Füllmaterial

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen eines Bedarfs an Füllmaterial, um durch Auffüllen eines mit Produkten teilweise vorbefüllten Versandbehälters mit diesem Füllmaterial eine Positionssicherung der Produkte im Versandbehälter zu erzielen, umfassend die Schritte:

- wenigstens teilweises Erfassen des im Versandbehälter außerhalb der Produkte verbleibenden Freiraums, - Bestimmen des zum wenigstens teilweisen Auffüllen des erfassten Freiraums benötigten Füllmaterials.

Stand der Technik

Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der DE 102011 055 455 Al.

Im Kontext des sich immer stärker ausweitenden Versandhandels gewinnen Verfahren zur automatisierten Verpackung von individuell zusammengestellten Produkten in Versandkartons zunehmende Bedeutung. Typischerweise werden dabei Versandbehälter, z.B. Faltschachteln aus Karton, die in ihrem Volumen grob an das Gesamtvolumen der zu verpackenden Produkte angepasst sind, mit einer individuellen Zusammenstellung von zu versendenden Produkten befüllt. Dies kann händisch oder - heutzutage üblicherweise - durch entsprechende Roboter erfolgen. Allerdings verbleibt in fast jedem Fall ein Freiraum im Inneren des Versandbehälters, der von den Produkten nicht eingenommen wird. Es ist üblich, diesen verbleibenden Freiraum mit Füllmaterial zu füllen, um eine Positionssicherung der Produkte im Versandbehälter zu erzielen und ein klappernde Geräusche erzeugendes Verrutschen der Produkte bei der weiteren Handhabung des zum Versand verschlossenen Behälters zu vermeiden.

Es ist bekannt, Füllmaterial, beispielsweise gekrepptes Papier, Luftpolsterfolie, Luftkissen, Füllungs-Chips o.ä. händisch in geeigneter Menge und/oder Form in den Versandbehälter einzufüllen, um den verbleibenden Freiraum wenigstens so weit aufzufüllen, dass ein Verrutschen der Produkte bei üblicher Handhabung des Behälters hinreichend unterbunden wird.

Die eingangs genannte, gattungsbildende Druckschrift offenbart ein automatisiertes Verfahren, bei dem auf nicht näher erläuterte Weise das Volumen des verbleibenden Freiraums optisch ermittelt und ein entsprechendes Volumen an schüttfähigem Füllmaterial abgemessen und eingefüllt wird. Schüttfähige Füllmaterialien, wie beispielsweise Kunststoff-Chips sind jedoch im Hinblick auf die anfallenden Abfallmengen kritisch zu beurteilen. Aber auch bei biologisch abbaubarem, schüttfähigem Füllmaterial, wie beispielsweise Popcorn, steht der Sendungsempfänger beim

Auspacken einem als lästig empfundenen Verschmutzungs- und Entsorgungsproblem gegenüber.

Als besonders günstig wird die Verwendung von gezielt dimensionierbarem Füllmaterial, wie beispielsweise gekrepptem Papier oder konfektionierbaren Luftpolsterkissen angesehen. Für deren Einsatz ist jedoch kein automatisiertes Verfahren bekannt. Aufgabenstellung

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein automatisiertes Verfahren zur Bedarfsbestimmung für Füllmaterial zur Verfügung zu stellen, welches insbesondere im Kontext individuell dimensionierbarer Füllmaterialien einsetzbar ist.

Darlegung der Erfindung

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass virtuell ein dreidimensionales Gitter erzeugt wird, welches den in vertikaler Richtung von oben zugänglichen Anteil des außerhalb der Produkte verbleibenden Freiraums im Inneren des Versandbehälters repräsentiert, wobei weiter die Verfahrens-Phasen umfasst sind:

I Generieren virtueller, räumlicher Kandidatenelemente, die geeignet sind, in verschiedenen Unterkombinationen das Gitter im Rahmen vorgegebener Toleranzen kollisionsfrei zu füllen, und

II Auswählen einer solchen Unterkombination als Ergebniskombination .

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .

Der Erfindung liegt das folgende, hier zunächst grob vereinfacht skizzierte und im Weiteren detailliert erläuterte Konzept für einen automatisierten Packprozess zugrunde: Für einen mit Produkten unvollständig vorbefüllten Versandbehälter wird (nur) der vertikal zugängliche Anteil des verbleibenden Freiraums ermittelt. Sodann werden viele unterschiedliche, einfach geformte, virtuelle Füllkörper erzeugt, die - jeder für sich - an bestimmten Positionen im verbleibenden Freiraum bzw. seiner virtuellen Repräsentation einsetzbar sind. Aus diesem Pool von virtuellen Füllkörpern werden virtuell viele unterschiedliche Unterkombinationen, die jeweils zu einer (Teil-) Füllung des Freiraums führen, durchprobiert und bewertet. Die bestbewertete Kombination wird dann umgesetzt, indem den virtuellen Füllkörpern entsprechende, reale Füllkörper erzeugt (einschl. Auswahl aus einem vorerzeugten Vorrat) und robotergestützt von vertikal oben an entsprechender Stelle in den realen Freiraum eingesetzt werden. Das Verfahren folgt bevorzugt einem heuristischen Ansatz, der nicht zum Ziel hat, die objektiv beste sondern in kurzer, reproduzierbarer Zeit eine in der Praxis hinreichend gute Lösung zu ermitteln.

Ein Kerngedanke der Erfindung ist es zunächst, nur denjenigen Anteil des verbleibenden Freiraums zu berücksichtigen (und entsprechend auch nur diesen zu ermitteln), der bei einem geöffneten Versandbehälter in vertikaler Richtung von oben her zugänglich ist. Begriffe wie „oben" und „unten" beziehen sich im Kontext der vorliegenden Beschreibung auf die von der Schwerkraft vorgegebene Vertikalrichtung. Die Erfinder haben erkannt, dass es in der Regel nicht notwendig ist, den gesamten verbleibenden Freiraum, d.h. insbesondere auch solche Bereiche, die von im Versandbehälter befindlichen, in einem Stapel seitlich überstehenden Produkten überdacht sind, vollständig mit Füllmaterial aufzufüllen. Zum einen arbeiten nämlich typische Packalgorithmen so, dass eine große Fläche einnehmende Produkte zuunterst und eine kleinere Fläche einnehmende Produkte weiter oben im Behälter positioniert werden, sodass nur höchst selten große, hinterschnittene Bereiche entstehen. Zum anderen hat sich herausgestellt, dass gerade bei der Verwendung großer, elastischer Füllkörper, wie beispielsweise solcher aus gekrepptem Papier, im Ergebnis eine hinreichende Positionssicherung der Produkte auch ohne ausdrückliche Berücksichtigung solch hinterschnittener Bereiche erzielt werden kann.

Der erfindungsgemäß allein berücksichtige, von vertikal oben unmittelbar zugängliche Anteil des verbleibenden Freiraums wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens als solcher erfasst und virtuell durch ein dreidimensionales Gitter modelliert. Die Abstände der Gitterpunkte sind vom Fachmann in Ansehung der Erfordernisse des Einzelfalls zu wählen, wobei eine engere Verteilung der Gitterpunkte zu einer feineren, allerdings auch zeitaufwändigeren Berechnung führt und eine gröbere Gitterstruktur schneller zu allerdings gröberen Ergebnissen führt. Die Gitterpunkte sind bevorzugt so verteilt, dass die Wände jeder Elementarzelle des Gitters parallel zu den Wänden des Versandbehälters, genauer gesagt zu deren Innenflächen, stehen.

Die Erzeugung des Gitters erfolgt bevorzugt auf Basis einer mittels einer TOF-Kamera, unter welcher der vorbefüllte Versandbehälter in geöffnetem Zustand hindurchgeführt wird gemachten Aufnahme. TOF ist eine dem Fachmann geläufige Abkürzung für das Englische "time of flight" und bezeichnet Kameras, die als Ausgabe eine zweidimensionale Pixel-Matrix liefern, deren einzelne Pixelwerte den Abstand des auf dem Pixel abgebildeten Objektpunktes von der Kamera repräsentieren. Durch Subtraktion des Abstandes der Kamera von der Oberkante des Versandbehälters lässt sich ein

Tiefenbild des Versandbehälter-Innenraums einschließlich der darin bereits positionierten Produkte erstellen, woraus sich wiederum in für den Fachmann offensichtlicher Weise das erfindungsgemäße, dreidimensionale Gitter berechnen lässt.

Das weitere, auf diesem Gitter aufbauende Verfahren, lässt sich in zwei Phasen, nämlich eine Generierungs-Phase I und eine Auswahl-Phase II unterteilen. In Phase I werden zunächst virtuelle, räumliche Kandidatenelemente erzeugt.

Es sind dies, vereinfacht ausgedrückt, virtuelle Formkörper unterschiedlicher Form und Größe, mittels deren sich das virtuelle Gitter in verschiedenen Kombinationen wenigstens teilweise füllen lässt, ohne dass die virtuellen Formkörper miteinander oder mit den Wänden von Produkten und/oder

Versandbehälter wesentlich überlappen. Inwieweit im Rahmen dieser virtuellen Modellierung ein Überlapp zugelassen wird, hängt von den voreingestellten Toleranzen ab, die sich ihrerseits wiederum nach den Eigenschaften der realen Füllkörper richten sollten, die bei der realen Umsetzung der Auffüllung des Versandbehälters eingesetzt werden. In diesem Sinne ist der Begriff „im Rahmen vorgegebener Toleranzen kollisionsfrei" zu verstehen. Zum Abschluss von Phase I, steht also ein Pool mit einer vorzugsweise großen Anzahl unterschiedlicher, virtueller Kandidatenelemente zur Verfügung .

In einer sich daran anschließenden Phase II wird aus denjenigen Unterkombinationen aus virtuellen Kandidatenelementen, mit der das Gitter im Rahmen der vorgegebenen Toleranzen füllbar ist, eine besonders vorteilhafte ausgewählt und als Ergebniskombination des erfindungsgemäßen Bestimmungsverfahrens zur Ausgabe bereitgestellt. Insbesondere kann im Rahmen eines tatsächlichen Verpackungsprozesses vorgesehen sein, dass besagte Ergebniskombination an eine Packeinheit ausgegeben wird, mittels derer dann den virtuellen Kandidatenelementen der Ergebniskombination entsprechende, reale Füllkörper erzeugt und entsprechend der Ergebniskombination im Versandbehälter positioniert werden. Der Fachmann wird hieraus erkennen, dass sich der Begriff der Unterkombination virtueller Kandidatenelemente nicht nur auf die Zusammenstellung einer Gruppe von Kandidatenelementen bezieht, sondern auch auf deren räumliche Anordnung im Gitter.

Als besonderes günstig angesehene Umsetzungen der beiden Verfahrensphasen sollen weiter unten diskutiert werden.

Wie oben bereits angedeutet, folgt das erfindungsgemäße Verfahren einem rein heuristischen Ansatz. Bei der Ergebniskombination handelt es sich nicht zwingend um die nach vorgegebenen Bewertungskriterien objektiv beste Lösung. Es wird jedoch mit großer Zuverlässigkeit eine hinreichend gute Lösung gefunden und dies innerhalb einer besonders kurzen Rechenzeit. Dies ist ein ganz wesentliches Kriterium für den praktischen Einsatz. Bei automatisierten Verpackungssystemen muss für einen wirtschaftlichen Betrieb ein sehr hoher Durchsatz realisiert werden. Die Anlieferung von Versandbehältern und deren Vorbefüllung mit einer individuellen Zusammenstellung von Produkten kann inzwischen überaus schnell durchgeführt werden. Um für das Gesamtverfahren keinen kostenträchtigen Flaschenhals darzustellen, muss auch das Auffüllen der Versandbehälter mit Füllmaterial zur Positionssicherung der Produkte in vergleichbarem Tempo durchführbar sein. Dies bedeutet, dass sowohl für die Erkennung des verbleibenden Freiraums als auch für die Bestimmung des benötigten Füllmaterials als auch für den realen Auffüllprozess nur extrem wenig Zeit zur Verfügung steht. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es nicht nur, die für die Bestimmung des Füllmaterialbedarfs benötigte Rechenzeit gering, d. h. unterhalb einer vorgegebenen Maximalzeit, und reproduzierbar, d. h. unabhängig von der individuellen Vorbefüllung des Versandbehälters weitgehend ähnlich, zu halten. Es liefert auch Lösungen, die sich im Rahmen des realen Auffüllprozesses besonders schnell umsetzen lassen, bspw. indem nur wenige, vergleichsweise große Füllkörper von einem Roboterarm in entsprechend wenigen Arbeitstakten anstelle von vielen kleinen Füllkörpern in entsprechend mehr Arbeitstakten eingesetzt werden müssen. Dabei mag die letztendlich gefundene Lösung weder im Hinblick auf die Positionssicherung der Produkte noch im Hinblick auf die Kürze des Gesamtprozesses optimal sein; es wird jedoch mit großer Zuverlässigkeit eine für die Praxis völlig hinreichende Lösung gefunden, die sich - gerade das ist bei automatisierten Verfahren ein wichtiges Qualitätskriterium - unabhängig von der individuellen Vorbefüllung der Versandbehälter in einen anderweitig vorgegebenen Arbeitstakt integrieren lässt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass Phase I umfasst: a) die bis zur Sperrung aller Vergrößerungsrichtungen iterativ durchgeführten Schritte al) Auswählen eines Gitterpunktes und Besetzen desselben mit einem virtuellen Füllkörper, der bei der ersten Iteration ein Füllkörper minimaler Ausgangsgröße ist und dessen Wände parallel zu den Wänden einer virtuellen Repräsentation des Versandbehälters stehen, a2) Auswählen einer Vergrößerungsrichtung senkrecht zu einer Wand des virtuellen Füllkörpers, schrittweises Vergrößern des virtuellen Füllkörpers durch Verschieben der Wand in die Vergrößerungsrichtung bis zum Erreichen eines vorgegebenen Abbruchkriteriums und Sperren der ausgewählten Vergrößerungsrichtung für nachfolgende Iterationsschritte, b) Speichern des derart vergrößerten virtuellen Füllkörpers als virtuelles Kandidatenelement und c) Wiederholen der Schritte I.a und I.b bis zum Erreichen eines vorgegebenen Abbruchkriteriums. Bildlich gesprochen wird zur Generierung eines virtuellen Kandidatenelementes also ein minimal dimensionierter Nukleus an einer - vorzugsweise zufällig ausgewählten - Position im Gitter positioniert. Die exakte Dimensionierung dieses Nukleus, der hinsichtlich seiner Außenformen dem Innenraum des Versandbehälters ähnelt, ist der Fachmann weitgehend frei in seiner Wahl. Es empfiehlt sich jedoch eine Anpassung an die Abstände der Gitterpunkte, die eine natürliche Gitter-Elementarzelle liefern, welche als besagter Nukleus, d.h. besagter virtueller Füllkörper minimaler Ausgangsgröße, genutzt werden kann.

Ausgehend von diesem Nukleus wird der virtuelle Füllkörper in einer - vorzugsweise zufällig ausgewählten - Vergrößerungsrichtung senkrecht zu einer seiner Wände schrittweise vergrößert. Hinsichtlich der Wahl der Schrittgröße ist der Fachmann weitgehend frei. Es empfiehlt sich jedoch auch hier die Anpassung an das Gitter und insbesondere die schrittweise Vergrößerung um jeweils einen Gitterpunkt-Abstand in der Vergrößerungsrichtung. Nach Erreichen eines vorgegebenen Abbruchkriteriums endet der Vergrößerungsprozess in der aktuellen Vergrößerungsrichtung und diese wird für die nachfolgenden Iterationsschritte gesperrt. Als Abbruchkriterium kommt hier insbesondere in Frage, dass der virtuelle Füllkörper mit einer virtuellen Repräsentation einer Wand des Versandbehälters oder eines Produktes kollidiert und/oder eine vorgegebene Maximalgröße erreicht ist. Mit anderen Worten soll der virtuelle Füllkörper in der aktuellen Vergrößerungsrichtung nur so lange wachsen, bis es am Versandbehälter oder einem Produkt (genauer: an deren virtueller Repräsentation) „anstößt". Alternativ oder zusätzlich kann auch das Erreichen einer Maximalgröße des virtuellen Füllkörpers als

Abbruchkriterium dienen. Diese Maximalgröße kann weitgehend willkürlich eingeführt werden, richtet sich aber vorzugsweise nach den praktischen Möglichkeiten einer Umsetzung des virtuellen Füllkörpers in einen realen Füllkörper, welcher ggf. zur realen Auffüllung des Versandbehälters genutzt werden könnte.

Dieser Vergrößerungsprozess wird in alle möglichen Vergrößerungsrichtungen durchgeführt, sodass ein vergrößertes, virtuelles Füllkörper resultiert, welches als virtuelles Kandidatenelement in einem Pool gespeichert wird.

Auf diese Weise werden etliche virtuelle Kandidatenelemente generiert und in den Pool gespeichert. Bei einer praktischen Umsetzung des Verfahrens kann ein solcher Pool mehrere tausend virtuelle Kandidatenelemente enthalten. Als Abbruchkriterium für die Generierungs-Phase I kann bspw. das Erreichen einer vorgegebenen Mehrzahl unterschiedlicher Füllkörper im Pool oder das Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen der Schritte I.a und I.b sein.

In Bezug auf die Auswahlphase ist bevorzugt vorgesehen, dass Phase II umfasst: a) die bis zum Vorliegen einer ein vorgegebenes

Abbruchkriterium erfüllenden Unterkombination iterativ durchgeführten Schritte des Auswählens eines virtuellen Kandidatenelementes und des im Rahmen vorgegebener Toleranzen kollisionsfreien Positionierens des ausgewählten virtuellen Kandidatenelementes im Gitter, b) wenigstens temporäres Speichern der resultierenden Unterkombination, c) Wiederholen der Schritte II.a und II.b bis zum Erreichen eines vorgegebenen Abbruchkriteriums. d) Bewerten der gespeicherten Unterkombinationen nach vorgegebenen Bewertungskriterien und e) Identifizieren der bestbewerteten Unterkombination als auszugebende Ergebniskombination.

Das Grundprinzip der Phase II besteht darin, eine große Anzahl möglicherweise zur Umsetzung in einen realen Auffüllprozess geeigneten Unterkombinationen von virtuellen Kandidatenelementen zu erzeugen und zu bewerten. Die Erzeugung soll weitgehend zufällig erfolgen. Es entsteht ein Pool von Unterkombinationen, die nach geeignet vorgegebenen Wertungskriterien im Hinblick auf ihren Nutzen im konkreten Verpackungsproblemfall bewertet werden. Die bestbewertete Unterkombination wird dann als Ergebniskombination identifiziert und als Resultat des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgegeben. Dabei wird aus dem Pool der virtuellen Kandidatenelemente zunächst - vorzugsweise zufällig - eines ausgewählt und an einer - vorzugsweise zufällig - ausgewählten Position des Gitters positioniert. Ist dies ohne Kollision (im Rahmen vorgegebener Toleranzen) mit virtuellen Repräsentationen von Versandbehälter- und Produktwänden möglich, wird das erste Kandidatenelement am Ort belassen und es wird ein weiteres virtuelles Kandidatenelement aus dem Pool - bevorzugt zufällig - ausgewählt und ebenfalls an einer - bevorzugt zufällig - ausgewählten Position im Gitter positioniert. Ist auch dies kollisionsfrei (im Rahmen vorgegebener Toleranzen) möglich, wobei nun auch Kollisionen mit dem zuvor positionierten virtuellen Kandidatenelement einbezogen werden, wird der Vorgang wiederholt usw. Kommt es irgendwann zu einer Kollision, kann entweder die gesamte Unterkombination als abgeschlossen in dem Pool von Unterkombination gespeichert werden oder es kann zunächst das kollidierende virtuelle Kandidatenelement entnommen und durch ein anderes ausgetauscht werden. In jedem Fall wird bei Erreichen eines vorgegebenen Abbruchkriteriums die bis dahin erzielte Unterkombination in besagtem Pool von Unterkombinationen gespeichert und es beginnt der Aufbau einer weiteren Unterkombination gemäß dem geschilderten Verfahren.

Mögliche Abbruchkriterien, die zum Abspeichern einer Unterkombination führen, können darin bestehen, dass die aktuelle Unterkombination eine vorgegebene Anzahl virtueller Kandidatenelemente umfasste, eine vorgegebenes Maximalvolumen der Unterkombination erreicht ist und/oder das Gitter zu einem vorgegebenen Mindest-Raumanteil gefüllt ist. Bereits beim Abspeichern der Unterkombination kann eine Vorauswahl vorgenommen werden, sodass offensichtlich untaugliche Unterkombinationen gar nicht erst in besagten Pool von Unterkombinationen gelangen. Das vorerwähnte, vorzugsweise zufällige Auswählen der Kandidatenelemente zur Mitwirkung an einer Unterkombination kann bevorzugt dadurch erfolgen, dass zu Beginn jeder Iteration, d.h. zu Beginn jedes Aufbaus einer neuen Unterkombination, eine zufällig geordnete Liste der virtuellen Kandidatenelemente des Pools von virtuellen Kandidatenelementen aufgestellt und diese im Rahmen der Iteration in der vorgegebenen Reihenfolge abgearbeitet wird. Hierdurch ist einerseits die Zufälligkeit der Auswahl jedes der virtuellen Kandidatenelemente gewährleistet; andererseits bedarf es nicht für jedes neue virtuelle Kandidatenelement eines eigenen Zufallsgenerator-Schrittes, was sich vorteilhaft auf die benötigte Rechenzeit auswirkt. Das Abbruchkriterium für den Aufbau des Pools von

Unterkombinationen kann bevorzugt darin bestehen, dass eine vorgegebene Anzahl gespeicherter Unterkombinationen erreicht ist. Bei der Bewertung der im Pool von Unterkombinationen gespeicherten Unterkombinationen können verschiedene Bewertungskriterien Anwendung finden. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn diese Bewertungskriterien umfassen, dass die bewertete Unterkombination - eine möglichst geringe Anzahl virtueller

Kandidatenelemente aufweist, einen möglichst geringen Kollisionsgrad der virtuellen Kandidatenelemente untereinander und/oder mit virtuellen Repräsentationen des Versandbehälters und der Produkte aufweist und/oder einen möglichst großen Raumanteil des Gitters füllt. Andere und/oder zusätzliche Bewertungskriterien, die nach einer vorgegebenen Wichtung in die Gesamtbewertung einfließen können, können vom Fachmann in Ansehung der konkreten Problemlage insbesondere bei der Umsetzung der Ergebniskombination in einen realen Auffüllprozess vorgesehen werden.

Der Fachmann wird verstehen, dass der Aufbau des Pools von Unterkombinationen und deren Bewertung nicht zwangsläufig nacheinander ablaufenden Teilphasen darstellen müssen. So ist es nicht nötig sämtliche erzeugte Unterkombinationen langfristig zu speichern. Denkbar ist beispielsweise auch eine zunächst nur temporäre Speicherung und unmittelbare Bewertung jeder neu erzeugten Unterkombination und Vergleich mit der bislang besten, langfristig gespeicherten Unterkombination, wobei die neue Unterkombination im Fall, dass sie besser bewertet wird, die bisherige Beste im langfristigen Speicher ersetzt. So kann Speicherplatz eingespart werden. In jedem Fall wird die letztendlich als Beste bewertete Unterkombination als Ergebniskombination zur Ausgabe an nachfolgende Prozesseinheiten bereitgestellt. Das Resultat des erfindungsgemäßen Bestimmungsverfahrens besteht also in einer virtuellen Repräsentation von Füllkörpern in einer ganz bestimmten räumlichen Konfiguration, die - so das Ziel des Verfahrens - den im realen Versandbehälter verbleibenden Freiraum um die dort angeordneten Produkte herum weitgehend füllt.

Im Kontext eines realen Verpackungssystems kann diese Ergebniskombination an eine Packeinheit ausgegeben werden, die ihrerseits über zwei (funktionale) Untereinheiten verfügt, nämlich eine, die in der Lage ist, den virtuellen Kandidatenelementen der Ergebniskombination entsprechend reale Füllkörper zu erzeugen und eine, die in der Lage ist, diese realen Füllkörper in der von der Ergebniskombination vorgegebenen räumlichen Konfiguration im Versandbehälter anzuordnen. Letztere wird in der Regel durch einen mehrachsigen Roboterarm realisierbar sein. Erstere kann als gesonderte, technische Einheit ausgebildet sein oder im Sinne einer rein funktionalen Einheit ebenfalls durch den mit einem entsprechenden Füllmaterialspeicher zusammenwirkenden Roboterarm realisiert sein.

Bevorzugt weist die Einheit einen Krepper auf, mittels dessen bahnförmiges, kreppbares Füllmaterial, bspw. Papier, zu realen Füllkörpern vorgegebener Dimensionen abgelängt und gekreppt wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Packeinheit einen Luftpolster- Konfektionierer umfasst, mittels dessen zusammenhängendes Luftpolster-Füllmaterial zu realen Füllkörpern vorgegebener Dimensionen konfektioniert wird. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Figur 1: einen mit Produkten vorbefüllten Versandbehälter bei der Bilderfassung mittels TOF-Kamera,

Figur 2: eine Draufsicht auf den Versandbehälter von

Figur 2,

Figur 3: eine Ebene eines den verbleibenden Freiraum im

Versandbehälter von Figur 1 und 2 repräsentierenden Gitters,

Figur 4: vier Vergrößerungsschritte in einer ersten Vergrößerungsrichtung im Rahmen der Generierung eines Kandidatenelementes,

Figur 5: drei weitere Vergrößerungsschritte in einer zweiten Vergrößerungsrichtung im Rahmen der Generierung des Kandidatenelementes,

Figur 6: das nach Abschluss aller Vergrößerungsschritte resultierende Kandidatenelement, Figur 7: eine symbolische Darstellung eines

Kandidatenelemente-Pools,

Figur 8: eine symbolische Darstellung eines

Auswahlprozesses zur Auswahl der Ergebniskombination sowie

Figur 9: die Umsetzung der Ergebniskombination von Figur 8 in einen realen Auffüllprozess für den Versandbehälter von Figur 1.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.

Die Figuren 1, 2 und 9 zeigen zwei Situationen innerhalb eines realen Verpackungsprozesses, nämlich die Bereitstellung eines mit zu versendenden Produkten 10 vorbefüllten Versandbehälters 12 (Figuren 1 und 2) und das Auffüllen des zwischen den Produkten 10 und der Wand der Versandbehälters 12 verbleibenden Freiraums 14 mit realen Füllkörpern 16 (Figur 9).

Die Figuren 3 bis 8 zeigen symbolisch zentrale Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Bedarfs an Füllmaterial zum positionssichernden Auffüllen des verbleibenden Freiraums 14 im Versandbehälter 12. In einem nicht näher dargestellten und dem Fachmann grundsätzlich bekannten, vorzugsweise automatisierten Vorbefüllverfahren wird ein Versandbehälter 12, bspw. eine Faltschachtel aus Karton, mit individuell zusammengestellten Produkten 10 vorbefüllt. Die Dimension des Versandbehälters 12 ist zwar grob an das Gesamtvolumen der Produkte 10 angepasst; in der Regel wird jedoch keine raumfüllende Vorbefüllung möglich sein. Vielmehr verbleibt ein Freiraum 14 zwischen den Produkten untereinander sowie zur Wand des Versandbehälters 12.

Dieser verbleibende Freiraum 14 ist in Figur 1 schraffiert dargestellt. Ein derart vorbefüllter Versandbehälter 12 wird vorzugsweise auf einem Transportband oder einem Rollentransporter mit geöffneten oberen Klappen 18 unter einer TOF-Kamera 20 (Time-Of-Flight-Kamera) hindurchgeführt. Dabei wird ein TOF-Bild der in Figur 2 dargestellten Draufsicht auf den Versandbehälter 12 erstellt. Wie im Rahmen der allgemeinen Beschreibung bereits erläutert, liefert die TOF-Kamera eine zweidimensionale, geordnete Matrix, wobei jeder Matrixeintrag dem Abstand des auf dem entsprechenden Bildpunkt abgebildeten Objektpunktes im Innenraum des Versandbehälters 12 von der Kamera 20 entspricht. Diese Information wird erfindungsgemäß, wie in Figur 3 dargestellt, in ein dreidimensionales Gitter 22 umgerechnet, welches den in vertikaler Richtung von oben zugänglichen Anteil des verbleibenden Freiraums 14 repräsentiert. Man erkennt, dass bspw. von überstehenden Produkten überdachte Bereiche des verbleibenden Freiraums 14 (siehe etwa die untere rechte Ecke des Produktstapels von Figur 1) nicht erfasst werden. Der Fachmann wird erkennen, dass Figur 3 ebenso wie die nachfolgend beschriebenen Figuren 4 bis 6, lediglich eine vertikale Schnittebene des resultierenden, dreidimensionalen Gitters 22 zeigt.

Das Gitter 22 ist die Basis eines nachfolgenden, zwei- phasigen Verfahrens. In einer ersten, in den Figuren 4 bis 7 dargestellten Generierungs-Phase I wird ein in Figur 7 symbolisch dargestellter Pool von virtuellen Kandidatenelementen 24 erzeugt. Hierzu wird bevorzugt an einer zufällig ausgewählten Position im Gitter 22 ein virtueller Füllkörper minimaler Ausgangsgröße 26, der hier auch als Nukleus 26 bezeichnet werden soll, positioniert. Bei der dargestellten Ausführungsform entspricht die Größe des Nukleus 26 einer durch die Struktur des Gitters 22 vorgegebenen Gitter-Elementarzelle, wobei es als besonders günstig angesehen wird, wenn die Wandungen der Gitter- Elementarzellen parallel zu den Wänden des Versandbehälters 12 stehen.

Sodann wird, wie durch den Richtungspfeil 28 symbolisiert, vorzugsweise zufällig eine erste Vergrößerungsrichtung ausgewählt und die in die Vergrößerungsrichtung weisende Wand des Nukleus 26 um eine Schrittweite, vorzugsweise um eine Gitter-Elementarzelle, in die aktuelle Vergrößerungsrichtung verschoben. Es resultiert ein vergrößerter, virtueller Füllkörper 30. In weiteren Schritten, die in Figur 4 durch unterschiedlich dichte Schraffuren angedeutet sind, wird der vergrößerte virtuelle Füllkörper schrittweise weiter vergrößert, bis er an einem (inneren) Rand des Gitters 22, speziell an einer virtuellen Repräsentation des Stapels von Produkten 10, anstößt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Vergrößerung des virtuellen Füllkörpers 30 in die erste Vergrößerungsrichtung abgebrochen und diese erste Vergrößerungsrichtung für weiteren Vergrößerungs-Iterationen gesperrt.

Sodann wird, wie in Figur 5 dargestellt, eine weitere durch den Richtungspfeil 28 symbolisierte, zweite Vergrößerungsrichtung - vorzugsweise zufällig - ausgewählt und er bereits in die erste Vergrößerungsrichtung vergrößerte virtuelle Füllkörper 30 nunmehr schrittweise in die zweite Vergrößerungsrichtung vergrößert. Auch dies erfolgt wieder bis zu einer Kollision oder bis zu einem anderen vorgegebenen Abbruchkriterium. Ebenso wie die erste Vergrößerungsrichtung wird nun die zweite

Vergrößerungsrichtung für weitere Vergrößerungs-Iterationen gesperrt. Dieser Prozess wird analog wiederholt, bis sämtliche Vergrößerungsrichtungen abgearbeitet sind und ein maximal vergrößerter Füllkörper 30 resultiert, welcher als ein Kandidatenelement 24 in dem in Figur 7 rein symbolisch dargestellten Pool von Kandidatenelementen gespeichert wird. Durch mehrfache Wiederholung der geschilderten Schritte werden eine Vielzahl von Kandidatenelementen generiert und der Pool entsprechend aufgefüllt. Diese Generierungs-Phase I kann bspw. mit Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Kandidatenelementen 24 im Pool abgeschlossen werden. Sodann folgt die zweite Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens, die hier auch als Auswahlphase angesprochen wird. Aus den im Pool vorhandenen Kandidatenelementen 24 werden in einem Zufallsverfahren Unterkombinationen der Kandidatenelemente 24 virtuell in das Gitter 22 eingesetzt, wobei für jede Kombination die nicht nur die Zusammenstellung mehrerer Kandidatenelemente sondern auch deren konkrete Positionierung im Gitter 22 umfasst, bei der Modellierung Randbedingungen, bspw. im Hinblick auf erlaubte und verbotene Überlappungsgrade der Kandidatenelemente 24 untereinander bzw. mit den Rändern des Gitters 22, vorgegeben werden können. Der Fachmann wird verstehen, dass die resultierenden Unterkombinationen unterschiedliche Anzahlen von Kandidatenelementen 24 aufweisen und das Gitter 22 in unterschiedlichen Graden füllen werden. Im Ergebnis resultiert jedenfalls ein Pool von Unterkombinationen 32 der symbolisch in Figur 8 dargestellt ist.

Diese Unterkombinationen 32 werden sodann nach vorgegebenen Bewertungskriterien, die vorzugsweise insbesondere den (möglichst großen) Füllgrad des Gitters 22, die (möglichst geringe) Anzahl von Kandidatenelementen und/oder den (möglichst innerhalb vorgegebener Toleranzen liegenden) Kollisionsgrad der beteiligten Kandidatenelemente 24 berücksichtigen, bewertet. Wenigstens eine der untersuchten Unterkombinationen 32 wird eine beste Bewertung erhalten. Sollten mehrere Unterkombinationen 32 die gleiche Bestbewertung erhalten, steht es dem Fachmann frei weitere, bspw. zufällige Auswahlkriterien vorzusehen. Im Ergebnis jedenfalls resultiert genau eine bestbewertete Unterkombination 34.

An dieser Stelle endet das erfindungsgemäße Bedarfsbestimmungsverfahren. Sein Ergebnis, d. h. die bestbewertete Unterkombination 34, kann sodann als Ergebniskombination 34 an eine reale Packeinheit ausgegeben werden, die in Figur 9 dargestellt ist und bei der gezeigten Ausführungsform zwei Einheiten umfasst, nämlich eine Füllkörper-Erzeugungseinheit, die bei der gezeigten Ausführungsform konkret als ein Krepper 36 ausgebildet ist, sowie eine Positioniereinheit, die bei der konkreten Ausführungsform als ein Roboterarm 38 ausgebildet ist. Mittels des Kreppers 36 wird Packpapier von einer Rolle 40 abgelängt und gekreppt, sodass ein realer Füllkörper 16 resultiert, der einem der virtuellen Kandidatenelemente 24 der bestbewerteten Unterkombination 34 entspricht. Mittels des Roboterarms 38 wird dieser reale Füllkörper 16 dann so in den verbleibenden Freiraum 14 eingesetzt, wie es der Position des entsprechenden Kandidatenelementes 24 der bestbewerteten Unterkombination 34 im Gitter 22 entspricht. Auf diese Weise wird die bestbewertete Unterkombination 34 aus virtuellen Kandidatenelementen in eine reale Auffüllung des verbleibenden Freiraums 14 mit realen Füllkörpern übersetzt .

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von

Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere stehen dem Fachmann zur Übersetzung der bestbewerteten Unterkombination 34 virtueller Kandidatenelemente 24 in einem konkreten Auffüllprozess mit realen Füllkörpern 16 jegliche technischen Freiheiten zur Verfügung. Als Alternative zu gekreppten Papier-Füllkörpern bieten sich insbesondere geeignet konfektionierte Luftpolster- Füllkörper an.

Bezugszeichenliste 10 Produkt

12 Versandbehälter

14 Verbleibender Freiraum

16 realer Füllkörper

18 Klappe 20 TOF-Kamera 22 Gitter 24 virtuelles Kandidatenelement 26 virtueller Füllkörper minimaler Ausgangsgröße/Nukleus 28 Richtungspfeil 30 vergrößerter virtueller Füllkörper

32 Unterkombination 34 bestbewertete Unterkombination / Ergebniskombination 36 Krepper 38 Roboterarm 40 Packpapier-Rolle