eines Objekts (Brief, etc.) reflektierte Licht einen gewissen Raumwinkel (ca. 3/100 sr) einnimmt, ist eine korrekte Zuordnung eines empfangenen Signals mit einer gewünschten Auflösung zu dem Ort, von dem es reflektiert wird nur möglich, wenn die Sende- und Empfangselemente so dicht an der Oberfläche des zu detektierenden Objekts angebracht werden, daß ein Überlappen der entsprechenden Lichtkegel benachbarter Objektteile ausgeschlossen ist (unter Lichtkegel ist hier die Einhüllende aller Winkel, in die Licht reflektiert wird, zu verstehen).

So darf bspw. bei einer gewünschten Positionsauflösung von 5 mm die Entfernung nicht größer als 2-3 cm sein.

Diese Detektoren haben den Nachteil, daß sie durch den Abrieb des Postguts stark verstauben und daher sehr häufig gereinigt werden müssen. Sie bergen vor allem die Gefahr der Nichterkennung von Folien und Fensterbereichen. Des weiteren sind diese Detektoren praktisch nicht für Paketoberflächen einsetzbar, da diese unterschiedliche Höhen aufweisen (mechanisches Nachführproblem) und sehr uneben sind.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine exakte Identifizierung von Folien bzw. Folienbereichen erlauben, gleichzeitig unempfindlich gegen Verstaubung der Anordnung sind und zudem eine Erweiterung des Einsatzbereiches solcher Detektoren auf Paketoberflächen gestatten.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Vorrichtung gemäß Anspruch 5 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß ein großer Abstand von Sender und Empfänger vom zu untersuchenden Objekt gewährleistet werden kann, der nur von der Apertur begrenzt wird. Um mit möglichst geringem apparativen Aufwand möglichst viel Licht einfangen zu können, ist es sinnvoll, jedoch nicht limitierend, einen Abstand von Empfänger zu zu detektierendem Objekt von ca. 30-50 cm zu wählen. Der Abstand von Sender zu zu detektierendem Objekt kann bei Verwendung von Licht hoher Kohärenzlänge (Laser) durchaus höher liegen (100 cm und mehr).

Das erfindungsgemäße Verfahren kann Anwendung finden bei der Detektion von Folien, Sichtfenstern und auf Folie angebrachten Papierlabels sowohl bei Normal- als auch bei Großbriefen und Paketen. Es ist jedoch nicht auf diese Anwendungen beschränkt, sondern kann generell bei allen Anwendungen, bei denen die Position von glatten Oberflächen von der rauher Oberflächen unterschieden werden muß, eingesetzt werden. Zudem läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch bei allen Anwendungen, bei denen die Position glatter (jedoch nicht notwendigerweise gänzlich ebener) Oberflächen elektrisch nicht leitender von der elektrisch leitender Materialien unterschieden werden muß, einsetzen, wenn die besondere Eigenschaft dieser Materialien zur Polarisation genutzt wird.

Die Erfindung wird jedoch im folgenden der Einfachkeit halber nur für den Problemkreis der Detektion von Folien und Sichtfenstern anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei die Zeichnung schematisch eine mögliche Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Lichtquelle (Sender) 1, die in Form einer Leiste ausgebildet ist. Dabei ist die Anordnung nicht auf die Form als Leiste beschränkt. Vielmehr kann jede Anordnung gewählt werden, bei der die Beleuchtungsmittel in einer Linie angeordnet sind. Die Lichtleiste 1 ist senkrecht zur Transportrichtung der zu detektierenden Objekte angeordnet und umfaßt eine Vielzahl einzelner Beleuchtungselemente (nicht gezeigt), die in einem bestimmten Abstand voneinander entlang der Leiste angeordnet sind. Die Anzahl der Beleuchtungselemente ist abhängig von der Objekthöhe und von der gewünschten Auflösung. Im vorliegenden Fall besteht die Lichtleiste aus ca. 25 bis 50 Beleuchtungselementen, die in einem Abstand von ca. 1/2 bis 1 cm angeordnet sind, wobei die Höhe der Lichtleiste der Höhe des zu detektierenden Objekts entspricht. Wichtig ist, daß diese einzelnen Beleuchtungselemente jeweils pulsbar und fokussierbar sind. Pulsbar bedeutet, daß ein bestimmtes Beleuchtungselement zu jeweils bestimmten Zeitpunkten für eine bestimmte kurze Zeitdauer aktiviert werden kann. Fokussierbar bedeutet, daß die von einem Beleuchtungselement beleuchtete Fläche auf einem kleinen Durchmesser (ca. 2-10 mm) eingeschränkt werden kann. So können als Beleuchtungselemente bspw. Blitzlampen, LEDs, etc. verwendet werden. Als besonders vorteilhaft haben sich Laserdioden erwiesen, da diese sehr einfach handhabbar und über eine große Strecke leicht zu fokussieren sind.

Das zu detektierende Objekt 2 (Brief, Großbrief, Paket, etc.) wird nun mit einer Geschwindigkeit von ca. 1 m/s bis ca 5 m/s, bevorzugt 2,3 m/s an der Lichtleiste 1 vorbeigeführt. Entlang der Transportrichtung ist in einem bestimmten Abstand ein Empfänger 3 angeordnet, der senkrecht zur Transportrichtung und parallel zum Sender 1 liegt. Der Abstand des Empfängers sollte bei Normal- und Großbriefen mindestens 20 bis 40 cm betragen und kann bei Paketen auch bei ca. 1 bis 2 Meter liegen. Der Empfänger agiert hier allgemein als Lichtsammler und kann bspw. als Lichtfaserquerschnittswandler in Form einer Leiste ausgebildet sein. Selbstverständlich können auch andere Anordnungen, wie bspw. große Linsen (Fresnellinsen) oder Hohlspiegel angewandt werden.

Während des Vorbeiführens wird das Objekt 2 nun kontinuierlich abgetastet, indem zu einem bestimmten Zeitpunkt jeweils ein Beleuchtungselement aktiviert wird, das dann einen bestimmten Objektbereich illuminiert. Das bedeutet, daß zu diesem bestimmten Zeitpunkt nur jeweils ein Beleuchtungselement Licht auf das Objekt wirft, das von der Oberfläche des Objekts reflektiert wird und auf den Empfänger 3 fällt, wo es detektiert wird. Das reflektierte Licht bildet einen Streukegel 5, dessen Durchmesser größer ist als der Abstand der Beleuchtungsmittel. Da der Empfänger jedoch aufgrund der hier erfolgenden zeitlichen Zuordnung zu einem bestimmten Ort auf dem zu detektierenden Objekt keine Ortsauflösung benötigt, erlaubt er dadurch ein räumliches Überlappen der Reflexionen und somit eine große Distanz vom Objekt. Auf diese Weise werden nacheinander alle Beleuchtungselemente aktiviert, so daß auf dem Objekt 2 ein Abtastbereich 4 entsteht. Werden bspw. quadratische Pixel gewählt, dann sollte z. B. für Laserdioden im Abstand von 1 cm, die gesamte Diodenzeile in der Zeit aktiviert (durchgeschaltet) worden sein, in der das zu detektierende Objekt sich gerade um einen Zentimeter weiterbewegt hat. Die Pulszeit beträgt vorzugsweise 100-160 µs.

Durch die während des Durchschaltens vorhandene Transportbewegung entsteht auf dem Empfänger eine schräge Linie von Detektionspunkten. Dies kann bspw. dadurch kompensiert werden, daß die Beleuchtungsleiste in einem entsprechenden Gegenwinkel angeordnet wird.

Sind alle Beleuchtungselemente einmal aktiviert und die jeweiligen Reflexionen detektiert worden, wird erneut das oberste Beleuchtungelement aktiviert und der geschilderte Vorgang beginnt von neuem. Auf diese Weise wird nacheinander das gesamte Objekt abgetastet.

Da Laserdioden bereits von Natur aus polarisiertes Licht generieren, sind in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform auf der Lichtleiste jeweils zwei Laserdioden mit zueinander senkrechter Polarisationsrichtung zusammen angeordnet, die jeweils den gleichen Bereich des Objekts beleuchten. Somit ist das Durchschalten von je zwei Dioden mit zueinander senkrechter Polarisationsrichtung möglich. Die jeweils zusammengehörigen Dioden werden so kurz wie möglich nacheinander aktiviert. Bevorzugt wird hier ungefähr die Hälfte der Zeit, die bei einer Anordnung ohne Ausnutzung der Polarisation benötigt wird, da dadurch eine optimale Beleuchtungsdauer erreicht wird. Parallel zur Oberfläche des Objekts polarisiertes Licht wird von Folien stark reflektiert, während senkrecht dazu polarisiertes Licht nur sehr schwach reflektiert wird. Für normale Papieroberflächen ist die Reflexion für senkrecht und parallel polarisiertes Licht daher annähernd gleich und die Differenz ist in etwa Null. Für Folienbereiche ergibt sich jedoch eine große Differenz. Das von einer Papieroberfläche reflektierte Licht ist also unabhängig von der eingestrahlten Polarisation, so daß sich keine Signaldifferenz ergibt; das von einer Folie (einem Fenster) reflektierte Licht zeigt dagegen eine starke Abhängigkeit, wenn nahe dem Brewsterwinkel eingestrahlt/empfangen wird. Mit Hilfe dieser Anordnung ergibt sich also eine eindeutige Detektion von Folienbereichen aus der Signaldifferenz.

Durch Differenzbildung der Signale zweier Laserdioden auf gleicher Höhe, jedoch zueinander senkrechter Polarisation läßt sich Folie von Papier im abgetasteten Bereich absolut sicher unterscheiden.

Fig. 2 zeigt schematisch den Ablauf der Abtastung eines Objekts unter Ausnutzung der Polarisation zur Kunsttoffdetektion auf einer festen Höhe. Beispielhaft wird hier eine Zeitspanne von t + d/2 bis t + 100 - d/2 µs (d stellt dabei die Umschaltzeit von einer Laserdiode zur anderen dar) angenommen, wobei die Bewegung des Poststückes entlang der Pfeilrichtung stark übertrieben dargestellt ist.

Zur Zeit t + d/2 wird die Laserdiode 6 in der Höhe h₁ aktiviert und beleuchtet den Beginn der Position 8. Ihre Polarisation ist so gerichtet, daß sich ein sehr hohes Empfangssignal bei Folie ergibt, wenn nahe dem Brewsterwinkel (ca. 30°) eingestrahlt wird. Für Papier ergibt sich gewöhnlich ein geringeres Signal, wie in den Kurven in Fig. 2 schematisch dargestellt.

Nach der Zeit t + 50 - d/2 ist das Ende der Abtastphase für die für Folien hochreflektierende Polarisation erreicht. Die Laserdiode 6 wird abgeschaltet, nachdem das von ihr ausgestrahlte Licht die Position 9 des Objekts erreicht hat.

Bei t + 50 + d/2, d. h., unmittelbar nach dem Abschalten der ersten Diode 6, wird die Laserdiode mit dazu senkrechter Polarisationsrichtung 7 (in gleicher Höhe h₁) aktiviert. Sie ist so angeordnet und ausgerichtet, daß sie zu diesem Zeitpunkt im wesentlichen den gleichen Bereich 8 beleuchtet, wie die Diode 6 zum Zeitpunkt t + d/2. Das reflektierte Signal ist für Folie erheblich geringer, während sich für einen Papierumschlag keine Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung ergibt (gleiches Signal).

Zu der Zeit t + 100 - d/2 ist die Abtastung durch die zweite Laserdiode 7 beendet. Es wurde insgesamt im wesentlichen der Bereich der Positionen 8, 9 des Objekts, wie bei der ersten Diode 6, erfaßt.

Durch die Differenzbildung der Signale der Dioden 6 bzw. 7 auf gleicher Höhe h₁, jedoch mit zueinander senkrechter Polarisationsrichtung läßt sich Folie von Papier im abgetasteten Bereich absolut sicher unterscheiden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Identifizierung von Folien und/oder Fensterbereichen (8) auf Postgut (2), wobei eine Vielzahl von Photoemittern (6, 7) für die Beleuchtung des Postguts und Photodetektoren (3) zur Detektierung des von dem Postgut reflektierten Lichtes vorgesehen sind, wobei zu einem bestimmten Zeitpunkt jeweils nur einer aus der Vielzahl der Photoemitter (6, 7) aktiviert und das vom Postgut reflektierte Licht dieses Photoemitters detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Photoemitter jeweils zwei Laserdioden mit zueinander senkrechter Polarisationsrichtung, die im wesentlichen die gleiche Fläche des Postguts beleuchten, nacheinander aktiviert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoemitter in einer Linie senkrecht zur Transportrichtung des Postguts angeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoemitter nacheinander entlang dieser Linie aktiviert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzsignal der beiden Laserdioden zur Foliendetektion verwendet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Vielzahl von Photoemittern für die Beleuchtung von Postgut, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Photoemitter jeweils zwei Laserdioden mit zueinander senkrechter Polarisationsrichtung umfaßt, die in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Photoemitter in einer Linie senkrecht zur Transportrichtung des Postguts angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoemitter nacheinander entlang dieser Linie aktivierbar sind.