DE202010012725U1 - Location of a moving object - Google Patents
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Abstract
System zur Ortsbestimmung eines bewegten Gegenstands (1) mit einer oder mehreren optischen Messeinrichtungen (2, 3, 4) zur Bilderfassung der Oberfläche des Gegenstands (1) zu verschiedenen Zeitpunkten und einer Steuereinheit (5) zur Verarbeitung der Ausgabesignale der Messeinrichtung (2, 3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) dazu ausgelegt ist, aus den Ausgabesignalen der Messeinrichtung (2, 3, 4) erhaltene Bilddaten zu vergleichen, um festzustellen, ob ein zu einem ersten Zeitpunkt an einem ersten Ort erfasster Oberflächenabschnitt (A) des bewegten Gegenstands (1) zu einem zweiten Zeitpunkt einen zweiten Ort erreicht hat.System for determining the location of a moving object (1) with one or more optical measuring devices (2, 3, 4) for image acquisition of the surface of the object (1) at different times and a control unit (5) for processing the output signals of the measuring device (2, 3 , 4), characterized in that the control unit (5) is designed to compare image data obtained from the output signals of the measuring device (2, 3, 4) in order to determine whether a surface section ( A) the moving object (1) has reached a second location at a second point in time.
Description
In Materialbearbeitungsanlagen oder anderen technischen Systemen zur maschinellen Herstellung oder Bearbeitung von Gegenständen ist eine genaue Erfassung der Position des zu behandelnden Gegenstands über die gesamte Bearbeitungsdauer erforderlich. Beispielsweise soll eine Maschine einen bestimmten Bearbeitungsschritt erst dann durchführen, wenn der Gegenstand exakt die dafür vorgesehene Position erreicht hat. Beim sogenannten Bahnfahren, bei dem der Gegenstand während eines bestimmten Bearbeitungsschritts nicht fest steht, sondern bewegt wird, soll wiederum die während des Bearbeitungsschritts von dem Gegenstand zurückgelegte Weglänge möglichst genau bestimmt und gesteuert werden.In material processing plants or other technical systems for machining or machining objects, accurate detection of the position of the object to be treated over the entire processing time is required. For example, a machine should perform a certain processing step only when the object has reached exactly the intended position. When so-called train driving, in which the object is not fixed during a certain processing step, but is moved, in turn, the distance traveled during the processing step of the object path should be determined and controlled as accurately as possible.
Weil in einer Bearbeitungsanlage grundsätzlich Gegenstände verschiedener Art und Größe bearbeitet werden sollen, wird ein System gesucht, mit dem sich der Ort des Gegenstands möglichst genau und unabhängig von dessen Größe über die gesamte Bearbeitungsdauer erfassen lässt, ohne dass die Bearbeitungsanlage jeweils abhängig von der Größe und Beschaffenheit des zu bearbeitenden Gegenstands jedes Mal umgerüstet werden müsste. Ferner ist es wünschenswert, dass der Gegenstand durch die Ortsmessung möglichst nicht beschädigt wird.Because in a processing plant basically objects of different types and sizes are to be processed, a system is sought with which the location of the object as accurately as possible and regardless of its size over the entire processing time can be detected without the processing plant depending on the size and The nature of the object to be processed would have to be re-equipped each time. Furthermore, it is desirable that the object is not damaged by the location measurement as possible.
Im Stand der Technik sind verschiedene Systeme zur Ortsmessung in Bearbeitungsanlagen bekannt:
Bei sogenannten Durchlaufmaschinen nimmt ein die Oberfläche des zu bearbeitenden Gegenstands kontaktierendes Messrad die zurückgelegte Wegstrecke des Gegenstands auf. Allerdings hängt bei diesem Verfahren die Genauigkeit der Wegmessung davon ab, wie präzise das Messrad die Bewegung des Gegenstands nachvollziehen kann. Zwischen Messrad und Gegenstand auftretender Schlupf verringert die Messgenauigkeit. Versucht man den Schlupf durch Erhöhung des Anpressdrucks zwischen Messrad und Gegenstand zu verringern, wird wiederum eine Verletzung der Oberfläche des Gegenstands wahrscheinlicher.The prior art discloses various systems for measuring location in processing plants:
In so-called pass-through machines, a measuring wheel contacting the surface of the object to be processed absorbs the traveled distance of the object. However, with this method, the accuracy of the path measurement depends on how precisely the measuring wheel can track the movement of the object. Slippage between the measuring wheel and the object reduces the measuring accuracy. If one tries to reduce the slip by increasing the contact pressure between the measuring wheel and the object, again a violation of the surface of the object becomes more likely.
Ferner ist es bekannt, die Position des zu bearbeitenden Gegenstands über das Antriebssystem der Anlage zu messen. Liegt der Gegenstand beispielsweise auf einem Förderband, so kann der Vorschub des Förderbands in Beziehung zu der von dem Gegenstand zurückgelegten Wegstrecke gesetzt werden. Allerdings besteht auch hier das Problem von Messungenauigkeiten durch Schlupf, wenn der Gegenstand auf dem Förderband verrutscht oder die Kraftübertragung im Antriebssystem selbst nicht genau genug erfolgt, weil Schlupf in den Antriebsrollen, -bändern oder -ketten auftritt. Wird der Antrieb über verfahrbare Greifsysteme ausgeführt, besteht neben dem Problem des Schlupfs durch Verrutschen noch die Gefahr einer Verletzung der Oberfläche des Gegenstands.Furthermore, it is known to measure the position of the object to be processed via the drive system of the system. For example, if the article is on a conveyor belt, the feed of the conveyor belt may be related to the distance traveled by the article. However, there is also the problem of measurement inaccuracies due to slippage when the object slips on the conveyor belt or the power transmission in the drive system itself is not accurate enough, because slippage occurs in the drive rollers, belts or chains. If the drive is carried out via movable gripper systems, there is the risk of injury to the surface of the object in addition to the problem of slippage due to slippage.
Optische Messsysteme gehen herkömmlicherweise von einer Gesamtbildaufnahme des zu bearbeitenden Gegenstands aus. Die aktuell zurückgelegte Wegstrecke kann immer nur bestimmt werden, wenn eine lückenlose Bildsequenz bis zu einem Anfangsbild, auf dem beispielsweise das Vorderende des Gegenstands sichtbar ist, betrachtet wird. Durch Zusammensetzen von Einzelbildern der Sequenz wird eine Gesamtaufnahme erstellt, aus der sich die zurückgelegte Wegstrecke ablesen lässt. Durch das Zusammensetzen addieren sich allerdings Ungenauigkeiten bei der Digitalisierung der Einzelaufnahmen. Ferner ist durch das große Datenvolumen der Einzelbilder ein enormer Speicherplatzbedarf und eine Beschränkung der Geschwindigkeit der Messung zu erwarten. Verzichtet man hingegen auf das Zusammensetzen von Einzelbildern, ist die Größe des Gegenstands wiederum auf die durch ein Bild aufnehmbare Länge begrenzt.Conventionally, optical measuring systems assume an overall image of the object to be processed. The currently traveled distance can only be determined if a gapless sequence of images is considered up to an initial image on which, for example, the front end of the object is visible. By combining individual images of the sequence, a complete recording is created, from which the distance traveled can be read off. However, the composition adds inaccuracies in the digitization of the individual images. Furthermore, due to the large data volume of the individual images, an enormous storage space requirement and a restriction of the speed of the measurement can be expected. On the other hand, if one does not require the composition of individual images, the size of the object is again limited to the length that can be absorbed by an image.
Ebenfalls bekannt sind optische Messsysteme, die mit Laserlicht arbeiten. Diese sind jedoch aufgrund der oft rauen Oberflächen der zu bearbeitenden Gegenstände recht ungenau. Ferner sind die durch die Materialbearbeitung entstehenden Luftverschmutzungen durch Späne oder dergleichen problematisch, weil sie zu einer Streuung des Laserlichts führen können, die die Messgenauigkeit beeinträchtigt.Also known are optical measuring systems that work with laser light. However, these are quite inaccurate due to the often rough surfaces of the objects to be processed. Furthermore, the resulting from the material processing air pollution by chips or the like are problematic because they can lead to a scattering of the laser light, which affects the accuracy of measurement.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und ein System zur Ortsbestimmung zu schaffen, das eine möglichst präzise und schnelle Positionserfassung von Gegenständen beliebiger Länge ermöglicht, ohne eine Beschädigung der Gegenstandsoberfläche in Kauf nehmen zu müssen.The object of the present invention is to overcome the above-described drawbacks of the prior art and to provide a positioning system that enables the most accurate and rapid position detection of objects of any length, without having to accept damage to the object surface.
Die Lösung der Aufgabe gelingt durch das in Anspruch 1 definierte System. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele.The solution of the problem is achieved by the system defined in claim 1. The subclaims relate to preferred embodiments.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Oberflächenbilder eines transportierten und zu bearbeitenden Gegenstands an mehreren Stellen längs seiner Transportrichtung kontinuierlich optisch erfasst. Anschließend wird in einem Bildverarbeitungsprozess ein Vergleich der erhaltenen Bilddaten durchgeführt. So kann festgestellt werden, ob ein an einem ersten Ort erfasstes Bild eines Oberflächenabschnitts in den später an einem zweiten Ort erfassten Oberflächenbildern wiederkehrt.According to the present invention, surface images of a transported and processed object are continuously optically detected at several locations along its transport direction. Subsequently, in an image processing process, a comparison of the obtained image data is performed. Thus, it can be determined whether an image captured at a first location of a surface portion in the later captured at a second location surface images.
Anders als bei dem oben beschriebenen herkömmlichen optischen Messsystem, bei dem eine kontinuierliche Bildsequenz bis zu einem Anfangsbild betrachtet werden musste, genügt es bei dem erfindungsgemäßen System, immer nur zwei Oberflächenbilder zu vergleichen. Das bedeutet eine erhebliche Reduktion des erforderlichen Speicheraufwands und der erforderlichen Messdauer.Unlike the above-described conventional optical measuring system in which a continuous image sequence had to be considered up to an initial image, it is sufficient in the system according to the invention to compare only two surface images. This means a significant reduction of the required storage effort and the required measurement time.
Um Speicher- und Rechenaufwand weiter zu verringern, werden die erfassten Oberflächenbilder vor dem Bildvergleich vorzugsweise durch geeignete Bildverarbeitungsschritte in Bilddaten umgewandelt, die einen geringeren Speicherplatz benötigen, aber immer noch charakteristisch für in dem erfassten Oberflächenabschnitt auftretende Bildmuster sind. Es genügt dann, aus diesen Bilddaten extrahierte charakteristische Werte zu vergleichen, um festzustellen, ob diese Bilddaten zu demselben Oberflächenabschnitt des bewegten Gegenstands gehören oder nicht.To further reduce memory and computational effort, the captured surface images are preferably converted to image data prior to image comparison, preferably by image processing steps, which require less memory space but are still characteristic of image patterns occurring in the acquired surface portion. It then suffices to compare characteristic values extracted from these image data to determine whether or not these image data belong to the same surface portion of the moving object.
Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren für Gegenstände aus Holz, weil diese eine charakteristische Maserung auf ihrer Oberfläche aufweisen und ähnlich wie beim menschlichen Fingerabdruck das Muster der Maserung an jedem Abschnitt entlang der Oberfläche des Gegenstands individuell verschieden ist.The method according to the invention is particularly suitable for articles made of wood because they have a characteristic grain on their surface and, similar to the human fingerprint, the pattern of the grain is individually different at each section along the surface of the article.
Typischerweise befindet sich der zu bearbeitende Gegenstand auf einer Transporteinheit, mittels der er durch die Bearbeitungsanlage gefahren wird. Aufgrund der Ortsbestimmung des Gegenstands lässt sich die Bearbeitungsdauer bzw. der Bearbeitungsbeginn des Gegenstands in der Anlage so steuern, dass die Bearbeitung des Gegenstands genau dann durchgeführt wird, wenn der Gegenstand die dafür vorgesehene Zielposition erreicht hat, bzw. dass der Gegenstand beim Bahnfahren genau die für die Bearbeitung vorgesehene Wegstrecke zurücklegt.Typically, the object to be processed is located on a transport unit, by means of which it is driven through the processing plant. Due to the location of the object, the processing time or the start of processing of the article in the system can be controlled so that the processing of the object is performed exactly when the object has reached the intended target position, or that the object when driving the train exactly travels for the intended route.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die
Der zu bewegende Gegenstand
Die Steuereinheit
Weil immer nur Vergleiche von zwei einzelnen Bildern durchgeführt werden, addieren sich etwaige Ungenauigkeiten bei der Digitalisierung der Oberflächenbilder nicht auf. Dadurch bleiben auch die Datenmengen, die zwischengespeichert werden müssen, beschränkt. Die Genauigkeit des Ortsmessverfahrens ist letztlich nur durch die maximale Bildverarbeitungsgeschwindigkeit und die Auflösung der optischen Messeinrichtungen
Die Abstände zwischen den Messeinrichtungen
Das erfindungsgemäße System erlaubt eine Ortsbestimmung in Echtzeit für Bewegungsgeschwindigkeiten des Gegenstands von über 3 m/s und eine Messgenauigkeit von über 0,1 mm.The system according to the invention allows a real-time position determination for moving speeds of the object of more than 3 m / s and a measuring accuracy of more than 0.1 mm.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein verbessertes System zur Ortsbestimmung eines bewegten Gegenstands
Claims (8)
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2010
- 2010-09-16 DE DE202010012725U patent/DE202010012725U1/en not_active Expired - Lifetime
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