WO2021123043A1 - Tafelerfassungssystem und verfahren zum bereitstellen von geometrischen strukturdaten einer materialtafel sowie flachbettwerkzeugmaschine - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a sheet detection system for a Flachbettmaschinema machine for detecting geometric structural data of a processed or to be processed material sheet, which is provided, for example, on a pallet changer or is output on a conveyor belt.
- the invention relates to a flat bed machine tool with such a board detection system.
- the invention also relates to a method for providing geometric structural data of a material sheet to be machined or machined with a flat bed machine tool
- WO 2018/073419 A1 discloses a sorting assistance system which uses information obtained from recording an arrangement of, for example, cut workpieces, in order to facilitate the sorting process of the various workpieces of the workpiece arrangement. For this purpose, recordings of a workstation at which the arrangement of workpieces is present are recorded with one or more cameras.
- One aspect of this disclosure is based on the object of generating image data from raw material stored on a pallet changer or from cut material produced, the image data being provided for evaluation and integration in a digitized monitoring and control of machining processes.
- the invention is based on the object of providing image data for digitized support for the separation of workpieces produced with a flat bed machine tool, the image data preferably enabling simple data processing.
- At least one of these objects is achieved by a board detection system according to claim 1, a flat bed machine tool according to claim 8 and a method for providing geometric structural data according to claim 10. Further developments are specified in the subclaims.
- a sheet detection system for a flat bed machine tool is disclosed, the sheet detection system being designed to record geometric structural data of a sheet of material being machined or to be machined.
- the flat bed machine tool can in particular be designed for cutting sheet metal parts and comprises: a storage unit with a storage area that forms a flat storage surface for storing a sheet of material, in particular with cut sheet metal parts / workpieces (i.e., for example, an uncut sheet of material or a sheet of material that has been cut / divided into workpieces), and a camera with a lens and a camera sensor that is used for Generation of a recording of the storage area is arranged, wherein the lens is designed as a shift lens, optionally as a tilt-and-shift lens, which is set to accommodate the storage area.
- a flatbed machine tool in another aspect, includes a panel sensing system as disclosed herein and a machine tool unit having a housing wall portion.
- the board detection system comprises a storage unit with a storage area and a camera.
- the machine tool unit is arranged with the housing wall section on a section of the edge area of the storage area and the camera is arranged on the housing wall section in such a way that a loading and / or removal space is kept free above the storage area as an access area to the storage area.
- a further aspect relates to a method for providing geometric structural data of a material sheet to be machined or machined with a flat bed machine tool, which sheet is stored on a storage area of a storage unit.
- the structural data are optionally provided for the planning, implementation or support of machining processes such as a laser cutting process or part separation.
- the procedure consists of the following steps:
- the camera sensor can extend in an image plane that is parallel to an object plane defined by the support surface.
- the camera can be arranged at a distance from the storage surface in an edge area of the storage area.
- the inclusion of the storage area can represent the storage area in a distortion-compensating manner, and in particular without distortion.
- the shift objective can comprise an objective lens which is shifted in an objective plane from a position at the level of an optical axis of the camera sensor in the direction of a support surface center of the support surface.
- the shift lens can also be designed as a tilt-and-shift lens arrangement, the focal plane of which runs essentially along the storage area.
- the storage area can be recorded with a sharpness that is comparable along the storage surface.
- the camera can be arranged in such a way that a space above the storage surface is kept free as an access space to the storage surface.
- the camera can be arranged on a housing section of a structure adjoining the mounting surface, in particular on a holder or on a housing wall section.
- the objective can comprise an objective lens and a displacement of the objective lens from a position at the level of an optical axis of the camera sensor can be such that a distortion caused by a perspective-related variation in the object resolution is compensated.
- the camera sensor can be a pixel-based digital detector and a pixel-to-millimeter ratio can be uniform in the area of the storage area (in particular, it can be essentially constant in the area of the storage area).
- the storage unit can be designed as a pallet changer, the storage surface being formed by the support surface of a pallet of the pallet changer.
- the storage unit can be designed as a sorting table, with the storage area is formed by a support surface of the sorting table and optionally by a rotating conveyor belt.
- the flatbed machine tool can furthermore comprise a control unit which processes image data from the recordings of the camera to generate a control signal to the machine tool unit or to generate a sorting signal to a worker.
- the flat bed machine tool is a laser flat bed machine for cutting workpieces from a sheet material with a laser beam.
- One advantage of the concepts described here is that they offer the possibility for a sorting assistance system (such as, for example, the sorting assistance system of WO 2018/073419 A1 mentioned above) to reduce the number of cameras required for capturing image data.
- a sorting assistance system such as, for example, the sorting assistance system of WO 2018/073419 A1 mentioned above
- the function and the structural design of such a sorting assistance system can be simplified, whereby in particular development capacity, product maintenance and further development can experience advantages.
- the image quality can improve, so that the detection accuracy and quality increases when the workpiece is removed.
- a merging of several camera images can be omitted if a single camera additionally allows the detection of a rear pallet area. Accordingly, fewer hardware components are used that could fail during operation.
- FIG. 1A shows a schematic three-dimensional representation of a pallet system, the pallet being loaded with a sheet of material and being available for entry into a laser flat-bed machine or being output (cut) from it,
- FIG. 1B shows a schematic three-dimensional representation of an exemplary removal station of a flat-bed machine tool to illustrate a process of sorting cut workpieces
- FIG. 2A shows a schematic representation of a view of a pallet from FIG. 1 with two sheets of material lying on top,
- FIGS. 3A-3C are sketches to illustrate the generation of a distortion-free and Optionally, the focus is adjusted recording of a palette with a shift lens or a tilt-and-shift lens.
- aspects described here are based in part on the knowledge that a camera in flatbed machine tools can be directed obliquely at a sheet of material or a workpiece arrangement due to space requirements or due to the fastening options.
- the planes of a camera sensor and the material sheet or workpiece arrangement are aligned with one another at an angle in the range of 30 ° to 70 °.
- a directory correction by digital post-processing can be carried out.
- the camera can be attached to the machine housing, in particular to a machine wall section, as in WO 2018/073419 A1 mentioned at the beginning, and can preferably capture the entire area of the surface of a pallet changer.
- the camera of the camera system (the recording direction assigned to the camera of the camera system) points diagonally from above onto the pallet changer.
- the flat camera sensor is not arranged obliquely with respect to the plane to be recorded, but can, for example, extend parallel to this plane to be recorded.
- an offset arrangement (shift) of the objective lens makes it possible to capture the pallet with the material plates / workpieces lying on it with as little distortion as possible.
- cameras can be used in the separation of parts on a pallet changer of laser flatbed machines in order to optically detect workpieces (cut material) and follow the operator an image analysis to display information on captured geometric structural data for quick and easier sorting.
- the inventors have recognized that such a camera-based information acquisition should not take place on a camera arranged directly above the observation plane, since this space can be used for loading the pallet with raw sheets.
- the camera With a laterally, ie above z. B. the edge of the pallet, provided camera position, the camera detects the pallet from an angle obliquely from above.
- the inventors have now recognized that with such a positioning of a conventional camera there is a detection accuracy that is significantly lower in the rear area (ie in the area further away from the camera) than in the front area.
- a conventional camera system with a very high resolution can be used, but this is associated with correspondingly high costs.
- Another possibility is to use several conventional cameras, the recording areas of which cover different areas of the pallet, so that the perspective effect is less, for example. This is also associated with correspondingly high costs
- a shift lens can also solve the problem of detection accuracy optically.
- the lens generally the lens of the lens
- the lens is shifted linearly to the side of the sensor. In this way it can be achieved that the perspective distortion of the pallet is compensated.
- a pixel-based digital detector there is a uniform pixel-to-millimeter ratio over the preferred entire work surface to be recorded.
- the use of such a shift lens allows the use of significantly cheaper camera sensors with a lower number of pixels, i.e. H. fewer megapixels.
- the inventors have also recognized that, in addition to the distortion correction, it is possible to adapt the sharpness plane to the geometry to be recorded.
- the focal plane should preferably lie “on the sheet”. This can be achieved, for example, with a shift-and-tilt lens approach, which combines shifting (shifting the image plane) and tilting the lens (tilting the image and lens planes) in one lens configuration.
- the tilting functionality of the lens preferably under Scheimpflug conditions
- a larger aperture setting can be used be used.
- the reduced noise avoids the need for a high ISO sensitivity of the detector and a higher frame rate is possible.
- FIGS. 3A to 3C explain the optical concepts in schematic cross sections of a shift lens and a tilt-and-shift lens.
- FIG. 1A shows schematically a laser flat bed machine 1 with a sheet cutting unit 3, which represents the machine area in which a cutting process is carried out.
- a sheet cutting unit 3 represents the machine area in which a cutting process is carried out.
- geometric structural data can be obtained and processed in order to support the manufacturing process with the laser flatbed machine 1.
- the pallet changer 5 shows a pallet 7 in a pallet position 5 A.
- the pallet 7 provides a flat storage surface for storing a sheet of material 9.
- the material sheet 9 is, for example, a flat material such as a sheet metal.
- the pallet 7 forms the storage surface with a plurality of support webs 11.
- it comprises a z. B. rectangular pallet frame with parallel short and parallel long side sections.
- the support webs 11 can be attached to the pallet frame on the long side sections and accordingly run parallel to the short side sections.
- the Materials sheet 9 to be cut and the cut sheets lie on the tips (support points) formed in this way Workpieces.
- the support points of the support webs 11 define the plane in which the storage surface extends.
- the sheet of material 9 can be moved into the sheet cutting unit 3 with the pallet 7 for a cutting process.
- Fig. 1A shows a pallet insertion direction 6 by an arrow.
- a laser cutting head can be moved in the sheet cutting unit 3 in such a way that a laser beam emerging from the laser cutting head is guided along a desired cutting contour.
- the movement of the laser cutting head is controlled by a control unit 13.
- the cutting contours are available in the control unit 13 in the form of a digital machining plan.
- the geometries of the workpieces to be cut i.
- the clippings include z. B. differently shaped Blechtei le (also referred to herein as workpieces).
- the cut workpieces lie as cut material in the form of the original flat material on the pallet 7 and are (still) arranged as a processed sheet of material in a corresponding plate-like manner to one another.
- the workpieces are from a so-called scrap skeleton, i.e. i.e., the material of the panel that could not be used for workpieces.
- the workpieces can still be connected to the scrap skeleton via microjoints in order to e.g. B. to prevent the workpieces from tilting during transport on the pallet 7.
- Both the position of the material sheet 9 on the pallet 7 and the positions of the cut workpieces in the area of the material sheet 9 after the cutting process represent geometric structural data.
- These structural data include in particular a course of circumferential lines of the material sheet 9 and / or the cut workpieces in relation to a coordinate system of the pallet 7 or generally the laser flatbed machine 1.
- the structural data of the material sheet 9 and the structural data of the workpieces can be evaluated and used on the one hand to carry out the cutting process with the laser flatbed machine 1 and also for the further processing of the cut workpieces.
- a camera 15 is attached to the panel cutting unit 3 in order to acquire the structural data.
- the camera 15 is part of a board detection system 17 which additionally comprises a storage unit (in FIG.
- the pallet changer 5 the storage unit forming a storage area which forms a flat storage surface for storing a material sheet.
- the table detection system 17 is used in accordance with the concepts disclosed herein for obtaining geometric structural data with as little distortion as possible.
- the camera 15 has, for example, a shift lens or a tilt-and-shift lens.
- the camera 15 is attached in a central position with respect to the pallet changer 5, for example, on a housing wall (a housing section) of the panel cutting unit 3, the panel cutting unit 3 in particular forming a structure adjacent to the storage area.
- the camera 15 is arranged in such a way that a space above the storage area (i.e. the loading and / or removal space above the storage area) is kept free as an access area to the storage area.
- the camera 15 enables imaging of the storage area of the pallet 7, which is in the pallet position 5 A, and thus enables a recording of the storage area of the pallet 7 to be generated.
- a lens opening 15 ' (shown in dashed lines) can be seen schematically on the underside of the camera 15.
- the camera 15 is connected to the control unit 13 of the flat-bed laser machine 1 and transmits the image data of the recordings to it.
- Image processing of the image data with regard to the geometry of the material sheet 9 and / or the cut material can be carried out in the control unit 13.
- geometric structural data can be extracted from the image data of the recording in the control unit.
- FIG. 1B shows an illustration of an exemplary sorting workstation of a production system 21.
- the production system 21 comprises a flat-bed machine tool 23 for producing workpieces.
- the flat bed machine tool 23 can also be designed as a laser flat bed machine or alternatively, for example, as a punching machine.
- the manufacturing system 21 further comprises a conveyor device 25.
- the cut material was transferred to the conveyor device 25 by machine or manually and with this further processing steps (for example a part separation) is supplied.
- this further processing steps for example a part separation
- the cut material retains the plate-shaped arrangement as far as possible.
- the conveyor device 25 is shown schematically as a conveyor belt system. It comprises a revolving conveyor belt 25A on which workpieces 27A, 27B, 27C cut as clippings are indicated in scrap grids 29.
- the workpieces 27A, 27B, 27C are still in a plate-shaped arrangement and are transported to a sorting location 31.
- a light barrier ensures that the workpieces 27A, 27B, 27C are not guided over the turning point of the circulating conveyor belt 25A.
- the drive to the conveyor belt 25A can be controlled manually by a worker 33 via a switch 35.
- the front workpieces 27A of the plate-shaped arrangement are within reach of the Wer kers 33, so that he has access to a limited number of workpieces at the sorting point 31, here the workpieces 27A of the first row.
- the worker 33 can grasp these workpieces 27A and sort storage locations A, B, C, D, which are provided, for example, on a storage area of a transport carriage 37 and belong to corresponding orders and / or subsequent processing steps.
- the worker 33 picks up the workpieces 27A from the conveyor belt 25A, removes any microjoints and assigns the workpieces 27A to the respective orders by placing them on the storage locations A, B, C, D.
- the sorting process can be used to facilitate correct sorting by displaying e.g. B. workpiece representations and job information on z. B. a monitor 39 are supported.
- workpiece representations 41A and, optionally, order information 41B can be digitally stored in control unit 13 for this purpose.
- the monitor 39 is activated by the control unit 13 via a signal line Sm.
- the monitor 39 is positioned above the conveyor belt 25A. It preferably extends across the width of the conveyor belt 25A. Via the signal line Sm, sorting signals, which were obtained from the image data of the recordings of the camera in the control unit, can be given to the worker 33, which are displayed on the monitor.
- control signal Sw for a machining process can be output to the machine tool unit, for example for aligning the cutting contours of the machining plan with the recorded position of the material sheet 9.
- a camera 15 can be provided above the circulating conveyor belt 25A in order to digitally record the arrangement of output workpieces.
- the camera 15 comprises, for example, a shift lens or a tilt and shift lens.
- Fig. 1B it is indicated that the camera 15 outputs image information to the control unit 13 via a signal line Sk, which can be evaluated by the control unit 13 with image processing algorithms.
- the monitor 39 schematically shows the front row of workpieces 27A in the form of workpiece image data (workpiece representations 41A) stored in the control unit 13.
- order information 41B belonging to the respective workpieces, for. B. be shown above each of the workpiece representations.
- Fig. 2A shows a view 43 of a storage surface of a pallet 7 ‘a pallet changer 5‘ at an angle of view obliquely from above, as it is, for. B. for the camera 15 of FIG. 1A with regard to the recording direction on the pallet changer 5.
- Fig. 1A illustrates the perspective of the view based on converging circumferential lines of the material sheets 9A, 9B and the pallet 7 'on which the material sheets 9A, 9B lie.
- the parallel long side sections of the pallet frame run towards one another.
- a camera with a conventional lens would produce a recording with corresponding, perspective-recorded
- FIG. 2B shows a camera recording 45 of the storage surface shown in FIG. 2A, as it can be produced according to the invention, for example, with a shift lens or a tilt-and-shift lens.
- the shift lens or the tilt-and-shift lens are set in such a way that a distortion-compensating image of the support surface on the camera sensor results, so that the true shapes (rectangular shape) of the material sheets 9A,
- the sharpness of the image can be adjusted uniformly along the support surface with a tilt-shift lens.
- the distortion-compensating imaging with a shift lens or a tilt-and-shift lens is preferably distortion-free; d.
- d distortion-free
- a distortion-free mapped checkerboard pattern 46 can be seen, as can be used, for example, to calibrate a camera with a shift lens or a tilt-and-shift lens.
- the checkerboard pattern 46 again shows the uniform pixel-to-millimeter ratio in the area of the depicted storage area.
- distortion-compensating and distortion-free refers in particular to the comparison with a perspective-related distortion of a recording with a conventional camera lens.
- Such (perspective) directories are caused in particular by the increasing distance between objects / imaged areas and the camera.
- the varying distance also influences the sharpness of pictures taken with conventional lenses.
- a comparable depth of field can at least partially be achieved via the aperture setting, the scope of the depth of field is in particular in the geometric arrangements of a camera arranged on the edge with respect to a pallet unsatisfactory.
- a shift lens and, in particular, a tilt-and-shift lens enable the storage area to be recorded with a sharpness that is comparable along the support surface.
- FIGS. 3A and 3B illustrate schematically configurations of board detection systems 45A, 45B, their camera systems 47, 49 with a shift lens arrangement (FIG. 3A) or a tilt-and-shift lens arrangement (FIG. 3B ) capture a storage area 51.
- a shift lens arrangement (FIG. 3A) or a tilt-and-shift lens arrangement (FIG. 3B ) capture a storage area 51.
- the lens arrangements each image the storage area 51 on a camera sensor 53, which generates a corresponding digital recording (see FIG. 3C) of the recorded storage area of the storage area 51.
- Geometric structural data can then be obtained from the digital recording, for example the course of a circumferential line of a sheet of material or of a workpiece in the storage area.
- the circumference can, for. B. can be derived from a contour profile around an area of uniform image information when an imaged plate-shaped mate rial is characterized by a uniform surface.
- the schematic sectional views through the camera systems 47, 49 shown in FIGS. 3A and 3B each show the camera sensor 53, which defines an image plane 53A, and a lens 55, which represents a schematic lens and between the camera sensor 53 and the lens opening 15 'is arranged.
- the lens 55 is assigned an objective plane 55A.
- the bearing surface 51 represents an object plane 51A. In the sectional views of FIGS. 3A and 3B, the positions and orientations of the object plane 51A, image plane 53A and objective plane 55A can be seen.
- FIG. 3C shows an essentially distortion-free receptacle 57 of a storage area 51A.
- the receptacle 57 shows a plurality of plate-shaped workpieces 59A, 59B cut from a sheet of material.
- the receptacle 57 can be generated with the table detection stars 45A, 45B, wherein the image sharpness can vary along the pallet insertion direction 6. This is illustrated by the circumferential lines of the workpieces 59B shown in dashed lines, for example at a pure shift lens arrangement (FIG. 3A) cannot be imaged as sharply as the workpieces 59A.
- FIG. 3A schematically shows a section along the pallet insertion direction 6 of a pallet system of the flat bed machine tool (see FIG. 1A).
- the camera system 47 is attached to the panel cutting unit 3 above the storage surface 51.
- the camera system 47 is at a distance from the storage area, namely above an edge area of the storage area of the storage area 51 is arranged.
- the lens arrangement is designed in such a way that the entire storage surface 51, but at least the storage area on a pallet, can be imaged on the camera sensor 53 (imaging lines 60).
- the camera sensor 53 extends in one plane and thus defines the image plane 53 A.
- the image plane 53 A extends parallel to the object plane 51 A and to the objective plane 55A.
- 3A further shows an optical axis 63 extending orthogonally to the image plane 53A and through the center of the camera sensor 53, an optical axis 65 extending orthogonally to the lens plane 55A and through the center of the lens 55 and an optical axis 65 orthogonally to the object plane 51A and through a center point 61 A of the bearing surface 51 running optical axis 61.
- the optical axis 63 and the optical axis 65 coincide and are usually aligned with the center point 61 A of the bearing surface 51 (generally my on the desired image center point).
- the optical axis 63 and the optical axis 65 are now shifted along the pallet insertion direction 6. That is, the objective lens 55 is shifted in the objective plane 55A from a position at the level of the optical axis 63 of the camera sensor 53 in the direction of the center of the bearing surface (center point 61A of the bearing surface 51) of the bearing surface.
- This shift (Shift S) can be set in such a way that the falling lines (converging in the distance) caused by the perspective without shift are rectified (parallelized). The perspective distortion / distortion can thus be compensated for by setting the shift.
- 3B schematically shows the section through a tilt-and-shift lens arrangement.
- the plane of the camera sensor 53 runs at an angle ⁇ to the bearing surface 51, so that the image plane 53A is tilted to the object plane 51A. (An angle ⁇ of 90 ° is shown as an example.)
- the lens 55 is tilted at an angle ⁇ to the plane of the camera sensor 53.
- the object plane 51A, the image plane 53A and the objective plane 55A preferably meet the Scheimpflug condition and intersect in a common straight line G, which in FIG. 3C extends perpendicular to the plane of the drawing.
- angles ⁇ and ⁇ can be selected in such a way that, in addition to the distortion-free image, there is also a uniform sharpness along the bearing surface 51 in the image produced. That is, the object plane 51 A is mapped consistently sharp (with a comparable sharpness) onto the image plane 53 A, since the sharpness plane of the tilt-and-shift lens arrangement runs essentially along the support surface (51).
- a separate holder for the camera can be provided, for example for a sorting table (for example free-standing or based on a conveyor belt).
- the sorting table can be formed, for example, similar to the pallet changer as a shelf for a pallet.
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Abstract
Es wird ein Tafelerfassungssystem (17, 45A, 45B) für eine Flachbettwerkzeugmaschine (1), die insbesondere zum Schneiden von Blechteilen ausgebildet ist, offenbart. Das Tafelerfassungssystem (17, 45A, 45B) ist zum Erfassen von geometrischen Strukturdaten einer bearbeiteten oder zu bearbeitenden Materialtafel (9) ausgelegt. Das Tafelerfassungssystem (17, 45A, 45B) weist eine Lagerungseinheit mit einem Ablagebereich (51A), der eine plane Lagerungsfläche (51) zur Lagerung einer Materialtafel (9), insbesondere mit geschnittenen Werkstücken (59A, 59B), ausbildet, auf. Ferner weist das Tafelerfassungssystem (17, 45A, 45B) eine Kamera (15) mit einem Objektiv und einem Kamerasensor (53) zur Erzeugung einer Aufnahme (57) des Ablagebereichs (51A), wobei das Objektiv als Shift-Objektiv-Anordnung ausgebildet ist, das zum Aufnehmen des Ablagebereichs (51A) eingestellt ist. Dadurch kann die Aufnahme (57) den Ablagebereich (51A) verzeichnungsausgleichend, und insbesondere verzeichnungsfrei, darstellen.
Description
TAFELERFASSUNGSSYSTEM UND VERFAHREN ZUM BEREITSTELLEN VON GE OMETRISCHEN STRUKTURDATEN EINER MATERIALTAFEL SOWIE FLACH BETTWERKZEUGMASCHINE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tafelerfassungssystem für eine Flachbettwerkzeugma schine zum Erfassen von geometrischen Strukturdaten einer bearbeiteten oder zu bearbeiten den Materialtafel, die beispielsweise auf einem Palettenwechsler bereitgestellt wird oder auf einem Förderband ausgegeben wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Flachbettwerk zeugmaschine mit einem derartigen Tafelerfassungssystem. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen von geometrischen Strukturdaten einer mit einer Flachbettwerk zeugmaschine zu bearbeitenden oder bearbeiteten Materialtafel
WO 2018/073419 Al offenbart ein Absortierassistenzsystem, das Information, die aus einer Aufnahme einer Anordnung von z.B. geschnittenen Werkstücken gewonnen wurde, nutzt, um den Ab sortiervorgang der verschiedenen Werkstücke der Werkstückanordnung zu erleichtern. Dazu werden Aufnahmen eines Arbeitsplatzes, an dem die Anordnung von Werkstücken vor liegt, mit einer oder mit mehreren Kameras aufgenommen.
Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, Bilddaten von auf einem Palet tenwechsler abgelegten Rohmaterial oder von erzeugtem Schnittgut zu erzeugen, wobei die Bilddaten für eine Auswertung und Integration in eine digitalisierte Überwachung und Steue rung von Bearbeitungsprozessen vorgesehen sind. In einem weiteren Aspekt liegt der Erfin dung die Aufgabe zugrunde, Bilddaten für eine digitalisierte Unterstützung der Vereinzelung von mit einer Flachbettwerkzeugmaschine erzeugten Werkstücken bereitzustellen, wobei die Bilddaten bevorzugt eine einfache Datenverarbeitung ermöglichen.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Tafelerfassungssystem nach Anspruch 1, eine Flachbettwerkzeugmaschine nach Anspruch 8 und ein Verfahren zum Bereitstellen von geometrischen Strukturdaten nach Anspruch 10. Weiterbildungen sind in den Unteransprü chen angegeben.
In einem Aspekt ist ein Tafelerfassungssystem für eine Flachbettwerkzeugmaschine offenbart wobei das Tafelerfassungssystem zum Erfassen von geometrischen Strukturdaten einer bear beiteten oder zu bearbeitenden Materialtafel ausgelegt ist. Die Flachbettwerkzeugmaschine kann insbesondere zum Schneiden von Blechteilen ausgebildet sein und umfasst:
eine Lagerungseinheit mit einem Ablagebereich, der eine plane Lagerungsfläche zur Lagerung einer Materialtafel, insbesondere mit geschnittenen Blechteilen/Werkstücken (d.h. z.B. eine ungeschnittene Materialtafel oder eine geschnittene/in Werkstücke untergliederte Materialtafel), ausbildet, und einer Kamera mit einem Objektiv und einem Kamerasensor, die zur Erzeugung einer Aufnahme des Ablagebereichs angeordnet ist, wobei das Objektiv als ein Shift-Objektiv, opti onal als ein Tilt-und-Shift-Objektiv, ausgebildet ist, das zum Aufnehmen des Ablagebereichs eingestellt ist.
In einem weiteren Aspekt weist eine Flachbettwerkzeugmaschine ein wie hierin offenbartes Tafelerfassungssystem und eine Werkzeugmaschineneinheit mit einem Gehäusewandabschnitt auf. Das Tafel erfassungssystem umfasst eine Lagerungseinheit mit einem Ablagebereich und eine Kamera. Die Werkzeugmaschineneinheit ist mit dem Gehäusewandabschnitt an einem Abschnitt des Randbereichs des Ablagebereichs angeordnet und die Kamera ist am Gehäuse wandabschnitt derart angeordnet, dass ein Belade- und/oder Entnahme-Raum oberhalb der Lagerungsfläche als Zugangsraum zur Lagerungsfläche freigehalten ist.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von geometrischen Strukturdaten einer mit einer Flachbettwerkzeugmaschine zu bearbeitenden oder bearbeiteten Materialtafel, die auf einem Ablagebereich einer Lagerungseinheit abgelegt ist. Die Strukturdaten sind opti onal für die Planung, Durchführung oder Unterstützung von Bearbeitungsprozessen wie einem Laserschneidvorgang oder einer Teilevereinzelung vorgesehen. Das Verfahren umfasst die Schritte:
Aufnehmen des Ablagebereichs mit der darauf abgelegten Materialtafel mit einem Shift-Objektiv oder optional einem Tilt-und-Shift-Objektiv zur Erzeugung einer Aufnahme der Materialtafel,
Ausgeben von Bilddaten der Aufnahme an eine Steuerungseinheit der Flachbettwerk zeugmaschine (zur Durchführung eines bildverarbeitenden Algorithmus und/oder zur Erzeu gung eines Steuerungssignals für einen durchzuführenden Bearbeitungsprozess und/oder zur Erzeugung eines Absortiersignals für einen Werker und/oder zur Ausgabe eines Monitorsig nals) und
Extrahieren von geometrischen Strukturdaten in der Steuerungseinheit aus den Bildda ten der Aufnahme und optional Erzeugen eines Steuerungssignals für einen Bearbeitungspro zess und/oder eines Absortiersignals für einen Werker.
In einigen Ausführungsformen kann sich der Kamerasensor in einer Bildebene erstrecken, die parallel zu einer durch die Lagerungsfläche definierten Objektebene ist. Alternativ oder zu sätzlich kann die Kamera in einem Abstand zur Lagerungsfläche in einem Randbereich des Ablagebereichs angeordnet sein. Ferner kann die Aufnahme des Ablagebereichs den Ablage bereich verzeichnungsausgleichend, und insbesondere verzeichnungsfrei, darstellen.
In einigen Ausführungsformen kann das Shift-Objektiv eine Objektivlinse umfassen, die in einer Objektivebene von einer Position auf Höhe einer optischen Achse des Kamerasensors in Richtung einer Lagerungsflächenmitte der Lagerungsfläche verschoben ist.
In einigen Ausführungsformen kann das Shift-Objektiv ferner als Tilt-und-Shift-Objektiv- Anordnung ausgebildet sein, dessen Schärfeebene im Wesentlichen entlang der Lagerungsflä che verläuft. Optional kann der Ablagebereich mit einer entlang der Lagerungsfläche ver gleichbaren Schärfe aufgenommen werden.
In einigen Ausführungsformen kann die Kamera derart angeordnet sein, dass ein Raum über der Lagerungsfläche als Zugangsraum zur Lagerungsfläche freigehalten ist. Optional kann die Kamera an einem Gehäuseabschnitt einer an die Lagerungsfläche angrenzenden Struktur, ins besondere an einer Halterung oder an einem Gehäusewandabschnitt, angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen kann das Objektiv eine Objektivlinse umfassen und eine Ver schiebung der Objektivlinse von einer Position auf Höhe einer optischen Achse des Kamera sensors kann derart sein, dass eine durch eine perspektivisch bedingte Variation der Objekt auflösung bedingte Verzeichnung kompensiert ist. Optional kann der Kamerasensor ein Pixel basierter digitaler Detektor sein und ein Pixel-zu-Millimeter-Verhältnis kann im Bereich der Lagerungsfläche gleichmäßig sein (insbesondere im Bereich der Lagerungsfläche im Wesent lichen konstant sein).
In einigen Ausführungsformen kann die Lagerungseinheit als Palettenwechsler ausgebildet sein, wobei die Lagerungsfläche durch die Auflagefläche einer Palette des Palettenwechslers gebildet wird. Alternativ kann die Lagerungseinheit als Absortiertisch ausgebildet sein, wobei
die Lagerungsfläche durch eine Auflagefläche des Absortiertischs und optional durch ein um laufendes Förderband gebildet wird.
In einigen Weiterbildungen kann die Flachbettwerkzeugmaschine ferner eine Steuerungsein heit umfassen, die Bilddaten der Aufnahmen der Kamera zur Erzeugung eines Steuerungssig nals an die Werkzeugmaschineneinheit oder zur Erzeugung eines Absortiersignals an einen Werker verarbeitet. In einigen Ausführungsformen ist die Flachbettwerkzeugmaschine eine Laserflachbettmaschine zum Ausschneiden von Werkstücken aus einem tafelförmigen Mate rial mit einem Laserstrahl.
Ein Vorteil der hierin beschriebenen Konzepte liegt darin, dass sie für ein Absortierassistenz system (wie beispielsweise das Absortierassistenzsystem der eingangs genannten WO 2018/073419 Al) die Möglichkeit bieten, die Anzahl der für die Erfassung von Bilddaten be nötigten Kameras zu reduzieren. Entsprechend kann die Funktion und der strukturelle Aufbau eines derartigen Absortierassistenzsystems vereinfacht werden, wodurch insbesondere auch Entwicklungskapazität, Produktpflege und Weiterentwicklung Vorteile erfahren können. Des Weiteren kann sich die Bildqualität verbessern, sodass sich bei der Werkstückentnahme die Detektionsgenauigkeit und -qualität erhöht. Ferner kann ein Zusammenführen mehrerer Ka merabilder entfallen, wenn eine einzige Kamera zusätzlich die Erfassung eines hinteren Palet tenbereichs erlaubt. Entsprechend kommen weniger Hardware-Komponenten zum Einsatz, die im Betrieb ausfallen könnten.
Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figu ren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 A eine schematische räumliche Darstellung eines Palettensystems, wobei die Pa lette mit einer Materialtafel beladen ist und zum Einfahren in eine Laserflach- bettmaschine bereitsteht bzw. von dieser (geschnitten) ausgegeben wurde,
Fig. 1B eine schematische räumliche Darstellung einer beispielhaften Entnahmestation einer Flachbettwerkzeugmaschine zur Verdeutlichung eines Absortiervorgangs von geschnittenen Werkstücken,
Fig. 2A eine schematische Darstellung einer Sicht auf eine Palette der Fig. 1 mit zwei aufliegenden Materialtafeln,
Fig. 2B eine schematische Darstellung einer im Wesentlichen verzerrungsfreien Auf nahme der Palette der Fig. 1 mit den aufliegenden Materialtafeln aus Fig. 2A und einer Schachbrettmuster-Platte zur Objektiv- Justage und Fig. 3 A-3C Skizzen zur Verdeutlichung der Erzeugung einer verzerrungsfreien und optio nal im Fokus angepassten Aufnahme einer Palette mit einem Shift-Objektiv bzw. einem Tilt-und-Shift-Objektiv.
Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass eine Kamera bei Flachbettwerkzeugmaschinen platzbedingt oder bedingt durch die Befestigungsmöglichkeiten schräg auf eine Materialtafel oder eine Werkstückanordnung gerichtet sein kann. Bei konven tionellen Objektiven sind die Ebenen eines Kamerasensors und der Materialtafel oder Werk stückanordnung in einem Winkel im Bereich von 30° bis 70° zueinander ausgerichtet. Zur Korrektur von perspektivischen Effekten in einer solchen Aufnahme Situation kann im Fall des Einsatzes einer Digitalkamera eine Verzeichniskorrektur durch digitale Nachbearbeitung er folgen.
Auch in den hierin beschriebenen Ausführungsformen eines Kamerasystems kann die Kamera wie in der eingangs genannten WO 2018/073419 Al am Maschinengehäuse, insbesondere an einem Maschinenwandabschnitt, angebracht werden und bevorzugt den gesamten Bereich der Oberfläche eines Palettenwechslers erfassen. Dabei zeigt die Kamera des Kamerasystems (die Aufnahmerichtung, die der Kamera des Kamerasystems zugeordnet ist) schräg von oben auf den Palettenwechsler.
Durch den hierin vorgeschlagenen Einsatz eines Shift-Objektivs ist der flächig ausgebildete Kamerasensor nicht schräg bezüglich der aufzunehmenden Ebene angeordnet, sondern kann sich zum Beispiel parallel zu dieser aufzunehmenden Ebene erstrecken. Zusammen mit z. B. einer versetzten Anordnung (shift) der Objektivlinse wird es möglich, die Palette mit den auf- liegenden Materialplatten/W erkstücken möglichst verzeichnungsfrei zu erfassen.
Wie in der eingangs genannten WO 2018/073419 Al beschrieben wird, können bei der Teile vereinzelung an einem Palettenwechsler von Laserflachbettmaschinen Kameras zum Einsatz kommen, um erzeugte Werkstücke (Schnittgut) optisch zu detektieren und dem Bediener nach
einer Bildanalyse Informationen zu erfassten geometrischen Strukturdaten zum schnellen und einfacheren Absortieren anzuzeigen. Die Erfinder haben erkannt, dass eine derartige kamera basierte Informationsgewinnung nicht auf einer direkt über der Beobachtungsebene angeord neten Kamera erfolgen sollte, da dieser Raum für den Beladevorgang der Palette mit Rohble chen genutzt werden kann. Bei einer seitlich, d. h. oberhalb z. B. des Rand der Palette, vorge sehenen Kameraposition, erfasst die Kamera die Palette aus einem Winkel schräg von oben. Die Erfinder haben nun erkannt, dass bei einer derartigen Positionierung einer konventionel len Kamera eine Detektionsgenauigkeit vorliegt, die im hinteren Bereich (d. h. im weiter von der Kamera entfernten Bereich) deutlich geringer ist als im vorderen Bereich. Zur Vermei dung einer derartigen Variation in der Detektionsgenauigkeit kann zwar ein konventionelles Kamerasystem mit einer sehr großen Auflösung eingesetzt werden, dies ist jedoch mit ent sprechend hohen Kosten verbunden. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von mehreren konventionellen Kameras, deren Aufnahmebereiche verschiedene Bereiche der Pa lette abdecken, sodass zum Beispiel der perspektivische Effekt geringer ist. Auch dies ist mit entsprechend hohen Kosten verbunden
Die Erfinder haben nun erkannt, dass mithilfe des Einsatzes eines Shift-Objektivs die Proble matik der Detektionsgenauigkeit auch optisch gelöst werden kann. Bei einem (reinen) Shift- Objektiv wird das Objektiv (im Allgemeinen die Linse des Objektivs) linear seitlich zum Sen sor verschoben. Hierdurch kann erreicht werden, dass die perspektivische Verzeichnung der Palette kompensiert wird. Im Fall eines Pixel -basierten digitalen Detektors ergibt sich ein gleichmäßiges Pixel-zu-Millimeter-Verhältnis über die bevorzugte gesamte aufzunehmende Arbeitsfläche. Der Einsatz eines derartigen Shift-Objektivs erlaubt den Einsatz von deutlich günstigeren Kamerasensoren mit einer geringeren Pixel- Anzahl, d. h. weniger Megapixel.
Die Erfinder haben ferner erkannt, dass es neben der Verzeichnungskorrektur möglich ist, die Schärfeebene an die aufzunehmende Geometrie anzupassen. Bevorzugt soll die Schärfeebene "auf dem Blech" liegen. Dies kann beispielsweise mit einem Shift-und-Tilt-Objektiv- Ansatz erreicht werden, welches ein Verschieben (Shift der Bildebene) und ein Kippen des Objektivs (Tilt der Bild- und Objektivebenen) in einer Objektivkonfiguration zusammenfasst. Die Kipp- Funktionalität des Objektivs (bevorzugt unter Scheimpflugbedingung) dient dabei der Ausbil dung einer zur Detektorebenen geneigten Schärfeebene. In einer solchen optischen Konfigura tion der vollständig scharf abgebildeten Objektebene kann eine größere Blendeneinstellung
verwendet werden. Durch das reduzierte Rauschen kann die Notwendigkeit einer hohen ISO- Empfindlichkeit des Detektors vermieden werden und es wird eine höhere Bildrate möglich.
Eine bessere Bildqualität kann ferner durch das entfallen der Notwendigkeit einer digitalen Transformation der Bildaufnahme bewirkt werden. So werden weniger Rechenzeit und CPU- Leistung benötigt. Die fehlende digitale Transformation erlaubt es, die bilderfassende Funkti onalität weniger komplex umzusetzen.
Nachfolgend werden die Anwendungsbereiche von Tafel erfassungssystemen bei 2D- Flachbettwerkzeugmaschinen erläutert, zum einen am Beispiel eines Palettensystems (FIG.
1 A) und zum anderen am Beispiel einer Teile-Entnahmestation, hierin auch als Absortierar beitsplatz bezeichnet (Fig. 1B). Der sich ergebende Unterschied in der Bildaufnahme wird anschließend anhand der Figuren Fig. 2A und Fig. 2B erläutert. Die Figuren Fig. 3 A bis 3C erläutern die optischen Konzepte in schematischen Querschnitten eines Shift-Objektivs und eines Tilt-und-Shift- Objektivs.
Fig. 1 A zeigt schematisch eine Laserflachbettmaschine 1 mit einer Tafelschneideinheit 3, die den Maschinenbereich darstellt, in dem ein Schneidvorgang durchgeführt wird. Im Rahmen des Schneidvorgangs können geometrische Strukturdaten gewonnen und verarbeitet werden, um den Fertigungsprozess mit der Laserflachbettmaschine 1 zu unterstützen.
Man erkennt einen vorgelagerten Palettenwechsler 5, der es erlaubt, der Laserflachbettma schine 1 eine Palette bereitzustellen und insbesondere den Betrieb der Laserflachbettmaschine 1 mit mehreren Paletten abwechselnd durchzuführen. Beispielsweise zeigt der Palettenwechs ler 5 eine Palette 7 in einer Palettenposition 5 A. Die Palette 7 stellt eine plane Lagerungsflä che zur Lagerung einer Materialtafel 9 bereit. Die Materialtafel 9 ist beispielsweise ein Flachmaterial wie ein Blech. Die Palette 7 bildet die Lagerungsfläche mit einer Mehrzahl von Auflagestegen 11. Beispielsweise umfasst sie einen z. B. rechteckigen Palettenrahmen mit parallelen kurzen und parallelen langen Seitenabschnitten. Wie in Fig. 1 A schematisch gezeigt können die Auflagestege 11 am Palettenrahmen an den langen Seitenabschnitten befestigt werden und verlaufen entsprechend parallel zu den kurzen Seitenabschnitten. Die Auflageste ge 11 bilden beispielsweise zackige Verläufe der oberen Kanten aus. Auf den so ausgebildeten Spitzen (Auflagepunkte) liegen die zu schneidende Materialtafel 9 sowie die geschnittenen
Werkstücke auf. Die Auflagepunkte der Auflagestege 11 definieren die Ebene, in der sich die Lagerungsfläche erstreckt.
Die Materialtafel 9 kann mit der Palette 7 für einen Schneidvorgang in die Tafelschneideinheit 3 eingefahren werden. Fig. 1 A zeigt eine Paletten-Einfuhrrichtung 6 durch einen Pfeil an. Für den Schneidvorgang kann in der Tafelschneideinheit 3 ein Laserschneidkopf derart bewegt werden, dass ein aus dem Laserschneidkopf austretender Laserstrahl entlang einer gewünsch ten Schneidkontur geführt wird. Die Bewegung des Laserschneidkopfs wird von einer Steue rungseinheit 13 angesteuert. In der Steuerungseinheit 13 liegen die Schneidkonturen in Form eines digitalen Bearbeitungsplans vor. In diesem sind die Geometrien der zu schneidenden Werkstücke, d. h., insbesondere die zu schneidenden (Außen- und Innen-) Konturen der Werkstücke, in Form von Werkstück-Geometriedaten (z. B. Verläufe von Umfangslinien) in einem Schneidplan, insbesondere in Bezug zu einer vorgegebenen Soll-Lage einer Materialta fel, hinterlegt.
Nach Abschluss des Schneidvorgangs wird die Palette 7 aus der Tafelschneideinheit 3 diesmal entgegen der Paletten-Einfuhrrichtung 6 herausgefahren und einem Absortierer zum Absortie ren des Schnittguts bereitgestellt. Das Schnittgut umfasst z. B. verschieden geformte Blechtei le (hierin auch als Werkstücke bezeichnet). Üblicherweise liegen nach dem Schneidvorgang die geschnittenen Werkstücke als Schnittgut in der Form des ursprünglichen Flachmaterials auf der Palette 7 und sind (noch) als bearbeitete Materialtafel entsprechend plattenförmig zu einander angeordnet. Die Werkstücke sind von einem sogenannten Restgitter, d. h., dem Ma terial der Tafel, das nicht für Werkstücke genutzt werden konnte, umgeben. Die Werkstücke können über Mikrojoints noch mit dem Restgitter verbunden sein, um z. B. ein Verkippen der Werkstücke beim Transport auf der Palette 7 zu verhindern.
Sowohl die Lage der Materialtafel 9 auf der Palette 7 als auch die Lagen der ausgeschnittenen Werkstücke im Bereich der Materialtafel 9 nach dem Schneidvorgang stellen geometrische Strukturdaten dar. Diese Strukturdaten umfassen insbesondere einen Verlauf von Umfangsli nien der Materialtafel 9 und/oder der geschnittenen Werkstücke in Bezug zu einem Koordina tensystem der Palette 7 oder allgemein der Laserflachbettmaschine 1. Die Strukturdaten der Materialtafel 9 und die Strukturdaten der Werkstücke können zum einen zur Durchführung des Schneidvorgangs mit der Laserflachbettmaschine 1 als auch für die Weiterverarbeitung der geschnittenen Werkstücke ausgewertet und genutzt werden.
Zum Erfassen der Strukturdaten ist eine Kamera 15 an der Tafelschneideinheit 3 angebracht. Die Kamera 15 ist Teil eines Tafelerfassungssystems 17, das zusätzlich eine Lagerungseinheit (in Fig. 1 A den Palettenwechsler 5) umfasst, wobei die Lagerungseinheit einen Ablagebereich ausbildet, der eine plane Lagerungsfläche zur Lagerung einer Materialtafel ausbildet. Das Ta felerfassungssystems 17 wird gemäß den hierin offenbarten Konzepten für die Gewinnung von möglichst verzeichnungsarmen geometrischen Strukturdaten eingesetzt. Dazu weist die Kamera 15 beispielsweise ein Shift-Objektiv oder ein Tilt-und-Shift-Objektiv auf.
Wie in Fig. 1A gezeigt ist die Kamera 15 in einer zentralen Position bezüglich des Paletten wechslers 5 beispielhaft an einer Gehäusewand (einem Gehäuseabschnitt) der Tafelschneidei nheit 3 angebracht, wobei die Tafel Schneideinheit 3 insbesondere eine an die Lagerungsflä che angrenzende Struktur ausbildet. Dadurch ist die Kamera 15 derart angeordnet, dass ein Raum über der Lagerungsfläche (d. h. der Belade- und/oder Entnahme-Raum oberhalb der Lagerungsfläche) als Zugangsraum zur Lagerungsfläche freigehalten ist. Die Kamera 15 er möglicht eine bildgebende Erfassung der Lagerungsfläche der in der Palettenposition 5 A be findlichen Palette 7 und erlaubt es so, eine Aufnahme des Ablagebereichs der Palette 7 zu erzeugen. Schematisch erkennt man an der Unterseite der Kamera 15 eine Objektivöffnung 15‘ (gestrichelt dargestellt). Die Kamera 15 ist mit der Steuerungseinheit 13 der Laserflach bettmaschine 1 verbunden und übermittelt dieser die Bilddaten der erzeugten Aufnahmen. In der Steuerungseinheit 13 kann eine Bildverarbeitung der Bilddaten hinsichtlich der Geometrie der Materialtafel 9 und/oder des Schnittguts durchgeführt werden. Insbesondere können in der Steuerungseinheit geometrische Strukturdaten aus den Bilddaten der Aufnahme extrahiert werden.
Weitere Anwendungsorte für das hierin vorgestellte Konzept eines Tafelerfassungssystems sind Bearbeitungspositionen bei Metallflachbettmaschinen. So zeigt Fig. 1B eine Darstellung eines beispielhaften Absortierarbeitsplatzes eines Fertigungssystems 21. Das Fertigungssys tem 21 umfasst eine Flachbettwerkzeugmaschine 23 zum Erzeugen von Werkstücken. Die Flachbettwerkzeugmaschine 23 kann ebenfalls als Laserflachbettmaschine oder alternativ zum Beispiel als Stanzmaschine ausgebildet sein.
Das Fertigungssystem 21 umfasst ferner eine Fördereinrichtung 25. Bei dem Fertigungssystem 21 wurde das Schnittgut maschinell oder manuell auf die Fördereinrichtung 25 umgelagert
und mit dieser weiteren Bearbeitungsschritten (beispielsweise einer Teilevereinzelung) zuge führt. Beim Transport zum nächsten Bearbeitungsschritt behält das Schnittgut möglichst die plattenförmige Anordnung bei.
In Fig. 1B wird die Fördereinrichtung 25 schematisch als Förderbandsystem gezeigt. Es um fasst ein umlaufendes Förderband 25A, auf dem als Schnittgut geschnittene Werkstücke 27A, 27B, 27C in Restgittern 29 angedeutet sind. Die Werkstücke 27A, 27B, 27C liegen noch in einer plattenförmigen Anordnung vor und werden zu einer Ab sorti erstelle 31 transportiert. Üblicherweise stellt eine Lichtschranke sicher, dass die Werkstücke 27A, 27B, 27C nicht über den Wendepunkt des umlaufenden Förderbands 25A geführt werden. Zusätzlich kann der An trieb des Förderbands 25A von einem Werker 33 manuell über einen Schalter 35 angesteuert werden.
Die vorderen Werkstücke 27A der plattenförmigen Anordnung liegen in Reichweite des Wer kers 33, sodass dieser an der Absortierstelle 31 Zugriff auf eine beschränkte Anzahl von Werkstücken, hier die Werkstücke 27A der ersten Reihe, hat. Der Werker 33 kann diese Werkstücke 27A greifen und Ablageorten A, B, C, D zusortieren, die beispielsweise auf einer Ablagefläche eines Transportwagens 37 vorgesehen sind und zu entsprechenden Aufträgen und/oder nachfolgenden Bearbeitungsschritten gehören. Entsprechend nimmt der Werker 33 die Werkstücke 27A vom Förderband 25A auf, entfernt eventuell Mikrojoints und ordnet die Werkstücke 27A den jeweiligen Aufträgen zu, indem er sie auf den Ablageorten A, B, C, D ablegt.
Gemäß den hierin offenbarten Konzepten kann der Ab sortiervorgang zur Erleichterung eines korrekten Absortierens durch Anzeigen von z. B. Werkstück-Darstellungen und Auftragsin formation auf z. B. einem Monitor 39 unterstützt werden. Beispielsweise können hierfür in der Steuerungseinheit 13 Werkstück-Darstellungen 41 A und optional Auftragsinformation 41B digital abgelegt werden. Hierzu wird der Monitor 39 von der Steuerungseinheit 13 über eine Signalleitung Sm angesteuert. Beispielsweise ist in der Anordnung der Fig. 1B der Monitor 39 über dem Förderband 25 A positioniert. Er erstreckt sich bevorzugt über die Breite des Förder bands 25A. Über die Signalleitung Sm können Absortiersignale, die aus den Bilddaten der Aufnahmen der Kamera in der Steuerungseinheit gewonnen wurden, an den Werker 33 ausge geben werden, die am Monitor dargestellt werden. Alternative Absortiersignale können z. B. akustisch ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich können Steuerungssignals Sw für
einen Bearbeitungsprozess an die Werkzeugmaschineneinheit abgegeben werden, beispiels weise zur Ausrichtung der Schneidkonturen des Bearbeitungsplans an die erfasste Lage der Materialtafel 9.
Um dem Werker 33 entsprechende Informationen anzeigen zu können, ist es notwendig, dass in der Steuerungseinheit 13 Information über die dem Werker 33 gerade zugeführten Werk stücke korrekt ausgegeben werden kann. Hierzu kann eine Kamera 15 oberhalb des umlaufen den Förderbands 25A vorgesehen werden, um die Anordnung von ausgegebenen Werkstücken digital zu erfassen. Die Kamera 15 umfasst beispielsweise ein Shift-Objektiv oder ein Tilt- und-Shift-Obj ektiv.
In Fig. 1B ist angedeutet, dass die Kamera 15 an die Steuerungseinheit 13 Bildinformationen über eine Signalleitung Sk ausgibt, die von der Steuerungseinheit 13 mit Bildverarbeitungsal gorithmen ausgewertet werden kann. In Fig. 1B ist auf dem Monitor 39 schematisch die vor derste Reihe von Werkstücken 27A in Form von in der Steuerungseinheit 13 abgelegten Werkstück-Bilddaten (Werkstück-Darstellungen 41A) angezeigt. Zusätzlich zu den dargestell ten Werkstück-Bilddaten der Werkstücke 27A können zu den jeweiligen Werkstücken gehö rende Auftragsinformationen 41B z. B. oberhalb einer jeden der Werkstück-Darstellungen gezeigt werden.
Fig. 2A zeigt eine Ansicht 43 auf eine Lagerungsfläche einer Palette 7‘ eines Palettenwechs lers 5‘ unter einem Blickwinkel schräg von oben, wie er z. B. für die Kamera 15 der Fig. 1A hinsichtlich der Aufnahmerichtung auf den Palettenwechsler 5 vorliegt. Im Ablagebereich der Palette 7‘ wurden zwei Materialtafeln 9A, 9B abgelegt. Fig. 1 A verdeutlicht die Perspektive der Ansicht anhand zusammenlaufender Umfangslinien der Materialtafeln 9A, 9B sowie der Palette 7‘, auf der die Materialtafeln 9A, 9B liegen. Ebenso laufen die an sich parallelen lan gen Seitenabschnitte des Palettenrahmens aufeinander zu. Eine Kamera mit einem konventio nellen Objektiv würde eine Aufnahme mit entsprechenden, perspektivisch verzeichneten For men erzeugen, indem das konventionelle Objektiv die Formen der Materialtafeln gemäß Fig.
1 A auf den Kamerasensor abbildet. Für ein verzeichnungsreduziertes Bild müssen Bildverar beitungsalgorithmen dann die perspektivischen Verzerrungen aus den Bilddaten herausrech nen oder anhand von entsprechender Skalierung/Eichung bei der weiteren Bildverarbeitung berücksichtigen.
Fig. 2B zeigt eine Kamera-Aufnahme 45 der in Fig. 2A dargestellten Lagerungsfläche, wie sie erfindungsgemäß beispielsweise mit einem Shift-Objektiv oder einem Tilt-und-Shift-Objektiv erzeugt werden kann. Dabei sind das Shift-Objektiv oder das Tilt-und-Shift-Objektiv derart eingestellt, dass sich eine verzeichnungsausgleichende Abbildung der Auflagefläche auf dem Kamerasensor ergibt, sodass die wahren Formen (rechteckige Form) der Materialtafeln 9A,
9B und der Palette 7‘ in der Aufnahme 45 zu erkennen sind. Überdies kann eine Schärfe der Abbildung mit einem Tilt- Shift-Objektiv gleichmäßig entlang der Lagerungsfläche eingestellt werden.
Es ist offensichtlich, dass die in Fig. 2B gezeigte Aufnahme 45 die Bildverarbeitung verein facht, sodass leichter geometrische Strukturdaten von Materialtafeln und/oder von Schnittgut gewonnen werden können.
Die verzeichnungsausgleichende Abbildung mit einem Shift-Objektiv oder einem Tilt-und- Shift-Objektiv ist bevorzugt verzeichnungsfrei; d. h., die Geometrie einer abgebildeten Mate rialplatte oder eines plattenförmigen Werkstücks in der Ebene des Kamerasensors entspricht der realen Geometrie in der Lagerungsfläche.
In Fig. 2B erkennt man zusätzlich zu den die Materialtafeln 9A, 9B wiedergebenden Recht ecken ein verzeichnungsfrei abgebildetes Schachbrettmuster 46, wie es beispielsweise zur Kalibrierung einer Kamera mit einem Shift-Objektiv oder einem Tilt-und-Shift-Objektiv ein gesetzt werden kann. Das Schachbrettmuster 46 zeigt wieder das gleichmäßige Pixel-zu- Millimeter-Verhältnis im Bereich der abgebildeten Lagerungsfläche.
Im Rahmen dieser Offenbarung bezieht sich verzeichnungsausgleichend und verzeichnungs frei insbesondere auf den Vergleich mit einer perspektivisch bedingten Verzeichnung einer Aufnahme mit einem konventionellen Kameraobjektiv. Derartige (perspektivische) Verzeich nungen sind insbesondere durch den zunehmenden Abstand von Objekten/abgebildeten Berei chen von der Kamera bedingt.
Der variierende Abstand beeinflusst ferner die Schärfe von Aufnahmen mit konventionellen Objektiven. Zwar kann über die Blendeneinstellung zumindest teilweise eine vergleichbare Tiefenschärfe bewirkt werden, jedoch ist der Umfang der Tiefenschärfe insbesondere in den geometrischen Anordnungen einer bezüglich einer Palette am Rand angeordneten Kamera
nicht ausreichend. Im Unterschied hierzu ermöglichen ein Shift-Objektiv und besonders ein Tilt-und-Shift-Objektiv, dass der Ablagebereich mit einer entlang der Lagerungsfläche ver gleichbaren Schärfe aufgenommen wird.
Die Figuren 3 A und 3B verdeutlichen schematisch Konfigurationen von Tafelerfassungssys temen 45 A, 45B, deren Kamerasysteme 47, 49 mit einer Shift-Objektiv- Anordnung (Fig. 3A) bzw. einer Tilt-und-Shift-Objektiv- Anordnung (Fig. 3B) eine Lagerungsfläche 51 erfassen. Auf der Lagerungsfläche 51 liegen während des Betriebs einer Flachbettwerkzeugmaschine, bei der die Tafelerfassungssysteme eingesetzt werden, im Wesentlichen zweidimensionale Materialtafeln zur Bearbeitung oder bearbeitete (plattenförmige) Objekte. Die Objektiv- Anordnungen bilden die Lagerungsfläche 51 jeweils auf einen Kamerasensor 53 ab, der eine entsprechende digitale Aufnahme (siehe Fig. 3C) des erfassten Ablagebereichs der Lagerungs fläche 51 erzeugt.
Aus der digitalen Aufnahme können dann geometrische Strukturdaten gewonnen werden, bei spielsweise der Verlauf einer Umfangslinie einer Materialtafel oder eines Werkstücks in der Lagerungsfläche. Die Umfangslinie kann z. B. aus einem Konturverlauf um einen Bereich einheitlicher Bildinformation abgeleitet werden, wenn ein abgebildetes plattenförmiges Mate rial durch eine gleichmäßige Oberfläche gekennzeichnet ist.
Die in den Figuren 3 A und 3B dargestellten schematischen Schnittdarstellungen durch die Kamerasysteme 47, 49 zeigen jeweils den Kamerasensor 53, der eine Bildebene 53A definiert, und eine Linse 55, die stellvertretend für ein schematisiertes Objektiv steht und zwischen dem Kamerasensor 53 und der Objektivöffnung 15‘ angeordnet ist. Der Linse 55 ist eine Objektiv ebene 55A zugeordnet. Die Lagerungsfläche 51 stellt eine Objektebene 51 A dar. In den Schnittdarstellungen der Figuren 3A und 3B erkennt man jeweils die Lagen und Ausrichtun gen von Objektebene 51A, Bildebene 53 A und Objektivebene 55A.
Zur Verdeutlichung des optischen Effekts der Objektiv- Anordnungen zeigt Fig. 3C eine im Wesentlichen verzeichnungsfreie Aufnahme 57 eines Ablagebereichs 51 A die Aufnahme 57 zeigt mehrere plattenförmige und aus einer Materialtafel geschnittene Werkstücke 59A, 59B. Die Aufnahme 57 kann mit den Tafelerfassungssy Sternen 45A, 45B erzeugt werden, wobei die Bildschärfe entlang der Paletten-Einfuhrrichtung 6 variieren kann. Dies wird durch die gestri chelt dargestellten Umfangslinien der Werkstücke 59B verdeutlicht, die beispielsweise bei
einer reinen Shift-Objektiv- Anordnung (Fig. 3A) nicht so scharf abgebildet werden, wie die Werkstücke 59A.
Zur Erläuterung einer Shift-Objektiv- Anordnung bei einer Flachbettwerkzeugmaschine zum Schneiden von Blechteilen zeigt Fig. 3A schematisch einen Schnitt entlang der Paletten- Einfuhrrichtung 6 eines Palettensystems der Flachbettwerkzeugmaschine (siehe Fig. 1A). Wie in Fig. 1A ist das Kamerasystem 47 oberhalb der Lagerungsfläche 51 an der Tafelschneidein heit 3 angebracht. Insbesondere ist das Kamerasystem 47 in einem Abstand zu Lagerungsflä che und zwar oberhalb eines Randbereichs des Ablagebereichs der Lagerungsfläche 51 ange ordnet ist.
Die Objektiv- Anordnung ist derart ausgelegt, dass die gesamte Lagerungsfläche 51, zumindest aber der Ablagebereich auf einer Palette, auf dem Kamerasensor 53 abgebildet werden kann (Abbildungslinien 60). Dabei erstreckt sich der Kamerasensor 53 in einer Ebene und definiert so die Bildebene 53 A. Die Bildebene 53 A erstreckt sich parallel zur Objektebene 51 A und zur Objektivebene 55A.
Fig. 3A zeigt weiter eine orthogonal zur Bildebene 53A und durch die Mitte des Kamera sensors 53 verlaufende optische Achse 63, eine orthogonal zur Linsenebene 55A und durch die Mitte der Linse 55 verlaufende optische Achse 65 und eine orthogonal zur Objektebene 51 A und durch einen Mittelpunkt 61 A der Lagerungsfläche 51 verlaufende optische Achse 61.
Bei einer konventionellen Kamera fallen die optische Achse 63 und die optische Achse 65 zusammen und sind üblicherweise auf den Mittelpunkt 61 A der Lagerungsfläche 51 (allge mein auf den gewünschten Bildmittelpunkt) ausgerichtet.
In der Shift-Objektiv- Anordnung der Fig. 3A sind nun die optische Achse 63 und die optische Achse 65 entlang der Paletten-Einfuhrrichtung 6 verschoben. D. h., die Objektivlinse 55 ist in der Objektivebene 55A von einer Position auf Höhe der optischen Achse 63 des Kamera sensors 53 in Richtung der Lagerungsflächenmitte (Mittelpunkt 61 A der Lagerungsfläche 51) der Lagerungsfläche verschoben ist. Diese Verschiebung (Shift S) kann derart eingestellt wer den, dass die durch die Perspektive ohne Shift hervorgerufenen stürzenden (in der Ferne auf einander zulaufenden) Linien entzerrt (parallelisiert) werden. Ein Ausgleich der perspektivi schen Verzeichnung/Verzerrung kann somit durch Einstellung des Shifts bewirkt werden. So
kann trotz der bzgl. des Mittelpunkts 61 A versetzten Anordnung des Kamerasystems 47 (der durch die Objektivöffnung 15‘ verlaufenden optischen Achse 65) eine verzeichnungsausglei chende Abbildung der Lagerungsfläche 51 auf den Kamerasensor umgesetzt werden und der Raum oberhalb der Lagerungsfläche 51 frei von optischen Komponenten gehalten werden.
Fig. 3B zeigt schematisch den Schnitt durch eine Tilt-und-Shift-Objektiv- Anordnung. Die Ebene des Kamerasensors 53 verläuft unter einem Winkel a zur Lagerungsfläche 51, sodass die Bildebene 53 A zur Objektebene 51 A gekippt ist. (Beispielhaft ist ein Winkel a von 90° gezeigt.) Ferner ist die Linse 55 unter einem Winkel ß zur Ebene des Kamerasensors 53 ge kippt. Bevorzugt erfüllen die Objektebene 51A, die Bildebene 53 A und die Objektivebene 55 A die Scheimpflug-Bedingung und schneiden sich in einer gemeinsamen Geraden G, die sich in Fig. 3C senkrecht zur Zeichenebene erstreckt. Ist dies der Fall, können die Winkel a und ß so gewählt werden, dass neben der verzeichnungsfreien Abbildung zusätzlich eine gleichmäßige Schärfe entlang der Lagerungsfläche 51 in der erzeugten Aufnahme gegeben ist. D. h., die Objektebene 51 A wird durchgehend scharf (mit einer vergleichbaren Schärfe) auf die Bildebene 53 A abgebildet, da die Schärfeebene der Tilt-und-Shift-Objektiv- Anordnung im Wesentlichen entlang der Lagerungsfläche (51) verläuft.
Alternativ zur Befestigung der Kamera an einem Gehäuseabschnitt der Tafelschneideinheit kann beispielsweise für einen (zum Beispiel freistehenden oder auf einem Förderband basierenden) Absortiertisch eine eigene Halterung für die Kamera vorgesehen sein. Der Ab sortiertisch kann beispielsweise ähnlich dem Palettenwechsler als Ablage für eine Palette aus gebildet sein.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenba rung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der bean spruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.
Claims
1. Tafelerfassungssystem (17, 45A, 45B) für eine Flachbettwerkzeugmaschine (1), die insbesondere zum Schneiden von Blechteilen ausgebildet ist, wobei das Tafelerfassungssys tem (17, 45A, 45B) ausgelegt ist zum Erfassen von geometrischen Strukturdaten einer bear beiteten oder zu bearbeitenden Materialtafel (9), mit: einer Lagerungseinheit mit einem Ablagebereich (51A), der eine plane Lagerungsflä che (51) zur Lagerung einer Materialtafel (9), insbesondere mit geschnittenen Werkstücken (59A, 59B), ausbildet, und einer Kamera (15) mit einem Objektiv und einem Kamerasensor (53) zur Erzeugung einer Aufnahme (57) des Ablagebereichs (51A), wobei das Objektiv als Shift-Objektiv- Anordnung ausgebildet ist, das zum Aufnehmen des Ablagebereichs (51A) eingestellt ist.
2. Tafel erfassungssystem (17, 45 A, 45B) nach Anspruch 1, wobei der Kamerasensor (53) sich in einer Bildebene (53 A) erstreckt, die parallel zu einer durch die Lagerungsfläche (51) definierten Objektebene (51A) ist, und/oder wobei die Kamera (15) in einem Abstand zur Lagerungsfläche (51) in einem Randbe reich des Ablagebereichs (51A) angeordnet ist und/oder wobei die Aufnahme (57) des Ablagebereichs (51A) den Ablagebereich (51A) ver zeichnungsausgleichend, und insbesondere verzeichnungsfrei, darstellt.
3. Tafel erfassungssystem (17, 45 A, 45B) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Shift- Objektiv eine Objektivlinse (55) umfasst, die in einer Objektivebene (55A) von einer Position auf Höhe einer optischen Achse (63) des Kamerasensors (53) in Richtung einer Lagerungsflä chenmitte (61 A) der Lagerungsfläche (51) verschoben ist.
4. Tafel erfassungssystem (17, 45 A, 45B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Shift-Objektiv ferner als Tilt-und-Shift-Objektiv-Anordnung ausgebildet ist, dessen Schärfeebene im Wesentlichen entlang der Lagerungsfläche (51) verläuft, und wobei optional der Ablagebereich (51A) mit einer entlang der Lagerungsfläche (51) vergleichbaren Schärfe aufgenommen wird.
5. Tafel erfassungssystem (17, 45 A, 45B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kamera (15) derart angeordnet ist, dass ein Raum über der Lagerungsfläche (51) als Zugangsraum zur Lagerungsfläche (51) freigehalten ist, und wobei die Kamera (15) optional an einem Gehäuseabschnitt einer an die Lagerungsfläche (51) angrenzenden Struktur, insbesondere an einer Halterung oder an einem Gehäusewandab schnitt, angeordnet ist.
6. Tafel erfassungssystem (17, 45 A, 45B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Objektiv eine Objektivlinse (55) umfasst und eine Verschiebung (S) der Objektiv linse (55) von einer Position auf Höhe einer optischen Achse (63) des Kamerasensors (53) derart ist, dass eine durch eine perspektivisch bedingte Variation der Objektauflösung beding te Verzeichnung kompensiert ist, und wobei der Kamerasensor (53) optional ein Pixel-basierter digitaler Detektor ist und ein Pixel-zu-Millimeter-Verhältnis im Bereich der Lagerungsfläche (51) gleichmäßig ist.
7. Tafel erfassungssystem (17, 45 A, 45B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagerungseinheit (51) als Palettenwechsler (5) ausgebildet ist und die Lagerungs fläche (51) durch die Auflagefläche einer Palette (7) des Palettenwechslers (5) gebildet wird, oder wobei die Lagerungseinheit (51) als Absortiertisch ausgebildet ist und die Lagerungs fläche (51) durch eine Auflagefläche des Absortiertischs und optional durch ein umlaufendes Förderband (25 A) gebildet wird.
8. Flachbettwerkzeugmaschine (1) mit: einem Tafel erfassungssystem (17, 45A, 45B) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, die eine Lagerungseinheit mit einem Ablagebereich (51A) und eine Kamera (15) umfasst, und einer Werkzeugmaschineneinheit (3) mit einem Gehäusewandab schnitt, wobei die Werkzeugmaschineneinheit (3) mit dem Gehäusewandabschnitt an einem Abschnitt eines Randbereichs des Ablagebereichs (51A) angeordnet ist und die Kamera (15) am Gehäusewandabschnitt derart angeordnet ist, dass ein Belade- und/oder Entnahme-Raum oberhalb der Lagerungsfläche (51) als Zugangsraum zur Lage rungsfläche (51) freigehalten ist.
9. Flachbettwerkzeugmaschine (1) nach Anspruch 8, ferner mit einer Steuerungseinheit (13), die Bilddaten der Aufnahmen der Kamera (15) zur Er zeugung eines Steuerungssignals (Sw) an die Werkzeugmaschineneinheit (3) oder zur Erzeu gung eines Absortiersignals an einen Werker (33) verarbeitet, und/oder wobei die Flachbettwerkzeugmaschine (1) eine Laserflachbettmaschine zum Aus schneiden von Werkstücken (59A, 59B) aus einem tafelförmigen Material (9) mit einem La serstrahl ist.
10. Verfahren zum Bereitstellen von geometrischen Strukturdaten einer mit einer Flach bettwerkzeugmaschine (1) zu bearbeitenden oder bearbeiteten Materialtafel (9), die auf einem Ablagebereich (51A) einer Lagerungseinheit (51) abgelegt ist, wobei die Strukturdaten optio nal für die Planung, Durchführung oder Unterstützung von Bearbeitungsprozessen wie einem Laserschneidvorgang oder einer Teilevereinzelung vorgesehen sind, mit den Schritten:
Aufnehmen einer Aufnahme (57) des Ablagebereichs (51A) mit der darauf abgelegten zu bearbeitenden oder bearbeiteten Materialtafel (9) mit einem Shift-Objektiv oder einem Tilt- und-Shift-Objektiv zur Erzeugung einer Aufnahme (57) der zu bearbeitenden oder bearbeite ten Materialtafel (9),
Ausgeben von Bilddaten der Aufnahme (57) an eine Steuerungseinheit (13) der Flach bettwerkzeugmaschine (1) und
Extrahieren von geometrischen Strukturdaten in der Steuerungseinheit (13) aus den Bilddaten der Aufnahme (57) und optional Erzeugen eines Steuerungssignals (Sw) für einen Bearbeitungsprozess und/oder eines Absortiersignals (Sm) für einen Werker (33).
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