CH632694A5

CH632694A5 - Revolving machine with a video camera for centring, orienting, and transferring components

Info

Publication number: CH632694A5
Application number: CH1034779A
Authority: CH
Inventors: Jerry Kirsch; Kerry F Kirsch
Original assignee: Auto Place Inc
Priority date: 1978-05-26
Filing date: 1979-11-20
Publication date: 1982-10-29
Also published as: GB2063514B; FR2469981A1; GB2063514A; US4187051A; BE880211A; DE2946616A1; NL7908548A

Description

L'invention a pour objet une machine tournante de centrage, d'orientation et de transfert de pièces à caméra vidéo selon le préambule de la revendication 1.

Des machines de manipulation de pièces, souvent appelées robots, comportent jusqu'à présent des moteurs de commande de montée et de rotation actionnant des bras extensibles à commande mécanique, qui portent des pinces destinées à prendre les pièces et à les déplacer d'un endroit à un autre, par exemple pour l'alimentation de machines de production. Le domaine d'application de ces machines de manipulation est limité par le fait qu'elles sont aveugles, c'est-à-dire qu'elles ne peuvent être utilisées que lorsque leur mécanisme peut être programmé pour palper la pièce à prendre ou pour être limité avec précision dans ses mouvements de prise de tels articles et dans l'orientation donnée à ces derniers. Lorsqu'une caméra vidéo est incorporée dans les machines à commande numérique, sa position fixe exige de la part du calculateur des calculs trigonométriques complexes pour déterminer les positions et les orientations précises des pièces.

Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients.

La machine selon l'invention comprend les particularités mentionnées dans la partie caractérisante de la revendication 1.

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L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple et sur lesquels:

la fig. 1 est une vue en perspective d'une première forme de réalisation de la machine selon l'invention;

la fig. 2 est une vue de dessus, à échelle agrandie, du moteur pas à pas et de la caméra vidéo de la machine de la fig. 1, le carter et le mécanisme de commande de rotation de la caméra vidéo étant représenté en coupe horizontale centrale;

la fig. 3 est une vue en bout, avec coupe partielle, de l'extrémité droite de la machine de la fig. 2, cette vue montrant de face la caméra vidéo et son mécanisme de commande de rotation ;

la fig. 4 est une vue en bout du dispositif de prise de pièces et du réflecteur représentés à gauche sur la fig. 1 ;

la fig. 5 est une élévation partielle, à échelle agrandie, du mécanisme de prise de pièces représenté à gauche sur la fig. 1 et à la partie inférieure de la fig. 4;

la fig. 6 est une coupe partielle, à échelle agrandie, suivant la ligne 6-6 de la fig. 5;

la fig. 7 est un schéma simplifié de la caméra vidéo tournante et du dispositif à calculateur destiné à la faire tourner et à la commander, ce dispositif étant constitué de divers modules entre lesquels les signaux circulent dans le sens indiqué par les flèches;

la fig. 8 est un schéma simplifié des divers modules contenus dans l'interface vidéo représentés dans l'angle inférieur gauche de la fig. 7 ;

la fig. 9 est un schéma simplifié de l'interface du moteur commandant la rotation de la caméra vidéo, cette interface étant représentée diagonalement au-dessus et vers la droite de l'interface vidéo montrée sur la fig. 7 ;

la fig. 10 est un schéma simplifié de l'une des interfaces identiques des moteurs associés à l'axe X et à l'axe Y, ces interfaces étant représentées immédiatement au-dessus du module à moteur de commande de rotation de la caméra, représenté sur la fig. 7;

la fig. 11 est un schéma de l'image, formée dans le plan image de la caméra vidéo, d'une pièce rectangulaire avant et après l'orientation convenable de cette pièce par comparaison avec l'image normalisée, contenue dans la mémoire du minicalculateur, avant et après rotation de la caméra vidéo en réponse à cette comparaison;

la fig. 12 est une vue schématique de dessus de l'image, convenablement orientée, formée dans la caméra vidéo d'un bloc à V sur le point d'être saisi par le dispositif de prise de pièces, qui est aussi convenablement orienté et qui est représenté dans la partie médiane inférieure gauche de la fig. 1 ;

la fig. 13 est une vue schématique de l'image, dans la caméra vidéo, d'une vis convenablement orientée et centrée;

la fig. 14 est une vue, analogue à celle de la fig. 13, de l'image, dans la caméra vidéo, d'une vis convenablement orientée, mais mal centrée;

la fig. 15 est une vue, analogue à celles des fig. 13 et 14, montrant la même vis centrée, mais mal orientée;

la fig. 16 est une vue de la même vis non centrée et mal orientée; la fig. 17 est un diagramme des temps montrant le signal analogique de sortie de la caméra vidéo horizontale représentée sur les fig. 1 et 7;

la fig. 18 est un diagramme des temps montrant le signal de sortie du convertisseur analogique/numérique après conversion du signal analogique de sortie, montré sur la fig. 17, de la caméra vidéo horizontale;

la fig. 19 est un tableau montrant le réseau numérique contenu dans la mémoire du minicalculateur et correspondant au réseau d'éléments d'image formé dans la caméra vidéo horizontale et tel qu'apparaissant sur un récepteur de contrôle, et la fig. 20 est une vue en perspective d'une variante de la machine selon l'invention, cette machine utilisant une caméra vidéo rotative placée en hauteur sur un dispositif de positionnement X-Y, destinée en particulier à être utilisée avec de grandes pièces, la structure de support de cette forme de réalisation n'étant pas représentée pour plus de clarté.

Les fig. 1 à 6 représentent la machine tournante vidéo 20 de centrage, d'orientation et de transfert de pièces selon l'invention. Selon une première forme de réalisation de l'invention, cette machine comprend globalement un ensemble 21 à caméra vidéo fixe, disposé verticalement en hauteur, un ensemble 22 à caméra vidéo tournante et horizontale, monté sur un dispositif de prise et de transfert de pièces ou robot, sensiblement analogue à celui décrit dans le brevet français N° 73.36777, mais comportant un dispositif rotatif 23 de prise de pièces différent, comme montré sur les fig. 5 et 6. Le dispositif 24 de prise et de transfert de pièces est décrit plus en détail dans le brevet précité. Ce dispositif 24 est monté sur une tête 31 située à l'extrémité supérieure de l'arbre 25 de sortie d'un dispositif 26 de transfert de pièces, exécutant des mouvements de montée et de pivotement et à peu près analogue à celui décrit dans le brevet français N° 1579383. Ce dispositif 26 est décrit plus en détail dans le brevet précité. Le dispositif 26 d'élévation et de pivotement est monté sur un dispositif 27 de positionnement X-Y sur lequel il peut se déplacer d'un seul bloc, ce dispositif 27 étant décrit plus en détail ci-après.

Le dispositif 24 de transfert de pièces (fig. 1) comprend un bras tubulaire fixe 28 dont l'extrémité avant est fixée à un boîtier 29 qui, lui-même, est fixé à la tête 31. Un vérin rotatif 30 à commande par fluide est monté sur l'extrémité arrière du bras fixe 28 et il est relié à l'extrémité arrière d'un arbre ou bras extensible 32 de sortie, pouvant tourner et exécuter un mouvement alternatif dans le bras fixe tubulaire 28, de manière à pouvoir avancer et reculer par rapport à ce dernier sous l'action d'un fluide contenu dans un cylindre 29a (fig. 3) fixé autour d'une tête 29b de piston qui, elle-même, est montée sur une tige 29c reliée à une pièce 41 de retenue, le bras ou arbre 32 pouvant également être mis en rotation autour de son axe par le vérin rotatif 30.

Le vérin rotatif 30 est réalisé d'un seul bloc et il est classique. Il comprend, brièvement, des têtes avant et arrière 31a et 33a maintenues contre les extrémités opposées d'un cylindre 35 par des tirants 37. Le cylindre 35 contient une palette tournante (non représentée) reliée à l'arbre 32 de sortie qui peut tourner et exécuter un mouvement alternatif. Cet arbre 32 peut tourner à travers la pièce 41 de retenue qui le déplace en un mouvement alternatif sous l'effet du mouvement alternatif de la tige 29c de piston, une tige 43, qui pénètre dans le carter 29, assurant le guidage comme décrit dans le brevet N° 73.36777 précité. La tige 43 de guidage traverse le carter 29 et un bras 47 de guidage réalisé d'une seule pièce avec la tête avant 31a. Des raccords avant et arrière 49 et 51 permettent respectivement à un fluide de pénétrer dans le cylindre 35 et d'en sortir.

La tige 33 d'un boîtier 34 de dispositif tournant 23 de prise de pièces est montée sur l'extrémité avant de l'arbre ou bras extensible 32 de sortie à mouvements rotatifs et alternatifs. Le dispositif 23 comporte une plaque supérieure 36 de fermeture sur laquelle est monté un moteur électrique pas à pas 38 faisant tourner le dispositif de prise de pièces (fig. 1, 5 et 6). Le moteur pas à pas 38 comporte un arbre de sortie 40 qui est orienté vers le bas et qui porte un pignon 42 engrenant avec une roue dentée 44 dont le moyeu 46, qui est creux, fait saillie vers le bas et est accouplé à une tête tournante 48 de prise de pièce tourillonnant dans le carter ou boîtier 34. Une poulie annulaire 45 à bords chanfreinés, supportant la tête de prise de pièces et fixée au moyeu 46, est supportée de manière à pouvoir tourner au moyen de quatre paires de poulies folles 53 à bords chanfreinés qui, elles-mêmes, tourillonnent sur des boulons 55 vissés dans la plaque inférieure 57 du carter 34, cette plaque étant percée et taraudée de manière à recevoir les boulons 55. Les moyeux 50 de doigts ou mors 52 de prise de pièces sont suspendus au moyen de biellettes parallèles 59 et de leviers coudés parallèles 61 à des pivots intérieurs 63 et des pivots extérieurs 65, respectivement, situés dans la tête tournante 48 de prise de pièces. Les extrémités supérieures des leviers coudés 61 sont reliés, par une articulation à axe et trou oblongs 67, aux tiges 54 et piston d'un moteur 56 à fluide sous pression et à mouvement alternatif, monté sur la plaque 36 de fermeture du boîtier 34, de manière à faire exécuter un mouvement

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alternatif aux doigts ou mors 52. De cette manière, les doigts de prise de pièces peuvent être rapprochés et éloignés l'un de l'autre pour prendre ou libérer respectivement un article W, par exemple une pièce maintenue entre eux.

Deux bras 58 de support, inclinés vers le haut et vers l'extérieur, sont montés sur l'extrémité extérieure du carter 34 (fig. 1 et 4) et boulonnés ou autrement fixés à la surface supérieure 36 de ce carter ou boîtier 34, de manière à être parallèles l'un à l'autre, à une certaine distance l'un de l'autre. Les extrémités supérieures de ces bras présentent des trous alignés destinés à recevoir des broches coaxiales 60 d'articulation qui font saillie latéralement d'un support 62 auquel un réflecteur 64, par exemple un miroir, est fixé de manière réglable.

Un boîtier extérieur, cylindrique et creux 74, destiné à contenir l'ensemble rotatif 22 à caméra vidéo, est fixé sur le carter 29, à la partie supérieure du dispositif 24 de prise et de transfert de pièces. Un boîtier cylindrique intérieur 84, qui tourillonne dans la paroi latérale 78 du boîtier extérieur 74, par exemple au moyen de paliers coaxiaux antifriction 80 et 82 espacés longitudinalement (fig. 2), contient coaxialement une caméra vidéo 86 à champ étroit et grand pouvoir séparateur, comprenant un corps 88 sur l'extrémité avant duquel est monté un objectif 90 dont la longueur focale est choisie d'après la formule optique:

dimension de l'image x distance de l'objet

Longueur focale = :

dimension de l'objet

La caméra vidéo 86 utilisée dans la machine selon l'invention est d'un type disponible dans le commerce, par exemple une caméra vidéo automatique à semi-conducteur. Le corps 88 de la caméra contient, dans le plan focal de l'objectif 90, un réseau carré, non représenté (constitué de 128 rangées horizontales parallèles d'éléments d'images) communément appelés cellules d'images, disposés en 128 colonnes verticales, ce qui correspond à un total de 16 384 éléments d'images disposés sur une surface d'environ 5,85 mm2.

La caméra vidéo 86 est centrée à l'intérieur du corps intérieur 84 de la caméra au moyen de vis 92 et 94 de centrage, situées aux extrémités avant et arrière de cette caméra, et elle comporte, à son extrémité arrière, un connecteur central 95 à bornes multiples, logé dans la paroi arrière 96 à proximité immédiate du palier arrière antifriction 80 (fig. 2). Une couronne dentée 98, montée sur le corps intérieur 84 de la caméra vidéo, engrène avec un pignon fou 100 qui, lui-même, engrène avec le pignon 102 monté sur l'arbre de sortie 104 d'un moteur pas à pas 106 commandant la rotation de la caméra et boulonné ou autrement fixé en 108 à une plaque de base ou un chariot 72. L'extrémité avant du corps extérieur 74 de la caméra vidéo est fermée par un élément cylindrique télescopique 110 dont l'extrémité avant est elle-même fermée par une fenêtre transparente 112.

Le dispositif 27 de positionnement X-Y, sur lequel le dispositif de commande de montée et de pivotement est monté et se déplace d'un seul bloc (fig. 1), comprend une plaque de base ou plaque 114 de support à laquelle sont fixés quatre supports 116 orientés vers le haut et percés de manière à recevoir les extrémités opposées de deux barres longitudinales 118 de guidage, parallèles entre elles et sur lesquelles peuventcoulisser deux paires de supports 120 dont les extrémités supérieures sont fixées à un chariot 122 ou coulisseau longitudinal ou d'axe X. Un support 124, percé et taraudé, est monté à mi-distance entre les supports 120 d'appui, et il est fixé à la face inférieure de la table ou du chariot 122 d'axe X, duquel il part vers le bas. Une tige filetée longitudinale 128 est vissée dans le trou taraudé 126 du support 124. L'extrémité avant 127 de la tige longitudinale 128 tourillonne dans un support 130 de palier, orienté vers le haut et fixé sur la plaque de base 114. L'extrémité opposée ou extrémité arrière de la tige filetée longitudinale 128 tourillonne en 132 dans un support 134 de palier, orienté vers le haut et sur le côté extérieur duquel est fixé un servomoteur 136 d'axe X, accouplé à la tige filetée 128.

Quatre supports 138, orientés vers le haut, sont fixés sur le chariot ou coulisseau 122 d'axe X et reçoivent les extrémités opposées des barres latérales 140 de guidage, parallèles entre elles et sur lesquelles coulissent quatre supports 142 d'appui (trois seulement de ces supports étant représentés sur la fig. 1, le quatrième étant masqué par le dispositif 26 de commande de montée et de pivotement). Un chariot ou coulisseau 144, orienté latéralement ou suivant un axe Y, est fixé sur les extrémités supérieures des supports 142 d'appui. Les axes des barres latérales 140 de guidage sont exactement orthogonaux aux axes des barres longitudinales 118 de guidage. Un support 146 de palier, orienté vers le haut, est monté entre les supports avant 138 des barres de guidage, et il est fixé au chariot ou coulisseau longitudinal 122, de manière à recevoir l'extrémité avant 147 d'une tige filetée 148 qui est orientée latéralement ou suivant l'axe Y et qui tourillonne dans ce support 146. L'extrémité opposée ou arrière de la tige filetée latérale 148 tourillonne en 150 dans un support 152 de palier, orienté vers le haut, et sur le côté extérieur duquel est fixé un servomoteur 154 d'axe Y. Un support percé et taraudé (non représenté), qui présente un trou taraudé (non représenté) dans lequel est vissée la tige filetée latérale 148, est fixé à la face inférieure du chariot ou coulisseau latéral 144, immédiatement en arrière du support 146 d'appui, de même que pour le support 124 qui présente le trou taraudé 126 dans lequel est vissée la tige filetée longitudinale 128.

Un élément porte-pièces 160, monté au-dessous du trajet suivi par la tête 48 de prise dans sa position d'extension (fig. 1), est représenté, pour plus de simplicité, sous la forme d'un plateau qui présente une surface 162 de support sur laquelle les articles, par exemple des pièces W, sont placés ou transportés dans des positions aléatoires. Cet élément porte-pièces 160 peut être constitué par un transporteur qui s'arrête momentanément pendant le mouvement de balayage de la caméra vidéo tournante 86 montée sur bras. Cette caméra est une caméra vidéo à champ étroit et à grand pouvoir séparateur, comme indiqué précédemment, et elle convient bien à ia réalisation de prise de vues avec une grande résolution sur de petits articles ou de petites pièces W.

Une caméra vidéo 166, disposée en hauteur et orientée verticalement vers le bas, est montée au-dessus de l'élément porte-pièces 160, par exemple sur une structure verticale 164 de forme en L portant des lampes 165 d'éclairage de la pièce. Cette caméra 166 comprend un corps 168 qui porte un objectif 170 à grand angle de champ, pouvant couvrir toute la largeur de la surface 162 de l'élément porte-pièces 160, mais un pouvoir de séparation inférieur à celui de la caméra vidéo 86 montée sur bras. Il est possible d'utiliser avec succès dans la machine selon l'invention une caméra vidéo d'automatisation à semi-conducteur pour la caméra 166 placée en hauteur. Le corps 168 de la caméra utilisé dans la machine selon l'invention contient, dans le plan focal de l'objectif 170, un réseau rectangulaire (non représenté) d'éléments d'image comprenant 342 rangées horizontales parallèles d'éléments ou cellules d'image formant 42 colonnes verticales d'environ 12,7 mm de hauteur sur environ 1,7 mm de largeur. La caméra haute 166 sert de viseur ou de caméra de repère pour de petites pièces W dont la position est déterminée avec précision par la caméra 86 montée sur bras, auquel cas la caméra haute 166 est fixe et la caméra 86 montée de manière à pouvoir tourner. Cependant, dans une variante de l'invention décrite ci-après, il est possible de supprimer la caméra 86 montée sur bras et de monter la caméra haute 166 de manière qu'elle puisse tourner sur sa structure 164 pour permettre le balayage d'objets relativement grands, par exemple des panneaux métalliques d'aéronefs.

Le dispositif 26 de transfert de pièces, indiqué précédemment, est décrit en détail dans le brevet français N° 1579383 précité. Une brève description de ce dispositif semble donc suffisante. Le dispositif 26 est logé dans un carter 172 venu de moulage avec une plaque de base 174 dont les bords parallèles présentent des encoches 176 au moyen desquels cette plaque est boulonnée sur la table 144 d'axe Y. Une aile verticale et tangentielle 178, en forme de plaque, vient également de moulage avec le carter 172. Un moteur pneumatique à mouvement alternatif ou vérin pneumatique 180, alimenté en air comprimé au moyen de raccords 182 et 184, est boulonné sur la face arrière de

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l'aile 178. Ce vérin 180 contient une tête de piston (non représentée) qui actionne une tige 186 traversant l'aile 178 qui présente un trou correspondant, et une pièce 188 de retenue, ayant grossièrement la forme d'un secteur. Un collier fendu 190 est bridé sur l'extrémité avant de la tige 186 et est logé dans un évidement droit 192. La pièce 188 de retenue et l'aile 178 sont également percés en alignement de manière à recevoir une tige 194 de piston d'amortissement, pouvant exécuter un mouvement alternatif et sur l'extrémité avant de laquelle est serré un collier fendu 196 logé dans l'évidement 192.

L'extrémité arrière de la tige 194 du piston d'amortissement est reliée à une tête de piston (non représentée) disposée à l'intérieur d'un cylindre 198 d'amortissement dont la plaque 200 de l'extrémité avant est fixée à l'aile 178 par quatre tirants 202 qui sont vissés dans des trous taraudés correspondants réalisés dans l'aile 178. Les extrémités arrière des tirants 202 passent dans une plaque extrême 204, allongée verticalement, et leurs têtes hexagonales brident cette plaque 204 sur le cylindre 198 et ce dernier contre la plaque extrême avant 200. Le cylindre 198 contient un fluide hydraulique, par exemple de l'huile, et son piston assume une fonction d'amortissement en refoulant l'huile dans des orifices réduits situés aux extrémités opposées de la course du piston d'amortissement à l'intérieur du cylindre 198. La plaque extrême allongée 204 ferme également l'extrémité arrière d'un réservoir d'huile cylindrique dont l'extrémité avant est fermée par une plaque 210. Ces éléments sont maintenus assemblés par des tirants 212 dont les extrémités avant filetées pénètrent dans la plaque extrême avant 210. Les tirants passent dans des trous correspondants ménagés dans la plaque extrême arrière 204 contre laquelle portent leurs têtes hexagonales 214. Le réservoir d'huile est relié hydraulique-ment au cylindre 198 d'amortissement afin de l'alimenter en huile.

L'arbre vertical 25 du dispositif 26 de commande de montée et de pivotement descend à travers la tête circulaire supérieure 216 en passant dans un palier 218 et, comme décrit dans le brevet français N° 1579383 précité, cet arbre porte une tête de piston située à l'intérieur du cylindre vertical 172 qui est alimenté en air comprimé comme décrit dans le brevet précité, afin que le piston (non représenté) déplace l'arbre 25 vers le haut et vers le bas. L'extrémité inférieure de l'arbre 25 située à l'intérieur du cylindre vertical 172 porte un pignon (non représenté) qui engrène avec une crémaillère ou barre dentée (non représentée) dont l'extrémité arrière passe dans une ouverture convenable de l'aile tangentielle 178 et traverse la pièce 188 de retenue. Cette extrémité arrière présente un trou taraudé au moyen duquel elle est fixée, à l'aide d'une vis 220 à six pans intérieurs, à la pièce 188 de retenue. En conséquence, lorsque le piston du vérin horizontal 180 exécute un mouvement alternatif sous l'action de l'air introduit dans ce vérin par les raccords 182 et 184, la pièce de retenue exécute un mouvement alternatif en entraînant avec elle, au moyen de la vis 220, la crémaillère qui fait ainsi tourner la roue dentée à l'intérieur du cylindre vertical 172 et, par conséquent, l'arbre vertical 25, ce qui provoque un pivotement du dispositif 24 de prise et de transfert de pièces, dans un plan horizontal.

Le dispositif de commande et de mise en rotation de la caméra vidéo, représenté globalement en 230 et au moyen duquel la caméra vidéo 86 est tournée et l'ensemble 24 de prise et de transfert de pièces et son dispositif 26 de transfert, commandant la montée et le pivotement des pièces, sont dirigés vers la position appropriée pour repérer l'article W et orienter son image pour la comparer à l'image normale est représenté globalement sur le schéma de la fig. 7. Certaines parties du schéma de la fig. 7 sont reprises en détail dans les schémas des fig. 8,9 et 10 et décrites ci-après. Les signaux partent de l'extrémité arrière de la caméra vidéo 86 par la ligne 232, dans le sens indiqué par la flèche, pour aboutir à une interface 234 qui est représentée plus en détail sur la fig. 8. Les signaux partent de l'interface vidéo 234 par une ligne 236, dans le sens indiqué par la flèche, pour aboutir à un minicalculateur classique 238, duquel des signaux de commande sont transmis à l'interface vidéo 234 par la ligne 240, comme indiqué par la flèche.

Le minicalculateur 238, qui est également connu sous le nom de microcalculateur ou microprocesseur, est constitué de composants normaux disponibles dans le commerce. L'un de ces composants ayant été utilisé avec succès dans la machine selon l'invention comporte, outre ses propres éléments, une partie de mémorisation dans laquelle, comme indiqué ci-après, a été introduite, avant la mise en œuvre de la machine, une image normale, pour comparaison, d'une pièce W convenablement positionnée, centrée et orientée sur l'élément porte-pièces 160 afin de pouvoir être transférée à la machine desservie (non représentée). Cette formation d'image peut être réalisée par le balayage d'une surface, par exemple par le balayage réel d'un article W convenablement placé, ou bien par une analyse mathématique et formation de l'image de cet article sur la partie de mémorisation au moyen du terminal classique à tube à rayon cathodique 242 équipant régulièrement le minicalculateur 238 et comprenant un clavier classique qui permet l'introduction manuelle, en mémoire, de l'image normale d'une pièce. La machine comporte également, comme auxiliaire du minicalculateur 238, un disque souple 244 qui augmente la capacité de la partie de mémorisation du minicalculateur 238. Les signaux circulent entre le terminal 242 et le minicalculateur 238 en empruntant les lignes 246 et 248, le sens de circulation s'effectuant comme indiqué par la flèche, et ils circulent entre le minicalculateur 238 et le disque souple 244 en empruntant des lignes 250 et 252 et en suivant le sens indiqué par les flèches. Un dispositif 258 de commande de robot, qui comprend avantageusement le bloc multiple décrit dans le brevet français N° 71.41368, est également associé au minicalculateur 238 avec lequel il échange des signaux circulant sur des lignes 254 et 256 dans le sens indiqué par les flèches.

Le servomoteur 136 de l'axe X et le servomoteur 154 de l'axe Y sont classiques et constitués par des servomoteurs à courant continu à haut rendement. Le servomoteur 136 échange des signaux par des lignes 260 et 262 avec son dispositif264 de commande, alors que le servomoteur 154 échange des signaux, par des lignes 266 et 268, avec son dispositif 270 de commande, les signaux circulant dans le sens indiqué par les flèches. Les éléments des dispositifs 264 et 270 de commande des servomoteurs 136 et 154 sont les mêmes pour les deux moteurs. Ces dispositifs 264 et 270 échangent des signaux, par des lignes 272,274 et 276,278, respectivement, avec des interfaces 280 et 282 associées aux moteurs de l'axe des X et de l'axe des Y. Ces interfaces sont identiques et elles sont représentées en détail sur la fig. 10. De même, les interfaces 280 et 282 échangent des signaux, au moyen de lignes 284,286 et 288, 290, respectivement, avec le minicalculateur 238, comme décrit ci-après en regard de la fig. 10.

Le minicalculateur 238 échange des signaux, au moyen de lignes 292 et 294, avec une interface 296 associée au moteur commandant la rotation de la caméra vidéo, cette interface transmettant des signaux par une ligne 298 à un dispositif 300 de commande du moteur faisant tourner la caméra vidéo. Le dispositif 300 de commande transmet des signaux par une ligne 302 au moteur 106 commandant la rotation de la caméra vidéo. L'interface 296 est représentée plus en détail sur la fig. 9 décrite ci-après. Le dispositif 300 de commande du moteur associé à la caméra vidéo et utilisé avec succès dans la machine selon l'invention est d'un type disponible dans le commerce.

Comme représenté dans l'angle inférieur gauche de la fig. 7 et plus en détail dans le cadre en traits pointillés de la fig. 8, à l'intérieur de l'interface 234 associée à la caméra vidéo, des signaux sont transmis par la ligne 232 à un module convertisseur analogique/numérique classique 310 (fig. 8) qui est nécessaire car, comme indiqué dans les instructions du constructeur de la caméra vidéo 86, «le circuit électronique de la caméra exécute des fonctions de dérivation des signaux analogiques», alors que le minicalculateur 238 travaille sur des signaux numériques d'entrée. Par conséquent, la sortie 312 du convertisseur 310 aboutit à l'une des trois lignes communes qui sont respectivement une ligne commune 314 de données, une ligne commune 316 de commande et une ligne commune 318 d'adresses. La double flèche de la ligne 320 reliant la ligne commune 314 de données au minicalculateur 238 indique la sortie de signaux de la ligne commune 314 vers le minicalculateur 238 et le retour de signaux

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du minicalculateur 238 vers la ligne 314. De même, la double flèche de la ligne 322 indique l'introduction dans le minicalculateur 238 de signaux provenant de la ligne commune 316 de commande, et le retour de signaux du minicalculateur 238 vers la ligne 316. Les signaux circulant dans le sens indiqué par la flèche unique de la ligne 324 passent de la ligne commune 318 d'adresses dans un circuit logique 326 de commande qui reçoit de la même manière, par une ligne 328, des signaux provenant de la ligne commune 316 de commande. Une ligne 330 transmet les signaux du circuit logique 326 au convertisseur analogique/numérique 310. De plus, des impulsions de synchronisation verticale et horizontale sont transmises par la caméra vidéo 86 au circuit logique 326 de commande par l'intermédiaire des lignes 332 et 334, respectivement, ces impulsions circulant dans le sens indiqué par les flèches.

En outre, sur la fig. 8, les lignes 336 et 338 portant des flèches doubles indiquent l'échange de signaux entre, d'une part, la ligne commune 316 de commande et la ligne commune 314 de données, respectivement et, d'autre part, un module 340 à mémoire à accès direct. De même, la ligne 342 portant une double flèche indique l'échange de signaux entre le module 340 et le circuit logique 326. De plus, la ligne 344 à une seule flèche indique la circulation de signaux du minicalculateur 238 vers la ligne commune 318 d'adresses. Enfin, les lignes 346 et 348 à une seule flèche indiquent, respectivement, la circulation de signaux du module 340 vers un circuit classique 350 de verrouillage à huit bits et de ce circuit vers la ligne commune 318 d'adresses. L'expression ligne commune utilisée dans le présent mémoire désigne, comme il est courant dans l'industrie de l'électronique, un ensemble à conducteurs multiples.

Dans l'interface 296 de rotation de la caméra vidéo, montrée immédiatement au-dessus et à droite de l'interface 234 de la caméra vidéo sur la fig. 7 et représentée également plus en détail dans le cadre en traits pointillés sur la fig. 9, la ligne commune 314 de données (fig. 9) transmet des signaux dans le sens indiqué par les flèches, entre l'interface 296 du moteur commandant la rotation de la caméra (fig. 7) et le minicalculateur 238, au moyen des lignes 292 et 294 à une seule flèche. La ligne commune 318 d'adresses et la ligne commune 316 de commande partent du minicalculateur 238 (fig. 9) pour aboutir au circuit logique 326 de commande. Ce dernier produit des impulsions qui sont transmises par les lignes 358 et 360, dans le sens indiqué par les flèches, à un circuit 362 de commande de moteur, la ligne 358 transmettant des impulsions qui provoquent une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, alors que la ligne 360 transmet des impulsions provoquant une rotation de sens opposé. Un branchement 364 d'alimentation relie une source 366 d'alimentation en énergie au circuit 362 de commande du moteur qui transmet par une ligne 368 un signal au moteur pas à pas 106 à courant continu, commandant la rotation de la caméra et dont l'arbre 104 fait tourner la caméra vidéo 86 dans un sens ou dans l'autre par l'intermédiaire du train d'engrenages formé par les pièces dentées 102,100 et 98.

Dans l'interface 296 du moteur commandant la rotation de la caméra (fig. 7 et 9), une ligne 370 transmet des signaux, dans le sens indiqué, de la ligne commune 352 de données au circuit logique 326 de commande. Une ligne 372 transmet également des signaux, dans le sens indiqué par la flèche, de la ligne 352 de données à un compteur préréglable 374 à seize bits et division par N. Une ligne 376 transmet des signaux, dans le sens indiqué par la flèche, de la ligne commune 352 de données à un compteur préréglable 378 à seize bits qui enregistre le nombre de pas. De plus, le compteur 374 et le circuit logique 326 de commande échangent des signaux par une ligne 380, alors que le compteur 378 et le circuit logique 326 échangent également des signaux, dans les deux sens, par une ligne 382. Enfin, une horloge 386 transmet des impulsions au compteur 374 par une ligne 384. L'horloge 386 sert de base de temps au compteur préréglable 374.

Dans chacune des interfaces 280 et 282 associées aux moteurs des axes X et Y et représentées sur la partie centrale de la fig. 7 et plus en détail sur la fig. 10, dans le cadre en traits pointillés, le minicalculateur 238 transmet par des lignes 388 et 390, dans le sens indiqué par des flèches, des signaux au circuit logique 326 de commande. Ce dernier échange, au moyen d'une ligne 392, des signaux avec une ligne commune 394 de données à huit bits, alors que des lignes 396 et 398, à un seul sens de circulation, assurent respectivement la transmission de signaux de la ligne commune 394 de données et du circuit logique 326 de commande à un élément 400 de verrouillage et de mémorisation de sortie duquel des signaux sont transmis par une ligne 402 aux dispositifs 264 et 270 de commande des moteurs des axes X et Y, indiqués précédemment. Le circuit logique 326 de commande transmet par une ligne 404 des signaux à un élément 406 de verrouillage et de mémorisation d'entrée, alors que ce même élément 406 transmet à une ligne 408 des signaux à la ligne commune 394 de données à huit bits. Le minicalculateur 238 et la ligne 394 échangent des signaux par une ligne 410 à deux sens de circulation. La ligne commune 394 de données transmet, par une ligne 412, des signaux à un élément 414 de verrouillage et de mémorisation à vingt-quatre bits, alors que cet élément 414 transmet lui-même, par une ligne 416, des signaux aux dispositifs 264 et 270 de commande des moteurs des axes X et Y. L'un ou l'autre des dispositifs de commande 264 et 270 transmet à une ligne 418 des signaux à l'élément 406 de verrouillage et de mémorisation d'entrée. En outre, les dispositifs 264 et 270 de commande échangent des signaux avec le circuit logique 326 de commande au moyen d'une ligne 420 à deux sens de circulation des signaux. Enfin, l'un ou l'autre des dispositifs 264 et 270 de commande transmet, par une ligne 422, des signaux à l'un ou l'autre des moteurs 136 et 154 des axes X et Y, de manière à commander la rotation des arbres respectifs 128 et 148 de ces moteurs (fig. 1). Chacun de ces arbres 128 et 148 est relié à un tachymètre 424 dont le signal est transmis aux dispositifs 264 et 270 de commande par une ligne 426, dans le sens indiqué par la flèche. Chacun des arbres 128 et 148 est également relié à un analyseur 428 qui transmet, par une ligne 430, des signaux à l'un ou l'autre des dispositifs 264 et 270 de commande des moteurs.

Avant la mise en service de la machine tournante vidéo 20 de centrage d'orientation et de transfert de pièces selon l'invention pour la prise d'articles tels que des pièces disposées de manière aléatoire sur un support ou transporteur 160 et pour placer ces pièces dans une orientation prédéterminée qu'elles doivent avoir avant d'être avancées vers un emplacement prédéterminé, par exemple l'outillage d'une machine de production telle qu'une presse à découper, il est tout d'abord nécessaire de programmer la partie de mémorisation du minicalculateur 238 de l'une quelconque de plusieurs manières, après que la machine 20 selon l'invention a été connectée, comme décrit ci-dessus, à un système 230 de commande par calculateur comprenant le minicalculateur classique 238 et une partie de mémorisation. Suivant un mode de programmation de cette partie de mémorisation, une pièce originale W est placée sur le support ou élément porte-pièces 160, afin d'être centrée et orientée d'ime manière prédéterminée et demandée avant tout mouvement vers la machine de production ou vers tout autre point de sortie. La caméra vidéo horizontale 86, montée sur le robot 23, est alors mise au point sur la pièce originale W, ayant la position prédéterminée, puis la caméra 86 est mise en rotation au moyen de son moteur 106 jusqu'à ce que l'image de la pièce W soit convenablement centrée ou orientée dans le plan focal de ladite caméra 86, le bord d'entrée ou de seuil de la pièce étant aligné avec l'axe X-X du plan image, afin que les éléments d'image situés dans le plan image réagissent avec les contrastes clairs-sombres de l'image de la pièce et transmettent alors les caractéristiques de centrage et d'orientation de ladite image par réaction à travers le circuit classique 230 du minicalculateur vers la partie de mémorisation de ce dernier où il se forme une image à laquelle la caméra vidéo horizontale se référera par la suite.

Lors du fonctionnement, et alors que le système indiqué ci-dessus est alimenté et que les pièces W reposent en désordre sur le support 160 et sont convenablement éclairées par les lampes 165, la caméra vidéo haute 166, à grand angle de champ et faible pouvoir séparateur, est mise au point sur la surface supérieure 162 du sup5

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port 160 et, par conséquent, sur une pièce choisie W reposant sur le support 160 situé au-dessous d'elle, de manière que les éléments d'image soient excités et transmettent au minicalculateur 238, par l'intermédiaire de l'interface vidéo 234, des données correspondant à la position et à l'orientation de l'image de la pièce pour permettre une analyse de position. Le minicalculateur 238 réalise alors une analyse de position des coordonnées X-Y de la pièce choisie W, et il transmet ces données, sous la forme d'instructions, au dispositif 27 de positionnement suivant des axes X et Y, afin de déplacer d'un seul bloc le dispositif 26 de montée et de pivotement pour qu'il fasse pivoter le robot 24 au-dessus du support 160 et amène ainsi les pièces choisies W dans le champ de la caméra vidéo horizontale 86 à petit angle de champ et grand pouvoir séparateur. Cette caméra 86, qui est ensuite mise au point sur la pièce choisie W, à présent éclairée par des rayons lumineux réfléchis par le miroir 64, renvoie des données d'image de la pièce au minicalculateur 238, ainsi qu'à l'image en mémoire. La caméra horizontale 86 est ensuite commandée de manière à être mise en rotation par son moteur pas à pas 106 (fig. 2 et 7) jusqu'à ce que le bord avant ou bord de seuil de l'image de la pièce (fig. 12) s'aligne avec l'axe X et soit orienté et centré dans le plan image de la caméra. Le moteur 29a déplace ensuite longitudina-lement le bras extensible 32 afin d'amener le dispositif 23 de prise au-dessus de la pièce W. Le moteur pas à pas 38 de commande du dispositif de prise fait ensuite tourner la tête 48 jusqu'à ce que ses doigts 52 de prise soient alignés avec les côtés opposés de la pièce. Le minicalculateur 238 actionne alors une électrovalve (non représentée) qui alimente en air le dispositif 258 de commande du robot, afin que le moteur 26 provoque alors la descente du robot 24 ainsi que de sa caméra 86 et des doigts 52 de prise. Pendant ce temps, le moteur pneumatique 56, monté sur le bras 32, provoque, sous l'action du dispositif 58 de commande du robot, la fermeture des doigts 52, qui sont normalement ouverts, sur les côtés opposés de la pièce choisie W. Le moteur 26 de montée et de pivotement est ensuite actionné par le minicalculateur 238 afin de provoquer la montée du bras 32 et de la pièce W alors prise par ce dernier.

En résumé, au cours des opérations précédentes, la caméra vidéo horizontale 86 détecte et transmet à la partie de mémorisation du minicalculateur 238 les coordonnées de la pièce W que le minicalculateur 238 compare alors avec l'image de la pièce originale, mémorisée dans son orientation et son centrage convenables, puis la caméra 86 tourne, en réponse à cette comparaison, jusqu'à ce que l'image de la pièce W qui est maintenue soit tournée par le moteur pas à pas 38 et centrée par les mouvements des chariots 122 et 124 sur les axes X et Y et sous la commande des moteurs 136 et 154 de ces chariots, ces mouvements étant poursuivis jusqu'à ce que l'orientation et le centrage de la pièce coïncident avec ceux de l'image mémorisée. La rotation de la pièce W est alors arrêtée, car cette pièce a atteint son orientation convenable lui permettant d'être transmise à un point de sortie, par exemple une machine de production.

Sous l'action de son dispositif préréglé 258 de commande, le robot 24 pivote alors ver la machine de production ou tout autre point de sortie et il avance dans la zone de travail de cette machine. Le dispositif 23 de prise de la pièce est ensuite tourné de manière à placer ses doigts 52 dans la position prédéterminée de décharge, afin que le moteur 26 de commande de montée et de pivotement fasse descendre la pièce, à présent convenablement orientée, jusqu'à sa position convenable de décharge, par exemple dans la machine de production. Le moteur pneumatique est ensuite actionné pour que les doigts 52 se desserrent de la pièce. Le moteur 26 de commande de montée et de pivotement élève ensuite le robot 24, le dispositif 23 de prise de la pièce et les doigts 52 portés par ce dernier, puis le robot 24 revient en arrière en pivotant jusqu'à sa position de départ dans laquelle il est prêt à prendre, orienter, centrer et transférer la pièce suivante, à partir du support 160, de la même manière que précédemment. Les éléments de commande pneumatique associés au dispositif 258 de commande du robot sont alors remis en position initiale pour être prêts à un autre cycle de fonctionnement.

La fig. 11 représente schématiquement, à échelle très agrandie, un réseau 440 d'éléments d'image formant des rangées horizontales 442 et des colonnes verticales 444. En cours de fonctionnement, le balayage s'effectue à partir de l'origine 446 située dans l'angle supérieur gauche, et il est dirigé vers le bas. Les lignes centrales horizontale 450 et verticale 452 se coupent en 454. L'image d'un objet rectangulaire, reçue de la partie de mémorisation du minicalculateur 238, est représentée en 456 en trait plein. Cette image est destinée à être comparée à l'image oblique 458, en traits pointillés, d'un article ou d'une pièce W reposant sur le support 160, cette image 458 étant initialement centrée sur l'intersection 460 des lignes sécantes horizontale et verticale 462 et 464 représentant les coordonnées X et Y, respectivement. La fig. 11 montre que l'image 458 de la pièce, qui était initialement centrée en 460, a été déplacée dans les directions des axes X et Y par des mouvements du dispositif 27 de positionnement X-Y, afin de coïncider avec le centre 454 de l'image normale ou originale 456 reçue de la partie de mémorisation. La caméra vidéo 86 tourne ensuite jusqu'à ce que l'image 458 de la pièce, précédemment oblique, coïncide avec l'image originale 456 de la pièce et soit également centrée sur cette dernière. La pièce est alors prête à être transférée vers son point de destination.

La fig. 12 représente schématiquement l'image 466 d'une pièce plus complexe, constituée d'un bloc à V. Cette image 466 a été placée de manière à coïncider avec l'image de la pièce originale, provenant de la partie de mémorisation du minicalculateur 238, et les doigts 52 de prise sont prêts à serrer la pièce W. Sur la fig. 12, pendant que la caméra vidéo 86 balaie la pièce, la ligne 468 de seuil de cette dernière, qui est orientée verticalement, rencontre la pièce aux coins 470 et 472 lorsque la caméra vidéo 86 a été convenablement tournée. Lorsque la ligne de seuil 468 se déplace de la gauche vers la droite, l'image 466 se développe de plus en plus sur le réseau 474 d'éléments d'image, le balayage commençant, comme précédemment, dans l'angle supérieur gauche, en 476, et progressant vers le bas et vers la droite. Il est évident qu'un récepteur vidéo de contrôle peut être relié au circuit de la caméra vidéo afin d'indiquer les coordonnées successives X et Y de l'image au fur et à mesure de la progression du balayage, jusqu'à ce que l'image 466 soit complètement formée sur le réseau 474. Les mouvements suivant les axes X et Y du dispositif 27 de positionnement, combinés à la rotation de la caméra vidéo 86, amènent l'image 466 de la pièce en coïncidence avec l'image originale et en position centrée par rapport à cette dernière, sur l'intersection 478 des lignes sécantes 480 et 482. La fig. 12 montre donc le comportement de la machine selon l'invention lorsque les bords d'attaque 484 et 486 forment un angle rentrant en convergeant vers l'intérieur et vers un point 488 de jonction. Une action analogue se produit dans le cas d'une pièce en forme de cœur.

Les fig. 13 à 16 montrent les quatre positions pouvant être occupées par une pièce comportant une tête, par exemple une vis comprenant une tige 492 terminée par une tête large 494. La fig. 13 montre l'image 490 de cette vis dans le cas où ladite vis est convenablement orientée et centrée en 496, comme c'est le cas de l'image d'une pièce originale convenablement centrée et orientée,

cette image étant préalablement formée dans la partie de mémorisation du minicalculateur 238. La fig. 14 représente l'image 498 de la même vis convenablement orientée, mais mal centrée, de sorte que le dispositif 27 de positionnement X-Y doit agir pour amener l'image 498 de la fig. 14 dans la position de l'image 490 représentée sur la fig. 13. La fig. 15 représente l'image 500 de la même vis qui est centrée en 496, mais qui est inclinée obliquement, de sorte qu'un mouvement de la caméra vidéo tournante 86 est nécessaire pour orienter convenablement cette vis, comme indiqué par l'image 490 de la fig. 13. La fig. 16 représente l'image 502 de la même vis mal centrée et mal orientée. En outre, la vis montrée sur la fig. 16 est également retournée, et son image est décentrée et oblique. Par conséquent, le dispositif 27 de positionnement X-Y doit agir pour centrer l'image 502 et l'orienter convenablement, comme montré par l'image 490 de la fig. 13.

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Il est évident à l'homme de l'art utilisant une caméra vidéo du type mis en œuvre dans la machine selon l'invention qu'une telle caméra permet une distinction entre les zones foncées et gris foncé de la pièce W et les zones claires ou gris clair du fond 162, à la limite ou aux limites entre ces zones, lesdites limites étant formées par le ou les bords de la pièce W. Si la caméra vidéo 86 ne pouvait tourner indépendamment du robot 24 sur lequel elle est montée et indépendamment du dispositif tournant 23 de prise des pièces, comme elle le peut dans la machine selon l'invention, le calculateur devrait effectuer un travail de reconnaissance par balayages diagonaux multiples au moyen de la caméra vidéo et/ou par l'exécution de calculs trigonométriques complexes, l'une ou l'autre-de ces opérations ou les deux nécessitant un accroissement important du temps de développement du programme, rendu inutile et évité par la machine de l'invention.

Les avantages indiqués ci-dessus sont également obtenus dans la variante de l'invention, indiquée précédemment, lorsque, dans le cas de grandes pièces ne demandant pas une grande résolution à la caméra vidéo, la caméra vidéo haute 166, à grand angle et faible résolution, est montée de manière articulée et peut être mise en rotation par un moteur associé à un circuit analogue à celui décrit pour la caméra vidéo 86 montée sur robot, ce qui permet de supprimer l'une des caméras vidéo, par exemple la caméra 86. Cette forme de réalisation est décrite plus en détail ci-après.

La réalisation et le fonctionnement de la machine selon l'invention seront à présent décrits plus en détail. La caméra vidéo 86 émet une suite de pas analogiques d'information. Les pas ont tous une même base de temps (0,28 jis) et une variation de tension comprise entre 0 et 1 V et proportionnelle à la lumière arrivant sur le réseau d'éléments d'image de la caméra vidéo. Ces pas sont émis dos à dos dans le signal de sortie de la caméra. Ils sont produits sous la forme d'une suite correspondant à des rangées dos à dos (fig. 17). Comme indiqué précédemment, le signal analogique de sortie de la caméra vidéo 86 est ensuite mis sous une forme numérique au moyen du convertisseur analogique/numérique classique 310. Ce processus a pour effet de diviser les niveaux de tension en niveaux de lumière ou plutôt en nuances de gris. En général, si la pièce W observée est d'une nuance différente de celle du fond 162, une seule transition est réalisée, entraînant des niveaux de tension supérieurs au niveau de transition avec le blanc et inférieurs à celui avec le noir. Le signal est mis sous une forme numérique afin de pouvoir être utilisé par la partie de mémorisation du calculateur ou microprocesseur 238 et par le circuit numérique. La fig. 18 montre le résultat de la mise sous forme numérique du signal en deux niveaux.

Les signaux précédents sont interprétés par le calculateur sous la forme de nombres binaires 1 ou 0, pour chaque élément d'image. Cette suite d'éléments, à présent des nombres binaires, est chargée dans la mémoire du calculateur. Cette mémoire se présente sous la forme d'un réseau numérique dont la numérotation est la même que celle du réseau de la caméra vidéo 86. Un exemple d'une telle numérotation est donné sur la fig. 19 où une valeur 1 représente une partie blanche correspondant à la présence de la pièce, alors qu'une valeur 0 représente une partie noire correspondant à l'absence de la pièce, en des points correspondants.

A présent que le signal analogique de sortie de la caméra vidéo 86 a été mis sous une forme numérique et transmis au calculateur ou microprocesseur 238, l'image de la pièce W est représentée sous la forme d'un réseau d'éléments analogue à celui contenu dans la caméra. Le réseau de la mémoire peut être exploré par un simple programme, de la même manière qu'une information est mise en mémoire, rangée par rangée.

Exemple:

C: colonne Réseau: A(R.C.)

R: rangée Pour C: éléments d'image 1 à 128 Pour R: éléments d'image 1 à 128 Surface: surface plus A (R.C.)

Puis R

Puis C

Impression surface: surface

Fin

Le programme précédent additionne le nombre de positions de mémoire au nombre 1 en fonction du nombre 0. Cela est proportionnel à la quantité du blanc sur l'image.

Pour reconnaître une pièce W et son orientation par la mise en œuvre de moyens classiques, il fallait jusqu'à présent un long programme utilisant différentes directions d'exploration et un grand nombre de décisions à prendre par le calculateur. L'avantage de la machine de l'invention est de simplifier cette programmation en faisant tourner le réseau de la caméra vidéo, de manière qu'une condition soit remplie lors d'un examen. L'orientation de la caméra vidéo 86 est connue au moyen d'une boucle de réaction d'asservissement provenant du moteur 106 qui commande la rotation de la caméra ou, dans le cas de moteurs pas à pas, le nombre de pas est connu, dans cette position, par rapport à une position 0, et l'angle de rotation peut alors être calculé.

Le processus de vérification est commandé par le calculateur sous la forme d'une série de cycles comprenant une séquence rotation-examen-comparaison jusqu'à ce qu'une condition soit remplie. La condition définissant l'alignement correspondant à une orientation convenable est satisfaite lors de l'observation de certaines caractéristiques de la pièce. Des exemples de ces caractéristiques sont donnés sur les fig. 12 à 16 et décrits précédemment en regard de ces figures. On peut noter qu'il n'est pas nécessaire que la pièce soit centrée pour pouvoir être alignée par rotation.

La méthode d'analyse de la pièce utilisée par les caméras peut être mise en œuvre de diverses manières suivant la nature de la pièce concernée. Avec certaines pièces, il peut être utile de prélever l'information numérique provenant de la caméra et de mémoriser, dans la partie de mémorisation du calculateur, en vue d'une exploration postérieure par le calculateur, l'image que donne la caméra vidéo d'une pièce convenablement positionnée. Avec d'autres pièces, il peut suffire de mettre en œuvre un matériel comprenant des horloges et des compteurs qui mesurent la position, la surface, la hauteur et la largeur de la pièce. Dans le cas de la pièce rectangulaire représentée sur la fig. 11, il est possible de l'aligner tout d'abord par rotation de la caméra jusqu'à ce que la première ligne rencontrant l'image 458 de la pièce contienne un nombre prédéterminé d'éléments d'image excités par la présence de la pièce. Cela assure que le bord avant de la pièce, dans le haut de la trame, est parallèle aux rangées d'éléments d'image contenus dans la caméra. Il est inutile que la pièce soit centrée dans le réseau pour s'assurer que l'alignement est correct, car cela ne peut se produire que dans une position de rotation. Les doigts 52, conçus spécialement, peuvent alors prendre la pièce.

Les exemples précédents montrent l'importance de la caméra vidéo montée sur bras tournant. Ce montage permet une grande utilisation d'une analyse relativement simple. La vérification de la hauteur et de la largeur, par exemple, peut être adaptée à pratiquement toutes les pièces simples, par changement d'un paramètre dans le programme, ainsi que par les modifications nécessaires du matériel des doigts de prise, afin d'adapter ces derniers à la pièce particulière. Une méthode très importante de programmation peut être appelée technique par différence de surface. En prenant une pièce au cours de sa mise en place initiale sur le plateau d'examen, on peut faire appel à un sous-programme destiné à centrer cette pièce. On peut faire tourner la pièce à la main jusqu'à ce qu'elle soit dans un alignement compatible avec le dispositif 23 de prise, afin que la pièce puisse être prise par les doigts 52.

Lorsque la pièce W a été centrée et alignée, le calculateur reçoit les données d'entrée indiquées précédemment et il les mémorise sur un disque souple auquel il est possible de se référer par la suite. En cours de travail, l'image convenablement orientée et centrée est introduite dans la mémoire de travail du minicalculateur. La pièce W, placée de manière aléatoire sur le support 160, est ensuite

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centrée par la technique de surface. Une fois centrée, la caméra montée sur bras est tournée pas à pas et l'image est mémorisée dans la partie de mémorisation du minicalculateur 238. L'image en mémoire est ensuite soustraite numériquement, élément par élément, de l'image de la pièce convenablement positionnée et précédemment mise en mémoire. L'objectif est de réduire la différence afin de trouver l'orientation convenable.

Après le centrage de la pièce, l'image de la caméra est comparée en mémoire à celle de la pièce centrée. La caméra n'est pas tournée tant que la hauteur globale est égale à un paramètre donné, par exemple la hauteur de la pièce 500 montrée sur la fig. 14. A ce stade, la largeur de la pièce 500 est vérifiée à une certaine distance du sommet de la tête de la vis. Si cette dimension est trop faible, la pièce est alors considérée comme étant retournée de 180°, comme montré sur la fig. 16. A ce moment, l'analyse est répétée pour recentrer la pièce alignée, si cela est nécessaire. Il convient de noter que l'alignement en rotation ne nécessite pas que la pièce soit centrée. Sur les fig. 13 à 16, les hauteurs mesurées sont indiquées par la lettre H et les largeurs par la lettre W, ces lettres étant accompagnées d'indices différenciant les diverses mesures.

Dans le cas du bloc 466 à V de la fig. 12, le centrage peut être réalisé comme dans le cas de la vis montrée sur les fig. 13 à 16. L'alignement en rotation s'effectue tout d'abord par rotation incrémentielle de la caméra et par balayage des colonnes, rangée par rangée. Lorsque la pièce 466 est rencontrée initialement comme indiqué en 470 sur la fig. 12, elle doit être également rencontrée sur la même colonne, comme indiqué en 472, après un vide d'un certain nombre prédéterminé d'éléments. On réalise ainsi un alignement positif. Lorsque l'alignement est achevé, la pièce peut être centrée au moyen de compteurs. Des éléments d'image sont comptés jusqu'à ce que la pièce soit rencontrée. Etant donné que l'angle supérieur gauche 470 (fig. 12) est rencontré le premier, les compteurs s'arrêtent et la position de la pièce 466 peut alors être connue et modifiée. La pièce se trouve alors dans une orientation connue et elle peut être prise. Un autre moyen pour aligner une pièce carrée ou rectangulaire 458 (fig. 11) consiste à minimiser la hauteur globale par rotation de la caméra 86.

Dans le cas de pièces plus complexes telles que la vis à tête à empreinte (fig. 13 à 16), il peut être plus simple de mémoriser le signal de sortie des éléments d'image de la caméra dans des positions de mémorisation. Le signal analogique de la caméra est mis sous forme numérique et mémorisé sous la forme de nombres dans des positions distinctes de mémoire. Dans la plupart des cas, il suffit de deux niveaux de lumière, de manière qu'un point de seuil ou de croisement soit établi à un niveau de gris, de telle sorte que la tige, qui peut être éclairée en couleurs, provoque l'enregistrement d'un chiffre 1 et que le fond, généralement sombre, soit enregistré sous la forme d'un 0. Certaines applications peuvent également demander plus de deux niveaux lorsque différentes nuances de gris ou de couleurs existent. Dans ces cas, les éléments d'image peuvent être divisés en quatre,

huit, seize ou trente-deux niveaux de gris, et traités comme tels. Une fois en mémoire sous la forme de nombres, l'image ou les segments de l'image sont aisément explorés par le programme du calculateur et des décisions sont prises en fonction des résultats. Dans le cas de la vis montrée sur la fig. 13, cette dernière peut être centrée par harmonisation des zones des quatres quadrants séparés les uns des autres par les axes principaux bissectant le réseau d'éléments d'image. En posant comme contrainte ou condition limite que des quadrants non adjacents doivent contenir des surfaces égales de la pièce considérée, ou bien que les surfaces situées de part et d'autre de ces quadrants doivent être égales, on peut calculer, à partir des différences, l'amplitude du mouvement nécessaire pour centrer la pièce (fig. 15).

La fig. 20 est une vue en perspective d'une variante de la machine tournante vidéo de centrage, d'orientation et de transfert de pièces. Cette machine, représentée globalement en 520, peut être considérée comme l'ensemble fixe 21 à caméra vidéo verticale et haute montré sur la fig. 1 et comme l'ensemble 22 à caméra vidéo horizontale, montée sur bras, représenté sur la même figure et remplacé par le dispositif de positionnement X-Y, représenté en 27 dans la moitié inférieure de la fig. 1, mais retourné et placé en hauteur, à une certaine distance du dispositif 28 de transfert de pièces, la caméra vidéo étant alors tournée vers le bas et montée de manière à pouvoir tourner. La partie en hauteur et les lampes 165 d'éclairage de la pièce, faisant partie de la structure de support qui correspond à la structure verticale 164, de forme en L, ne sont pas représentées pour plus de clarté et pour ne pas masquer d'autres pièces autrement invisibles. Etant donné que le dispositif de positionnement X-Y est sensiblement identique à celui représenté sur la fig. 1, sauf l'inversion mentionnée ci-dessus, les mêmes références numériques sont utilisées pour désigner les pièces correspondantes et il est inutile de décrire plus en détail ce dispositif, sauf en ce qui concerne les caractéristiques supplémentaires qui ne sont pas représentées sur la fig. 1, mais qui apparaissent sur la fig. 20.

En particulier, la fig. 20 représente une plaque 114 de support, de laquelle partent vers le bas quatre supports supérieurs 116 portant les extrémités opposées de deux barres supérieures 118 de guidage d'axe Y, sur lesquelles peuvent coulisser des paliers supérieurs 120 qui portent le chariot ou coulisseau supérieur 122 pouvant se déplacer suivant l'axe Y. Le support taraudé 124 est fixé à ce chariot 122 et peut être animé d'un mouvement alternatif par la tige filetée supérieure 128 mise en rotation par le servomoteur supérieur 136. Le chariot ou coulisseau 122 porte quatre supports 138 qui maintiennent les extrémités opposées de barres latérales 140 de guidage suivant l'axe X. Quatre paliers coulissants 142 sont montés sur ces barres et supportent un chariot ou coulisseau inférieur 144 qui est disposé perpendiculairement aux axes des barres 118 de guidage. Une tige filetée inférieure 148, montée de manière à pouvoir tourner sur le chariot ou coulisseau supérieur 122, est mise en rotation par un servomoteur inférieur 154 qui fait exécuter ainsi un mouvement alternatif au chariot inférieur 144 par l'intermédiaire d'un support taraudé 155 dans lequel la tige filetée 148, alignée suivant l'axe X, est vissée.

Le chariot ou coulisseau inférieur 144 de la machine 520 supporte un plateau tournant 522 portant une caméra vidéo et dont le bord extérieur est denté de manière à pouvoir être mis en rotation par un pignon (non représenté) engrenant avec ce plateau et monté sur un arbre 524 entraîné par un servomoteur 526 de commande de la rotation du plateau. Une caméra vidéo 528, montée sur le chariot ou coulisseau inférieur 144 auquel elle est fixée, et partant vers le bas du plateau tournant 522, est mise au point sur une table 530 de travail qui correspond au support 160 de pièces de la fig. 1, par exemple un plateau, qui, de même que dans le cas du support 160, peut être un transpoteur mobile qui est momentanément arrêté pendant le mouvement d'exploration de la ou des pièces par la caméra vidéo verticale, haute et tournante 86, montrée sur la fig. 1, les pièces étant suffisamment grandes pour pouvoir être positionnées avec précision et de manière également à pouvoir être vues avec une définition suffisante par la caméra vidéo 528. Il est cependant évident que, dans le cas de très petites pièces W qui ne sont pas placées avec une précision suffisante, compte tenu du pouvoir séparateur de la caméra vidéo 528, cette dernière peut être complétée par une caméra vidéo horizontale 86, montée sur un bras de robot, comme montré sur la fig. 1. Il est également évident que la caméra vidéo 528, au lieu d'être équipée de l'objectif classique 532, peut comporter un objectif classique à focale variable (non représentée) dans lequel des éléments optiques, situés à l'intérieur de la monture, peuvent être déplacés alternativement vers l'avant et vers l'arrière, les uns par rapport aux autres, par un mécanisme à commande par moteur, par exemple un engrenage commandé par un moteur électrique, afin de faire varier la dimension de l'image de la pièce W et, par conséquent, le pouvoir de séparartion de l'objectif.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

R

11 feuilles dessins

Claims

632 694

1. Machine tournante de centrage, d'orientation et de transfert de pièces à caméra vidéo, comprenant une commande à fonctionnement électronique et calculateur, comprenant une partie de mémorisation, la machine étant destinée à faire passer des pièces d'un poste de chargement dans un poste de déchargement situé à l'extérieur de la machine, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de support de pièces (160) disposé dans le poste de chargement, un support (114) de la machine destiné à être placé entre les postes, un premier dispositif de positionnement (27) suivant des axes X et Y comprenant un premier chariot (122) monté sur le support (114) de manière à pouvoir exécuter un mouvement alternatif longitudinal, suivant un axe X et longitudinalement au dispositif de support des pièces, et un second chariot (144) monté sur le chariot (122), de manière à pouvoir exécuter un mouvement alternatif horizontal, suivant un axe Y et latéralement au chariot (122) d'axe X, des éléments commandant les mouvements alternatifs de ces deux chariots, un dispositif (26) pour élever et faire pivoter horizontalement un dispositif de déplacement de pièces (24) monté sur le dispositif (26) et comprenant un mécanisme de prise de pièces (23) déplacé par le dispositif (24) entre les postes de chargement et de déchargement, une caméra (86) montée en alignement optique avec le dispositif de support de pièces (160), de manière à pouvoir tourner autour de son axe optique, la caméra possédant un plan focal qui passe par le dispositif de support de pièces (160), de manière que des images des pièces se forment dans ce plan, la caméra vidéo étant reliée électriquement à la commande électronique afin de transmettre l'image, formée dans ledit plan focal, d'une pièce placée de manière aléatoire sur le dispositif de support, cette image étant transmise à la commande afin d'être comparée à l'image d'une pièce ayant été placée auparavant dans une position convenable sur le dispositif de support, cette dernière image ayant été au préalable enregistrée dans la partie de mémorisation, et en ce qu'elle comporte également un dispositif qui, lorsque l'image que donne la caméra vidéo de la pièce placée de manière aléatoire sur le dispositif de support (160), coïncide avec l'image contenue dans la partie de mémorisation de la commande, fait tourner la caméra vidéo et provoque un déplacement du chariot (122) d'axe X et du chariot (144) d'axe Y, afin d'amener le mécanisme de prise de pièces (23) dans une position adjacente à la pièce disposée de manière aléatoire, afin que ladite pièce puisse être prise.

2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la caméra vidéo est montée sur le dispositif (24) de déplacement de pièces (24), de manière qu'elle puisse se déplacer d'un seul bloc sur ce dispositif.

2

REVENDICATIONS

3. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de déplacement de pièces (24) comprend une partie arrière montée sur le dispositif d'élévation et de pivotement (26), ainsi qu'une partie avant extensible montée de manière mobile sur la partie arrière, un élément étant relié à la partie arrière afin de commander des mouvements d'extension et de retrait de la partie avant par rapport à la partie arrière, le dispositif de prise des pièces étant monté sur la partie avant.

4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que la caméra vidéo est montée sur la partie arrière, la partie avant portant un élément réfléchissant (64) qui est placé en alignement optique avec la caméra vidéo et le poste de chargement.

5. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que la partie avant est montée sur la partie arrière, coaxialement à cette dernière, de manière à pouvoir tourner par rapport à elle, des éléments étant montés sur la partie arrière et reliés à la partie avant, de manière à la faire tourner par rapport à la partie arrière.

6. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que le mécanisme de prise des pièces (23) est monté de manière à pouvoir tourner sur la partie avant, un élément commandant la rotation de ce dispositif de prise des pièces.

7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que le mécanisme de prise des pièces (23) est agencé de façon à pouvoir tourner sur un axe à peu près perpendiculaire à la partie avant.

8. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que le mécanisme de prise des pièces (23) est monté sur le dispositif (24) de déplacement de pièces (24), de manière à pouvoir tourner indépendamment du pivotement de ce dernier dispositif.

9. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que la caméra vidéo est montée de manière que son axe optique soit parallèle au dispositif de déplacement de pièces (24) et perpendiculaire à l'axe de pivotement de ce même dispositif.

10. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une structure qui supporte une seconde caméra vidéo (166) et qui est adjacente au poste de chargement, la seconde caméra vidéo étant montée de manière que son axe optique soit à peu près perpendiculaire au poste de chargement.

11. Machine selon la revendication 10, caractérisée en ce que la première caméra vidéo (186) comporte un objectif à petit angle et grand pouvoir séparateur, ne couvrant qu'une partie de la largeur du poste de chargement, et en ce que la seconde caméra vidéo (166) comporte un objectif à grand angle et faible pouvoir séparateur, couvrant sensiblement la totalité de la largeur du poste de chargement, la seconde caméra portant un élément la reliant électriquement à la commande et à la première caméra vidéo, afin que les chariots (122,144) déplacent le dispositif (24) et la première caméra vidéo qu'ils portent pour placer le champ de cette caméra vidéo afin qu'il recouvre la pièce, placée de manière aléatoire, en réponse au positionnement de la pièce et à la détermination et la transmission des coordonnées X et Y à la première caméra vidéo par l'intermédiaire de la commande et d'un circuit de réaction provenant de la commande.

12. Machine selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte un second dispositif de positionnement suivant des axes X et Y, monté sur la structure de support de la seconde caméra, au-dessus du dispositif de support de pièces (160), un support tournant (522) étant monté de manière à pouvoir tourner sur le second dispositif de positionnement afin de pouvoir exécuter un mouvement alternatif horizontal avec ce dernier, dans des directions perpendiculaires entre elles et par rapport au support de la seconde caméra vidéo, la seconde caméra vidéo (528) étant montée sur le support tournant de manière que son axe optique soit à peu près vertical et qu'il coïncide approximativement avec l'axe de rotation du support tournant.