DE102004015691A1

DE102004015691A1 - Vorrichtung zum Prüfen von Werkstücken

Info

Publication number: DE102004015691A1
Application number: DE200410015691
Authority: DE
Inventors: Joachim Heuer
Original assignee: HEUER AUTOMATION GmbH
Current assignee: HEUER AUTOMATION GmbH
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-10-27

Abstract

Ein Roboter ergreift auf einer Förderstrecke ungeordnet ankommende Werkstücke und präsentiert diese einer Prüfstation. Danach werden die Werkstücke, je nach Prüfergebnis, an einem Ausgang für fehlerfreie Werkstücke oder einem Ausgang für fehlerhafte Werkstücke abgelegt. Werkstücke, die vom Roboter nicht erfaßt werden, werden dem Roboter von der Förderstrecke erneut zugeführt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Prüfen von Werkstücken.
Es ist grundsätzlich bekannt, Werkstücke mittels einer Digitalkamera und zugehöriger Bildauswertung zu prüfen. Zu diesem Zweck werden die Werkstücke vereinzelt auf einem vorgegebenen Weg durch das Blickfeld einer Prüfkamera geführt, so dass deren Bildauswertung für die Qualität der Werkstücke signifikante Einzelheiten zu erkennen vermag. Für die Vereinzelung der Werkstücke und deren Transport durch das Blickfeld der Prüfkamera ist regelmäßig ein vergleichsweise hoher mechanischer Aufwand erforderlich, wobei für unterschiedliche Werkstücke unterschiedliche Führungen installiert werden müssen und dementsprechend ein Wechsel oder eine Veränderung der Werkstücke regelmäßig einen erheblichen Installationsaufwand nach sich zieht.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Prüfung von Werkstücken wesentlich flexibler als bisher zu gestalten und insbesondere umfangreiche Umrüstmaßnahmen bei Wechsel oder Abänderung der Werkstücke überflüssig zu machen.
Hierzu dient erfindungsgemäß eine Vorrichtung mit

– einer Förderstrecke, welche ungeordnet bzw, chaotisch von einer Werkstückausgabe kommende Werkstücke aufnimmt,
– einer die Förderstrecke überwachenden Kamera mit Bildauswertung, welche Lagekoordinaten zugriffsfähiger Werkstücke auf der Förderstrecke erfaßt,
– einer an der Förderstrecke in Förderrichtung hinter der Kamera angeordneten, mit Rechnersteuerung arbeitenden Handhabungsvorrichtung, die zumindest einen Teil der zugriffsfähigen Werkstücke entsprechend den Lagekoordinaten, die der Rechnersteuerung von der Bildauswertung zugeleitet werden, und unter Berücksichtigung einer von der Förderstrecke ausgeführten Bewegung aufnimmt, und
– einer Prüfstation, der die Handhabungsvorrichtung das jeweils aufgenommene Werkstück in vorgegebener Orientierung präsentiert, wobei die Handhabungsvorrichtung das Werkstück je nach Prüfergebnis an einem Ausgang für fehlerfreie Werkstücke oder einem Ausgang für fehlerhafte Werkstücke ablegt.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, der Prüfstation die Werkstücke mittels einer Handhabungsvorrichtung, etwa einem Roboter, zuzuführen und der Handhabungsvorrichtung eine eine bewegte Förderstrecke für die Werkstücke überwachende Kamera mit Bildauswertung sowie Mittel zur Erfassung der Bewegungen der Förderstrecke zuzuordnen, so dass die Werkstücke auf der bewegten Förderstrecke von der Handhabungsvorrichtung aufgenommen werden können.
In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Förderstrecke von der Handhabungsvorrichtung nicht aufgenommene Werkstücke der Werkstückausgabe oder einem der Werkstückausgabe zugeordneten Werkstückreservoir zuführt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass ungeprüft gebliebene Werkstücke zwangsläufig erneut in den Zugriffsbereich der Handhabungsvorrichtung gelangen und dementsprechend der Prüfstation präsentiert werden können.
Vorteilhafterweise kann bei der Erfindung zugelassen werden, dass die Anzahl der auf der Förderstrecke geführten Werkstücke größer ist als die Anzahl der Werkstücke, welche von der Handhabungsvorrichtung aufgenommen und/oder bezüglich ihrer Lagekoordinaten von der Bildauswertung der die Förderstrecke überwachenden Kamera erfaßt werden können. Denn die Handhabungsvorrichtung kann ohne weiteres jeweils nur einen Teil der auf der Förderstrecke transportierten Werkstücke aufgreifen und einer Prüfung zuführen. Der andere Teil der Werkstücke wird von der Förderstrecke zur Werkstückausgabe bzw. zu dem dortigen Werkstückreservoir zurückgeführt und kann damit später bei einem erneuten Durchlauf der Förderstrecke von der Handhabungsvorrichtung aufgenommen und der Prüfung zugeführt werden.
Im Ergebnis lässt sich also die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Prüfen von Werkstücken auch als Pufferspeicher für die Werkstücke einsetzen.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist die Förderstrecke als Förderband ausgebildet, dem die Werkstücke als Schüttgut zugeführt werden.
Da die Werkstücke mit hinreichender Wahrscheinlichkeit auf dem Förderband eine vereinzelte Lage einnehmen, können die Bildauswertung der die Förderstrecke bzw. das Förderband überwachenden Kamera und/oder die Steuerung der Handhabungsvorrichtung vergleichsweise einfach strukturiert sein. So genügt es, wenn die Bildauswertung nur die bandparallelen Lagekoordinaten vereinzelter Werkstücke erfasst. Dies hat zur Folge, dass die Handhabungsvorrichtung nur auf vereinzelte Werkstücke zugreift und der Zugriff jeweils in einer einzigen vorgegebenen Ebene erfolgen kann, die in die Förderebene fällt oder parallel zu ihr erstreckt ist.
Weder bei der Erfassung der Lagekoordinaten der Werkstücke auf der Förderstrecke bzw. auf dem Förderband noch bei der Erfassung der Werkstücke mit der Handhabungsvorrichtung muss die „Höhenlage" des Werkstückes relativ zur Förderebene berücksichtigt werden.
Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgend anhand der Zeichnung erläuterte Ausführungsform verwiesen.
Schutz wird nicht nur für ausdrücklich dargestellte oder aufgeführte Merkmalskombinationen sondern auch für prinzipiell beliebige Unterkombinationen beansprucht.
In der Zeichnung zeigt
1 eine schematisierte Gesamtdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Prüfen von Werkstücken und
2 ein Blockdiagramm der Steuerung.
Gemäß 1 gelangen Werkstücke 1 aus einem nur schematisch dargestellten Werkstückreservoir 2 mehr oder weniger chaotisch auf ein sich ständig bewegendes Förderband 3.
Das Förderband 3 führt die Werkstücke 1 an einer das Förderband 3 überwachenden Kamera 4 vorbei, deren Blickfeld auf dem Förderband 3 durch eine Beleuchtung 5 erhellt werden kann.
Die Kamera 4 arbeitet digital mit einer Bildauswertung 6 zusammen, derart, dass zumindest bei einem Teil der Werkstücke 1 deren Lagekoordinaten auf dem Förderband erfaßt werden können.
In Bewegungsrichtung des Förderbandes 3 hinter der Kamera 4 ist eine Handhabungsvorrichtung, beispielsweise in Form eines Industrieroboters 7 angeordnet, der dazu dient, Werkstücke 1, deren Lagekoordinaten von der Bildauswertung 6 ermittelt werden konnten, aufzunehmen und einer Prüfkamera 8 zu präsentieren, so dass deren Bildauswertung 9 signifikante Qualitätsmerkmale des jeweils präsentierten Werkstückes erkennen kann. Der Prüfkamera 8 ist in der Regeleine Beleuchtung 17 zugeordnet, deren Licht auf die zu prüfenden Werkstücke vor der Prüfkamera 8 gerichtet ist.
In Abhängigkeit vom Prüfergebnis legt dann der Roboter 7 die geprüften Werkstücke entweder an einem Ausgang 10 für fehlerfreie oder einem Ausgang 11 für fehlerhafte Werkstücke ab.
Auf dem Förderband 3 verbliebene, vom Roboter 7 nicht aufgenommene Werkstücke 1 werden vom Förderband 3 auf ein lediglich schematisch angedeutetes weiteres Förderband 12 geworfen, welches diese Werkstücke 1 zum Reservoir zurückführt, so dass diese Werkstücke nach einer mehr oder weniger langen Zeitspanne wieder auf das Förderband 3 geworfen werden.
Die 2 lässt die Funktion des erfindungsgemäßen Systems noch besser erkennen.
Die Digitalkamera 4, welche die Werkstücke 1 auf dem Förderband 3 erfasst, wirkt mit der Bildauswertung 6 zusammen, die einerseits erkennen kann, ob die erfaßten Werkstücke 1 in einer zugreiffähigen Position liegen, und andererseits die Lagekoordinaten der zugreiffähigen Werkstücke 1 ermitteln kann.
Diese Lagekoordinaten werden einer Schnittstelle 13 zugeführt, die die vorgenannten Lagekoordinaten in Stellkoordinaten des Roboters 7 transfomiert und einer Rechnersteuerung 14 des Roboters 7 zuführt.
Diese Rechnersteuerung 14 ist eingangsseitig desweiteren mit einem Inkrementalgeber 15 verbunden, der die Bewegungen des Förderbandes 3 erfaßt. Damit kann die Rechnersteuerung 14 die von der Schnittstelle 13 kommenden Stellkoordinaten zu jedem Zeitpunkt und bei sich weiterhin bewegendem Förderband 3 in korrekte Greifbefehle für den Roboter 7 umrechnen.
Die digitale Prüfkamera 8 wirkt mit der Bildauswertung 9 zusammen, die je nach Prüfergebnis über eine weitere Schnittstelle 16, die mit der Schnittstelle 13 zusammengefasst sein kann, der Rechnersteuerung 14 des Roboters 7 die Koordinaten entweder des Werkstückausganges 10 oder des Werkstückausganges 11 (vgl. 1) mitteilt. Damit steuert die Rechnersteuerung 14 den Roboter 7 so, dass das geprüfte Werkstück entsprechend dem Prüfergebnis abgelegt wird.
Anstelle einer einzigen Prüfkamera 8 können auch mehrere Kameras 8 vorgesehen sein, um ein Werkstück aus mehreren Blickrichtungen simultan prüfen zu können.
Die Prüfkamera 8 bzw. die Prüferkameras 8 sowie die zugehörige Beleuchtung 17 und die Bildauswertung 9 bilden vorzugsweise eine fest neben dem Förderband 3 bzw. innerhalb der Gesamtanlage zur Prüfung der Werkstücke installierte Prüfeinheit.
Da die Kamera 8 bzw. die Kameras 8 und deren Objektiv bzw. Objektive sowie die Beleuchtung 17 in der Regel an unterschiedliche Werkstücke angepasst werden, sind die Prüfkamera 8 bzw. die Prüfkameras 8 und die Beleuchtung 17 zu einem schnell auswechselbaren Teil, beispielsweise in Form einer „Schublade", innerhalb der vorgenannten Einheit ausgebildet. Sobald also andere Werkstücke geprüft werden sollen, wird die Kamera-Beleuchtungs-Schublade für die vorangehend geprüften Werkstücke entfernt und durch eine andere Kamera-Beleuchtungs-Schublade ausgetauscht, die an die neuen Werkstücke angepasst ist.
Die Schubladen bzw. Einschübe sind innerhalb der Prüfeinheit mechanisch indexiert und werkzeuglos wechselbar, wobei automatisch Steckverbindungen zwischen der Kamera 8 bzw. den Kameras 8 und der Bildauswertung 9 geschlossen werden, wenn die Schublade bzw. der Einschub ihre Soll-Endlage einnehmen.
Jede Schublade bzw. jeder Einschub besitzt eine Codierung, die mittels entsprechender Sensorik an der Prüfeinheit erfasst und der Bildauswertung 9 „gemeldet" wird. Damit „weiß" die Bildauswertung 9, welche Schublade bzw. welcher Einschub und dementsprechend welche Art von Kamera 8 oder Kameras 8 arbeiten sollen. Damit wird gleichzeitig das entsprechende Roboter- und Bildverarbeitungsprogramm der Bildauswertung 9 aktiviert bzw. geladen.

Claims

Vorrichtung zum Prüfen von Werkstücken (1), mit – einer Förderstrecke (3), welche ungeordnet bzw. chaotisch von einer Werkstückausgabe (2) kommende Werkstücke aufnimmt, – einer die Förderstrecke (3, 12) überwachenden Kamera (4) mit Bildauswertung (6), welche Lagekoordinaten zugriffsfähiger Werkstücke auf der Förderstrecke erfaßt, – einer an der Förderstrecke in Förderrichtung hinter der Kamera angeordneten, mit Rechnersteuerung (24) arbeitenden Handhabungsvorrichtung (7), die zumindest einen Teil der zugriffsfähigen Werkstücke entsprechend den Lagekoordinaten, die der Rechnersteuerung von der Bildauswertung zugeleitet werden, und unter Berücksichtigung einer von der Förderstrecke ausgeführten Bewegung aufnimmt, und – einer Prüfstation (8, 9), der die Handhabungsvorrichtung das jeweils aufgenommene Werkstück in jeweils vorgegebener Orientierung präsentiert, wobei die Handhabungsvorrichtung das Werkstück je nach Prüfergebnis an einem Ausgang (10) für fehlerfreie Werkstücke oder einem Ausgang (11) für fehlerhafte Werkstücke ablegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstrecke (3, 12) von der Handhabungsvorrichtung nicht aufgenommene Werkstücke der Werkstückausgabe oder einem der Werkstückausgabe zugeordneten Werkstückreservoir (2) zuführt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Förderstrecke ein Transportband (3) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Prüfstation eine Kamera (8) mit Bildauswertung (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die als Prüfstation vorgesehene Kamera gesondert von der die Förderstrecke überwachenden Kamera vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnersteuerung (14) oder eine Schnittstelle (13) zwischen der Bildauswertung (6) der die Förderstrecke überwachenden Kamera (4) und der Rechnersteuerung die von der Bildauswertung ermittelten Lagekoordinaten in Stellgrößen der Handhabungsvorrichtung für eine Werkstückaufnahme umsetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnersteuerung (14) eingangsseitig mit Mitteln (15) zur Erfassung der Bewegung der Förderstrecke (3) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswertung (6) der die Förderstrecke überwachenden Kamera (4) nur auf bzw. an der Förderstrecke vereinzelte Werkstücke (1) als zugriffsfähig erkennt und nur die Lagekoordinaten solcher Werkstücke erfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswertung (6) der die Förderstrecke überwachenden Kamera (4) nur Koordinaten in bzw. parallel zu einer Förderebene erfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungsvorrichtung (7) die Werkstücke (1) ausschließlich in der Förderebene bzw. in vorgegebenem Abstand von der Förderebene ergreift.