DE102008025857A1

DE102008025857A1 - Separating components, e.g. screws, nuts or washers supplied in bulk, determines component position using laser scanner, picks it up and transfers it to desired position

Info

Publication number: DE102008025857A1
Application number: DE200810025857
Authority: DE
Inventors: Willi Dipl.-Ing. Klumpp; Matthias Dipl.-Ing. Schreiber
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2009-03-12

Abstract

The actual, initial position of at least one component is determined, using a laser scanner. It is picked-up from this position, using a robotic gripper. It is transferred to a desired position and deposited there. The gripper tool is mechanical, pneumatic or magnetic. A two-stage process may be used. The component is picked-up by gripping any part of it; it is then transferred and deposited. The component is then picked up once more, by gripping a given part of it. It is then transferred to its desired position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vereinzelung von Teilen aus Schüttgut mittels eines Roboters.The The invention relates to a method for separating parts bulk by means of a robot.

Um mechanische Kleinteile, wie Schrauben, Muttern, Scheiben und dergleichen in automatisierten Fertigungsverfahren einsetzen zu können, müssen diese in der Regel in sogenannten Setzkästen oder ähnlichem vorpositioniert vorgelegt werden, damit es den automatischen Fertigungsmaschinen möglich ist, diese Teile definiert aufzunehmen und zu verwenden. Da derartige Teile in der Regel in Form von ungeordneten Schüttgut geliefert werden, sind hierzu aufwendige Vorbereitungsschritte nötig.Around mechanical small parts, such as screws, nuts, washers and the like in automated manufacturing processes, they must usually presented prepositioned in so-called setting boxes or the like so that it is possible for the automatic manufacturing machines, to record and use these parts in a defined way. Because such Parts are usually supplied in the form of disordered bulk material, are this elaborate preparation steps needed.

Bekannte Verfahren zur Vereinzelung von Teilen aus Schüttgut, wie zum Beispiel Vibrationsvereinzeler oder Stufenförderer erzielen in der Regel keine zu hundert Prozent lage- und positionsrichtige Vereinzelung, was ein zeit- und kostenaufwendiges manuelles Nachsortieren bzw. Positionieren der Teile, bzw. ebenso kostenträchtige Funktionsstörungen der nachgelagerten Fertigungsautomatiken verursachen kann. Eine verbesserte Vereinzelung solcher Teile kann durch ein Robotersystem erfolgen, welche bislang Kamerasysteme zur Identifikation der einzelnen Teile in einer Schüttgutmenge benutzten. Aufgrund der fehlenden Tiefenwahrnehmung solcher Kamerasysteme müssen dabei die einzelnen Schüttgutteile flächig auf einem Band verteilt werden, auf welchem sie dann durch die Kamera erkannt und von einem Roboter gegriffen werden. Bei Überlappungen einzelner Teile ist oftmals keine zuverlässige Erkennung von Position und Drehlage, sowie kein zuverlässiges Ergreifen der einzelnen Teile möglich. Deswegen sind solche Verfahren in der Regel sehr ineffizient, nur ein geringer Anteil der auf dem Band beförderten Teile kann sicher gegriffen und umpositioniert werden, während die übrigen nicht gegriffenen Teile in einen Schüttgutbehälter zurückbefördert werden und dem Prozess von Neuem zugeführt werden.Known Method for separating parts from bulk material, such as vibration singler or step conveyor As a rule, they do not achieve a hundred percent positional and positional separation, what a time-consuming and costly manual rearrangement or Positioning of the parts, as well as costly malfunctions of the can cause downstream production automation. An improved Separation of such parts can be done by a robot system, which so far camera systems for the identification of the individual parts in a bulk quantity used. Due to the lack of depth perception of such camera systems have to while the individual bulk material parts flat on a tape, on which they then through the camera be recognized and gripped by a robot. For overlaps of individual Parts are often not reliable Detection of position and rotational position, as well as no reliable grip the individual parts possible. That is why such procedures are usually very inefficient, only a small proportion of the parts carried on the belt can be safely gripped and repositioned while the remaining unrestrained parts are returned to a bulk container and the process fed again become.

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, bestehende, insbesondere robotische, Verfahren zur Vereinzelung von Teilen aus Schüttgut dergestalt weiterzuentwickeln, dass eine schnelle, weitestgehend fehlerfreie und ökonomisch durchzuführende Vereinzelung ermöglicht wird.Of the The present invention is therefore based on the object existing, in particular robotic, method for separating parts from bulk material such to develop that fast, largely error-free and economically to be carried out singling allows becomes.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a method having the features of the patent claim 1 solved.

Bei einem solchen Verfahren wird zuerst die Ist-Position zumindest eines Schüttgutteiles bestimmt, welches anschließend durch ein robotisches Greifwerkzeug aus seiner Ist-Position aufgenommen, und durch den Roboter in eine Soll-Position überführt und abgelegt wird. Unter Ist-Position wird dabei die vollständige räumliche Definition der Lage eines Schüttgutteiles in einer nicht weiter vorbehandelten Schüttgutmenge verstanden. Die Positionsbestimmung von zumindest einem Schüttgutteil im ersten Verfahrensschritt erfolgt damit in einem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur zweidimensional, wie es dem Stand der Technik entspricht, sondern unter Berücksichtigung aller Raumkoordinaten, Freiheitsgrade und Asymmetrien des Teiles. Damit ist eine Vorvereinzelung der Teile in Form eines Ausbreitens auf einem Förderband oder einer ähnlichen Einrichtung nicht mehr nötig. Die Lage der Teile kann direkt in einer dreidimensional ungeordneten Menge einzelner Teile erkannt werden, Vorrichtungen oder Verfahrensschritte zur Vorbereitung der Teile für die eigentliche Vereinzelung entfallen, was den Prozess schneller und ökonomischer gestaltet.at In such a method, first, the actual position becomes at least one bulk part determined, which subsequently received from its actual position by a robotic gripping tool, and transferred by the robot in a desired position and is filed. Under actual position thereby becomes the complete spatial Definition of the position of a bulk material part understood in a not further pretreated bulk amount. The Position determination of at least one bulk material part in the first process step takes place in a method according to the invention not only two-dimensional, as in the prior art, but under consideration all space coordinates, degrees of freedom and asymmetries of the part. This is a pre-separation of the parts in the form of a spread on a conveyor belt or a similar one Setup no longer necessary. The location of the parts can be directly in a three-dimensional disorderly Quantity of individual parts are detected, devices or process steps to prepare the parts for The actual singling eliminated, making the process faster and more economical designed.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird dabei zur Bestimmung der Ist-Position des zumindest einen Schüttgutteiles ein hochauflösender Laserscanner verwendet. Solche Laserscanner erlauben die präzise Bestimmung von Raumkoordinaten und Drehlagenorientierungen auch einer großen Menge ungeordneter Kleinteile. Insbesondere ist es dadurch vorteilhaft möglich, im ersten Verfahrensschritt nicht nur die Position eines einzelnen Teiles, sondern die Positionen einer großen Untermenge der Gesamtmenge der Schüttgutteile zu bestimmen.In a particularly preferred embodiment is used to determine the actual position of the at least one bulk material part a high resolution Laser scanner used. Such laser scanners allow precise determination of space coordinates and rotational position orientations also of a large amount disorderly small parts. In particular, it is advantageous possible, in the first step, not just the position of an individual Part, but the positions of a large subset of the total the bulk material parts to determine.

Zur Aufnahme von einzelnen Schüttgutteilen wird hierbei bevorzugt ein mechanisches, pneumatisches oder magnetisches Greifwerkzeug verwendet. Ein solches Greifwerkzeug wird vorzugsweise von einem Roboterarm mit einer an die Geometrie der Vereinzelungsvorrichtung angepassten Zahl von Freiheitsgraden bewegt. Die konkrete Auswahl des Werkzeuges wird dabei von den spezifischen Eigenschaften der vereinzelten Schüttgutteile bestimmt. Eine flexible Auswahl des Greifwerkzeuges ermöglicht somit vorteilhaft die Anpassung des Verfahrens an eine Vielzahl von zu vereinzelnden und sortierenden Schüttguttypen. Eine Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens kann damit vorteilhaft schnell umgerüstet werden, was Betriebszeiten und -kosten spart.to Intake of individual bulk material parts becomes in this case preferably a mechanical, pneumatic or magnetic Gripping tool used. Such a gripping tool is preferably from a robot arm with a to the geometry of the separating device adjusted number of degrees of freedom moves. The concrete selection of the tool is determined by the specific properties of isolated bulk material parts certainly. A flexible selection of the gripping tool thus allows advantageous to adapt the method to a variety of sorting and sorting bulk materials. A facility for Carrying out a such process can be advantageously converted quickly, which saves operating times and costs.

In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird zur Aufnahme des Schüttgutteiles aus seiner vorherbestimmten Ist-Position das Teil in einem beliebigen Bereich durch das Greifwerkzeug aufgenommen, in eine Zwischenposition überführt und abgelegt, und anschließend in einem vorgegebenen Bereich des Teiles neu aufgenommen und in seine Soll-Position überführt. Durch eine solche Erweiterung des Verfahrens wird es möglich, auch asymmetrische Teile, wie beispielsweise Schrauben, zuverlässig und mit einer geringen Ausschussquote in eine gewünschte Soll-Position zu überführen.In an alternative embodiment of the method is for receiving the bulk material part of its predetermined Actual position the part is received in any area by the gripping tool, transferred to an intermediate position and filed, and then recaptured in a given area of the part and in its nominal position transferred. By such an extension of the procedure makes it possible, even asymmetric parts, such as screws, reliable and with a low Reject rate in a desired To transfer target position.

Bevorzugt wird bei der Bestimmung der Ist-Position eines Schüttgutteiles ein räumlicher Koordinatensatz, sowie eine Drehlage und/oder ein Schwerpunkt des zumindest einen Schüttgutteils bestimmt. Auch wenn angesichts der relativ geringen Freiheitsgrade gängiger Schüttgutteile in der vollständigen Bestimmung dieses Datensatzes eine Überbestimmung liegen mag, trägt dies doch vorteilhaft zur Verringerung der Fehler- und Ausschussrate des Verfahrens bei.Prefers is used in determining the actual position of a bulk material part a spatial Set of coordinates, as well as a rotational position and / or a focus of the at least one bulk material part certainly. Even if given the relatively low degrees of freedom common bulk parts in the full Determining this record may be an over-determination, this contributes but beneficial for reducing the error and reject rate of Procedure at.

Im Folgenden soll die Erfindung und ihre bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert werden. Um eine erfindungsgemäße Vereinzelung von Schüttgutteilen zu erzielen, muss in einem ersten Verfahrensschritt zuerst die Ist-Position zumindest eines der Teile bestimmt werden. Solche Teile werden in der Regel als dreidimensional ungeordnete Menge in Behältnissen angeliefert. Es ist dabei besonders zu bevorzugen, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens solche Teile direkt aus ihren Transportbehältnissen zu entnehmen. Damit entfällt eine Vorbehandlung der Schüttgutmenge, für die gegebenenfalls weitere Geräte zur Verfügung gestellt werden müsste. Um die Erkennung von Teilen in einer derart ungeordneten Masse in ihrem Transportbehälter zu ermöglichen, ist der Einsatz von hochauflösenden Scannern nötig. Bevorzugt wird hierzu ein Laserscanner verwendet. Es ist jedoch auch der Einsatz anderer, auf elektromagnetischer Strahlung verschiedener Wellenlängebereiche beruhender, oder beispielsweise Ultraschall einsetzender Scannersysteme denkbar.in the The following is the invention and its preferred embodiments be explained in more detail. To a separation according to the invention of bulk materials In the first step of the procedure, the actual position must first be reached at least one of the parts will be determined. Such parts are in usually as a three-dimensionally disordered amount in containers delivered. It is particularly preferable, by means of the method according to the invention to remove such parts directly from their transport containers. In order to deleted a pretreatment of the bulk material quantity, for the possibly other devices to disposal would have to be asked. To the detection of parts in such a disorderly mass in her transport container to enable is the use of high-resolution scanners necessary. Preferably, a laser scanner is used for this purpose. However, it is also the use of others, different on electromagnetic radiation Wavelength ranges based or, for example, ultrasound scanner systems conceivable.

Aus dem von einem solchen Scanner gelieferten digitalen Datensatz muss in der Folge eine Steuereinheit im Zug eines Bild-/Mustererkennungsprozesses einzelne Teile der Schüttgutmenge identifizieren und für jedes Teil einen Datensatz bereitstellen, welcher die dreidimensionale Position des Teiles, sowie bei asymmetrischen Teilen, seine Drehlagenorientierung umfasst. Aus der Menge der erarbeiteten Datensätze muss nun die Steuereinrichtung diejenigen Schüttgutteile identifizieren, welche ohne Interferenz mit anderen Teilen gegriffen werden können.Out the digital record provided by such a scanner subsequently a control unit in the train of an image / pattern recognition process individual parts of the bulk material quantity identify and for each part provide a record which is the three-dimensional Position of the part, as well as asymmetrical parts, its rotational position orientation includes. From the set of developed records now the control device those bulk material parts identify which ones seized without interference with other parts can be.

Auf Grundlage dieser Liste der ergreifbaren Teile errechnet nun die Steuereinheit Bewegungsanweisungen für ein robotisches Greifwerkzeug. Als Roboter soll hier im Sinne der VDI-Richtlinie 2860 ein universell einsetzbarer Bewegungsautomat mit mehreren Achsen, deren Bewegungen hinsichtlich Bewegungsfolge und Wegen bzw. Winkeln frei programmierbar sind, verstanden werden. Für das Ergreifen kleiner Schüttgutteile zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei der Einsatz eines Roboters mit hoher Bahn- und Positionsgenauigkeit vonnöten.On Based on this list of tangible parts now calculates the Control unit Movement instructions for a robotic gripping tool. As a robot here in the sense of the VDI guideline 2860 a universal Applicable motion machine with multiple axes, their movements in terms of movement sequence and paths or angles freely programmable are to be understood. For grabbing small bulk material parts to carry out the method according to the invention is the use of a robot with high orbit and position accuracy needed.

Die Steuereinheit übermittelt nun an den Roboter ein auf Grundlage eines Positionsdatensatzes für ein zu ergreifendes Schüttgutteil ermitteltes Bewegungsprofil welches dem Roboter ermöglicht, das gewünschte Teil definiert zu ergreifen und aus der Schüttgutmenge zu entnehmen. Das dazu verwendete Greifwerkzeug kann spezifisch an das zu vereinzelnde Schüttgut angepasst werden. Ferromagnetische Schüttgutteile erlauben dabei den Einsatz von magnetischen Greifwerkzeugen, welche allerdings so ausgelegt werden müssen, dass ein definiertes Ergreifen eines einzelnen Teiles ermöglicht wird. Eine weitere Einschränkung magnetischer Greifwerkzeug findet sich in einer möglichen Magnetisierung der ergriffenen Teile, welche je nach späterer Anwendung dieser Teile unter Umständen zu vermeiden ist. Diese Probleme lassen sich durch den Einsatz von mechanischen oder pneumatischen Greifwerkzeugen verwenden, wobei mechanische Greifwerkzeuge in ihrem Einsatz wiederum durch die mechanische Belastbarkeit sowie die Oberflächengriffigkeit der zu vereinzelnden Teile eingeschränkt sind.The Control unit transmitted now to the robot on based on a position data set for a gripping bulk material part determined movement profile which allows the robot the wished Part defined to take and remove from the bulk material. The For this purpose, gripping tool used specifically to the einzun to be bulk be adjusted. Ferromagnetic bulk material parts allow the Use of magnetic gripping tools, which, however, designed so Need to become, that a defined gripping of a single part is made possible. A further restriction magnetic gripping tool is found in a possible Magnetization of the gripped parts, whichever is later these parts may be is to be avoided. These problems can be overcome by the use of use mechanical or pneumatic gripping tools, wherein mechanical gripping tools in their turn, by the mechanical Resilience and surface grip the parts to be separated are restricted.

Im einfachsten Fall beispielsweise bei symmetrischen Schüttgutteilen wie Scheiben kann das ergriffene Schüttgutteil nun direkt in eine Soll-Position überführt und abgelegt werden. Dabei kann es sich um einen Setzkasten handeln, in welchem die Schüttgutteile definiert angeordnet abgelegt werden, und welcher in der Folge zum Ort ihrer Weiterverarbeitung weitertransportiert wird. Damit ist eine Entkoppelung der Vereinzelung vom eigentlichen Montageort möglich. Es ist alternativ ebenso möglich, das ergriffene Teil auf einer Fördereinrichtung, beispielsweise einem Band abzulegen, welches das Teil nach seiner lagerichtigen Ablage zum Weiterverarbeitungsort weitertransportiert.in the the simplest case, for example, in symmetrical bulk material parts like slices, the seized bulk material part can now directly into a Set position transferred and be filed. This can be a set box, in which the bulk material parts are laid out arranged arranged, and which in the episode to The location of their further processing is further transported. This is a decoupling of the isolation of the actual installation possible. It is alternatively possible as well the gripped part on a conveyor, For example, to put down a tape, which the part after his storage in the correct position for further processing.

Handelt es sich bei den zu vereinzelnden Teilen um asymmetrische Gegenstände wie beispielsweise Schrauben, so kann das Verfahren um einen Zwischenschritt ergänzt werden. Solche asymmetrischen Teile müssen nicht nur in ein bestimmte dreidimensionale Endlage gebracht werden, sie müssen, um von nachfolgenden Verarbeitungsmaschinen richtig aufgenommen werden zu können, auch in einer korrekten Drehlage abgelegt werden. Dieses Problem wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass ein solches Teil zuerst durch das robotische Greifwerkzeug an einer undefinierten Stelle ergriffen wird, und daraufhin in eine Zwischenablage überführt wird. Eine solche Zwischenablage kann beispielsweise eine Rinne umfassen, welche für eine Vororientierung der abgelegten Schrauben entlang ihrer Längsachse sorgt. Über ein weiteres Scannersystem kann nun die Position der Schrauben in dieser Rinne bestimmt werden, woraufhin die Steuereinheit dem Roboter eine Befehlssequenz übermittelt, welche es ermöglicht, eine ausgewählte Schraube an einer definierten Stelle, beispielsweise an ihrem Kopf zu ergreifen. Die so ergriffene Schraube kann nun positions- und lagerichtig an ihre Endablageposition beispielsweise in einen Setzkasten überführt werden.If the parts to be separated are asymmetrical objects such as screws, the process can be supplemented by an intermediate step. Not only do such asymmetrical parts have to be brought into a specific three-dimensional end position, they must also be stored in a correct rotational position so that they can be picked up correctly by subsequent processing machines. This problem is solved according to the method in that such a part is first gripped by the robotic gripping tool at an undefined location, and then transferred to a clipboard. Such a clipboard may, for example, include a groove which provides for a preorientation of the dropped screws along their longitudinal axis. The position of the screws in this groove can now be determined via another scanner system, whereupon the control unit transmits to the robot a command sequence which makes it possible to grasp a selected screw at a defined position, for example at its head. The thus taken screw can now positi can be transferred to their final storage position, for example, in a setting box.

Wurden alle Teile, welche im ersten Verfahrensschritt durch den Laserscanner und die Auswerteelektronik erkannt wurden und für ergreifbar befunden wurden, von der Robotereinheit ergriffen und in ihre Soll-Position überführt, so kann das Verfahren mit seinem ersten Schritt von Neuem beginnen. So ist ein schichtweises Abtragen von Schüttgutteilen aus einem tiefen Behälter möglich.were All parts, which in the first step by the laser scanner and the transmitter has been detected and found to be tangible, seized by the robot unit and transferred to its desired position, so the process can begin anew with its first step. So is a stratified removal of bulk material from a deep container possible.

Claims

Method for separating parts from bulk material by means of a robot in which - the actual position at least a bulk material part it is determined - one single bulk material part taken from its actual position by a robotic gripping tool, - the recorded Part transferred to a desired position and is filed.

Method according to claim 1, characterized in that that for determining the actual position of the at least one bulk material part a laser scanner is used.

Method according to claim 1 or 2, characterized that for receiving the individual bulk material part a mechanical, pneumatic or magnetic gripping tool is used.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that for receiving the individual bulk material part from its actual position the bulk material part taken in any area of the part by the gripping tool is transferred to an intermediate position and is filed and then recaptured in a given area of the part and in its nominal position is transferred.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized that in determining the actual position a spatial coordinate set, as well a rotational position and / or a center of gravity of the at least one bulk material part is determined.