Brevet FR2666315A1 — publié le 19920306

La présente invention est relative à un dispositif pour contrôler et régulariser l'espacement de colis, paquets ou objets analogues sur un tapis ou banc de défilement et s'applique plus particulièrement dans le cas de colis postaux, préalablement à un traitement de ceux-ci, consistant notamment en une indexation, un affranchissement et un tri final en fonction de leurs destinations. On connaît déjà par la demande de brevet N O 89 01981 du 15 Février 1989 un dispositif pour la séparation et l'alignement d'objets, en particulier de colis ou paquets dans une installation de tri postal, comportant des moyens de convoyage de ces paquets amenés en vrac à l'entrée du dispositif et d'évacuation de ces mêmes paquets séparés et alignés à la sortie Ce dispositif comprend notamment au moins un tambour en forme de tronc de cône, ouvert à ses extrémités, entraîné en rotation continue autour de son axe disposé incliné sur l'horizontale et qui comporte dans sa surface interne un jeu d'ailettes hélicoïdales, décalées axialement l'une par rapport à l'autre et s'étendant ensemble sur au moins un tour complet du tronc de cône, les paquets introduits à l'extrémité supérieure de plus petit diamètre à l'entrée du tronc de cône étant évacués à son extrémité inférieure de plus grand diamètre à sa sortie. Or, si avec cet appareil la distribution des paquets est généralement satisfaisante, il peut néanmoins se produire des situations o l'égrenage, c'est- à-dire l'espacement de ces paquets est insuffisant, en particulier lorsque certains d'entre eux se chevauchent ou ne sont pas distants de l'un à l'autre avec un écartement convenable pour permettre le traitement d'un paquet avant que le suivant ne se présente à son tour devant le poste d'indexation. La présente invention a pour objet un dispositif prévu pour contrôler l'espacement de paquets sur un banc de défilement en vue du traitement ultérieur de ces paquets dans une installation d'indexation et de tri appropriée. Selon l'invention, le dispositif considéré, monté à la sortie d'un ensemble egreneur comportant de préférence un tambour rotatif tronconique, à axe incliné sur l'horizontale et comprenant des ailettes hélicoïdales internes de façon à délivrer les paquets un à un à la sortie du tambour, se caractérise en ce qu'il comporte un tapis transporteur entrainé à vitesse constante et sur lequel sont déversés les paquets à la sortie du tambour, une barrière de cellules de détection dont le faisceau s'étend selon une direction perpendiculaire au sens de défilement du tapis pour repérer l'instant du passage dans ce faisceau de chaque paquet et mesurer entre deux occultations successives des cellules l'espacement relatif de deux paquets consécutifs, coupant tour à tour le faisceau des cellules, au moins une caméra de prise de vues instantanée pour donner une image illustrant la répartition en temps réel des paquets sur le tapis, un circuit de traitement numérique de l'image fournie par la caméra pour repérer une éventuelle superposition ou juxtaposition de deux paquets non détectés par les cellules, et un mécanisme déviateur actionné par le circuit de traitement pour éliminer du tapis les paquets non convenablement espacés. De préférence, les cellules de détection sont constituées par des cellules infrarouges disposées en rideau sous le tapis transporteur sur une largeur telle que le faisceau émis rencontre nécessairement les paquets déversés sur le tapis, quelle que soit la position de ces paquets et leur éventuel chevauchement. Selon une autre caractéristique, la caméra de prise de vues est une caméra dite CCD, à matrice de composants à transfert de charge, délivrant un signal vidéo analogique, apte à donner une image représentant la silhouette des paquets projetée sur le plan du tapis, cette image étant analysée par le circuit de traitement numérique Avantageusement, le dispositif comporte deux caméras dont les angles de prise de vues sont différents afin d'améliorer le pouvoir de discrimination du dispositif De préférence, les caméras utilisées sont conçues pour fournir des images numérisées de 256 x 256, à 8 bits par pixel à partir d'images vidéo convenablement contrastées. Le circuit de traitement numérique est prévu de telle sorte que, à partir des contours des paquets et de leurs silhouettes extraites des images fournies par la caméra, il analyse la convexité de ces silhouettes pour en tirer, selon le cas, un ordre de commande du mécanisme déviateur, en fonction de la bonne ou la mauvaise séparation des objets Notamment, dans le cas o l'analyse de l'image conduit à la détection d'une forme non convexe, résultant de la superposition ou du chevauchement de deux ou plusieurs paquets, ou au cas de plusieurs silhouettes convexes résultant de paquets se juxtaposant, le circuit de traitement élabore un ordre de commande tel que les paquets ainsi mal egrenés sur le tapis transporteur, soient éliminés de ce dernier par le mécanisme déviateur et ultérieurement recyclés. On constate en effet que les colis postaux présentent, en règle la plus générale, un volume de forme cylindrique ou plus souvent encore parallèlépipédique, ces formes convexes usuelles représentant plus de 96 % du volume traité dans une installation de tri ordinaire. On constate également que la projection sur un plan quelconque d'un objet de forme convexe, donne nécessairement naissance à une silhouette elle-même convexe Dès lors, le repérage dans l'image de l'objet examiné d'un profil présentant une concavité sera valablement interprété comme une situation résultant d'un mauvais égrenage des paquets sur le tapis transporteur, et en particulier de la superposition de plusieurs paquets. Toutefois et a contrario, l'existence d'une silhouette convexe ne traduit pas systématiquement la présence d'un paquet unique, en particulier lorsque deux paquets sont par exemple superposés, le contour apparent de l'un étant entièrement compris à l'intérieur de celui de l'autre, de dimensions sensiblement plus importantes On en conclut que, bien que l'utilisation d'au moins deux caméras améliore le pouvoir de discrimination du dispositif, le contrôle d'une image provenant d'une caméra n'est pas en soi suffisant pour conduire à un résultat correct dans tous les cas et qu'une analyse plus approfondie est indispensable. Le circuit de traitement numérique mis en oeuvre avec le dispositif selon l'invention permet notamment de réaliser une interprétation des contours de l'image fournie par la caméra, de préférence par les deux caméras réalisant des prises de vue sous des angles différents, en permettant non seulement de repérer les silhouettes présentant une non-convexité significative mais également de déterminer, dans une silhouette convexe, si cette dernière correspond à une situation d'égrenage correct ou au contraire à une superposition de paquets dans une configuration particulière, ne se traduisant pas dans ce cas par une concavité du contour Bien entendu, le circuit de traitement est également aménagé de telle sorte que les faibles non-convexités, correspondant à de légères déformations des paquets, ne soient pas considérées comme significatives. Avantageusement, le circuit de traitement réalise dans l'image fournie par la caméra une détection des contours de l'objet, suivi d'une extraction de sa silhouette puis d'une approximation polygonale avant de procéder sur cette dernière à un test de convexité dont le résultat assure la commande par tout ou rien du mécanisme déviateur afin d'éliminer ou au contraire valider le passage du paquet traité vers la suite de l'installation. La détection des contours de l'image est réalisée par une méthode mathématique en elle-même classique, consistant notamment à déterminer les maxima de la dérivée première du signal de luminance, c'est-à-dire le gradient de luminance de cette image, ou encore par la localisation des zéros de la dérivée seconde (méthode du Laplacien); à noter que dans ce second cas, avant d'appliquer l'opérateur Laplacien, il est généralement souhaitable de faire subir à l'image un filtrage par un filtre passe-bas, de manière à ne pas récupérer trop de points de contour engendrés par le bruit présent dans l'image initiale Avec la méthode du gradient, on utilisera de préférence un circuit de traitement du signal du type à convolution, permettant de calculer le gradient du signal de luminance dans les quatre directions principales, pour ne retenir que le maximum de ces quatre valeurs et de ne conserver, comme points de contour, que ceux dont le gradient ainsi calculé est supérieur à un seuil donné. L'image binaire obtenue est alors balayée à la recherche du premier point de contour puis, à partir de celui-ci, la silhouette est parcourue et codée avec un code particulier, par exemple avec celui dit de Freeman Au cours de cette étape, il convient notamment que le circuit élimine les arcs parasites pouvant altérer la silhouette, provenant par exemple des ombres portées apparaissant sur l'image. La troisième étape consiste alors à réaliser une approximation polygonale de la silhouette, selon une procédure en deux étapes, consistant à déterminer d'une part les points essentiels de cette silhouette puis à valider les sommets du polygone parmi cet ensemble de points, les points essentiels étant ceux présentant une plus forte courbure La validation des sommets est effectuée au moyen d'un algorithme itératif qui adopte, comme première approximation, deux points dans l'ensemble précédent puis ajoute progressivement des sommets dans l'ordre correspondant à leur caractère significatif, le critère d'arrêt étant la distance du sommet à la corde d'approximation Ainsi, le traitement de l'image de la silhouette consistera à choisir dans celle-ci deux points essentiels les plus distants puis un troisième le plus éloigné du segment joignant les deux premiers, un troisième également le plus éloigné du segment joignant le premier point au quatrième et ainsi de suite, de manière récursive, sur les nouveaux segments matérialisés au fur et à mesure de la sélection des points essentiels A noter que, ayant préalablement déterminé tous les points essentiels du contour, on peut aisément choisir une distance minimale séparant ces points dans le polygone, de façon à éliminer ainsi les faibles non-convexités et les effets de ces dernières qui sont ainsi éliminées. Dans une dernière étape enfin, on procède à un test de la convexité du polygone obtenu dans l'étape précédente, en considérant les triplets formés par trois sommets consécutifs et en déterminant si ceux-ci correspondent à une situation de convexité ou au contraire de nonconvexité, le dernier cas permettant de conclure à un mauvais égrenage et par suite à une élimination du paquet (ou groupe de paquets) par le mécanisme déviateur. D'autres caractéristiques d'un dispositif pour contrôler et régulariser l'espacement de colis, paquets ou objets analogues sur un tapis de défilement, apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: La Figure 1 est une vue schématique en perspective du dispositif considéré; La Figure 2 est un schéma fonctionnel du circuit de traitement permettant d'actionner le mécanisme déviateur du dispositif. Sur le schéma représenté sur la Figure 1, la référence 1 désigne un premier tapis transporteur, destiné à amener des paquets ou objets analogues 2, disposés en vrac sur ce tapis, jusqu'à l'entrée 3 d'un tambour d'égrènement 4 dont le détail de la réalisation est de préférence conforme aux dispositions ayant fait l'objet de la demande 89 01281 du 15 février 1989 pour un dispositif de séparation et d'alignement d'objets Ce tambour 4 comporte notamment une série d'ailettes hélicoïdales internes telles que 5 et présentent un profil en forme de tronc de cône dont l'axe est légèrement incliné sur l'horizontale Le tambour est prévu pour reposer sur des éléments porteurs 6 aménagés de telle sorte qu'il puisse en permanence tourner autour de son axe, en étant entraîné par une courroie ou une chaîne 7, commandée par un moteur 8 Les paquets 2, déversés en vrac à l'entrée 3 du tambour, sont délivrés à la sortie 9 de ce dernier de plus grand diamètre que l'entrée 3, en ayant subi au cours de leur trajet dans le tambour une succession de retournements sur eux-mêmes grâce aux ailettes 5, ces mouvements, combinés à l'effet de la gravité en raison de l'inclinaison de l'axe du tambour, réalisant un espacement généralement suffisant des paquets avant qu'ils ne soient repris par un second tapis transporteur 10. Or, l'expérience montre que, avec ce dispositif, peuvent encore se présenter des situations o les paquets se chevauchent, ou encore ne sont pas espacés de l'un à l'autre avec une distance suffisante pour permettre un traitement ultérieur convenable, dans la suite de l'installation. S'agissant tout d'abord de contrôler la distance qui sépare les paquets 2 successifs sur le tapis 10, on utilise à la sortie du tambour 4, une barrière détectrice 11, formée par l'assemblage selon la largeur du tapis d'une pluralité de cellules 12, généralement des cellules infrarouges, convenablement disposées en rideau Afin de laisser passer le faisceau issu de ces cellules, le tapis 10 est constitué, dans l'exemple de réalisation représenté, au moyen de deux tapis consécutifs, respectivement 1 Oa et l Ob, séparés par une fente étroite au droit des cellules, cette fente étant suffisamment limitée pour que le transfert des paquets de l'un à l'autre des tapis s'effectue régulièrement et en particulier sans glissement relatif. Les cellules 12 sont réunies par une liaison 13 à un circuit 14 qui délivre un signal par un conducteur 15 en direction d'une carte de traitement 16, permettant notamment de contrôler l'instant qui sépare deux occultations successives d'une ou de plusieurs cellules par deux paquets consécutifs. Connaissant la vitesse d'entraînement du tapis 10, on peut dès lors en déduire automatiquement la valeur de l'espacement entre ces paquets pour le comparer à un seuil minimal prédéterminé Si l'espacement est supérieur au seuil, le circuit 16 ne délivre aucun signal sur un conducteur de sortie 17; en revanche, si l'espacement est inférieur au seuil, le circuit 16 commande par exemple, le déclenchement d'un vérin électrique 18, dont la tige 19 est articulée sur un panneau déviateur 20, propre à venir se disposer en travers du tapis 10, avec une temporisation appropriée correspondant au temps nécessaire aux paquets dont l'espacement est insuffisant pour être déplacés avec le tapis 10 jusqu'au contact de ce panneau, qui les éjecte alors latéralement sur une rampe 21 en les renvoyant au moyen d'un troisième tapis transporteur 22 vers l'entrée de l'installation en vue de les recycler avec les paquets 2 en vrac, amenés par le tapis 1 jusqu'au tambour d'égrenage 4 Bien entendu, tout autre type de mécanisme déviateur, électrique, électromagnétique ou mécanique pourrait être envisagé, du moment qu'il réalise, à la suite d'un ordre de commande approprié l'éjection hors du tapis des paquets non convenablement égrenés. Comme on l'a déjà précisé, il est toutefois possible que deux paquets se chevauchent ou se superposent à la sortie du tambour, de telle sorte que, pour la barrière 11 des cellules 12, cet assemblage de deux paquets n'en forme en réalité plus qu'un, qui pourra être suffisamment espacé du paquet précédent pour que le circuit 16 ne commande pas le panneau éjecteur et n'élimine donc pas les deux paquets en question pourtant mal égrenés. Pour éviter cet inconvénient, le dispositif comporte une caméra vidéo 23, de préférence du genre caméra CCD, à matrice de composants à transfert de charge, cette caméra étant disposée au-dessus du tapis 10 à la verticale de celui-ci afin d'effectuer une prise de vue d'une scène correspondant à un instant quelconque à la situation des paquets sur le tapis transporteur 10 dans une fenêtre déterminée, de largeur donnée L'image fournie par la caméra est adressée par une liaison 25, celle-ci délivrant sur un fil de sortie 26, un signal acheminé vers le circuit 16 de manière à pouvoir, par l'intermédiaire de celui-ci, commander à nouveau le panneau déviateur 20 comme déjà décrit, afin d'éliminer les paquets non convenablement séparés et les renvoyer à l'entrée de l'installation. Avantageusement, la caméra, 23 est doublée par une seconde caméra 27, également réunie à la carte 24 par une liaison 28, donnant une image différente mais dans la même fenêtre de prise de vue, cette seconde image étant prévue de manière à améliorer le pouvoir de discrimination de l'ensemble et à mieux distinguer l'image des paquets dans un environnement faiblement contrasté au milieu du bruit environnant. La Figure 2 illustre à titre purement indicatif le schéma fonctionnel du circuit 16 et de la carte 24 permettant, à partir des informations recues respectivement des cellules 12 à travers le circuit 14 d'une part, des caméras vidéo 23 et 27 d'autre part, de commander le panneau déviateur 20, en combinaison avec un capteur 30, dont la réalisation importe peu en elle-même à l'invention, fournissant un signal fonction de la vitesse propre du tapis transporteur 10 sur lequel sont disposés les paquets 2. Les informations provenant des cellules 12 sont reçues par un circuit d'analyse 31 qui, via une connexion 32 et un capteur (non représenté), délivrant des signaux marquant le début et la fin de chaque fenêtre analysée, fournit à un circuit d'interface 33, les ordres de commande du panneau déviateur 20, en contrôlant de la manière indiquée l'espacement adéquat, en particulier supérieur à une valeur de seuil déterminée, des paquets successifs défilant avec le tapis dans le faisceau des cellules. Lorsque l'égrenage ainsi repéré est acceptable, le circuit 31 délivre à un second circuit 34 d'interface image, un signal de repérage du paquet analysé, en même temps qu'une information provenant du capteur 30, représentative de la vitesse du tapis L'image vidéo fournie par les caméras 23 et 27 est alors adressée par les connexions 25 et 28 à un circuit d'analyse d'images 35, qui reçoit un signal de déclenchement par la connexion 36 et une information sur la largeur de la fenêtre par la connexion 37. Dans le circuit 35 d'analyse s'effectue la succession des étapes précitées, à savoir en séquence, la détection des contours des paquets apparaissant dans la fenêtre, l'extraction de leur silhouette, une approximation polygonale et enfin un test de convexité sur le polygone obtenu Le circuit 35 renvoie alors vers le circuit 34 un signal fonction des résultats de l'analyse réalisée et notamment telle qu'elle résulte du test de convexité ainsi effectué sur l'image numérisée du paquet Le circuit 34 peut ensuite, par une connexion 38, commander le circuit d'interface 33 et agir sur le panneau déviateur 20, de manière identique à celle décrite plus haut, lorsque ce panneau est commandé par les signaux provenant directement de la barrière des cellules il par la connexion 32. On réalise ainsi un dispositif de contrôle et de régularisation d'un flux de paquets ou objets analogues dans une installation de tri, permettant notamment de gérer leur espacement et en fonction de celui-ci, de transmettre ou au contraire d'écarter les paquets non convenablement égrenés pour les recycler dans l'installation Le dispositif peut travailler en temps réel, le circuit de traitement pouvant analyser environ cinq images à la seconde, ce qui représente une cadence largement supérieure à celle qui résulte des vitesses usuellement adoptées sur les tapis transporteurs utilisés. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation plus spécialement décrit et représenté; elle en embrasse au contraire toute les variantes Notamment, on pourrait envisager une réalisation o la fonction découlant de l'usage de la barrière de cellules, déterminant l'espacement des paquets'successifs, serait intégrée à la fonction d'analyse de l'image de ces paquets, par une simple modification du circuit de traitement, permettant de déterminer, outre la convexité des silhouettes successives examinées, le positionnement relatif de ces silhouettes et plus particulièrement d'assurer la gestion des signaux déclenchant l'acquisition de chaque image, en fonction des résultats de l'analyse de l'image précédente, en particulier de la distance entre les paquets Il en résulte, grâce à l'intégration améliorée du système ainsi réalisé, un meilleur traitement de ces paquets, nécessitant un convoyeur de plus petite longueur et par suite présentant un prix de revient moins élevé. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour contrôler et régulariser l'espacement de colis, paquets ou objets analogues et notamment de colis postaux, monté à la sortie d'un ensemble egreneur comportant de préférence un tambour rotatif tronconique ( 4), à axe incliné sur l'horizontale et comprenant des ailettes hélicoïdales internes ( 5) de façon à délivrer les paquets ( 2) un à un à la sortie du tambour, caractérisé en ce qu'il comporte un tapis transporteur ( 10), entraîné à vitesse constante et sur lequel sont déversés les paquets à la sortie du tambour, une barrière ( 11) de cellules de détection ( 12) dont le faisceau s'étend selon une direction perpendiculaire au sens de défilement du tapis pour repérer l'instant du passage dans ce faisceau de chaque paquet et mesurer entre deux occultations successives des cellules l'espacement relatif de deux paquets consécutifs, coupant tour à tour le faisceau des cellules, au moins une caméra ( 23) de prise de vues instantanée pour donner une image illustrant la répartition en temps réel des paquets sur le tapis, un circuit de traitement numérique ( 16, 24) de l'image fournie par la caméra pour repérer une éventuelle superposition ou juxtaposition de deux paquets non détectés par les cellules, et un mécanisme déviateur ( 20) actionné par le circuit de traitement pour éliminer du tapis les paquets non convenablement espacés. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cellules de détection ( 12) sont constituées par des cellules infrarouges disposées en rideau sous le tapis transporteur. 3 Dispositif selon l'une des revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la caméra ( 23) de prise de vues est une caméra dite CCD, à matrice de composants à transfert de charge délivrant un signal vidéo analogique, apte à donner une image représentant la silhouette des paquets, projetée sur le plan du tapis ( 10), cette image étant analysée par le circuit de traitement numérique ( 16, 24). 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux caméras ( 23, 27) dont les angles de prise de vues sont différents afin d'améliorer le pouvoir de discrimination du dispositif. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les caméras ( 23, 27) sont conçues pour fournir des images numérisées de 256 x 256, à 8 bits par pixel à partir d'images vidéo convenablement contrastées. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit de traitement numérique réalise successivement dans l'image des paquets ( 2) fournie par les caméras vidéo ( 23, 27), une détection de contour, une extraction de la silhouette des paquets, une5 approximation polygonale de cette silhouette et un test de convexité.