Brevet FR3032364A1 — publié le 20160812

Domaine technique La présente invention concerne une installation de séparation et d'individualisation d'objets postaux du type petits colis ou paquets. L'installation selon l'invention est en particulier destinée à être utilisée pour alimenter une machine de tri postal automatique dans laquelle les colis ou paquets individualisés sont déplacés en série à pas constant le long des sorties de tri de la machine et sont aiguillés chacun vers une sortie de tri appropriée en fonction de l'adresse de livraison qui est apposée sur le colis ou paquet. Technique antérieure On connaît des solutions pour la séparation et l'individualisation d'objets selon lesquelles des objets chargés en vrac dans une trémie sont déversés en continu sur des tapis, rouleaux et autres convoyeurs mécaniques et sont égrenés au fur et à mesure de leur déplacement sur ces convoyeurs. Les objets égrenés peuvent ensuite être prélevés un à un pour être mis en série dans un convoyeur à tapis par exemple. Ce type d'installation d'égrenage présente l'inconvénient d'être encombrant. Dans le domaine postal, les petits colis ou paquets sont des objets essentiellement hétérogènes, à savoir avec des dimensions et des formes très variables et il est important de les mettre en série avec un pas constant, c'est-à-dire avec une distance constante entre le front avant de deux objets consécutifs en série ou entre les centres de deux objets consécutifs, pour pouvoir aiguiller automatiquement et facilement chaque objet vers une sortie de tri d'une machine de tri. 3032364 2 Résumé de l'invention Le but de l'invention est donc de proposer une installation de séparation et d'individualisation 5 d'objets postaux hétérogènes du type petits colis ou paquets qui présente un faible encombrement et qui permet de mettre en série ces objets avec un pas constant en entrée d'une machine de tri postal. A cet effet, l'invention a pour objet une 10 installation de séparation et d'individualisation d'objets postaux hétérogènes du type petits colis ou paquets, caractérisée en ce qu'elle comprend : - une plateforme pour stocker un tas d'objets postaux disposés en vrac, 15 - un système de vision adapté pour former des images numériques du tas d'objets postaux, - une unité de traitement de données adaptée pour, à partir de ces images numériques, identifier un objet postal à individualiser lequel présente une face de 20 préhension non recouverte, - et une tête de préhension pneumatique d'un bras robotisé qui est pilotée pour prendre cet objet postal à individualiser par la face de préhension, et pour déposer cet objet postal sur une zone de dépose hors de la 25 plateforme, et en ce que ledit système de vision comprend au moins une source laser qui projette sur le tas d'objets postaux un faisceau de lignes laser déployées en éventail, 30 et en ce que l'unité de traitement de données est adaptée pour identifier l'objet postal à individualiser à partir d'une image du tas d'objets postaux comportant 3032364 3 lesdites lignes laser d'une image du tas d'objets postaux en contraste. Dans cette installation, le tas d'objets postaux est statique sur la plateforme et les objets postaux sont 5 séparés un à un par le bras robotisé jusqu'au dernier objet du tas d'objets. Un nouveau tas d'objets postaux en vrac est ensuite reformé sur la plateforme et les objets postaux de ce nouveau tas d'objets postaux sont séparés un à un comme précédemment. A chaque fois qu'un objet 10 postal est prélevé du tas d'objets postaux, le système de vision forme une image du tas d'objets postaux restants sur la plateforme de manière à déterminer un nouvel objet postal à prélever du tas d'objets postaux. Les images numériques du tas d'objets comportant les 15 lignes laser et les images numériques en contraste du tas d'objets permettent à l'unité de traitement de données de calculer une carte de profondeurs qui permet d'obtenir les coordonnées spatiales de la face de préhension de l'objet à individualiser et notamment l'altitude de son 20 barycentre. Le bras robotisé peut déposer chaque objet postal prélevé du tas sur un convoyeur à tapis en mouvement à une vitesse fixe prédéterminée, le bras robotisé étant synchronisé avec ce convoyeur à tapis pour que les objets 25 soient disposés en série sur le tapis du convoyeur avec un pas constant. L'installation selon l'invention peut encore présenter les particularités suivantes : - ledit système de vision peut comprendre deux 30 sources laser qui projettent respectivemennt sur le tas d'objets postaux un faisceau de premières lignes laser déployées en éventail et un faisceau de secondes lignes 3032364 4 laser déployées en éventail et croisant les premières lignes laser. Les premières et secondes lignes laser forment alors un quadrillage projeté sur le tas d'objets postaux ce qui permet à l'unité de traitement de données 5 de déterminer facilement, selon un principe de triangulation, la carte de profondeurs. - ledit système de vision peut comprendre une première source laser qui projette sur le tas d'objets postaux un faisceau de premières lignes laser déployées 10 en éventail et une deuxième source laser qui projette sur le tas d'objets postaux un faisceau de deuxièmes lignes laser déployées en éventail et croisant les premières lignes laser, et en outre une troisième source laser qui projette sur le tas d'objets postaux un faisceau de 15 troisièmes lignes laser déployées en éventail et une quatrième source laser qui projette sur le tas d'objets postaux un faisceau de quatrièmes lignes laser déployées en éventail et croisant les troisièmes lignes laser, l'écartement angulaire entre les premières lignes laser 20 étant différent de l'écartement angulaire entre les troisièmes lignes laser et l'écartement angulaire entre les deuxièmes lignes laser étant différent de l'écartement angulaire entre les quatrièmes lignes laser, et le système de vision étant adapté pour former une 25 première image numérique du tas d'objets postaux comportant les premières et deuxièmes lignes laser et pour former une deuxième image numérique du tas d'objets postaux comportant les troisièmes et quatrièmes lignes laser, et pour former aussi une image numérique en 30 contraste du tas d'objets postaux, l'unité de traitement de données étant adaptée pour identifier l'objet postal à individualiser à partir desdites première et deuxième 3032364 5 images du tas d'objets postaux comportant lesdites lignes laser et de l'image en contraste. Avec ces écartements angulaires différents, l'unité de traitement de données peut initialiser la carte de 5 profondeurs et le détourage numérique des objets avec un quadrillage à plus faible résolution et affiner avec une meilleure précision les résultats avec le quadrillage à plus haute résolution. Avantageusement les première et troisième sources 10 laser et les deuxième et quatrième sources laser seront placées en regard pour s'affranchir de l'effet des ombres portées. Selon une réalisation particulière de l'invention, les sources laser projettent respectivement et en même 15 temps des lignes laser mais avec des couleurs différentes et par un filtrage couleur on sépare dans les images les lignes laser d'une couleur et les lignes laser d'une autre couleur. Le système de vision peut être agencé pour éteindre 20 alternativement deux des quatre sources laser quand il prend une image du tas d'objets comportant le quadrillage des lignes laser projetées par les deux autres sources laser. La première et la deuxième sources laser peuvent être 25 agencées par exemple pour projeter sur le tas d'objets postaux un quadrillage de 25x25 lignes laser et la troisième et la quatrième source laser peuvent être agencées pour projeter sur le tas d'objets un quadrillage de 63x63 lignes laser. 30 L'invention s'étend encore à une machine de tri postal qui comprend une installation telle que définie plus haut en amont d'un convoyeur de tri à godets dans 3032364 6 lequel les colis ou petits paquets sont déplacés devant des réceptacles de tri. Présentation sommaire des dessins 5 L'invention est exposée ci-après plus en détail et illustrée par les dessins qui représentent un exemple d'installation pour la séparation et l'individualisation de petits colis ou paquets postaux selon l'invention. La figure 1 est une vue schématique de l'installation 10 selon l'invention avec un bras robotisé qui vient séparer et individualiser des objets postaux en tas sur une plateforme. La figure 2 illustre très schématiquement la tête de préhension du bras robotisé. 15 La figure 3 illustre le système de vision comportant la caméra et les sources laser qui génèrent un quadrillage sur le tas d'objets postaux en vrac. La figure 4 illustre le processus d'acquisition et de traitement d'images selon l'invention. 20 La figure 5 illustre une image brute produite par le système de vision avec un quadrillage en basse résolution. Description des modes de réalisation 25 Sur la figure 1 des dessins, l'installation 1 selon l'invention est bien adaptée pour alimenter en petits colis ou paquets 2 une machine de tri postal automatique dans laquelle les colis ou paquets 2 sont déplacés en série à pas constant, par exemple à l'aide d'un convoyeur 30 lA à godets 1B avec des godets dont le fond est fermé par un volet. Des sorties de tri 1C, par exemple des bacs, sont 3032364 7 disposées sous et le long du convoyeur à godets. Chaque sortie de tri correspond à une certaine destination de livraison postale. En fonction de l'adresse de livraison qui a été lue sur chaque colis ou 5 paquet individualisé, ce colis ou paquet est déchargé d'un godet vers la sortie de tri correspondante en ouvrant automatiquement le volet dans le fond du godet quand le godet surplombe cette sortie de tri. L'installation de séparation et d'individualisation 10 d'objets postaux selon l'invention comprend ici une plateforme pour stocker un tas d'objets postaux disposés en vrac. La plateforme est ici constituée par un convoyeur à tapis 3 qui est adapté pour être chargé en amont avec un 15 tas d'objets postaux et amener ce tas d'objets postaux sous un système de vision 4. Une fois que le tas d'objets postaux se trouve sous le système de vision 4, ce qui peut être détecté par un capteur optique 5, le convoyeur à tapis 3 est arrêté et 20 donc le système de vision observe un tas d'objets postaux qui est statique. Le système de vision est conçu pour former des images numériques de ce tas d'objets postaux statiques qui est observé depuis le dessus. 25 Un traitement d'image est effectué sur les images numériques dans une unité de traitement de données 6 qui est aussi une unité de contrôle/commande et de pilotage pour le bras robotisé 7. L'unité 6 est programmée pour identifier un objet à 30 individualiser du tas d'objets en vrac. Cet objet à individualiser est celui qui présente une face de préhension, généralement une face rectangulaire plane, 3032364 8 qui n'est pas recouverte par un autre objet du tas d'objets et qui est orientée de préférence en direction du haut du tas d'objets. Cet objet à individualiser peut être par exemple celui qui se situe au sommet du tas 5 d'objets. L'unité 6 est programmée pour calculer, par une analyse de scène, différentes données indicatives de la position spatiale de cette face de préhension (position spatiale du barycentre de cette face) par rapport à la 10 plateforme 3, l'orientation dans l'espace de cette face de préhension et les deux dimensions (longueur et largeur) de cette face de préhension. A partir de ces données, l'unité 6 pilote le bras robotisé 7 qui est muni d'une tête de préhension 15 pneumatique 8 pour soulever l'objet à individualiser par la face de préhension et le déposer en un point de dépose hors de la plateforme, ici en un emplacement prédéterminé à l'extrémité d'un convoyeur à plat 9. Sur la figure 3, on a illustré de façon très 20 schématique le système de vision selon l'invention qui comprend outre la caméra 4A qui peut être une caméra en niveaux de gris ou en couleur, ici deux sources laser 4a,4b montées sur un bâti au-dessus de la plateforme 3 et qui projettent chacune sur le tas d'objets un faisceau de 25 lignes laser déployées en éventail. Les lignes laser sont obliques par rapport à l'axe de la caméra et chaque ligne éclaire les objets postaux avec un certain angle d'incidence. Plus particulièrement, les dimensions de la scène 30 observée 4c par la caméra du système de vision 4 peuvent être de 600mmx600mm en surface horizontale et 150mm en hauteur et la caméra avec les sources laser 4a,4b peut 3032364 9 être montée à 1,5m au-dessus de la scène à observer. L'angle d'incidence des lignes laser peut varier de 7,2° à 33,8° avec un pas angulaire de 1,15°. Ici, comme les deux sources laser 4a,4b sont décalées à 90°, elles 5 projettent ensembles un motif en forme de quadrillage à la surface des objets postaux. Les sources laser 4a,4b peuvent par exemple projeter un quadrillage à basse résolution de 25x25 lignes laser. Selon l'invention, un autre couple de sources laser peut être prévu pour 10 projeter un autre quadrillage à haute résolution de 63x63 lignes laser. En pratique comme illustré sur la figure 4 et selon un mode préféré de réalisation de l'invention, pour chaque phase d'identification d'un objet postal à 15 prélever du tas d'objet postaux disposés sur la plateforme 3, le système de vision 4 est commandé pour former en 40 une première image numérique en contraste ne comportant pas de lignes laser. Cette première image numérique est stockée en mémoire dans l'unité de 20 traitement 6. Une seconde image numérique du tas d'objets postaux recouvert du quadrillage laser à la basse résolution de 25x25 lignes laser, est formée en 41 par le système de vision 4 et est stockée en mémoire dans l'unité de 25 traitement 6. Un exemple d'image numérique avec un quadrillage de lignes laser LL est illustré sur la figure 5. Une troisième image numérique du tas d'objets postaux recouvert du quadrillage laser à la haute résolution de 30 63x63 lignes laser, est formée en 42 par le système de vision 4 et est stockée en mémoire dans l'unité de traitement 6. 3032364 10 A partir de ces trois images numériques de la scène observée par le système de vision 4, l'unité 6 est apte à réaliser en 43 un détourage numérique de la face de préhension non recouverte de l'objet postal à prélever et 5 à évaluer de façon précise sa position spatiale en calculant une carte de profondeurs. Il est entendu par détourage numérique, la fonction qui délimite chaque objet postal dans un plan (x, y) et par carte de profondeurs, une carte qui donne une 10 altitude (z) pour chaque point de ce plan. Le principe de la construction de la carte de profondeur dans l'unité 6 repose sur le fait qu'en l'absence d'objet sur la plateforme 3, les lignes laser occupent des positions de références. Comme ces lignes 15 lasers sont projetées avec un angle d'incidence variant de 7,2° à 33,8° par pas de 1,15°, elles subissent un décalage (des cassures) en présence des objets sur la scène à analyser (ce décalage est visible sur la figure 5). Ce décalage est proportionnel à la hauteur de l'objet 20 analysé. Or ce décalage est mesuré par le système de vision 4 dont la résolution dépend de la hauteur d'observation. Comme on ne connaît pas à l'avance la hauteur d'observation au-dessus de la scène, on peut construire un abaque de référence, permettant de calculer 25 la hauteur en fonction du décalage observé pour chacune des lignes laser. Dans l'étape 43 de traitement d'images, on procède par exemple à une correction des distorsions géométriques de l'optique de la caméra du système de vision 4 dans 30 chaque image numérique. L'image en contraste subit une extraction de contour et les images avec les lignes laser sont binarisées, filtrées, convoluées avec des noyaux 3032364 11 directionnels (horizontaux et verticaux) pour filtrer successivement les lignes et les colonnes du quadrillage, et intersectées pour réaliser par analyse de connexité et par dilatation de contour le détourage numérique de la 5 face de préhension de l'objet à prélever dans l'image en contraste. Une transformée de Hough 3D peut être appliquée aux images numériques convoluées pour la reconstruction de la carte de profondeurs. Selon l'invention, la tête de préhension pneumatique 10 8 est à géométrie variable, c'est-à-dire à surface de préhension variable. En particulier, sur la figure 2, la tête de préhension comporte une plaque principale 10 munie d'une pluralité de ventouses 11. Ces ventouses 11 peuvent être individuellement mobiles transversalement au 15 plan de la plaque 10 comme illustré par la flèche M pour s'adapter à un profil non planaire de la face de préhension de l'objet à individualiser. Au moins deux volets articulés (symbolisés par 12,13) avec chacun muni d'une pluralité de ventouses telles que 20 11 peuvent être prévus sur deux côtés opposés de la plaque principale 10 de sorte que la surface de préhension de la tête peut être asservie aux dimensions de la face de préhension de l'objet à individualiser en déployant ou en relevant individuellement chaque volet ce 25 qui améliore la préhension de l'objet à individualiser. Plus particulièrement, l'objet à individualiser peut être saisi avec la plaque principale 11 de la tête de préhension, ou encore avec la plaque principale 11 et un volet 12 déployé (l'autre étant relevé), ou encore avec 30 la plaque principale 11 et les deux volets 12,13 déployés. A partir des données d'orientation spatiale et de 3032364 12 dimension de la face de préhension, l'unité 6 est apte à saisir l'objet à individualiser en orientant la plaque principale 11 dans le sens de la grande longueur de la face de préhension et à déposer cet objet en orientant la 5 grande longueur de sa face de préhension avec l'axe longitudinal du convoyeur à plat 9. Par ailleurs, l'unité 6 est apte à positionner le barycentre de la plaque principale 10 de la tête de préhension en coïncidence avec le barycentre de la face 10 de préhension de l'objet à individualiser et à faire déposer cet objet par le bras robotisé sur une référence de synchronisation sur le convoyeur à plat 9 pour maintenir un pas constant entre deux objets consécutif sur ce convoyeur à plat. 15 REVENDICATIONS1/ Installation de séparation et d'individualisation d'objets postaux hétérogènes du type petits colis ou paquets(2), caractérisée en ce qu'elle comprend : - une plateforme (3) pour stocker un tas d'objets postaux disposés en vrac, - un système de vision (4) adapté pour former des images numériques du tas d'objets postaux, - une unité (6) de traitement de données adaptée pour, à partir de ces images numériques, identifier un objet postal à individualiser lequel présente une face de 15 préhension non recouverte, - une tête de préhension pneumatique (8) d'un bras robotisé qui est pilotée pour prendre cet objet postal à individualiser par la face de préhension, et pour déposer cet objet postal sur une zone de dépose hors de la 20 plateforme, et en ce que ledit système de vision comprend au moins une source laser qui projette sur le tas d'objets postaux un faisceau (4a;4b) de lignes laser déployées en éventail, 25 et en ce que l'unité de traitement de données est adaptée pour identifier l'objet postal à individualiser à partir d'une image du tas d'objets postaux comportant lesdites lignes laser et d'une image en contraste du tas d'objets postaux. 30 2/ Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit système de vision (4) 3032364 14 comprend une première source laser qui projette sur le tas d'objets postaux un faisceau (4a) de premières lignes laser déployées en éventail et une deuxième source laser qui projette sur le tas d'objets postaux un faisceau (4b) 5 de deuxièmes lignes laser déployées en éventail et croisant les premières lignes laser. 3/ Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit système de vision comprend 10 une première source laser qui projette sur le tas d'objets postaux un faisceau de premières lignes laser déployées en éventail et une deuxième source laser qui projette sur le tas d'objets postaux un faisceau de deuxièmes lignes laser déployées en éventail et croisant les premières lignes laser, ledit système de vision comprenant en outre une troisième source laser qui projette sur le tas d'objets postaux un faisceau de troisièmes lignes laser déployées en éventail et une quatrième source laser qui projette sur le tas d'objets postaux un faisceau de quatrièmes lignes laser déployées en éventail et croisant les troisièmes lignes laser, l'écartement angulaire entre les premières lignes laser étant différent de l'écartement angulaire entre les troisièmes lignes laser et l'écartement angulaire entre les deuxièmes lignes laser étant différent de l'écartement angulaire entre les quatrièmes lignes laser, et en ce que le système de vision est adapté pour former une première image numérique du tas d'objets postaux comportant les premières et deuxièmes lignes laser et pour former une seconde image numérique du tas d'objets postaux comportant les troisièmes et quatrièmes lignes laser et pour former une troisième image numérique en 3032364 15 contraste du tas d'objets postaux, et en ce que l'unité de traitement de données est adaptée pour identifier l'objet postal à individualiser à partir desdites première, deuxième images du tas d'objets postaux 5 comportant lesdites lignes laser. et de la troisième image du tas d'objets postaux en contraste. 4/ Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les première et troisième sources 10 laser et les deuxième et quatrième sources laser sont placées en regard. 5/ Installation selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que les première et deuxième sources 15 laser sont agencées pour projeter sur le tas d'objets postaux un quadrillage de 25x25 lignes laser et les troisième et quatrième sources laser sont agencées pour projeter sur le tas d'objets un quadrillage de 63x63 lignes laser. 20 6/ Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les lignes laser (LL) sont orientées en direction de la plateforme avec un angle incident variant de 7,2° à 33,8° par pas de 1,15° 25 par rapport à l'axe de la caméra du système de vision. 7/ Machine de tri postal, caractérisée en ce qu'elle comprend une installation selon l'une des revendications précédentes en amont d'un convoyeur de tri à godets (1A) 30 dans lequel les colis ou petits paquets sont déplacés devant des réceptacles de tri.