DE4028981A1 - Verfahren und einrichtung zum positionieren von werkstuecken - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Positionieren von zwei oder mehr Werkstücken über- und/oder nebeneinander vor Verarbeitungsmaschinen, vorzugsweise zum Superpositonieren von textilen Zuschnitteilen vor Klebe­ pressen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Aus der DE-OS 36 26 354 ist ein Verfahren bekannt, durch welches Risse und Ablösungen in Beton durch ein Wärmebildsystem sicht­ bar gemacht werden. Das geschieht, indem die Betonteile mit einem definierten Wärmestrom beaufschlagt werden und auf der anderen Seite der ankommende Wärmestrom mit einem Infrarot- Thermovisionssystem aufgezeichnet wird.

Aus der EP 1 15 573 ist ein Verfahren zur Fehlererkennung in textilen Flächengebilden bekannt, bei dem ein Kanten- bzw. Liniendetektionsverfahren unter Zuhilfenahme einer Bild­ filterung angewendet wird. Das Ausgangssignal des Filters wird aus der Differenz zwischen den beiden über je einen Schlitz der Filtermaske ermittelten Leuchtstärkewerten ge­ bildet.

Beide Verfahren haben den Nachteil, daß sie zur Kontur- und Lageerkennung von textilen Zuschnitteilen ungeeignet sind, da die Kontraste zwischen Unterlage und Zuschnitteil unab­ hängig von Muster, Farbe und Lichtverhältnissen deutlich erkennbar sein müssen.

Außerdem ist es aus der Praxis bekannt, textile Zuschnitt­ teile mit einer Matrix- oder Zeilenkamera im sichtbaren Bereich zu erkennen. Dabei ist es notwendig, in Abhängig­ keit von der Farbtiefe im Auflicht- oder Durchlichtver­ fahren zu arbeiten. Diesen Kameras können mit digitalem Bild­ verarbeitungssystem gesteuerte Roboter zugeordnet werden.

Das hat den Nachteil, daß alle Veränderungen der Lichtver­ hältnisse am Arbeitsplatz sich nachteilig auf die Kontur- und Lageerkennung der Teile auswirken. Außerdem müssen bei gleichzeitigem Erkennen von hellen und dunklen Teilen das Auflicht- und Durchlichtverfahren gleichzeitig angewendet werden. Das ist technisch sehr aufwendig und nur bedingt lösbar. Außerdem können durchscheinende Werkstücke nicht sicher erkannt werden. Schwarz-weiß gemusterte oder schwarze oder weiße oder andere große Abweichungen in der Farbtiefe aufweisende Werkstücke sind nicht gleichzeitig erkennbar.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, das Positionieren von Werkstücken automatisiert bei geringem Platzbedarf und minimalem Zeitauf­ wand durchzuführen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unabhängig von Muster und Farbe der Werkstücke sowie den Lichtverhält­ nissen eine fehlerfreie Positionierung von zwei oder mehr Werkstücken vorzunehmen, insbesondere schwarz/weiß gemusterte oder schwarze und weiße textile Zuschnitteile gleichzeitig störungsfrei zu positionieren bzw. zu superpositionieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Bild der Werkstücke durch zwei Varianten unter Verwendung einer CCD-Matrix-Kamera erkannt wird. Bei beiden Varianten werden zwei oder mehrere Werkstücke einzeln und nebeneinander grob positioniert auf einem Tisch abgelegt. Bei der ersten Variante besteht zwischen dem Tisch und dem jeweiligen Werk­ stück eine Temperaturdifferenz, die vorteilhafterweise ca. 10°C beträgt. Um diese Temperaturdifferenz zu erreichen, wird der Tisch entweder gekühlt oder erwärmt, und die Werkstücke haben Raumtemperatur. Der gekühlte Tisch besitzt eine dunkle, matte Oberfläche; wird der Tisch erwärmt, so ist seine Ober­ fläche hell und ebenfalls matt. Bei einer anderen Ausführung werden die Werkstücke gekühlt oder erwärmt, und der Tisch besitzt Raumtemperatur.

Kommt ein gekühlter Tisch zum Einsatz, so entsteht durch Kondensation Feuchtigkeit, die sich auf manche Arbeitsgänge sehr positiv auswirkt, z. B. bei der Ableitung von elektro­ statischer Aufladung u. ä.

Über dem Tisch befindet sich eine Matrix- oder Zeilenkamera, die im Infrarotbereich arbeitet und mit einem Rechner ge­ koppelt ist. Der Spektralbereich des sichtbaren Lichtes wird herausgefiltert.

Bei der anderen Variante der Bilderkennung erzeugt das recht­ winklig im Durchlichtverfahren auf die Werkstücke aufgebrachte sichtbare oder unsichtbare Licht auf der darunter befindlichen Abbildungsebene ein kongruentes oder ähnliches, sichtbares oder unsichtbares Schattenbild.

Das Schattenbild geht durch die Abbildungsebene hindurch und durch die Diffusionswirkung der Abbildungsebene entsteht ein in seinen harten Strukturen aufgelöstes Schattenbild, das zu einer CCD-Matrix-Kamera gelangt. Damit wird erreicht, daß strichförmige Schatten, die sich störend auf die Bildverarbei­ tung im Rechner auswirken, verschwinden und die Kamera ein binarisierungsfähiges Bild aufnimmt. Abstehende Fäden an den Schnittkanten der Zuschnitteile sowie strichförmige Markie­ rungen auf der Platte, auf die die Zuschnitteile aufgelegt werden, werden von der CCD-Matrix-Kamera nicht mehr erfaßt.

Die Kamera erkennt die bereits vereinzelt auf dem Tisch lie­ genden Werkstücke als Lagebild. Die Ist-Kontur und -Lage werden mit einer bereits im Rechner vorhandenen Soll-Kontur verglichen sowie auch deren Soll-Lage. Aus dem Vergleich werden Steuersignale zu einem Roboterarm gegeben, der über eine Greifer­ platte alle auf dem Tisch befindlichen Werkstücke zum Ablagetisch der Verarbeitungsmaschine transportiert und positioniert und/ oder superpositioniert.

Dazu werden an der Greiferplatte befindliche Greifer durch die Kamera automatisch oder von Hand entsprechend dem Lage­ bild auf dem Tisch aktiviert. Der die Greiferplatte halternde Roboterarm ist frei programmierbar.

Die auf dem Tisch befindlichen Werkstücke werden durch die aktivierten Greifer erfaßt, vom Tisch abgehoben und auf dem Ablagetisch vor der Verarbeitungsmaschine abgelegt, derart, daß erst ein Werkstück abgelegt wird, das zweite darauf posi­ tioniert/superpositioniert wird, dann das dritte, das vierte usw. Nach diesem Verfahren werden so viele Werkstücke posi­ tioniert/superpositioniert abgelegt, wie gleichzeitig von der Greiferplatte vom Tisch aufgenommen wurden. Die Greifer­ platte führt dabei nur einmal die Bewegung vom Tisch zum Ab­ lagetisch aus.

Wird auf diese Weise mittels der Kamera eine Konturabweichung eines oder mehrerer Teile erkannt, so wird entweder das gesamte Lagebild oder das fehlerhafte Teil ausgesondert.

Zur Durchführung des Verfahrens nach der Schattenbilderkennung ist im oberen Bereich eines geschlossenen Gehäuses, das eine matte Innenseite besitzt, die vorzugsweise dunkel ist, eine aus durchscheinendem homogenem Material bestehende Abbildungsebene angebracht. Im definierten Abstand zur Abbildungsebene befindet sich über ihr eine durchsichtige gefärbte oder nicht gefärbte Platte, die das Gehäuse oben abschließt. Die gefärbte durch­ sichtige Platte wirkt gleichzeitig als Filter. Platte und Ab­ bildungsebene sind planparallel zueinander angeordnet. Das Licht wird rechtwinklig auf die Platte aufgebracht, wobei diese vorzugsweise horizontal angeordnet ist.

Der Abstand der Platte zur Abbildungsebene ist eine Funktion der Diffusionswirkung der Abbildungsebene und der Divergenz der Lichtstrahlen.

Die Abbildungsebene ist eine Glas- oder durchsichtige Kunst­ stoffplatte, auf deren der Platte abgewandten Seite eine helle Farbpigmentschicht oder Kristalle oder eine durchscheinende Folie aufgebracht ist, oder diese Seite ist aufgerauht, oder die gesamte Abbildungsebene besteht aus einer durchscheinenden homogenen Mischung.

Zusätzlich ist es möglich, auf die Abbildungsebene eine licht­ verstärkende Schicht aufzubringen. Dadurch wird die Kontrast­ wirkung der beleuchteten Fläche der Abbildungsebene wesentlich verstärkt.

In einer Ausführungsvariante ist es möglich, auf der durch­ sichtigen Platte, die die Werkstücke trägt, strichförmige Mar­ kierungen beliebiger Farbgebung, z. B. als Auflegehilfe für die Werkstücke, anzubringen. Durch die Diffusionswirkung der Ab­ bildungsebene werden diese von der CCD-Matrix-Kamera nicht registriert.

In einer weiteren Ausführungsvariante wird zwischen Abbildungs­ ebene und Kamera im Gehäuse eine Fresnellinse angeordnet, wo­ durch eine Fokussierung des Lichtes erfolgt und der Abstand zwischen Kamera und Abbildungsebene reduziert wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 die Draufsicht auf die Anordnung zum Superposi­ tionieren,

Fig. 2 die Ansicht in Richtung X nach Fig. 1,

Fig. 3 die Bilderkennung nach dem Schattenbildprinzip.

Auf einem Ablagetisch 1 sind vier Stapel verschiedener Werk­ stücke 2 nebeneinander angeordnet, die durch textile Zuschnitt­ teile repräsentiert werden. Von diesen Stapeln wird mittels an einer Brücke 3 befindlicher Greifer 4 oder von Hand das jeweils oberste Werkstück 2 abgehoben und auf einem Tisch 5 einzeln grob vorpositioniert abgelegt. Dabei liegen die vier in ihrer Kontur unterschiedlichen Werkstücke 2 nebeneinander. Über dem Tisch 5 ist eine Kamera 6, vorzugsweise eine Matrix- Kamera oder eine Zeilen-Kamera, angeordnet.

Der Tisch 5 z. B. ist hell, matt und wird gekühlt. Die Tisch­ temperatur ist annähernd konstant und liegt vorzugsweise bei 10°C. Die Werkstücke 2 besitzen Raumtemperatur, ca. 20°C. Das sich in diesem Fall auf dem Werkstück 2 bildende Kondens­ wasser wirkt sich positiv auf die Fließfähigkeit des Klebers bei der Weiterverarbeitung aus.

Bei einer anderen Ausführung ist der Tisch 5 dunkel, matt und erwärmt. Die Werkstücke 2 besitzen auch hier Raumtempera­ tur. Es ist auch möglich, die Werkstücke 2 zu erwärmen oder zu kühlen und den Tisch 5 auf Raumtemperatur zu belassen.

Die Temperaturdifferenz zwischen Tisch 5 und Werkstücken 2 muß jedoch ca. 10°C betragen. Bei der Kamera 6 wird der sichtbare Spektralbereich des Lichtes herausgefiltert, so daß sie im Infrarotbereich arbeitet.

Das Kamera-Rechner-System erkennt auf Grund der Temperatur­ differenz zwischen Tisch 5 und Werkstück 2 die Kontur des Werkstückes 2 und vergleicht das Lagebild der Werkstücke 2 auf dem Tisch 5 mit einer im Rechner gespeicherten Soll-Lage. Dabei kommt ein binäres Bildverarbeitungssystem zur Anwendung.

Bei der anderen Ausführungsvariante ist rechtwinklig über einer durchsichtigen dünnen Platte 12 eine Lichtquelle 13 angeordnet. Diese Lichtquelle 13 sendet unsichtbares Licht, vorzugsweise im Infrarotbereich, aus. Es ist auch möglich, sichtbares Licht zu verwenden. Auf der durchsichtigen Platte 12, die vorzugs­ weise horizontal angeordnet ist, befinden sich die Werkstücke 2, deren Kontur erkannt und als binäres Bild gespeichert werden soll. Die Werkstücke 2 sind dünne, durchscheinende oder nicht durchscheinende Teile mit beliebiger Kontur, die bei den gleich­ zeitig auf der Platte 12 befindlichen Werkstücke 2 gleich oder unterschiedlich ist. Außerdem sind die Farbe und die Farbkom­ bination bedeutungslos.

Die durchsichtige Platte 12 ist entweder farblos oder eingefärbt. Eine eingefärbte durchsichtige Platte 12 wirkt gleichzeitig als Filter.

Im Abstand unter der durchsichtigen Platte 12 ist eine Abbildungs­ ebene 14 angeordnet. Es ist möglich, Platte 12 und/oder Abbil­ dungsebene 14 mit strichförmigen Markierungen zu versehen, ohne daß diese das binäre Bild beeinflussen. Platte 12 und Abbildungs­ ebene 14 sind planparallel in einem geschlossenen schwarzen Ge­ häuse 15 angeordnet, wobei die Platte 12 das Gehäuse 15 oben ab­ schließt. In diesem Gehäuse 15 ist unter der Abbildungsebene 14 wahlweise eine Linse 16, vorzugsweise eine Fresnellinse, ange­ ordnet. Diese Linse 16 ist bei großen Werkstücken 2 vorteilhaft. Im Abstand zur Abbildungsebene 14 bzw. zur Linse 16 ist im Ge­ häuse 15 eine Kamera, vorzugsweise eine CCD-Matrix-Kamera 6, angeordnet.

Die Abbildungsebene 14 besteht aus durchscheinendem homogenem Material. Sie ist entweder eine Glas- oder Kunststoffplatte, deren untere Seite z. B. mit hellen Farbpigmenten, einer durchscheinenden Folie oder Kristallen versehen oder aufgerauht ist. Es ist auch möglich, die Glas- oder Kunststoffplatte als homogene Mischung herzustellen.

Bei einer anderen Ausführungsvariante ist erfindungsgemäß die Ab­ bildungsebene 14 an der Unterseite zusätzlich mit einer licht­ verstärkenden Schicht versehen, durch die die Kontrastwirkung der Schattenbildung verstärkt wird.

Der Abstand zwischen Platte 12 und Abbildungsebene 14 ist eine Funktion der Diffusion der Abbildungsebene 14 und der Divergenz der Lichtstrahlen.

Das Licht trifft rechtwinklig auf die mit Werkstücken 2 versehene durchsichtige Platte 12 auf, und auf der Abbildungsebene 14 ent­ steht ein Schattenbild der Werkstücke 2, das den Werkstücken 2 ähnlich ist.

Bei dem unter der Abbildungsebene 14 entstehenden Schattenbild sind durch die Diffusion die harten Strukturen aufgelöst, so daß ein binarisierungsfähiges Schattenbild entsteht. Dieses Schattenbild wird entweder direkt oder durch eine Linse 16 verkleinert von der CDD-Matrix-Kamera 6 aufgenommen und zu einem Bildverarbeitungssystem weitergeleitet.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren der Bilderkennung ist es möglich, unabhängig von Farbe, Musterung und Lichtdurchlässigkeit der Werkstücke 2 zu arbeiten. Das Schattenbild entsteht unab­ hängig von der Farbe oder dem Muster der Zuschnitteile. Damit wird es erstmalig möglich, mit demselben Belichtungsverfahren die extremen Farbtiefen schwarz und weiß sowie schwarz-weiß gemusterte Zuschnitteile zu bearbeiten. Das entstehende Schatten­ bild ist aber auch bei dünnen textilen Zuschnitteilen, z. B. Vlies von ca. 45 g/m² so gut, daß es mit der CCD-Matrix-Kamera 6 und dem zugehörigen Bildverarbeitungssystem gut auswertbar ist.

Die Diffusionswirkung der Abbildungsebene 14 löst die harte Struktur des auf der Abbildungsebene 14 entstehenden Schattens auf. Dadurch werden Markierungen auf der durchsichtigen Platte 12 bzw. abstehende Fäden an den Schnittkanten durch die Abbildungs­ ebene 14 eliminiert, d. h. beim Bildverarbeitungssystem werden strichförmige Schatten nicht mehr registriert.

Die im Rechner ermittelten Abweichungen der Ist-Lage zur Soll- Lage bilden bei beiden Bilderkennungssystemen die Basis für die Steuerung der an einem Roboterarm 7 befindlichen Greifer­ platte 8. Entsprechend der Lage der Werkstücke 2 werden die entsprechenden Greifer an der Greiferplatte 8 aktiviert. Diese greifen gleichzeitig alle auf dem Tisch 5 befindlichen Werkstücke 2. Der Roboterarm 7 verfährt die Greiferplatte 8 mit den Werkstücken 2 zur Ablage 9 der Verarbeitungsmaschine 10, in diesem Falle zu einer Klebepresse. Dort werden die Werkstücke 2 superpositioniert, derart, daß das unten liegende Werkstück 2 zuerst abgelegt wird und nacheinander die anderen Werkstücke 2 darauf positioniert werden. Dabei wird die Greiferplatte 8 vom Rechner in ihrer Ab­ legebewegung gesteuert, so daß daraus minimale Verfahrwege re­ sultieren.

Das Kamera-Rechner-System führt gleichzeitig eine Qualitäts­ kontrolle durch, da fehlerhafte Werkstücke 2, z. B. bedingt durch Zuschnittfehler, umgeschlagene Kanten oder Ecken, Falten u. ä., ausgewiesen werden.

Wird ein Fehler dieser Art erkannt, so hebt die Greiferplatte 8 entweder das fehlerhafte Werkstück 2 oder die gesamte Werkstück­ belegung vom Tisch 5 ab und legt sie auf einer gesonderten Ab­ lage 11 ab.

Die Belegung des Tisches 5 kann je nach Korrektur neu mit Werkstücken 2 erfolgen.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß Fehler der beschrie­ benen Art automatisch erkannt und eliminiert werden, ohne daß Stillstandszeiten auftreten. Es wird ein optimaler technologischer Fluß erreicht.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen für die Erfindung "Verfahren und Einrichtung zum Positionieren von Werkstücken"

1 Ablagetisch
2 Werkstücke
3 Brücke
4 Greifer
5 Tisch
6 CCD-Matrix-Kamera
7 Roboterarm
8 Greiferplatte
9 Ablage
10 Verarbeitungsmaschine
11 Ablage
12 Platte
13 Lichtquelle
14 Abbildungsebene
15 Gehäuse
16 Linse

Claims (11)

1. Verfahren zum Positionieren von Werkstücken, wobei das Werkstück durch Detektoren erkannt und mit einem im Rechner gespeicherten Sollwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Werkstücke mit Raum­ temperatur einzeln und nebeneinander grob positioniert auf einem gekühlten hellen oder erwärmten dunklen Tisch oder erwärmte oder gekühlte Werkstücke auf einem Tisch mit Raumtemperatur abgelegt werden und dort mittels eines CCD-Matrix-Kamera-Rechnersystems, das im Infrarot­ bereich arbeitet, in ihrer Kontur und Lage erkannt werden oder daß von den auf einer durchsichtigen Platte grob positionierten Werkstücken auf der Abbildungsebene ein kongruentes oder ähnliches sichtbares oder unsichtbares Schattenbild gebildet wird, das durch die Abbildungsebene hindurchgeht, und daß das durch die Diffusionswirkung der Abbildungsebene in seinen harten Strukturen aufgelöste Schattenbild zu einer CCD-Matrix-Kamera gelangt und die Werkstücke anschließend durch an einer Greiferplatte be­ findliche entsprechend dem Lagebild der Werkstücke akti­ vierte Greifer erfaßt und zum Ablagetisch transportiert werden und dort entsprechend der gespeicherten Soll-Lage einzeln, nacheinander und über- und/oder nebeneinander positioniert abgelegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Temperaturdifferenz zwischen Tisch und Werk­ stücken von vorzugsweise 10°C gearbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Werkstückwechsel die Greifer über das Kamera- Rechnersystem automatisch oder manuell entsprechend der Teilekontur aktiviert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erkennen von Konturabweichungen eines oder mehrere Werkstücke entweder das gesamte Lagebild oder das fehlerhafte Werkstück ausgesondert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei erhöhtem Feuchtigkeitsbedarf der Werkstücke der Tisch gekühlt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich eines geschlossenen Gehäuses (15) eine aus durchscheinendem homogenem Material bestehende Abbil­ dungsebene (14) und in einem definierten Abstand darüber eine durchsichtige gefärbte oder nicht gefärbte Platte (12), die das Gehäuse (15) oben abschließt, angeordnet sind, wo­ bei Platte (12) und Abbildungsebene (14) zueinander plan­ parallel angeordnet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Platte (12) zur Abbildungsebene (14) eine Funktion der Diffusionswirkung der Abbildungsebene (14) und der Divergenz der Lichtstrahlen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsebene (14) eine Glas- oder durchsichtige Kunst­ stoffplatte ist, auf deren der Platte (12) abgewandten Seite eine helle Farbpigmentschicht oder Kristalle oder eine durch­ sichtige Folie aufgebracht ist, oder diese Seite ist aufge­ rauht, oder die gesamte Abbildungsebene (14) besteht aus einer durchscheinenden homogenen Mischung.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Platte (12) abgewandten Seite der Abbildungsebene (14) zusätzlich eine lichtverstärkende Schicht aufgebracht ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Platte (12) und/oder auf der Abbildungsebene (14) strichförmige Markierungen beliebiger Farbgebung aufgebracht sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Abbildungsebene (14) und an sich bekannter CCD- Matrix-Kamera (6) im Gehäuse (15) eine Fresnellinse ange­ ordnet ist.