DE102016200386B4 - Method for controlling a manipulator system - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Steuern eines Manipulatorsystems (100), welches zumindest einen Manipulator (110) umfasst, der einen Endeffektor (120) führt, welcher zum Setzen von Bauteilen (150), insbesondere zum Setzen von Stopfen, eingerichtet ist, und wobei das Manipulatorsystem (100) weiterhin zumindest eine Lichtquelle (131) und eine Digitalkamera (135a, 135b) umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:Projizieren zumindest einer Lichtlinie (132) mittels der Lichtquelle (131) auf ein gesetztes Bauteil (150), wobei die zumindest eine Lichtlinie (132) das gesetzte Bauteil (150) schneidet;Aufnehmen eines Bildes (435a-c, 535a-e) mittels der Digitalkamera (135a, 135b), welches die projizierte Lichtlinie (432, 532) zeigt, undBestimmen der Setzqualität des gesetzten Bauteils (150) mittels des Bildes (435a-c, 535a-e), undDefinieren eines ersten Bereichs (436a-c, 536) des Bildes (435a-c, 535a-e), welcher das gesetzte Bauteil (451a-c, 551) zeigen soll, und eines zweiten Bereichs (438a-c, 538) des Bildes (435a-c, 535a-e), der kein gesetztes Bauteil zeigen soll;Definieren von Bildzeilen, welche parallel zu der projizierten Lichtlinie (432, 532) verlaufen, undBerechnen des Grauwertdurchschnitts, wobei der Grauwertdurchschnitt jeweils für den ersten und den zweiten Bereich (536, 538) separat für jede Bildzeile berechnet wird, um die Setzqualität beim Setzen des Bauteils zu überwachen.Method for controlling a manipulator system (100) which comprises at least one manipulator (110) which carries an end effector (120) which is set up for setting components (150), in particular for setting plugs, and wherein the manipulator system (100 ) further comprising at least one light source (131) and a digital camera (135a, 135b), the method comprising the steps of: projecting at least one line of light (132) by means of the light source (131) onto a set component (150) a light line (132) intersects the set component (150); capturing an image (435a-c, 535a-e) by means of the digital camera (135a, 135b) showing the projected light line (432, 532) and determining the set quality of the set one Component (150) by means of the image (435a-c, 535a-e), and defining a first region (436a-c, 536) of the image (435a-c, 535a-e) which exposes the set component (451a-c, 551 ) and a second area (438a-c , 538) of the image (435a-c, 535a-e) which is not intended to show a set component; defining image lines which are parallel to the projected light line (432, 532) and calculating the gray value average, the gray value average for each of the first and calculating the second range (536, 538) separately for each image line to monitor the set quality in setting the component.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Manipulatorsystems, welches zum Setzen von Bauteilen und insbesondere zum Setzen von Stopfen eingerichtet ist, sowie ein Manipulatorsystem zum Setzen von Bauteilen.The invention relates to a method for controlling a manipulator system, which is set up for setting components and in particular for setting plugs, as well as a manipulator system for setting components.
In vielen Montageprozessen, beispielsweise im Automobilbau, ist es wünschenswert Bauteile, wie beispielsweise Nieten, Schrauben, Bolzen, Dichtungen, Stopfen und/oder dergleichen, automatisch mittels Manipulatoren zu setzen. Die Bauteile müssen, um bspw. an ein Werkstück angebracht zu werden, typischerweise in eine dafür vorgesehene Öffnung eingeführt und in diese gesetzt und fixiert werden. Das Setzen eines Bauteils erfordert eine exakte Positionierung des Setzwerkzeugs relativ zu der Öffnung, in welche das Bauteil gesetzt werden soll.In many assembly processes, for example in the automotive industry, it is desirable to automatically set components, such as rivets, screws, bolts, seals, plugs and / or the like, by means of manipulators. In order to be attached to a workpiece, for example, the components must typically be introduced into an opening provided for this purpose and set and fixed in the latter. The placement of a component requires an exact positioning of the setting tool relative to the opening into which the component is to be placed.
Zum Setzen von Bauteilen in automatisierten Montageprozessen kommen Manipulatoren zum Einsatz, welche einen Endeffektor führen. Manipulatoren sind Geräte, welche die physikalische Interaktion mit der Umgebung ermöglichen. Derartige Manipulatoren sind beispielsweise Industrieroboter, welche über zumindest drei freiprogrammierbare Bewegungsachsen verfügen. Solche Industrieroboter sind mobil oder ortsfest angeordnet. Der Endeffektor ist das letzte Glied der kinematischen Kette und beispielsweise ein Werkzeug. Ein derartiges Werkzeug kann beispielsweise zum Setzen eines Bauteils eingerichtet sein.To set components in automated assembly processes manipulators are used, which lead an end effector. Manipulators are devices that enable physical interaction with the environment. Such manipulators are, for example, industrial robots which have at least three freely programmable axes of movement. Such industrial robots are arranged mobile or stationary. The end effector is the last link in the kinematic chain and, for example, a tool. Such a tool can be set up, for example, for setting a component.
Zur Einhaltung der notwendigen hohen Positionsgenauigkeit beim Setzen eines Bauteils, benötigen bekannte Industrieroboter und/oder Endeffektoren zusätzliche Sensorik, mittels derer die Feinpositionierung des Industrieroboters und/oder Endeffektors ausgeführt werden kann. Die zusätzliche Sensorik ist erforderlich, da typische Industrieroboter über eine lange kinematische Kette von zumindest drei kinematischen Gliedern (Bewegungsachsen) verfügen, die jeweils eine unvermeidbare Positionstoleranz aufweisen. Die Positionstoleranzen der einzelnen kinematischen Glieder summieren sich, sodass die Positionsgenauigkeit am Endeffektor letztlich ungenügend sein kann.To comply with the necessary high position accuracy when setting a component, known industrial robots and / or end effectors require additional sensors, by means of which the fine positioning of the industrial robot and / or end effector can be performed. The additional sensors are required because typical industrial robots have a long kinematic chain of at least three kinematic links (axes of motion), each having an unavoidable positional tolerance. The positional tolerances of the individual kinematic members add up, so that the positional accuracy at the end effector may ultimately be insufficient.
Weiterhin ist in den Montageprozessen, beispielsweise im Automobilbau, die Ausrichtung eines Werkstücks (z.B. eine Automobilkarosserie), in welches die Bauteile, wie beispielsweise Nieten, Schrauben, Bolzen, Dichtungen, Stopfen und/oder dergleichen, automatisch mittels Manipulatoren gesetzt werden sollen, oft ungenau. Zum korrekten Setzen dieser Bauteile in das Werkstück muss die Position und/oder Lage des Werkstücks relativ zum Manipulator und insbesondre relativ zum Endeffektor des Manipulators bekannt sein.Furthermore, in the assembly processes, for example in the automotive industry, the alignment of a workpiece (eg an automobile body), in which the components, such as rivets, screws, bolts, gaskets, plugs and / or the like to be set automatically by means of manipulators, often inaccurate , For correct placement of these components in the workpiece, the position and / or position of the workpiece relative to the manipulator and in particular relative to the end effector of the manipulator must be known.
Deswegen wird derzeit zusätzliche Sensorik verwendet, wie beispielsweise Tastsensorik, die am Endeffektor bereitgestellt wird. Alternativ können Industrieroboter eingesetzt werden, die über interne Kraftsensorik verfügen, wie beispielsweise der LBR-iiwa der KUKA AG. Jedoch erfordert die Verwendung von Tast- und/oder Kraftsensorik das Anfahren und Betasten von Öffnungen und/oder von Referenzstrukturen, an denen das Bauteil gesetzt werden soll. Das Anfahren erfordert relativ viel Zeit, wodurch lange Taktzeiten entstehen.Therefore, additional sensors are currently used, such as tactile sensors, which is provided at the end effector. Alternatively, industrial robots can be used, which have internal force sensors, such as the LBR-iiwa KUKA AG. However, the use of tactile and / or force sensors requires the approaching and touching of openings and / or reference structures on which the component is to be placed. The start-up requires a relatively long time, resulting in long cycle times.
Überdies erfordern automatisierte Montagelinien oftmals eine Überwachung der Setzqualität des gesetzten Bauteils. Die Setzqualität wird dabei typischerweise über die Lage und Position eines gesetzten Bauteils relativ zum Werkstück bestimmt. Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, welche eine Oberfläche eines Werkstücks, auf das ein Bauteil gesetzt wurde, mittels einer Punktewolke scannen oder eine Linie zum Scannen über die Oberfläche führen. Derartige Verfahren sind grundsätzlich zur Qualitätskontrolle beim Setzen von Bauteilen geeignet, bedürfen jedoch einer hohen Rechenintensität, was zu langen Taktzeiten führt Überdies erfordert bereits das Scannen der Oberfläche lange Taktzeiten. Dies ist insbesondere in automatisierte Montagelinien unerwünscht. Zudem muss neben der Sensorik, welche zum Positionieren des Endeffektors notwendig ist weitere Sensorik bereitgestellt werden, wodurch ein hoher Platzbedarf für die zusätzliche Sensorik entsteht.Moreover, automated assembly lines often require monitoring of the set quality of the set component. The setting quality is typically determined by the position and position of a set component relative to the workpiece. Methods are known in the prior art which scan a surface of a workpiece on which a component has been placed by means of a point cloud or guide a line for scanning over the surface. Such methods are basically suitable for quality control in the placement of components, but require a high computational intensity, resulting in long cycle times Moreover, already scanning the surface requires long cycle times. This is particularly undesirable in automated assembly lines. In addition, in addition to the sensors, which is necessary for positioning the end effector additional sensors must be provided, creating a lot of space for the additional sensors.
Alternative Konzepte nutzen die Tast- bzw. Kraftsensorik, die zur Positionierung verwendet wird, um aus den Kraftkurven beim Setzen des Bauteils auf die Setzqualität zu schließen. Diese Verfahren sind jedoch fehleranfällig und neigen zu Fehlbewertungen der Setzqualität.Alternative concepts use the tactile or force sensors, which is used for positioning, to close from the force curves when setting the component on the setting quality. However, these methods are susceptible to errors and tend to misjudge the setting quality.
Eine beispielhafte Anwendung für das Setzen von Bauteilen ist das Setzen von Stopfen. Stopfen werden beispielsweise in KFZ-Karosserien gesetzt, um Öffnungen abzudichten, welche aufgrund vorheriger Montageschritte notwendig sind. Beispielsweise kann durch derartige Öffnungen ein Schweißpunkt in der Karosserie gesetzt werden. Die Stopfen zum Abdichten derartiger Öffnungen sind typischerweise aus Kunststoff gefertigt. Um eine korrekte Abdichtung zu erzielen muss ein Stopfen mit hoher Setzqualität gesetzt sein, d.h. eine gewünschte Lage und Position des Stopfens relativ zur Karosserie muss erreicht werden. Zudem muss sichergestellt sein, dass überhaupt ein Stopfen gesetzt und der Stopfen beim Setzen nicht beschädigt wurde. Dies gilt analog auch für andere zu setzenden Bauteile, wie oben beschrieben.An exemplary application for the placement of components is the placement of plugs. Plugs are placed, for example, in automotive bodies to seal openings that are necessary due to previous assembly steps. For example, such openings can be used to set a spot weld in the body. The plugs for sealing such openings are typically made of plastic. In order to achieve a correct seal, a plug with high setting quality must be set, i. a desired position and position of the plug relative to the body must be achieved. In addition, it must be ensured that a stopper was set at all and the stopper was not damaged when setting. This also applies analogously to other components to be set, as described above.
Aus der Druckschrift
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die vorher beschriebenen Nachteile zumindest teilweise auszuräumen und ein entsprechendes Verfahren zum Steuern eines Manipulatorsystems sowie ein entsprechendes Manipulatorsystem bereitzustellen.The object of the present invention is to at least partially overcome the disadvantages described above and to provide a corresponding method for controlling a manipulator system and a corresponding manipulator system.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Manipulatorsystem gemäß Anspruch 12 gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Steuern eines Manipulatorsystems gelöst, welches Manipulatorsystem zumindest einen Manipulator umfasst, der einen Endeffektor führt, welcher zum Setzen von Bauteilen, insbesondere zum Setzen von Stopfen, eingerichtet ist, und wobei das Manipulatorsystem weiterhin zumindest eine Lichtquelle und eine Digitalkamera umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- • Projizieren zumindest einer Lichtlinie mittels der Lichtquelle auf ein gesetztes Bauteil, wobei die zumindest eine Lichtlinie das gesetzte Bauteil schneidet;
- • Aufnehmen eines Bildes mittels der Digitalkamera, welches die projizierte Lichtlinie zeigt, und
- • Bestimmen der Setzqualität des gesetzten Bauteils mittels des Bildes, und
- • Definieren eines ersten Bereichs des Bildes, welcher das gesetzte Bauteil zeigen soll, und eines zweiten Bereichs des Bildes, der kein gesetztes Bauteil zeigen soll;
- • Definieren von Bildzeilen, welche parallel zu der projizierten verlaufen, und
- • Berechnen des Grauwertdurchschnitts, wobei der Grauwertdurchschnitt jeweils für den ersten und den zweiten Bereich (
536 ,538 ) separat für jede Bildzeile berechnet wird, um die Setzqualität beim Setzen des Bauteils zu überwachen.
- Projecting at least one light line by means of the light source onto a set component, wherein the at least one light line intersects the set component;
- • Taking a picture using the digital camera showing the projected line of light, and
- • Determining the setting quality of the set component by means of the image, and
- Defining a first area of the image which is to show the set component and a second area of the image which should not show a set component;
- • Defining image lines that run parallel to the projected image, and
- Calculating the gray scale average, the gray scale average for each of the first and second regions (
536 .538 ) is calculated separately for each image line to monitor the setting quality when setting the component.
Die Lichtquelle ist beispielsweise eine Laserlichtquelle, welche zumindest eine Laserlichtlinie erzeugt. Alternativ kann die Lichtquelle die Lichtlinie beispielsweise durch geeignete Linsen, Blenden, Raster und/oder dergleichen erzeugen.The light source is, for example, a laser light source which generates at least one laser light line. Alternatively, the light source may generate the line of light, for example, by suitable lenses, apertures, screens, and / or the like.
Die Digitalkamera ist vorzugsweise eine Digitalkamera, die zweidimensionale Bilder, vorzugsweise in Form von Rastergrafiken aufnimmt. Derartige Digitalkameras sind kostengünstig zu beschaffen und können sehr geringe Abmessungen aufweisen, wodurch die Digitalkamera am Endeffektor angebracht werden kann, vorzugsweise ohne den Arbeitsbereich des Endeffektors einzuschränken. Die Digitalkamera nimmt gemäß dem Verfahren ein Bild auf, welches die projizierte Lichtlinie zeigt. Neben der Lichtlinie wird dabei auch ein Teil der Umgebung (d.h. ein Teil des Werkstücks, in welches das Bauteil gesetzt wurde) aufgenommen. Da die projizierte Lichtlinie derart gerichtet ist, dass sie das gesetzte Bauteil schneidet, wird typischerweise auch das gesetzte Bauteil aufgenommen.The digital camera is preferably a digital camera that captures two-dimensional images, preferably in the form of raster graphics. Such digital cameras are inexpensive to procure and may have very small dimensions, allowing the digital camera to be attached to the end effector, preferably without restricting the working area of the end effector. The digital camera takes an image according to the method showing the projected light line. Besides the light line, a part of the environment (i.e., a part of the workpiece into which the component has been set) is also picked up. Since the projected light line is directed to intersect the set component, typically also the set component is picked up.
Das Bauteil kann ferner in der von der Digitalkamera aufgenommenen Bildebene einen Bauteilrand aufweisen. Ist das Bauteil beispielsweise eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Niete oder ein Stopfen, so kann der Bauteilrand in der aufgenommenen Bildebene als Kreis oder Ellipse dargestellt sein. Der Bauteilrand kann ebenso beliebige umlaufende Formen, wie etwa Polygone und/oder dergleichen umfassen. Ebenso kann ein auf dem Bauteil ausgeprägter Vorsprung und/oder Rücksprung oder ein Aufdruck einen geeigneten Bauteilrand definieren. Um das Bauteil mittels der zumindest einen Lichtlinie zu schneiden, wird die zumindest eine Lichtlinie bevorzugt derart auf das Bauteil projiziert, dass die zumindest eine Lichtlinie mit dem Bauteilrand des Bauteils in der aufgenommenen Bildebene zumindest zwei Schnittpunkte ausbildet, d.h. vorzugsweise schneidet die projizierte Lichtlinie das gesetzte Bauteil derart, dass zumindest zwei Schnittpunkte bestimmt werden können.The component can furthermore have a component edge in the image plane recorded by the digital camera. If, for example, the component is a substantially rotationally symmetrical rivet or a plug, the component edge in the recorded image plane can be represented as a circle or ellipse. The component edge may also include any circumferential shapes, such as polygons and / or the like. Likewise, a pronounced on the component projection and / or recess or imprint define a suitable component edge. In order to cut the component by means of the at least one light line, the at least one light line is preferably projected onto the component in such a way that the at least one light line forms at least two points of intersection with the component edge of the component in the recorded image plane, i. Preferably, the projected light line intersects the set component such that at least two intersection points can be determined.
Die Setzqualität des gesetzten Bauteils kann mittels des Bildes bestimmt werden. Dazu wird die Abbildung der projizierten Lichtlinie in dem Bild ausgewertet und vorzugsweise mit Qualitätskriterien, welche die Setzqualität des Bauteils beschreiben, verglichen. Somit kann mit nur einem auszuwertenden Bild eine Qualitätsbestimmung durchgeführt werden. Insbesondere ermöglicht das Verfahren die Bestimmung der Setzqualität, ohne dass die Lichtlinie über das gesetzte Bauteil bewegt werden muss, wie nachfolgend im Detail beschrieben. Dies ermöglicht reduzierte Taktzeiten bei der Qualitätskontrolle. Die optische Auswertung der Setzqualität ist gegenüber taktilen Systemen schneller und weniger störanfällig. Verglichen mit herkömmlichen Tastsystemen, wie oben beschrieben, bietet das Verfahren gemäß Anspruch 1 eine genauere Bestimmung der Setzqualität.The setting quality of the set component can be determined by means of the image. For this purpose, the image of the projected light line in the image is evaluated and preferably compared with quality criteria which describe the setting quality of the component. Thus, with only one image to be evaluated, a quality determination can be performed. In particular, the method makes it possible to determine the setting quality without having to move the light line over the set component, as described in detail below. This allows reduced cycle times in quality control. The visual evaluation of the setting quality is faster and less susceptible to interference than tactile systems. Compared with conventional touch systems, as described above, the method according to
Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte:
- • Definieren eines ersten Bereichs des Bildes, welcher das gezeigte Bauteil zeigen soll und eines zweiten Bereichs des Bildes, der kein gesetztes Bauteil zeigen soll, wobei die Digitalkamera derart angeordnet ist, dass die projizierte Lichtlinie im ersten Bereich zu dem zweiten Bereich um einen Versatz versetzt erscheint, und
- • Bestimmen des Betrags des Versatzes, um die Setzqualität des gesetzten Bauteils zu überwachen.
- Defining a first region of the image which is to show the component shown and a second region of the image which is not intended to show a set component, wherein the digital camera is arranged such that the projected image Light line in the first region appears offset from the second region by an offset, and
- • Determining the amount of offset to monitor the set quality of the set component.
Der erste und der zweite Bereich sind dabei vorzugsweise so gewählt, dass sie keinen Randbereich des gesetzten Bauteils zeigen. Beispielsweise kann dies sichergestellt werden, indem ein Teil des Bildes, in welchem der Randbereich des Bauteils sicher gezeigt ist, bei der Auswertung des Bildes nicht berücksichtigt, d. h. ausmaskiert wird. Somit ist sichergestellt, dass der erste Bereich ein Bereich ist, indem vorzugsweise nur das gesetzte Bauteil gezeigt ist, und der zweite Bereich ein Bereich ist, indem kein gesetztes Bauteil gezeigt ist.The first and the second region are preferably chosen so that they show no edge region of the set component. For example, this can be ensured by not taking into account a part of the image in which the edge region of the component is securely shown in the evaluation of the image, d. H. is masked out. Thus, it is ensured that the first area is an area, in which preferably only the set part is shown, and the second area is an area where no set part is shown.
Wird die Digitalkamera derart angeordnet, dass die projizierte Lichtlinie vom ersten zum zweiten Bereich versetzt im Bild erscheint, so kann der Betrag des Versatzes genutzt werden, um die Setzqualität des Bauteils zu bestimmen. Dieser Versatz tritt dann auf, wenn das gesetzte Bauteil und das Werkstück, in welches das Bauteil gesetzt wurde, unterschiedliche Höhen aufweisen und die Digitalkamera zu der Projektionsrichtung der Lichtquelle um einen Winkel versetzt angeordnet ist.If the digital camera is arranged such that the projected light line appears offset from the first to the second area in the image, then the amount of the offset can be used to determine the placement quality of the component. This offset occurs when the set component and the workpiece, in which the component was set, have different heights and the digital camera is offset by an angle to the projection direction of the light source.
Der Versatz zwischen der projizierten Linie im ersten Bereich und der projizierten Linie im zweiten Bereich ist dabei ein Maß für den Höhenunterschied zwischen dem gesetzten Bauteil und dem Werkstück bzw. der Oberfläche, in die das Bauteil gesetzt wurde. Beispielsweise kann zur Bestimmung der Setzqualität ein Versatz bestimmt werden, der einem gewünschten Höhenunterschied zwischen Bauteil und Werkstück entspricht. Dieser Höhenunterschied kann größer null (d.h. das Bauteil springt vor), kleiner null (d.h. das Bauteil springt zurück), oder gleich null sein (d.h. Bauteil und Werkstück sind plan). Wird ein anderer Versatz wie der gewünschte Versatz bestimmt, so entspricht ein höherer Versatz einem zu weit hervorspringendem Bauteil. Wird ein niedrigerer Versatz bestimmt, so springt das Bauteil zu weit zurück (bzw. nicht weitgenug hervor). Ein zu niedriger Versatz kann auch darauf hindeuten, dass gar kein Bauteil gesetzt wurde und die Lichtlinie z.B. auf den Boden einer Öffnung, in welche das Bauteil gesetzt werden sollte, projiziert wurde. Der Versatz kann somit als ein erstes Qualitätskriterium bestimmt werden und ermöglicht Aussagen über das Vorhandensein von Bauteilen und über deren Setzhöhe und damit Setzqualität.The offset between the projected line in the first area and the projected line in the second area is a measure of the height difference between the set component and the workpiece or the surface in which the component was placed. For example, to determine the setting quality, an offset can be determined which corresponds to a desired height difference between the component and the workpiece. This difference in height can be greater than zero (i.e., the component will jump), less than zero (i.e., the component will rebound), or equal to zero (i.e., the component and workpiece are planar). If a different offset is determined, such as the desired offset, then a higher offset corresponds to an overhanging component. If a lower offset is determined, the component jumps back too far (or not far enough). Too low an offset may also indicate that no component has been set at all and the light line is e.g. projected onto the bottom of an opening into which the component was to be placed. The offset can thus be determined as a first quality criterion and allows statements about the presence of components and their set height and thus setting quality.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte:
- • Definieren eines ersten Bereichs des Bildes, welcher das gesetzte Bauteil zeigen soll und eines zweiten Bereichs des Bildes, der kein gesetztes Bauteil zeigen soll;
- • Definieren von Bildzeilen, welche parallel zu der projizierten Lichtlinie verlaufen, und
- • Berechnen des Grauwertdurchschnitts, wobei der Grauwertdurchschnitt jeweils für den ersten und den zweiten Bereich separat für jede Bildzeile berechnet wird, um die Setzqualität beim Setzen des Bauteils zu überwachen.
- • defining a first area of the image which is to show the set component and a second area of the image which should not show a set component;
- • Defining image lines that are parallel to the projected light line, and
- Calculating the gray scale average, wherein the gray scale average for each of the first and the second area is calculated separately for each image line in order to monitor the setting quality when setting the component.
Der erste und zweite Bereich des Bildes, welche definiert werden, werden vorzugsweise analog zu dem ersten und dem zweiten Bereich des Bildes für die Bestimmung des Versatzes definiert. Somit zeigt der erste Bereich des Bildes vorzugsweise nur das gesetzte Bauteil und der zweite Bereich des Bildes nur einen Bereich in dem kein gesetztes Bauteil vorliegt.The first and second regions of the image that are defined are preferably defined analogously to the first and second regions of the image for determining the offset. Thus, the first area of the image preferably shows only the set component and the second area of the image only an area in which no set component is present.
Das Bild zeigt insbesondere zumindest eine projizierte Lichtlinie, welche durch das Bild verläuft. Parallel zu der projizierten Lichtlinie werden Bildzeilen bestimmt, welche eine definierte Zeilenhöhe aufweisen. Die Zeilenhöhe kann beispielsweise durch eine Pixelzahl vorgegeben sein. Vorzugsweise ist eine Zeile zumindest ein Pixel, bevorzugt zumindest drei Pixel und am bevorzugtesten zumindest 5-Pixel hoch.In particular, the image shows at least one projected light line passing through the image. Parallel to the projected light line, image lines are determined which have a defined line height. The line height can be predetermined, for example, by a number of pixels. Preferably, one row is at least one pixel, preferably at least three pixels, and most preferably at least five pixels high.
Der Grauwertdurchschnitt wird anschließend für jede Zeile und für jeden Bereich separat bestimmt. Dies ermöglicht eine genaue Auswertung des Bildes auch beim Auftreten von Pixelfehlern, Reflektionen und/oder ähnlichem sowie unter Einfluss von Streulicht. Der Grauwert einer jeden Bildzeile im ersten bzw. zweiten Bereich gibt an, wo sich Helligkeitsmaxima befinden. Jedes Helligkeitsmaximum entspricht einer projizierten Lichtlinie. Aus der Lage der Helligkeitsmaxima kann anschließend der Versatz der Lichtlinien im ersten und im zweiten Bereich bestimmt werden.The gray value average is then determined separately for each line and for each area. This allows an accurate evaluation of the image even with the appearance of pixel errors, reflections and / or the like and under the influence of stray light. The gray value of each image line in the first or second area indicates where brightness maxima are located. Each brightness maximum corresponds to a projected light line. The offset of the light lines in the first and in the second range can then be determined from the position of the brightness maxima.
Neben der verbesserten Versatzbestimmung ermöglicht die Bildung des Grauwertdurchschnitts auch die Bestimmung, ob ein gesetztes Bauteil schräg und/oder verformt gesetzt wurde. Dazu werden die Bildzeilen vorzugsweise so bestimmt, dass sie parallel zu der projizierten Lichtlinie im zweiten Bereich verlaufen. Wird das Bauteil schräg oder verformt gesetzt, so verläuft die projizierte Lichtlinie im ersten Bereich nicht parallel zu der projizierten Lichtlinie im zweiten Bereich.In addition to the improved offset determination, the formation of the gray value average also enables the determination of whether a set component was set obliquely and / or deformed. For this purpose, the image lines are preferably determined such that they run parallel to the projected light line in the second region. If the component is set obliquely or deformed, then the projected light line in the first region is not parallel to the projected light line in the second region.
Wird der Grauwertdurchschnitt zeilenweise für den ersten Bereich gebildet, so schneidet die projizierte Lichtlinie im ersten Bereich zumindest eine Bildzeile. Folglich kommt es zur Ausbildung breiter, unscharfer Helligkeitsmaxima bei der Auswertung des Grauwertdurchschnitts. Treten derartige unscharfe Helligkeitsmaxima auf, so kann davon ausgegangen werden, dass das Bauteil schräg oder verformt gesetzt wurde. Somit kann ein zweites Qualitätskriterium definiert werden, welches für die Winkellage und die Verformung des gesetzten Bauteils charakteristisch ist.If the gray scale average is formed line by line for the first area, then the projected light line intersects at least one image line in the first area. Consequently, it comes to training broad, blurred brightness maxima in the evaluation of the gray value average. If such blurred brightness maxima occur, then it can be assumed that the component was set obliquely or deformed. Thus, a second quality criterion can be defined, which is characteristic of the angular position and the deformation of the set component.
Vorzugsweise ist das Bild ein zweidimensionales Bild, welches vor dem Bestimmen der Setzqualität perspektivisch entzerrt wird, wobei das perspektivische Entzerren vorzugsweise mittels der Pose der Digitalkamera berechnet wird. Unter Pose sind Ort (Position) und Orientierung der Digitalkamera im Raum zu verstehen.Preferably, the image is a two-dimensional image, which is perspective-corrected before determining the set quality, wherein the perspective equalization is preferably calculated by means of the pose of the digital camera. Pose is the location (position) and orientation of the digital camera in the room.
Ein perspektivisch entzerrtes Bild vereinfacht die spätere Qualitätskontrolle beim Setzen des Bauteils, da von einheitlichem, entzerrtem Bildmaterial ausgegangen werden kann und keine perspektivischen Verzerrungseffekte berücksichtigt werden müssen. Ist die Pose der Digitalkamera bekannt (z.B. über die Stellung der Bewegungsachsen des Manipulators), so ist das perspektivische Entzerren eine einfache Rechenoperation, die von Computern oder Prozessoren, wie sie in dezentralen Recheneinheiten verwendet werden, durchgeführt werden kann.A perspective equalized image simplifies the subsequent quality control when setting the component, as it can be assumed that uniform, rectified image material and no perspective distortion effects must be considered. If the pose of the digital camera is known (e.g., via the position of the axes of motion of the manipulator), perspective equalization is a simple arithmetic operation that can be performed by computers or processors as used in remote computing units.
Vorzugsweise ist das Bild ein zweidimensionales Bild, wobei das Bild vor dem Bestimmen der Setzqualität so gedreht wird, dass die projizierte Lichtlinie im Wesentlichen parallel zu einer Hauptrichtung des zweidimensionalen Bildes verläuft, wobei die Drehung vorzugsweise durch eine bereichsweise Verschiebung des Bildes erfolgt.Preferably, the image is a two-dimensional image, wherein the image is rotated prior to determining the set quality such that the projected light line is substantially parallel to a main direction of the two-dimensional image, wherein the rotation is preferably by a partial displacement of the image.
Derartige zweidimensionale Bilder sind typischerweise Rastergrafiken. Rastergrafiken zeichnen sich durch eine Matrix-Anordnung von Pixeln aus, welche Zeilen und Spalten aufweist. Zeilen und Spalten werden als Hauptrichtungen bezeichnet. Wird das Bild so gedreht, dass die projizierte Lichtlinie im Wesentlichen parallel zu einer Hauptrichtung, d. h. zu einer Spalte oder einer Zeile verläuft, so kann beispielsweise die vorangehend beschriebene Bestimmung des Grauwertdurchschnitts entlang einer Pixelzeile des zweidimensionalen Bildes durchgeführt werden. Analog kann die Bestimmung des Grauwertdurchschnitts entlang einer Pixelspalte ausgeführt werden. Die Bestimmung des Grauwertdurchschnitts entlang einer Hauptrichtung des Bildes kann schnell durchgeführt werden und benötigt nur geringe Rechenkapazität. Such two-dimensional images are typically raster graphics. Raster graphics are characterized by a matrix arrangement of pixels comprising rows and columns. Rows and columns are called main directions. If the image is rotated so that the projected light line is substantially parallel to a main direction, i. H. to a column or a row, for example, the previously described determination of the gray value average along a pixel row of the two-dimensional image can be performed. Similarly, the determination of the gray value average along a pixel column can be performed. The determination of the gray value average along a main direction of the image can be carried out quickly and requires only low computing capacity.
Weiterhin ist es vorteilhaft die Bilddrehung mittels einer bereichsweisen Verschiebung des Bildes durchzuführen. Dieses bereichsweise verschieben wird in der Bildverarbeitung als SLANT-Operation bezeichnet. Dazu wird das Bild in Bereiche unterteilt, die die projizierte Lichtlinie schneiden. Durch eine Verschiebung der Bereiche des Bildes kann die projizierte Lichtlinie parallel zu einer Hauptrichtung ausgerichtet werden. In den Randbereichen des Bildes entsteht dadurch eine treppenförmige Begrenzung des Bildes. Durch geeignetes Zuschneiden oder Erweitern des Bildes, kann eine vollständig gefüllte Bildebene erreicht werden.Furthermore, it is advantageous to perform the image rotation by means of an area-wise displacement of the image. This shift in regions is referred to as SLANT operation in image processing. For this, the image is divided into areas that intersect the projected light line. By shifting the areas of the image, the projected light line can be aligned parallel to a main direction. In the peripheral areas of the image, this results in a stepped border of the image. By properly cropping or widening the image, a completely filled image plane can be achieved.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte:
- • Definieren einer ersten und einer zweiten Hilfslinie in dem Bild, in der Art, dass die erste und die zweite Hilfslinie die projizierte Lichtlinie schneiden;
- • Bestimmen der Helligkeitsmaxima auf der ersten und zweiten Lichtlinie, und
- • Bestimmen des Versatzes der Helligkeitsmaxima zwischen der ersten und der zweiten Hilfslinie, um den Grad der Drehung des Bildes zu ermitteln.
- Defining first and second guides in the image such that the first and second guides intersect the projected line of light;
- • Determining the brightness maxima on the first and second light line, and
- Determining the offset of the brightness maxima between the first and second auxiliary lines to determine the degree of rotation of the image.
Vorzugsweise werden die erste und die zweite Hilfslinie so definiert, dass diese auf zwei unterschiedlichen Seiten des Bauteils zum Liegen kommen. Die Hilfslinien sind dabei gedachte Linien, an welchen die Helligkeitsinformationen des Bildes ausgewertet und auf denen die Helligkeitsmaxima bestimmt werden. Die Helligkeitsmaxima entsprechen dem Schnittpunkt zwischen der Hilfslinie und der projizierten Linie. Treten Helligkeitsmaxima auf der ersten und zweiten Hilfslinie an der gleichen Stelle auf, so ist das Bild nicht verdreht. Treten die Helligkeitsmaxima jedoch an unterschiedlichen Stellen der Hilfslinien auf, so kann über den Versatz der Helligkeitsmaxima und den Abstand der Hilfslinien der Grad der Drehung des Bildes in Form eines Verdrehungswinkels bestimmt werden. Der Verdrehungswinkel ist der Winkel, den eine Lichtlinie mit einer Hauptrichtung des Bildes einschließt. Ist der Verdrehungswinkel des Bildes bekannt, so kann durch eine Bilddrehung, einen SLANT oder durch andere Verfahren das Bild wie gewünscht gedreht werden.Preferably, the first and second auxiliary lines are defined so that they come to rest on two different sides of the component. The auxiliary lines are imaginary lines, on which the brightness information of the image is evaluated and on which the brightness maxima are determined. The brightness maxima correspond to the intersection between the auxiliary line and the projected line. If brightness maxima occur at the same position on the first and second auxiliary lines, the image is not twisted. However, if the brightness maxima occur at different points of the auxiliary lines, then the degree of rotation of the image in the form of a twist angle can be determined via the offset of the brightness maxima and the spacing of the auxiliary lines. The twist angle is the angle enclosed by a line of light with a main direction of the image. If the rotation angle of the image is known, the image can be rotated as desired by image rotation, SLANT or other methods.
Vorzugsweise wird das Bauteil in eine Öffnung gesetzt, wobei das Verfahren vor dem Setzen des Bauteils die folgenden Schritte umfasst:
- • Projizieren von zumindest drei Lichtlinien auf die Öffnung, mittels der Lichtquelle, wobei die Öffnung von einem Rand begrenzt wird, und wobei jede der Lichtlinien den Rand der Öffnung zumindest zweimal schneidet, und
- • Bestimmen der Position der Öffnung mittels der Schnittpunkte der zumindest drei Lichtlinien mit dem Rand der Öffnung.
- Projecting at least three lines of light onto the aperture, by means of the light source, wherein the aperture is bounded by an edge, and wherein each of the light lines intersects the edge of the aperture at least twice, and
- • Determining the position of the opening by means of the intersections of the at least three Light lines with the edge of the opening.
Ist die Form des Randes der Öffnung bekannt, so kann aus den Schnittpunkten der Lichtlinien mit dem Rand der Öffnung die Form des Randes der Öffnung rekonstruiert werden. Beispielweise kann durch die Berechnung des geometrischen Schwerpunkts der Form die Position der Öffnung im Raum bestimmt werden. Abhängig von der Form der Öffnung kann es notwendig sein mehr als drei Lichtlinien zu verwenden, um eine sichere Bestimmung der Position der Öffnung zu ermöglichen. Ferner muss der Abstand der Lichtlinien an die Öffnung angepasst werden, so dass die Lichtlinien den Rand der Öffnung schneiden. Die Bestimmung der Positionen der Öffnung ermöglicht es, einen Manipulator, der einen Endeffektor zum Setzen eines Bauteils führt, fein zu positionieren und exakt relativ zu der Öffnung auszurichten, ohne Tastsensorik oder anderweitige zusätzliche Sensorik zu verwenden. Das Bestimmen der Position der Öffnung mittels der Schnittpunkte weist eine hohe Genauigkeit und geringe Fehleranfälligkeit auf.If the shape of the edge of the opening is known, the shape of the edge of the opening can be reconstructed from the points of intersection of the lines of light with the edge of the opening. For example, by calculating the geometric center of gravity of the shape, the position of the opening in space can be determined. Depending on the shape of the opening, it may be necessary to use more than three lines of light to allow a reliable determination of the position of the opening. Furthermore, the distance of the lines of light must be adapted to the opening so that the light lines intersect the edge of the opening. The determination of the positions of the opening makes it possible to finely position a manipulator which guides an end effector for setting a component and to align it exactly relative to the opening, without using tactile sensors or other additional sensors. Determining the position of the opening by means of the intersections has a high accuracy and low susceptibility to errors.
Vorzugsweise ist die Öffnung rund, insbesondere kreisförmig, wobei aus den Schnittpunkten der zumindest drei Linien mit dem Rand der runden Öffnung eine Ellipse bestimmt wird, welche einer perspektivisch verzerrten Abbildung der runden Öffnung entspricht, wobei der Mittelpunkt der Ellipse berechnet wird. Der Mittelpunkt der Ellipse entspricht dem geometrischen Schwerpunkt der Ellipse. Ist der Mittelpunkt der Ellipse bekannt, so kann die Position der Öffnung bestimmt werden.Preferably, the opening is round, in particular circular, wherein an ellipse is determined from the intersections of the at least three lines with the edge of the round opening, which corresponds to a perspective distorted image of the round opening, wherein the center of the ellipse is calculated. The center of the ellipse corresponds to the geometric center of gravity of the ellipse. If the center of the ellipse is known, the position of the opening can be determined.
Vorzugsweise ist die Digitalkamera eine Stereokamera. Stereokameras weisen typischerweise zumindest zwei Digitalkameras auf, welche unterschiedliche Blickrichtungen aufweisen. Die Blickrichtungen der Digitalkameras einer Stereokamera sind typischerweise winklig zueinander angeordnet, so dass sich zwei unterschiedliche perspektivische Darstellungen eines Objektes ergeben. Aus diesen unterschiedlichen perspektivischen Darstellungen kann die Position und Lage von Punkten im Raum bestimmt werden.Preferably, the digital camera is a stereo camera. Stereo cameras typically have at least two digital cameras, which have different viewing directions. The viewing directions of the digital cameras of a stereo camera are typically arranged at an angle to one another, resulting in two different perspective representations of an object. From these different perspective representations, the position and location of points in space can be determined.
Vorzugsweise wird der Mittelpunkt der Ellipse für die Bilder beider Digitalkameras der Stereokamera getrennt berechnet und mittels der Disparität der Aufnahmen die Pose des Endeffektors relativ zur Öffnung berechnet. Vorzugsweise wird der Endeffektor anschließend relativ zur Öffnung in einer Setzposition zum Setzen eines Bauteils ausgerichtet. Dies entspricht einer Feinpositionierung, sodass der Endeffektor ohne weitere Sensorik exakt zur Öffnung ausgerichtet werden kann. Insbesondere wird dadurch Taktzeit eingespart. Durch das Weglassen zusätzlicher Sensorik kann der Endeffektor leichter ausgeführt werden, wodurch eine höhere Dynamik möglich ist. Preferably, the center of the ellipse for the images of both digital cameras of the stereo camera is calculated separately and calculated by means of the disparity of the images, the pose of the end effector relative to the opening. Preferably, the end effector is then aligned relative to the opening in a setting position for setting a component. This corresponds to a fine positioning, so that the end effector can be aligned exactly to the opening without further sensors. In particular, this cycle time is saved. By eliminating additional sensors, the end effector can be made lighter, allowing for greater dynamics.
Weiterhin wird der Arbeitsraum des Endeffektors nicht von zusätzlicher Sensorik eingeschränkt.Furthermore, the working space of the end effector is not limited by additional sensors.
Vorzugsweise wird die zumindest eine projizierte Lichtlinie relativ zu der Öffnung und/oder zu dem Bauteil unbeweglich projiziert. Gemäß dem beschriebenen Verfahren muss die Lichtlinie zur Bestimmung der Position der Öffnung und/oder der Setzqualität des Bauteils nicht über die Öffnung/das Bauteil bewegt werden. Damit ist gemeint, dass die Linie selbst unbewegt bleibt. Wird die Linie bspw. durch eine Art von Laserscanner erzeugt, der mit einer Laserlichtquelle und rotierenden Spiegeln arbeitet, wandert ein Lichtpunkt zwar hin- und her, um die Linie zu erzeugen. Die Linie selbst wird jedoch nicht bewegt. Eine derartige ortsfeste Linie, die die Öffnung und/oder das Bauteil zum Zeitpunkt der Bestimmung stets in den gleichen Punkten schneidet, ist ausreichend. Somit können mittels einer Projektion und einem Bild die Position der Öffnung und/oder die Setzqualität des Bauteils bestimmt werden. Ein Abscannen der Öffnung und/oder des Bauteils und die Aufnahme mehrerer Bilder und deren Auswertung sind nicht erforderlich, wodurch Rechenzeit und Taktzeit eingespart wird.The at least one projected light line is preferably projected immovably relative to the opening and / or to the component. According to the described method, the light line for determining the position of the opening and / or the setting quality of the component need not be moved over the opening / the component. This means that the line itself remains unmoved. For example, if the line is generated by a type of laser scanner that uses a laser light source and rotating mirrors, a spot of light will travel back and forth to create the line. The line itself, however, is not moved. Such a stationary line, which always cuts the opening and / or the component at the same points at the time of the determination, is sufficient. Thus, by means of a projection and an image, the position of the opening and / or the setting quality of the component can be determined. A scanning of the opening and / or the component and the recording of multiple images and their evaluation are not required, whereby calculation time and cycle time is saved.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Manipulatorsystem umfassend: einen Manipulator, der einen Endeffektor führt, welcher zum Setzen von Bauteilen, insbesondere zum Setzen von Stopfen, eingerichtet ist; eine Lichtquelle, welche dazu eingerichtet ist zumindest eine Lichtlinie zu projizieren, wobei die zumindest eine Lichtlinie eine Öffnung und/oder ein gesetztes Bauteil schneidet; eine Digitalkamera die dazu eingerichtet ist, ein Bild aufzunehmen, welches die projizierte Lichtlinie zeigt, und ein Mittel zum Bestimmen der Setzqualität des gesetzten Bauteils und/oder der Pose des Endeffektors relativ zur Öffnung mittels des Bildes, wobei das Mittel das Mittel dazu eingerichtet ist, einen ersten Bereich des Bildes, welcher das gesetzte Bauteil zeigen soll, und einen zweiten Bereich des Bildes zu definieren, der kein gesetztes Bauteil zeigen soll; Bildzeilen zu definieren, welche parallel zu der projizierten Lichtlinie verlaufen, und den Grauwertdurchschnitt zu berechnen, wobei der Grauwertdurchschnitt jeweils für den ersten und den zweiten Bereich separat für jede Bildzeile berechnet wird, um die Setzqualität beim Setzen des Bauteils zu überwachen.The object is further achieved by a manipulator system comprising: a manipulator which carries an end effector, which is set up for setting components, in particular for setting plugs; a light source configured to project at least one line of light, wherein the at least one line of light intersects an aperture and / or a set component; a digital camera adapted to take an image showing the projected light line and a means to determine the set quality of the set component and / or or the pose of the end effector relative to the aperture by means of the image, the means being adapted to define a first region of the image which is to show the placed component and a second region of the image which is not intended to show a set component; Defining image lines running parallel to the projected light line and calculating the gray scale average, the gray value average for each of the first and second regions being calculated separately for each image line to monitor the set quality when setting the device.
Insbesondere ist ein derartiges Manipulatorsystem zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet. Der Manipulator ist vorzugsweise ein Industrieroboter. Der Endeffektor ist beispielsweise ein Stopfensetz-Werkzeug, ein Nietwerkzeug, ein Bolzensetz-Werkzeug, ein Schrauber oder dergleichen, und dazu eingerichtet geeignete Bauteile, wie Stopfen, Nieten, Schrauben, Bolzen etc. zu setzen. Insbesondere ist der Endeffektor zum Setzen von Stopfen geeignet. Stopfen sind beispielsweise in der Automobilfertigung weit verbreitet und sind vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt. Das Mittel zum Bestimmen der Setzqualität des Bauteils und/oder der Pose des Endeffektors relativ zur Öffnung ist vorzugsweise eine Recheneinheit, welche die Bilder, welche mittels der Digitalkamera aufgenommen wurden, analysiert. Die Analyse umfasst beispielsweise die Bestimmung des Versatzes der projizierten Linie wie oben beschrieben, oder die Bestimmung eines Grauwertdurchschnitts, wie ebenfalls oben beschrieben wurde. Ebenso kann das Mittel in einer Steuereinrichtung des Manipulatorsystems integriert sein, wobei die Steuereinrichtung des Manipulatorsystems zum Steuern des Manipulators und/oder des Endeffektors eingerichtet ist. Vorzugsweise ist das Mittel zum Bestimmen der Setzqualität des gesetzten Bauteils und/oder der Pose des Endeffektors relativ zur Öffnung am Manipulator und/oder am Endeffektor angebracht.In particular, such a manipulator system for implementing the method described above is set up. The manipulator is preferably an industrial robot. The end effector is, for example, a plug setting tool, a riveting tool, a bolt setting tool, a screwdriver or the like, and adapted to set suitable components such as plugs, rivets, screws, bolts, etc. In particular, the end effector is suitable for placement of plugs. Stoppers are widely used, for example, in automobile production and are preferably made of a plastic. The means for determining the placement quality of the component and / or the pose of the end effector relative to the aperture is preferably a computing unit that analyzes the images captured by the digital camera. The analysis includes, for example, the determination of the offset of the projected line as described above, or the determination of a gray value average, as also described above. Likewise, the means may be integrated in a control device of the manipulator system, wherein the control device of the manipulator system is arranged for controlling the manipulator and / or the end effector. Preferably, the means for determining the set quality of the set component and / or the pose of the end effector is mounted relative to the opening on the manipulator and / or on the end effector.
Vorzugsweise ist die Digitalkamera eine Stereokamera, welche zumindest zwei Digitalkameras umfasst, wobei die zwei Digitalkameras je in einer Blickrichtung ausgerichtet sind und wobei die zwei Blickrichtungen vorzugsweise einen Winkel
Die Blickrichtung ist dabei die Richtung, welche vertikal auf die Bildaufnahmeeinheit der Digitalkamera steht. Eine Bildaufnahmeeinheit kann beispielsweise ein CCD-Chip, ein CMOS-Chip oder dergleichen sein. Die Ausrichtung der Blickrichtungen in einem bestimmten Winkel
Vorzugsweise ist das Mittel zum Bestimmen der Setzqualität des gesetzten Bauteils und/oder der Pose des Endeffektors am Manipulator und bevorzugt am Endeffektor angeordnet, wobei das Mittel eine dezentrale Recheneinheit ist, welche dazu eingerichtet ist, die Pose des Endeffektors und/oder die Setzqualität beim Setzen eines Bauteils mittels der Digitalkamera zu bestimmen.Preferably, the means for determining the set quality of the set component and / or the pose of the end effector is arranged on the manipulator and preferably on the end effector, wherein the means is a decentralized arithmetic unit which is adapted to the pose of the end effector and / or the set quality when setting of a component by means of the digital camera.
Die Verwendung dezentraler Recheneinheiten ermöglicht die Auswertung der Bilder der Digitalkamera unmittelbar am Endeffektor und/oder am Manipulator, so dass kurze Datenübertragungsstrecken erreicht werden.The use of decentralized computing units allows the evaluation of the images of the digital camera directly on the end effector and / or on the manipulator, so that short data transmission distances are achieved.
Vorzugsweise ist die Lichtquelle des Manipulatorsystems eine Laserlichtquelle, welche dazu eingerichtet ist, zumindest einen Lichtlinie zu projizieren. Diese projizierten Lichtlinien werden beispielsweise zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens eingesetzt. Laserlicht ist vorteilhaft, da dieses über weite Distanzen übertragen werden kann und wenig störanfällig ist. Zudem vereinfacht die bekannte Wellenlänge des Laserlichts die Bestimmung von Helligkeitsmaxima, des Versatzes und des Grauwertdurchschnitts in den Bildern.Preferably, the light source of the manipulator system is a laser light source which is adapted to project at least one light line. These projected lines of light are used, for example, to carry out the method described above. Laser light is advantageous because it can be transmitted over long distances and is less prone to interference. In addition, the known wavelength of the laser light simplifies the determination of brightness maxima, the offset and the gray value average in the images.
Vorzugsweise weist die Lichtquelle eine Projektionsrichtung auf, wobei die Projektionsrichtung mit der Blickrichtung der Digitalkamera einen Winkel von zumindest 10°, bevorzugt von zumindest 15° und am meisten bevorzugt von zumindest 26° einschließt. Der Winkel zwischen Projektionsrichtung und Blickrichtung der Digitalkamera ermöglicht es einen Versatz zu detektieren. Je größer der Winkel ist, desto größer erscheint der Versatz. Jedoch muss der Winkel hinreichend klein gewählt werden, um einen platzsparenden Aufbau zu erreichen.Preferably, the light source has a projection direction, wherein the projection direction with the viewing direction of the digital camera forms an angle of at least 10 °, preferably of at least 15 ° and most preferably of at least 26 °. The angle between projection direction and viewing direction of the digital camera makes it possible to detect an offset. The larger the angle, the larger the offset appears. However, the angle must be chosen sufficiently small in order to achieve a space-saving design.
Vorzugsweise schließt die Bauteilsetzrichtung des Endeffektors mit der Blickrichtung der Digitalkamera einen Winkel von zumindest 10°, bevorzugt von zumindest 15° und am meisten bevorzugt von zumindest 29° ein. Die Bauteilsetzrichtung des Endeffektors ist die Richtung, in welcher das Bauteil beim Setzen verschoben wird. Typischerweise ist die Bauteilsetzrichtung senkrecht zur Öffnung in die das Bauteil gesetzt werden soll. Ein entsprechender Winkel der Blickrichtung der Digitalkamera ermöglicht eine optimale Sicht der Digitalkamera auf die Öffnung und das Bauteil, um die Position der Öffnung und/oder die Setzqualität des gesetzten Bauteils zu bestimmen.Preferably, the component setting direction of the end effector with the viewing direction of the digital camera includes an angle of at least 10 °, preferably at least 15 °, and most preferably at least 29 °. The component setting direction of the end effector is the direction in which the component is displaced when being set. Typically, the component setting direction is perpendicular to the opening into which the component is to be placed. A corresponding angle of the viewing direction of the digital camera allows an optimal view of the digital camera on the opening and the component to determine the position of the opening and / or the setting quality of the set component.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die angefügten Figuren in bestimmten Details erläutert. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Manipulatorsystems; -
2 eine schematische Darstellung einer Stereokamera sowie von der Stereokamera erzeugte Bilder; -
3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Bestimmung der Position einer Öffnung; -
4A ein gesetztes Bauteil und ein Bild des gesetzten Bauteils mit hoher Setzqualität; -
4B ,4C ein gesetztes Bauteil und ein Bild des gesetzten Bauteils mit schlechter Setzqualität; -
5A eine schematische Darstellung eines perspektivisch verzerrten Bildes des Bauteils; -
5B eine schematische Darstellung zur Bestimmung der Helligkeitsmaxima; -
5C eine schematische Darstellung eines gedrehten Bildes des gesetzten Bauteils; -
5D eine schematische Darstellung eines ersten und eines zweiten Bereichs des Bildes; -
5E eine schematische Darstellung nach der Berechnung des Grauwertdurchschnitts des Bildes, und -
5F ein Detail aus5E .
-
1 a schematic representation of a manipulator system; -
2 a schematic representation of a stereo camera and generated by the stereo camera images; -
3 a schematic representation of a method for determining the position of an opening; -
4A a set component and an image of the set component with high setting quality; -
4B .4C a set component and an image of the set component with poor set quality; -
5A a schematic representation of a perspective distorted image of the component; -
5B a schematic representation for determining the brightness maxima; -
5C a schematic representation of a rotated image of the set component; -
5D a schematic representation of a first and a second region of the image; -
5E a schematic representation of the calculation of the gray scale average of the image, and -
5F a detail from5E ,
Insbesondere zeigt
Die Bilder der Stereokamera
Die Digitalkameras
In einem ersten Bild
Die
In
Auf der rechten Seite der
Wie in
Die
In
In einem folgenden Schritt werden Bildzeilen des Bildes
Im ersten Bereich
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Manipulatorsystemmanipulator system
- 110110
- Manipulatormanipulator
- 120120
- Endeffektorend effector
- 131131
- Lichtquellelight source
- 132132
- Lichtlinielight line
- 133133
- dezentrale Recheneinheit, Mitteldecentralized computing unit, means
- 135a, 135b135a, 135b
- Digitalkamerasdigital cameras
- 140140
- Werkstückworkpiece
- 145145
- Öffnungopening
- 146146
- Randedge
- 147147
- MittelpunktFocus
- 150150
- Bauteilcomponent
- 160160
- Steuereinheitcontrol unit
- 235a, 235b235a, 235b
- Bildimage
- 232a, 232b232a, 232b
- Lichtlinielight line
- 245a, 245b245a, 245b
-
perspektivisch verzerrte Darstellung der Öffnung
145 (Ellipsen)perspective distorted representation of the opening145 (Ellipses) - 247a, 247b247a, 247b
- geometrischer Schwerpunkt der Ellipsengeometric center of gravity of the ellipses
- 300300
- Verfahrenmethod
- 310310
- Bestimmung der SchnittpunkteDetermination of the intersections
- 320320
- Bestimmen der Form der ÖffnungDetermine the shape of the opening
- 330330
- Bestimmung der geometrischen SchwerpunkteDetermination of the geometric center of gravity
- 340340
- Berechnung der DisparitätCalculation of disparity
- 350350
- Berechnung der Position der ÖffnungCalculation of the position of the opening
- 441a-c441a-c
- Werkstückworkpiece
- 432a-c432a-c
- projizierte Lichtlinienprojected light lines
- 435a-c435a-c
- Bildimage
- 436a-c436a-c
- zweiter Bereichsecond area
- 438a-c438a-c
- erster Bereichfirst area
- 451a-c451a-c
- StopfenPlug
- 532532
- projizierte Lichtlinieprojected light line
- 532'532 '
- Grauwertdurchschnitt der LichtlinienGray value average of the light lines
- 551551
- StopfenPlug
- 535a-e535a-e
- Bildimage
- 560, 562560, 562
- Hilfslinieledger line
- 561, 563561, 563
- Helligkeitsmaximabrightness maxima
- 536536
- zweiter Bereichsecond area
- 538538
- erster Bereichfirst area
- 537537
- ausmaskierter Bereichunmasked area
- 570570
- Versatzoffset
- FF
- Detaildarstellungdetail view
- αα
- Winkelangle
- x, yx, y
- Hauptrichtungmain direction
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Legal Events
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: OELKE, JOCHEN, DIPL.-PHYS. DR. RER. NAT., DE |
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R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |