DE202017003104U1

DE202017003104U1 - Bilderkennungsfunktion unterstützendes Bewegungssteuermodul für Arbeitsmaschinen

Info

Publication number: DE202017003104U1
Application number: DE202017003104.3U
Authority: DE
Original assignee: GMT Global Inc
Current assignee: GMT Global Inc
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2017-09-15
Anticipated expiration: 2027-06-14

Abstract

Ein die Bilderkennungsfunktion unterstützendes Bewegungssteuermodul für Arbeitsmaschinen, bei dem das Bewegungssteuermodul an einer mit der Bearbeitungsplattform (10) für Arbeitsmaschinen korrespondierenden Position angeordnet ist, wobei die Bearbeitungsplattform (10) zur Anordnung mindestens eines Werkstücks (20) dient, wobei die Bearbeitungsplattform (10) mit mehr als einem Verschiebemechanismus (11) ausgestattet ist, wobei der Verschiebemechanismus (11) mit einer Werkstückbearbeitungseinheit (12) versehen ist; wobei das Bewegungssteuermodul die folgenden Komponenten umfasst: ein Haupt-Bildaufnahmegerät (30), das an einer Höhenposition über der Bearbeitungsplattform (10) angeordnet ist und sich im positionierten Zustand befindet und zur Erfassung eines ersten Bildsignals (B1) im eingestellten Draufsichtbereich der Bearbeitungsplattform (10) dient; mindestens ein Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv (40), das an einer nah der Werkstückbearbeitungseinheit (12) des Verschiebemechanismus (11) befindlichen Position angeordnet ist, sodass das Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv (40) mit der Werkstückbearbeitungseinheit (12) synchron bewegt wird, wobei das Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv (40) ein erstes Objektiv (41) und ein zweites Objektiv (42) umfasst, die beabstandet voneinander angeordnet sind und zur Erfassung eines die Tiefeninformationen des Objekts enthaltenden zweiten Bildsignals (62) eines Werkstücks (20) dienen; einen Bilderkennungsprozessor (50), wobei eine Signalverbindung zwischen dem Bilderkennungsprozessor (50), dem Haupt-Bildaufnahmegerät (30) und dem Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv (40) besteht, wobei der Bilderkennungsprozessor (50) zur Bilderkennung und Bildanalyse des ersten Bildsignals (B1) und des zweiten Bildsignals (62) dient, wobei das erste Bildsignal (B1) nach der Bearbeitung ein Referenzsignal der ersten Betätigung (C1) erzeugt und das zweite Bildsignal (B2) ein Referenzsignal der zweiten Betätigung (C2) erzeugt; eine Betätigungssteuerung (60), wobei eine Signalverbindung zwischen der Betätigungssteuerung (60), dem Haupt-Bildaufnahmegerät (30), dem Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv (40), dem Bilderkennungsprozessor (50) und dem Verschiebemechanismus (11) besteht, wobei die Betätigungssteuerung (60) gemäß dem Referenzsignal der ersten Betätigung (C1) die Werkstückbearbeitungseinheit (12) des Verschiebemechanismus (11) derart steuert, dass diese zu einer nah dem Werkstück (20) befindlichen Bereitschaftsposition (D1) bewegt wird, wobei zu diesem Zeitpunkt die Betätigungssteuerung (60) das Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv (40) derart steuert, dass dieses ein zweites Bildsignal (62) des Werkstücks (20) erfasst, anschließend wird die Werkstückbearbeitungseinheit (12) des Verschiebemechanismus (11) gemäß dem vom Bilderkennungsprozessor (50) erzeugten Referenzsignal der zweiten Betätigung (C2) von der Betätigungssteuerung (60) derart gesteuert, dass diese zur eingestellten Bearbeitungsposition (D2) des Werkstücks (20) bewegt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Führungsmodul für Arbeitsmaschinen und offenbart insbesondere ein innovatives die Bilderkennungsfunktion unterstützendes Bewegungssteuermodul für Arbeitsmaschinen.
Stand der Technik
In der Erfindung umfasst die Arbeitsmaschine eine Bearbeitungsmaschine, Zuführmaschine, Montagemaschine usw. Bei den Aufbauten dieser wird in der Regel je nach den verschiedenen Gestaltungen der herzustellenden oder zu bearbeitenden Werkstücke oder Werkstoffe mindestens ein Satz von mechanischen Armen oder dergleichen mittels eines Bewegungssteuermoduls dazu gebracht, dass der Satz von mechanischen Armen oder dergleichen durch Steuerung bewegt wird, um dadurch die Aufgaben und Funktionen des Greifens, des Schweißens und des Montierens zu erfüllen.
Bei typischen herkömmlichen Bewegungssteuermodulen für Arbeitsmaschinen werden deren Bewegungspfade und Stopppositionskoordinaten über die Programmsteuerung voreingestellt, wodurch ein mechanischer Arm gemäß vorgegebener Bewegungspfade hin und her bewegt werden kann. Allerdings eignet sich eine solche Bewegungssteuerung nur unter der Bearbeitungsbedingung, dass die Positionen der Werkstücke präzise festgelegt sind. Wenn im Bearbeitungszustand die zu bearbeitenden Werkstücke verstreut angeordnet werden oder diese sich nicht an den vorgegebenen Positionen befinden, ist eine durch Programmsteuerung bewirkte Bearbeitung nicht möglich, da die Position des vom mechanischen Arm zu bearbeitenden Werkstücks jedes Mal unterschiedlich ist.
Angesichts des vorstehenden Problems ist von der damit befassten Industrie ein Bewegungssteuermodul mit Bildererfassungs- und Bilderkennungsfunktion für Arbeitsmaschinen entwickelt worden, um die mit dem Werkstück korrespondierende Zielposition des mechanischen Arms zu steuern und dadurch jede mit dem Werkstück in Verbindung stehende Position des mechanischen Arms präzise zu steuern. Beim Aufbau eines solchen herkömmlichen Bewegungssteuermoduls für Arbeitsmaschinen ist ein Bildaufnahmegerät an einer Höhenposition der Bearbeitungsplattform für Werkstücke angeordnet, sodass ein Bild in einem eingestellten Bereich der Bearbeitungsplattform für Werkstücke durch das Bildaufnahmegerät erfasst wird, anschließend wird die Position des Werkstücks durch den im Bewegungssteuermodul angeordneten Bilderkennungsprozessor bestimmt und positioniert, um somit als Basis für die Bewegung des mechanischen Arms zu fungieren.
Allerdings bestehen derzeitig bei praktischen Anwendungen des herkömmlichen Bewegungssteuermoduls mit Bildererfassungs- und Bilderkennungsfunktion für Arbeitsmaschinen immer noch einige Probleme. Beispielsweise sind bei dem über der Bearbeitungsplattform für Werkstücke angeordneten Bildaufnahmegerät die Positionen, die von der Mittelposition der Bearbeitungsplattform für Werkstücke weit entfernt liegen, unscharf, weil der Bildaufnahmefokus normalerweise auf die Mittelposition der Bearbeitungsplattform für Werkstücke gerichtet ist. Wenn zusätzlich die Farbe eines Werkstücks der Farbe der Plattform ähnelt, kann nach der Erfassung des Bildes aufgrund der mangelhaften Erkennung der Ränder des Werkstücks ein ideales Erkennungsergebnis bei der Positionsbestimmung des Werkstücks nicht erhalten werden. Ein weiteres Problem ist, dass sich die Ergebnisse hinsichtlich der Positionen, die durch das über der Bearbeitungsplattform für Werkstücke angeordnete Bildaufnahmegerät erfasst und bestimmt werden, nur auf die Konturformen der horizontalen Plattform (X-Achse und Y-Achse) beschränken. Die Positionen in vertikaler Richtung (Z-Achse) können nicht erkannt werden. Dadurch treten bei der Bearbeitung einiger Werkstücke Probleme auf. In Bezug auf den Klemm- und Greifvorgang müssen die Greifpositionen einiger Werkstücke auf einen bestimmten Höhenbereich begrenzt werden. Dies ist einer von vielen Aspekten, einschließlich der des Massenmittelpunkts, der Greifbarkeit, der greifbaren Stelle usw. Mit dem Aufbau des vorstehend erwähnten herkömmlichen Bewegungssteuermoduls für Arbeitsmaschinen kann eine präzise Erkennung der Positionen der auf der Plattform befindlichen Werkstücke nicht erreicht werden. Den vielfältigen Bearbeitungsanforderungen der damit befassten Industrie kann noch nicht entsprochen werden. Wie dieses Problem gelöst werden kann, ist für die damit befasste Industrie von großer Bedeutung und stellt eine wichtige Forschungsrichtung dar.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren in schematischer Darstellung näher im Detail beschrieben. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ein Blockdiagramm der Betriebsbeziehungen zwischen den Komponenten eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine teilweise Draufsicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 eine erste schematische Ansicht des Betriebszustands bei der Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 eine zweite schematische Ansicht des Betriebszustands bei der Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Siehe die 1, 2 und 3, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen die Bilderkennungsfunktion unterstützenden Bewegungssteuermoduls für Arbeitsmaschinen zeigen. Die nachfolgende Beschreibung beschreibt nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und soll nicht die Schutzansprüche beschränken.
Das Bewegungssteuermodul ist an einer mit der Bearbeitungsplattform 10 für Arbeitsmaschinen korrespondierenden Position angeordnet. Die Bearbeitungsplattform 10 dient zur Anordnung mindestens eines Werkstücks 20, wobei die Bearbeitungsplattform 10 mit mehr als einem Verschiebemechanismus 11 ausgestattet ist, wobei der Verschiebemechanismus 11 mit einer Werkstückbearbeitungseinheit 12 versehen ist.
Das Bewegungssteuermodul umfasst die folgenden Komponenten: ein Haupt-Bildaufnahmegerät 30, das an einer Höhenposition über der Bearbeitungsplattform 10 angeordnet ist und sich im positionierten Zustand befindet und zur Erfassung eines ersten Bildsignals B1 im eingestellten Draufsichtbereich der Bearbeitungsplattform 10 dient; mindestens ein Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv 40, das an einer nah der Werkstückbearbeitungseinheit 12 des Verschiebemechanismus 11 befindlichen Position angeordnet ist, sodass das Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv 40 mit der Werkstückbearbeitungseinheit 12 synchron bewegt wird, wobei das Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv 40 ein erstes Objektiv 41 und ein zweites Objektiv 42 umfasst, die beabstandet voneinander angeordnet sind und zur Erfassung eines die Tiefeninformationen des Objekts enthaltenden zweiten Bildsignals 62 eines Werkstücks 20 dienen; einen Bilderkennungsprozessor 50, wobei eine Signalverbindung zwischen dem Bilderkennungsprozessor 50, dem Haupt-Bildaufnahmegerät 30 und dem Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv 40 besteht, wobei der Bilderkennungsprozessor 50 zur Bilderkennung und Bildanalyse des ersten Bildsignals B1 und des zweiten Bildsignals B2 dient, wobei das erste Bildsignal B1 nach der Bearbeitung ein Referenzsignal der ersten Betätigung C1 erzeugt und das zweite Bildsignal B2 ein Referenzsignal der zweiten Betätigung C2 erzeugt; eine Betätigungssteuerung 60, wobei eine Signalverbindung zwischen der Betätigungssteuerung 60, dem Haupt-Bildaufnahmegerät 30, dem Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv 40, dem Bilderkennungsprozessor 50 und dem Verschiebemechanismus 11 besteht, wobei die Betätigungssteuerung 60 gemäß dem Referenzsignal der ersten Betätigung C1 die Werkstückbearbeitungseinheit 12 des Verschiebemechanismus 11 derart steuert, dass diese zu einer nah dem Werkstück 20 befindlichen Bereitschaftsposition D1 bewegt wird, wobei zu diesem Zeitpunkt die Betätigungssteuerung 60 das Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv 40 derart steuert, dass dieses ein zweites Bildsignal B2 des Werkstücks 20 erfasst, anschließend wird die Werkstückbearbeitungseinheit 12 des Verschiebemechanismus 11 gemäß dem vom Bilderkennungsprozessor 50 erzeugten Referenzsignal der zweiten Betätigung C2 von der Betätigungssteuerung 60 derart gesteuert, dass diese zur eingestellten Bearbeitungsposition D2 des Werkstücks 20 bewegt wird.
Hierbei enthält die vom Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv 40 erfasste Objekt-Tiefeninformation des Werkstücks 20 die Tiefeninformation in horizontaler Richtung oder die Tiefeninformation in vertikaler Richtung.
Hierbei kann der auf der Bearbeitungsplattform 10 angeordnete Verschiebemechanismus 11 ein Aufbau in Form einer mehrachsigen beweglichen Schiene oder in Form eines mechanischen Arms sein. Die auf dem Verschiebemechanismus 11 angeordnete Werkstückbearbeitungseinheit 12 kann eine der folgenden Einheiten zur Werkstückbearbeitung sein: bewegliche Einspannvorrichtung, Schweißkopf, Werkzeugkopf oder Magnetkopf.
Die tatsächliche Anwendung des erfindungsgemäßen Bewegungssteuermoduls ist wie in 2 dargestellt. Mit dem oben beschriebenen Aufbau und den technischen Merkmalen wird zunächst ein Steuersignal durch die Betätigungssteuerung 60 an das Haupt-Bildaufnahmegerät 30 übertragen, um ein erstes Bildsignal B1 im eingestellten Draufsichtbereich der Bearbeitungsplattform 10 zu erfassen, anschließend werden die Bilderkennung und Bildanalyse des ersten Bildsignals B1 mittels des Bilderkennungsprozessors 50 durchgeführt. Nach der Bearbeitung des ersten Bildsignals B1 wird ein Referenzsignal der ersten Betätigung C1 erzeugt, wobei dieses weiter an die Betätigungssteuerung 60 übertragen wird, anschließend wird die Werkstückbearbeitungseinheit 12 des Verschiebemechanismus 11 von der Betätigungssteuerung 60 gemäß dem Referenzsignal der ersten Betätigung C1 derart gesteuert, dass diese zu einer nah dem Werkstück 20 befindlichen Bereitschaftsposition D1 bewegt wird, anschließend wird erneut ein Steuersignal von der Betätigungssteuerung 60 ausgegeben, wodurch ein zweites Bildsignal B2 des Werkstücks 20 vom Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv 40 erfasst wird (vgl. 4), anschließend wird die Werkstückbearbeitungseinheit 12 des Verschiebemechanismus 11 gemäß dem vom Bilderkennungsprozessor 50 erzeugten Referenzsignal der zweiten Betätigung C2 von der Betätigungssteuerung 60 derart gesteuert, dass diese zu einer eingestellten Bearbeitungsposition D2 des Werkstücks 20 bewegt wird (vgl. den Unterschied zwischen 4 und 5), sodass die Werkstückbearbeitungseinheit 12 für den voreingestellten Bearbeitungsvorgang präzise zur eingestellten Position des Werkstücks 20 bewegt werden kann. Hier stellt die in den Figuren offenbarte Werkstückbearbeitungseinheit 12 eine Einspannvorrichtung dar und das Werkstück 20 stellt einen treppenförmigen Körper dar, wobei die eingestellte Bearbeitungsposition D2 im mittleren Abschnitt liegt. Dies ist nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, sie ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Eine Ergänzung hierzu: Durch den beim erfindungsgemäßen Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv 40 durch den Einsatz von zwei Objektiven erzielten Effekt wird der Bilderkennungsprozessor 50 dazu befähigt, die Tiefenschärfe zu analysieren (Anmerkung: Diese Theorie ist allgemein bekannt). Bei der tatsächlichen Anwendung können zwei Objektive mit verschiedenen Brennweiten eingesetzt werden, beispielsweise kann ein Objektiv ein Weitwinkelobjektiv und das andere Objektiv ein Zoomobjektiv (wie z. B. 3-fach-Zoomobjektiv) sein. Da der Abstand zwischen den beiden Objektiven festgelegt ist, können der Abstand des aufgenommenen Objekts relativ zum Objektiv und die dreidimensionalen Konturen des aufgenommenen Objekts durch eine trigonometrische Gleichung unter Einsatz eines Computers bestimmt werden.

Claims

Ein die Bilderkennungsfunktion unterstützendes Bewegungssteuermodul für Arbeitsmaschinen, bei dem das Bewegungssteuermodul an einer mit der Bearbeitungsplattform (10) für Arbeitsmaschinen korrespondierenden Position angeordnet ist, wobei die Bearbeitungsplattform (10) zur Anordnung mindestens eines Werkstücks (20) dient, wobei die Bearbeitungsplattform (10) mit mehr als einem Verschiebemechanismus (11) ausgestattet ist, wobei der Verschiebemechanismus (11) mit einer Werkstückbearbeitungseinheit (12) versehen ist; wobei das Bewegungssteuermodul die folgenden Komponenten umfasst: ein Haupt-Bildaufnahmegerät (30), das an einer Höhenposition über der Bearbeitungsplattform (10) angeordnet ist und sich im positionierten Zustand befindet und zur Erfassung eines ersten Bildsignals (B1) im eingestellten Draufsichtbereich der Bearbeitungsplattform (10) dient; mindestens ein Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv (40), das an einer nah der Werkstückbearbeitungseinheit (12) des Verschiebemechanismus (11) befindlichen Position angeordnet ist, sodass das Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv (40) mit der Werkstückbearbeitungseinheit (12) synchron bewegt wird, wobei das Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv (40) ein erstes Objektiv (41) und ein zweites Objektiv (42) umfasst, die beabstandet voneinander angeordnet sind und zur Erfassung eines die Tiefeninformationen des Objekts enthaltenden zweiten Bildsignals (62) eines Werkstücks (20) dienen; einen Bilderkennungsprozessor (50), wobei eine Signalverbindung zwischen dem Bilderkennungsprozessor (50), dem Haupt-Bildaufnahmegerät (30) und dem Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv (40) besteht, wobei der Bilderkennungsprozessor (50) zur Bilderkennung und Bildanalyse des ersten Bildsignals (B1) und des zweiten Bildsignals (62) dient, wobei das erste Bildsignal (B1) nach der Bearbeitung ein Referenzsignal der ersten Betätigung (C1) erzeugt und das zweite Bildsignal (B2) ein Referenzsignal der zweiten Betätigung (C2) erzeugt; eine Betätigungssteuerung (60), wobei eine Signalverbindung zwischen der Betätigungssteuerung (60), dem Haupt-Bildaufnahmegerät (30), dem Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv (40), dem Bilderkennungsprozessor (50) und dem Verschiebemechanismus (11) besteht, wobei die Betätigungssteuerung (60) gemäß dem Referenzsignal der ersten Betätigung (C1) die Werkstückbearbeitungseinheit (12) des Verschiebemechanismus (11) derart steuert, dass diese zu einer nah dem Werkstück (20) befindlichen Bereitschaftsposition (D1) bewegt wird, wobei zu diesem Zeitpunkt die Betätigungssteuerung (60) das Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv (40) derart steuert, dass dieses ein zweites Bildsignal (62) des Werkstücks (20) erfasst, anschließend wird die Werkstückbearbeitungseinheit (12) des Verschiebemechanismus (11) gemäß dem vom Bilderkennungsprozessor (50) erzeugten Referenzsignal der zweiten Betätigung (C2) von der Betätigungssteuerung (60) derart gesteuert, dass diese zur eingestellten Bearbeitungsposition (D2) des Werkstücks (20) bewegt wird.
Bilderkennungsfunktion unterstützendes Bewegungssteuermodul für Arbeitsmaschinen nach Anspruch 1, bei dem die vom Neben-Bildaufnahmegerät mit Doppelobjektiv (40) erfasste Objekt-Tiefeninformation des Werkstücks (20) die Tiefeninformation in horizontaler Richtung oder die Tiefeninformation in vertikaler Richtung enthält.
Bilderkennungsfunktion unterstützendes Bewegungssteuermodul für Arbeitsmaschinen nach Anspruch 2, bei dem der auf der Bearbeitungsplattform (10) angeordnete Verschiebemechanismus (11) ein Aufbau in Form einer mehrachsigen beweglichen Schiene oder in Form eines mechanischen Arms ist; wobei die auf dem Verschiebemechanismus (11) angeordnete Werkstückbearbeitungseinheit (12) eine der folgenden Einheiten zur Werkstückbearbeitung ist: bewegliche Einspannvorrichtung, Schweißkopf, Werkzeugkopf oder Magnetkopf.