DE102012015056A1

DE102012015056A1 - Robotersteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012015056A1
Application number: DE201210015056
Authority: DE
Inventors: Rolf Hörnig; Bernd Stoll
Original assignee: BSAutomatisierung GmbH
Current assignee: BSAutomatisierung GmbH
Priority date: 2012-07-28
Filing date: 2012-07-28
Publication date: 2014-02-13
Also published as: WO2014019725A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Robotersteuerungsvorrichtung, insbesondere für einen Bin-Picking-Roboter, zu einer Zielbewegungssteuerung eines Roboters (12a; 12b; 12c; 12d; 12e; 12f) zu zumindest einem Objekt (14a; 14b; 14c; 14d; 14e; 14f), mit zumindest einer Recheneinheit (16a; 16b; 16c; 16d; 16e; 16f) und mit zumindest einer optischen Erfassungseinheit (18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) zur Erfassung des zumindest einen Objekts (14a; 14b; 14c; 14d; 14e; 14f). Es wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine optische Erfassungseinheit (18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) zumindest ein Wärmebildkameraelement (20a; 20b; 20c; 20d; 20e; 20f) aufweist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Robotersteuerungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bereits eine Robotersteuerungsvorrichtung für Bin-Picking-Roboter zu einer Zielbewegungssteuerung des Roboters zu zumindest einem Objekt, mit zumindest einer Recheneinheit und mit zumindest einer optischen Erfassungseinheit vorgeschlagen worden.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Robotersteuerungsvorrichtung, insbesondere von einer Bin-Picking-Robotersteuerungsvorrichtung, zu einer Zielbewegungssteuerung eines Roboters zu zumindest einem Objekt, mit zumindest einer Recheneinheit und mit zumindest einer optischen Erfassungseinheit zur Erfassung des zumindest einen Objekts.
Es wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine optische Erfassungseinheit zumindest ein Wärmebildkameraelement aufweist. Vorzugsweise ist die Robotersteuerungsvorrichtung zu einer Zielbewegungssteuerung des Roboters zu zumindest mehreren, insbesondere chaotisch angeordneten Objekten vorgesehen. Unter einer „Robotersteuerungsvorrichtung” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, die zu einem Ansteuern eines Roboters vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu vorgesehen, einen Roboter zu steuern, wie insbesondere eine Bewegung und/oder einen Greifmechanismus des Roboters. Ferner soll in diesem Zusammenhang unter „Bin-Picking” insbesondere ein roboterbasierter „Griff in ein Kiste” zur Vereinzelung chaotisch bereitgestellter Objekte verstanden werden. Vorzugsweise soll unter „Bin-Picking” insbesondere ein roboterbasiertes Verfahren zu einem Ordnen von Objekten aus einer Kiste und/oder zu einem Bestücken einer Vorrichtung, wie insbesondere einer Bearbeitungsmaschine, mit Objekten aus einer Kiste verstanden werden. Des Weiteren soll unter einer „Zielbewegungssteuerung” in diesem Zusammenhang insbesondere eine Steuerung des Roboters zu zumindest einem Punkt verstanden werden. Vorteilhaft soll darunter insbesondere eine Steuerung des Roboters von zumindest einem Punkt zu zumindest einem weiteren Punkt verstanden werden. Es sind hierfür verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Steuerungsarten denkbar, insbesondere soll darunter jedoch eine Punkt-zu-Punkt-Steuerung bzw. eine „Point-to-Point”-Steuerung und/oder eine Bahnsteuerung bzw. eine „Continuous Path”-Steuerung verstanden werden. Unter einem „Roboter” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein programmierbares Handhabungsgerät verstanden, das für verschiedene Einsatzzwecke genutzt werden kann. Vorzugsweise ist der Roboter insbesondere von einem Industrieroboter gebildet. Dabei soll unter einem „Industrieroboter” in diesem Zusammenhang insbesondere ein universell einsetzbarer Bewegungsautomat mit zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei und besonders bevorzugt zumindest vier Achsen verstanden werden, der insbesondere zu einer Ausführung von Handhabungs- und/oder Fertigungsaufgaben vorgesehen ist. Vorzugsweise soll darunter ein Bewegungsautomat verstanden werden, dessen Bewegungen hinsichtlich Bewegungsfolge, Wegen und/oder Winkeln frei – daher ohne mechanische Eingriffe – programmierbar und gegebenenfalls sensorgeführt sind. Besonders bevorzugt ist der Industrieroboter mit zumindest einem Greifer, mit zumindest einem Werkzeug und/oder mit zumindest einem anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Fertigungsmittel ausrüstbar (VDI-Richtlinien 2860). Es sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Industrieroboter denkbar, insbesondere soll darunter jedoch ein Hexapod-Roboter, ein Portalroboter, ein Kragarmroboter, ein Horizontal-Knickarmroboter und/oder besonders bevorzugt ein Vertikal-Knickarmroboter verstanden werden. Ferner soll in diesem Zusammenhang unter einem „Objekt” insbesondere ein variables Element, wie beispielsweise ein Bauteil und/oder ein Rohling, verstanden werden. Vorzugsweise ist das Objekt zumindest im Wesentlichen formfest und/oder weist eine zumindest im Wesentlichen definierbare Form auf. Dabei soll unter „zumindest im Wesentlichen formfest” insbesondere verstanden werden, dass zumindest 30%, vorzugsweise zumindest 60% und besonders bevorzugt zumindest 90% des Objekts aus einem formfesten Material besteht. Dabei soll unter „formfest” insbesondere verstanden werden, dass das Objekt ein Elastizitätsmodul von zumindest 10 kN/mm², vorzugsweise von zumindest 20 kN/mm² und besonders bevorzugt von zumindest 30 kN/mm² aufweist. Ferner soll dabei unter einer „zumindest im Wesentlichen definierbaren Form” insbesondere verstanden werden, dass eine Form des Objekts mit einer Ungenauigkeit von maximal 2 mm, vorzugsweise von maximal 1 mm und besonders bevorzugt von maximal 0,5 mm virtuell erfassbar ist. Des Weiteren soll in diesem Zusammenhang unter einer „Recheneinheit” insbesondere eine Einheit mit einem Informationseingang, einer Informationsverarbeitung und einer Informationsausgabe verstanden werden. Vorteilhaft weist die Recheneinheit zumindest einen Prozessor, einen Speicher, Ein- und Ausgabemittel, weitere elektrische Bauteile, ein Betriebsprogramm, Regelroutinen, Steuerroutinen und/oder Berechnungsroutinen auf. Unter einer „optischen Erfassungseinheit” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, die zu einer visuellen Erfassung zumindest eines Blickwinkels vorgesehen ist. Ferner soll unter einem „Wärmebildkameraelement” in diesem Zusammenhang insbesondere ein bildgebendes Element verstanden werden, das zur Erfassung einer Infrarotstrahlung vorgesehen ist. Vorzugsweise ist das Element dazu vorgesehen, eine Infrarotstrahlung thermografisch zu erfassen. Bevorzugt weist das Element zumindest einen Infrarot-Bildsensor, zumindest einen Infrarot-Bilddetektor und/oder besonders bevorzugt zumindest einen Mikrobolometer auf. Besonders bevorzugt weist das Element mehrere Infrarot-Bildsensoren, Infrarot-Bilddetektoren und/oder Mikrobolometer auf, die vorzugsweise in einem „Focal Plane Array” angeordnet sind. Es sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Infrarot-Bildsensoren und/oder Infrarot-Bilddetektoren denkbar, wie beispielsweise Indium-Gallium-Arsenid-Sensoren, Bleisulfid-Sensoren, Indium-Antimon-Detektoren, Cadmium-Quecksilber-Tellurid-Detektoren und/oder Gallium-Arsenid-Quantentopf-Detektoren. Ferner sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Materialien für den Mikrobolometer denkbar, insbesondere besteht der Mikrobolometer jedoch zumindest teilweise aus Vanadiumoxid und/oder amorphem Silizium. Dabei soll unter einem „Focal Plane Array” insbesondere eine zweidimensionale Anordnung von Infrarot-Bildsensoren, Infrarot-Bilddetektoren und/oder Mikrobolometern zur Bildgebung verstanden werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Robotersteuerungsvorrichtung kann eine besonders vorteilhafte Erfassung des zumindest einen Objekts realisiert werden. Ferner kann dadurch eine Robotersteuerungsvorrichtung bereitgestellt werden, die unabhängig von Lichtverhältnissen an einem Arbeitsplatz der Robotersteuerungsvorrichtung verwendet werden kann. Des Weiteren kann dadurch eine Robotersteuerungsvorrichtung bereitgestellt werden, die unanfällig für durch Licht hervorgerufene Störungen ist, wie beispielsweise Lichtreflektionen.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass das zumindest eine erste Wärmebildkameraelement dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung in einem Spektralbereich von mindestens 1,4 μm und bis maximal 1000 μm zu erfassen. Vorzugsweise ist das zumindest eine Wärmebildkameraelement dazu vorgesehen, Strahlung in einem Spektralbereich von mindestens 3,5 μm und bis maximal 15 μm zu erfassen. Besonders bevorzugt ist das zumindest eine Wärmebildkameraelement dazu vorgesehen ist, Strahlung in einem Spektralbereich von mindestens 7,5 μm und bis maximal 13 μm zu erfassen. Unter einem „Spektralbereich” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung verstanden werden. Dadurch kann insbesondere eine besonders zuverlässige Erfassungseinheit bereitgestellt werden. Ferner können durch die Entfernung des Spektralbereichs zu einem Spektralbereich des sichtbaren Lichts Störungen vermieden werden.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass das zumindest eine erste Wärmebildkameraelement dazu vorgesehen ist, eine mittlere und/oder langwellige Infrarotstrahlung zu erfassen. Unter „mittlerer Infrarotstrahlung” soll in diesem Zusammenhang insbesondere Infrarotstrahlung in einem Spektralbereich von 3 μm bis 8 μm verstanden werden. Ferner soll in diesem Zusammenhang unter „langwelliger Infrarotstrahlung” insbesondere Infrarotstrahlung in einem Spektralbereich von 8 μm bis 15 μm verstanden werden. Dadurch kann eine besonders unanfällige Erfassungseinheit bereitgestellt werden. Ferner kann durch die im Vergleich zu naher und kurzwelliger Infrarotstrahlung große Entfernung des Spektralbereichs zu einem Spektralbereich des sichtbaren Lichts Störungen vermieden werden. Des Weiteren kann dadurch eine Störung durch Heizquellen, die zumindest teilweise nahe und/oder kurzwellige Infrarotstrahlung aussenden, vermieden werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Recheneinheit dazu vorgesehen ist, aus zweidimensionalen Aufnahmen der optischen Erfassungseinheit eine dreidimensionale Information zu verarbeiten. Vorzugsweise werden hierfür virtuelle Aufnahmen aus verschiedenen Perspektiven des zumindest einen zu erfassenden Objekts auf Grundlage eines CAD-Modells erstellt. Ferner werden vorzugsweise die virtuellen Aufnahmen mit auf der zweidimensionalen Aufnahme gefundenen Kanten verglichen, bis eine Übereinstimmung und damit das zumindest eine Objekt gefunden werden konnten. Besonders bevorzugt wird aus einer aus dem CAD-Modell bekannten Skalierung des Objekts eine Entfernungsinformation bzw. eine Tiefeninformation des gefundenen Objekts berechnet. Dadurch kann vorteilhaft eine dreidimensionale Positionsinformation des zumindest einen Objekts mit einem Wärmebildkameraelement erreicht werden. Dadurch kann eine Anzahl von Bauteilen gering gehalten werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine optische Erfassungseinheit zumindest ein weiteres Wärmebildkameraelement aufweist. Dadurch kann eine besonders genaue Erfassungseinheit bereitgestellt werden. Ferner kann eine besonders zuverlässige Erfassungseinheit bereitgestellt werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu vorgesehen ist, aus den Aufnahmen der zumindest zwei Wärmebildkameraelemente der optischen Erfassungseinheit eine Stereo-Vision zu erarbeiten. Unter einer „Stereo-Vision” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine stereoskopische Aufnahme, daher eine Aufnahme mit einer Tiefeninformation, verstanden werden. Vorzugsweise wird die Stereo-Vision durch zwei simultane Aufnahmen aus differierenden Perspektiven erarbeitet. Dadurch kann eine besonders genaue Tiefeninformation bereitgestellt werden.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Robotersteuerungsvorrichtung zumindest eine Heizeinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, das zumindest eine zu erfassende Objekt zu erwärmen. Unter einer „Heizeinheit” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Körper verstanden werden, der zu einer Wärmeleitung und/oder vorzugsweise zu einer Wärmestrahlung vorgesehen ist. Es sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Heizeinheiten denkbar, insbesondere soll darunter jedoch ein Heizlüfter und/oder ein kurzwelliger Infrarotstrahler und/oder ein langwelliger Infrarotstrahler und/oder ein Kontinuumstrahler verstanden werden. Dadurch kann ein vorteilhaft hoher Kontrast des zumindest einen Objekts auf den Aufnahmen der Erfassungseinheit, insbesondere im Vergleich zu dem zumindest einen Objekt bei Zimmertemperatur, bereitgestellt werden.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass die Heizeinheit von einem kurzwelligen Infrarotstrahler gebildet ist. Dadurch kann eine vorteilhafte Erwärmung des zumindest einen Objekts erreicht werden, insbesondere da die Objekte gezielt erwärmt werden können, ohne Wärmeverluste bei einer Erwärmung der Luft zu erhalten. Dadurch kann das zumindest eine Objekt im Vergleich zu Heizlüftern besonders schnell erwärmt werden, insbesondere wenn das Objekt aus Metall besteht, da Metall kurzwellige Infrarotstrahlung vorteilhaft absorbiert. Ist das zumindest eine Wärmebildkameraelement dazu vorgesehen, eine mittlere und/oder langwellige Infrarotstrahlung zu erfassen, kann das Heizelement insbesondere von einem kurzwelligen Infrarotstrahler gebildet sein, ohne dass der Infrarotstrahler eine Aufnahme der Erfassungseinheit insbesondere des Wärmebildkameraelements durch Reflektionen stört.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Robotersteuerungsvorrichtung zumindest eine Kühleinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, Kanten des zumindest einen zu erfassenden Objekts abzukühlen. Vorzugsweise ist die Kühleinheit dazu vorgesehen, einen Luftstrom um das zumindest eine zu erfassende Objekt oder besonders bevorzugt zwischen mehreren zu erfassenden Objekten zu erzeugen. Unter einer „Kühleinheit” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, die zu einer Kühlung, daher dem Entzug von thermischer Energie, zumindest eines Elements vorgesehen ist. Vorzugsweise wird die Kühlung insbesondere über zumindest ein Zwischenmedium, wie beispielsweise Luft oder Wasser, realisiert, an das das zu kühlende Medium seine thermische Energie abgeben kann. Die Kühleinheit fungiert dabei besonders vorteilhaft als Transportvorrichtung für das Zwischenmedium. Es sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Kühleinheiten denkbar, insbesondere soll darunter jedoch ein Ventilator verstanden werden. Dadurch kann insbesondere eine Temperaturabsenkung der Kanten des Objekts realisiert werden, wodurch ein Kontrast zwischen Flächen und Kanten des Objekts vergrößert wird, im Vergleich zu einer konstanten Temperatur des Objekts.
Alternativ und/oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Robotersteuerungsvorrichtung zumindest eine Lüftereinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, warme Luft in einen das zumindest eine zu erfassende Objekt umgebenden Luftraum zu fördern. Vorzugsweise ist die Lüftereinheit dazu vorgesehen, warme Luft in einen Zwischenbereich zwischen mehreren zu erfassenden Objekten zu fördern. Dadurch kann vorteilhaft ein das zumindest eine zu erfassende Objekt umgebender Luftraum und/oder ein Zwischenbereich erwärmt werden, wodurch ein vorteilhafter Kontrast zwischen dem zumindest einen zu erfassenden Objekt und der Umgebung erreicht werden kann. Ferner können dadurch zudem und/oder alternativ Kanten des zu erfassenden Objekts erhitzt werden. Besonders bevorzugt können dadurch Aufnahmen von dem Objekt gemacht werden, während die warme Luft um das zumindest eine zu erfassende Objekt strömt.
Ferner wird eine Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung der optischen Erfassungseinheit der Robotersteuerungsvorrichtung vorgeschlagen, mit zumindest einer Kalibrierplatte. Unter einer „Kalibrierplatte” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Platte einer Kalibriervorrichtung verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, von der Erfassungseinheit für eine Kalibrierung erfasst zu werden. Vorzugsweise dient die Kalibrierplatte insbesondere als Mittel zur Feststellung eines Fokus, einer Verzerrung, einer Abweichung und/oder insbesondere einer Skalierung der Erfassungseinheit. Besonders bevorzugt wird der Fokus, die Verzerrung, die Abweichung und/oder insbesondere die Skalierung der Erfassungseinheit von der Recheneinheit für eine Zielbewegungssteuerung des Roboters berücksichtigt.
Es wird vorgeschlagen, dass die Kalibrierplatte zumindest ein Strukturelement aufweist, das aus einem zumindest annähernd nicht-infrarot-durchlässigen Material besteht. Vorzugsweise besteht ein von dem Strukturelement differierender Teil der Kalibrierplatte zumindest teilweise aus einem zumindest annähernd infrarot-durchlässigen Material, insbesondere durchlässig für einen Wellenlängenbereich eines Wärmebildkameraelements der Erfassungseinheit. Unter einem „Strukturelement” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Element verstanden werden, das auf der Kalibrierplatte ein Muster und/oder eine Struktur darstellt. Vorzugsweise ist das Strukturelement dazu vorgesehen, von der Erfassungseinheit erfasst zu werden und zur Kalibrierung genutzt zu werden. Es sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausbildungen des Strukturelements denkbar, insbesondere ist das Strukturelement jedoch von einer Schicht gebildet. Ferner soll unter einem „zumindest annähernd nicht-infrarot-durchlässigen Material” in diesem Zusammenhang insbesondere ein Material verstanden werden, bei dem zumindest 50%, vorzugsweise zumindest 70% und besonders bevorzugt zumindest 90% einer elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge in einem Spektralbereich der Infrarotstrahlung absorbiert und/oder voteilhaft reflektiert wird. Vorzugsweise werden bei dem Material zumindest 50%, vorzugsweise zumindest 70% und besonders bevorzugt zumindest 90% aller elektromagnetischen Strahlungen in einem Spektralbereich des Wärmebildelements der Erfassungseinheit der Robotersteuerungsvorrichtung absorbiert und/oder vorteilhaft reflektiert. Des Weiteren soll in diesem Zusammenhang unter einem „zumindest annähernd infrarot-durchlässigen Material” insbesondere ein Material verstanden werden, bei dem zumindest 40%, vorzugsweise zumindest 60% und besonders bevorzugt zumindest 80% einer elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge in einem Spektralbereich der Infrarotstrahlung transmittiert wird. Vorzugsweise werden bei dem Material zumindest 40%, vorzugsweise zumindest 60% und besonders bevorzugt zumindest 80% aller elektromagnetischen Strahlungen in einem Spektralbereich des Wärmebildelements der Erfassungseinheit der Robotersteuerungsvorrichtung transmittiert. Es sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende zumindest annähernd infrarot-durchlässige Materialien denkbar, wie insbesondere Germanium, Zinksulfid, Zinkselenid, Thalliumbromidiodid, Polyethylen und/oder Polypropylen. Dadurch kann insbesondere eine Kalibrierplatte mit einem Strukturelement bereitgestellt werden, die von dem zumindest einen Wärmebildkameraelement der Erfassungseinheit vorteilhaft erfasst werden kann. Vorteilhaft kann dadurch für das Wärmebildkameraelement ein Kontrast zwischen dem Strukturelement und dem Rest der Kalibrierplatte geschaffen werden.
Alternativ oder zusätzlich besteht das Strukturelement insbesondere aus einem Material und/oder weist eine Oberfläche auf, mit einem Emissionsgrad, der wesentlich different ist zu einem Emissionsgrad eines Materials und/oder einer Oberfläche des von dem Strukturelement differierenden Teils der Kalibrierplatte. Vorzugsweise sind die Emissionsgrade insbesondere bei gleicher Temperatur und/oder in einem Wellenlängenbereich des Wärmebildkameraelements der Erfassungseinheit zu verstehen. Unter „wesentlich different” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Differenz der Emissionsgrade von zumindest 0,1, vorzugsweise von 0,2 und besonders bevorzugt von 0,4 verstanden werden. Vorzugsweise soll dabei unter einem „Emissionsgrad” insbesondere ein Gesamtemissionsgrad in Richtung der Flächennormalen verstanden werden. Dadurch kann insbesondere eine Kalibrierplatte mit einem Strukturelement bereitgestellt werden, die von dem zumindest einen Wärmebildkameraelement der Erfassungseinheit erfasst werden kann. Ferner kann dadurch eine Kalibrierplatte konstruktiv einfach ausgeführt sein, beispielsweise durch eine einfache Oberflächenbearbeitung der Kaliebrierplatte im Bereich des Strukturelements.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Kalibriervorrichtung zumindest ein Heizelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, zu einer Kalibrierung die Kalibrierplatte zu bestrahlen und/oder durch Ausnehmungen der Kalibrierplatte zu strahlen. Vorzugsweise ist das Heizelement von einer Heizplatte gebildet und ist parallel zu der Kalibrierplatte angeordnet. Besonders bevorzugt ist das Heizelement bei einer Kalibrierung, aus einem Blickwinkel der Erfassungseinheit betrachtet, hinter der Kalibrierplatte angeordnet. Unter einem „Heizelement” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Körper verstanden werden, der zu einer Wärmeleitung und/oder vorzugsweise zu einer Wärmestrahlung vorgesehen ist. Dadurch kann für das Erfassungselement ein vorteilhafter Kontrast zwischen dem Strukturelement und dem Rest der Kalibrierplatte und/oder zwischen den Ausnehmungen und dem Rest der Kalibrierplatte bereitgestellt werden.
Des Weiteren geht die Erfindung von einem Verfahren zur Herstellung einer Kalibrierplatte aus. Es wird vorgeschlagen, dass ein Strukturelement zumindest teilweise als Schicht aufgedampft wird. Unter „aufgedampft” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Strukturelement durch thermisches Verdampfen auf einen Rest der Kalibrierplatte aufgebracht wurde. Bei dem „thermischen Verdampfen” wird insbesondere ein Ausgangsmaterial für das Strukturelement erhitzt und in Form eines Materialdampfs zu dem Rest der Kalibrierplatte bewegt, wo es als Schicht kondensiert. Dadurch kann besonders einfach ein Strukturelement bereitgestellt werden.
Die erfindungsgemäße Robotersteuerungsvorrichtung und/oder die erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Robotersteuerungsvorrichtung und/oder die erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Robotersteuerungsvorrichtung, einen Roboter und eine Kiste mit Objekten in einer schematischen Darstellung,
2 die erfindungsgemäße Robotersteuerungsvorrichtung, den Roboter und eine Kalibriervorrichtung in einer schematischen Darstellung,
3 eine alternative erfindungsgemäße Robotersteuerungsvorrichtung, einen Roboter und eine Kiste mit Objekten in einer schematischen Darstellung,
4 die alternative erfindungsgemäße Robotersteuerungsvorrichtung, den Roboter und eine Kalibriervorrichtung in einer schematischen Darstellung,
5 eine alternative Kalibriervorrichtung einer erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung in einer schematischen isometrischen Darstellung,
6 die alternative Kalibriervorrichtung der erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
7 eine Heizeinheit einer erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung mit einer Shuttereinheit in einem geöffneten Zustand in einer schematischen Darstellung,
8 die Heizeinheit der erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung mit der Shuttereinheit in einem geschlossenen Zustand in einer schematischen Darstellung,
9 eine alternative Heizeinheit einer erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung mit der Shuttereinheit in einem geöffneten Zustand und mit einer Lüftereinheit in einer schematischen Darstellung,
10 die alternative Heizeinheit der erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung mit der Shuttereinheit in einem geschlossenen Zustand in einer schematischen Darstellung;
11 eine weitere alternative Heizeinheit einer erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung mit drei Infrarotstrahlern, mit einer Shuttereinheit in einem geöffneten Zustand und mit einer Lüftereinheit in einer schematischen Darstellung,
12 die weitere alternative Heizeinheit der erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung mit der Shuttereinheit in einem geschlossenen Zustand und
13 zwei der weiteren alternativen Heizeinheiten und eine Erfassungseinheit der erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung und eine Kiste in einer schematischen Darstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Robotersteuerungsvorrichtung 10a, einen Roboter 12a und eine Kiste 34a mit einer Vielzahl von Objekten 14a. Die Robotersteuerungsvorrichtung 10a ist zu einer Zielbewegungssteuerung des Roboters 12a zu den Objekten 14a vorgesehen. Die Robotersteuerungsvorrichtung 10a weist eine Recheneinheit 16a und eine optische Erfassungseinheit 18a auf. Die optische Erfassungseinheit 18a ist zur Erfassung der Objekte 14a vorgesehen. Die optische Erfassungseinheit 18a ist dazu über der Kiste 34a mit den Objekten 14a angeordnet. Die optische Erfassungseinheit 18a ist an einem Gestell 36a angeordnet, das über die Kiste 34a ragt. Grundsätzlich kann die optische Erfassungseinheit 18a jedoch auch in einem Kopf 38a des Roboters 12a angeordnet sein. Die Recheneinheit 16a weist eine nicht weiter sichtbare Eingabeeinheit und ein nicht weiter sichtbares Display auf. Über die nicht weiter sichtbare Eingabeeinheit können Parameter der Robotersteuerungsvorrichtung 10a und des Roboters 12a eingestellt werden. Die optische Erfassungseinheit 18a ist über eine Datenleitung 40a mit der Recheneinheit 16a verbunden. Die Recheneinheit 16a ist über eine Datenleitung 42a mit dem Roboter 12a verbunden. Der Roboter 12a ist von einem Vertikal-Knickarmroboter gebildet. Ferner ist der Roboter 12a als Bin-Picking-Roboter eingesetzt. Der Roboter 12a weist sechs Achsen auf. Ferner weist der Roboter 12a einen Greifer 44a auf. Der Greifer 44a ist an einem Kopf 38a des Roboters 12a angeordnet. Die Objekte 14a sind von Rohlingen gebildet.
Die optische Erfassungseinheit 18a weist ein Wärmebildkameraelement 20a auf. Das Wärmebildkameraelement 20a ist an dem Gestell 36a befestigt. Das Wärmebildkameraelement 20a ist über eine nicht weiter sichtbare Antriebseinheit auf dem Gestell 36a verfahrbar. Dadurch können vorteilhaft auch große Kisten 34a vollständig erfasst werden. Das Wärmebildkameraelement 20a ist von einer Wärmebildkamera gebildet. Das Wärmebildkameraelement 20a weist mehrere nicht weiter sichtbare Bildsensoren auf. Die Bildsensoren sind von Mikrobolometern gebildet. Ferner sind die Bildsensoren in einem „Focal Plane Array” angeordnet. Das Wärmebildkameraelement 20a ist dazu vorgesehen, eine mittlere Infrarotstrahlung zu erfassen. Das Wärmebildkameraelement 20a ist dazu vorgesehen, elektromagnetische Strahlung in einem Spektralbereich von 7,5 μm und bis 13 μm zu erfassen.
Die Recheneinheit 16a ist dazu vorgesehen, aus zweidimensionalen Aufnahmen der optischen Erfassungseinheit 18a eine dreidimensionale Information zu verarbeiten. Hierfür wird auf die Recheneinheit 16a ein CAD-Modell des zu erfassenden Objekts 14a aufgespielt. Die Recheneinheit 16a macht auf Grundlage des CAD-Modells aus verschiedenen Perspektiven virtuelle Aufnahmen des zu erfassenden Objekts 14a. In einem Betrieb werden Kanten des Objekts 14a auf den virtuellen Aufnahmen mit auf den zweidimensionalen Aufnahmen der optischen Erfassungseinheit 18a gefundenen Kanten verglichen. Wird eine Übereinstimmung gefunden, kann auf eine Position und über die Perspektive der virtuellen Aufnahme auf die Lage des gefundenen Objekts 14a rückgeschlossen werden. Ferner kann aus einer aus dem CAD-Modell bekannten Skalierung des Objekts 14a auf eine Entfernung des gefundenen Objekts 14a rückgeschlossen werden.
Die Robotersteuerungsvorrichtung 10a weist eine Heizeinheit 24a auf, die dazu vorgesehen ist, die zu erfassenden Objekte 14a zu erwärmen. Die Heizeinheit 24a ist von einem Heizlüfter gebildet. Die Heizeinheit 24a ist über der Kiste 34a angeordnet. Die Heizeinheit 24a ist versetzt über der Kiste 34a angeordnet, so dass die Heizeinheit 24a neben einem Sichtkegel der Erfassungseinheit 18a liegt. Zusätzlich oder alternativ wäre denkbar, dass die Heizeinheit 24a und/oder eine weitere Heizeinheit unterhalb der Kiste 34a angeordnet ist. Dabei wäre ferner denkbar, dass die Kiste 34a Schlitze und/oder anders geartete Öffnungen in einem Boden aufweist, um eine Wärmestrahlung besser durchzulassen. Die Heizeinheit 24a ist über eine Leitung 46a mit der Recheneinheit 16a verbunden. Die Recheneinheit 16a kann die Heizeinheit 24a über die Leitung 46a zu- und abschalten. Dadurch kann die Recheneinheit 16a einen Kontrast auf den Aufnahmen vorteilhaft anpassen.
Ferner weist die Robotersteuerungsvorrichtung 10a eine Kühleinheit 26a auf, die dazu vorgesehen ist, Kanten der zu erfassenden Objekte 14a abzukühlen. Die Kühleinheit 26a ist von einem Ventilator gebildet. Die Kühleinheit 26a ist dazu vorgesehen, einen Luftstrom zwischen den zu erfassenden Objekten 14a hindurch zu erzeugen und dabei die Kanten und andere Vorsprünge der zu erfassenden Objekte 14a abzukühlen. Die Kühleinheit 26a ist über der Kiste 34a angeordnet. Die Kühleinheit 26a ist versetzt über der Kiste 34a angeordnet, so dass die Kühleinheit 26a neben einem Sichtkegel der Erfassungseinheit 18a liegt. Zusätzlich oder alternativ wäre denkbar, dass die Kühleinheit 26a und/oder eine weitere Kühleinheit unterhalb der Kiste 34a angeordnet ist. Dabei wäre ferner denkbar, dass die Kiste 34a Schlitze und/oder anders geartete Öffnungen in einem Boden aufweist, um einen Luftstrom besser durchzulassen. Die Kühleinheit 26a ist gegenüber der Heizeinheit 24a angeordnet. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Anordnungen denkbar. Die Kühleinheit 26a ist über eine Leitung 48a mit der Recheneinheit 16a verbunden. Die Recheneinheit 16a kann die Kühleinheit 26a über die Leitung 48a zu- und abschalten. Dadurch kann die Recheneinheit 16a einen Kontrast zwischen Kanten und Flächen der Objekte 14a auf den Aufnahmen vorteilhaft anpassen.
Zusätzlich oder alternativ wäre denkbar, dass die Robotersteuerungsvorrichtung 10a eine Lüftereinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, warme Luft in einen Zwischenbereich zwischen die zu erfassenden Objekte 14a zu fördern. Dadurch könnte ein Luftraum zwischen den Objekten 14a und/oder Kanten der Objekte 14a vorteilhaft erwärmt werden.
Die 2 zeigt die erfindungsgemäße Robotersteuerungsvorrichtung 10a, den Roboter 12a und eine Kalibriervorrichtung 28a. Die Kalibriervorrichtung 28a ist zu einer Kalibrierung der optischen Erfassungseinheit 18a der Robotersteuerungsvorrichtung 10a vorgesehen. Die Kalibriervorrichtung 28a weist eine Kalibrierplatte 30a, ein Heizelement 50a und ein Rahmenelement 52a auf. Das Heizelement 50a ist von einer Heizplatte gebildet. Das Heizelement 50a emittiert eine Infrarotstrahlung. Das Heizelement 50a ist parallel zu der Kalibrierplatte 30a angeordnet. Das Rahmenelement 52a verbindet die Kalibrierplatte 30a und das Heizelement 50a und hält sie in einem vordefinierten Abstand. Die Kalibriervorrichtung 28a ist in der 2 stark vereinfacht dargestellt, insbesondere in Hinblick auf eine Größenrelation.
Die Kalibrierplatte 30a weist ein Strukturelement 32a auf, das aus einem annähernd nicht-infrarot-durchlässigen Material besteht. Das Strukturelement 32a besteht aus einem annähernd infrarot-reflektierenden Material. Ferner weist die Kalibrierplatte 30a einen Grundkörper 54a auf, der aus einem annähernd infrarot-durchlässigen Material besteht. Das Strukturelement 32a ist als Strukturschicht ausgebildet. Das Strukturelement 32a weist ein Muster auf, das von einer gleichmäßigen Anordnung von Punkten gebildet ist. Das Strukturelement 32a ist auf den Grundkörper 54a aufgedampft. Das Strukturelement 32a ist auf einer Haupterstreckungsfläche 56a des Grundkörpers 54a aufgedampft. Das Heizelement 50a weist eine Haupterstreckungsebene auf, die parallel zu der Haupterstreckungsfläche 56a verläuft. In einem aktiven Zustand des Heizelements 50a strahlt das Heizelement 50a gleichmäßig auf eine Rückseite der Haupterstreckungsfläche 56a des Grundkörper 54a.
Auf der Recheneinheit 16a der Robotersteuerungsvorrichtung 10a ist das Muster des Strukturelements 32a gespeichert mit den jeweiligen Abständen zwischen den Punkten. Zur Kalibrierung der optischen Erfassungseinheit 18a und der Recheneinheit 16a wird die Recheneinheit 16a in einen Kalibriermodus geschalten. Anschließend wird die Kalibriervorrichtung 28a in einem Sichtfeld des Wärmebildkameraelements 20a der optischen Erfassungseinheit 18a positioniert und das Heizelement 50a aktiviert. In einem nächsten Schritt macht die Recheneinheit 16a mit dem Wärmebildkameraelement 20a eine Aufnahme von der Kalibriervorrichtung 28a. Da der Grundkörper 54a der Kalibrierplatte 30a von einer Infrarotstrahlung des Heizelements 50a durchdrungen wird, wirkt der freie Bereich des Grundkörpers 54a auf der Aufnahme „hell” bzw. weist eine hohe Strahlungsdichte auf. In dem Bereich des Strukturelements 32a wird eine Infrarotstrahlung des Heizelements 50a weitgehend reflektiert, wodurch der Bereich des Strukturelements 32a auf der Aufnahme „dunkel” wirkt bzw. eine niedrige Strahlungsdichte aufweist. Das Muster des Strukturelements 32a kann von der Recheneinheit 16a erfasst werden. Über die bekannten Abstände der Punkte des Musters kann eine Skalierung der Aufnahmen des Wärmebildkameraelements 20a der optischen Erfassungseinheit 18a vorgenommen und die optische Erfassungseinheit 18a kalibriert werden. Der Vorgang kann mit verschiedenen Abständen der Kalibriervorrichtung 28a zu dem Wärmebildkameraelement 20a wiederholt werden.
In den 3 bis 12 sind fünf weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 und 2 durch die Buchstaben b bis f in den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele der 3 bis 12 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 verwiesen werden.
Die 3 zeigt eine alternative erfindungsgemäße Robotersteuerungsvorrichtung 10b, einen Roboter 12b und eine Kiste 34b mit einer Vielzahl von Objekten 14b. Die Robotersteuerungsvorrichtung 10b ist zu einer Zielbewegungssteuerung des Roboters 12b zu den Objekten 14b vorgesehen. Die Robotersteuerungsvorrichtung 10b weist eine Recheneinheit 16b und eine optische Erfassungseinheit 18b auf.
Die optische Erfassungseinheit 18b weist ein Wärmebildkameraelement 20b auf. Ferner weist die optische Erfassungseinheit 18b ein weiteres Wärmebildkameraelement 22b auf. Die beiden Wärmebildkameraelemente 20b, 22b sind nebeneinander über der Kiste 34b angeordnet. Die beiden Wärmebildkameraelemente 20b, 22b sind nebeneinander über der Kiste 34b an einem Gestell 36b befestigt. Die beiden Wärmebildkameraelemente 20b, 22b sind jeweils über eine nicht weiter sichtbare Antriebseinheit auf dem Gestell 36b verfahrbar. Die beiden Wärmebildkameraelemente 20b, 22b können auf dem Gestell 36b relativ zueinander verfahren werden. Die Wärmebildkameraelemente 20b, 22b weisen dadurch jeweils unterschiedliche Perspektiven auf die Kiste 34b auf. Grundsätzlich wäre jedoch auch denkbar, dass die Wärmebildkameraelemente 20b, 22b einen festen relativen Abstand zueinander aufweisen und lediglich gemeinsam verfahren werden können. Das Wärmebildkameraelement 20b und das weitere Wärmebildkameraelement 22b sind jeweils von einer Wärmebildkamera gebildet. Die Wärmebildkameraelemente 20b, 22b weisen mehrere nicht weiter sichtbare Bildsensoren auf. Die Bildsensoren sind von Mikrobolometern gebildet. Ferner sind die Bildsensoren der Wärmebildkameraelemente 20b, 22b jeweils in einem „Focal Plane Array” angeordnet. Die Wärmebildkameraelemente 20b, 22b sind jeweils dazu vorgesehen, eine mittlere Infrarotstrahlung zu erfassen. Die Wärmebildkameraelemente 20b, 22b sind jeweils dazu vorgesehen, elektromagnetische Strahlung in einem Spektralbereich von 7,5 μm und bis 13 μm zu erfassen.
Die Recheneinheit 16b ist dazu vorgesehen, aus den Aufnahmen der zwei Wärmebildkameraelemente 20b, 22b der optischen Erfassungseinheit 18b eine Stereo-Vision zu erarbeiten. Die Wärmebildkameraelemente 20b, 22b weisen unterschiedliche Bildwinkel auf. Die Aufnahmen der Wärmebildkameraelemente 20b, 22b werden getrennt voneinander über Datenleitungen 40b, 58b an die Recheneinheit 16b übertragen. Die Aufnahme einer der beiden Wärmebildkameraelemente 20b, 22b wird dabei jeweils als stereoskopisches Halbbild betrachtet. Die beiden stereoskopischen Halbbilder der Wärmebildkameraelemente 20b, 22b werden von der Recheneinheit 16b zu einer Stereo-Vision verarbeitet.
Die Robotersteuerungsvorrichtung 10b weist eine Heizeinheit 24b auf, die dazu vorgesehen ist, die zu erfassenden Objekte 14b zu erwärmen. Die Heizeinheit 24b ist von einem kurzwelligen Infrarotstrahler gebildet. Die Heizeinheit 24b ist über der Kiste 34b angeordnet. Die Heizeinheit 24b ist versetzt über der Kiste 34b angeordnet, so dass die Heizeinheit 24b neben einem Sichtkegel der Erfassungseinheit 18b liegt. Die Heizeinheit 24b ist über eine Leitung 46b mit der Recheneinheit 16b verbunden. Die Recheneinheit 16b kann die Heizeinheit 24b über die Leitung 46a zu- und abschalten. Dadurch kann die Recheneinheit 16b einen Kontrast auf den Aufnahmen vorteilhaft anpassen.
Die 4 zeigt die alternative erfindungsgemäße Robotersteuerungsvorrichtung 10b, den Roboter 12b und eine Kalibriervorrichtung 28b. Die Kalibriervorrichtung 28b ist zu einer Kalibrierung der optischen Erfassungseinheit 18b der Robotersteuerungsvorrichtung 10b vorgesehen. Die Kalibriervorrichtung 28b weist eine Kalibrierplatte 30b auf. Die Kalibrierplatte 30b weist ein Strukturelement 32b auf, das aus einem annähernd nicht-infrarot-durchlässigen Material besteht. Ferner weist die Kalibrierplatte 30b einen Grundkörper 54b auf. Das Strukturelement 32b besteht aus einem Material mit einem Emissionsgrad, der wesentlich different ist zu einem Emissionsgrad eines Materials des Grundkörpers 54b der Kalibrierplatte 30b. Das Strukturelement 32b ist als Strukturschicht ausgebildet. Das Strukturelement 32b weist ein Muster auf, das von einer gleichmäßigen Anordnung von Punkten gebildet ist. Das Strukturelement 32b ist auf den Grundkörper 54b aufgedampft. Die Kalibriervorrichtung 28b ist in der 4 stark vereinfacht dargestellt, insbesondere in Hinblick auf eine Größenrelation.
Auf der Recheneinheit 16b der Robotersteuerungsvorrichtung 10b ist das Muster des Strukturelements 32b gespeichert mit den jeweiligen Abständen zwischen den Punkten. Zur Kalibrierung der optischen Erfassungseinheit 18b und der Recheneinheit 16b wird die Recheneinheit 16b in einen Kalibriermodus geschalten. Anschließend wird die Kalibriervorrichtung 28b in einem Sichtfeld der Wärmebildkameraelemente 20b, 22b der optischen Erfassungseinheit 18b positioniert und die Heizeinheit 24b der Robotersteuerungsvorrichtung 10b aktiviert. In einem nächsten Schritt macht die Recheneinheit 16b mit den Wärmebildkameraelementen 20b, 22b eine Aufnahme von der Kalibriervorrichtung 28b. Da der Grundkörper 54b aus einem Material mit einem hohen Emissionsgrad besteht, wird eine Wärmestrahlung der Heizeinheit 24b gut absorbiert und der Grundkörper 54b wird warm, wodurch der freie Bereich des Grundkörpers 54b auf der Aufnahme „hell” wirkt bzw. eine hohe Strahlungsdichte aufweist. Da das Strukturelement 32b aus einem Material mit einem niedrigen Emissionsgrad besteht, wird eine Wärmestrahlung der Heizeinheit 24b schlecht absorbiert und das Strukturelement 32b bleibt verhältnismäßig gegenüber dem Grundkörper 54b kalt, wodurch der Bereich des Strukturelements 32b auf der Aufnahme „dunkel” wirkt bzw. eine niedrige Strahlungsdichte aufweist. Das Muster des Strukturelements 32b kann von der Recheneinheit 16b erfasst werden. Über die bekannten Abstände der Punkte des Musters kann eine Skalierung der Aufnahmen der Wärmebildkameraelemente 20b, 22b der optischen Erfassungseinheit 18b vorgenommen und die optische Erfassungseinheit 18b kalibriert werden. Der Vorgang kann mit verschiedenen Abständen der Kalibriervorrichtung 28b zu den Wärmebildkameraelementen 20b, 22b wiederholt werden.
5 zeigt eine alternative Kalibriervorrichtung 28c einer erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung 10c. Die Kalibriervorrichtung 28c weist eine Kalibrierplatte 30c und ein Heizelement 50c auf. Die Kalibrierplatte 30c ist teilweise von einem Blech gebildet. Die Kalibrierplatte 30c weist eine Vielzahl von Ausnehmungen 60c und einen Grundkörper 54c auf. Die Kalibierplatte 30c weist neunundvierzig Ausnehmungen 60c auf. Die Ausnehmungen 60c sind quadratisch angeordnet in sieben Reihen mit jeweils sieben Ausnehmungen 60c. Grundsätzlich wäre jedoch auch eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzahl und/oder Anordnung der Ausnehmungen 60c denkbar. Die Ausnehmungen 60c sind von Durchgangsöffnungen gebildet, die sich senkrecht zu einer Haupterstreckungsfläche 62c der Kalibrierplatte 30c durch den Grundkörper 54c erstrecken. Die Kalibrierplatte 30c ist annähernd rechteckig ausgebildet, wobei eine von vier Ecken eine Abschrägung 64c aufweist. Die Kalibrierplatte 30c ist über vier Füße 66c beabstandet mit dem Heizelement 50c verbunden. Die Füße 66c sind zu einem Rand der Kalibrierplatte 30c beabstandet, nach innen versetzt an der Kalibrierplatte 30 angeordnet. Durch die Anordnung der Füße 66c kann vorteilhaft vermieden werden, dass bei einer für eine Kalibrierung notwendige Neigung der Kalibriervorrichtung 28c Aufnahmen einer Erfassungseinheit 18c der Robotersteuerungsvorrichtung 10c von der Kalibiervorrichtung 28c durch die Füße 66c gestört werden. Grundsätzlich wäre jedoch auch eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzahl und/oder Anordnung der Füße 66c denkbar. Beispielsweise wäre, insbesondere bei einer alternativen Zahl von Ausnehmungen, ein zentraler Fuß denkbar. Grundsätzlich wäre auch eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anordnung und/oder Befestigung der Kalibrierplatte 30c auf dem Heizelement 50c denkbar.
Auf einer Recheneinheit 16c der Robotersteuerungsvorrichtung 10c ist eine Anordnung der Ausnehmungen 60c der Kalibrierplatte 30c mit den jeweiligen Abständen zwischen den Ausnehmungen 60c gespeichert. Zur Kalibrierung einer optischen Erfassungseinheit 18c und der Recheneinheit 16c wird die Recheneinheit 16c in einen Kalibriermodus geschaltet. Anschließend wird die Kalibriervorrichtung 28c in einem Sichtfeld der optischen Erfassungseinheit 18c so positioniert, dass die Kalibrierplatte 30c der Kalibriervorrichtung 28c in Richtung der optischen Erfassungseinheit 18c zeigt. Ferner wird das Heizelement 50c der Kalibriervorrichtung 28c aktiviert. In einem nächsten Schritt wird über die optische Erfassungseinheit 18c eine Aufnahme der Kalibriervorrichtung 28c gemacht. Der Grundkörper 54c ist in diesem Augenblick noch kalt, wodurch der Bereich auf der Aufnahme „dunkel” wirkt bzw. eine niedrige Strahlungsdichte aufweist. Das Heizelement 50c strahlt durch die Ausnehmungen 60c und an dem Grundkörper 54c vorbei, wodurch der Bereich auf der Aufnahme „hell” wirkt bzw. eine hohe Strahlungsdichte aufweist (6). Die Anordnung der Ausnehmungen 60c sowie die Anordnung der Abschrägung 64c können von der Recheneinheit 16c erfasst werden. Über die bekannten Abstände der Ausnehmungen 60c zueinander kann eine Skalierung der Aufnahmen der optischen Erfassungseinheit 18c vorgenommen und die optische Erfassungseinheit 18c kalibriert werden. Ferner kann über die Abschrägung 64c des Grundkörpers 54c eine genaue Ausrichtung kalibriert werden.
7 zeigt eine Heizeinheit 24d einer erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung 10d mit einer Shuttereinheit 68d in einem geöffneten Zustand. Die Heizeinheit 24d weist ein Gehäuse 70d, ein Reflektorelement 72d, die Shuttereinheit 68d und einen Infrarotstrahler 74d auf. Das Gehäuse 70d ist annähernd quaderförmig ausgebildet. Das Gehäuse 70d ist zu einer Seite hin geöffnet. Das Gehäuse 70d weist auf der geöffneten Seite ein Schutzgitter 76d auf. In dem Gehäuse 70d ist das Reflektorelement 72d angeordnet. Das Reflektorelement 72d ist rohrkreissegmentförmig ausgebildet und dient zur Aufnahme des Infrarotstrahlers 74d. Ferner ist das Reflektorelement 72d zur Lenkung einer Infrarotstrahlung des Infrarotstrahlers 74d vorgesehen. Die Shuttereinheit 68d weist ein Shutterelement 78d auf. Das Shutterelement 78d ist rohrkreissegmentförmig ausgebildet und ist außen auf dem Reflektorelement 72d angeordnet. Ferner ist das Shutterelement 78d in einer Axialrichtung parallel zu dem Reflektorelement 72d angeordnet und weist in Axialrichtung eine annähernd identische Erstreckung auf. Das Shutterelement 78d ist über eine nicht weiter sichtbare Führung der Shuttereinheit 68d geführt und kann in Umfangsrichtung teilweise um das Reflektorelement 72d bewegt werden. Das Shutterelement 78d kann über die nicht weiter sichtbare Führung so weit in Umfangsrichtung bewegt werden, dass ein in radialer Richtung geöffneter Bereich des Reflektorelements 72d abgedeckt werden kann. Diese Stellung des Shutterelements 78d ist als geschlossener Zustand der Shuttereinheit 68d definiert (8). Wird der in radialer Richtung geöffnete Bereich des Reflektorelements 72d über weniger als 10% der Fläche von dem Shutterelement 78d abgedeckt, ist diese Stellung des Shutterelements 78d als geöffneter Zustand der Shuttereinheit 68d definiert (7). Die Shuttereinheit 68d weist einen nicht weiter sichtbaren Servomotor auf, über den das Shutterelement 78d in der Führung bewegt werden kann. Grundsätzlich sind auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Vorrichtungen zur Bewegung des Shutterelements 78d denkbar, wie insbesondere elektromagnetische Vorrichtungen. In dem Reflektorelement 72d ist der Infrarotstrahler 74d angeordnet. Der Infrarotstrahler 74d ist von einem langwelligen Infrarotstrahler 74d gebildet. Der Infrarotstrahler 74d ist von einem Kontinuumstrahler gebildet.
Die Shuttereinheit 68d ist dazu vorgesehen, eine Bestrahlung einer Kiste 34d mit Objekten 14d durch die Heizeinheit 24d für kurze Zeit zu unterbrechen. Die Shuttereinheit 68d unterbricht die Bestrahlung, während eine optische Erfassungseinheit 18d einer Recheneinheit 16d der Robotersteuerungsvorrichtung 10d eine Aufnahme von der Kiste 34d mit den Objekten 14d macht. Dadurch kann verhindert werden, dass die langwellige Infrarotstrahlung des Infrarotstrahlers 74d der Heizeinheit 24d eine Aufnahme der optischen Erfassungseinheit 18d stört.
8 zeigt eine alternative Heizeinheit 24e einer erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung 10e mit einer Shuttereinheit 68e in einem geöffneten Zustand und mit einer Lüftereinheit 80e. Die Heizeinheit 24e weist ein Gehäuse 70e, ein Reflektorelement 72e, die Shuttereinheit 68e, einen Infrarotstrahler 74e und die Lüftereinheit 80e auf. Die Shuttereinheit 68e weist zwei Shutterelemente 78e, 78e auf. Die Shutterelemente 78e, 78e' sind jeweils rohrkreissegmentförmig ausgebildet. Die Shutterelemente 78e, 78e' sind außen auf dem Reflektorelement 72e angeordnet. Ferner sind die Shutterelemente 78e, 78e' in einer Axialrichtung parallel zu dem Reflektorelement 72e angeordnet und weisen in Axialrichtung eine annähernd identische Erstreckung auf. Die Shutterelemente 78e, 78e' sind über nicht weiter sichtbare Führungen der Shuttereinheit 68e geführt. Die Shutterelemente 78e, 78e' können in Umfangsrichtung teilweise um das Reflektorelement 72e bewegt werden. Die Shutterelemente 78e, 78e' können über die nicht weiter sichtbaren Führungen so weit in Umfangsrichtung gegeneinander bewegt werden, dass ein in radialer Richtung geöffneter Bereich des Reflektorelements 72e abgedeckt werden kann. Diese Stellung der Shutterelemente 78e, 78e' ist als geschlossener Zustand der Shuttereinheit 68e definiert (10). Wird der in radialer Richtung geöffnete Bereich des Reflektorelements 72e über weniger als 10% der Fläche von den Shutterelementen 78e, 78e' abgedeckt, ist diese Stellung der Shutterelemente 78e, 78e' als geöffneter Zustand der Shuttereinheit 68e definiert (9). Die Shuttereinheit 68e weist einen nicht weiter sichtbaren Servomotor auf, über den die Shutterelemente 78e, 78e' in der Führung bewegt werden können. Die Lüftereinheit 80e ist auf einer dem in radialer Richtung geöffneten Bereich des Reflektorelements 72e abgewandten Seite des Reflektorelements 72e angeordnet. Die Lüftereinheit 80e ragt durch das Gehäuse 70e. Die Lüftereinheit 80e ist dazu vorgesehen, den Infrarotstrahler 74e der Heizeinheit 24e zu kühlen. Grundsätzlich wäre auch denkbar, dass die Heizeinheit 24e mehrere zueinander versetzt angeordnete Lüftereinheiten aufweist.
11 zeigt eine weitere alternative Heizeinheit 24f einer erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung 10f mit drei Infrarotstrahlern 74f, 74f', 74f'', einer Shuttereinheit 68f in einem geöffneten Zustand und mit einer Lüftereinheit 80f. Die Heizeinheit 24f weist ein Gehäuse 70f, die Shuttereinheit 68f, die drei Infrarotstrahler 74f, 74f', 74f'' und die Lüftereinheit 80f auf. Das Gehäuse 70f ist annähernd quaderförmig ausgebildet. In dem Gehäuse 70f sind die drei Infrarotstrahler 74f, 74f', 74f'' angeordnet. Die Infrarotstrahler 74f, 74f', 74f'' sind entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Gehäuses 70f angeordnet. Die Infrarotstrahler 74f, 74f', 74f'' sind in einer Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung zueinander versetzt angeordnet. Die Shuttereinheit 68f weist sechs Shutterelemente 78f auf, die jeweils mit einer Drehachse 82f der Shuttereinheit 68f verbunden sind. Die Shutterelemente 78f sind von rechteckigen Platten gebildet, die jeweils entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung parallel zu der Haupterstreckungsrichtung des Gehäuses 70f angeordnet sind. Die Shutterelemente 78f erstrecken sich entlang der Haupterstreckungsrichtung über das gesamte Gehäuse 70f. Die Drehachsen 82f erstrecken sich parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der Shutterelemente 78f. Über die Drehachsen 82f können die Shutterelemente 78f jeweils um ca. 90° um die jeweilige Drehachse 82f verdreht werden. Die Drehachsen 82f der Shuttereinheit 68f können über einen nicht weiter sichtbaren gemeinsamen Motor parallel angesteuert werden. Es sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Motoren denkbar, wie insbesondere Servomotoren. Bilden Haupterstreckungsflächen 84f der Shutterelemente 78f eine gemeinsame Fläche, ist diese Stellung der Shutterelemente 78f als geschlossener Zustand der Shuttereinheit 68f definiert (12). Liegen die Haupterstreckungsflächen 84f parallel zueinander und weisen einen maximalen Abstand senkrecht zu den Ebenen der Haupterstreckungsflächen 84f untereinander auf, ist diese Stellung der Shutterelemente 78f als geöffneter Zustand der Shuttereinheit 68f definiert (11). Die Lüftereinheit 80f ist auf einer der Shuttereinheit 68f abgewandten Seite des Gehäuses 70f angeordnet. Die Lüftereinheit 80f ist dazu vorgesehen, die Infrarotstrahler 74f, 74f', 74f'' der Heizeinheit 24f zu kühlen. Grundsätzlich wäre auch denkbar, dass die Heizeinheit 24f mehrere zueinander versetzt angeordnete Lüftereinheiten aufweist.
13 zeigt zwei der weiteren alternativen Heizeinheiten 24f, 24f und eine optische Erfassungseinheit 18f der erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung 10f. Ferner zeigt die 13 eine Kiste 34f mit nicht weiter sichtbaren Objekten 14f darin. Die Heizeinheiten 24f sind an einer Oberkante der Kiste 34f angeordnet und nicht weiter sichtbar befestigt. Die Heizeinheiten 24f, 24f' sind über die Kiste 34f geneigt. Die optische Erfassungseinheit 18f weist ein Wärmebildkameraelement 20f auf. Bei der in 13 gezeigten Anordnung handelt es sich um eine beispielhafte Anordnung.
Bezugszeichenliste

10: Robotersteuerungsvorrichtung
12: Roboter
14: Objekt
16: Recheneinheit
18: Erfassungseinheit
20: Wärmebildkameraelement
22: Wärmebildkameraelement
24: Heizeinheit
26: Kühleinheit
28: Kalibriervorrichtung
30: Kalibrierplatte
32: Strukturelement
34: Kiste
36: Gestell
38: Kopf
40: Datenleitung
42: Datenleitung
44: Greifer
46: Leitung
48: Leitung
50: Heizelement
52: Rahmenelement
54: Grundkörper
56: Haupterstreckungsfläche
58: Datenleitung
60: Ausnehmung
62: Haupterstreckungsfläche
64: Abschrägung
66: Fuß
68: Shuttereinheit
70: Gehäuse
72: Reflektorelement
74: Infrarotstrahler
76: Schutzgitter
78: Shutterelement
80: Lüftereinheit
82: Drehachse
84: Haupterstreckungsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

VDI-Richtlinien 2860 [0004]

Claims

Robotersteuerungsvorrichtung, insbesondere Bin-Picking-Robotersteuerungsvorrichtung, zu einer Zielbewegungssteuerung eines Roboters (12a; 12b; 12c; 12d; 12e; 12f) zu zumindest einem Objekt (14a; 14b; 14c; 14d; 14e; 14f), mit zumindest einer Recheneinheit (16a; 16b; 16c; 16d; 16e; 16f) und mit zumindest einer optischen Erfassungseinheit (18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) zur Erfassung des zumindest einen Objekts (14a; 14b; 14c; 14d; 14e; 14f), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine optische Erfassungseinheit (18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) zumindest ein Wärmebildkameraelement (20a; 20b; 20c; 20d; 20e; 20f) aufweist.
Robotersteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Wärmebildkameraelement (20a; 20b; 20c; 20d; 20e; 20f) dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung in einem Spektralbereich von mindestens 1,4 μm und bis maximal 1000 μm zu erfassen.
Robotersteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Wärmebildkameraelement (20a; 20b; 20c; 20d; 20e; 20f) dazu vorgesehen ist, eine mittlere und/oder langwellige Infrarotstrahlung zu erfassen.
Robotersteuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Recheneinheit (16a; 16c; 16d; 16e; 16f) dazu vorgesehen ist, aus zweidimensionalen Aufnahmen der optischen Erfassungseinheit (18a; 18c; 18d; 18e; 18f) eine dreidimensionale Information zu verarbeiten.
Robotersteuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine optische Erfassungseinheit (18b; 18c; 18d; 18e; 18f) zumindest ein weiteres Wärmebildkameraelement (22b; 22c; 22d; 22e; 22f) aufweist.
Robotersteuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (16b) dazu vorgesehen ist, aus den Aufnahmen der zumindest zwei Wärmebildkameraelemente (20b; 20c; 20d; 20e; 20f; 22b; 22c; 22d; 22e; 22f) der optischen Erfassungseinheit (18b; 18c; 18d; 18e; 18f) eine Stereo-Vision zu erarbeiten.
Robotersteuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Heizeinheit (24a; 24b; 24c; 24d; 24e; 24f), die dazu vorgesehen ist, das zumindest eine zu erfassende Objekt (14a; 14b; 14c; 14d; 14e; 14f) zu erwärmen.
Robotersteuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Kühleinheit (26a; 26b; 26c; 26d; 26e; 26f), die dazu vorgesehen ist, Kanten des zumindest einen zu erfassenden Objekts (14a; 14b; 14c; 14d; 14e; 14f) abzukühlen.
Verfahren zur Erfassung zumindest eines Objekts (14a; 14b; 14c; 14d; 14e; 14f), insbesondere von Einzelteilen, mit einer Robotersteuerungsvorrichtung (10a; 10b; 10c; 10d; 10e; 10f) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Robotersteuerungsvorrichtung (10a; 10b; 10c; 10d; 10e; 10f) das zumindest eine Objekt (14a; 14b; 14c; 14d; 14e; 14f) erfasst und anschließend einen Roboter (12a; 12b; 12c; 12d; 12e; 12f) zu einem Greifen des Objekts (14a; 14b; 14c; 14d; 14e; 14f) ansteuert.
Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung einer optischen Erfassungseinheit (18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) einer Robotersteuerungsvorrichtung (10a; 10b; 10c; 10d; 10e; 10f) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit zumindest einer Kalibrierplatte (30a; 30b; 30c; 30d; 30e; 30f).
Kalibriervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierplatte (30a; 30b; 30d; 30e; 30f) zumindest ein Strukturelement (32a; 32b; 32d; 32e; 32f) aufweist, das aus einem zumindest annähernd nicht-infrarot-durchlässigen Material besteht.
Kalibriervorrichtung zumindest nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Heizelement (50a; 50c; 50d; 50e; 50f), das dazu vorgesehen ist, zu einer Kalibrierung die Kalibrierplatte (30a; 30c; 30d; 30e; 30f) zu bestrahlen und/oder durch Ausnehmungen (60c; 60d; 60e; 60f) der Kalibrierplatte (30c; 30d; 30e; 30f) zu strahlen.
Verfahren zur Herstellung einer Kalibrierplatte (30a; 30b; 30c; 30d; 30e; 30f) nach einem der Ansprüche 11 bis 13.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strukturelement (32a; 32b; 32d; 32e; 32f) zumindest teilweise als Schicht aufgedampft wird.