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Die Erfindung betrifft ein System zum Prüfen von Oberflächen eines oder mehrerer Werkstücke für ein Fahrzeug, sowie ein Verfahren zum Prüfen von Oberflächen eines oder mehrerer Werkstücke für ein Fahrzeug.
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Die
DE 10 2014 214 201 A1 betrifft eine Pressenlinie zur Herstellung von Blechformteilen, mit mehreren in Reihe hintereinander angeordneten Pressenstufen und einem die Pressenstufen verbindenden Werkstücktransfersystem.
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Die
DE 36 24 750 A1 betrifft ein Verfahren zum Überprüfen und/oder Einstellen und/oder Montieren von Ventilen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Genauigkeit und die Effizienz bei einer optischen Überprüfung von Oberflächen von Werkstücken/Bauteilen für ein Fahrzeug zu verbessern.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein System zum Prüfen von Oberflächen eines oder mehrerer Werkstücke für ein Fahrzeug, aufweisend:
- – eine Vielzahl von Industrierobotern, wobei jeder der Industrieroboter einen bewegbaren Roboterarm und eine Kameraeinheit an einem Ende des Roboterarms aufweist,
- – zumindest eine Steuereinheit zum Ansteuern der Industrieroboter,
- – eine Recheneinheit zum Detektieren eines Fehlers in den Oberflächen des oder der Werkstücke aus einem Kamerabild des oder der Werkstücke, und
- – eine Fördervorrichtung zum Einfahren des oder der Werkstücke in einen vordefinierten Bereich um einen oder mehrere der Industrieroboter,
wobei die jeweilige Steuereinheit nach einem Einfahren des oder der Werkstücke in den Bereich die Industrieroboter derart ansteuert, dass die Erfassungsbereiche der Kameraeinheiten die Oberflächen des oder der Werkstücke in einem vordefinierten Abstand zum jeweiligen Werkstück überstreichen, wobei die jeweilige Kameraeinheit während des Überstreichens der Oberflächen eine Vielzahl von Bildern der Oberflächen aufnimmt und die Bilder an die Recheneinheit übermittelt.
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Die Werkstücke sind insbesondere Werkstücke für einen PKW, einen LKW, einen Bus, ein Schienenfahrzeug, ein Wasserfahrzeug (beispielsweise Schiff), ein Unterwasserfahrzeug, oder für ein Luftfahrzeug. Weiterhin bevorzugt sind die Werkstücke Kunststoffbauteile oder Metallbauteile, insbesondere aus Metallblech. Der Begriff des „Werkstücks” bedeutet insbesondere, dass es sich bei dem jeweiligen Werkstück nicht zwingend um ein fertiges Produkt handelt, sondern bevorzugt um ein Bauteil für ein Fahrzeug, wobei insbesondere das jeweilige Werkstück einen weiteren Verarbeitungs- oder Montageprozess nach der Prüfung der Oberflächen durchläuft.
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Das Überstreichen der Oberflächen durch die jeweilige Kameraeinheit bedeutet insbesondere, dass ein Erfassungsbereich der Kameraeinheit einen Teil der Oberflächen erfasst, und dass dieser Erfassungsbereich über die Oberflächen bewegt wird.
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Die Fördervorrichtung ist bevorzugt ein Förderband, das dazu ausgeführt ist, auf der Fördervorrichtung befindliche Werkstücke zu transportieren. Insbesondere liegen die Werkstücke auf der Fördervorrichtung.
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Das Aufnehmen der Vielzahl von Bildern erfolgt insbesondere zu äquidistanten Zeitpunkten, so dass vorteilhaft bei einer konstanten Bahngeschwindigkeit der Kameraeinheiten tangential zur aktuell überstrichenen Oberfläche die Bilder in konstanten Abständen zueinander bezüglich der Oberfläche aufgenommen werden.
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Die Recheneinheit ist insbesondere dazu ausgeführt, Bilderkennungsalgorithmen anzuwenden. In einem solchen Bilderkennungsalgorithmus werden insbesondere Risse, Kratzer, Löcher, Dellen, Beulen, Welligkeiten und andere Fehlstellen in der Oberfläche des jeweiligen Werkstücks erkannt.
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Ein Industrieroboter ist insbesondere eine programmierbare Maschine zum Bewegen eines Roboterarmes, auch genannt Manipulator, wobei weiterhin insbesondere am Roboterarm ein Effektor angeordnet ist. Der Effektor eines Industrieroboters kann im Allgemeinen insbesondere ein Werkzeug oder ein Sensor sein – erfindungsgemäß ist am Ende des jeweiligen Industrieroboters eine Kameraeinheit als Effektor angeordnet. Die Bewegungsabläufe des Roboterarms bzw. die Ansteuerung des Effektors werden durch eine Steuereinheit vorgegeben. Die Steuereinheit ist insbesondere mit dem Effektor über eine Datenverbindungsleitung verbunden. Über entsprechende Protokolle tauschen somit die Steuereinheit und der Effektor bevorzugt Kommandos und/oder Messsignale miteinander aus. Bevorzugt kommen hierzu übliche Protokolle und Schnittstellen zum Einsatz, beispielsweise Ethernet oder EtherCAT. Weiterhin bevorzugt wird ein CAN Bus System verwendet. Die Steuereinheit erzeugt insbesondere solche Befehle zum Bewegen des Roboterarms und/oder zum Ansteuern des Effektors, dass der Roboterarm durch entsprechende Mechantronik und Aktuatorik den Roboterarm gemäß den Befehlen aus der Steuereinheit bewegt. Ein einmal programmierter Arbeitsablauf kann somit beliebig oft wiederholt werden. Weiterhin kann insbesondere ein von Neuem eingegebener und einzigartiger Arbeitsablauf durch die Steuereinheit vorgegeben werden. Erfindungsgemäß ist der Effektor eine Kameraeinheit, die auf einer von der Steuereinheit vorgegebenen Trajektorie bewegt werden kann.
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Der jeweilige Roboterarm ist insbesondere durch eine Vielzahl von Gelenken derart bewegbar, dass die Kameraeinheit (Effektor) am Ende des jeweiligen Roboterarms bevorzugt in drei Raumrichtungen innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraums beliebig und innerhalb einer erreichbaren Genauigkeit positionierbar ist. Weiterhin bevorzugt bestehen rotatorische Freiheitsgrade an der Kameraeinheit (Effektor), um die Kameraeinheit insbesondere um drei paarweise aufeinander senkrecht stehenden Achsen innerhalb eines gewissen Bereichs zu rotieren.
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Der jeweilige Industrieroboter ist bevorzugt an einem Sockel montiert. Demzufolge ist insbesondere der jeweilige Industrieroboter ortsfest oder auf einer beweglichen Achse gelagert, wobei die jeweilige Kamera durch den bewegbaren Roboterarm innerhalb eines gewissen Bewegungsbereichs positionierbar ist. Der Bereich um einen oder mehrere der Industrieroboter, in den das oder die Werkstücke eingefahren werden, ist insbesondere ein Bereich, der bevorzugt innerhalb der Summe (Vereinigung) der Bewegungsbereiche aller Industrieroboter liegt. Vorteilhaft ist es hierdurch möglich, dass die Kameraeinheiten der Industrieroboter alle relevanten und zu prüfenden Oberflächen überstreichen können.
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Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass die Genauigkeit und die Effizienz bei einer Überprüfung von Oberflächen von Werkstücken/Bauteilen für ein Fahrzeug verbessert wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die zumindest eine Steuereinheit eine zentrale Steuereinheit zum Ansteuern aller Industrieroboter.
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In dieser Ausführungsform wird insbesondere die Steuereinheit als Master bezeichnet, und die jeweiligen Industrieroboter als Slave. In diesem Sinne ist insbesondere die Steuereinheit ein zentraler Rechner, und der jeweilige Industrieroboter weist eine eigene Recheneinrichtung auf, die dazu ausgeführt ist, mit der zentralen Steuereinheit zu kommunizieren und von dieser Befehle zu erhalten. Insbesondere durch die Master-Slave Architektur des Systems ist eine zentrale Ansteuerung und insbesondere eine synchronisierte Ansteuerung der Industrieroboter ermöglicht. Vorteilhaft kann in einer zentralen Steuereinheit die Wartung von Software vorgenommen werden. In anderen Worten muss vorteilhaft nur an einer zentralen Steuereinheit ein Befehlssatz für alle der Industrieroboter erstellt werden. Die zentrale Steuereinheit wird daher insbesondere auch als SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) bezeichnet. Diese Steuereinheit kann ich verschiedener Weise beschrieben sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform überstreicht jeweils genau eine Kameraeinheit die Oberflächen genau eines Werkstücks.
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In dieser Ausführungsform wird genau einer der Industrieroboter genau einem aus einer Vielzahl von Werkstücken zugewiesen. Vorteilhaft wird hierdurch eine kollisionsfreie Ansteuerung der Industrieroboter vereinfacht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform überstreicht jeweils eine Vielzahl von Kameraeinheiten die Oberflächen genau eines Werkstücks gleichzeitig.
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Im Gegensatz zur vorherigen Ausführungsform ist in dieser Ausführungsform lediglich genau ein Werkstück vorhanden. Die Industrieroboter werden dabei derart koordiniert angesteuert, dass die Kameraeinheiten der Industrieroboter die Oberflächen des genau einen Werkstücks derart überstreichen, dass die Vielzahl der Kameraeinheiten die Oberflächen des genau einen Werkstücks in möglichst kurzer Zeit vollständig überstreicht. Vorteilhaft wird demnach ein beliebiger Punkt auf den Oberflächen des genau einen Werkstücks nur genau einmal von einer einzigen der Kameraeinheiten überstrichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der vordefinierte Abstand zum jeweiligen Werkstück durchgehend konstant.
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Hierbei ist insbesondere der Abstand einer jeweiligen Kameraeinheit zu jeder von der Kameraeinheit überstrichenen Oberfläche konstant. Vorteilhaft kann hierdurch das Aufnehmen der Vielzahl von Bildern der Oberflächen in einem für die jeweilige Kameraeinheit optimalen Abstand zur jeweiligen aufzunehmenden Oberfläche erfolgen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird jede der Oberflächen von den Kameraeinheiten genau einmal überstrichen.
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Vorteilhaft wird hierdurch keine der Oberflächen zweimal überstrichen. Es ist eine vorteilhafte Wirkung dieser Ausführungsform, dass die Zeitdauer, die zum Überstreichen aller Oberflächen des oder der Werkstücke benötigt wird, minimal ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Industrieroboter auf einer Geraden angeordnet, wobei die Gerade zu einer Richtung parallel ist, mit der die Fördervorrichtung das oder die Werkstücke in den Bereich einfährt.
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Dies entspricht insbesondere einer einfachen geometrischen Anordnung der Industrieroboter, durch die die Trajektorien der einzelnen Kameraeinheiten intuitiver definierbar sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform steuert die zentrale Steuereinheit die Industrieroboter synchronisiert an, sodass die Industrieroboter zu gleichen Zeiten gleiche Bewegungen durchführen.
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In dieser Ausführungsform wird insbesondere die Steuereinheit wiederum als Master bezeichnet, und die jeweiligen Industrieroboter als Slaves. Insbesondere durch die Master-Slave Architektur des Systems ist eine zentrale Ansteuerung und insbesondere eine synchronisierte Ansteuerung der Industrieroboter ermöglicht. Vorteilhaft kann in einer zentralen Steuereinheit die Wartung von Software vorgenommen werden. In anderen Worten muss vorteilhaft nur an einer zentralen Steuereinheit ein Befehlssatz für alle der Industrieroboter erstellt werden. Die zentrale Steuereinheit wird daher insbesondere auch als SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) bezeichnet. Die Synchronisation der Industrieroboter garantiert außerdem weiterhin eine kollisionsfreie Bewegung der einzelnen Roboterarme zueinander. Des Weiteren wird vorteilhaft ein Satz von Steuerdaten auf die jeweiligen Steuereinrichtungen (Slaves) der Industrieroboter dupliziert. Die Ansteuerung der Slaves erfolgt in diesem Sinne bevorzugt über einen EtherCAT Bus, an dem zusätzliche einzelne Slaves ohne weitere Anforderungen an das Bussystem und ohne weiteren Aufwand an den ursprünglichen EtherCAT Bus angeschlossen werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das System zumindest vier Industrieroboter auf.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Oberflächen eines oder mehrerer Werkstücke für ein Fahrzeug, aufweisend:
- – Einfahren des oder der Werkstücke in einen vordefinierten Bereich um einen oder mehrere Industrieroboter durch eine Fördervorrichtung, wobei jeder der Industrieroboter einen bewegbaren Roboterarm und eine Kameraeinheit an einem Ende des Roboterarms aufweist,
- – Ansteuern der Industrieroboter durch zumindest eine Steuereinheit nach einem Einfahren des oder der Werkstücke in den Bereich derart, dass die Erfassungsbereiche der Kameraeinheiten die Oberflächen des oder der Werkstücke in einem vordefinierten Abstand zum jeweiligen Werkstück überstreichen,
- – Aufnehmen einer Vielzahl von Bildern der Oberflächen während des Überstreichens der Oberflächen durch die jeweilige Kameraeinheit und Übermitteln der Bilder an eine Recheneinheit zum Detektieren eines Fehlers in den Oberflächen des oder der Werkstücke aus den Bildern.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen System vorstehend gemachten Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 ein System zum Prüfen von Oberflächen mehrerer Werkstücke für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 ein System zum Prüfen von Oberflächen eines Werkstücke für ein Fahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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3 ein Verfahren zum Prüfen von Oberflächen eines oder mehrerer Werkstücke für ein Fahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt ein System 1 zum Prüfen von Oberflächen eines oder mehrerer Werkstücke 20 für ein Fahrzeug. Das System 1 weist vier Industrieroboter 3 auf, wobei jeder der Industrieroboter 3 einen bewegbaren Roboterarm und eine Kameraeinheit 5 an einem Ende des Roboterarms aufweist. Die Industrieroboter 3 sind an einem Sockel oder einer zusätzlichen Linearachse angeordnet. Eine Trajektorie der jeweiligen Kameraeinheit 5 ist somit innerhalb einer gewissen Reichweite des jeweiligen Roboterarms und Limitierungen durch die verfügbaren Beschleunigungen des jeweiligen Roboterarms frei definierbar. Insbesondere ist die jeweilige Kameraeinheit 5 selbst gegenüber dem restlichen Roboterarm verdrehbar gelagert. Eine Fördervorrichtung 11 fährt die Werkstücke 20 in einen vordefinierten Bereich um die Industrieroboter 3, das heißt, die Fördervorrichtung 11 arbeitet in einem solchen Bewegungszyklus, dass sie eine Vielzahl von Werkstücke 11 in den vordefinierten Bereich einfährt, und anschließend für einen gewissen Zeitraum zum Stillstand kommt. Der Zeitraum ist insbesondere so bemessen, dass die Industrieroboter 3 alle zu prüfenden Oberflächen der Werkstücke 20 durch Überstreichen der Kameraeinheiten 5 über genau diese Oberflächen abgeschlossen ist. Zu diesem Zweck weist das System 1 eine zentrale Steuereinheit 7 auf, auch Master genannt, die zum Ansteuern aller Industrieroboter 3 dient. Die Steuereinheit 7 steuert dabei die Industrieroboter 3 so an, dass in möglichst kurzer Zeit die Kameraeinheiten 5 alle zu prüfenden Oberflächen der Werkstücke 20 überstreicht. Auf welchem Bewegungspfad dabei die Kameraeinheiten 5 die Oberflächen überstreichen, wird insbesondere abhängig von der Geschwindigkeit, mit der eine Kameraeinheit 5 die Oberflächen überstreicht, von der Größe der Werkstücke 20, von der Anzahl der Werkstücke 20 und der Anzahl der Industrieroboter 3 ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt durch „Teaching”, bei dem einmalig ein Bewegungspfad einer Kameraeinheit 5 des jeweiligen Industrieroboters 3 durch manuelles Abfahren des gewünschten Bewegungspfads definiert wird, dieser gewünschte Bewegungspfad abgespeichert wird und automatisch durch eine entsprechende Ansteuerung der Steuereinheit 7 wiederholt zumindest für jeden Bewegungszyklus der Fördervorrichtung 11 ausgeführt wird. Das Überstreichen der Oberflächen durch die Kameraeinheiten 5 erfolgt in diesem Fall durch zwei Kameraeinheiten 5 je Werkstück 20, das heißt, jeweils zwei der vier Industrieroboter 3 überstreichen gleichzeitig die Oberflächen eines Werkstücks 2, sodass zwei Werkstücke 20 gleichzeitig geprüft werden. Beim Überstreichen der Oberflächen durch die Kameraeinheiten 5 in einem vordefinierten Abstand zum jeweiligen Werkstück 20 nehmen die Kameraeinheiten 5 eine Vielzahl von Bildern auf und Übermitteln diese an eine Recheneinheit 9 des Systems 1, die zum Detektieren eines Fehlers in den Oberflächen des oder der Werkstücke 20 aus den Bildern der Werkstücke 20 dient. Der vordefinierte Abstand zum jeweiligen Werkstück 20 ist dabei über alle Zeiten des Überstreichens konstant.
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2 zeigt ein System 1 zum Prüfen von Oberflächen eines oder mehrerer Werkstücke 20 für ein Fahrzeug. Das System entspricht dabei in weiten Teilen dem System 1 wie in der 1 gezeigt. Insofern weist es eine Vielzahl von Industrierobotern 3 auf, wobei jeder der Industrieroboter 3 einen bewegbaren Roboterarm und eine Kameraeinheit 5 an einem Ende des Roboterarms aufweist; außerdem eine zentrale Steuereinheit 7 zum Ansteuern der Industrieroboter 3, eine Recheneinheit 9 zum Detektieren eines Fehlers in den Oberflächen des Werkstücks 20 aus einem Kamerabild des Werkstücks 20, und eine Fördervorrichtung 11 zum Einfahren des oder der Werkstücke 20 in einen vordefinierten Bereich um einen oder mehrere der Industrieroboter 3. Im System 1 der 2 ist jedoch nur ein Werkstück 20 vorhanden. Die zu prüfenden Oberflächen dieses Werkstücks 20 werden hierbei durch Ansteuerung der zentralen Steuereinheit 7 nach einem Einfahren des Werkstücks 20 in den Bereich die Industrieroboter 3 in einem vordefinierten Abstand zum jeweiligen Werkstück 20 überstrichen. Beim Überstreichen nimmt die jeweilige Kameraeinheit 5 eine Vielzahl von Bildern der zu überstrichenen Oberflächen auf und übermittelt die Bilder an die Recheneinheit 9, die zum Detektieren eines Fehlers in den Oberflächen des Werkstücks 20 aus den Bildern des Werkstücks 20 dient. Das Überstreichen der Oberflächen durch die Kameraeinheiten 5 erfolgt dabei durch derartige Bewegungen der Roboterarme, kommandiert durch die zentrale Steuereinheit 7, dass ein Punkt auf den zu prüfenden Oberflächen lediglich einmal insgesamt von den Kameraeinheiten 5 überstrichen wird.
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3 zeigt ein Verfahren zum Prüfen von Oberflächen eines oder mehrerer Werkstücke 20 für ein Fahrzeug. In einem ersten Schritt des Verfahrens erfolgt das Einfahren 51 des oder der Werkstücke 20 in einen vordefinierten Bereich um einen oder mehrere Industrieroboter 3 durch eine Fördervorrichtung 11, wobei jeder der Industrieroboter 3 einen bewegbaren Roboterarm und eine Kameraeinheit 5 an einem Ende des Roboterarms aufweist. Im weiteren, zweiten Schritt des Verfahrens findet das Ansteuern S2 der Industrieroboter 3 durch zumindest eine Steuereinheit 7 nach einem Einfahren des oder der Werkstücke 20 in den Bereich derart statt, dass die Erfassungsbereiche der Kameraeinheiten 5 die Oberflächen des oder der Werkstücke 20 in einem vordefinierten Abstand zum jeweiligen Werkstück 20 überstreichen. Im darauf folgenden dritten Schritt erfolgt das Aufnehmen S3 einer Vielzahl von Bildern der Oberflächen während des Überstreichens der Oberflächen durch die jeweilige Kameraeinheit 5 und das Übermitteln der Bilder an eine Recheneinheit 9 zum Detektieren eines Fehlers in den Oberflächen des oder der Werkstücke 20 aus den Bildern.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 3
- Industrieroboter
- 5
- Kameraeinheit
- 7
- Steuereinheit
- 9
- Recheneinheit
- 11
- Fördervorrichtung
- 20
- Werkstück
- S1
- Einfahren
- S2
- Ansteuern
- S3
- Aufnehmen und Übermitteln
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004015691 A1 [0002]
- DE 102014214201 A1 [0003]
- DE 3624750 A1 [0004]
