DE4243724A1

DE4243724A1 - Verfahren zur Positionierung von Werkstücken

Info

Publication number: DE4243724A1
Application number: DE19924243724
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Ing Tropf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-23
Filing date: 1992-12-23
Publication date: 1994-06-30

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung von Werkstücken in eine Sollposition (translatorisch und/oder rotatorisch), mit Hilfe einer Kamera und eines Bildauswerte systems und einer Positioniereinrichtung.

Die Begriffe "Position" und "Positionierung" umfassen im fol genden stets sowohl Translation als auch Rotation.

Die Positionierung von Werkstücken geschieht i.a. durch eine Bestimmung der Position mittels Bildauswertesystem, und eine anschließende mechanische Verschiebung/Verdrehung entsprechend der so gewonnenen Positionsinformation.

Zur Erkennung und Lokalisierung von Werkstücken existieren sehr viele Vorschläge und auch bereits viele praktische Anwendungen.

Die bekannten Verfahren basieren darauf, ein einzelnes Bild in einer zufällig oder speziell gewählten mechanischen Posi tionierung aufzunehmen (oder wenige Bilder bei unterschied licher Beleuchtung und gleicher Werkstückposition), und aus einer wie auch immer gearteten Analyse dieses Bildes die Lage des Werkstücks herzuleiten.

Die Positions- und Drehlagebestimmung geschieht elektronisch oder softwaremäßig rechnerisch durch Bilddrehung/Bildverschie bung oder durch eine entsprechende Koordinatentransformation auf extrahierte Bildmerkmale (Löcher, Ecken, Kanten . . . ), um die Merkmalspositionen mit zuvor generierten Referenzposi tionen in Übereinstimmung zu bringen.

Große Sorgfalt muß bei praktisch eingesetzten Systemen ent weder für eine geeignete Beleuchtung aufgewendet werden, oder es ist ein immenser Aufwand methodenseitig erforderlich, um bei "Normalbeleuchtung" zu ausreichend robusten Verfahren zu gelangen. Insbesondere die aus dem Bild extrahierten Merkmale sind erfahrungsgemäß starken beleuchtungs- und positionsabhängigen Störungen unterworfen (fehlende Merkmale, unterbrochene Merkmale, verfälschte Merkmalswerte), so daß unter Praxisbedingungen hohe Ansprüche an die Intelligenz des nachgeschalteten Interpretationsverfahrens gestellt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sehr einfaches Verfahren anzugeben, mit dem eine praxistaugliche, robuste Werkstückpositionierung mit wenig aufwendiger Beleuchtung möglich ist. Das Verfahren sollte für eine große Klasse von Werkstücken unverändert einsetzbar sein und geringe Ansprüche an die Handhabung durch das Bedienpersonal stellen.

Erfindungsgemäß wird im Gegensatz zum üblichen Verfahren nicht nur ein Bild aufgenommen, sondern es werden unter Ver drehung und/oder Verschiebung des Werkstücks sehr viele (typisch: 10 . . 100) Bilder aufgenommen. Die Verschiebung/Ver drehung des Bildes geschieht also nicht rechnerisch/elektro nisch, sondern mechanisch. Dies hat den Vorteile daß die beleuchtungs- und positionsabhängigen Effekte mit einge lernt oder kompensiert werden können (s. u.).

In der ersten Ausgestaltung werden diese Bilder alle abgespei chert, zusammen mit der dazugehörigen Lageinformation. Das aktuell zu analysierende Bild wird mit all diesen Bildern verglichen. Die aktuelle Werkstücklage ergibt sich aus der Lageinformation zu dem Bild, das die geringsten Abweichungen vom aktuellen Bild aufweist.

In der zweiten Ausgestaltung wird das Werkstück in der Aus führungsphase mechanisch verdreht und/oder verschoben, und gleichzeitig werden ständig Bilder aufgenommen und mit einem zuvor generierten Referenzbild verglichen. Zum Zeitpunkt der optimalen Übereinstimmung des aktuellen Bildes mit dem Referenzbild stimmt die momentane Werkstücklage mit der Referenzlage überein. Nach Abschluß dieses Vorgangs nimmt die Positioniereinrichtung die Stellung ein, in der die beste Übereinstimmung beim Bildvergleich vorlag.

In spezieller Ausgestaltung wird die erste Ausgestaltung mit der zweiten Ausgestaltung kombiniert, wie in Anspruch 4 beschrieben. Ein Beispiel soll dies verdeutlichen:

Die genaue Drehlagen-Positionierung von runden Teilen, wie z. B. Autorädern, kann in folgenden Schritten geschehen:

Schritt 1 Grob-Positionierung durch Vergleich des aktuellen Bildes mit einer Sammlung von zuvor aufgenommen Referenz bildern, die in verschiedener Drehlage aufgenommen wurden, z. B. in 5-Grad Schritten. Aus der Lageinformation zu dem Bild mit der geringsten Abweichung ergibt sich die grobe Drehlage.

Schritt 2 Mechanisches Zurechtdrehen des Rades. Es ist nun auf ca. 5 Grad genau positioniert.

Schritt 3 Mechanisches Verdrehen des Rades in kleinen Schritten, innerhalb eines Intervalls von ca. 5 Grad, bei gleichzeitiger permanenter Bildaufnahme. Die permanent aufgenommenen Bilder werden mit einem speziellen Referenzbild verglichen. Die Stellung minimaler Abweichung entspricht der Referenzposition.

Grundsätzliche Vorteile des Verfahrens sind:

- Das System arbeitet zuverlässig auch bei inhomogener Beleuch tung; die Inhomogenitäten werden aufgrund der mechanischen Verdrehung - im Gegensatz zu der üblichen rein rechnerischen Verdrehung - mit eingelernt.
- selbst bei rotationssymmetrischen Teilen ergeben sich bei nicht exakt symmetrischer Beleuchtung normalerweise stellungsabhängige Schattierungs- und Reflexionseffekte; diese werden aufgrund der mechanischen Verdrehung mit eingelernt bzw. in der zweiten Ausgestaltung kompensiert.
- allgemeine, positionsabhängige Glanzlicht-Effekte werden mit eingelernt und stören daher das System nicht; eine völlig unsymmetrische Beleuchtung ist möglich.
- Mit ein und demselben, sehr einfachen Bildauswerteverfahren kann eine große Klasse von Werkstücken positioniert werden.

Als spezieller Vorteil der in Anspruch 4 und in obigem Beispiel geschilderten Ausgestaltung wird eine hohe Prozeßgeschwindigkeit (Auswertung relativ weniger Differenzbilder, wobei die Vergleichs bilder vorab erstellt wurden und die schrittweise mechanische Drehung bereits vorher beim Einlernen stattfand) mit einer hohen Positioniergenauigkeit (mechanische Drehung über nur einen klei nen Bereich, in sehr kleinen Schritten) kombiniert.

Claims

1. Verfahren zur translatorischen und/oder rotatorischen Posi tionierung von Werkstücken mit Hilfe einer Kamera, einer Bild auswerteeinheit, und einer Positioniereinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß
mit der Positioniereinrichtung entweder ein Referenzwerkstück oder das aktuell zu positionierende Werkstück in sehr viele unter schiedliche mechanische Positionen/Drehlagen gebracht wird und dort aufgenommen wird,
und daß und ein Vergleich der so gewonnenen Bilder mit einem speziellen Bild des Werkstücks durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lernphase sehr viele Referenzbilder aufgenommen und abgespeichert werden, zusammen mit der dazugehörigen Lageinformation, daß das aktuell zu analysierende Bild mit all diesen Bildern verglichen wird, und daß die aktuelle Werkstücklage aus der Lageinformation zu dem Bild entnommen wird, das die geringsten Abweichungen vom aktuellen Bild aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Ausführungsphase das Werkstück mechanisch verdreht und/oder verschoben wird, wobei gleichzeitig ständig Bilder aufgenommen und mit einem in der Lernphase aufgenommenen Referenzbild verglichen werden,
und daß nach Abschluß dieses Vorgangs die Positioniereinrich tung die Stellung einnimmt, in der die beste Übereinstimmung beim Bildvergleich vorlag.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein zweistufiges Vorgehen, wobei in der ersten Stufe entsprechend Anspruch 2 eine Gorbpositionierung, und in der zweiten Stufe entsprechend Anspruch 3 eine Feinpositionierung durchgeführt wird.