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/erfahren und Vorrichtung zum Identifizieren eines Werkstückes
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren eines Werkstückes,
insbesondere tach Werkstückgeometrie und/oder Werkstücklage, bei dem mindestens
eine charaktetist sche Größe der Werkstuckgeometrie abgetastet wird, das durch die
Abtastung erhaltene Abtastbild mit mindestens einem gespeicherten Referenzbild verglichen
wird und bei Nichtubereinstimmung zwischen Abtast- und Referenzbild ein Fehlsignal
ausgelös wird, wobei das relativ zum Abtastort. bewegte Werkstück punktweise auf
Werkstückzeiien, insbesondere senkrecht zur Bewegungsrichtung, abgetastet wird,
nach Patentanmeldung P 25 34 224.9.
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Mit der Erfindung nach der Hauptanmeldung sollte hiermit ein einfaches
Verfahren mit großer Flexibilität und damit besonderer Eignung für die Anwendung
in Verbindung mit Handhabungsgeraten geschaffen werden.
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Das Verfahren nach derHauptanmeldung gestattet in Bewegungsrichtung
der Relativbewegung zwischen Werkstück und Abtastvorrichtung durch Wiederholen des
Abtastvorganges in beliebig kleinen Zeitabständen eine je nach der gewünschten Genauigkeit
beliebig steigerbare Auflösung. Quer zur Bewegungsrichtung ist die Auflösung jedoch
durch die Breite der in einer Zeile angeordneten Sensoren nach unten begrenzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten
Art so zu gestalten, daß auch quer zur Bewegungsrichtung der Relativbewegung zwischen
Werkstück und Abtastort bzw. -vorrichtung eine feinere Auflösung erreicht wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren gemäß der Erfindung
vorgesehen, daß das Werkstück #mindestens zweimal nacheinander in derselben Werkstückzeile
jedoch je an seitlich versetzten Stellen abgetastet wird, daß eine der Anzahl aller
zeilenweise nacheinander vorgenommenen Abtastungen entsprechende Anzahl von Referenzpunkten
je Werkstückzeile gespeichert und mit den insgesamt je Werkstück erhaltenen Abrastwerten
punktweise verglichen wird,und daß alle für dieselbe Werkstückzeile erhaltenen Abtastwerte
zeilenweise registriert und mit der entsprechenden Bildzeile des gespe:-cherten
Referenzbildes punktweise verglichen werden.
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Das Werkstück kann gemäß einer Weiterbildung dieses Verfahrens auf
die beschriebene Art über mindestens eine weitere, in beliebigem Abstand von der
genannten Werkstückzeile gelegene Werkstückzeile abgetastet werden, so daß auch
in Bewegungsrichtung jede gewünschte Auflösung realisiert werden kann.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Identifizieren eines
zu handhabenden Werkstückes mit einer Abtastvorrichtung für mindestens eine charakteristische
Werkstuckkontur, -fläche oder projektion auf eine Ebene zum Schaffen eines Abtastbildes,
einem Speicher,in dem mindestens ein Referenzbild der Werkstückkontur,-fläche oder
-projektion gespeichert ist, einer Vergleichsvorrichtung zum Vergleichen
des
Abtastbildes mit dem gespeicherten Referenzbild und einem Signalgeber zum Abgeben
eines Fehlsignals bei Nichtubereinstimmung zwischen Abtast- und Referenzbild, wobei
das Werkstück relativ zur Abtostvorrichtung bewegt wird und die Abtastvorrichtung
eine Sensorzeile mit mehreren quer zur Bewegungsrichtung des Werkstücks angeordneten
Sensoren aufweist, nach Patentanmeldung P 25 34 224.9.
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Um diese Vorrichtung zum genannten Zweck zu verbessern, ist gemäß
der Erfindung weiterhin vorgesehen, daß in Bewegungsriclitung hinter der Sensorzeile
mindestens eine weitere Sensorzeile vorgesehen ist, deren~Sensoren zu denjenigen
der davorliegenden Sensorzeile seitlich versetzt angeordnet sind.
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Bei einer bevorzugtep Ausführung der Erfindung ist vorgesehen ~daß
die Sensorzeilen in Bewegungsrichtung des Werkstückes derart gestaffelt hintereinander
angeordnet sind, daß der erste Sensor der ersten Sensorzeile am einen seitlichen
Rand und der letzte Sensor der letzten Sensorzeile am gegenüberliegenden seitlichen
Rand der Bewegungsbahn des Werkstückes liegt, wobei die Sensorzeilen zweckmäßig
eine gleiche Anzahl von Sensoren haben können.
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Je Werkstückzeile ist eine der Summe aller Sensoren aller Sensorzeilen
entsprechende Anzahl von Zeilenvpunkten im Speicher gespeichert. Die Auflösung quer
zur Bewegungsrichtung ist also im Vergleich zur Hauptanmeldung, wo nur eine der
Summe crt2r Sensoren in einer Zeile entsprechende Punktanzahl je Zeile erzielbar
ist, wesentlic.
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verfeinert. Bei gleicher Anzahl von Sensoren je Sensorzeile entspricht
sie dem Produkt aus dieser Anzahl mit der Anzahl der Sensorzeilen.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. la eine schematische Draufsicht
auf eine Vorrichtung gemäß der Erfindung; Fic. 1b eine schematische Darstellung
des zugehörigen Speichers; Fic. 2 eine Draufsicht auf eine ausgeführte Vorrichtung
gemäß der Erfindung und Fig. 3 eine Teilansicht in vergrößertem Maßstab in Richtung
des Pfeiles C in Fig. 2.
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In Fig. la ist mit 1 eine Förderbahn für ein nicht gezeigtes Werkstück
bezeichnet, das in Richtung des Pfeiles A auf oder mit der Förderbahn 1 bewegbar
ist. Benachbart der Förderbahn 1 ist eine Abtastvorrichtung mit Sensoren 15 vorgesehen;
die in Sensorzeilen 141, 142, 143, 144 gestaffelt sind. Jede Sensorzeile enthält
vier Sensoren und füllt damit nahezu die ~ Breite der Förderbahn 1 aus.
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Jede Zeile ist zu der benachbarten um das Maß y versetzt derart angeordnet,
daß der oberste Sensor der ersten Sensorzeile 141 an den einen Rand 100 und der
unterste Sensor 15 der letzten Sensorzeile 144 an den anderen Rand 101 der Bahn
1 angrenzen.
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Jeder Sensor 15 erfaßt einen Punkt einer daran vorbeibewegten Werkstückzeile.
Diese Punkte sind in Fig. la von 81 bis 96 in Bewegungsrichtung A durchnummeriert.
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In einem Speicher 70 sind der Klarheit halber mit gleichen Ziffern
bezeichnete Referenzpunkte 81 bis 96 gespeichert, und zwar für drei Referenzeilen
Z1 Z2 und Z3 des Werkstückes. Entsprechend sind die gespeicherten Referenzpunkte
mit 1, 2 und 3 indiziert.
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Zum Abtasten eines Werkstückes wird nun wie folgt vorgegangen Ein
an den Sensorzeilen 141 bis 144 auf wider Führungsbahn I in Richtung des Pfeiles
A vorbeibewegtes Werkstück wird in jeder Sensorzeile längs ein-und derselben Werkstückzeile
einmal abgetastet. Dadurch, daß die Abstände der Sensorzeilen konstant und bekannt
sind, lassen sich die von den Sensoren 15 kommenden Signale punktweise den jeweils
in einer der Zeilen Z1 bis Z3 gespeicherten Referenzpunkten zuordnen. Auf diese
Art entsteht ein Werkstückbild, das mehr Bildpunkte, - bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
16 Bildpunkte -, quer zur Bewegungsrichtung aufweist als Sensoren in einer Zeile
nebeneinander angeordnet werden können, - bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
nur vier Sensoren.
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Im einzelnen werden also zuerst vier Signale in der Sensorzeile 141
in der Zeile Z des Speichers registriert. Nach Zurücklegen eines Weges x des Werkstückes
werden gleichen Werkstückzeile in der Sensorzeile 142 vier weitere Signale in der
Zeile 7 registriert und so fort.
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Um eine beliebig wählbare Anzahl von Inkrementen, die kleiner, gleich
oder größer als die dem Weg x entsprechende Anzahl von Inkrementen sein kann, nach
dem Registrieren in Z1 der vier aus der Sensorzeile i411 kommenden Signale können
Signale aus der Sensorzeile 141, die also einerA6tastung einer anderen Werkstückzeile
entsprechen, in der Speicherzeile Z2 registriert werden usw.
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Es ist ersichtlich, daß der Speicher 70 gemöß Fig. lb nur zur Verdeutlichung
des Prinzips der Erfindung mit einer der Breite der Führungsbahn 1 entsprechenden
Höhe dargestellt. ist, so daß die Abtastpunkte 81 bis 96 geometrisch zu den Referenzpunkten
811 bis 962 in Beziehung gesetzt werden können, wodurchdie bei dem gezeigten Beispiel
um das Vierfache verfeinerte Auflösung deutlich wird.
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Selbstverständlich kann im Rahmen der Erfindung durch Verkleinern
des Versatzes y und entsprechendes Hinzufügen weiterer Sensorzeilen und Speicherung
einer entsprechenden Mehranzahl von Referenzpunkten die Auflösung quer zur Bewegungsrichtung
A beliebig weiter verfeinert werden.
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Ebenso kann durch Vergrößerung der Anzahl der Speicherzeilen Z und
Verkleinerung der Inkremente,'Üe nach der ersten Signalabgabe.in der Sensorzeile
141 wiederum eine Signalabgabe dieser Sensorzeile zur nächsten Zeile Z erzeugt wird,
die Auflösung in Bewegungsrichtung A beliebig verfeinert werden.
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Die Figuren 2 und 3 zeigen eine konkrete-Ausführung der anhand der
Figuren la und lb nur schematisch beschriebenen Vorrichtung.
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Die Vorrichtung nach den Figuren 2 und 3 umfaßt eine V-förmige Förderrinne
1, deren Wände 2 und 3 unter einem V-Winkel von 900 zueinander stehen. Der Winkel
kann einstellbar sein. Die Wand 2 ist von dem Obertrum eines endlosen F3rdsrbandes
4 gebildet, dessen Antriebsrolle 5 in üblicher Weise mittels eines Motors 6 und
eines Riementriebes 7 angetrieben ist. Die andere Wand 3 der Rinne i steht fest.
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Die Rinne 1 ist mit dem Förderband 4 und dem Antrieb 6,7 auf
einer Grundplatte 9 angeordnet, welche um eine horizontale Schwenkachse 10- schwenkbar
ist.
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Hierdurch läßt sich der Neigungswinkeloo. der Rinne 1 gegenüber der
Vertikalen nach Wunsch einstellen. Nur der einfacheren Darstellung wegen ist in
Fig. 2 die Grundplatte 9 in die Horizontale geklappt, wobei 0t = 90°. Bevorzugt
ist ein Neigungswinkel von etwa. 450.Bei einer solchen Winkellage rutscht nämlich
ein auf dem Förderband 4 liegendes Werkstück 11 aufgrund der Schwerkraft in eine
von wenigen stabilen Vorzugslagen, z.B. in die in Fig. 2 gezeigte Vorzugslage. Um
ein problemloses Fördern des-Werkstückes in dieser Lage zu ermöglichen, hat die
feststehende Wand 3 auf ihrer dem Werkstück 11 zugewandten Seite eine glatte Oberfläche
12 aus gleitfreudigem Material, z.B.
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Kunststoff, mit dem diese Seite der Wand 3 beschichtet ist.
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In einem gewissen Abstand von der Antriebsrolle 5 sind quer zur Förderrichtung
unter dem Obertrum des Förderbandes 4 und in Schlitzen in der- feststehenden Wand
3 Sensorenzeilen 13 und 141, 142, 143, 144 mit berührungsfrei ein Werkstück erfassenden
Sensoren 15 vorgesehen. Während in der Oberfläche 12 der Wand 3 nur eine Zeile mit
fünf Sensoren dargestellt ist (Fig. 3), sind in dem Obertrum 2 des Förderbandes
4 insgesamt vier gestaffelt bzw. versetzt zueinander angeordnete Zeilen mit je vier
Sensoren dargestellt (Fig. 2).
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Selbstverständlich kann in der Oberfläche 12 der Wand 3 die gleiche
Anordnung gewählt werden, wenn auch dort die gleiche hohe Auflösung wie in der Ebene
des Obertrums beim Abtasten der Werkstückfläche erzielt werden soll. Die Anzahl
der zu speichernden Referenzpunkte und die Anzahl der Speicherplätzemuß dann allerdings
entsprechend erhöht werden.
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Als Sensoren 15 werden bei metallischen Wericstücken vorzugsweise
induktive Näherungsinitiatoren verwendet, während bei nichtmetallischen Werkstücken
vorzugsweise kapazitive Nöherungsinitiatoren verwendet werden, deren aktive Fläche
freiliegen muß, d.h.
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nicht von dem Transportband 4 oder einem Schutzbelag bedeckt sein
darf. Sowohl für
metallische als auch für nichtmetallische Werkstücke
können Photodioden als Sensoren verwendet werden, was insbesondere bei extremen
Werkstückabmessungen von Vorteil ist.Die Sensorenzeilen lassen sich mittels eines
nicht gezeigten inkrementalen Gebers mit einstellbarem Takt abtakfen, d.h. zur Abtastung
mehrerer in der abgetasteten Fläche des WerkstUckes in Bewegungsrichtung hintereinander
verlaufender Linien, kurz "Werkstückzeilen", in vorherbestimmbarem Takt mehrfach
auslösen.
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Alternativ kann auch die jeweils nachfolgende die jeweils vorhergehende
Sensorzeile im Obertrum 2 auslösen.
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Gemäß Fig. 2 sind die einzelnen Sensoren der Sensorenzeilen 141,
142, 143, 144 über je vier Leitungen 145, 146, 147, 148 mit einer in Fig. 2 durch
einen Kasten angedeuteten lnformationsverarbei tungsvorri chtung verbunden, die
insgesamt mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist und unter anderem einen Speicher
70 für mindestens ein Referenzbild des Werkstücks 11 sowie eine Vergleichsvorrichtung
20' aufweist, mit dem das aus den über die Leitungen 19 eingehenden Abtastsignalen
erhaltene Abtastbild des Werkstücks 11 mit dem Referenzbild verglichen wird.
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Bei der Identifizierung des Werkstückes 11 in der gezeigten oder
einer anderen stabilen Lage gibt die Vorrichtung 20 ein Handhabungssignal über die
Leitung 23 ab, das einem insgesamt mit dem Bezugszeichen 24 bezeichneten Handhabungsgerät
zugeführt wird. Dadurch wird eine Handhabung des Werkstückes 11 mittels des Greifers
25 eines Handhabungsgerätes 24 ausgelöst.
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Der Eingabepfeil 26 für die Vorrichtung 20 soll andeuten, daß ein
oder mehrere Referenzbilder des Werkstückes 11 oder anderer Werkstücke eingegeben
werden können.
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Die Vorrichtung 20 ist über eine weitere Ausgangsleitung 27 mit einem
Auswerfer 28 verbunden, der in Fig. 2 schematisch als pneumatischer Zylinder 29
mit Kolbenstange 30 und Schieber 31 dargestellt ist. Der Auswerfer 28 erhält über
die Leitung 27
dann ein Betätigungssignal von der Vergleichsvorrichtung
20', wenn das an den Sensorenzeilen 13,141 bis 144 vorbeibewegte Werkstück über
die Leitungen 19, 145 bis 148 der Vorrichtung 20 als falsch oder in keiner Vorzugslage
befindlich gemeldet worden ist.
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Anstatt eines gesonderten Auswerfers 28 wäre es auch denkbar, das
Handhabungsgerät 24 zum Ausscheiden eines als falsch oder falsch liegend erkannten
Werkstückes zu verwenden.
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Die gezeigten Leitungen sind nur als Signalflußleitungen zu verstehen,
durch welche Signale in zweckmäßiger bekannter Weise übertragen werden können. Die
über die Leitungen 23 und 27 abgegebenen Signale können in einer bereits an die
zugehörigenn Vorrichtungen 24, 28angepaßten Energieform, z.B. in pneumatischer Form,
abgegeben werden. Sind diese Signale elektrisch, so müssen sie zur Betätigung des
Greifers 25 bzw. des pneumatischen Zylinders 29 in den Vorrichtungen 24 bzw. 28
zur entsprechenden Betätigung umgesetzt werden, was jedoch bekannt ist und deshalb
nicht näher beschrieben zu werden braucht.
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L e e r s e i t e