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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine Vorrichtung zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten, insbesondere von Bauteilen für die vollautomatische, typischerweise robotergestützte Weiterverarbeitung und/oder Montage von Objekten bzw. Bauteilen. In einem weiteren Aspekt betrifft die Offenbarung ein mit der Ausricht- und/oder Vereinzelungsvorrichtung ausgestattetes Objektbereitstellungssystem, ein Verfahren zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten sowie ein Computerprogramm zur Implementierung des Objektbereitstellungssystems sowie zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten oder Bauteilen.
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Hintergrund
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Es existieren diverse Verfahren und Systeme zum Vereinzeln von Bauteilen, die etwa in Form von Schüttgut vorliegen. So beschreibt beispielsweise die
DE 10 2012 020 981 A1 ein Verfahren zum Vereinzeln von Kleinteilen, wobei die aus einem Behälter entnommenen Kleinteile von einem Leichtbauroboter auf eine Ablagefläche fallengelassen und anschließend diejenigen Kleinteile mittels einer Bilderfassungseinrichtung erfasst werden, welche zumindest in einem vorgegebenen Abstand entfernt von anderen Kleinteilen auf der Ablagefläche angeordnet sind.
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Jene Information wird dem Leichtbauroboter bereitgestellt, welcher anschließend, basierend darauf, diese Kleinteile von der Ablagefläche entnimmt. Nach der Entnahme von Kleinteilen von der Ablagefläche wird die Ablagefläche in eine Rückführposition verbracht, in welcher die noch auf der Ablagefläche verbliebenen Kleinteile in den Behälter zurückbefördert werden.
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Derartige Verfahren zum Vereinzeln von Bauteilen weisen den Nachteil auf, dass Bauteile oder Kleinteile, deren Lage mittels der Bilderfassungseinrichtung nicht eindeutig bestimmbar ist oder solche Kleinteile, die einen vorgegebenen Mindestabstand zueinander nicht einhalten, für eine automatische Entnahme, beispielsweise mittels eines Roboters nicht geeignet sind. Betreffende Kleinteile müssen insoweit wieder in den Ausgangsbehälter zurücküberführt werden. Während dieser Zeit kann dem Roboter oder einer anderweitigen Weiterverarbeitung jedoch kein Bauteil zur Verfügung gestellt werden. Für taktgesteuerte vollautomatische Montage- oder Fertigungsprozesse kann sich dies mitunter nachteilig auswirken.
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Für die robotergestützte Montage oder Fertigung ist es ferner bekannt, Einzelteile oder Objekte, welche z.B. in Form von Schüttgut vorliegen, mittels einer Fördereinrichtung, beispielsweise mittels eines Förderbands, zu einer Abnahmeposition eines Robotergreifers zu transportieren. Im Bereich der Abnahmeposition kann typischerweise die Bilderfassungseinrichtung die Lage und Position einzeln zugeführter Bauteile ermitteln. Stellt sich erst dann heraus, dass die an der Abnahmeposition befindlichen Bauteile zum Beispiel zu nahe aneinander liegen oder dass die Bauteile in einer nicht klar identifizierbaren Lage vorliegen, kann der Roboter die angebotenen Bauteile allein auf Basis der mittels Bilderfassung gewonnenen Positions- und Lagedaten nicht sicher ergreifen.
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In solchen Fällen ist vorgesehen, die zur Abnahme oder Entnahme angebotenen Bauteile einer Rückführung zuzuführen und weitere, nachfolgenden Bauteile zur Abnahmeposition zu befördern. Während dieser Zeit kann der Roboter jedoch kein Bauteil abnehmen und einer Weiterverarbeitung zuführen. Es entsteht eine Warte-So sind beispielsweise aus der
DE 10 2011 108 063 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Stoppen und/oder Ausrichten von Transportgütern auf einer Fördereinrichtung bekannt. Die
US 3 559 819 A beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten mehrerer spitz zulaufender Objekte, insbesondere von Halbleiterdioden. Aus der
US 2004/0 086 364 A1 ist ein Objekttransportsystem und ein entsprechendes Verfahren bekannt. Ferner beschreiben die
US 2014/0 121 836 A1 , die
EP 2 253 415 A1 und die
DE 38 22 756 A1 jeweils ein robotergestütztes System zur Objektaufnahme, zur Objektausrichtung oder zur Bereitstellung von Werkstücken.
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Es ist daher Zielsetzung, eine verbesserte Vorrichtung zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten sowie ein betreffendes Objektbereitstellungssystem, ein Verfahren zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten als auch ein betreffendes Computerprogramm bereitzustellen. Die Vorrichtungen, das Verfahren und das Computerprogramm sollen dazu in der Lage sein, einzelne Objekte oder Bauteile in eine mittels einer Bilderfassungseinrichtung eindeutig bestimmbare Lage und/oder Position zu überführen und die zuzuführenden Bauteile oder Objekte in einem vorgegebenen Abstand so zueinander anzuordnen, dass eine Einzelentnahme oder Einzelabnahme von Bauteilen oder Objekten mittels eines Roboters möglich ist. Die Vorrichtung zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten als auch das betreffende Objektbereitstellungssystem soll möglichst platzsparend implementierbar und möglichst einfach in bestehende robotergestützte Fertigungs- oder Montageprozesse integrierbar sein. Ein weiteres Ziel ist es, auf eine aufwendige Bauteilrückführung zu verzichten.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie mit einem Objektbereitstellungssystem nach Anspruch 10, einem Verfahren zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten gemäß Anspruch 12 als auch mit einem Computerprogramm gemäß Patentanspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind dabei jeweils Gegenstand abhängiger Patentansprüche.
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Die insoweit vorgesehene Vorrichtung zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten weist einen Grundkörper mit einer Ablagefläche für zugeführte Objekte auf. Die Ablagefläche befindet sich typischerweise an einer Oberseite des Grundkörpers, sodass von oben zugeführte Objekte auf der Ablagefläche ablegbar sind und dort in einer Ruheposition verharren können. Die Ablagefläche weist ferner mehrere, über ihre Fläche verteilt angeordneten Öffnungen auf. Die Vorrichtung ist ferner mit zumindest einem Stößel ausgestattet, welcher zwischen einer Grundstellung und einer Aktionsstellung beweglich am oder im Grundkörper und beweglich relativ zur Ablagefläche ist. In der Grundstellung befindet sich der Stößel mit einem Kopfende unterhalb der Ablagefläche oder er befindet sich mit dem Kopfende flächenbündig in einer der Öffnungen der Ablagefläche. In der Aktionsstellung steht der Stößel mit seinem Kopfende von der Ablagefläche hervor. Er ragt typischerweise nach oben aus der Ablagefläche heraus. Der typischerweise senkrecht zur Ebene der Ablagefläche beweglich gelagerte Stößel ermöglicht es, einzelne auf der Ablagefläche abgelegte Objekte hinsichtlich ihrer Position und/oder Lage zu verändern.
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Es ist hierbei insbesondere vorgesehen, dass ein sich zum Beispiel oberhalb einer bestimmten Öffnung befindliches Objekt durch Aktivierung des zumindest einen, sich darunter befindlichen Stößels lageveränderbar oder positionsveränderbar ist. Mittels des zumindest einen Stößels kann die Lage und Position des auf der Ablagefläche liegenden Objekts solange durch selektives Aktivieren des zumindest einen Stößels oder durch Aktivieren einer Vielzahl von Stößeln verändert werden, bis das Objekt eine Lage und/oder Position eingenommen hat, die ein Abnehmen des Objektes von der Ablagefläche mittels eines Roboters, typischerweise mittels eines Roboters erlaubt.
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Für den Roboter sind verschiedene Implementierungen als Greifer oder als Sauger vorgesehen. Der Roboter kann als sogenannten Industrieroboter ausgestaltet und mit 4 oder 6 Achsen mit entsprechenden Endeffektoren versehen sein. Als Endeffektor wird in der Robotik das letzte Element einer kinematischen Kette bezeichnet. Bei Industrierobotern kann es sich hierbei zum Beispiel um eine Einheit zum Schweißen von Autokarosserien oder um einen Greifer oder Sauger handeln.
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Mittels des zumindest einen Stößels können ferner auch nahe beieinanderliegende oder zumindest übereinanderliegende Objekte im Bereich der Ablagefläche voneinander separiert und getrennt werden. Es kann hierbei vorgesehen sein, zumindest einen in einem Überlappungsbereich von zwei Objekten liegenden Stößel in seine Aktionsstellung zu überführen, wodurch die Objekte beim Herausfahren des Stößels voneinander separierbar sind.
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Die hier beschriebene Vorrichtung ist typischerweise als Komponente eines Objektbereitstellungssystems ausgebildet, welches ferner mit einer Bilderfassungseinrichtung und mit einer Steuerung versehen ist, mittels derer der zumindest eine Stößel bedarfsgerecht aktivierbar, das heißt aus der Grundstellung in die Aktionsstellung überführbar ist.
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Erfindungsgemäß weist der Grundkörper mehrere längserstreckte Führungen auf, die jeweils fluchtend zu den Öffnungen der Ablagefläche angeordnet sind. Innerhalb der Führungen oder mittels der Führungen ist der zumindest eine Stößel zwischen der Grundstellung und der Aktionsstellung beweglich am Grundkörper gelagert. Die längserstreckten Führungen verlaufen typischerweise parallel zur Flächennormalen der Ablagefläche. Durch Aktivierung und Ansteuerung eines Stößels kann in einem betreffenden und mit dem Stößel zusammenfallenden Flächensegment der Ablagefläche ein Impuls oder ein Stoß auf das dort befindliche Objekt übertragen werden, sodass das Objekt seine Position und/oder Ausrichtung ändert.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung mehrere, jeweils zwischen der Grundstellung und der Aktionsstellung bewegliche Stößel auf, die jeweils längsverschieblich in einer der Führungen des Grundkörpers gelagert sind. Von Vorteil sind sämtliche Führungen des Grundkörpers mit einem eigenen Stößel versehen. Die in unterschiedlichen Führungen des Grundkörpers längsverschieblich gelagerten Stößel sind ferner selektiv und unabhängig voneinander ansteuerbar und aktivierbar, sodass sie unabhängig voneinander aus der Grundstellung in die Aktionsstellung überführbar sind.
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Die Öffnungen der Ablagefläche sowie die hiermit korrespondierenden Führungen des Grundkörpers sind über die Ablagefläche verteilt angeordnet. Die Öffnungen und die hiermit korrespondierenden Führungen können einer regelmäßigen Anordnung folgend über die Ablagefläche verteilt angeordnet sein. Es ist eine matrixartige regelmäßige Anordnung von Öffnungen und Führungen denkbar. Die Öffnungen und Führungen können beispielsweise reihen- und zeilenweise angeordnet sein. Auch können die Öffnungen und die hierzu korrespondierenden Führungen beispielsweise einem hexagonalen Muster folgend in der Ablagefläche und am Grundkörper angeordnet sein. Die Öffnungen und die Führungen können in der Ebene der Ablagefläche äquidistant zueinander angeordnet sein.
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Es ist ferner vorgesehen, dass die Ablagefläche in eine Vielzahl gedachter Flächensegmente unterteilbar ist, wobei jedes der Flächensegmente zumindest eine Öffnung bzw. eine darunterliegende Führung für einen Stößel aufweist. Insoweit kann im Bereich eines jeden Flächensegments ein Stößel von der zurückgezogenen, beispielsweise flächenbündigen Grundstellung in die von der Ablagefläche hervortretende Aktionsstellung überführt werden. In diesem Flächensegment befindliche Objekte erfahren dabei eine Lage- und/oder Positionsveränderung, beispielsweise einen Impuls, der zu einer Umpositionierung oder Umorientierung des betreffenden Objektes führt.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung weisen die Führungen jeweils eine Bohrung im Grundkörper auf. Der Grundkörper kann von den Führungen beispielsweise von einer Oberseite bis zu einer gegenüberliegenden Unterseite vollständig durchsetzt bzw. durchbohrt sein. Die Bohrungen können im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgestaltet sein und können jeweils ein Führung für einen Stößel bilden. Die hohlzylindrischen Bohrungen fungieren dann unmittelbar als Führungen für jeweils einen hierin längsverschieblich gelagerten Stößel.
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Die als Führungen fungierenden Bohrungen können vergleichsweise dicht und mit geringem Abstand zueinander am Grundkörper vorgesehen sein. Die Größe der jeweils mit einer Bohrung bzw. mit einer Führung zu versehenden Flächensegmente der Ablagefläche kann somit vergleichsweise gering gehalten werden. Der Abstand der Bohrungen bzw. der Führungen ist typischerweise auf die Größe und die geometrischen Abmessungen der auszurichtenden und zu vereinzelnden Objekte abgestimmt. Der Abstand benachbarter Bohrungen und damit auch der Abstand der hierzu fluchtend angeordneten Öffnungen der Ablagefläche sollte kleiner sein als beliebige Außenabmessungen oder Außendurchmesser der zu vereinzelnden oder auszurichtenden Objekte.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der zumindest eine Stößel entgegen der Wirkung eines Rückstellelements von der Grundstellung in die Aktionsstellung beweglich. Das Rückstellelement kann beispielsweise als Feder ausgestaltet sein. Es kann mit einem Ende am Stößel und mit einem gegenüberliegenden Ende an dem Grundkörper angeordnet sein. Eine Verschiebe- oder Ausfahrbewegung des Stö-ßels aus der Grundstellung heraus in die Aktionsstellung erfolgt typischerweise entgegen der Rückstellkraft des Rückstellelements.
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Sobald keinerlei Verschiebekraft mehr auf den Stößel einwirkt, kann dieser unter alleiniger Einwirkung des Rückstellelements aus der angehobenen Aktionsstellung wieder zurück in die Grundstellung überführt werden. Typischerweise ist jeder der am Grundkörper vorgesehenen Stößel gesondert und mit einem eigenen Rückstellelement ausgestattet. Das Rückstellelement oder die Rückstellelemente bewirken, dass sich der zumindest eine Stößel bzw. dass sich sämtliche Stößel bei ausbleibender Aktivierung in ihrer zurückgezogenen Grundstellung am Grundkörper befindet bzw. befinden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der zumindest eine Stößel mittels eines Aktors aus der Grundstellung in die Aktionsstellung überführbar. Der Aktor dient einer Kraftübertragung auf den entlang der Führung gelagerten Stößel. Der Aktor kann auf unterschiedlichste Art und Weise implementiert sein. Der Aktor kann beispielsweise einen elektrischen Antrieb oder einen magnetischen Antrieb aufweisen. Alternativ kann er auch als hydraulischer oder pneumatischer Aktor ausgestaltet sein, welcher mittels geeigneten Ventilen mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist. Es ist von Vorteil vorgesehen, dass für jeden der am Grundkörper beweglich gelagerten Stößel je ein eigener Aktor vorgesehen ist. Somit kann jeder der vorhandenen Stößel unabhängig von anderen Stößeln aktiviert und in die Aktionsstellung überführt werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der zumindest eine Stößel mit einem Fußende fluiddicht in der zumindest einen Bohrung des Grundkörpers geführt. Von Vorteil sind mehrere oder sämtliche Stößel jeweils fluiddicht in entsprechenden Bohrungen des Grundkörpers geführt. Die Bohrungen des Grundkörpers können insoweit als Hydraulik- oder als Pneumatikzylinder fungieren, in welchen die abdichtend hierin verschiebbar gelagerten Stößel durch Beaufschlagung eines Druckmediums längsverschieblich gelagert sind. Die einzelnen Stößel, insbesondere ihr Fußende kann als Kolben ausgestaltet sein oder einen in der Bohrung verschiebbar gelagerten Kolben bilden.
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Beispielsweise kann von unten und jenseits der fluiddichten Führung der Stößel ein Druckmedium, beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit eingeleitet werden, sodass durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung der Bohrung der abdichtend hierin geführte Stößel nach oben, in die Aktionsstellung bewegbar ist. Durch Absenkung eines Druckniveaus innerhalb der Bohrung kann der Stößel entweder unter Einwirkung des Rückstellelements oder aber durch Herbeiführung eines Unterdrucks wieder in die Grundstellung verbracht werden.
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So kann nach einer Weiterbildung insbesondere vorgesehen sein, dass ein Fußende der Bohrungen mit einem Pneumatik- oder Hydraulikanschluss versehen ist, mit welchem das Innere der Bohrung mit einem gasförmigen oder flüssigen Druckmedium, etwa mit Druckluft oder mit einer Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung weisen die Bohrungen jeweils ein Kopfende auf. An diesem ist jeweils eine Führungshülse angeordnet, durch welche sich der Stößel hindurch erstreckt. Das Fußende des Stößels, welches stets, sowohl in der Grundstellung als auch in der Aktionsstellung, innerhalb der Bohrung verbleibt, kann gegenüber einem Schaftabschnitt oder Kopfende des Stößels radial verbreitert und dementsprechend abdichtend an der Innenwand der Bohrung geführt sein. Durch Bereitstellung einer Führungshülse am Kopfende der Bohrung kann auch ein gegenüber dem Fußende des Stößels radial verjüngter Bereich des Stößels sicher und verkantungsfrei am Grundkörper zwischen der Grundstellung und der Aktionsstellung geführt werden.
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Die Führungshülse weist typischerweise einen Innendurchmesser auf, der an den Außendurchmesser des Stößels, insbesondere an den Außendurchmesser eines Schaftabschnitts oder eines Mittelteils des Stößels angepasst ist, sodass der Schaftabschnitt des Stößels weitreichend spielfrei entlang der Führungshülse verschiebbar gelagert ist. Mittels der Führungshülsen ist eine weitreichend spielfreie längsverschiebliche Lagerung der Stößel gegeben.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung weisen die Bohrungen an ihrem Kopfende jeweils einen Entlüftungskanal auf, der sich radial außerhalb der Führungshülse erstreckt und welcher eine größere Längserstreckung als die Führungshülse aufweist. Der Entlüftungskanal fungiert sozusagen als Bypass für etwaige sich innerhalb der Bohrung befindliche Luft. Diese kann bei einer Hubbewegung des Stößels ungehindert aus der Bohrung entweichen oder eingesogen werden. Ein unteres Ende des Entlüftungskanals liegt, bezogen auf die Längsrichtung der Bohrung, unterhalb der Führungshülse. Ein oberes Ende des Entlüftungskanals kann bündig in die Oberseite des Grundkörpers bzw. in das Kopfende der Bohrung münden.
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Der Entlüftungskanal kann ferner auch in die Öffnung hineinragen. Mit anderen Worten kann die Öffnung in der Ablagefläche eine fluchtend zum Entlüftungskanal liegende radiale Aussparung aufweisen. Ohne den Entlüftungskanal könnte die am Kopfende der Bohrung vorgesehene Führungshülse ein Entweichen der sich oberhalb des Fußendes des Stößels befindliche Luft und damit auch eine Ausstoßbewegung oder eine Aktivierung des Stößels behindern.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung sind sämtliche Stößel selektiv und unabhängig voneinander beweglich. Für ein zielgerichtetes Umorientieren oder Umpositionieren von auf der Ablagefläche befindlichen Objekten sind jeweils nur einzelne, im Bereich der jeweiligen Objekte befindliche Stößel zu aktivieren und anzusteuern. Die übrigen Stößel können dabei in der Grundstellung verharren. Durch eine erstmalige Aktivierung eines Stößels kann ein oberhalb des betreffenden Stößels befindliches Objekt eine Umorientierung oder Umpositionierung erfahren und infolge dessen oberhalb eines anderen Stößels zu liegen kommen.
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Sollte sich das umpositionierte oder umorientierte Objekte immer noch in einer Position oder Ausrichtung befinden, in welcher es von einem Roboter nicht mit Sicherheit ergriffen oder abgehoben werden kann, ist denkbar, eine erneute Umpositionierung oder Umorientierung des betreffenden Objekts durchzuführen. In diesem Fall wird dann derjenige Stößel aktiviert, welcher im Bereich oder unterhalb der infrage kommenden Öffnung liegt, auf welcher oder in deren Bereich sich das fragliche Objekt befindet.
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Auch sind mehrere Stößel gleichzeitig bewegbar oder aktivierbar, um beispielsweise einem Objekt eine bestimmte Bewegungsrichtung oder ein entsprechendes Kipp- oder Drehmoment zu verpassen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die Stößel ferner zu unterschiedlich hoch über der Ablagefläche gelegenen Aktionsstellungen verfahrbar. Es kann vorgesehen sein, dass die Stößel unterschiedliche Hubhöhen realisieren und auch mit unterschiedlicher Geschwindigkeit beweglich und/oder ansteuerbar sind. Auf diese Art und Weise kann eine präzise und zielgerichtete Umpositionierung und Umorientierung einzelner Objekte erfolgen. Dies insbesondere dann, wenn sich ein Objekt über eine Fläche erstreckt, in welcher sich mehrere Öffnungen mit Stößeln befinden.
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So kann beispielsweise durch gleichzeitiges Aktivieren einer Auswahl von Stößeln gekoppelt mit unterschiedlichen Hubhöhen der Stößel ein wohldefiniertes Umkippen, Umorientieren als auch Umpositionieren einzelner Objekte erreicht werden. Sind beispielsweise zwei Objekte zu nahe beieinander positioniert oder sind zumindest zwei Objekte zumindest geringfügig überlappend übereinander angeordnet, so kann durch sukzessives Ausfahren von in einem Überlappungsbereich befindlicher Stößel der Abstand zwischen den Objekten vergrößert werden. Die einzelnen Stößel können hierbei zeitversetzt und/oder zeitlich überlappend als auch mit unterschiedlichen Hubhöhen angehoben werden, sodass die Objekte auch beispielsweise einer gleitenden Bewegung folgend horizontal auf oder oberhalb der Ablagefläche verlagert und voneinander separiert werden können.
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Nach einem weiteren Aspekt ist ferner ein Objektbereitstellungssystem vorgesehen, welches ein Ausrichten und/oder Vereinzeln von zugeführten Objekten dient. Das Objektbereitstellungssystem weist eine zuvor beschriebene Vorrichtung zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten auf. Das Objektbereitstellungssystem ist ferner mit zumindest einer auf die Ablagefläche gerichteten Bilderfassungseinrichtung ausgestattet. Diese dient der visuellen Positions- und Lageerfassung von auf der Ablagefläche befindlichen Objekten, so etwa von Bauteilen.
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Das Objektbereitstellungssystem ist ferner mit einer Steuerung versehen. Diese ist datentechnisch sowohl mit der Bilderfassungseinrichtung als auch mit der Vorrichtung zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten gekoppelt. Die Steuerung ist dazu ausgestaltet, ein von der Bilderfassungseinrichtung bereitgestelltes Bild, typischerweise ein zweidimensionales Abbild der Ablagefläche auszuwerten und in Abhängigkeit der Bildauswertung sowie bei Bedarf zumindest einen im Bereich eines Objekts liegenden Stößel in Abhängigkeit der Bildauswertung selektiv anzusteuern.
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Ergibt die Bildauswertung beispielsweise, dass sich ein bestimmtes auf der Ablagefläche befindliches Objekt in einer derartigen Lage oder Position befindet, in welches es nicht von einem Robotergreifer sicher erfasst und angehoben werden kann, erzeugt die Steuerung selbsttätig einen Steuerbefehl für einen Aktor zum Anheben eines im Bereich des betreffenden Objekts befindlichen Stößels. Ein von der Steuerung auf Basis der Bildauswertung initiierbares und von einem Aktor umsetzbares Herausfahren des Stößels führt typischerweise zu einer Positions- und/oder Lageveränderung des betreffenden Objekts. Es ist dann vorgesehen, erneut eine Positions- und Lageerfassung des betreffenden Objekts mittels der Bilderfassungseinrichtung durchzuführen.
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Hat sich die Lage und Position des Objekts infolge der Aktivierung des zumindest einen Stößels derart verändert, dass die Lage und/oder Position des Objektes eindeutig auf der Basis der Bildauswertung bestimmbar ist, so werden die mittels der Bilderfassungseinrichtung gewonnenen Positions- und Lagedaten oder -koordinaten typischerweise an einen Roboter weitergegeben, welcher alsdann auf Basis der visuell ermittelten Daten dazu in der Lage ist, das betreffende Objekt zu greifen und von der Ablagefläche zu entnehmen oder anzuheben.
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Die Steuerung des Objektbereitstellungssystems ist typischerweise computerimplementiert. Sie ist unter anderem mit einer Software zur Auswertung der mittels der Bilderfassungseinrichtung aufgenommenen Bilder ausgestattet. Die Steuerung ist mit Geometriedaten der einzelnen Objekte versehen. Auf Basis der mittels der Bilderfassungseinrichtung aufgenommenen Bilder kann die Steuerung eine Zuordnung gespeicherter Geometriedaten einzelner Objekte zu Bilddaten vornehmen und hieraus eine Position und Ausrichtung einzelner Objekte auf der Ablagefläche selbsttätig bestimmen. Abhängig von der Geometrie und der Symmetrie der Objekte kann die Position und/oder Ausrichtung einzelner Objekte auf Basis beispielsweise eines einzigen Bildes der Bilderfassungseinrichtung womöglich nicht eindeutig bestimmt werden.
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Für diesen Fall bewirkt die Steuerung eine selektive Aktivierung eines oder mehrerer im Bereich des Objektes liegender Stößel, welche eine Umorientierung, ein Verkippen und/oder ein Umpositionieren des betreffenden Objekts bewirken. Jener Vorgang kann so oft wiederholt werden, bis die Steuerung auf der Basis des erfassten Bildes die Lage und/oder die Position des Objekts eindeutig bestimmt hat.
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Mittels den verteilt über die Ablagefläche angeordneten und senkrecht zur Ablagefläche herausfahrbaren Stößeln kann jedes der auf der Ablagefläche befindlichen Objekte solange auf der Ablagefläche selektiv bewegt werden, bis es eine mittels der Bilderfassungseinrichtung eindeutig bestimmbare Lage und/oder Ausrichtung eingenommen hat, die eine zuverlässige und sichere Abnahme oder Entnahme durch einen Roboter ermöglicht.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Objektbereitstellungssystems ist dieses mit einer Datenschnittstelle zur Übertragung von visuell ermittelten Positions- und Lagedaten an einen Roboter ausgestattet. Mittels der Datenschnittstelle können diejenigen Positions- und Lagedaten von solchen Objekten an den Roboter weitergeleitet werden, deren Lage und Position eindeutig von der Steuerung auf der Basis der Bilderfassungseinrichtung ermittelt wurden. Es ist von Vorteil ferner vorgesehen, dass mehrere Objekte gleichzeitig auf der Ablagefläche zur Entnahme durch einen Roboter angeboten werden. Eine Anzahl der bereitgestellten Objekte kann sich dabei bereits in einer entnahme- oder abnahmefähigen Lage und Position befinden. Jene Positions- und Lagedaten können bereits initial an einen Roboter weitergeleitet werden, der die betreffenden Objekte nacheinander abnehmen oder von der Ablagefläche wegnehmen kann.
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Lediglich diejenigen Objekte, deren Lage und/oder Position auf Basis der gewonnenen Bilddaten nicht eindeutig bestimmbar sind, können mittels der Steuerung und der mittels der Steuerung aktivierbaren Stößel weitreichend ohne Beeinflussung anderer Objekte hinsichtlich ihrer Lage und/oder Position so lange verändert werden, bis deren visuell erkennbare Lage und/oder Position eindeutig mittels der Bilderfassungseinrichtung und der Steuerung bestimmbar ist.
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Jene Umorientierung oder Umpositionierung einzelner Objekte auf der Ablagefläche kann zeitgleich oder zeitlich überlappend mit der Entnahme anderer Objekte durch den Roboter erfolgen. Auf diese Art und Weise kann sichergestellt werden, dass sich zu jeder Zeit ein Objekt auf der Ablagefläche befindet, dessen Positions- und Lagedaten eindeutig bestimmt und an den Roboter zur Abnahme oder Entnahme weitergegeben wurden. Etwaige Wartepausen für den Roboter können auf diese Art und Weise weitgehend minimiert oder gänzlich beseitigt werden. Die Taktzeit eines nachgeschalteten Montage-, Verpackungs- oder Fertigungsprozesses kann mit Hilfe des hier beschriebenen Objektbereitstellungssystems verkürzt werden.
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Ferner ist für die Objekttrennung und Objektvereinzelung keinerlei längserstreckte Förderstrecke mehr bereitzustellen. Die der Ablagefläche zugeführten Objekte können beispielsweise auch auf einen Haufen im Bereich der Ablagefläche geschüttet werden. Die Stößel werden dann solange selektiv angesteuert und bewegt, bis die Position und Ausrichtung zumindest einzelner Objekte mittels der Bilderfassungseinrichtung eindeutig bestimmbar ist.
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Nach einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a) Ablegen von zumindest einem Objekt auf der Ablagefläche einer zuvor beschriebenen Vorrichtung zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten,
- b) Aufnehmen zumindest eines Bildes der Ablagefläche, typischerweise mittels zumindest einer Bilderfassungseinrichtung,
- c) Durchführung einer Bildauswertung zur Lage- und Positionsbestimmung des zumindest einen Objekts auf der Basis des aufgenommenen Bildes,
- d) selektive und unabhängige Aktivierung zumindest eines im Bereich des Objektes befindlichen Stößels, sofern die Lage- oder Positionsbestimmung des betreffenden Objektes mehrdeutig ist oder sofern der Abstand des zumindest einen Objekts zu einem weiteren Objekt unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegt.
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Die zuvor beschriebenen Schritte b) bis d) werden nacheinander solange durchgeführt, bis die Lage- oder Positionsbestimmung des Objekts eindeutig ist. Anschließend werden die eindeutigen Lage- und Positionsdaten an einen Roboter übermittelt, welcher dazu ausgestaltet ist, das betreffende Objekt auf der Basis der übermittelten Lage- und Positionsdaten von der Ablagefläche aufzunehmen oder von dieser zu ergreifen.
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Das Verfahren ist typischerweise mit dem zuvor beschriebenen Objektbereitstellungssystem durchführbar. Zum Aufnehmen eines Bildes der Ablagefläche kann es ausreichend sein, die Bilderfassungseinrichtung lediglich mit einer einzigen Kamera zu versehen, welche die Ablagefläche z.B. von oben abbildet. Die Bilderfassungseinrichtung kann aber auch mehrere Kameras aufweisen, die beabstandet voneinander angeordnet sind und deren Bilddaten zu einem dreidimensionalen Bild kombinierbar sind.
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Es ist insoweit anzumerken, dass sämtliche in Bezug auf die Vorrichtung zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten beschriebenen Merkmale und Vorteile gleichermaßen auch für das hiermit durchzuführende Verfahren gelten; und umgekehrt.
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Nach einem weiteren Aspekt ist ferner ein Computerprogramm mit Programmcode vorgesehen, der von der Steuerung eines zuvor beschriebenen Objektbereitstellungssystems ausführbar ist, wobei das Computerprogramm ausführbare Instruktionen:
- aa) zum Aufnehmen zumindest eines Bildes der Ablagefläche aufweist,
- bb) zum Durchführen einer Bildauswertung zur Lage- und Positionsbestimmung zumindest eines Objektes auf der Basis des aufgenommenen Bildes aufweist,
- cc) zur selektiven und unabhängigen Aktivierung zumindest eines im Bereich des Objekts befindlichen Stößels aufweist, sofern die Lage- oder Positionsbestimmung des betreffenden Objekts mehrdeutig ist oder sofern der Abstand des zumindest einen Objekts zu einem weiteren Objekt unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegt,
- dd) zur wiederholenden Durchführung der Programmschritte aa) und cc) aufweist, bis die Lage- und Positionsbestimmung des Objektes eindeutig ist oder bis ein vorgegebener Abstand des Objekts zu einem benachbarten Objekt erreicht ist, und
- ee) Instruktionen zur Übergabe der eindeutigen Lage- und Positionsdaten des zumindest einen Objekts an einen Roboter aufweist.
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Es ist insoweit anzumerken, dass sämtliche in Bezug auf die Vorrichtung zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten beschriebenen Merkmale und Vorteile gleichermaßen auch für das hier genannte Computerprogramm gelten wenn dieses von der Steuerung des Objektbereitstellungssystem ausgeführt wird.
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Figurenliste
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Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der Vorrichtung des, Objektbereitstellungssystems und des Verfahrens sowie des Computerprogramms werden in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten,
- 2 eine Darstellung der Vorrichtung gemäß 1 in Seitenansicht,
- 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 1 von oben,
- 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Vorrichtung im Bereich ihres Grundkörpers und einer lösbar hieran anordenbaren Ablageplatte,
- 5 eine schematische Querschnittszeichnung durch den Grundkörper gemäß 4,
- 6 eine schematische und stark vereinfachte Querschnittsdarstellung durch den Grundkörper,
- 7 eine vereinfachte schematische Querschnittsdarstellung durch den Grundkörper mit zumindest zwei gegenüber der Grundstellung angehobenen Stößeln,
- 8 eine Prinzipskizze des Objektbereitstellungssystems und
- 9 ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Ausrichten und/oder Vereinzeln von Objekten.
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Detaillierte Beschreibung
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In 8 ist ein Objektbereitstellungssystem 10 gezeigt, welches dem Ausrichten, Positionieren und/oder Vereinzeln von Objekten 60, 61 dient. Einzelne Objekte 60, 61 werden typischerweise mittels einer Zuführeinrichtung 1, welche zum Beispiel als Förderband ausgestaltet sein kann, einer Ausricht- und/oder Vereinzelungsvorrichtung 2 zugeführt. Die Ausricht- und/oder Vereinzelungsvorrichtung 2 ist eine Komponente des Objektbereitstellungssystems 10. Zu dem Objektbereitstellungssystem 10 gehört ferner noch eine Bilderfassungseinrichtung 3 und eine hiermit gekoppelte Steuerung 4. Die Bilderfassungseinrichtung 3 kann ein Kamerasystem mit einer oder mit mehreren Kameras umfassen.
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Die Bilderfassungseinrichtung 3 dient der visuellen Ablichtung und der Generierung von visuellen Abbildern einer Ablagefläche 23 der Ausricht- und/oder Vereinzelungsvorrichtung 2. Die Ausricht- und/oder Vereinzelungsvorrichtung 2 weist einen zum Beispiel in 4 gezeigten Grundkörper 20 auf. An einer Oberseite des Grundkörpers 20 ist eine Ablageplatte 21 angeordnet. Die Ablageplatte 21 definiert oder bildet eine Ablagefläche 23 für die der Ausricht- und/oder Vereinzelungsvorrichtung 2 zugeführten Bauteile 60, 61. Alternativ kann die Ablagefläche 23 auch als eine Oberseite des Grundkörpers 21 ausgestaltet sein.
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Die Ablageplatte 21 und damit auch die Ablagefläche 23 ist mit mehreren Öffnungen 22 versehen, die gemäß der Darstellung nach 4 regelmäßig, reihen- und zeilenweise nahezu äquidistant zueinander über die Ablagefläche 23 verteilt angeordnet sind. Der Grundkörper 20 weist für jede der Öffnungen 22 eine längserstreckte Führung 32, 34, 36 auf, innerhalb welcher jeweils ein Stößel 24, 26, 28 längsverschieblich geführt ist, wie dies im Querschnitt gemäß 5 skizziert ist. Die einzelnen Führungen 32, 34, 36 dienen jeweils der Längsführung eines Stößels 24, 26, 28. Die Öffnungen 22 in der Ablageplatte 21 sind als Durchgangsöffnungen ausgestaltet, welche fluchtend zu den im Grundkörper 21 befindlichen Führungen 32, 34, 36 angeordnet sind.
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Der Stößel 24, welcher in der Führung 34 längsverschieblich geführt ist, ragt in 7 von der Ebene der Ablagefläche 23 hervor. Insbesondere ragt sein Kopfende 25 derart weit von der Oberseite der Ablagefläche 23 hervor, dass ein oberhalb des Stößels 24 befindliches Objekt 60 in einem Teilbereich angehoben und demgemäß auf der Ablagefläche 23 verlagert bzw. umorientiert wird. Der Stößel 24 als auch der Stößel 26 befinden sich jeweils in einer gegenüber einer Grundstellung G angehobenen Aktionsstellung A. Die Höhe der Aktionsstellung A bzw. der Hub der einzelnen Stößel 24, 26 kann variabel ggf. auch stufenlos einstellbar sein. Der weitere Stößel 28 befindet sich hingegen in einer Grundstellung G, in welcher sich dessen Kopfende 25 unterhalb der Ablagefläche 23 oder zumindest flächenbündig in der Öffnung 22 der Ablagefläche 23 befindet.
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Im Betrieb der Ausricht- und/oder Vereinzelungsvorrichtung 2 ist vorgesehen, dass mittels der Bilderfassungseinrichtung 3 zumindest ein zweidimensionales Bild von auf der Ablagefläche 23 befindlichen Objekten 60, 61 aufgenommen wird. In 8 ist eine Konfiguration gezeigt, in welcher zwei Objekte 60, 61 unmittelbar aneinander angrenzend auf der Ablagefläche 23 angeordnet sind. In dieser Konfiguration sind die Objekte 60, 61 jedoch nicht von einem Greifarm 6 eines Roboters 5 ergreifbar. Es ist folglich erforderlich, die Position und/oder die Lage, das heißt die Ausrichtung zumindest eines der Objekte 60, 61 derart zu modifizieren, dass zum einen ein gewisser Mindestabstand zwischen den Objekten 60, 61 erreicht und eingehalten wird und dass die Objekte 60, 61 eine derartige Ausrichtung oder Lage einnehmen, in welcher auf Basis des von der Bilderfassungseinrichtung 3 erzeugbaren Abbildes eine eindeutige Bestimmung der Lage und Position der Objekte 60, 61 erfolgen kann.
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Zur Lage- und/oder Positionsveränderung der Objekte 60, 61 ist vorgesehen, denjenigen oder diejenigen Stößel, welche sich in unmittelbarer Umgebung oder unterhalb der Objekte 60, 61 befinden, selektiv zu aktivieren und aus der Grundstellung G heraus in ihre Aktionsstellung A zu überführen. Dies hat zur Folge, dass die Objekte 60, 61 umgedreht, umgekippt oder anderweitig auf der Ebene der Ablagefläche 23 bewegt werden.
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Nach oder während der Aktivierung einzelner Stößel 24, 26, 28 wird die Position und/oder Lage der Objekte 60, 61 erneut mittels der Bilderfassungseinrichtung 3 ermittelt. Ergibt die erneute Lage- und Positionsermittlung wiederum eine mehrdeutige, das heißt nicht eindeutig zuordenbare Ausrichtung oder Positionierung einzelner Objekte 60, 61 werden dann für die neue Lage Position des Objekte infrage kommende Stößel 24, 26, 28 erneut aktiviert. Dieser Vorgang kann solange wiederholt werden , bis die Bilderfassungseinrichtung 3 mit der nachgeschalteten Steuerung 4 die Position und Lage, eines jeden Objekts 60, 61 auf der Ablagefläche 23 eindeutig erkannt hat. Sobald eine eindeutige Lage- und Positionserkennung erfolgt ist kann die Steuerung 4 die entsprechenden Lage- und Positionsdaten eines oder mehrerer Objekte 60, 61 an den Roboter 5 übermitteln. Dieser kann auf Basis der erhaltenen Lage- und Positionsdaten den Greifarm 6 zur Abnahme oder Entnahme einzelner Objekte 60, 61 ansteuern.
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Es ist für das Objektbereitstellungssystem 10 von Vorteil, dass lediglich eine selektive Umorientierung oder Positionsveränderung einzelner Bauteile 60, 61 erfolgen kann. Andere Bauteile, deren Lage und Position bereits unmittelbar nach Ablage auf der Ablageplatte 21 eindeutig bestimmbar ist und bestimmt wurde, bleiben während der Aktivierung von entfernt liegenden Stößeln 24, 26, 28 weitreichend unbeeinträchtigt. Eine robotergesteuerte Entnahme von bereits präzise lokalisierten Objekten kann vollkommen unabhängig und entkoppelt von der stößelbasierten Umpositionierung anderer Objekte erfolgen.
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Typischerweise ist die Ausricht- und/oder Vereinzelungsvorrichtung 2 mit einer Wägezelle 7 gekoppelt, die das Gesamtgewicht des Grundkörpers 20 und insbesondere die Anzahl der hierauf liegenden Bauteile 60, 61 bestimmen kann. Die Wägezelle 7 ist typischerweise ebenfalls mit der Steuerung 4 gekoppelt. Auch kann die Steuerung 4 mit der Zuführeinrichtung 1 gekoppelt sein, sodass sie bei abnehmender Anzahl von Bauteilen 60, 61 auf der Ablagefläche 23 selbsttätig die Zuführeinrichtung 1 aktivieren und ansteuern kann, um weitere Objekte 60, 61 auf der Ablagefläche 23 abzulegen. Auch jener Ablagevorgang auf der Ablagefläche 23 kann vollkommen unabhängig von der Entnahme einzelner Objekte 60, 61 durch den Roboter 5 erfolgen.
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Es erweist sich ferner als vorteilhaft, dass keines der auf der Ablagefläche 23 abgelegten Bauteile 60, 61 einer eventuellen Bauteilrückführung zuzuführen ist. Sämtliche einmal auf der Ablageplatte 21 abgelegten Objekte 60, 61 oder entsprechende Bauteile können hinsichtlich ihrer Lage und Position mittels der Bilderfassungseinrichtung 3 eindeutig bestimmt werden. Sollte die seitens der Steuerung 4 durchgeführte Bildauswertung zu einer mehrdeutigen oder nicht eindeutigen Positions- oder Lageerkennung eines Objekts 60, 61 führen, so ist die Steuerung 4 in der Lage, selektiv einen oder mehrere im Bereich des betreffenden Objekts 60, 61 liegende Stößel 24, 26, 28 zu aktivieren, um insoweit eine Lageveränderung des betreffenden Objekts 60, 61 herbeizuführen.
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Im vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Stößel 24, 26, 28 als eine Art Kolben ausgestaltet. Jeder der Stößel 24, 26, 28 ist, wie in den 5 und 7 angedeutet, mit jeweils einem eigenen Aktor 40 versehen. Dieser kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als pneumatischer Aktor ausgestaltet sein und insoweit ein Pneumatikventil umfassen, mittels welchem ein unter Druck stehendes Medium von unten auf den Stößel 24, 26, 28 einwirken kann. Unabhängig hiervon sind jedoch auch gänzlich andere Ausgestaltungen und Lösungen für die selektive Bewegung einzelner Stößel 24, 26, 28 denkbar, wie zum Beispiel hydraulische, elektrische oder magnetische Antriebe für jeden der einzelnen Stößel 24, 26, 28.
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Die vorliegend gezeigte und auf einem Pneumatikkonzept basierende Lösung sieht einen quaderförmigen Grundkörper 20 mit mehreren parallel zueinander verlaufenden Bohrungen 33, 35, 37 vor. Jede der Bohrungen 33, 35, 37 bildet eine längserstreckte Führung 32, 34, 36 für jeweils einen Stößel 24, 26, 28. In 4 ist aus Gründen einer einfachen Darstellung lediglich einer der Stößel 24 in Explosionsdarstellung gezeigt. Der Stößel 24 weist einen längserstrecktes zylindrischen Schaftabschnitt 29 auf, welcher als ein Mittelteil 29 des Stößels 24 fungiert. An seinem Fußende 27 weist der Stößel 24 einen radial verbreiterten Fuß 30 auf, der mittels zumindest einer Dichtung 31, etwa in Form eines O-Rings fluiddicht in einer entsprechenden Bohrung 33 geführt ist. Der Fuß 30 ist beispielsweise mit dem Schaftabschnitt 29 verschraubt.
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An einer gegenüber dem Schaftabschnitt 29 radial verbreiterten oberen Anlageschulter des Fußes 30 stützt sich ein in Form einer Rückstellfeder ausgestaltetes Rückstellelement 38 ab. Das obere und dem Fuß 30 abgewandte Ende des Rückstellelements 38 stützt sich an einer Führungshülse 39 ab, welche beispielsweise in ein Kopfende 41 der Bohrung 33 eingeschraubt oder anderweitig in der Bohrung 33 befestigt ist. Der lichte Durchmesser der Führungshülse 39 ist auf den Durchmesser des Mittelteils 29 des Stößels 24 angepasst. Das Mittelteil 29 ist gleitend und passgenau in der Führungshülse 39 geführt. Am Kopfende 25 weist der Stößel 24 einen auswechselbaren Kopf 44 auf, welcher infolge Aktivierung des Stößels 24 aus der Ebene der Ablagefläche 23 hervortritt und welcher mit den hierauf liegenden Objekten 60, 61 in Kontakt gelangt.
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Die einzelnen Führungen 32 bzw. die Bohrungen 33 sind nach unten hin offen. An der Unterseite des Grundkörpers 20 ist eine in 4 schematisch gezeigte Bodenplatte 46 anordenbar. Die Bodenplatte 46 ist ebenfalls mit mehreren Öffnungen 48 versehen, die bei bestimmungsgemäßer Montage der Bodenplatte 46 am Grundkörper 20 fluchtend mit den Fußenden der Führungen 32, 34, 36 mithin mit den Fußenden der Bohrungen 33, 35, 37 zu liegen kommen. Die Öffnungen 48 sind jeweils mit Pneumatikventilen bestückbar oder über Schläuche mit entsprechenden Druckleitungen verbindbar, sodass einzeln und selektiv beispielsweise Pressluft von unten in die Bohrungen 33, 35, 37 einführbar ist.
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Durch die gasdichte oder fluiddichte Führung des Fußes 30 innerhalb der Bohrung 33 erfährt der Stößel 24 eine nach oben gerichtete Druckbeaufschlagung. Sobald der von unten in die Bohrung 33 eingeleitete Druck größer ist als die Rückstellkraft des Rückstellelements 38, verlagert sich der Fuß 30 und mit ihm der gesamte Stößel 24 nach oben, sodass das Kopfende 25 des Stößels 24 in einer in 7 gezeigten Art und Weise von der Ablagefläche 23 hervorsteht und somit zu einer Lageveränderung des darüber befindlichen Objekts 60 führt.
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Die Führungshülsen 39 dienen einer sicheren und verkippungsfreien Längsführung der einzelnen Stößel 24, 26, 28. Für ein Entweichen der sich zwischen Fuß 30 und Führungshülse 39 innerhalb der Bohrungen 33, 35, 37 befindlichen Luft, weist jede Bohrung 33, 35, 37 einen seitlichen Entlüftungskanal 42 auf, welcher in den 4 und 6 schematisch gezeigt ist. Der in 6 gezeigte Führungskanal 42 der Bohrung 33 weist eine Längserstreckung auf, die größer ist als die am Kopfende 41 der Bohrung 33 anordenbare Führungshülse 39, welche lediglich zu Illustrationszwecken gestrichelt in 6 wiedergegeben ist.
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Der Entlüftungskanal 42 für eine Reihe von Bohrungen 33, 35, 37 wird herstellungstechnisch durch Ausbildung eines die Bohrungen 33, 35, 37 im Bereich ihres Kopfendes 41 miteinander verbindenden Schlitzes realisiert. Die seitliche Begrenzungswand der Bohrungen 33, 35, 37 ist insoweit um die Längserstreckung des Entlüftungskanals 42 eingeschnitten. Die darüberliegende Ablageplatte 21 weist im Bereich der Öffnungen 22 ebenfalls in Richtung des radial an die Bohrung 33 angrenzenden Entlüftungskanals 42 weisende Aussparung 43 auf. Die Aussparung 43 der Ablageplatte 21 befindet sich oberhalb und fluchtend zum Entlüftungskanal 42 der darunter befindlichen Bohrung 33. Die Geometrie der Aussparung entspricht im Wesentlichen der Querschnittskontur der Bohrung 33.
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Da die Führungshülse 39 den Mittelteil 29 des Stößels 24 eng umschließt und insoweit auch ein Entweichen der Luft aus dem Inneren der Bohrung 33 behindern oder blockieren würde, kann über den Entlüftungskanal 42 quasi ein Bypass für das Entweichen und das Einsaugen von Luft bei der Bewegung der Stößel 24, 26, 28 bereitgestellt werden.
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Die Ablageplatte 21 ist typischerweise lösbar an der Oberseite des Grundkörpers 20 angeordnet. Je nach Beschaffenheit der zu vereinzelnden oder der hinsichtlich ihrer Position oder Ausrichtung zu verändernden Objekte 60, 61 unterliegen die Ablageplatte 21 wie auch die Köpfe 44 der Stößel 24, 26, 28 einem gewissen Verschleiß. Durch die lösbare Anordnung der Köpfe 44 als auch der Ablageplatte 21 an den Stößeln 24, 26, 28 bzw. am Grundkörper 20 können die betreffenden Verschleißteile bei Bedarf ausgetauscht werden.
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In der Darstellung gemäß der 1 bis 3 sind insgesamt vier der in 4 gezeigten Grundkörper 20 mit daran vorgesehenen Ablageplatten 21 und hierin verschiebbar gelagerten Stößeln 24, 26, 28 vorgesehen. Die einzelnen Grundkörper, welche in 3 als 20.1, 20.2, 20.3 und 20.4 bezeichnet sind, bilden hierbei mit den darüber befindlichen Ablageplatten 21 eine vergrößerte gemeinsame Ablagefläche 123. Die einzelnen Grundkörper 20 und ihre als Führungen 32, 34, 36 ausgestalteten Bohrungen 33, 35, 37 sind jeweils einzeln über Pneumatikschläuche, welche der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind, über eine schaltbare Ventilinsel 70 mit einer ebenfalls nicht dargestellten Druckluftquelle koppelbar. Die Ventilinsel 70 ist über die Steuerung 4 ansteuerbar, um bedarfsgerecht einzelne Stößel 24, 26, 28 aus ihrer Grundstellung G heraus in die Aktionsstellung A zu überführen. Ein Außenrand der von den Grundkörpern 20 gebildeten Ablagefläche 23 ist mit einem Rand 50 oder einer Umrandung versehen, die trichterförmig ausgestaltet sein kann. Mittels des hochgestellten Randes 50 wird vermieden, dass einzelne Objekte 60, 61 infolge der Aktivierung einzelner Stößel 24, 26, 28 von der Ablagefläche 23 herabfallen. In den 1 und 2 ist ferner ein Gestell 62 gezeigt, an dessen oberen Ende die Grundkörper 20 mit den daran angeordneten Komponenten befestigt sind. Die Ventilinsel 70 kann ebenfalls am Gestell 62 angeordnet sein.
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In 9 sind einzelne Verfahrensschritte zur Durchführung des Vereinzelungsverfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt 100 werden typischerweise mehrere Objekte 60, 61 auf der Ablagefläche 23 abgelegt. Dies kann beispielsweise durch zeitweise Aktivierung der Zuführeinrichtung 1 erfolgen. Im nachfolgenden Schritt 102 wird zumindest ein Bild der Ablagefläche 23 mittels der Bilderfassungseinrichtung 3 aufgenommen. Aufbauend auf dem aufgenommenen Bild erfolgt im nachfolgenden Schritt 104 eine Bildauswertung zur Lage- und Positionsbestimmung der Objekte 60, 61. Im darauffolgenden Schritt 106 wird die Lage- und Positionsbestimmung evaluiert. Wird im Schritt 106 seitens der typischerweise computerimplementierten Steuerung 4 festgestellt, dass ein bestimmtes Objekt 60 eine nicht eindeutig bestimmbare Lage oder Position aufweist oder dass ein Objekt einen einzuhaltenden Mindestabstand zu einem benachbarten Objekt 61 oder zum Rand 50 nicht einhält, wird im nachfolgenden Schritt 108 ein im Bereich des betreffenden Objekts 60 liegender Stößel 24 aktiviert.
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Danach springt das Verfahren zum Schritt 102 zurück. Das infolge der Stößelaktivierung hinsichtlich seiner Lage und Position veränderte Objekt 60 wird erneut aufgenommen und im nachfolgenden Schritt 104 einer Lage- und Positionsbestimmung auf der Basis eines aufgenommenen Bildes unterzogen. Die Schleife der Schritte 102, 104, 106, 108 wird solange durchgeführt, bis im Schritt 106 festgestellt wird, dass die Lage und Position des betreffenden Objekts 60 eindeutig ist. Erst dann fährt das Verfahren mit einem Schritt 110 fort, in welchem die visuell gewonnenen Positions- und Lagedaten des betreffenden Objekts an einen Roboter 5 weitergeleitet werden.
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Hierzu weist die Steuerung 4 eine Datenschnittstelle 8 auf, über welche die auf Basis der Bilderfassungseinrichtung 3 gewonnenen Positions- und Lagedaten des zumindest einen Objekts an den Roboter 5 weitergegeben werden. Der Roboter 5 kann mit seiner nicht explizit gezeigten Robotersteuerung auf Basis der übermittelten Positions- und Lagedaten des betreffenden Objekts 60 das Objekt sicher ergreifen und von der Ablagefläche 23 entnehmen.
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Das hier beschriebene Objektbereitstellungssystem 10 basiert auf modulartig ausgestalteten Grundkörpern 20 und hieran angeordneten Ablageplatten 21 sowie im Grundkörper 20 verschiebbar gelagerten Stößeln 24, 26, 28. Entsprechend der Größe der zu vereinzelnden Objekte 60, 61 und den weiteren Systemanforderungen etwa hinsichtlich Vereinzelungsgeschwindigkeit, kann das Objektbereitstellungssystem modular erweitert werden. So können beispielsweise, wie in den 1 bis 3 gezeigt, mehrere Grundkörper 20 mit ihren Stößeln 24, 26, 28 zur Bildung einer vergleichsweise großen Ablagefläche 123 erweitert werden. Die Dimensionierung und die geometrische Anordnung einzelner Stößel 24, 26, 28 und die zu ihrer Führung vorgesehenen Bohrungen 33, 35, 37 können bedarfsgerecht an unterschiedlich große Objekte 60, 61 angepasst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zuführeinrichtung
- 2
- Ausricht- und/oder Vereinzelungsvorrichtung
- 3
- Bilderfassungseinrichtung
- 4
- Steuerung
- 5
- Roboter
- 6
- Greifarm
- 7
- Wägezelle
- 8
- Datenschnittstelle
- 10
- Objektbereitstellungssystem
- 20
- Grundkörper
- 21
- Ablageplatte
- 22
- Öffnung
- 23
- Ablagefläche
- 24
- Stößel
- 25
- Kopfende
- 26
- Stößel
- 27
- Fußende
- 28
- Stößel
- 29
- Mittelteil
- 30
- Fuß
- 31
- Dichtung
- 32
- Führung
- 33
- Bohrung
- 34
- Führung
- 35
- Bohrung
- 36
- Führung
- 37
- Bohrung
- 38
- Rückstellelement
- 39
- Führungshülse
- 40
- Aktor
- 41
- Kopfende
- 42
- Entlüftungskanal
- 43
- Aussparung
- 44
- Kopf
- 46
- Bodenplatte
- 48
- Öffnung
- 50
- Rand
- 60
- Objekt
- 61
- Objekt
- 62
- Gestell
- 70
- Ventilinsel
- 123
- Ablagefläche
