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Die Erfindung betrifft Vorrichtung zur automatisierten Vereinzelung von nicht-magazinierten Profilen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dies durch eine Vorrichtung realisiert, die unter anderem Schnittkanten der Profile derart beleuchtet, dass die Schnittkanten relativ hell gegenüber den verbleibenden Abschnitten der Profile erscheinen, wird die Position derjenigen Schnittkante des Profils mit der höchsten Höhenkomponente in einem Teilbereich eines aufgenommen Bildes bestimmt, und mittels eines Greifers eines Roboters die bestimmte Position angefahren und das entsprechende Profil vereinzelt.
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Stand der Technik
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Herkömmlicherweise werden Kunststoffprofile manuell aus einem Transportbehälter entnommen und einer Konfektionieranlage zugeführt. Die Transportbehälter stehen auf einer Hubeinheit und werden beim Entladen angehoben, so dass der Mitarbeiter bei der Entnahme der Profile aus dem Behälter rückenschonend arbeiten kann. Die Hubeinheit wird dabei von dem Mitarbeiter bedient. Kleine Profile werden in ein Magazin, welches sich vor dem Einzug der Konfektionieranlage befindet, eingesteckt, während große Profile direkt in die Konfektionieranlage eingeschoben werden.
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Bei den Profilen wird zwischen Hohlprofilen und Flachprofilen unterschieden. Ein Hohlprofil weist mindestens eine Hohlkammer auf, wie in 1 dargestellt. Flachprofile hingegen weisen keine Hohlkammer auf, wie ebenfalls in 1 gezeigt.
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Die Druckschrift
AT 500 778 B1 offenbart eine Vorrichtung zum Konfektionieren von steifen, einseitig offenen Behältern, wie z. B. Tüten oder Becher, durch Einsetzen in an ihre Außenkontur angepasste, formstabile Konfektionierhüllen. Die Behälter werden von einer mehrere nebeneinanderliegende Transportbahnen aufweisenden Transportvorrichtung unter einer Abgabevorrichtung hindurchtransportiert, die die Konfektionierhüllen in den Transportbahnen ablegt. Die Abgabevorrichtung umfasst eine mit schräg nach unten verlaufenden Ablagerinnen für stangenförmige Konfektionierhüllenstapel versehene Ablage, eine der Ablage nachgeordnete Haltevorrichtung für die Konfektionierhüllenstapel und eine Übergabevorrichtung mit einem mit Saugköpfen versehenen, oberhalb der Transportbahnen hin und her bewegbaren Schlitten, der die Konfektionierhüllen mit seinen Saugköpfen von den Konfektionierhüllenstapeln abzieht und in den Transportbahnen ablegt.
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Der vorgenannte Stand der Technik sieht jedoch vor, die Behälter, wie Tüten oder Becher, magaziniert in eigens maßgeschneiderten Transportbahnen bereitzustellen.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 011 330 A1 offenbart ein Verfahren zur Lageerkennung eines insbesondere nicht rotationssymmetrischen Formteils aus beispielsweise keramischem oder metallischem Material, bei dem mittels einer Lichtquelle das Formteil punkt- oder linienförmig unter einem ersten Winkel angeleuchtet wird und mittels einer Kamera ein Kamerabild unter einem dazu verschiedenen Winkel aufgenommen wird zum Bereitstellen eines dreidimensionalen Abbildes des Formteils, eine Kontur innerhalb des Formteils erfasst wird und mittels der Kontur auf die Lage des Formteils geschlossen wird, wobei vor oder bei dem Konturerfassen Datenanteile nicht relevanter Daten des Kamerabildes durch deren Ausblenden reduziert werden.
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Dieser Stand der Technik lehrt eine extreme Form der Magazinierung, nämlich eine Einzelzuführung der Formteile per Förderband.
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Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Die vorstehend beschriebenen Stände der Technik realisieren lediglich eine konventionelle Zuführung verschiedener Objekte zu einer Konfektionieranlage. Es bleibt jedoch das Potenzial unberücksichtigt, das eine Zuführung nicht-magazinierter Objekte bzw. Profile bietet, und demzufolge wird auch keine Lösung zur Vereinzelung solcher nicht-magazinierter Objekte bzw. Profile bereitgestellt.
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Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das vorstehend beschriebene Problem zu lösen.
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Die erfindungsgemäße Lösung sieht in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zur automatisierten Vereinzelung von nicht-magazinierten Profilen aus einem Transportbehälter vor, wobei Schnittkanten der Profile im Wesentlichen bündig bezüglich des Transportbehälters überstehen, umfassend ein Beleuchtungssystem, das eingerichtet ist, um die Schnittkanten der Profile derart zu beleuchten, dass die Schnittkanten relativ hell gegenüber den verbleibenden Abschnitten der Profile erscheinen, ein Bilderkennungssystem mit einer Kamera, das eigerichtet ist, um ein Bild zumindest eines Teilbereichs der Schnittkanten aufzunehmen, die Schnittkanten basierend auf einem Kantenmodell aus dem Bild zu erkennen, Positionen der Schnittkanten mit einer Breitenkomponente und einer Höhenkomponente zu ermitteln, und die Position derjenigen Schnittkante des Profils mit der höchsten Höhenkomponente in dem Teilbereich zu bestimmen, und einen Roboter mit einem Greifer, wobei der Roboter eingerichtet ist, um mittels des Greifers die bestimmte Position anzufahren und das entsprechende Profil zu vereinzeln.
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In einer ersten Ausgestaltung des ersten Aspekts ist die Position vorzugsweise der Schnittkante ein Referenzpunkt, der durch das Kantenmodell vorgegeben wird. In diesem Fall fällt vorzugsweise der Referenzpunkt mit einem Schwerpunkt der Schnittkante zusammen.
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In einer zweiten Ausgestaltung des ersten Aspekts ist vorzugsweise das Bilderkennungssystem eingerichtet, um Schnittkanten, die lediglich teilweise in dem Teilbereich liegen, von der Positionsbestimmung auszuschließen. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise das Bilderkennungssystem eingerichtet, um Schnittkanten, die zur Gänze in einem Randbereich des Teilbereichs liegen, von der Positionsbestimmung auszuschließen. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise das Bilderkennungssystem eingerichtet, um eine bestimmte Position zu verwerfen, wenn eine potenzielle Kollision mit einem anderen Profil erkannt wird. In letzterem Fall ist vorzugsweise das Bilderkennungssystem eingerichtet, um eine potenzielle Kollision durch Abgleich der Höhenkomponente der bestimmten Position mit der Höhenkomponente einer Position des potenziell kollidierenden Profils zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise das Bilderkennungssystem eingerichtet, um zusätzlich einen Winkel zwischen einer Hauptachse der Schnittkanten und der Breitenachse des Teilbereichs zu bestimmen, und Schnittkanten, deren Winkel einen vorbestimmten Winkel überschreitet, von der Positionsbestimmung auszuschließen.
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In einer dritten Ausgestaltung des ersten Aspekts ist vorzugsweise der Teilbereich eine Breitenteilung der Schnittkanten in dem Transportbehälter. In diesem Fall schließt vorzugsweise der Teilbereich die obere Lage der Schnittkanten ein. Wenn dem so ist, dann ist vorzugsweise das Bilderkennungssystem eingerichtet, um den Teilbereich um eine Breitenteilung weiter zu verschieben, wenn die Vereinzelung dazu führte, das der Teilbereich nicht mehr die obere Lage der Schnittkanten einschließt.
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In einer vierten Ausgestaltung des ersten Aspekts ist vorzugsweise das Bilderkennungssystem eingerichtet, um die aufgenommen Schnittkanten mit einer Mehrzahl von zuvor gespeicherten verschiedenen Kantenmodellen abzugleichen. In diesem Fall ist vorzugsweise jedes der verschiedenen Kantenmodelle in verschiedenen Orientierungen gespeichert. Wenn dem so ist, dann ist vorzugsweise jedes der verschiedenen Kantenmodelle als ein Urbild und zumindest eine Spiegelung des Urbilds gespeichert.
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In einer fünften Ausgestaltung des ersten Aspekts ist vorzugsweise das Beleuchtungssystem eingerichtet, um Licht im blauen Wellenlängenbereich auszusenden. In diesem Fall weist vorzugsweise die Kamera weiterhin ein Bandpassfilter auf, das eingerichtet ist, um Licht außerhalb des blauen Wellenlängenbereichs auszufiltern. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise das Beleuchtungssystem als eine Ringbeleuchtung ausgestaltet. Außerdem ist verläuft vorzugsweise die optische Achse der Kamera im Wesentlichen lotrecht zu einer Ebene, die die Schnittkanten in dem Teilbereich enthält.
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In einer sechsten Ausgestaltung des ersten Aspekts ist vorzugsweise der Greifer eingerichtet, um die als Hohlprofile ausgestalteten Profile zu greifen. In diesem Fall umfasst vorzugsweise der Greifer eine erste Backe, die eingerichtet ist, um in eine Hohlkammer des Profils einzugreifen, und eine zweite Backe, die eingerichtet ist, um auf dem Profil aufzusetzen, wobei der Greifer eingerichtet ist, um die Vereinzelung des entsprechenden Profils durch Schließen der ersten und zweiten Backe zu initiieren. Außerdem ist vorzugsweise die zweite Backe auf ihrer Innenseite in Schließrichtung mit einem rutschfesten Material versehen.
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In einer siebten Ausgestaltung des ersten Aspekts ist vorzugsweise der Greifer eingerichtet, um die als Flachprofile ausgestalteten Profile zu greifen. In diesem Fall ist vorzugsweise der Greifer eingerichtet, um eine Vorvereinzelung des entsprechenden Profils durchzuführen. Wenn dem so ist, dann umfasst vorzugsweise der Greifer eine erste schwenkbare Backe, die eingerichtet ist, um auf einer Unterseite des entsprechenden Profils aufzusetzen, und eine zweite feststehende Backe, die eingerichtet ist, um auf einer Oberseite des Profils aufzusetzen, wobei der Greifer eingerichtet ist, um die Vereinzelung des entsprechenden Profils durch Schließen der ersten und zweiten Backe zu initiieren. In letzterem Fall ist vorzugsweise die feststehende Backe auf ihrer Innenseite in Schließrichtung mit einem rutschfesten Material sowie einer Düse versehen. Zusätzlich sind vorzugsweise der Roboter und der Greifer zur Vorvereinzelung eingerichtet, um die schwenkbare Backe weg von der Ebene der Schnittkanten zu schwenken, die feststehende Backe auf dem entsprechenden Flachprofil aufzusetzen, mittels der Düse einen Unterdruck zu erzeugen, das entsprechende Flachprofil um eine vorbestimmte Distanz weg von der Ebene der Schnittkanten zu ziehen, die schwenkbare Backe unter das entsprechende Flachprofil zu schwenken, und die feststehende und die schwenkbare Backe zu schließen. Zusätzlich ist vorzugsweise die schwenkbare Backe mit einer senkrecht angeordneten Platte versehen, die eingerichtet ist, um ein Profil, das bei der Vorvereinzelung zusammen mit dem entsprechenden Profil herausgezogen wurde, wieder bündig zurück in die Ebene der verbleibenden Schnittkanten zu schieben.
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In einer achten Ausgestaltung des ersten Aspekts stehen vorzugsweise die Schnittkanten der Profile derart im Wesentlichen bündig über, dass ein gegenseitiger Tiefenversatz der Schnittkanten eine vorbestimmte Toleranz nicht überschreitet. In diesem Fall beträgt vorzugsweise die Toleranz 6 mm.
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In einem zweiten Aspekt ist ein System vorgesehen, das eine Vorrichtung gemäß der dritten Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst, wobei der Transportbehälter eine Hubeinrichtung umfasst, die eingerichtet ist, um den Transportbehälter um eine vorbestimmte Distanz anzuheben, wenn durch das Bilderkennungssystem erkannt wird, dass keiner der Teilbereiche die obere Lage der Schnittkanten einschließt. Alternativ umfasst das System eine Vorrichtung gemäß der zweiten Ausgestaltung, in der zusätzlich ein Winkel zwischen einer Hauptachse der Schnittkanten und der Breitenachse des Teilbereichs bestimmt wird, und Schnittkanten, deren Winkel einen vorbestimmten Winkel überschreitet, von der Positionsbestimmung ausgeschlossen werden, und weiterhin eine Lineareinheit mit einer Längsrolle umfasst, die eingerichtet sind, um das entsprechende Profil auch bei Überschreitung des Winkels zu vereinzeln und um die Längsrolle herum in die Lineareinheit einzuführen. In letzterem Fall sind vorzugsweise die Vorrichtung und die Lineareinheit mit der Längsrolle für die Vereinzelung großer Hohlkammerprofile eingerichtet.
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In einem dritten Aspekt ist ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodeabschnitten vorgesehen, das eingerichtet ist, bei Ausführung des Computerprogrammprodukts auf einer Computereinrichtung, einen Prozessor der Computereinrichtung anzuweisen, um eine Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt oder ein System gemäß dem zweiten Aspekt zu steuern. Das Computerprogrammprodukt ist vorzugsweise auf einem computerlesbaren Medium gespeichert.
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In einem vierten Aspekt ist ein Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung zur automatisierten Vereinzelung von nicht-magazinierten Profilen aus einem Transportbehälter vorgesehen, wobei Schnittkanten der Profile im Wesentlichen bündig bezüglich des Transportbehälters überstehen, umfassend die Schritte Beleuchten, mittels eines Beleuchtungssystems, der Schnittkanten der Profile derart, dass die Schnittkanten relativ hell gegenüber den verbleibenden Abschnitten der Profile erscheinen, Aufnehmen, mittels eines Bilderkennungssystems mit einer Kamera, eines Bildes zumindest eines Teilbereichs der Schnittkanten, Erkennen, mittels des Bilderkennungssystems, der Schnittkanten aus dem Bild basierend auf einem Kantenmodell, Ermitteln, mittels des Bilderkennungssystems, von Positionen der Schnittkanten mit einer Breitenkomponente und einer Höhenkomponente, Bestimmen der Position derjenigen Schnittkante des Profils mit der höchsten Höhenkomponente in dem Teilbereich, Anfahren, mittels eines Roboters mit einem Greifer, der bestimmten Position, und Vereinzeln, mittels des Roboters mit dem Greifer, des entsprechenden Profils bei der angefahrenen Position.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, die Kamera zu verfahren, um die oben beschriebene Hubeinrichtung zu ersetzen.
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Die vorliegende Erfindung eröffnet eine Reihe von Vorteilen, die sich aus dem Studium der nachfolgenden Beschreibung erschließen. Als bedeutendster Vorteil sei angeführt, dass die Verwendung nicht-magazinierter Profile, die bis dato nicht möglich war, eine wesentliche Zeit- und Kostenersparnis darstellt, da die Profile im Wesentlichen in ihrem Transportzustand direkt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Vereinzelung übergeben werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden eine bevorzugte Ausführungsform sowie einige Teilaspekte der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung der verwendeten Hohl- und Flachprofile;
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem ersten Aspekt;
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3 einen Roboter mit Greifer zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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4A bis 4C prinzipiell die Funktionsweise der Bilderkennung und -verarbeitung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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5 eine Datenbank zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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6 ein Beleuchtungssystem zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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7 eine Prinzipskizze eines Greifers zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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8 ein erstes Beispiel eines Greifers zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Vereinzelung von Hohlprofilen;
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9A und 9B ein zweites Beispiel eines Greifers zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Vereinzelung von Flachprofilen;
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10 einen zweiten Aspekt der Erfindung, ein System umfassend die erfindungsgemäße Vorrichtung und eine Lineareinheit;
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11 ein Zeitdiagramm betreffend den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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12 eine Schutzumhausung zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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13 eine Prinzipskizze eines Notfallprogramms zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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14 einen Verfahrensaspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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Zu Beginn sei ausgeführt, dass nachfolgende Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung manchmal mit ihrer technischen Implementierung (z. B. KukaTM Typ KR 16-2 S oder Spectrum IlluminationTM Typ MRL 5.5) und manchmal mit ihrer allgemeinen Form (z. B. Roboter oder Beleuchtungssystem) bezeichnet werden. Dies schränkt jedoch die allgemeine Form nicht auf die konkrete technische Implementierung ein, sondern stellt jeweils lediglich ein Ausführungsbeispiel dar; dies gilt ebenso für konkrete Zahlenwerte und -angaben: solange diese nicht technisch notwendig sind, stellen auch sie lediglich ein Ausführungsbeispiel dar.
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Anhand der vier Profile, die in 1 gezeigt sind, wurden die automatisierte Vereinzelung und Zuführung zu einer Konfektionieranlage untersucht. Die Profile können bis zu 6 m lang sein und liegen lose in den Transportbehälter. Die Profile werden z. B. von einem Tisch in den Transportbehälter abgeschoben. Daher liegen die Profile in dem Behälter teilweise übereinander.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in einem ersten Aspekt, zum Beispiel zur Verwendung in einem System 1.
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Das System 1 umfasst die Vorrichtung 10, den Transportbehälter 20, eine optional Lineareinheit 30, einen optionalen Computer 40 und eine optionale Datenbank 50.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ein Beleuchtungssystem 101, das eingerichtet ist, um Schnittkanten von Profilen 201 derart zu beleuchten, dass die Schnittkanten relativ hell gegenüber den verbleibenden Abschnitten der Profile 201 erscheinen. Dies ist in Verbindung mit 6 näher erläutert.
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Außerdem umfasst die Vorrichtung 10 ein Bilderkennungssystem 102 mit einer Kamera 1021, das eigerichtet ist, um ein Bild zumindest eines Teilbereichs der Schnittkanten aufzunehmen, die Schnittkanten basierend auf einem Kantenmodell aus dem Bild zu erkennen, Positionen der Schnittkanten mit einer Breitenkomponente und einer Höhenkomponente zu ermitteln, und die Position derjenigen Schnittkante des Profils 201 mit der höchsten Höhenkomponente in dem Teilbereich zu bestimmen. Diese Merkmale sind in Verbindung mit 4A bis 4C und 5 näher erläutert.
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Schließlich umfasst die Vorrichtung 10 einen Roboter 103 mit einem Greifer 104, wobei der Roboter 103 eingerichtet ist, um mittels des Greifers 104 die bestimmte Position anzufahren und das entsprechende Profil 201 zu vereinzeln. Einzelheiten des Roboters 103 sind in Verbindung mit 3 erläutert, der Greifer 104 wird näher beschrieben in Verbindung mit 7, 8, 9A und 9B erläutert.
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Der Transportbehälter 20 umfasst die Profile 201, wobei die Schnittkanten (bzw. Stirnseiten) der Profile 201 im Wesentlichen bündig bezüglich des Transportbehälters 20 überstehen.
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Die Lineareinheit 30 umfasst eine Längsrolle 301, und ist in Verbindung mit 10 näher beschrieben. Außerdem umfasst das System noch den Computer 40 und die Datenbank 50, wobei letztere näher in Verbindung mit 5 beschrieben ist.
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3 zeigt einen Roboter 103 mit Greifer 104 zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.
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Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist in der Vorrichtung
10 zum automatisierten Vereinzeln und Zuführen von Profilen
201 zu einer Konfektionieranlage ein Roboter
103 vom Typ KR 16-2 S der Fa. KUKA eingesetzt. Die Antriebsleistung dieses Typs in den Grundachsen 1, 2 und 3 ermöglicht bis zu 18% kürzere Taktzeiten bei Entnahmezyklen gegenüber der Produktfamilie KR 16-2. Die technischen Daten des Roboters
103 KR 16-2 S sind in Tabelle 1 aufgelistet.
| Maximale Reichweite | 1,611 mm |
| Nenntraglast | 16 kg |
| Anzahl Achsen | 6 |
| Positionsgenauigkeit (nach ISO 9283) | ±0,05 mm |
| Gewicht | ca. 235 kg |
| Temperatur bei Betrieb | +5°C bis +55°C |
| Aufstellfläche Roboter 103 | 500 mm × 500 mm |
| Anschluss | 7,3 kVA |
| Geräuschpegel | < 75 dB |
Tabelle 1: Technische Daten des Roboters 103 KUKA KR 16-2 S
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4A bis 4C zeigen prinzipiell die Funktionsweise der Bilderkennung und -verarbeitung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Vor der Entnahme eines Profils 201 aus dem Transportbehälter 20 wird mit der Kamera 1021 ein Bild der Profile 201 im Behälter 20 aufgenommen. Die Kamera 1021 ist vorzugsweise frontal in orthogonaler Orientierung vor dem Transportbehälter 20 angeordnet, so dass die Profile 201 im Kamerabild im Schnitt dargestellt werden (vgl. 4A).
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Mit der eingesetzten Beleuchtung 101, welche nachstehend genauer beschrieben wird, wird ein Bild aufgenommen, in dem die Schnittkanten der Profile 201 hell abgebildet sind, während die weitere Oberfläche sowie die Umgebung der Profile 201 dunkel erscheint (vgl. 4A).
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Bei einer Bildaufnahme wird nicht der gesamte Behälter 20 erfasst, sondern nur ein Bereich aufgenommen. Wie in 4B dargestellt, ist die Behälterbreite vorzugsweise in vier sich überlappende Bildfelder eingeteilt. Um die gesamte Breite des Transportbehälters 20 zu erfassen, befinden sich die Komponenten der Bildaufnahme auf einer Linearachse. In einem definierten Ablauf werden nacheinander die vier Positionen (Bildfeld 1 bis 4) auf der Linearachse angefahren, um eine gleichmäßige Entnahme der Profile 201 aus dem Transportbehälter 20 zu erzielen.
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Die Unterteilung der gesamten Breite des Transportbehälters 20 wird vorgenommen, um vorzugsweise die im Bild erfassten Profile 201 mit einer solchen Auflösung abzubilden, dass eine sichere Erkennung durchgeführt werden kann. Zudem wird die Genauigkeit der Positionsermittlung des Profils 201 im Bild verbessert, so dass der Roboter 103 für den anschließenden Greifprozess exakt positioniert werden kann. Ist die Auflösung der Profile 201 im Kamerabild zu gering, kann dies Fehlerkennungen verursachen. Wie in 4B dargestellt, ist der ausgewertete Bildbereich 21 ein Teil des Bildfeldes (zum Beispiel Bildfeld 2). Da die Profile 201 vorzugsweise nur aus der oberen Lage aus dem Transportbehälter 20 entnommen werden, ist der Auswertebereich 22 gegenüber dem Bildbereich eingrenzt. Aufgrund dieser Eingrenzung wird die Auswertezeit verringert, weil weniger Kanten im Bild analysiert werden müssen.
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Wie in 4C gezeigt, nachdem die Kamera 1021 in eine vorbestimmte Position gefahren wurde, wird die Bildaufnahme ausgelöst. Über eine entsprechend parametrierte Mustererkennung werden die Profile 201 im Bild detektiert. Aus allen im Bild erkannten Profilen 201 wird das nächste zu greifende Profil 201 ausgewählt, dessen Referenzpunkt Sk2 den größten y-Wert (Höhenkomponente) aufweist. Profile 201 im Randbereich des Bildes werden ausgeblendet (vgl. 4C, Sk4). Diese Profile 201 könnten durch unvollständig im Bild liegende Profile 201 verdeckt sein. Profile 201, welche nicht vollständig im Bild abgebildet sind, werden von dem Bildverarbeitungssystem 102 vorzugsweise nicht detektiert.
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Zudem wird bei der Auswertung vorzugsweise der Winkel α der Profile 201 im Bild ermittelt (vgl. 4C, Sk1). Überschreitet der ermittelte Wert des Winkels α für ein Profil 201 einen zuvor festgelegten Parameter, wird dieses Profil 201 für den nächsten Vereinzelungsvorgang ausgeschlossen. Des Weiteren wird überprüft, ob bei der Entnahme eines Profils 201 eine Kollision mit einem benachbarten Profil 201 auftreten kann. So wird z. B. das Profil 201 (Sk3) am rechten Bildrand ausgeschlossen, weil ein anderes Profil 201 über diesem Profil 201 liegt.
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In 4C wird das Profil 201 (Sk2) für die Entnahme aus dem Transportbehälter 20 ausgewählt. Die im Bild ermittelten Koordinatenwerte (x1, y1) und vorzugsweise der Winkel α des Profils 201 werden an den Roboter 103 übermittelt. Der Roboter 103 bewegt den Greifer 104 in die entsprechende Position und Orientierung und greift das Profil 201.
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In Abhängigkeit der Geometrie der Profile 201 wird das Greifen und Vereinzeln eines Profils 201 durchgeführt. Wie nachstehend unter Bezugnahme auf 8 näher ausgeführt, werden bei Hohlprofilen 201 die Finger des Greifers 104 in der Regel in die Hohlkammer eingeführt und das Profil 201 gegriffen. Wie nachstehend unter Bezugnahme auf 9A und 9B gezeigt, werden die Flachprofile 201 vor dem Greifen vorzugsweise mit einem Schieber am Geifer vorvereinzelt. Dabei wird das zugreifende Profil 201 um einige Millimeter aus dem Transportbehälter 20 herausgezogen.
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Die Komponenten der Bildaufnahme sind vorzugsweise auf einer (weiteren) Lineareinheit montiert. Befinden sich bei mehreren hintereinander durchgeführten Entnahmen die ausgewählten Profile 201 am unteren Rand des Auswertebereichs, das heißt, der y-Wert des ausgewählten Profils 201 liegt nah an der unteren Rand des Auswertebereichs, wird von der Bildverarbeitung 102 ein entsprechendes Signal ausgegeben, um die vorzugsweise vorhandene Hubeinrichtung 202, auf welcher der Transportbehälter 20 steht, einen definierten Weg nach oben zu heben.
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Wie nachstehend näher unter Bezugnahme auf 10 beschrieben, nachdem ein Profil 201 gegriffen wurde, wird es in einer definierten Orientierung in die Lineareinheit 30 übergeben. Dabei wird das Profil 201 um eine Längsrolle 301 herumgeführt. Die Längsrolle dient dazu, dass die Profile 201 seitlich aus dem Transportbehälter 20 herausgezogen werden. Auf diese Weise wird nur das gegriffene Profil 201 aus dem Transportbehälter 20 herausgezogen, auch wenn andere Profile 201 teilweise über diesem Profil 201 liegen. Der Greifer 104 an der Lineareinheit übernimmt das Profil 201 aus dem Roboter 103 Greifer 104 und führt das Profil 201 in die Konfektionieranlage ein. Während das Profil 201 von der Lineareinheit aus dem Transportbehälter 20 herausgezogen wird, wird die Kamera 1021 bereits für die nächste Bildaufnahme positioniert und der Roboter 103 in die Ausgangsposition gefahren.
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5 zeigt eine Datenbank 50 zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.
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Wie beschrieben, detektiert das Bildverarbeitungssystem 102 anhand eines Modells 51 des Profils 201 die im Transportbehälter 20 befindlichen Profile 201. Entsprechend dem hinterlegten Modell 51 des Hohlprofils 201 wird das mit Bezugszeichen 51a) dargestellte Modell des Profils 201 im Bildverarbeitungssystem 102 hinterlegt. Liegen die Profile 201 jedoch anders herum (z. B. gespiegelt) im Transportbehälter 20 bzw. wird der Transportbehälter 20 um 180° gedreht vor der Anlage positioniert, so dass die Profile 201 wie mit Bezugszeichen 51b) vor der Kamera 1021 liegen, werden diese Profile 201 bei der Bildauswertung nicht detektiert werden.
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Durch Verwendung bzw. Hinterlegung des gespiegelten Modells 51 ist auch die Erfassung umgekehrt liegender Profile 201 möglich. Das Greifen umgekehrt liegender Profile 201 kann z. B. durch einen um 360° drehbaren Greifer 104 gelöst werden.
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6 zeigt ein Beleuchtungssystem 101 zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die Profile 201 liegen nicht magaziniert in dem Transportbehälter 20. Um die Profile 201 automatisiert greifen zu können, müssen die Profile 201 im Transportbehälter 20 erkannt werden. Dabei besteht die besondere Herausforderung darin, dass diese Profile 201 z. B. aus schwarzem Kunststoff gefertigt sein können.
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Zur Bildaufnahme wird vorzugsweise eine Grauwertmatrixkamera 1021 vom Typ Iris GT mit 640×480 Pixeln der Fa. Matrox eingesetzt; dies ist lediglich eine Beispielimplementierung und schränkte die Erfindung nicht ein. An dieser Kamera 1021 ist vorzugsweise ein Objektiv mit einer Brennweite von 25 mm der Fa. Pentax angeschraubt. In Vorversuchen wurden für diese Aufgabenstellung unterschiedliche Beleuchtungsquellen und Beleuchtungsarten untersucht. Die Art der Beleuchtung beeinflusst die nachfolgende Bildauswertung und ist daher sorgfältig zu wählen. Die Beleuchtung dient dazu, die interessierenden Objekteigenschaften kontrastreich im Bild darzustellen. Es zeigte sich, dass eine Ringlichtbeleuchtung für diese Aufgabe insbesondere geeignet ist. Zur Bildaufnahme wird daher vorzugsweise eine LED-Ringleuchte vom Typ MRL 5.5 der Fa. Spectrum Illumination ausgewählt. Diese Beleuchtung sendet Licht im blauen Wellenlängenbereich aus. Zudem ist in den Strahlengang ein Bandpassfilter 10211 vorzugsweise der Fa. Jos. Schneider Optische Werke GmbH eingebracht, das nur Licht im blauen Wellenlängenbereich durchlässt. Die Anordnung der Kamera 1021 mit Objektiv und der Ringbeleuchtung 101 auf der Linearachse ist in 6 dargestellt.
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Wie beschrieben, beeinflusst die Beleuchtung 102 die Bildauswertung. Sich verändernde Lichtverhältnisse wie einfallendes Sonnenlicht oder Fremdlicht durch die Hallenbeleuchtung wirken sich häufig störend auf die Bildanalyse aus. Bei der Erkennung der Profile 201 wird deshalb eine Beleuchtung 102 eingesetzt, die vorzugsweise im blauen Wellenbereich aussendet. Wie erwähnt, wird in den Strahlengang z. B. vor dem Bildsensor der Kamera 1021 das Bandpassfilter 10211 eingesetzt, das nur Licht im blauen Wellenlängenbereich durchlässt. Auf diese Weise wird Fremdlicht weitestgehend ausgeschlossen, so dass keine mechanischen Abschottungen erforderlich sind.
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In der Bildauswertung erfolgt die Analyse des aufgenommenen Bildes. Zur Erkennung der Profile 201 werden die Kanten im Bild 21, 22 ermittelt. Die gefundenen Kanten werden vorzugsweise mit einem Kantenmodell 51 des zu vereinzelnden Profils 201 verglichen. Das Kantenmodell 51 wurde zuvor in der Bildverarbeitungssoftware hinterlegt. Anhand dieses Vergleichs werden die Profile 201 im Bild detektiert. Zu den gefundenen Kanten werden die Position im Bild sowie die Neigung des Profils 201 angegeben.
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Die ermittelte Position x, y und vorzugsweise Orientierung α eines Profils 201 werden als Ergebnis der Bildanalyse vorzugsweise in Form eines Steuersignals an den Roboter 103 abgeben. Der Roboter 103 übernimmt dieses Signal als Korrekturwert für die Steuerung, um das Profil 201 im nächsten Schritt greifen zu können. Damit der Roboter 103 entsprechend den von der Bildverarbeitung 102 übermittelten Daten die Position anfahren kann, ist es erforderlich, dass zwischen den Ergebniswerten des Bildverarbeitungssystems und dem Koordinatensystems des Roboters 103 eine Beziehung hergestellt wird.
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Unter Rückbezug auf 4C ist das Koordinatensystem des Bildverarbeitungssystems 102 eingezeichnet; das Weltkoordinatensystem des Roboters 103 ist 3 dargestellt. Diese Beziehung zwischen diesen Koordinatensystemen wird durch eine Kalibrierung erzeugt. Da die Kamera 1021 mit dem Objektiv sowie der Roboter 103 vorzugsweise auf einem Grundgestell montiert sind, genügt es in der Regel, diese Kalibrierung einmalig bei der Inbetriebnahme der Anlage durchzuführen.
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Die Kalibrierung des Bildverarbeitungssystems 102 des Roboters 103 wird in einer zuvor definierten Ebene durchgeführt. Um eine sichere Bildauswertung und anschließendes Greifen eines Profils 201 zu gewährleisten, müssen die Profilenden im Transportbehälter 20 möglichst exakt in der Ebene liegen, in welcher zuvor die Kalibrierung durchgeführt wurde. Zudem wird bei der Bildauswertung auch die Größe der im Bild erkannten Profilgeometrie mit dem Kantenmodell 51 des Profils 201 verglichen. Weicht die Größe eines im Bild ermittelten Profils 201 über einen voreingestellten Wert von dem Kantenmodell 51 ab, wird dieses Profil 201 in der weiteren Bildauswertung nicht weiter berücksichtigt. Aus diesem Grund müssen die Profile 201 bündig abschließend in dem Transportbehälter 20 liegen; die Profilenden (bzw. Stirnseiten oder Kanten) liegen vorzugsweise in einem Bereich von ±3 mm in der Kalibrierebene. Um auch Profile 201 am linken sowie am rechten Rand des Transportbehälters 20 greifen zu können, stehen die Profile 201 an der Entnahmeseite vorzugsweise um etwa 200 mm über. Ist dies nicht der Fall, kann der Greifer 104 bei der Entnahme solcher Profile 201 mit dem Transportbehälter 20 kollidieren.
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7 zeigt eine Prinzipskizze eines Greifers 104 zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Beim Greifen eines Profils 201 wird zwischen Hohlprofil und Flachprofil unterschieden. In 7 ist ein Greifer 104 für ein Hohlprofil 201 schematisch dargestellt. Zum Greifen des Profils 201 dringen die zwei Finger 1041, 1042 des Greifers 104 in die Hohlkammer ein und werden geschlossen. Auf diese Weise wird das Profil 201 gegriffen.
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8 zeigt ein erstes Beispiel eines Greifers 104 zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Vereinzelung von Hohlprofilen 201.
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Mit den in 7 schematisch dargestellten Greifer 104 können Hohlprofile 201 wie in gegriffen und der Lineareinheit zugeführt werden. Große Hohlprofile 201 wie in 1 sind hingegen deutlich steifer als die kleinen Hohlprofile 201. Um bei den großen Hohlprofilen 201 eine Beschädigung beim Greifen zu vermeiden, wurde für diese Profile 201 der in Greifer 104 für kleine Hohlprofile 201 modifiziert. Wie in 8 dargestellt, wird die obere Backe 1042 des Greifers 104 auf dem Profil 201 aufgesetzt, während die untere Backe 1041 in eine Hohlkammer des Profils 201 eindringt. Die obere Backe 1042 ist vorzugsweise auf der unteren Seite mit einem rutschfesten Material ausgestattet, um einen sicheren Halt des Profils 201 im Greifer 104 zu gewährleisten.
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9A und 9B zeigen ein zweites Beispiel eines Greifers 104 zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Vereinzelung von Flachprofilen 201.
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Bei Flachprofilen 201 kann ein Greifer 104, der ähnlich ausgeführt ist wie der in 7 und 8 dargestellte Greifer 104 für Hohlprofile 201, nicht eingesetzt werden. Soll mit dem Zwei-Backen-Greifer 104 ein Profil 201 aus der obersten Ebene des Transportbehälters 20 entnommen werden, kann durch die untere Backe des Greifers 104 ein Profil 201, welches unter dem ausgewählten Profil 201 liegt, beim Anfahren aus dem Transportbehälter 20 nach hinten herausgeschoben wird. Um dies zu verhindern, findet vorzugsweise vor dem Greifen eines Flachprofils 201 eine Vorvereinzelung statt.
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Die Vorvereinzelung dient dazu, dass zu greifende Flachprofil 201 aus dem Verbund zu lösen, ohne ein anderes Profil 201 im Transportbehälter 20 zu verschieben. Der erfindungsgemäße Greifer 104 für Flachprofile 201 besteht aus zwei Backen 1041, 1042. Die obere Backe 1042 ist feststehend und vorzugsweise auf der Unterseite mit einem rutschfesten Material ausgestattet. Des Weiteren sind vorzugsweise in diese Backe 1042 zumindest eine (vorzugsweise zwei) Saugdüsen 1043 eingelassen. Die untere Backe 1041 des Greifers 104 kann um vorzugsweise 90° geschwenkt werden.
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Wie in 9A gezeigt, ist beim Vorvereinzeln ist die untere Backe 1041 vorzugsweise zur Seite geschwenkt. Die obere Backe 1042 des Greifers 104 wird entsprechend den übermittelten Daten aus dem analysierten Kamerabild auf dem Flachprofil 201 aufgesetzt. Die beiden Düsen 1043 der oberen Backe saugen das Flachprofil 201 an. Das rutschfeste Material sorgt für einen sicheren Halt beim Herausziehen des Profils 201 aus dem Transportbehälter 20.
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Wie in 9B gezeigt, ist das Profil 201 aus dem Transportbehälter 20 vorvereinzelt, wird die untere Backe 1041 des Greifers 104 um vorzugsweise 90° unter die obere Backe 1042 geschwenkt und das Profil 201 gegriffen. An dem Flachprofilgreifer 104 ist vorzugsweise unterhalb der Greifeinheit eine senkrecht angeordnete Platte 1044 montiert. Wenn beim Vorvereinzeln eines Profils 201 ein weiteres Profil 201 mit aus dem Transportbehälter 20 herausgezogen wird, kann das nicht gegriffene Profil 201 mit Hilfe dieser Platte 1044 in den Transportbehälter 20 wieder eingeschoben werden.
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Es wurden die in 1 gezeigten vier Profile 201 untersucht. Anhand dieser Profile 201 wurden die beschriebenen Greifertypen entwickelt. Je nach Art und Größe der Profile 201 ist gegebenenfalls eine Modifizierung der vorgestellten Greifer 104 durchzuführen.
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Beim Wechsel eines Profils 201 müssen je nach Profil 201 gegebenenfalls der Robotergreifer 104, der Greifer der Lineareinheit sowie das Bildverarbeitungssystem 102 an das nächste zu verarbeitende Profil 201 angepasst werden. Wie vorstehend beschrieben, gibt es für unterschiedliche Profile 201 verschiedene Robotergreifer 104. Die unterschiedlichen Greifer 104 können in einem Magazin bereitgestellt werden, aus dem der Roboter 103 selbsttätig den aktuellen Greifer 104 absetzt und den erforderlichen Greifer 104 aufnimmt. Dazu müssen die Greifer 104 wie auch der Roboterflansch mit einer entsprechenden Schnellwechselkupplung ausgestattet werden.
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Die Profile 201 werden im Greifer 104 der Lineareinheit vorzugsweise pneumatisch geklemmt. Um einen sicheren Halt in dem Greifer 104 zu gewährleisten, wird dieser Greifer 104 ähnlich wie der Robotergreifer 104 an die Profile 201 angepasst. Beim Wechsel eines Profils 201 wird der Greifer 104 der Lineareinheit manuell gewechselt.
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Für das nächste zu verarbeitenden Profil 201 muss das entsprechende Kantenmodell 51 im Bildverarbeitungssystem 102 ausgewählt werden. Dabei kann die Oberfläche des Bildverarbeitungssystems 102 so gestaltet werden, dass die bereits verfügbaren Kantenmodelle 51 z. B. mit der entsprechenden Artikelnummer hinterlegt sind. Durch Auswahl eines Profils 201 werden das entsprechende Kantenmodell 51 und die dazu hinterlegten Parameter geladen.
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Um einen Transportbehälter 20 in einer definierten Position vor der Anlage abzustellen, sind an einem Grundgestell der Vorrichtung 10 Anschläge zur Positionierung des Transportbehälters 20 angebracht. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Transportbehälter 20 orthogonal vor der Kamera 1021 steht und sich die Profile 201 im gleichen Abstand zur Kamera 1021 befinden.
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10 zeigt einen zweiten Aspekt der Erfindung, ein System umfassend die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 und eine Lineareinheit 30.
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Aufgrund der Steifigkeit eines großen Hohlkammerprofils 201 wird dieses bei der Übergabe in die Lineareinheit um 90° auf die schmale Seite gedreht. So kann ein solches Profil 201 um die Rolle 301 herum in den Greifer 104 der Lineareinheit gelegt werden. Bei der Übergabe dieses Profils 201 an die Konfektionieranlage kann das Profil 201 wieder um 90° in die breite Seite gedreht werden.
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11 zeigt ein Zeitdiagramm betreffend den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.
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In 11 ist das Zeitdiagramm für das Vereinzeln von Profilen 201 aus dem Transportbehälter 20 und das Zuführen in eine (nicht gezeigte) Konfektionieranlage abgebildet. Dabei wird der Fall eines Flachprofils 201 betrachtet, bei dem eine Vorvereinzelung stattfindet. Im Einzelnen werden vorzugsweise die folgenden Operationen durchgeführt:
- 1. Es wird ein Kamerabild der Profile 201 aufgenommen. Die Kamera 1021 wird zuvor positioniert, wenn das Profil 201 an die Lineareinheit 30 übergeben wird und der Roboter 103 in die Ausgangsposition fährt.
- 2. Entsprechend den übergebenen Daten des Bildverarbeitungssystems wird der Robotergreifer 104 zu dem ausgewählten Profil 201 gefahren.
- 3. Das ausgewählte Profil 201 wird vorvereinzelt.
- 4. Das vorvereinzelte Profil 201 wird gegriffen.
- 5. Das gegriffene Profil 201 wird zur Übergabe an die Lineareinheit 30 gebracht. Dabei wird es in die erforderliche Orientierung gebracht.
- 6. Das Profil 201 wird von der Lineareinheit 30 übernommen. Nach der Übernahme wird es der Konfektionieranlage zugeführt.
- 7. Der Roboter 103 fährt in die Ausgangsposition und erhält die Daten für das nächste zu vereinzelnde Profil 201.
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12 zeigt eine Schutzumhausung 60 zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.
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Die Schutzumhausung 60 umschließt vorzugsweise sowohl das Grundgestell mit den aufgebauten Komponenten wie auch den Transportbehälter 20 ein. Die Bewegung der Hubeinheit 202 wird derzeit manuell ausgelöst. Diese Bewegung wird erfindungsgemäß entsprechend der Lage der Profile 201 im Auswertebereich des Kamerabildes automatisiert ausgeführt. Daher ist es erforderlich, sowohl das Grundgestell als auch die Hubeinheit 202 mit dem Transportbehälter 20 mit der Schutzumhausung 60 zu umschließen. Um den Transportbehälter 20 in die Anlage einbringen zu können, verfügt die Schutzumhausung über Flügeltüren.
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13 zeigt eine Prinzipskizze einer Notfallkonfiguration 70 zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.
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Beim Ausfall des Roboters 103, des Bildverarbeitungssystems 102 oder der Lineareinheit 30 soll die Zuführung der Profile 201 zur Konfektionieranlage in einer Notkonfiguration weiter betrieben werden können. In der Notkonfiguration können die Profile 201 manuell aus dem Transportbehälter 20 entnommen und der Konfektionieranlage zugeführt werden.
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Wie in 13 gezeigt, befindet sich für die Notkonfiguration neben der Lineareinheit 30 auf dem Grundgestell eine Führungsschiene. Diese Führungsschiene wird für die Notkonfiguration manuell so gedreht, dass diese Führungsschiene in einer Flucht mit dem Einzug der Konfektionieranlage steht. Es findet eine manuelle Zuführung eines Profils 201 aus dem Transportbehälter 20 über die Führungsschiene in die Konfektionieranlage statt. Der Roboter 103 wird in der Notkonfiguration in eine zuvor definierte Stellung gefahren. Nur wenn der Roboter 103 in dieser Stellung steht, kann die Notkonfiguration gestartet werden.
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14 schließlich zeigt einen Verfahrensaspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Steuern der Vorrichtung 10 zur automatisierten Vereinzelung der nicht-magazinierten Profilen 201 aus dem Transportbehälter 20 vorgesehen, wobei die Schnittkanten der Profile 201 im Wesentlichen bündig bezüglich des Transportbehälters 20 überstehen. Das Verfahren umfasst die Schritte Beleuchten S1, mittels des Beleuchtungssystems 101, der Schnittkanten der Profile 201 derart, dass die Schnittkanten relativ hell gegenüber den verbleibenden Abschnitten der Profile 201 erscheinen, Aufnehmen S2, mittels des Bilderkennungssystems 102 mit einer Kamera 1021, eines Bildes zumindest eines Teilbereichs 21, 22 der Schnittkanten, Erkennen S3, mittels des Bilderkennungssystems, der Schnittkanten aus dem Bild basierend auf einem Kantenmodell, Ermitteln S4, mittels des Bilderkennungssystems, von Positionen der Schnittkanten mit einer Breitenkomponente x1 bis xn und einer Höhenkomponente y1 bis yn, Bestimmen S5 der Position derjenigen Schnittkante des Profils 201 mit der höchsten Höhenkomponente in dem Teilbereich, Anfahren S6, mittels des Roboters 103 mit dem Greifer 104, der bestimmten Position, und Vereinzeln S7, mittels des Roboters 103 mit dem Greifer 104, des entsprechenden Profils 201 bei der angefahrenen Position.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 10
- Vorrichtung
- 20
- Transportbehälter
- 21
- Bildbereich, Bild, Teilbereich
- 22
- Auswertebereich
- 30
- Lineareinheit
- 40
- Computer
- 50
- Datenbank
- 51
- (Kanten)Modell
- 51a
- Modell
- 51b
- Modell
- 60
- Schutzumhausung
- 70
- Notfallkonfiguration
- 101
- Beleuchtungssystem, Ringbeleuchtung
- 102
- Bilderkennungssystem/Beleuchtung
- 103
- Roboter
- 104
- Greifer
- 201
- Profile
- 202
- Hubeinrichtung
- 301
- Längsrolle
- 1021
- Kamera
- 10211
- Bandpassfilter
- 1041
- Finger/obere Backe
- 1042
- Finger/untere Backe
- 1043
- Düsen
- 1044
- Platte
- Sk2
- Referenzpunkt
- S1
- Beleuchten
- S2
- Aufnehmen
- S3
- Erkennen
- S4
- Ermitteln
- S5
- Bestimmen
- S6
- Anfahren
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- AT 500778 B1 [0004]
- DE 102005011330 A1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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