DE3332508A1 - Einrichtung zur regelung der lage von in einem bewegungsablauf befindlichen gegenstaenden - Google Patents

Description

Licentia Patent-Uerwaltungs-GmbH - PTL-HH/Sl/mar Theodor-5tern-Kai 1 HH 83/08

D-SQQD Frankfurt 70

"Einrichtung zur Regelung der Lage von in einem Bewegungsablauf befindlichen Gegenständen"

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäB dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Es ist ein l/erfahren zur Automatisierung von technischen ProduktionsablSufen unter Verwendung van einem oder mehreren optoelektronischen Bildsensoren, insbesondere von mehreren Bildsensaren für einen Produktionsablauf, Einrichtungen zur optoelektronischen Bildauswertung und von diesen Einrichtungen gesteuerten Stellgliedern bekannt (DE 30 31 507 A1). Die von den Sildsensoren erfassten Sensorbilder werden in mehr als zwei Grauwertstufen digital quantisiert. Digitale Grauwertmerkmale werden in der durch die Produktionsabläufe vorgegebenen Taktzeit verarbeitet. Mittels digitaler Bildverarbeitung kann die Grauuiertstruktur (typische Ansicht) eines technischen Objektes oder es können die Grauuiertstruktur von mehreren Momentaufnahmen eines technischen Produktionsablaufes (Bildfolgen) erlernt, gespeichert und im Laufe eines Produktionsablaufes wiedererkannt werden. Die Lage des Objektes

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kann zum Zwecke einer Grob- und/oder Feinstauarichtung vermessen werden. Auch kann die reale Lage der Objekte relativ zur Lage in den Momentaufnahmen zum Zwecke einer Grob- und/ oder Feinstausrichtung vermessen werden.

Es ist ferner ein Konzept eines Bildverarbeitung3syatems für den industriellen Einsatz mit mindestens einem optoelektronischen Sensor bekannt geworden (Forachungsbericht über Verarbeitung optischer Grauwertmuater / Forschungsvorhaben 08-IT 10 2M). Die Bildverarbeitungseinrichtung dieses Systems weist eine Einrichtung zur Digitalisierung der vom Sensor gelieferten Bilder, eine Kommunikationseinrichtung, einen Bildspeicher zur Abspeicherung bzw. zur direkten Weitergabe (on-line) der digitalisierten Bilder, einen Gradientenprozesaor zur Bildvorverarbeitung und einen. Soll-Ist-Uergleicher zur Bereitstellung der Stellsignale für die Stellglieder auf. Dem Gradientenprozessor kann zusätzlich ein Grauwertkorrelator nachgeordnet sein. Das gesamte Bildverarbeitungssystem ermöglicht neben einer Bildvorverarbeitung mittels Gradientenprozessor auch eine Bildverarbeitung mittels univeraellem Grauwertkorrelatar und ist somit für die komplexesten Erkennungsaufgaben geeignet Won Nachteil ist, da3 das bekannte Bildverarbeitungsaystem an einen vorgegebenen Gegenstand gebunden ist. Für eine Umrüstung bztj. Umprogrammierung sind erhebliche Detailkenntnisse und ein verhältnismäßig hoher Aufwand erforderlich. Dies gilt auch für eine Einrichtung, die nach dem eingangs genannten Verfahren arbeitet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtüng gemäB dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, mit der beliebig viele verschiedenartige Gegenstände erkannt bzw. deren Lage in einem Bewegungsablauf geregelt bzw. mit der ständig auf neue MeBfunktionen, Meßabläufe und verschiedenste Bauteileformen umgerüstet werden kann.

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Die Ai_fgabe uiird erfindungagemäB durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspriichen 2 bis 9 beschrieben.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist in einer flexiblen, kundenprogrammierbaren Uerwendung von diversen Grauuert-Bildverarbeitungsverfahren und -Prozessoren in einem Universal-ID system zur Gegenstandserkennung, -vermessung, -inspektion und -montage zu sehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt
Figur 1 einen Ausschnitt einer Einrichtung zur Regelung der

Lage von in einem Bewegungsablauf befindlichen Gegenständen in BlDckschaltbildform und Figur 2 drei verschiedene Beispiele für Adressenrnuater.

In Figur 1 uierd'en von einem zeichnerisch nicht dargestellten Sensor Bilder eines ebenfalls nicht gezeichneten Gegenstandes an eine Einrichtung 1 zur Digitalisierung der Bilder dea Gegenstandes (z.B. θ bit) abgegeben. Der Einrichtung 1 ist eine Bildspeicheradressiereinrichtung 2 nachgeordnet. An die BiId-Speicheradressiereinrichtung 2 schließt sich ein Bildspeicher 3 an, der z.B. für saftuaregestützte Bilduntersuchungen mittels einer nicht dargestellten Mikroprozessorzentraleinheit die Grauuertbilder des Gegenstandes abspeichert und eine Darstellung der bildverarbeiteten Bilder auf einem Monitor, beispielsueise für Servicezuiecke, ermöglicht. Der Bildspeicher kann die digitalisierten Bilder auch direkt an einen Konturenprozessor h weitergeben (on-line-Betrieb). Dem Konturenprozessor k, der zu jedem Punkt des digitalisierten Gegenstandsbildes einen Gradientenverlauf ermittelt, ist ein Soll-Ist-Uergleicher 5 zur Bereitstellung der ntellsignale für zeichnerisch nicht dargestellte Stellglieder nachgeschaltst.

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Der vorgesehene Konturenprozessor h wird über eina Addiervorrichtung 6, die gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel auch entfallen kann, von einem Adressenspeicher 7 gesteuert. Hierzu werden die vom Adressenspeicher 7 abgegebenen Adressensignale mit einem von einer Basiseinheit 8 erzeugten Basisadressensignal addiert, wobei das Adressen-Summensignal dem Konturenprozessor h übermittelt wird. Dem Adressenspeicher 7, der von einem Bildpunktzähler 9 gesteuert wird, ist eine Musterauswahlvorrichtung 10 zur freien Programmierung beliebiger Kanturverläufe des beliebigen Gegenstandes vorgeschaltet.

Für abschließende Objekterkennungsaufgaben kann dem Konturenprozessor k ein zeichnerisch nicht dargestellter Grauwertkorrelator nachgeschaltet sein, der mit beliebigen Grauwertbildern von charakteristischen Details des beliebigen Gegenstandes frei programmierbar ist.

Zur Regelung der Lage eines beliebigen Gegenstandes in einem industriellen Produktionsablauf, beispielsweise zwecks Entnähme von geordnet übereinander liegenden Blechteilen aus Behältern oder zwecks sensorgestützter Feinjustage eines PunktschueiBroboters im Karosseriebau, wird zunächst im Bildspeicher 3 das Grauwertbild des Gegenstandes abgelegt. Der das digitale ■ Uideoeingangssignal vom Bildspeicher 3 empfangende Konturenprozessor U ist von dem mit dem charakteristischen Konturverlauf des beliebigen Gegenstandes frei programmierten Adressenspeicher 7 derart verbunden, daß der Konturenprozessor k senkrecht zu den vorgegebenen Konturverläufen selbständig Gradisntenverläufe ermittelt und feststellt, ob und wo sich der Gegenstand mit der gesuchten Kontur im Bild befindet. Die Form des Gegenstandes wird daran wiedererkannt, daß an verschiedenen Stellen des Gegenstandes, d. h. an bestimmten Bildadressen unter einer bestimmten Richtung, ein Gradient vorhanden sein muß. Die hierfür erforderlichen Adressen für vorgegebene Abtastmuster werden dem frei programmierbaren Adreaaenspeicher entnommen.

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In Figur 2 sind drei verschiedene Formen von Abtastmustern dargestellt, und zwar ein Kreis 11, der auch für eine Gegenstandsbohrung stehen kann, ein Winkel 12, beispielsweise für eine Ecke des Gegenstandes, und ein z. B. für ein Langlach eines Gegenstandes vorgesehenes Oval 13. Jedes Abtastmuster ujeist an sechzehn verschiedenen Stellen Gradienten-Suchmuster "[U, bis 16 auf, die jeweils aus 8 Bildpunkten bestehen. Bei der Suche wird an jeder der sechzehn jeweiligen Positionen mit Hilfe des Suchmusters der gesuchte Gradientenverlauf ermittelt.

Die Adressen für das Abtastmuster werden dem Adressenspeicher entnommen, wobei der Speicherbedarf für ein Muster bei 128 Warten liegt. Mit einem Paar *+Kx8 PRQMs ist e9 so möglich, 32 verschiedene Muster bereitzuhalten. Es ist auch eine Drehlagenerkennung möglich, wobei für jede Drehlage ein Muster notwendig ist. Die Verarbeitungszeit für ein Muster an einer Position liegt bei geeigneter Ulahl der Halbleiterbauteile unter 100 ms. Zwecks freier Programmierung des Konturenprozessors k und des Adressenspeichers 7 mit Konturverläufsn eines beliebigen Gegenstandes können ein dem Gegenstand nachführbarer Lichtgriffel und ein Monitor, auf dem der Gegenstand abgebildet ist, vorgesehen sein. Durch den Lichtgriffel, der mit einer bestimmten Geschwindigkeit über die Kontur des Gegenstandes geführt wird, werden charakteristische Konturverläufe des Gegenstandes erlernt und nicht flüchtig abgespeichert. Auch kann eine freie PrDgrammierbarkeit mittels Menue-Technik ader Cursor-Software erfolgen.

Anstelle der auf Seite U, Zeilen 19 bis 22 beschriebenen Beispiele kann die Lage eines beliebigen Gegenstandes in einem industriellen Produktionsablauf auch bei einer aus Palettenspeicher, Portalraboter und TransferstraBe bestehenden Fertigungsinsel zum automatischen Abstapeln von Kurbelgehäusen erfolgen.

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Claims (1)

1. Licentia Patent-Uerualtunga-GmbH ■ PTL-HH/Sl/mar Theodor-Stsrn-Kai 1 HH 83/08

   D-SODQ Frankfurt 70

   PATENTANSPRÜCHE.

   . 1 .^ Einrichtung zur Regelung der Lage eines in einem Bewegungsablauf, vorzugsweise in einem industriellen Produktionsablauf befindlichen Gegenstandes unter Verwendung van mindestens einem optoelektronischen Bildsensor, einer dem Bildsensar nachgeachalteten Bildverarbeitungseinrichtung und von der Bildverarbeitungs einrichtung gesteuerten Stellgliedern, wobei die Bildverarbeitungseinrichtung eine Einrichtung zur Digitalisierung der vom Sensor gelieferten Bilder, eine Bildapeicheradressiereinrichtung, einen Bildspeicher zur Abspeicherung der digitalisierten Bilder, einen Grauwarte verarbeitenden Konturenprozeasor und einen Soll-Ist-Vergleicher zur Bereitstellung der Stellsignale für die Stellglieder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bildspeicher (3) das aktuelle Grauwertbild eines beliebigen Gegenstandes abgelegt ist, und daß der dem SoIl-Iat-Vergleicher

   (5) vorgeschaltete, das digitale Uideaeingangssignal vom Bildspeicher (3) empfangende Kanturenpraze3sar (.k) van Einem mit dem charakteristischen Honturverlauf des zu erkennenden Gegenstandes frei programmierten Adressenspeicher (7) derart

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   gesteuert iat, daß der Konturenprozessar (4) senkrecht zu den vorgegebenen Konturverläufen selbständig Gradientenverläufe ermittelt und dadurch feststellt, ob und ωα sich der Gegenstand mit der gesuchten Kontur im Bild befindet. 05

   2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS dem Adressenspeicher (7) eine Musterausmahlvarrichtung (10) zur freien Programmierung beliebiger Konturverläufe beliebiger Gegenstände vorgeschaltet ist.

   3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen den Adressenspeicher (7) ansteuernden Bildpunktzähler (9).

   k. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Adressenspeicher (7) eine Addiervorrichtung (6) nachgeordnet iat, die die vom Adressenspeicher (7) abgegebenen Adressensignale mit einem von einem Basisadressenspeicher .(8) erzeugten Basisadressensignal addiert und ein Adressen-Summensignal dem Konturenprozessor (k) übermittelt.

   5. Einrichtung nach Anspruch 1 ader U, dadurch gekennzeichnet, daß für abschließende übjekterkennungsaufgaben dem Konturenprozessor (Ό ein mit beliebigen Grauuiertblldern van flMchenhaften Details des beliebigen Gegenstandes frei programmierbarer Grauhiertkorrelator nachgeschaltet ist.

   6. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daB zur freien Programmierung beliebiger Konturverläufe des beliebigen Gegenstandes ein Lichtgriffel, der dem Gegenstand nachgeführt wird, und ein Monitor, auf dem der Gegenstand abgebildet ist, vorgesehen sind.

   7. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine freie Programmierbarkeit von beliebigen Konturverläufen des beliebigen Gegenstandes mittels Cursor-Software

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   B. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 5, gekennzeichnet durch eine freie Programmierbarkeit von beliebigen Konturverläufen und Brauuiertbilddetails des beliebigen Gegenstandes mittels anwenderfreundlicher Menue-Technik.

   9. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mittels. Menue-Softuiare eine freie Programmierbarkeit einer beliebigen problemspezifischen Reihenfolge von Hessungen an Grautuert- und Kanturenverläufen und/oder Grauwert- und Gra» dientenbildern gegeben ist, die Measungen sequentiell durchgeführt und diese Sequenzen abgespeichert uierden können,,