DE102014117104A1

DE102014117104A1 - Verfahren zur Kalibrierung einer Robotik relativ zu einem Lagermagazin

Info

Publication number: DE102014117104A1
Application number: DE102014117104.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schwanenberger; Martin Kuner
Original assignee: BDT MEDIA AUTOMATION GmbH
Current assignee: BDT MEDIA AUTOMATION GmbH
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2034-11-22
Also published as: DE102014117104B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Robotik relativ zu einem Lagermagazin, wobei das Lagermagazin mehrere Fächer zur Aufnahme von jeweils einem Speichermedium aufweist und wobei die Robotik zur Bewegung der Speichermedien innerhalb des Lagermagazins ausgebildet ist und einen CCD-Zeilensensor aufweist, welcher in fester relativer Position zur Robotik angeordnet ist, wobei in einem Vorkalibrierungsschritt der Offset des CCD-Zeilensensors, welcher mit der Abweichung der optischen Achse des CCD-Zeilensensors in vertikaler Richtung von der horizontalen Richtung korreliert, bestimmt wird, wobei zur Bestimmung des Offsets des CCD-Zeilensensors der CCD-Zeilensensor schrittweise in vertikaler Richtung bewegt wird und in verschiedenen vertikalen Positionen zeilenweise eine Markierung erfasst, wobei bei zeilenweiser Abtastung und Erfassung zumindest eines Teils der detektierten Lichtmenge einer Zeile die Markierung an einer vertikalen Position einen Extremwert der erfassten detektierten Lichtmenge aufweist, und die vertikale Differenz zwischen der vertikalen Position des Extremwerts und einer vertikalen Position eines Bezugspunkts der Robotik dem Offset entspricht, und wobei in einem zweiten Kalibrierungsschritt die Kalibrierung des CCD-Zeilensensors relativ zu einer Bezugsmarkierung des Lagermagazins erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Robotik relativ zu einem Lagermagazin gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bekannt sind Lagermagazine für Speichermedien, welche mehrere Fächer zur Aufnahme von jeweils einem Speichermedium aufweisen. Speichermedien sind dabei insbesondere Bandkassetten oder Magnetbänder. Der überwiegende Teil der Fächer dient zur Aufbewahrung der Speichermedien. Wenigstens eines der Fächer ist als Laufwerk ausgebildet, in welchem die Speichermedien beschrieben oder ausgelesen werden können. Zur Einlagerung der Speichermedien in das Lagermagazin oder auch zum Transport von einem als Laufwerk ausgebildeten Fach zu einem Lagerfach oder von einem Lagerfach zu dem Laufwerk ist eine Robotik vorgesehen. Die Robotik weist in der Regel eine Art Greifer auf, um die Speichermedien zu fassen und aus den Fächern heraus zu ziehen oder in die Fächer hinein zu schieben. Da in vielen Fällen die Speichermedien zur eindeutigen Identifizierung einen Barcode aufweisen, ist die Robotik oft mit einem Barcodeleser ausgestattet.
Auf Grund von Fertigungstoleranzen der Speichermedien, des Lagermagazins und der Robotik ist es notwendig, die genaue Position der einzelnen Fächer zu bestimmen und diese mit der Robotik so abzustimmen, dass die Ein- und Auslagerung der Speichermedien zuverlässig funktioniert, ohne dass die Speichermedien beim in die Fächer Hineinschieben oder aus den Fächern Herausziehen verhaken, verklemmen und beschädigt werden können. Dieser Kalibriervorgang kann manuell oder automatisch erfolgen. Bekannterweise werden dazu spezielle, kostenaufwändige Kalibriermittel eingesetzt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Kalibrierung einer Robotik relativ zu einem Lagermagazin bereitzustellen, welches kostengünstig durchgeführt werden kann und vorteilhafterweise vollautomatisch abläuft, sodass eine Zuhilfenahme externer Kalibriermittel entfallen kann. Wünschenswert wäre dabei, dass die Kalibrierung mit in der Robotik ohnehin vorhandenen Komponenten möglich ist und somit keine zusätzlichen teuren Komponenten, wie beispielsweise eine Kamera, benötigt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Kalibrierung einer Robotik relativ zu einem Lagermagazin mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung einer Robotik relativ zu einem Lagermagazin, wobei das Lagermagazin mehrere Fächer zur Aufnahme von jeweils einem Speichermedium aufweist und wobei die Robotik zur Bewegung der Speichermedien innerhalb des Lagermagazins ausgebildet ist und einen CCD-Zeilensensor aufweist, welcher in fester relativer Position zur Robotik angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Vorkalibrierungsschritt der Offset des CCD-Zeilensensors, welcher mit der Abweichung der optischen Achse des CCD-Zeilensensors in vertikaler Richtung von der horizontalen Richtung korreliert, bestimmt wird, wobei zur Bestimmung des Offsets des CCD-Zeilensensors der CCD-Zeilensensor schrittweise in vertikaler Richtung bewegt wird und in verschiedenen vertikalen Positionen zeilenweise eine Markierung erfasst, wobei bei zeilenweiser Abtastung und Erfassung zumindest eines Teils der detektierten Lichtmenge einer Zeile die Markierung an einer vertikalen Position einen Extremwert der erfassten detektierten Lichtmenge aufweist und die vertikale Differenz zwischen der vertikalen Position des Extremwerts und einer vertikalen Position eines Bezugspunkts der Robotik dem Offset entspricht, und wobei in einem zweiten Kalibrierungsschritt die Kalibrierung des CCD-Zeilensensors relativ zu einer Bezugsmarkierung des Lagermagazins erfolgt.
Durch die zeilenweise Abtastung einer Markierung, deren Breite in vertikaler Richtung variiert und an einer vertikalen Position einen Extremwert aufweist, kann eine Kalibrierung in vertikaler Richtung unter Verwendung eines Sensors, welcher lediglich zeilenweise abtasten kann, ermöglicht werden. Ein derartiger CCD-Zeilensensor ist üblicherweise in der Robotik vorhanden und kann zudem extrem kostengünstig ausgebildet sein. Die Trennung zwischen Bestimmung des Offsets des CCD-Zeilensensors einerseits und Kalibrierung des CCD-Zeilensensors relativ zu einer Bezugsmarkierung des Lagermagazins andererseits vereinfacht das Verfahren weiter. Insbesondere weist die Kalibrierung des CCD-Sensors relativ zu einer Bezugsmarkierung des Lagermagazins den Vorteil auf, dass jedes der Fächer des Lagermagazins relativ zu der Bezugsmarkierung des Lagermagazins frei im Raum gefunden werden kann, ohne dass ein Bezug zu einem definierten Basispunkt erfolgen muss, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn mehrere Lagermagazine übereinander gestapelt werden, welche von einer einzigen Robotik bestückt werden.
Vorteilhafterweise ist der Extremwert ein Minimum, welcher sich besonders bevorzugt etwa in der Mitte der Markierung ergibt. Dadurch wird eine möglichst einfache, eindeutige Ermittlung des Extremwerts möglich.
Vorzugsweise erfolgt die Erfassung zumindest über einen mittleren Bereich der Zeile des CCD-Zeilensensors. Dies ermöglicht eine schnellere Auswertung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Erfassung der Lichtmenge durch Integration des detektierten Lichts über einen Bereich oder durch Zählen der beleuchteten Pixel eines Bereichs.
Auf Grund von Messungenauigkeiten wird in der Regel bei der integrierten detektierten Lichtmenge der Extremwert über einen Bereich eingenommen. Vorteilhafterweise wird in diesen Fällen ein berechneter Extremwert durch lineare Interpolation der ermittelten Geraden durch die beiden zum Extremwert führenden Flanken bestimmt, wodurch die Genauigkeit der Extremwertbestimmung und damit der Offsetbestimmung erhöht werden kann.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Markierung die Form einer Sanduhr aufweist. Dabei kann die Sanduhr auch abstrahiert beispielsweise in Form von zwei mit der Spitze sich berührenden Dreiecken ausgebildet sein. Eine derartige Markierung ist vorteilhafterweise spiegelsymmetrisch ausgebildet und ermöglicht eine gute Extremwertbestimmung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der CCD-Zeilensensor als Barcodeleser ausgebildet. Derartige Barcodeleser sind besonders kostengünstig.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Vorkalibrierungsschritt außerhalb des Lagermagazins erfolgt. Die Robotik einschließlich des CCD-Zeilensensors kann dazu an einer Messstation vermessen und der ermittelte Offset in den CCD-Zeilensensor, die Robotik oder die Ansteuerung der Robotik eingelesen werden. Ist die Robotik in das Lagermagazin eingebaut, muss zur endgültigen Kalibrierung beispielsweise bei Inbetriebnahme des Lagermagazins lediglich noch die Robotik auf die Bezugsmarkierung des Lagermagazins kalibriert werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass in dem Vorkalibrierungsschritt die Verkippung des CCD-Zeilensensors, welche mit der Neigung der Zeile des CCD-Zeilensensors, in welcher abgetastet wird, gegen die horizontale Richtung korreliert, bestimmt wird. Indem die Verkippung des CCD-Zeilensensors ebenfalls bestimmt wird, kann erreicht werden, dass die Speichermedien im Betrieb möglichst parallel zu den Fächerböden eingeschoben oder herausgezogen werden und somit die Gefahr eines Hängenbleibens verringert wird.
Vorteilhafterweise weist die Markierung zusätzlich zwei insbesondere seitlich beabstandet angeordnete Dreiecke auf, wobei die Dreiecke insbesondere spiegelsymmetrisch zur Vertikalen angeordnet sind. Ist der CCD-Zeilensensor verkippt, resultiert dies darin, dass die in der Zeile erfassten Schnitte durch die Dreiecke nicht gleich lang sind, woraus auf die Verkippung geschlossen werden kann.
Zur Bestimmung der Verkippung können vorteilhafterweise die Pixelabstände der seitlich beabstandet angeordneten Dreiecke zu einer Mitte der Markierung ermittelt und verglichen werden.
Zur Vereinfachung und Beschleunigung der Auswertung der Abtastung des CCD-Zeilensensors ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Erfassung der Lichtmenge über einen linken – welcher vorteilhafterweise eines der Dreiecke erfasst – , über einen mittleren – welcher vorteilhafterweise die Markierung erfasst – und über einen rechten – welcher vorteilhafterweise das andere der Dreiecke erfasst – Bereich der Zeile des CCD-Zeilensensors erfolgt und zur Bestimmung der Verkippung die erfassten Lichtmengen des linken und des rechten Bereiches, beispielsweise die integrierten Lichtmengen oder die Zahl der in diesen Bereichen beleuchteten Pixel, verglichen werden.
Zur Bewegung des CCD-Zeilensenors in vertikaler Richtung wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Robotik in vertikaler Richtung bewegt, vorzugsweise in Schritten, wobei nach jedem Schritt eine zeilenweise Abtastung erfolgt. Da die Robotik ohnehin dazu ausgelegt ist, in vertikaler Richtung bewegt zu werden, sind für die Vorkalibrierung zusätzliche Verfahrsysteme nicht vonnöten. Gleichzeitig bleibt die relative Ausrichtung zwischen dem CCD-Zeilensensor und der Robotik bereits in dem Vorkalibrierungsschritt fixiert.
Vorteilhafterweise beträgt die Schrittgröße etwa 0,1 mm bis etwa 0,3 mm. Eine derartige Schrittgröße bietet hinreichende Genauigkeit der Extremwertbestimmung und somit der Offsetbestimmung, um auch nachfolgend die Kalibrierung der Robotik in dem Lagermagazin hinreichend genau zu ermöglichen.
Vorzugsweise erfolgt die vertikale Abtastung der Markierung in dem Vorkalibrierungsschritt in einem vorgegebenen Abstand, insbesondere einem vorgegebenen horizontalen Abstand, zwischen CCD-Zeilensensor und Markierung, welcher dem Abstand zwischen CCD-Zeilensensor und Bezugsmarkierung in dem Kalibrierungsschritt entspricht. Dies ermöglicht es, auf eine Bestimmung des Neigungswinkels des CCD-Zeilensensors relativ zu der Robotik oder Verkippungswinkels zu verzichten.
Die Bezugsmarkierung ist vorteilhafterweise rechteckig ausgebildet, was eine einfache Erfassung der Bezugsmarkierung ermöglicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in dem Kalibrierungsschritt die vertikale Position der oberen und der unteren Kante der Bezugsmarkierung ermittelt und als Bezugsposition die beiden Positionen gemittelt werden. Dadurch wird eine genauere Ermittlung der Bezugsposition ermöglicht. Eine flächige Bezugsmarkierung hat zudem den Vorteil, dass sie in der Regel deutlich in dem Lagermagazin erkennbar ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Kalibrierung der Robotik ausschließlich die relative Position der Fächer relativ zu der Bezugsmarkierung, insbesondere der Bezugsposition, verwendet. Dadurch kann der Bezug zu einer absoluten Position im Raum entfallen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mehrere Lagermagazine übereinander gestapelt werden, die sich in der Regel nicht exakt relativ zueinander ausrichten lassen. Die Robotik ist dabei dazu ausgebildet, sämtliche der übereinander gestapelten Lagermagazine zu durchfahren.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei Stapelung mehrerer Lagermagazine in vertikaler Richtung die Robotik entlang eines Gestänges, beispielsweise eines Zahnstangensystems, durch alle Lagermagazine bewegbar ist und die Position der Fächer der unterschiedlichen Lagermagazine in jedem der Lagermagazine relativ zu der Bezugsmarkierung des entsprechenden Lagermagazins erfolgt. Dadurch kann jedes einzelne Fach frei im Raum angefahren werden, und eine Inbezugnahme auf einen einzigen Fixpunkt im Raum für sämtliche Lagermagazine, welche aufwändig zu realisieren ist, kann entfallen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren ausführlich erläutert.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Lagermagazins mit Robotik,
2 eine schematische Darstellung der Robotik während des Vorkalibrierungsschritts mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Markierung zur Bestimmung des Offsets in dem Vorkalibrierungsschritt,
3 eine schematische Darstellung der integrierten Lichtmenge in Abhängigkeit von der vertikalen Position während der zeilenweisen Abtastung zur Bestimmung des Offsets in dem Vorkalibrierungsschritt,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Markierung zur Bestimmung des Offsets in dem Vorkalibrierungsschritt,
5 eine schematische Darstellung der Bezugsmarkierung des Lagermagazins gemäß 1 und
6 eine schematische Darstellung der Robotik während des Kalibrierungsschritts.
1 zeigt ein Lagermagazin 10 mit mehreren neben- und übereinander angeordneten Fächern 12. Die Fächer 12 sind zu einer Seite hin offen. Das Lagermagazin 10 kann zwei gegenüberliegend angeordnete Lagermagazinelemente mit jeweils mehreren Fächern 12 aufweisen, in welchen die Fächer 12 derartig angeordnet sind, dass die offenen Seiten der Fächer 12 einander zugewandt sind. Zwischen den beiden Lagermagazinelementen ist eine Robotik 10 angeordnet. In die Fächer 12 kann jeweils ein Speichermedium 20 eingeschoben werden.
Wenigstens eines der Fächer 12 ist als Laufwerk 13 ausgebildet. In diesem Laufwerk 13 kann eines der Speichermedien 20 eingeschoben werden, um beschrieben oder ausgelesen zu werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel des Lagermagazins 10 ist das Laufwerk 13 an einer Stirnseite des Lagermagazins 10 zwischen den beiden Lagermagazinelementen angeordnet.
Mit Hilfe der Robotik 30 können die Speichermedien 20 zwischen den Fächern 12 und dem Laufwerk 13 bewegt werden. Die Robotik 30 kann dazu einen Greifer 32 aufweisen, mit welchem das Speichermedium 20 gehalten werden kann. Der Greifer 32 kann das Speichermedium 20 insbesondere in eines der Fächer 12 oder das Laufwerk 13 hineinschieben oder aus diesen herausziehen. Der Greifer 32 fixiert in der Regel das Speichermedium 20 auch während des Transports. Zur Unterstützung des Speichermediums 20 während des Transports kann die Robotik 30 eine Lagefläche 36 aufweisen.
Jedes der Speichermedien 20 ist zur eindeutigen Identifizierung mit einem Identifizierungsetikett, beispielsweise in Form eines Barcodes, versehen. Die Robotik 30 weist einen CCD-Zeilensensor 34 auf, der lediglich zeilenweise abtastet, insbesondere im Wesentlichen in vertikaler Richtung. Mit Hilfe des CCD-Zeilensensors 34, der vorzugsweise als Barcodeleser ausgebildet ist, können die Identifizierungsetiketten der Speichermedien 20 erfasst werden. Der CCD-Zeilensensor 34 ist an der Robotik 30 angeordnet, beispielsweise schwenkbar und in einer gewünschten Position fixierbar, und weist eine optische Achse 34a auf.
Die Robotik 30 und der CCD-Zeilensensor 34 weisen fertigungstechnische Toleranzen auf, welche unter anderem durch die Linsenposition des CCD-Zeilensensors 34 und seine mechanische Position auf der Robotik 30 bedingt sind. Daher ist in der Regel die optische Achse 34a sowohl gegen die Horizontale als auch gegen die Vertikale, welche im folgenden und insbesondere in den Figuren auch mit y bezeichnet wird, geneigt. Die Neigung der optischen Achse 34a gegenüber der Horizontalen, welche auch als Abweichung der optischen Achse 34a des CCD-Zeilensensors in vertikaler Richtung von der horizontalen Richtung bezeichnet wird, ist mit einem Offset BCR_Offset des CCD-Zeilensensors 34 korreliert (vgl. 2), der in einem Vorkalibrierungsschritt bestimmt wird. Der Vorkalibrierungsschritt kann erfolgen, bevor die Robotik 30 in das Lagermagazin 10 eingebaut wird.
Die Bestimmung des Offsets BCR_Offset erfolgt mit Hilfe einer Markierung 40 (vgl. 2). Die Markierung 40 ist insbesondere derart ausgestaltet, dass ihre Breite in vertikaler Richtung variiert und an einer vertikalen Position einen Extremwert aufweist. Beispielsweise kann die Markierung 40 die Form einer Sanduhr oder die Form von zwei sich an einer Spitze berührenden Dreiecken, deren Höhen miteinander fluchten, ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist die Markierung 40 in horizontaler und/oder vertikaler Richtung spiegelsymmetrisch. Die Markierung 40 kann mit Hilfe des CCD-Zeilensensors zeilenweise abgetastet werden, wenn der CCD-Zeilensensor schrittweise bewegt wird. Die Markierung 40 kann beispielsweise als helle Markierung auf dunklem Grund oder auch aus reflektierendem Material ausgebildet sein. Um die Auswertung zu vereinfachen, wird über zumindest einen Teil der Zeile des CCD-Zeilensensors 34 die detektierte Lichtmenge erfasst, beispielsweise integriert oder indem die Zahl der beleuchteten Pixel in diesem Teil der Zeile bestimmt wird. Wird der CCD-Zeilensensor 34 schrittweise beispielsweise durch Bewegung der Robotik 30 in vertikaler Richtung bewegt und in verschiedenen vertikalen Positionen zeilenweise die Markierung erfasst, weist die erfasste detektierte Lichtmenge I bei der beschriebenen Form der Markierung 40 an einer vertikalen Position einen Extremwert E, vorliegend ein Minimum, auf (vgl. 3). Der waagerechte Verlauf der integrierten Intensität I seitlich des Minimums der Kurve in 3 ist dadurch bedingt, dass lediglich über einen Teil einer Zeile, insbesondere einen mittleren Teil einer Zeile des CCD-Zeilensensors die detektierte Lichtmenge erfasst wird.
Die schrittweise Bewegung in vertikaler Richtung kann in Schritten von 0,1 mm bis 0,3 mm erfolgen. Auf Grund von Toleranzen und Streuungen wird häufig der Extremwert bei der erfassten detektierten Lichtmenge über einen Bereich eingenommen (vgl. 3), so dass vorteilhafterweise ein berechneter Extremwert durch lineare Interpolation der gemittelten Geraden durch die beiden zum Extremwert führenden Flanken bestimmt wird, was die Bestimmung der vertikalen Position des Extremwert hinsichtlich der Genauigkeit weiter erhöht.
Der Offset BCR_Offset wird relativ zu einem vertikalen Bezugspunkt der Robotik 30 bestimmt. Ist dieser Bezugspunkt der Ursprung der optischen Achse 34a an der Robotik 30, wäre der Offset BCR_Offset genau dann Null, wenn die optische Achse 34a des CCD-Zeilensensors 34 horizontal ausgerichtet wäre. Die vertikale Differenz zwischen der vertikalen Position des ermittelten Extremwerts und dem Bezugspunkt der Robotik 30 entspricht dem Offset BCR_Offset. Gegebenenfalls kann ein konstanter Versatz an der Robotik 30, welcher in 2 als Rob_Offs bezeichnet ist, als zusätzliche Größe berücksichtigt werden, falls der Bezugspunkt der Robotik 30 nicht mit dem Ursprung der optischen Achse 34a des CCD-Zeilensensors 34 übereinstimmt (siehe 2).
Würde der CCD-Zeilensensor 34 genau horizontal messen, wäre der Bezugspunkt der Robotik 30, beispielsweise die Ladefläche 36, nach Abtasten der Markierung 40 und Bewegen des Bezugspunkts der Robotik zu der vertikalen Position des Extremwerts an der vertikalen Position des tatsächlich gemäß Versuchsaufbau vorhandenen Extremwerts der erfassten Lichtmenge, welcher mit der Bezeichnung BCR-Target-Position in 2 gekennzeichnet ist. Auf Grund der Neigung der optischen Achse 34a befindet sich der Bezugspunkt, beispielsweise die Ladefläche 36, jedoch auf einer vertikalen Position, die in 2 mit BCR-Target-Measured-Position bezeichnet ist. Die Differenz zwischen diesen beiden Positionen, gegebenenfalls unter Berücksichtigung eines konstanten Offsets, der durch die Robotik 30 vorgegeben ist und welcher in 2 mit Rob_Offset gekennzeichnet ist, entspricht dem BCR_Offset. Der Offset BCR_Offset könnte in einen Neigungswinkel umgerechnet werden. Erfolgt jedoch die Vorkalibrierung in einem definierten Abstand d zwischen der Robotik 30 und der Markierung 40, welche auch für nachfolgende Kalibrierungsschritte verwendet wird, kann die Umrechnung in Winkel entfallen.
In einer alternativen Ausführungsform kann zusätzlich in dem Vorkalibrierungsschritt die Verkippung des CCD-Zeilensensors 34 bestimmt werden. Liegt eine Verkippung vor, erfolgt die zeilenweise Abtastung des CCD-Zeilensensors 34 nicht exakt in einer horizontalen Ebene, sondern in einer dazu verkippten Ebene. Diese Verkippung kann beispielsweise mit einer Markierung 40´, wie sie in 4 dargestellt ist, ermittelt werden. Die Markierung 40´ weist zusätzlich zu der sanduhrförmigen Markierung 40 gemäß 2 ein erstes Dreieck 41 und ein zweites Dreieck 42 auf, welches spiegelsymmetrisch zur vertikalen Achse angeordnet sind. Zur Vereinfachung der Auswertung wird bei der Bestimmung des Offsets BCR_Offset einerseits über einen mittleren Bereich der Zeile integriert, um die integrierte detektierte Lichtmenge, die auf die sanduhrförmige Markierung zurückzuführen ist, zu ermitteln. Zusätzlich wird über einen ersten Bereich und über einen dritten Bereich, insbesondere einen linken und einen rechten Bereich integriert, welche seitlich von dem mittleren Bereich insbesondere spiegelsymmetrisch angeordnet sind. Der linke Bereich erfasst dabei die Reflexion von dem ersten Dreieck 41, während der rechte Bereich der Reflexion von dem zweiten Dreieck 42 erfasst. Liegt keine Verkippung vor, sind die integrierten Lichtintensitäten in dem linken und dem rechten Bereich identisch. Liegt eine Verkippung vor, ergibt sich zwischen den integrierten Lichtmengen im linken und im rechten Bereich eine Abweichung, aus welcher auf die Verkippung geschlossen werden kann. Alternativ zur Bestimmung der integrierten Lichtmenge können auch die in den entsprechenden Bereichen beleuchteten Pixel gezählt oder die Mitte der sanduhrförmigen Markierung 40‘ ermittelt und der Abstand, insbesondere der Pixelabstand, zu den benachbarten Dreiecken 41, 42 in jeder Zeile erfasst werden.
Der in dem Vorkalibrierungsschritt ermittelte Offset BCR_Offset der CCD-Zeilensensors 34 und gegebenenfalls in dem Vorkalibrierungsschritt ermittelte Wert für die Verkippung werden in dem CCD-Zeilensensor 34 oder der Robotik 34 oder eine zugehörigen Ansteuerung hinterlegt und können, sobald die Robotik 30 in das Lagermagazin 10 eingebaut ist, zur Kalibrierung abgerufen werden.
Ist die Robotik 30 in das Lagermagazin 10 eingebaut, erfolgt in einem zweiten Kalibrierungsschritt die Kalibrierung des CCD-Zeilensensors 34 relativ zu dem Lagermagazin 10, welche insbesondere dadurch erfolgt, dass eine Kalibrierung des CCD-Zeilensensors 34 relativ zu einer Bezugsmarkierung 14 des Lagermagazins 10 erfolgt. Die Bezugsmarkierung 14, welche in einem Ausführungsbeispiel in 5 dargestellt ist, ist beispielsweise rechteckig mit einem oberen Rand 14a, einem unteren Rand 14b, einem linken Rand 14c und einem rechten Rand 14d ausgebildet.
Bekannt sind die fertigungstechnisch hinterlegten relativen Positionen zwischen den einzelnen Fächern 12 des Lagermagazins 10 und der Bezugsmarkierung 14, insbesondere einem Bezugspunkt der Bezugsmarkierung 14. Zur Kalibrierung des CCD-Zeilensensors 34 relativ zu dem Lagermagazin 10 wird der CCD-Zeilensensor 34 in dem Abstand d positioniert und mit Hilfe des CCD-Zeilensensors 34 die Bezugsmarkierung 14 gesucht. Durch schrittweises Verfahren in vertikaler Richtung und zeilenweises Abtasten kann die Bezugsmarkierung 14, welche vorteilhafterweise eine helle Markierung auf dunklem Grund oder eine reflektierende Markierung ist, detektiert werden. Grundsätzlich würde es genügen, lediglich eine horizontale Kante, beispielsweise den oberen Rand 14a oder den unteren Rand 14b, der Bezugsmarkierung 14 zu ermitteln und die vertikalen Positionen relativ zu dieser zu bestimmen. Eine höhere Genauigkeit erhält man, wenn sowohl die vertikale Position des oberen Rands 14a als auch die vertikale Position des unteren Rands 14b ermittelt und diese beiden Positionen zur Bestimmung der vertikalen Bezugsposition gemittelt werden. Analog kann auch zur Bestimmung der horizontalen Bezugsposition der Bezugsmarkierung 14 vorgegangen werden. Sollten die mit Hilfe des CCD-Zeilensensors 34 ermittelten Konturen der Bezugsmarkierung 14 unscharf sein, kann die Kontur mathematisch geschärft werden, beispielsweise durch entsprechende Filterung, bei welcher vertikale Ränder, wie in 5 dargestellt, herausgefiltert werden und die Lichtmenge in der Mitte ermittelt wird. Das entstehende Rechteck, insbesondere Quadrat, hat geschärfte Ränder.
Durch den Vorkalibrierungsschritt ist in der Robotik 30 bereits hinterlegt, welche Schräglagen, vertikale Offsets oder horizontale Offsets berücksichtigt werden sollen.
Wurde eine vertikale Bezugsposition der Bezugsmarkierung 14 in dem Kalibrierungsschritt erkannt, muss diese um den im Vorkalibrierungsschritt bestimmten vertikalen Offset BCR_Offset korrigiert werden. Da die fertigungstechnischen Positionen der Fächer 12 relativ zu der Bezugsmarkierung bekannt sind, können anschließend sämtliche Fächer 12 in ihrer Position relativ zu der Bezugsmarkierung 14 ermittelt und von der Robotik 30 angefahren werden. Diese Kalibrierung erfolgt ohne externe Hilfsmittel und kann automatisiert ablaufen, beispielsweise, sobald das Lagermagazin erstmalig eingeschaltet wird.
Sind mehrere Lagermagazine in vertikaler Richtung übereinander angeordnet, besteht die Möglichkeit, die Robotik 30 mit Hilfe eines Gestänges, beispielsweise eines Zahnstangensystems, durch sämtliche übereinander gestapelte Lagermagazine 10 zu bewegen. Sobald mit Hilfe des CCD-Zeilensensors 34 die jeweilige Bezugsmarkierung 14 in jedem einzelnen der Lagermagazine 10 erkannt wurde, können sämtlich Fächer 12 in den unterschiedlichen Lagermagazinen angefahren werden, ohne dass die exakte Positionierung und Ausrichtung der einzelnen Lagermagazine gegeneinander gewährleistet sein muss.
Bezugszeichenliste

10: Lagermagazin
12: Fach
13: Laufwerk
14: Bezugsmarkierung
14a: oberer Rand
14b: unterer Rand
14c: linker Rand
14d: rechter Rand
20: Speichermedium
30: Robotik
32: Greifer
34: CCD-Zeilensensor
34a: optische Achse
36: Lagefläche
40: Markierung
40`: Markierung
41: erstes Dreieck
42: zweites Dreieck
BCR_Offset: Offset
I: Integrierte Lichtmenge
E: Extremwert
Y: Vertikale Position
d: Abstand

Claims

Verfahren zur Kalibrierung einer Robotik relativ zu einem Lagermagazin, wobei das Lagermagazin mehrere Fächer zur Aufnahme von jeweils einem Speichermedium aufweist und wobei die Robotik zur Bewegung der Speichermedien innerhalb des Lagermagazins ausgebildet ist und einen CCD-Zeilensensor aufweist, welcher in fester relativer Position zur Robotik angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vorkalibrierungsschritt der Offset des CCD-Zeilensensors, welcher mit der Abweichung der optischen Achse des CCD-Zeilensensors in vertikaler Richtung von der horizontalen Richtung korreliert, bestimmt wird, wobei zur Bestimmung des Offsets des CCD-Zeilensensors der CCD-Zeilensensor schrittweise in vertikaler Richtung bewegt wird und in verschiedenen vertikalen Positionen zeilenweise eine Markierung erfasst, wobei bei zeilenweiser Abtastung und Erfassung zumindest eines Teils der detektierten Lichtmenge einer Zeile die Markierung an einer vertikalen Position einen Extremwert der erfassten detektierten Lichtmenge aufweist und die vertikale Differenz zwischen der vertikalen Position des Extremwerts und einer vertikalen Position eines Bezugspunkts der Robotik dem Offset entspricht, und wobei in einem zweiten Kalibrierungsschritt die Kalibrierung des CCD-Zeilensensors relativ zu einer Bezugsmarkierung des Lagermagazins erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Extremwert ein Minimum ist, welcher sich vorteilhafterweise etwa in der Mitte der Markierung ergibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung zumindest über einen mittleren Bereich der Zeile des CCD-Zeilensensors erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Lichtmenge durch Integration des detektierten Lichts über einen Bereich oder durch Zählen der beleuchteten Pixel eines Bereichs erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein berechneter Extremwert durch lineare Interpolation der gemittelten Geraden durch die beiden zum Extremwert führenden Flanken bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung die Form einer Sanduhr aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der CCD-Zeilensensor als Barcodereader ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkalibrierungsschritt außerhalb des Lagermagazins erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Vorkalibrierungsschritt die Verkippung des CCD-Zeilensensors, welche mit der Neigung der Zeile des CCD-Zeilensensors, in welcher abgetastet wird, gegen die horizontale Richtung korreliert, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung zusätzlich zwei seitlich beabstandet angeordnete Dreiecke aufweist, wobei die Dreiecke insbesondere spiegelsymmetrisch zur Vertikalen angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Verkippung die Pixelabstände der seitlich beabstandet angeordneten Dreiecke zu einer Mitte der Markierung ermittelt und verglichen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Lichtmenge über einen linken, einen mittleren und einen rechten Bereich der Zeile des CCD-Zeilensensors erfolgt und zur Bestimmung der Verkippung die erfassten Lichtmengen des linken und des rechten Bereichs verglichen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewegung des CCD-Zeilensensors in vertikaler Richtung die Robotik in vertikaler Richtung bewegt wird, vorzugsweise in Schritten, wobei nach jedem Schritt eine zeilenweise Abtastung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrittgröße etwa 0,1 mm bis 0,3 mm.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Abtastung der Markierung in dem Vorkalibrierungsschritt in einem vorgegebenen Abstand zwischen CCD-Zeilensensor und Markierung erfolgt, welcher dem Abstand zwischen CCD-Zeilensensor und Bezugsmarkierung in dem Kalibrierungsschritt entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsmarkierung rechteckig ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kalibrierungsschritt die vertikale Position der oberen und der unteren Kante der Bezugsmarkierung ermittelt und als Bezugsposition die beiden Positionen gemittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung der Robotik ausschließlich die relative Position der Fächer relativ zu der Bezugsmarkierung verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Stapelung mehrerer Lagermagazine in vertikaler Richtung die Robotik entlang eines Gestänges, beispielsweise eines Zahnstangensystems, durch alle Lagermagazine bewegbar ist und die Position der Fächer der unterschiedlichen Lagermagazine in jedem der Lagermagazine relativ zu der Bezugsmarkierung des entsprechenden Lagermagazins erfolgt.