DE102008037552A1

DE102008037552A1 - Workpiece i.e. plate, determining method, involves calculating image data set of workpiece from design data, and compared with image data, which is determined by sensors, of actual position of workpiece

Info

Publication number: DE102008037552A1
Application number: DE102008037552A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Koch; Jens Dipl.-Ing. Plha; Werner Staudinger; Karin Dipl.-Math. Donner
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; Wisco Tailored Blanks GmbH
Current assignee: Wisco Tailored Blanks GmbH
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2028-11-15
Also published as: DE102008037552B4

Abstract

The method involves determining image data of workpiece using two optical image sensors (1, 2). The sensors are arranged at different geometric positions, and image data calculated from the design data of the workpiece is compared with the determined image data of the workpiece for position determination of the workpiece. Image data set of the workpiece is calculated from the design data, and compared with the image data, which is determined by the sensors, of actual position of the workpiece. Lighting elements (3, 4) e.g. LED-arrays, are provided to emit light in an infrared region. An independent claim is also included for a device for determining a position of workpiece.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung von Werkstücken, bei welchem Bilddaten eines Werkstücks unter Verwendung von mindestens zwei optischen Bildsensoren ermittelt werden, wobei die Bildsensoren an unterschiedlichen, geometrischen Positionen angeordnet sind und zur Positionsbestimmung aus Konstruktionsdaten des Werkstücks berechnete Bilddaten mit den ermittelten Bilddaten des Werkstücks der optischen Bildsensoren verglichen werden. Daneben betrifft die Erfindung eine das erfindungsgemäße Verfahren durchführende Vorrichtung.The The invention relates to a method for determining the position of workpieces, in which image data of a workpiece using be determined by at least two optical image sensors, wherein the image sensors at different, geometric positions are arranged and for determining position from design data of the workpiece calculated image data with the determined Image data of the workpiece of the optical image sensors compared become. In addition, the invention relates to an inventive Method performing device.

Eine möglichst genaue Positionsbestimmung von Werkstücken ist in der Regel bei hoch automatisierten Fertigungsanlagen zur Bearbeitung von Werkstücken notwendig, um die Werkstücke möglichst genau einer weiteren Bearbeitungsstation zuzuführen. Eine genaue Positionierung eines Werkstücks in eine Arbeitsstation erfordert, sofern das Werkstück nicht zwangsgeführt werden kann, eine besonders präzise Aufnahme des Werkstücks in eine entsprechende Transportvorrichtung, beispielsweise in einen Greifer, eines Handlingssystems oder sonstigen Transportvorrichtungen. Dies erfordert aber eine besonders genaue Erkennung der Position des Werkstücks bzw. eine besonders genaue Positionserkennung. Metallbleche oder Platinen werden üblicherweise gestapelt und nicht einzeln einer Vorrichtung zur Bearbeitung der Bleche oder Platinen zugeführt. Aufgrund des Transports des Platinenstapels kommt es zu Verschiebungen einzelner Platinen, so dass diese nicht mehr in der korrekten Lage positioniert sind. Zusätzlich kann ein Spreizmagnet dafür sorgen, dass die Platinen nicht plan aufeinander liegen und nicht aneinander haften. Dies führt zu weiteren Schwierigkeiten hinsichtlich der genauen Positionserkennung, da die Position nicht nur in der Ebene, sondern im Raum erkannt werden muss. Bei dem automatischen Zuführen bzw. Beschicken von Arbeitsstationen wurde dieses Problem bisher durch die Verwendung eines Vorpositioniertisches gelöst, auf welchem die Platinen zunächst abgelegt und entsprechend genau vorpositioniert wurden, bevor sie von einem weiteren System in den Arbeitsbereich der Arbeitsstation transportiert wurden. Es hat sich nun gezeigt, dass nicht die Arbeitsstationen selbst, beispielsweise eine Arbeitsstation zum Verschweißen von Platinen, der limitierende Faktor für die Fertigungskapazität ist, sondern die Fertigungskapazität einer Arbeitsstation unter anderem aufgrund der Vorpositionierung der Platinen vor der Bearbeitung in der eigentlichen Arbeitsstation beschränkt ist. So ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift DE 10 2005 026 019 B4 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum lagegerechten Einlegen einer Platine in eine Bearbeitungsstation bekannt, bei welcher die Platine zunächst auf einen Ablagetisch abgelegt wird, die genaue Position der Platine optisch erfasst wird und eine Vorrichtung für den Transport der Platine diese unter Berücksichtigung der exakten Positionsdaten aufnimmt und die Platine in der Bearbeitungsstation ablegt. Problematisch bei dieser bekannten Vorrichtung ist aber, dass weiterhin eine Ablage auf einem Ablagetisch zur Erfassung der genauen Lage der Platine notwenig ist, um ein sehr genaues Einlegen in eine weitere Arbeitsstation zu ermöglichen.The most accurate position determination of workpieces is usually necessary for highly automated production equipment for machining workpieces in order to feed the workpieces as accurately as possible to another processing station. Precise positioning of a workpiece in a workstation requires, unless the workpiece can be forcibly guided, a particularly precise recording of the workpiece in a corresponding transport device, for example in a gripper, a handling system or other transport devices. However, this requires a particularly accurate detection of the position of the workpiece or a particularly accurate position detection. Metal sheets or boards are usually stacked and not individually supplied to a device for processing the sheets or boards. Due to the transport of the board stack, there are shifts of individual boards, so that they are no longer positioned in the correct position. In addition, a spreading magnet can ensure that the boards do not lie flat on one another and do not adhere to one another. This leads to further difficulties in terms of exact position detection, since the position must be recognized not only in the plane but in space. In the automatic feeding of workstations, this problem has hitherto been solved by the use of a pre-positioning table, on which the boards were first deposited and appropriately prepositioned before they were transported by another system into the working area of the workstation. It has now been found that it is not the workstations themselves, for example a workstation for welding blanks, which is the limiting factor for the production capacity, but the manufacturing capacity of a workstation is limited, inter alia, due to the prepositioning of the blanks prior to processing in the actual workstation. For example, from the German patent DE 10 2005 026 019 B4 a device and a method for positionally correct insertion of a board in a processing station, in which the board is first placed on a storage table, the exact position of the board is optically detected and a device for transporting the board this takes into account the exact position data and places the board in the processing station. The problem with this known device, however, is that further a shelf on a storage table for detecting the exact position of the board is necessary to allow a very accurate insertion into another workstation.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 52 851 A1 ist ferner ein Bildverarbeitungssystem bekannt, welches Ist-Geometriedaten durch optisches Abtasten der Bauteile ermittelt und diese mit Konstruktionsdaten vergleicht. Zur Verbesserung der Genauigkeit der Positionsbestimmung sollen gemäß dieser Offenlegungsschrift nicht nur die Konstruktionsdaten, d. h. die geometrischen Abmessungen des Bauteils verwendet werden, sondern vielmehr auch gleichzeitig in den Konstruktionsdaten enthaltene Angaben über Oberflächenbeschaffenheiten. Wie die Konstruktionsdaten bei der Positionsbestimmung genau verwendet werden, lässt die letztgenannte deutsche Offenlegungsschrift jedoch offen.From the German patent application DE 101 52 851 A1 Further, an image processing system is known, which actual geometry data determined by optically scanning the components and comparing them with design data. To improve the accuracy of the position determination according to this disclosure not only the design data, ie the geometric dimensions of the component are used, but also at the same time contained in the design data about surface textures. However, the last-mentioned German patent application leaves open how exactly the design data are used in determining the position.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Positionsbestimmung von Werkstücken bzw. eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Werkstücken zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welche eine besonders genaue und einfache Positionsbestimmung von Werkstücken ermöglicht, so dass auf eine zusätzliche Positionierung vor der Übergabe der Werkstücke an weitere Arbeitsstationen verzichtet und die Fertigungskapazität gesteigert werden kann.Of these, The present invention is based on the object, a generic method for determining position of workpieces or a generic Device for determining the position of workpieces for To provide, which or which a particularly accurate and easy positioning of workpieces allows allowing for additional positioning before handing over the workpieces are dispensed to other workstations and the production capacity can be increased.

Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe für ein Verfahren dadurch gelöst, dass aus den Konstruktionsdaten eine Mehrzahl an Bilddatensätze des Werkstücks berechnet und mit den durch die optischen Bildsensoren ermittelten Bilddaten des Werkstücks verglichen werden.According to one The first teaching of the present invention is that shown above Task for a method solved by that from the design data a plurality of image data sets of the workpiece and calculated by the optical Image sensors detected image data of the workpiece compared become.

Die einzelnen, berechneten Bilddatensätze des Werkstücks werden beispielsweise für unterschiedliche Raumlagen des Werkstücks berechnet oder berücksichtigen andere Veränderungen des Werkstücks, wie beispielsweise eine Streckung, Drehung, Tordierung etc.. Werden die für unterschiedliche Positionen des Werkstücks berechneten Bilddatensätze mit den Bilddaten der optischen Bildsensoren verglichen, ergibt der berechnete Bilddatensatz mit der höchsten Korrelation zu den Ist-Bilddaten des Werkstücks die Lageparameter des Werkstücks mit bereits relativ großer Genauigkeit an. Die Genauigkeit dieser Positionsbestimmung kann dadurch gesteigert werden, dass abhängig vom Korrelationswert der berechneten Bilddatensätze zu den Ist-Bilddaten des Werkstücks eine Gewichtungen der Bilddatensätze vorgenommen wird und die gewichteten Bilddatensätze anschließend zu einem Bilddatensatz überlagert werden. Aus dem überlagerten Bilddatensatz werden dann die Parameter für die Lage des Werkstücks ermittelt.The individual, calculated image data records of the workpiece are calculated, for example, for different spatial positions of the workpiece or take into account other changes in the workpiece, such as stretching, rotation, twisting etc. If the image data sets calculated for different positions of the workpiece are compared with the image data of the optical image sensors, gives the calculated image data set with the highest correlation to the actual image data of the workpiece, the position parameters of the workpiece with already relatively high accuracy. The accuracy of this position determination can be increased by the fact that depending on the correlation value of the calculated image data sets to the actual image data of the workpiece a weighting of the image data sets is made and the weighted image data sets are then superimposed to form an image data set. The parameters for the position of the workpiece are then determined from the superimposed image data record.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich der Genauigkeit der Positionsbestimmung dadurch verbessert, dass die genaue Position von Kanten, Ecken und/oder Radien des Werkstücks unter Verwendung eines aus den Konstruktionsdaten berechneten Bilddatensatzes und der Bilddaten des Werkstücks durch Anwendung eines Pixelrekonstruktionsverfahrens ermittelt wird. Das Pixelrekonstruktionsverfahren erlaubt eine Steigerung der Genauigkeit in der Bestimmung des Verlaufs von Kanten, Ecken und/oder Radien beispielsweise über eine Konturextraktion entlang von scharfen Schattenkanten der Bilddaten. Der Verlauf der Kanten in diesen Bereichen kann unter Verwendung des berechneten Bilddatensatzes und dessen Kantenverlauf aus den Bilddaten extrahiert werden, so dass die Genauigkeit der Positionsbestimmung gesteigert wird.According to one first embodiment of the method according to the invention the process according to the invention is the accuracy of positioning improved by that the exact position of edges, corners and / or radii of the workpiece using an image data set calculated from the design data and the image data of the workpiece by using a pixel reconstruction method is determined. The pixel reconstruction method allows an increase accuracy in determining the course of edges, corners and / or radii, for example, via a contour extraction along sharp shadow edges of the image data. The course of the edges in these areas, using the calculated image data set and whose edge course are extracted from the image data such that the accuracy of the position determination is increased.

Werden mindestens zwei Beleuchtungselemente gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beleuchtung des Werkstücks verwendet, welche das Werkstück von unterschiedlichen, geometrischen Positionen aus beleuchten, kann der Verlauf von Kanten, Ecken oder Radien des Werkstücks durch eine bessere Ausleuchtung genauer bestimmt werden.Become at least two lighting elements according to a another embodiment of the invention Method used to illuminate the workpiece, which the workpiece from different, geometric positions Illuminate, the course of edges, corners or radii of the Workpiece more accurately determined by a better illumination become.

Vorzugsweise können die Bildsensoren so gesteuert werden, dass jeder optischer Bildsensor Bilddaten des Werkstücks bei Beleuchtung mit jedem einzelnen Beleuchtungselement ermittelt. Kanten und andere markante Radien oder Ecken des Werkstücks können aufgrund des unterschiedlichen Schattenwurfs in den verschiedenen Bilddatensätzen der optischen Bildsensoren leicht identifiziert werden und die dreidimensionale Lage des Werkstücks genauer erkannt werden.Preferably The image sensors can be controlled so that everyone Optical image sensor Image data of the workpiece under illumination determined with each individual lighting element. Edges and others distinctive radii or corners of the workpiece can because of the different shadows cast in the different ones Image data sets of the optical image sensors easily identified and the three-dimensional position of the workpiece more accurately be recognized.

Um den Einfluss von Störlichtquellen zu vermeiden, emittieren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens die Beleuchtungselemente ein eng begrenztes Wellenlängenspektrum, vorzugsweise im nahen Infrarotbereich, wobei die optischen Bildsensoren in diesem Wellenlängenbereich selektiv empfindlich sind. Der nahe Infrarotbereich reicht von 700 nm bis 1400 nm Wellenlänge. Das Wellenlängenspektrum ist hierzu auf eine Halbwertsbreite von weniger als 100 nm, vorzugsweise 30 nm beschränkt. Die selektive Empfindlichkeit der optischen Bildsensoren in diesem Wellenlängenbereich sowie die Benutzung von in diesem Wellenlängenspektrum emittierender Beleuchtungselemente ermöglicht, Einflüsse durch beispielsweise wechselnde Lichtquellen, Kunstlicht und natürliches Licht, auszuschließen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, beispielsweise durch geeignetes ”Choppern”, d. h. Unterbrechen der Beleuchtungsquelle mit fester Frequenz, die ermittelten Bilddaten störungsunempfindlicher zu machen. Dabei tritt zumeist aber ein Verlust an Lichtintensität ein. Es besteht auch die Möglichkeit beide Verfahren miteinander zu kombinieren und mit einer geeigneten Frequenz unterbrochene elektromagnetische Strahlung im nahen Infrarotbereich zur Ermittlung der Bilddaten des Werkstücks zu verwenden.Around to avoid the influence of stray light sources emit according to a further embodiment the inventive method, the lighting elements a narrow range of wavelengths, preferably in the near infrared, where the optical image sensors in this wavelength range are selectively sensitive. The near infrared range is 700 nm to 1400 nm wavelength. The wavelength spectrum is for this purpose to a half-width of less than 100 nm, preferably 30 nm limited. The selective sensitivity of the optical Image sensors in this wavelength range as well as the use of illuminating elements emitting in this wavelength spectrum allows influences through, for example, changing Light sources, artificial light and natural light, to exclude. But there is also the possibility, for example by suitable "chopping", d. H. Interrupting the Fixed frequency illumination source, the image data determined less sensitive to interference. This mostly occurs but a loss of light intensity. It also exists the possibility to combine both methods and with a suitable frequency interrupted electromagnetic Radiation in the near infrared range to determine the image data of the Workpiece to use.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die ermittelte Position des Werkstücks an eine Steuerung einer Vorrichtung mit Mitteln zur Aufnahme des Werkstücks von einem Ablagetisch, zum Transport des Werkstücks und zur Ablage des Werkstücks in einer weiteren Arbeitsstation übermittelt. In diesem Fall kann die hohe Genauigkeit in der Positionsbestimmung dahingehend ausgenutzt werden, dass die Ablage des Werkstücks in der nächsten Arbeitsstation besonders präzise abgelegt werden kann. Als Mittel können auf die Anwendung angepasste Handlingsysteme oder Roboter eingesetzt werden.According to one further embodiment of the method according to the invention becomes the detected position of the workpiece to a controller a device with means for receiving the workpiece of a storage table, for transporting the workpiece and for Storage of the workpiece transmitted in another workstation. In this case, the high accuracy in the position determination be exploited to the effect that the storage of the workpiece very precise in the next workstation can be stored. As means can apply to the application adapted handling systems or robots are used.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn das Werkstück eine Platine ist, deren Position auf einem Platinenstapel bestimmt wird. Die genaue Positionsbestimmung unter Verwendung von zwei Beleuchtungselementen und zwei optischen Bildsensoren ermöglicht auch die Erkennung der Höhe und Lage der Platine auf einem Platinenstapel. Es ist damit möglich, die Platine ohne Vorpositionierung mit einer besonders hohen Genauigkeit in dem Arbeitsbereich einer weiteren Arbeitsstation abzulegen.The method according to the invention is particularly advantageous if the workpiece is a board whose position is on a board stack is determined. The exact position determination using two lighting elements and two optical ones Image sensors also allow height detection and location of the board on a board stack. It is thus possible the board without pre-positioning with a particularly high accuracy in the work area another workstation store.

Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren daher ausgestaltet werden, in dem die Arbeitstation eine Schweißstation zum Verschweißen von mindestens zwei Werkstücken bzw. von mindestens zwei Platinen ist. Eine Schweißstation erfordert eine besonders hohe Genauigkeit in der Positionierung der zu verschweißenden Werkstücke oder Platinen, beispielsweise von weniger als 0,5 mm. Insbesondere unter Berücksichtigung der heutigen Fertigungstoleranzen ermöglicht diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass auch ein Verschweißen von Platinen oder Werkstücken ohne Vorpositionierung der zu verschweißenden Platinen oder Werkstücke und damit mit einer verringerten Fertigungszeit gelingt.Especially Advantageously, the inventive method Therefore, be configured in which the workstation a welding station for welding at least two workpieces or of at least two boards. A welding station requires a particularly high accuracy in the positioning the workpieces or blanks to be welded, for example, less than 0.5 mm. Especially considering today's manufacturing tolerances allows this design the inventive method that also a Welding of blanks or workpieces without Pre-positioning of the boards to be welded or Workpieces and thus with a reduced production time succeed.

Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe für eine gattungsgemäße Vorrichtung dadurch gelöst, dass Mittel vorgesehen sind, welche aus den Konstruktionsdaten des Werkstücks eine Mehrzahl an Bilddatensätze des Werkstücks berechnen und die Mittel zur Positionsbestimmung die berechneten Bilddatensätze mit den durch die optischen Bildsensoren ermittelten Bilddaten des Werkstücks vergleichen. Bei der Berechnung der Bilddatensätze des Werkstücks können beispielsweise alle möglichen Ausrichtungen des zu erfassenden Werkstücks berücksichtigt werden und entsprechende Bilddatensätze erzeugt werden. Der Vergleich der unterschiedlichen Positionen mit den gemessenen Bilddaten des Werkstücks gibt dann mit relativ guter Genauigkeit die aktuelle Position des Werkstücks an. Die Genauigkeit dieser Positionsbestimmung kann dadurch gesteigert werden, dass die Mittel abhängig von der Korrelation der berechneten Bilddatensätze zu den Ist-Bilddaten des Werkstücks eine Gewichtungen der Bilddatensätze vorgenommen wird und die gewichteten Bilddatensätze anschließend zu einem Bilddatensatz überlagert werden. Aus dem überlagerten Bilddatensatz werden dann die Parameter für die Lage des Werkstücks ermittelt.According to a second teaching of the present invention, the object indicated above for a generic device is achieved by in that means are provided which calculate a plurality of image data sets of the workpiece from the design data of the workpiece and the means for determining the position compare the calculated image data sets with the image data of the workpiece determined by the optical image sensors. In the calculation of the image data sets of the workpiece, for example, all possible orientations of the workpiece to be detected can be taken into account and corresponding image data records can be generated. The comparison of the different positions with the measured image data of the workpiece then indicates the current position of the workpiece with relatively good accuracy. The accuracy of this position determination can be increased by making the means dependent on the correlation of the calculated image data sets to the actual image data of the workpiece, a weighting of the image data sets and the weighted image data sets are then superimposed to form an image data set. The parameters for the position of the workpiece are then determined from the superimposed image data record.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Mittel vorgesehen, welche die Position von Ecken, Kanten und/oder Radien des Werkstücks unter Verwendung eines aus den Konstruktionsdaten des Werkstücks berechneten Bilddatensatzes des Werkstücks und der durch die optischen Bildsensoren ermittelten Bilddaten durch ein Pixelrekonstruktionsverfahren ermitteln. Eine entsprechend ausgestaltete erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine Steigerung der Genauigkeit in der Bestimmung des Verlaufs von Kanten, Ecken und/oder Radien beispielsweise über eine Konturextraktion entlang scharfer Schattenkanten der Bilddaten. Der Verlauf der Kanten in diesen Bereichen kann unter Verwendung des berechneten Bilddatensatzes, welcher üblicherweise eine sehr hohe Genauigkeit aufweist und dessen Kantenverlauf aus den Bilddaten extrahiert werden, so dass die Genauigkeit der Positionsbestimmung gesteigert wird.According to one further embodiment of the device according to the invention Means are provided which determine the position of corners, edges and / or radii of the workpiece using one of the design data of the workpiece calculated image data set of the workpiece and the image data detected by the optical image sensors determine a pixel reconstruction method. A suitably designed Device according to the invention allows an increase accuracy in determining the course of edges, corners and / or Radii, for example, along a contour extraction along sharp shadow edges of the image data. The course of the edges in These areas can be determined using the calculated image data set, which is usually has a very high accuracy and its edge course the image data are extracted, so that the accuracy of the position determination is increased.

Vorzugsweise sind Mittel zur Aufnahme des Werkstücks von einem Ablagetisch, zum Transport des Werkstücks und zur Ablage des Werkstücks in einer anderen Arbeitsstation vorgesehen, wobei die Mittel zur Aufnahme des Werkstücks unter Verwendung der ermittelten Positionsdaten des Werkstücks steuerbar sind. Die besonders genaue Positionserfassung des Werkstücks ermöglicht eine präzise Aufnahme desselben und damit auch eine sehr genaue Ablage des Werkstücks in einer weiteren Arbeitsstation. Zusätzliche Stationen, wie beispielsweise ein Vorpositioniertisch, werden dadurch überflüssig und Taktzeiten für die Bearbeitung des Werkstücks verringert. Wie bereits ausgeführt, wird die Aufnahme des Werkstücks, der Transport und die Ablage des Werkstücks üblicherweise von spezifisch angepassten Handlingsystemen oder Robotern durchgeführt.Preferably are means for receiving the workpiece from a storage table, for transporting the workpiece and for depositing the workpiece provided in another workstation, the means for Picking up the workpiece using the determined Position data of the workpiece are controllable. The most special accurate position detection of the workpiece allows a precise recording of the same and thus a very exact storage of the workpiece in another workstation. Additional stations, such as a pre-positioning table, become redundant thereby and cycle times for reduces the machining of the workpiece. As already executed, the recording of the workpiece, the transport and storage of the workpiece usually performed by specially adapted handling systems or robots.

Eine Verbesserung der durch die optischen Bildsensoren ermittelten Bilddaten des Werkstücks kann dadurch erreicht werden, dass mindestens zwei Beleuchtungselemente zur Beleuchtung des Werkstücks vorgesehen sind, welche das Werkstück von unterschiedlichen, geometrischen Positionen aus beleuchten. Hierdurch werden markante Stellen des Werkstücks, beispielsweise scharfe Kanten, Ecken oder Radien durch den Schattenwurf sichtbar.A Improvement of the image data determined by the optical image sensors of the workpiece can be achieved by at least two lighting elements for illuminating the workpiece are provided, which the workpiece of different, illuminate geometric positions. This will be striking Placement of the workpiece, such as sharp edges, Corners or radii visible through the shadow.

Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, welche die optischen Bildsensoren derart steuern, dass diese Bilder des Werkstücks erfassen, wobei jeweils ein Beleuchtungselement eingeschaltet ist. Bereits aus dem Vergleich dieser Bilddaten ergibt sich eine präzise Erkennung von markanten Radien, Kanten und Ecken des Werkstücks.Preferably Means are provided which the optical image sensors such control that capture these images of the workpiece, taking each one lighting element is turned on. Already from the Comparison of these image data results in a precise detection of prominent radii, edges and corners of the workpiece.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung eine Aufnahme für einen Platinenstapel auf, wobei die Arbeitsstation eine Schweißstation zum Verschweißen der Platine ist. Wie bereits ausgeführt, kann bei einer entsprechend ausgebildeten Vorrichtung auf die Verwendung von Vorpositioniertischen verzichtet werden, obwohl eine sehr hohe Positionsgenauigkeit bei der Ablage der Platine in der Verschweißstation gefordert wird.According to one further embodiment of the device according to the invention the device has a receptacle for a stack of boards on, wherein the workstation a welding station for welding the board is. As already stated, can at a appropriately designed device dispensed with the use of Vorpositioniertischen although a very high positional accuracy when filing the board is required in the welding station.

Sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung Beleuchtungselemente vorgesehen, welche in einem spezifisch begrenzten Wellenlängenbereich, insbesondere im nahen Infrarotbereich emittieren sowie im spezifischen Wellenlängenspektrum selektiv empfindliche, optische Bildsensoren, kann die Störlichtempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung stark verbessert werden. Wie bereits ausgeführt, kann auch durch eine Unterbrechung der Lichtquellen mit einer geeigneten Frequenz eine Störlichtunempfindlichkeit erreicht werden, allerdings wird die zur Verfügung stehende Gesamtintensität der Beleuchtungsquellen verringert.are according to a further embodiment of the invention Device lighting elements provided which in a specific limited wavelength range, especially in the near infrared range emit as well as selectively in the specific wavelength spectrum Sensitive, optical image sensors, the stray light sensitivity of the Device according to the invention are greatly improved. As already stated, can also be interrupted the light sources with a suitable frequency a Störlichtunempfindlichkeit be achieved, however, the available Overall intensity of the illumination sources reduced.

Besonders kostengünstig lassen sich in einem spezifisch begrenzten Wellenlängenbereich emittierende Beleuchtungselemente dadurch realisieren, dass als Beleuchtungselemente LED-Arrays vorgesehen sind. Diese emittieren zumeist elektromagnetische Wellen mit einer Halbwertsbreite von weniger als 30 nm bis 100 nm.Especially Inexpensive can be in a specific limited Wavelength-emitting illumination elements characterized realize that provided as lighting elements LED arrays are. These emit mostly electromagnetic waves with a Half width of less than 30 nm to 100 nm.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 9 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt inThere are now a variety of ways to design the inventive method and the device of the invention and further education. Reference is made on the one hand to the claims subordinate to claims 1 and 9 and to the description of off guide examples in connection with the drawing. The drawing shows in

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Werkstücken in einer Seitenansicht, 1 A first embodiment of a device according to the invention for determining the position of workpieces in a side view,

2a) bis c) mögliche unterschiedliche Positionen des Werkstücks zu welchen Bilddaten aus den Konstruktionsdaten berechnet werden, 2a ) to c) possible different positions of the workpiece to which image data are calculated from the design data,

3a) bis g) aus den Konstruktionsdaten berechnete Bilddaten des Werkstücks in teilweise perspektivischer Darstellung und 3a to g) from the design data calculated image data of the workpiece in a partially perspective view and

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verschweißen von Platinen. 4 a further embodiment of a device according to the invention for welding of circuit boards.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Werkstücks mit zwei optischen Bildsensoren 1, 2, welche beispielsweise als CCD-Arrays ausgebildet sind. Es kommen aber auch andere Technologien für die Bildsensoren in Betracht. Beispielsweise können die Bildsensoren auch in CMOS-Technologie ausgebildet sein. Die optischen Bildsensoren 1, 2 sind an zwei unterschiedlichen, geometrischen Positionen angeordnet, wobei jeweils Beleuchtungselemente 3 und 4 vorgesehen sind, die die Platinen 5 aus unterschiedlichen geometrischen Positionen heraus beleuchten. Jeder optische Bildsensor 1, 2 erstellt im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Bilder des Platinenstapels, nämlich einmal bei eingeschaltetem Beleuchtungselement 3 und einmal bei eingeschaltetem Beleuchtungselement 4. Die ermittelten Bilddaten werden dann mit aus den Konstruktionsdaten der Platine erstellten bzw. berechneten Bilddaten verglichen, wobei aus den Konstruktionsdaten, beispielsweise CAD-Daten, eine Mehrzahl an Bilddatensätzen der Platine 5 berechnet werden. Die Mehrzahl an Bilddatensätze kann beispielsweise unterschiedliche Positionen, beispielsweise Verschiebungen in eine oder zwei Raumachsenn sowie Drehungen sein. Einfache aus den Konstruktionsdaten ermittelte Positionsänderungen zeigen die 2a) bis 2c). Die so berechneten Bilddaten werden mit den optisch ermittelten Bilddaten verglichen. Bei der Generierung der Bilddaten aus den Konstruktionsdaten werden Parameter beispielsweise für die Verschiebung oder Drehung der Platine 5 verwendet. Die berechneten Bilddaten, welche die höchste Korrelation mit den optischen Bilddaten aufweist, enthalten damit die Lageparameter des Werkstücks bzw. der Platine 5 auf dem Platinenstapel. Nicht dargestellt in 1 ist ein Spreizmagnet, welcher zu einer nicht ebenen Lage der Platine führt, da die Platine 5 an der Seite des Spreizmagneten nicht mehr auf der darunterliegenden Platine aufliegt. Damit wird klar, dass auch andere Raumlagen in der Berechnung der Bilddatensätze aus den Konstruktionsdaten berücksichtigt werden müssen. 1 shows an embodiment of a device for determining the position of a workpiece with two optical image sensors 1 . 2 , which are formed for example as CCD arrays. But there are also other technologies for the image sensors into consideration. For example, the image sensors can also be formed in CMOS technology. The optical image sensors 1 . 2 are arranged at two different geometric positions, each with lighting elements 3 and 4 are provided, which the boards 5 illuminate out of different geometrical positions. Every optical image sensor 1 . 2 created in the present embodiment, two images of the board stack, namely once with the lighting element 3 and once with the lighting element switched on 4 , The determined image data are then compared with image data created or calculated from the design data of the board, wherein from the design data, for example CAD data, a plurality of image data sets of the board 5 be calculated. The plurality of image data sets may, for example, be different positions, for example displacements in one or two spatial axes and rotations. Simple position changes determined from the design data show the 2a ) to 2c ). The image data thus calculated are compared with the optically determined image data. When generating the image data from the design data, parameters become, for example, for the displacement or rotation of the board 5 used. The calculated image data, which has the highest correlation with the optical image data, thus contain the position parameters of the workpiece or the circuit board 5 on the board stack. Not shown in 1 is a spreading magnet, which leads to a non-planar position of the board, as the board 5 on the side of the spreading magnet no longer rests on the underlying board. This makes it clear that other spatial positions must also be taken into account in the calculation of the image data sets from the design data.

Weitere aus den Konstruktionsdaten berechnete Bilddatensätze zeigt 3. In 3a) ist zunächst eine weitere Platine 5 dargestellt, wie sie beispielsweise als Konstruktionsdatensatz vorliegt. Erfindungsgemäß werden aus den Konstruktionsdaten der Platine 5 eine Mehrzahl an Bilddatensätzen der Platine 5, beispielsweise Raumlagen, wie beispielhaft in 3b) dargestellt ist, generiert. Allerdings können auch weitere Manipulationen der Platine mit den Konstruktionsdaten der Platine 5 vorgenommen werden und zum Vergleich mit den optisch erfassten Daten herangezogen werden. So zeigt die 3c) eine gebogene Platine, 3d) eine Vergrößerung der Platine 5 auf die Größe 5' und 3e) eine Tordierung der Platine. Schließlich kann aus den Konstruktionsdaten der Platine auch eine geschnittene Platine 5, wie beispielsweise in 3f) berücksichtigt werden, welche dann mit der tatsächlich vorhandenen Geometrie der Platine 5, wie sie in 3g) dargestellt ist, übereinstimmt. Der Bilddatensatz aus 3f) ergibt dann die höchste Korrelation mit den optisch ermittelten Bilddaten. Im Ergebnis kann die Lage der Platine und deren Kanten genau aus den Parametern zur Berechnung der Bilddaten entnommen werden.Further image data sets calculated from the design data shows 3 , In 3a ) is first another board 5 represented, as it exists for example as a design data record. According to the invention from the design data of the board 5 a plurality of image data sets of the board 5 , For example, spatial positions, as exemplified in 3b ) is generated. However, further manipulations of the board can be done with the design data of the board 5 be made and used for comparison with the optically recorded data. That's how it shows 3c ) a curved board, 3d ) an enlargement of the board 5 on the size 5 ' and 3e ) a twisting of the board. Finally, from the design data of the board also a cut board 5 , such as in 3f ), which then with the actual existing geometry of the board 5 as they are in 3g ) matches. The image data set off 3f ) then gives the highest correlation with the optically determined image data. As a result, the position of the board and its edges can be exactly extracted from the parameters for calculating the image data.

4 zeigt nun in einer schematischen Seitenansicht ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Mitteln zur Aufnahme einer Platine, Mitteln zum Transport der Platine und Mitteln zur Ablage der Platine in einer weiteren Arbeitsstation, welche im vorliegenden Beispiel als Schweißstation 6 ausgebildet ist. Auf zwei Ablagetischen 7, 8 mit Aufnahmen für Platinenstapel sind zwei geometrisch verschiedene Platinen 9, 10 stapelweise angeordnet. Ein Spreizmagnet 24, 25 sorgt dafür, dass die Platinen 9, 10 nicht aneinander haften. Daraus ergibt sich für die Platinen 9, 10 im Stapel eine leicht schräge Raumlage, welche in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Über Mittel zur Aufnahme, Transport und Ablage der Platine 11, 12, welche in der Regel Roboter oder Handlingsysteme sind, werden die Platinen 9, 10 vom Stapel genommen und in der Arbeitsstation 6 abgelegt. Bevor die Mittel zur Aufnahme, Transport und Ablage der Platine 11, 12 die jeweiligen Platinen 9, 10 greifen, wird die Position der jeweiligen Platinen 9 bzw. 10 auf dem Stapel über optische Bildsensoren 13, 14, 15 und 16 erfasst, wobei die Beleuchtungselemente 17, 18 sowie 19 und 20 jeweils eingeschaltet sind bei der Bildaufnahme, so dass jeder Bildsensor 13, 14, 15, 16 jeweils zwei Bilder vom Platinenstapel erstellt. Die ermittelten Bilddaten werden an Mittel 21, 22 übermittelt, welche die gemessenen Bilddaten mit den aus den Konstruktionsdaten gewonnenen Bilddaten der Platine vergleichen. Die Mittel 21 und 22 berücksichtigen die wie in 2 und 3 dargestellte unterschiedliche Positionen oder Formzustände der Platinen 9, 10, um die Lage der Platinen 9, 10 möglichst genau zu berechnen. 4 now shows a schematic side view of a second embodiment of the device according to the invention with means for receiving a board, means for transporting the board and means for storing the board in another workstation, which in the present example as a welding station 6 is trained. On two storage tables 7 . 8th with recordings for sinker stacks are two geometrically different sinkers 9 . 10 arranged in batches. A spreading magnet 24 . 25 ensures that the boards 9 . 10 do not stick together. This results for the boards 9 . 10 in the stack a slightly oblique spatial position, which is not shown in the drawing. About means for receiving, transport and storage of the board 11 . 12 , which are usually robots or handling systems, become the boards 9 . 10 taken from the pile and in the workstation 6 stored. Before the means for receiving, transport and storage of the board 11 . 12 the respective boards 9 . 10 grab, the position of the respective boards 9 respectively. 10 on the stack via optical image sensors 13 . 14 . 15 and 16 captured, with the lighting elements 17 . 18 such as 19 and 20 are each turned on during image capture, so every image sensor 13 . 14 . 15 . 16 created two pictures from the board stack. The ascertained image data are sent to means 21 . 22 transmitted, which compare the measured image data with the image data obtained from the design data of the board. The means 21 and 22 take into account how in 2 and 3 illustrated different Po positions or shape states of the boards 9 . 10 to the location of the boards 9 . 10 to calculate as accurately as possible.

Vorzugsweise wird durch Gewichtung der Bilddatensätze mit einem von der Korrelation zu den optisch ermittelten Bilddaten abhängigen Faktor ein Bilddatensatz erzeugt, der für die Positionsbestimmung herangezogen wird. Die hieraus ermittelte Position der Platine 9 bzw. 10 wird an die Mittel zur Aufnahme, Transport und Ablage der Platine 11, 12 übermittelt und die Mittel entsprechend gesteuert. Dies ergibt eine besonders präzise Aufnahme der Platine 9 bzw. 10 von dem Platinenstapel 7 bzw. 8 und damit eine besonders präzise Ablage der Werkstücke in dem Arbeitsbereich der Arbeitsstation 6. In der Arbeitsstation 6 werden die Platinen unter Verwendung beispielsweise einer Vorrichtung zum Strahlschweißen 23 verschweißt. Das Verschweißen von Platinen beispielsweise auch unterschiedlicher Platinen zu einem ”tailored Blank” erfordert ein hohes Maß an Präzision in der Ablage der Platinen. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren daher im Bereich der Fertigung von ”tailored Blanks”, welche zuvor noch die Ablage der Platinen auf einem Vorpositioniertisch benötigten. Die Taktzeiten für die Fertigung von ”tailored Blanks” können so herabgesetzt werden.Preferably, by weighting the image data sets with a factor dependent on the correlation with the optically determined image data, an image data set is generated which is used for the position determination. The position of the board determined from this 9 respectively. 10 is attached to the means for receiving, transporting and storing the board 11 . 12 transmitted and the funds controlled accordingly. This results in a particularly precise recording of the board 9 respectively. 10 from the board stack 7 respectively. 8th and thus a particularly precise storage of workpieces in the workspace of the workstation 6 , In the workstation 6 The boards are using, for example, a device for beam welding 23 welded. The welding of blanks, for example, also different boards to a "tailored blank" requires a high degree of precision in the storage of the boards. Therefore, the method according to the invention is particularly advantageous in the field of manufacturing "tailored blanks", which previously required the placement of the boards on a pre-positioning table. The cycle times for the production of "tailored blanks" can thus be reduced.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005026019 B4 [0002]
- DE 10152851 A1 [0003]

Claims

Method for determining the position of workpieces, in which image data of a workpiece are determined using at least two optical image sensors, the image sensors are arranged at different, geometric positions and image position data calculated from design data of the workpiece are compared with the determined image data of the workpiece of the image sensors for position determination, characterized in that a plurality of image data sets of the workpiece are calculated from the design data and compared with the image data determined by the optical image sensors of the current position of the workpiece.

Method according to claim 1, characterized in that that the exact position of edges, corners and / or radii of the workpiece using an image data set calculated from the design data and the image data of the workpiece by applying a Pixel reconstruction method is determined.

Method according to claim 1 or 2, characterized that at least two lighting elements for illuminating the workpiece be used, which the workpiece of different, illuminate geometric positions.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that each optical image sensor image data of the workpiece when illuminating the workpiece determined with each individual lighting element.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the lighting elements a tight limited wavelength spectrum, preferably in the near Emit infrared range and the optical image sensors in this Wavelength range are selectively sensitive.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the determined position of the workpiece to a controller of a device having means for receiving the Workpiece from a storage table, to transport the workpiece and transmitted to the storage of the workpiece in another workstation becomes.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the workpiece is a circuit board whose position is determined on a board stack.

Method according to claim 6 or 7, characterized that the workstation has a welding station for welding of at least two workpieces is.

Device for determining the position of a workpiece with at least two optical image sensors ( 1 . 2 ) for determining image data of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ), whereby the image sensors ( 1 . 2 . 13 . 14 . 15 . 16 ) are arranged at different geometrical positions, means ( 21 . 22 ) for determining the position of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) are provided, which from the design data image data of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) and calculate the calculated image data with the image data obtained by the optical image sensors ( 1 . 2 . 13 . 14 . 15 . 16 ) determined image data of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ), in particular for carrying out a method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that means are provided which from the design data of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) a plurality of image data sets of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) and the means for determining position ( 21 . 22 ) the calculated image data sets with those through the optical image sensors ( 1 . 2 . 13 . 14 . 15 . 16 ) determined image data of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) to compare.

Device according to claim 9, characterized in that means ( 21 . 22 ) are provided which the position of corners, edges and / or radii of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) using one of the design data of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) calculated image data set of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) and by the optical image sensors ( 1 . 2 . 13 . 14 . 15 . 16 ) determine detected image data by a pixel reconstruction method.

Device according to claim 9 or 10, characterized in that means ( 11 . 12 ) for receiving the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) from a storage table ( 7 ), for transporting the workpiece and for storing the workpiece in another workstation ( 6 ) are provided which, using the determined position data of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) are controllable.

Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that at least two lighting elements ( 3 . 4 . 17 . 18 . 19 . 20 ) for illuminating the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) are provided, which the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) from different geometric positions.

Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the device comprises a receptacle ( 7 . 8th ) for a board stack and the workstation ( 6 ) a welding station ( 23 ) for welding the board ( 5 . 9 . 10 ).

Device according to one of claims 9 to 13, characterized in that Beleuchtungele elements ( 3 . 4 . 17 . 18 . 19 . 20 ) are provided, which emit in a specific limited wavelength range, in particular in the near infrared range, and that in the specific wavelength spectrum selectively sensitive, optical image sensors ( 1 . 2 . 13 . 14 . 15 . 16 ) are provided.

Device according to one of claims 9 to 14, characterized in that as lighting elements ( 3 . 4 . 17 . 18 . 19 . 20 ) LED arrays are provided.