DE102014001188A1

DE102014001188A1 - Verfahren zur Ermittlung der Höhenprofile gestapelter Bauteile in einem Ladungsträger

Info

Publication number: DE102014001188A1
Application number: DE201410001188
Authority: DE
Inventors: Helmut Kraus
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2014-08-21

Abstract

Stapelbare Bauteile (1) beispielsweise im Karosserie-Rohbau werden mit Hilfe von Führungselementen wie Stäben, Winkelprofilen gegen Kippen in einem Ladungsträger (2) gesichert. Sie bilden als Stapel einen geordneten Zustand im Ladungsträger. Die automatische Entnahme erfolgt mit dafür konstruierten Werkzeugen wie Greifvorrichtungen (11) für Roboter (10). Werkzeuggröße, Zugänglichkeiten im Ladungsträger und Packungsdichte im Ladungsträger sind dann optimal ausgelegt, wenn die Bauteile (1) nicht Stapelwiese sondern schichtweise in mehreren Ebenen abgegriffen werden. Dazu muss das höchste Bauteil (1), welches über die benachbarten Bauteile der Ebene hinausragt, sensorisch bestimmt werden. Sensoren können auf Basis der Triangulation mit Laserlinie oder bewegte Abstandssensoren Höhenprofile erzeugen. Laserleistung mit entsprechender Umfeldgefährdung und die Zeit für das Scannen sind Nachteile bisheriger Verfahren. Erfindungsgemäß wird mit Hilfe von zwei kalibrierten Kamerabildern zweier beabstandeter Kameras (3, 4) eine Bildaufnahmen (5, 6) für die Berechnung einer dreidimensionalen Punktewolke erzeugt. Aus dieser Punktewolke kann dann die automatische Entnahme des höchsten Bauteils (1), welches über die benachbarten Bauteile der Ebene hinausragt, mit dem dafür konstruierte Werkzeugen wie Greifvorrichtungen (11) für Roboter (10) erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Höhenprofile gestapelter Bauteile, vorzugsweise Rohbauteile, in einem Ladungsträger.
Der Karosseriebau wurde in den letzten Jahren immer mehr automatisiert, indem Ensembles von Robotern in Fertigungsstraßen Karosserien aus einzelnen Bauteilen, welche wegen ihrer gleichen Bauteilgeometrie aufeinander stapelbar sind, zusammenfügen. Diese stapelbaren Bauteile werden in großer Stückzahl neben den Fertigungsstraßen in Depots, sogenannten Ladungsträgern zur Entnahme für jeden Fertigungsschritt bereitgestellt.
Stapelbare Bauteile sind mit Hilfe von Führungselementen wie beispielsweise Stäbe und Winkelprofile gegen Kippen vor der Entnahme im Ladungsträger gesichert. Sie bilden als Stapel einen geordneten Zustand im Ladungsträger. Für die automatische Entnahme stehen dafür konstruierte Werkzeuge wie beispielsweise Greifroboter zur Verfügung. Werkzeuggröße- und Geometrie, Zugänglichkeiten im Ladungsträger und Packungsdichte im Ladungsträger sind dann optimal ausgelegt, wenn die Bauteile nicht Stapelweise sondern Schichtweise nach gedachten Ebenen abgegriffen werden. Dazu muss das am höchsten liegende Bauteil einer Schicht oder gedachten Ebenen sensorisch bestimmt werden.
Es ist bisher im praktischen Einsatz üblich, dass Sensoren auf Basis der Triangulation mit Laserlinie oder bewegte Abstandssensoren Höhenprofile erzeugen können. Nachteilig ist dabei die Gefährdung der Augen eines Bedieners durch die Laserleistung und die lange Zeitspanne für das Scannen der Topographie der Verteilung der Bauteile.
Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2012 206 329 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung eines Disparitätsbild oder einer dreidimensionalen-Punktwolke aus zwei Bildaufnahmen mit einer oder zwei Kameras. Disparitätsbilder bzw. sich aus diesen leicht ableitbaren Tiefenbilder oder dreidimensionale-Punktwolken werden beispielsweise zur Erfassung von Objekten im Raum verwendet. Dabei werden mindestens zwei Bildaufnahmen benötigt, die das Objekt aus unterschiedlichen Beobachtungswinkeln aufnehmen. Eine technische Anwendung wird hierbei nicht beschrieben.
Das Gebrauchsmuster DE 20 2012 101 965 U1 beschreibt eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Disparitätsbilds oder einer dreidimensionalen-Punktwolke aus mindestens zwei Bildaufnahmen mit zwei Kameras. Das Verfahren kann man zur Absicherung einer Maschine oder eines Roboters benutzen, damit dieser bestimmte kritische Raumbereich nicht anfährt und dabei mit anderen Maschinenteilen, Robotern oder Menschen kollidiert.
Ausgehend von diesen beschriebenen Verfahren ist es wünschenswert, ein Verfahren zur Ermittlung der Höhenprofile gestapelter Bauteile, vorzugsweise Rohbauteile, in einem Ladungsträger bereitzustellen, welches günstig in Betrieb und Anschaffung ist und die Zeit zur Erfassung des Stapelprofiles verkürzt, um die Bauteile zügig schichtweise nach gedachten Ebenen ausgehend vom höchstliegenden Bauteil abzugreifen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung der Höhenprofile gestapelter Bauteile, vorzugsweise Rohbauteile, in einem Ladungsträger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der jeweiligen Gegenstände sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik wird hierbei durch Ermittlung eines Disparitätsbildes oder einer dreidimensionalen Punktwolke aus zumindest zwei beabstandeten Kameras, welche über den Bauteilen angeordnet sind und deren Sichtbereiche sich mindestens teilweise überlappen, durch mindestens zwei Bildaufnahmen die Position des am höchsten liegenden Bauteils einer Schicht oder gedachten Ebenen bestimmt. Da die Roboter in den Fertigungsstraßen des Karosseriebaus in sehr kurzen Takten arbeiten und somit die Bauteile aus dem Ladungsträger in einer hohen Frequenz abgegriffen werden, kann dieses Verfahren vorteilhaft in schneller Reihenfolge Bauteile aus dem Ladungsträger identifizieren und dem Fertigungsprozess zuführen ohne erst langwierig zu scannen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die einzelnen Kameras unterschiedliche Spektralkanäle auf. Der Vorteil solcher separater Spektralkanäle liegt darin begründet, dass in einem Messverbund räumlich nahe vorausgehende oder nachfolgende Verfahren wie beispielsweise andere Objekterkennungen nicht gestört werden.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung gegenüber dem Stand der Technik werden die Bewegungen der Greifvorrichtung des Roboters anhand der Position des am höchsten liegenden Bauteils der Schicht oder gedachten Ebenen gesteuert. Dies bedeutet, dass das am höchsten liegenden Bauteil erkannt wird, seine dreidimensionale Position im Raum ermittelt und schließlich von der Greifvorrichtung des Roboters angefahren wird, um es zu greifen und dem Fertigungsprozess zur richtigen Zeit zuführen. Die räumlichen Koordinaten des am höchsten liegenden Bauteils im Ladungsträger werden somit an die kinematische Robotersteuerung übermittelt und dort in Zielkoordinaten verwandelt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Prinzipskizzen erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Anordnung Ladungsträger und Kamera.
2 eine schematische Darstellung zusätzlich mit einer Entnahmevorrichtung.
Die Vorrichtung zum Verfahren zur Ermittlung der Höhenprofile gestapelter Bauteile 1 zeigt in 1 schematisch einen Ladungsträger 2. Die stapelbaren Bauteile 1 sind mit Hilfe von Führungselementen 7 wie beispielsweise Stäben und Winkelprofilen gegen Kippen vor der Entnahme im Ladungsträger gesichert. Das Höhenprofil der gestapelten Bauteile 1 gestaltet sich hierbei so, dass das am höchsten liegende Bauteil hier in der Dritten Spalte von links liegt. Zwei beabstandete Kameras 3 und 4 sind über den Bauteilen 1 so angeordnet, dass sich deren Sichtbereiche im Bereich der Bauteile 1 mindestens teilweise überlappen und aus zwei Bildaufnahmen 5, 6 ein Disparitätsbild errechnet wird.
Die 2 zeigt zusätzlich zu 1 eine schematische Entnahmevorrichtung. Durch Ermittlung des räumlichen Disparitätsbildes oder einer dreidimensionalen Punktwolke aus den zwei beabstandeten Kameras 3 und 4 welche über den Bauteilen 1 im Ladungsträger 2 angeordnet sind wird durch die zwei Bildaufnahmen 5 und 6 die Position des am höchsten liegenden Bauteils 1 einer Schicht oder gedachten Ebenen bestimmt. Aus dieser Topographie der Bauteile zwischen den Führungselementen 7 wird hierbei optisch ermittelt, dass das gerade am höchsten liegende Bauteil 1 hier in der Dritten Spalte von links liegt.
Die Entnahmevorrichtung besteht aus einem nahe dem Ladungsträägers 2 angeordneten Roboter 10 mit einer daran beweglich ansteuerbaren Greifvorrichtung 11. Anhand der Position des am höchsten liegenden Bauteils 1 der vorab ermittelten Topographie wird die Greifvorrichtung 11 an diesen Ort gesteuert um das Bauteil 1 zu entnehmen. Nach der Verarbeitung des Bauteils 1 wird ein nächstes Bauteil 1' ermittelt und dann entnommen.
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 Patentliteratur

DE 102012206329 A1 [0005]
DE 202012101965 U1 [0006]

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Höhenprofile gestapelter Bauteile (1), vorzugsweise Rohbauteile, in einem Ladungsträger (2) mit zumindest zwei Führungselementen (7) bei einem Roboter (10) mit einer Greifvorrichtung (11) durch Ermittlung eines Disparitätsbildes oder einer dreidimensionalen Punktwolke aus zumindest zwei beabstandet angeordneten Kameras (3, 4) über den Bauteilen (1) deren Sichtbereiche sich mindestens teilweise überlappen dadurch gekennzeichnet, dass aus den mindestens zwei Bildaufnahmen (5, 6) die Position des am höchsten liegenden Bauteils (1) einer Schicht oder gedachten Ebenen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kameras (3, 4) verschiedene Spektralkanäle aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen der Greifvorrichtung (11) des Roboters (10) anhand der Position des am höchsten liegenden Bauteils (1) der Schicht oder gedachten Ebenen gesteuert werden.