DE102012203134A1

DE102012203134A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufnehmen eines Konturteils

Info

Publication number: DE102012203134A1
Application number: DE201210203134
Authority: DE
Inventors: Alfons Schuster; Tobias Gerngroß; Florian Krebs; Andreas Buchheim
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-08-29

Abstract

Verfahren zum Aufnehmen eines Konturteils (2) mithilfe wenigstens eines Manipulators (4), bei dem zunächst automatisiert anhand von CAD-Daten des Konturteils (2) das Konturteil (2) identifiziert und eine Ausrichtung des Konturteils (2) bestimmt und nachfolgend das Konturteil (2) aufgenommen wird, um das Verfahren funktional zu verbessern, sowie Vorrichtung (1) zum Aufnehmen eines Konturteils (2) aufweisend wenigstens einen Manipulator (4), wenigstens eine Sensoreinrichtung (5) und wenigstens eine Steuereinrichtung, bei der der wenigstens eine Manipulator (4), die wenigstens eine Sensoreinrichtung (5) und die wenigstens eine Steuereinrichtung in einem Betrieb der Vorrichtung (1) derart zusammenwirken können, dass zunächst automatisiert anhand von CAD-Daten des Konturteils (2) das Konturteil (2) identifiziert und eine Ausrichtung des Konturteils (2) bestimmt und nachfolgend das Konturteil (2) aufgenommen wird, um die Vorrichtung baulich und/oder funktional zu verbessern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufnehmen eines Konturteils mithilfe wenigstens eines Manipulators sowie eine Vorrichtung zum Aufnehmen eines Konturteils aufweisend wenigstens einen Manipulator, wenigstens eine Sensoreinrichtung und wenigstens eine Steuereinrichtung.
Aus der DE 100 09 304 A1 ist eine Vorrichtung bekannt zum Herstellen eines zumindest einseitig mit einem Textil versehenen Spritzgussteils, das vorzugsweise eine schalenförmige, dreidimensional ausgebildete Oberflächenstruktur mit einem im Raum verlaufenden Rand aufweist, mit einer Textilzuschneideeinheit zum Zuschneiden eines Textilzuschnitts, einer Betätigungsvorrichtung, insbesondere einem Roboter, zum Aufnehmen des Textilzuschnitts, einer Spritzgießeinheit zum Hinterspritzen des Textilzuschnitts mit Kunststoff und einer Bearbeitungseinheit zum Nachbearbeiten des Spritzgussteils, bei der die Textilzuschneideeinheit Zuschneidemittel für einen an die Oberflächenstruktur und/oder die Randkontur des fertigen Spritzgussteils angepassten Formkonturzuschnitt aufweist, bei der die Bearbeitungseinheit mit einer Haltevorrichtung für eine verdrehungsfreie und eindeutige Positionierung und Fixierung des Spritzgussteils in dessen Sollgeometrie während des Nachbearbeitens versehen ist, und bei der die Bearbeitungseinheit eine Beschneidevorrichtung zum vollautomatischen Beschneiden der Randkontur des Spritzgussteils umfasst, um den Textilverschnitt, also das bei der Nachbearbeitung abzutrennende Textil, zu reduzieren und die Durchlaufzeiten zu senken. Gemäß der DE 100 09 304 A1 werden die Zuschnitte in Stapelbehältern oder auf Stiften magaziniert. In dem Magazin sind die Zuschnitte außenseitig geführt, um eine eindeutige Positionierung für die Aufnahme durch die als Knickarmroboter ausgebildete Betätigungseinrichtung zu ermöglichen. Ein Hubtisch kann vorgesehen sein, um sicherzustellen, dass der Roboter immer von der gleichen Stelle die Textilzuschnitte entnehmen kann.
Aus der DE 10 2011 108 169 A1 ist eine Werkstückentnahmevorrichtung bekannt aufweisend: eine Kamera zum Abbilden eines Werkstückladebereichs, der eine Vielzahl von in einem Stapel angeordneten Werkstücken aufweist; einen Werkzeugerfassungsabschnitt zum Erfassen eines Werkstücks basierend auf dem von der Kamera aufgenommenen Kamerabild; einen Werkstückauswahlabschnitt zum Auswählen eines zum Entnehmen vorgesehenen Werkstücks basierend auf dem Erfassungsergebnis des Werkstückerfassungsabschnitts; einen Roboter zum Entnehmen des durch den Werkstückauswahlabschnitt ausgewählten Werkstücks; einen Ladezustandfeststellungsabschnitt zum Feststellen, ob sich ein Ladezustand der Werkstücke in dem Werkstückladebereich aufgrund eines Vorgangs des Roboters verändert hat; und einen Bereichfestlegeabschnitt zum Festlegen eines Werkstückerfassungsbereichs, in dem der Werkstückerfassungsabschnitt ein Werkstück erfasst, wobei, falls der Lagezustandfeststellungsabschnitt eine Veränderung des Ladezustands der Werkstücke ermittelt, der Bereichfestlegeabschnitt den Werkstückerfassungsbereich in einem Abschnitt des Werkstückladebereichs festlegt, der Abschnitt ein Umfangsbereich einer veränderten Position des Ladezustands ist. Gemäß der DE 10 2011 108 169 A1 ist eine Vielzahl von Werkstücken derselben Art zufällig (in einem Stapel gelagert) in einem Container angeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren funktional zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung baulich und/oder funktional zu verbessern.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren zum Aufnehmen eines Konturteils mithilfe wenigstens eines Manipulators, bei dem zunächst automatisiert anhand von CAD-Daten des Konturteils das Konturteil identifiziert und eine Ausrichtung des Konturteils bestimmt und nachfolgend das Konturteil aufgenommen wird.
Das Verfahren kann ein automatisiertes Verfahren sein. Das Konturteil kann automatisiert aufgenommen werden. Ein Aufnehmen kann ein Greifen sein. Ein Aufnehmen kann formschlüssig, kraftschlüssig, insbesondere reibschlüssig, stoffschlüssig, mechanisch, elektromagnetisch, elektrostatisch, adhäsiv, und/oder pneumatisch erfolgen. Das Konturteil kann mithilfe des wenigstens einen Manipulators gehandhabt, montiert, bearbeitet, sensiert, abgetastet, vermessen, fotografiert, digitalisiert, digital fotografiert und/oder gefilmt werden.
Das Verfahren kann mithilfe wenigstens einer Steuereinrichtung durchgeführt werden. Das Verfahren kann mithilfe wenigstens einer Sensoreinrichtung, insbesondere einer Kameraeinrichtung, durchgeführt werden. Zur Durchführung des Verfahrens können der wenigstens eine Manipulator, die wenigstens eine Steuereinrichtung und/oder die wenigstens eine Sensoreinrichtung zusammenwirken.
Das Konturteil kann aus einem formstabilen Material bestehen. Das Konturteil kann ein formstabiles Material aufweisen. Das Konturteil kann ein Formteil sein. Das Konturteil kann ein Formteil aufweisen.
Das Konturteil kann aus einem ein flexiblen Material bestehen. Das Konturteil kann ein flexibles Material aufweisen. Das Konturteil kann aus einem Verbund von Fasern bestehen. Das Konturteil kann einen Verbund von Fasern aufweisen. Die Fasern können Glasfasern, Kohlenstofffaser, Keramikfasern, Aramidfasern, Borfasern, Metallfasern, Naturfasern und/oder Nylonfasern sein. Die Fasern können mit einer Schlichte versehen sein. Das Konturteil kann eine Textilie sein oder aufweisen. Die Textilie kann gewebt, gewirkt, geflochten, gelegt oder gestrickt sein. Das Konturteil kann eine Folie sein oder aufweisen. Das Konturteil kann ein Zuschnitt sein. Ein Zuschnitt kann aus einem größeren Halbzeug, insbesondere aus einem Faserhalbzeug, zugeschnitten sein.
Das Verfahren kann im Rahmen einer Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs durchgeführt werden. Dabei kann das Konturteil in einen Matrixwerkstoff, insbesondere in einen Kunststoff, eingebettet werden. Das Verfahren kann im Rahmen einer Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs durch Laminieren durchgeführt werden. Das Verfahren kann im Rahmen einer Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs durch Spritzgießen durchgeführt werden. Das Verfahren kann im Rahmen einer Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs durch Spritzpressen durchgeführt werden. Das Verfahren kann im Rahmen einer Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs durch ein Sheet-Moulding-Compound-Verfahren durchgeführt werden. Das Konturteil kann nach dem Aufnehmen abgelegt werden. Das Konturteil kann in ein Werkzeug zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs abgelegt werden. Der Faserverbundwerkstoff kann mehrere Konturteile mit jeweils unterschiedlicher Konturierung aufweisen. Das Verfahren kann im Rahmen einer Herstellung von Bauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff durchgeführt werden. Das Verfahren kann im Rahmen einer Herstellung von unterschiedlichen Bauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff durchgeführt werden. Dabei können Konturteile mit jeweils unterschiedlicher Konturierung verarbeitet werden.
Das Konturteil kann eine zumindest annähernd ebene Form aufweisen. Das Konturteil kann wenigstens eine geschlossene Kontur aufweisen. Die wenigstens eine geschlossene Kontur kann eine Außenkontur sein. Die wenigstens eine geschlossene Kontur kann eine Innenkontur sein. Das Konturteil kann eine dreidimensionale Form aufweisen. Die wenigstens eine geschlossene Kontur kann eine zweidimensionale Projektion eines dreidimensional geformten Konturteils sein.
Eine Identifizierung des Konturteils kann durch Auswahl eines Konturteils aus mehreren bekannten Konturteilen erfolgen. Eine Ausrichtung des Konturteils kann durch Bestimmung eines Bezugspunkts des Konturteils und einer Orientierung des Konturteils bestimmt werden. Eine Ausrichtung des Konturteils kann durch Bestimmung von wenigstens zwei Bezugspunkten des Konturteils bestimmt werden. Es kann zunächst eine Identifizierung und nachfolgend eine Bestimmung der Ausrichtung des Konturteils erfolgen.
Das Verfahren kann mithilfe wenigstens einer Steuereinrichtung durchgeführt werden. Der wenigstens einen Steuereinrichtung können CAD-Daten des Konturteils zur Verfügung stehen. Der wenigstens einen Steuereinrichtung können CAD-Daten mehrerer Konturteile zur Verfügung stehen. Die CAD-Daten können in der wenigstens einen Steuereinrichtung hinterlegt sein. Die CAD-Daten können an die wenigstens eine Steuereinrichtung übermittelt werden. Die CAD-Daten können von der wenigstens eine Steuereinrichtung ermittelt werden. Die CAD-Daten können bereits vorhanden CAD-Daten sein. Die CAD-Daten können Daten sein, die bereits zur Erzeugung des Konturteils verwendet wurden. Die CAD-Daten können Daten eines Zuschnitts sein. Die CAD-Daten können 2D-CAD-Daten sein. Die CAD-Daten können 3D-CAD-Daten sein.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Aufwand zur Ausrichtung eines Konturteils verringert. Es können unterschiedliche und wechselnde Konturteile zuverlässig erkannt und präzise aufgenommen werden Eine Aufnahmegenauigkeit wird erhöht. Damit wird eine nachfolgende Ablagegenauigkeit ebenfalls erhöht. Die Arbeitsgeschwindigkeit wird erhöht, die Prozesssicherheit wird erhöht, Produktionskosten werden gesenkt.
Zur Identifizierung des Konturteils und zur Bestimmung der Ausrichtung des Konturteils kann ein Mustervergleich durchgeführt werden. Ein Mustervergleich wird auch als „Template Matching“ bezeichnet.
Für einen Mustervergleich kann ein Abbild eines zu detektierenden Konturteils erzeugt werden. Das Abbild kann aus CAD-Daten des Konturteils unter Kenntnis von Abbildungsmaßstab und Kameraauflösung erzeugt werden. Das Abbild kann in einem Arbeitsspeicher erzeugt werden. Das Abbild kann dergestalt erzeugt werden, dass sich eine pixelweise räumliche Korrespondenz von Abbild und Kamerabild ergibt. Das Abbild kann mit jeweils gleich großen Ausschnitten eines aufgenommenen Bilds korreliert werden. Ein Ausschnitt des aufgenommenen Bilds kann in der Position variiert werden und ein Maß für eine Ähnlichkeit des Abbildes des zu detektierenden Konturteils und des aufgenommenen Bilds kann ermittelt werden. Es kann sich ein Korrelationsbild ergeben, das in jedem Pixel ein Maß für die Übereinstimmung an dieser Position enthält. Eine Verdrehung des Konturteils gegenüber der Kameraachse kann bestimmt werden. Eine Verdrehung des Konturteils gegenüber der Kameraachse kann bestimmt werden, indem das Abbild für eine Vielzahl möglicher Orientierungen des Konturteils berechnet wird, die jeweils mit allen möglichen Positionen korreliert werden.
Das Auffinden eines Konturteils kann damit auf eine Detektion eines Maximums in einer Reihe von Korrelationsbildern reduziert werden. In dem das Maximum enthaltenden Korrelationsbild kann, insbesondere mithilfe geeigneter Interpolationsmethoden, die Lage des Korrelationsmaximums wesentlich genauer bestimmt werden als die Kameraauflösung erlaubt. Alternativ kann auch ein Verfahren zum rotationsvarianten Template Matching im Wavelet-Raum verwendet werden oder es kann ein Mischansatz verfolgt werden, in dem die Translation in einem Wavelet-Raum bestimmt und in einem folgenden Schritt eine Rotation über Kreuzkorrelation gedrehter Abbilder bestimmt wird.
Zur Durchführung des Mustervergleichs können aus den CAD-Daten des Konturteils Informationen über eine Kontur, einen Bezugspunkt und/oder eine Orientierung des Konturteils verfügbar gemacht werden. CAD-Daten können eingeholt werden. Zur Durchführung des Mustervergleichs kann eine Repräsentation des Konturteils generiert werden. Die Repräsentation kann in einer vorbestimmten Auflösung generiert werden. Die vorbestimmte Auflösung kann eine Auflösung einer Sensoreinrichtung, insbesondere einer Kameraeinrichtung, sein. Zur Durchführung des Mustervergleichs kann mithilfe wenigstens einer Sensoreinrichtung, insbesondere einer Kameraeinrichtung, eine Abbildung des Konturteils generiert werden. Die Abbildung kann eine Aufnahme sein. Der Mustervergleich kann unter Verwendung der Repräsentation des Konturteils und der Abbildung des Konturteils durchgeführt werden. Mithilfe des wenigstens einen Manipulators kann das Konturteil unter Berücksichtigung eines Ergebnisses des Mustervergleichs aufgenommen werden.
Zur Identifizierung des Konturteils und zur Bestimmung der Ausrichtung des Konturteils kann ein Konturvergleich durchgeführt werden. Damit können Begrenzungen des Konturteils in einem Bildmaterial ohne Kenntnis der Materialspezifikation erkannt werden. Es ist eine sichere Detektion von Kanten und Ecken des Konturteils unabhängig von einem Material des Konturteils ermöglicht. Punkte auf dem Rand des Konturteils können mit CAD-Solldaten, z. B. aus einem Plybook, abgeglichen werden. Dieser Abgleich kann mithilfe einer Software, wie Point Cloud Library, erfolgen. Zur Bestimmung der Randpunkte kann eine Featuredetektion nach Harris verwendet werden. Es kann ein Kantendetektionsverfahren verwendet werden. Es können signifikante Helligkeitssprünge detektiert und hinsichtlich einer Ähnlichkeit mit der Umgebung bewertet werden. Es kann ein Kantendetektionsverfahren nach Moravec oder SUSAN verwendet werden.
Zur Durchführung des Konturvergleichs können aus den CAD-Daten des Konturteils Informationen über eine Kontur, einen Bezugspunkt und eine Orientierung des Konturteils verfügbar gemacht werden. Zur Durchführung des Konturvergleichs können mit der Kontur korrelierende Stützpunkte generiert werden. Die Stützpunkte können der Kontur folgend angeordnet sein. Zur Durchführung des Konturvergleichs kann mithilfe einer Sensoreinrichtung, insbesondere einer Kameraeinrichtung, eine Abbildung des Konturteils generiert werden. Zur Durchführung des Konturvergleichs können in der Abbildung des Konturteils Konturpunkte ermittelt werden. Der Konturvergleich kann unter Verwendung der Stützpunkte und der Konturpunkte durchgeführt werden. Mithilfe des wenigstens einen Manipulators kann das Konturteil unter Berücksichtigung eines Ergebnisses des Konturvergleichs aufgenommen werden.
Wenn ein Mustervergleich und/oder ein Konturvergleich nicht zu einem plausiblen Ergebnis führt, kann ein Fehler erkannt werden. Es kann eine fehlerhafte Kontur eines Konturteils ermittelt werden. Eine fehlerhafte Kontur kann beispielsweise durch einen fehlerhaften Beschnitt zustande kommen. Eine fehlerhafte Kontur kann beispielsweise durch dadurch zustande kommen, dass ein flexibles Material nicht eben liegt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung zum Aufnehmen eines Konturteils aufweisend wenigstens einen Manipulator, wenigstens eine Sensoreinrichtung und wenigstens eine Steuereinrichtung, bei der der wenigstens eine Manipulator, die wenigstens eine Sensoreinrichtung und die wenigstens eine Steuereinrichtung in einem Betrieb der Vorrichtung derart zusammenwirken können, dass zunächst automatisiert anhand von CAD-Daten des Konturteils das Konturteil identifiziert und eine Ausrichtung des Konturteils bestimmt und nachfolgend das Konturteil aufgenommen wird.
Die Vorrichtung kann eine zellenartige Anordnung aufweisen. Die Vorrichtung kann eine linienartige Anordnung aufweisen. Die Vorrichtung kann wenigstens eine Aufnahmeeinrichtung aufweisen. Die wenigstens Aufnahmeeinrichtung kann an dem wenigstens einen Manipulator angeordnet sein. Die wenigstens Aufnahmeeinrichtung kann eine Greifeinrichtung sein. Die wenigstens Aufnahmeeinrichtung kann eine Vakuumsaugeinrichtung sein. Die Vorrichtung kann einen Aufnahmetisch für das Konturteil aufweisen. Die Vorrichtung kann eine Fördereinrichtung für das Konturteil aufweisen. Die Vorrichtung kann einen einzigen Manipulator aufweisen. Die Vorrichtung kann mehrere Manipulatoren aufweisen. Mehrere Manipulatoren können zum Aufnehmen mehrere Konturteile dienen. Mehrere Manipulatoren können zum Aufnehmen eine einzigen Konturteile dienen. Mehrere Manipulatoren können aufeinander abgestimmt arbeiten.
Der wenigstens eine Manipulator kann ein Manipulator eines Industrieroboters sein. Der wenigstens eine Manipulator kann ein Manipulator eines Greifarmroboters sein. Der wenigstens eine Manipulator kann eine Basis aufweisen. Der wenigstens eine Manipulator kann einen Arm aufweisen. Der Arm kann wenigstens einen Armabschnitt aufweisen. Der Arm kann mehrere Armabschnitte aufweisen. Der wenigstens eine Manipulator kann wenigstens ein Gelenk zur Verbindung von Armabschnitten aufweisen. Der wenigstens eine Manipulator kann wenigstens einen Antrieb aufweisen. Der wenigstens eine Manipulator kann wenigstens ein Getriebe aufweisen.
Die wenigstens eine Steuereinrichtung kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen. Die wenigstens eine Steuereinrichtung kann zur Steuerung des wenigstens einen Manipulators dienen. Die wenigstens eine Steuereinrichtung kann mit dem wenigstens einen Manipulator und/oder mit der wenigstens einen Sensoreinrichtung signalleitend verbunden sein. Die wenigstens eine Steuereinrichtung kann wenigstens eine Ausgabeschnittstelle aufweisen. Der wenigstens eine Manipulator kann mit der wenigstens einen Ausgabeschnittstelle signalleitend verbunden sein. Die wenigstens eine Steuereinrichtung kann wenigstens eine Eingangsschnittstelle aufweisen. Die wenigstens eine Sensoreinrichtung kann mit der wenigstens einen Eingangsschnittstelle signalleitend verbunden sein. Die wenigstens eine Steuereinrichtung kann wenigstens einen Speicherabschnitt aufweisen. Der wenigstens eine Speicherabschnitt kann ein Arbeitsspeicherabschnitt sein. Der wenigstens eine Speicherabschnitt kann ein Festspeicherabschnitt sein. Der wenigstens eine Speicherabschnitt kann zur Speicherung von CAD-Daten des Konturteils dienen. Die wenigstens eine Eingangsschnittstelle kann zur Übermittlung von CAD-Daten des Konturteils dienen. Die wenigstens eine Steuereinrichtung kann wenigstens einen Rechenabschnitt aufweisen. Der wenigstens eine Rechenabschnitt kann wenigstens eine CPU aufweisen.
Der wenigstens eine Manipulator kann einen Arm mit einem freien Ende aufweisen und die wenigstens eine Sensoreinrichtung kann an dem freien Ende angeordnet sein. Die wenigstens eine Sensoreinrichtung kann zusammen mit einer Aufnahmeeinrichtung an dem freien Ende angeordnet sein. Die wenigstens eine Sensoreinrichtung kann zentrisch zu einer Aufnahmeeinrichtung an dem freien Ende angeordnet sein. Die wenigstens eine Sensoreinrichtung kann zwischen Greifarmen einer Greifeinrichtung angeordnet sein. Die wenigstens eine Sensoreinrichtung kann mittig zwischen Greifarmen einer Greifeinrichtung angeordnet sein.
Die Vorrichtung kann eine Aufnahmefläche aufweisen und die wenigstens eine Sensoreinrichtung relativ zu der Aufnahmefläche fest angeordnet sein. Die Aufnahmefläche kann eine Fläche sein, auf der ein Konturteil zum Aufnehmen anordenbar ist. Die Aufnahmefläche kann eine Oberfläche eines Aufnahmetischs sein. Die Aufnahmefläche kann eine Oberfläche einer Transporteinrichtung sein. Die wenigstens eine Sensoreinrichtung kann oberhalb der Aufnahmefläche angeordnet sein. Die wenigstens eine Sensoreinrichtung kann an einer Raumdecke angeordnet sein. Die wenigstens eine Sensoreinrichtung kann an einer festen Halteeinrichtung angeordnet sein. Die wenigstens eine Sensoreinrichtung kann an einer Stativeinrichtung angeordnet sein.
Die wenigstens eine Sensoreinrichtung kann eine optische Sensoreinrichtung, insbesondere eine Kameraeinrichtung, sein. Die Kameraeinrichtung kann eine digitale Kamera aufweisen. Die Kameraeinrichtung kann eine Farb-Kamera aufweisen. Die Kameraeinrichtung kann eine Schwarz-Weiß-Kamera aufweisen. Die Kameraeinrichtung kann einen Sensorchip aufweisen. Die Kameraeinrichtung kann ein Objektiv aufweisen. Die Kameraeinrichtung kann so abgestimmt sein, dass eine möglichst große Fläche möglichst verzerrungsarm abgebildet werden kann. Verbleibende Verzerrungen können mittels Software rechnerisch korrigiert werden.
Die Vorrichtung kann wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung aufweisen. Die wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung kann eine Bildaufnahme im Auflicht ermöglichen. Die wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung kann zusammen mit wenigstens einer Sensoreinrichtung und/oder einer Aufnahmeeinrichtung an dem wenigstens einen Manipulator, insbesondere an einem freien Ende eines Arms des wenigstens einen Manipulators, angeordnet sein. Die Beleuchtungseinrichtung kann seitlich einer Sensoreinrichtung angeordnet sein. Die wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung kann relativ zu einer Aufnahmefläche der Vorrichtung fest angeordnet sein. Die wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung kann oberhalb der Aufnahmefläche angeordnet sein. Die wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung kann an einer Raumdecke angeordnet sein. Die wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung kann an einer festen Halteeinrichtung angeordnet sein. Die wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung kann an einer Stativeinrichtung angeordnet sein. Die wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung kann eine Bildaufnahme im Durchlicht ermöglichen. Die wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung kann unterhalb des Konturteils angeordnet sein. Die wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung kann wenigstens eine Lichtquelle aufweisen.
Die wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung kann wenigstens eine LED aufweisen. Mithilfe der wenigstens einen Beleuchtungseinrichtung kann ein Lichtstrom von ca. 5.000–20.000 lm erzeugbar sein. Die wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung kann gepulst betreibbar sein. Damit ist eine thermische Belastung insbesondere der Sensoreinrichtung reduziert.
Die Vorrichtung kann wenigstens eine Polarisationseinrichtung aufweisen. Die wenigstens eine Polarisationseinrichtung kann eine optische Polarisationseinrichtung sein. Die wenigstens eine Polarisationseinrichtung kann wenigstens einen Polarisationsfilter aufweisen. Die wenigstens eine Polarisationseinrichtung kann wenigstens einen linearen Polarisationsfilter aufweisen. Die wenigstens eine Polarisationseinrichtung kann wenigstens einen zirkularen Polarisationsfilter aufweisen. Damit werden reflexionsbedingte Probleme vermieden. Insbesondere oberflächennahe Reflexionen werden gefiltert. Eine Anordnung der wenigstens einen Beleuchtungseinrichtung in unmittelbarere Nähe der wenigstens einen Sensoreinrichtung ist ermöglicht. Die wenigstens eine Polarisationseinrichtung kann wenigstens einen Polarisator und einen Analysator aufweisen. Der Analysator kann ein um 90° zum Polarisator gedrehter Polarisationsfilter sein. Der wenigstens eine Polarisator kann der wenigstens einen Beleuchtungseinrichtung zugeordnet sein. Der Analysator kann der wenigstens einen Sensoreinrichtung zugeordnet sein. Die Vorrichtung kann zur Durchführung von Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sein.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergeben sich somit durch die Erfindung unter anderem ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Erkennung der Position von vorkonfektionierten technischen Textilien. Ein robotisches Handhabungssystem kann mit einem Bildverarbeitungssystem gekoppelt werden, welches auf CAD-Daten zurückgreift um eine Position aufzunehmender Objekte zu ermitteln. Vorteil ist der Wegfall einer Ausrichtung eines Greifguts in Bezug auf das Handhabungssystem. Durch einen Abgleich mit den CAD-Daten kann ein teachen eines Roboters entfallen, wodurch ein Zugewinn an Flexibilität stattfindet. Ein Vergleich mit den CAD-Daten kann auf mehrere Arten erfolgen. Beispielsweise kann eine Lageerkennung mittels template matching erfolgen. Vorteil der Lageerkennung mittels template matching ist die Robustheit des Verfahrens. Es können folgende Schritte durchgeführt werden: 1. Einholen einer CAD-Kontur inklusive Bezugspunkt und Orientierung; 2. Erstellung einer digitalen Repräsentation des Zuschnitts in einer Kameraauflösung (Bitmap); 3. Aufnahme von Kamerabildern und bestimmen der Lage des Bezugspunkts und der Orientierung durch template matching. Beispielsweise kann eine Lageerkennung mittels Konturvergleich erfolgen. Vorteil der Lageerkennung mittels Konturvergleich ist die Aussage über die korrekte Berandung des Zuschnitts. Es können folgende Schritte durchgeführt werden: 1. Einholen einer CAD-Kontur inklusive Bezugspunkt und Orientierung, ggf. Generierung von Stützpunkten; 2. Ermittlung von Konturpunkten in einem Kamerabild; 3. Abgleich von Punktwolken und Ermittlung von Bezugspunkt und Orientierung. Erfindungsgemäß kann in einer Faserverbundfertigung ein mechatronisches Handhabungssystem mit einem Computer-Vision-System, das sich auf CAD-Daten bezieht und einen Abgleich mit der Realität herstellt, gekoppelt werden. Auf diese Weise kann ein Greifsystem autonom, d. h. ohne Zuarbeit von Menschen, betrieben werden. Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Produktivität werden gesteigert, Fehler werden vermieden.
Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen schematisch und beispielhaft:
1 eine Vorrichtung zum Aufnehmen eines Konturteils mit einem Aufnahmetisch, einem Greifarmroboter und einer Kameraeinrichtung mit einer integrierten Beleuchtungseinrichtung,
2 eine Kameraeinrichtung mit integrierter Beleuchtungseinrichtung und Polarisationsfiltereinrichtung,
3 eine Identifizierung und Bestimmung der Ausrichtung eines Konturteils durch Konturvergleich und
4 eine Identifizierung und Bestimmung der Ausrichtung eines Konturteils durch Mustervergleich.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Aufnehmen eines Konturteils 2 mit einem Aufnahmetisch 3, einem Greifarmroboter 4 und einer Kameraeinrichtung 5 mit einer integrierten Beleuchtungseinrichtung.
Der Aufnahmetisch 3 weist eine ebene Aufnahmefläche von ca. 2.000 × 1.500 mm auf. Der Aufnahmetisch 3 ist fest an einem Fußboden angeordnet. Der Greifarmroboter 4 ist fest neben dem Aufnahmetisch 3 angeordnet.
Der Greifarmroboter 4 weist eine Basis 6 auf. Der Greifarmroboter 4 weist einen bewegbaren Arm 7 auf. Die Basis 6 ist fest an einem Fußboden angeordnet. Der Arm 7 ist mit der Basis 6 gelenkig verbunden. Der Arm 7 weist mehrere Armabschnitte, wie 8, auf. Die Armabschnitte 8 sind miteinander gelenkig verbunden. Der Arm 7 weist ein freies Ende auf. An dem freien Ende des Arms 7 ist ein Greifer 9 zum Greifen des Konturteils 2 angeordnet. Der Greifer 9 weist mehrere Greifarme, wie 10, auf.
An dem freien Ende des Arms 7 ist die Kameraeinrichtung 5 zusammen mit dem Greifer 9 angeordnet. Die Kameraeinrichtung 5 ist mittig zwischen den Greifarmen 10 angeordnet. Ein Blickfeld der Kameraeinrichtung 5 und ein Ausleuchtungsbereich der Beleuchtungseinrichtung sind in der Figur gestrichelt dargestellt. Das Blickfeld der Kameraeinrichtung 5 und der Ausleuchtungsbereich der Beleuchtungseinrichtung entsprechen zumindest annähernd der Aufnahmefläche des Aufnahmetischs 3.
Das Konturteil 2 liegt eben auf der Aufnahmefläche des Aufnahmetischs 3. In der Figur ist nur ein Konturteil 2 gezeigt, auf der Aufnahmefläche des Aufnahmetischs 3 können jedoch auch mehrere Konturteile liegen. Die Konturteile liegen vorzugsweise so, dass sie sich nicht überlappen. Das Konturteil 2 ist ein Zuschnitt aus einem Kohlenstofffasermaterial zur Herstellung eines Bauteils aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK). Die Vorrichtung 1 dient zum Aufnehmen von Konturteilen, die wenigstens eine Abmessung von ca. 100 × 100 mm und höchstens eine Abmessung von ca. 1.000 × 1.200 mm aufweisen. Ein Arbeitsabstand der Kameraeinrichtung 5 von der Aufnahmefläche des Aufnahmetischs 3 beträgt ca. 1.000 mm.
Die Kameraeinrichtung 5 ist mit einer hier nicht dargestellten Steuereinrichtung signalleitend verbunden. Der Steuereinrichtung stehen CAD-Daten von Konturteilen, wie Konturteil 2, zur Verfügung. Die Kameraeinrichtung 5 dient dazu, ein Bild des Konturteils 2 aufzunehmen. Die Beleuchtungseinrichtung dient dazu, eine Bildaufnahmequalität zu verbessern und eine Unabhängigkeit vom Umgebungslicht herzustellen. Eine Bildinformation kann von der Kameraeinrichtung 5 zu der Steuereinrichtung übertragen werden. Die Kameraeinrichtung 5 kann mithilfe der Steuereinrichtung gesteuert werden. Die Steuereinrichtung dient zur Steuerung des Greifarmroboters 4 bzw. übermittelt der Steuerung des Greifarmroboters für den Greifvorgang relevante Daten. In der Steuereinrichtung kann ein Vergleich eines aufgenommen Bilds des Konturteils 2 mit CAD-Daten von Konturteilen vorgenommen werden. Damit kann das Konturteil 2 identifiziert werden. Es kann eine Ausrichtung des Konturteils 2 bestimmt werden. Das Konturteil 2 kann mit dem Greifer 9 exakt gegriffen werden.
2 zeigt eine Kameraeinrichtung 11 mit integrierter Beleuchtungseinrichtung 12 und Polarisationsfiltereinrichtung 13.
Die Kameraeinrichtung 11 weist eine Kamera 14 und ein Objektiv 15 auf. Aufgrund der Größe des Konturteils 16 soll ein möglichst weites Blickfeld gewählt werden.
Die Polarisationsfiltereinrichtung 13 dient dazu, Störeinflüsse, die durch Reflexion an der Oberfläche des Konturteils 16 auftreten, zu unterdrücken. Die Beleuchtungseinrichtung 12, die in unmittelbarer Nähe der Kameraeinrichtung 11 angebracht ist, ist mit Polarisatoren 17, 18 gleicher Ausrichtung versehen. Vor der Kamera 14 ist ein dazu um 90° gedrehter Polarisator als Analysator 19 angeordnet. Oberflächennahe Reflexionen erhalten die Polarisation und werden somit im Analysator 19 ausgefiltert. Licht, das in das Material eindringt und wieder remittiert wird, hat hingegen eine zufällige Polarisation und kann den Analysator 19 passieren. Spiegelungen am Material des Konturteils 16 finden beispielsweise an einer Schlichte und damit an der Oberfläche statt und werden somit je nach Güte der Polarisationsfiltereinrichtung 13 erheblich geschwächt. Um vom Umgebungslicht unabhängig operieren zu können werden soll die Beleuchtung wesentlich heller als dieses sein. Um thermische Lasten von der Kameraeinrichtung 11 fernzuhalten kann die Beleuchtungseinrichtung 12 gepulst betrieben werden. Dies erfolgt beispielsweise mithilfe eines Blitzcontrollers. Die Beleuchtungseinrichtung 12 weist Lichtquellen, wie 20, 21, auf. Die Beleuchtungseinrichtung 12 und die Kamera 14 werden zur Aufnahme extern synchron getriggert. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
3 zeigt eine Identifizierung und Bestimmung der Ausrichtung eines Konturteils, wie Konturteil 2 gemäß 1, durch Konturvergleich.
Hierbei wird ein Abbild 22 des zu detektierenden Konturteils in einem Arbeitsspeicher erzeugt. Das Abbild 22 basiert auf CAD-Daten des Konturteils. Die CAD-Daten enthalten Informationen über eine Kontur 23, einen Bezugspunkt 24 und eine Orientierung 25 des Konturteils. Das Abbild 22 wird mit jeweils gleich großen Ausschnitten eines mithilfe einer Kameraeinrichtung aufgenommenen Bildes 26 korreliert, die in der Position variiert werden, beispielsweise mittels einer normierten Kreuzkorrelation c gemäß:
Der Bezeichner A steht hierbei für das zu suchende, im Speicher befindliche Abbild 22 des Konturteils und B für den jeweils aktuellen Ausschnitts des aufgenommenen Bilds 26 gleicher Größe.
Respektive der Normierung erhält man ein Maß für die Ähnlichkeit des zu detektierenden Abbilds 22 und des aufgenommenen Bilds 26. Es ergibt sich ein Korrelationsbild, das in jedem Pixel ein Maß für die Übereinstimmung an dieser Position enthält. Das Auffinden des Konturteils wird damit auf die Detektion des Maximums im Korrelationsbild reduziert.
Jeder Korrelationswert wird aus der Faltung einer Vielzahl von Pixeln ermittelt und ist daher sehr genau. Im Korrelationsbild kann nun mittels geeigneter Interpolationsmethoden die Lage des Korrelationsmaximums wesentlich genauer bestimmt werden als eine Auflösung der Kameraeinrichtung per se erlaubt.
Um die Verdrehung des Konturteils gegenüber einer Achse der Kameraeinrichtung zu bestimmen könnenalle möglichen Orientierungen durchgerechnet werden, wobei die Rechenlast auf mehrere CPU-Kerne verteilen werden kann, wodurch eine Rechenzeit reduziert ist. Alternativ kann ein Verfahren zum rotationsinvarianten Template Matching in einem Wavelet-Raum verwendet werden, bei dem ein Mischansatz verfolgt wird, in dem eine Translation im Wavelet-Raum bestimmt und in einem folgenden Schritt eine Rotation über Kreuzkorrelation der gedrehten Templates bestimmt wird.
4 zeigt eine Identifizierung und Bestimmung der Ausrichtung eines Konturteils, wie Konturteil 2 gemäß 1, durch Mustervergleich.
Beispielsweise wird für eine Detektion eine Verfolgung der Umrandung des Konturteils genutzt, indem geschlossene Konturen, wie 27, aus einem aufgenommenen Bild 28 extrahiert werden. Detektierte Punkte, wie 29, können mit CAD-Solldaten 30 aus einem Plybook abgeglichen werden. Ein Vorteil liegt im geringen Rechenaufwand für den Abgleich mit den CAD-Solldaten 30.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Konturteil
3: Aufnahmetisch
4: Greifarmroboter
5: Kameraeinrichtung
6: Basis
7: Arm
8: Armabschnitt
9: Greifer
10: Greifarm
11: Kameraeinrichtung
12: Beleuchtungseinrichtung
13: Polarisationsfiltereinrichtung
14: Kamera
15: Objektiv
16: Konturteil
17: Polarisator
18: Polarisator
19: Analysator
20: Lichtquelle
21: Lichtquelle
22: Abbild
23: Kontur
24: Bezugspunkt
25: Orientierung
26: Bild
27: Kontur
28: Bild
29: Punkt
30: CAD-Solldaten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10009304 A1 [0002]
DE 102011108169 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Aufnehmen eines Konturteils (2, 16) mithilfe wenigstens eines Manipulators (4), dadurch gekennzeichnet, dass zunächst automatisiert anhand von CAD-Daten (23, 24, 25, 30) des Konturteils (2, 16) das Konturteil (2, 16) identifiziert und eine Ausrichtung des Konturteils (2, 16) bestimmt und nachfolgend das Konturteil (2, 16) aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Identifizierung des Konturteils (2, 16) und zur Bestimmung der Ausrichtung des Konturteils (2, 16) ein Mustervergleich durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Mustervergleichs aus den CAD-Daten des Konturteils (2, 16) Informationen über eine Kontur (23), einen Bezugspunkt (24) und/oder eine Orientierung (25) des Konturteils (2, 16) verfügbar gemacht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Mustervergleichs eine Repräsentation (22) des Konturteils (2, 16) generiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Mustervergleichs mithilfe einer Sensoreinrichtung (5, 11) eine Abbildung (26) des Konturteils (2, 16) generiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung der Repräsentation (22) des Konturteils (2, 16) und der Abbildung (26) des Konturteils (2, 16) der Mustervergleich durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–6, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe des wenigstens einen Manipulators (4) das Konturteil (2, 16) unter Berücksichtigung eines Ergebnisses des Mustervergleichs aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Identifizierung des Konturteils (2, 16) und zur Bestimmung der Ausrichtung des Konturteils (2, 16) ein Konturvergleich durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Konturvergleichs aus den CAD-Daten (30) des Konturteils (2, 16) Informationen über eine Kontur, einen Bezugspunkt und/oder eine Orientierung des Konturteils (2, 16) verfügbar gemacht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Konturvergleichs mit der Kontur korrelierende Stützpunkte generiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Konturvergleichs mithilfe wenigstens einer Sensoreinrichtung (5, 11) eine Abbildung (28) des Konturteils (2, 16) generiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Konturvergleichs in der Abbildung (28) des Konturteils (2, 16) Konturpunkte (29) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–12, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung der Stützpunkte und der Konturpunkte (29) der Konturvergleich durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–13, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe des wenigstens einen Manipulators (4) das Konturteil (2, 16) unter Berücksichtigung eines Ergebnisses des Konturvergleichs aufgenommen wird.
Vorrichtung (1) zum Aufnehmen eines Konturteils (2, 16) aufweisend wenigstens einen Manipulator (4), wenigstens eine Sensoreinrichtung (5, 11) und wenigstens eine Steuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Manipulator (4), die wenigstens eine Sensoreinrichtung (5, 11) und die wenigstens eine Steuereinrichtung in einem Betrieb der Vorrichtung (1) derart zusammenwirken können, dass zunächst automatisiert anhand von CAD-Daten (23, 24, 25, 30) des Konturteils (2, 16) das Konturteil (2, 16) identifiziert und eine Ausrichtung des Konturteils (2, 16) bestimmt und nachfolgend das Konturteil (2, 16) aufgenommen wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Manipulator (4) einen Arm (7) mit einem freien Ende aufweist und die wenigstens eine Sensoreinrichtung (5, 11) an dem freien Ende angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Aufnahmefläche aufweist und die wenigstens eine Sensoreinrichtung relativ zu der Aufnahmefläche fest angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 15–16, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Sensoreinrichtung (5, 11) eine optische Sensoreinrichtung, insbesondere eine Kameraeinrichtung, ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 15–18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung (12) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung (12) gepulst betreibbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 15–20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) wenigstens eine Polarisationseinrichtung (13) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 15–21, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2–14 geeignet ist.