DE2649224A1

DE2649224A1 - System zur identifizierung eines charakteristischen merkmals einer flaeche

Info

Publication number: DE2649224A1
Application number: DE19762649224
Authority: DE
Inventors: Norman R Sanford
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1975-11-20
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1977-06-02
Also published as: AU497156B2; FR2332574A1; AU1896376A; US4041286A; IT1064189B; FR2332574B1; GB1533293A; CA1068005A; JPS5263753A

Description

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D-8023 Munchen-Pullach. Wiener S:r. "; Te: (089) 7 93 30 7:: Telox 521.147 bros -:i. Cables: · Patentibus-· München

Dfplom Ingenieure

ihr zeichen 5370-A ^Ta9 ^28# Oktober 1976

^Yourref· ^Date vln/au

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan 48075, USA

System zur Identifizierung eines charakteristischen Merkmals einer Fläche.

Die Erfindung betrifft allgemein elektro-optische Systeme, die Lichtinformationen von Teilen empfangen, die auf einer Bezugsfläche abgestützt sind-^ um die Position des Gegenstandes zu bestimmen, und betrifft speziell ein elektro-optisches System, bei welchem eine schräge Front- oder Seitenbeleuchtung zur Anwendung gelangt, um ein charakteristisches Merkmal auf der Fläche des Gegenstandes hervorzuheben.

Bei automatischen Herstellungs- und/öder Handhabungssystemen, die auf Grundlage diskreter Einzelteile arbeiten, müssen die Teile oder Werkstücke typisch in einer einheitlichen Orientierung oder Ausrichtung relativ zum arbeitenden System abgestützt bzw. gehalten werden, damit das System richtig ar*

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beiten kann. Bei vielen bekannten Systemen werden bestimmte Tei-; j Ie dem System in Massenbehäitern zugeleitet und zwar in einer

j nicht ausgerichteten Beziehung und sie müssen daher vor ihrer Beeinzeln ' i handlung/auf einer diskreten Grundlage ausgerichtet werden. Ob- ; iwohl bestimmte Teile, wie beispielsweise Schrauben, Nieten und '

ί Zuführungs—

I ähnliches, häufig durch spezielle / .bahnen ausgerichtet wer-I den, sind viele Teile insbesondere Teile mit relativ großen Ab-J maßen nicht für eine Ausrichtung durch derartige Techniken ge- , ieignet. Häufig fordert die bestimmte Eigenschaft derartiger Tei-ί Ie, daß sie auf einer diskreteren Grundlage gehandhabt werden.

Wenn Teile dieses Typs automatisch manipuliert werden sollen, so muß das System Informationen erhalten oder diese müssen in ; dem System erzeugt werden, durch die die momentane Orientierung : und Position der Teile ermittelt werden kann, so daß das Teil { erfaßt und relativ zum System durch einen automatischen Mecha- j nismus ausgerichtet werden kann. Ein derartiges System ist in ' der deutschen Patentanmeldung P 25 18 077.2 beschrieben. Im we- j sentiichen wird bei diesem früher vorgeschlagenen System ein j nicht ausgerichtetes Teil auf eine von hinten beleuchtete An- i biete-Bühne gelegt und ein Bildkonverter in Form eines Vidücons : erzeugt ein elektrisches Signal, welches kennzeichnend für die ; Silhouette des Teiles ist. Eine Steuereinrichtung, die einen programmierten Computer umfassen kann, analysiert dann die Silhouette des Teiles, um die Position des Flächenschwerpunktes undj der Winkeldrehung des Teiles relativ zum Flächenschweipnkt zu ermitteln und ebenso die Drehorientierung zu einem Vergleichsoder Testteil. Nach diesen Ermittlungen und Berechnungen kann das Teil dann gehandhabt oder in gewünschter Weise behandelt werden.

Diese früheren bekannten elektro-optischen Systeme sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß eine gegebene Silhouette nicht

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eindeutig die Fläche des Teiles widergibt oder darstellt, die
betrachtet wird. Beispielsweise kann ein gegebenes Teil zwei
I oder mehrere Flächen besitzen, von" denen eine ein bestimmtes
I Merkmal auf ihrer Oberfläche aufweist, so daß also eine durch
hintereBeleuchtung erhaltene Silhouette des Teiles dieses bestimmte Merkmal nicht zir; erfassen vermag* Für derartige Teile
sind die bereits bekannten zweidimensionalen Teile oder Gegenstandidentiffeierungssysteme ungeeignet , insbesondere zur Bestimmung der Fläche des Teiles, die beobachtet wird und damit
j auch die vollständige Orientierung des Teiles auf der Anbietebuhne .

Durch das System nach der vorliegenden Erfindung werden die zuvor erläuterten Nachteile der bekannten elektro-optisehen Systeme beseitigt und bei dem System nach der Erfindung wird ein

charakteristisches Merkmal auf der Fläche eines Gegenstandes j

durch schräge Front- oder Seitenbeleuchtung erhellt, wobei die- !

se Beleuchtung so ausgelegt ist, daß der Kontrast des charak- j

teristischen Merkmals verstärkt wird, um dadurch ausreichende |

Informationen für die Bestimmung der Fläche des beobachteten ί

Gegenstandes vorzusehen. Die Betriebsweise des Systems nach der j Erfindung kann grob eingeteilt werden in eine Lefarbetriebsphase,i

um eine Reihe von charakteristischen Merkmalen eines Testgegen- j Standes zu erzeugen und in eine Laufphase, um die Reihe bzw.

gespeicherten Informationen mit den momentan empfangenen Infor- '·

mationen des Gegenstandes zu vergleichen, so daß bestimmt wer- j

den kann, ob der Gegenstand ein Merkmal enthält, welches gut ! mit dem charakteristischen Merkmal des Testgegenstandes überein-i

stimmt. i

In der Lehrphase wird ein Testgegenstand aufeine Bühne gelegt j j und es wird dann eine schräge Front- oder Seitenbeleuchtung zur \ j Anwendung gebracht, um ein charakteristisches Merkmal auf der '■

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Fläche des Testgegenstandes hervorzuheben. Eine Bildkonverterröhre in Form eines Vidikons, die in Abhängigkeit von der Licht intensität des Beobachtungsfeldes ein analoges elektrisches Signal erzeugt, wird auf die Bühne geixhtet, auf welcher der Gegenstand in Lage gebracht ist und die Ausgangsgröße der Röhre ist mit einem Pegeldetektor-verbunden, der die Ausgangsgröße des Vidikons mit einem Schwellenwert vergleicht, um eine binäre Ausgangsgröße' in Abhängigkeit davon abzuleiten und zu erzeugen. Die betreffende Person bestimmt dann die Koordinatenlage hinsichtlich ties Flächenschwerpunktes des Gegen&andes und den Ra- j

dius eines kreisförmigen Fensters, welches das charakteristische Merkmal auf der Gegenstandsfläche umschließt. Die betreffende Person ermittelt dann ein Paar von getrennten Schwellenwerten, ; so daß bei einem Schwellenwert der Pegeldetektor ein binäres \ Signal erzeugt, welches die Trennung zwischen der weißen Fläche j und den grauen und schwarzen Flächen wiedergibt, die von dem Vidikon gesehen werden, während beim zweiten Schwellenwert die schwarze Fläche in dem Fenster von den weißen und grauen Flächen in dem Fenster getrennt wird. Einfache Berechnungen ergeben dann die Größe der Graufläche innerhalb des Fensters und es werden I dann diese Information zusammen mit dem Schwellenwert, der GrÖs-j

j se und der Position des Fensters relativ zum Flächenschwerpunkt ι j des Teiles bzw. Gegenstandes in einem Speicher gespeichert, um j j diese Informationen später während der Lauf-phase des Betrie-

bes zu verwenden. j

] Die Lauf phase dient dazu, die Fläche eines nachfolgenden Gegenstandes, der auf der Buhnfc beobachtet wird, zu ermitteln. In der Läufphase werden die Position des Flächenschwerpunktes des Gegenstandes und die Winkeldrehorientierung des Gegenstandes relativ zur Position des Testgegenstandes mit Hilfe der bekannten Verfahren ermittelt. Die Fensterposition und Größe, die für den Testgegenstand ermittelt wurde, werden dann durch das Vidi-

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ί kon beobachtet und die relativen Größen von weißen und schwarzen| J Flächen innerhalb des Fensters werden durch Verwendung der frü- , j her ermittelten Schwellenwerte festgestellt. Die absolute Diffe-[ jrenz zwischen Weiß-, Grau- und Schwarzflächen des Gegenstandes j jund die gleichen Flächen des Testgegenstandes werden errechnet ■ [und diese Informationen .^werden aufeinander bezogen, um festzu- ! stellen, ob das charakteristische Merkmal des Testgegenstandes I

auf dem nachfolgenden Gegenstand vorhanden ist. Wenn, die Bezie- ^[ hung zwischen dem nachfolgenden Gegenstand und dem Testgegen- ! stand gut ist, so wird die Fläche des Gegenstandes identifiziert j und es kann sich dann anschließend eine Behandlungs- oder In- J spektionsbetriebsart anschließen. Wenn die Entsprechung zwi- j

sehen dem nachfolgenden Gegenstand und dem Testgegenstand nicht · gut ist, so werden die verbleibenden Flächen des Testgegenstandes gegenüber dem nachfolgenden Gegenstand in Kontrast gesetzt, I um festzustellen, welche Fläche des nachfolgenden Gegenstandes j b eob achte 1wird. j

j Auf diese Weise wird durch das System nach der Erfindung eine
I '■

neuartige Einrichtung geschaffen, durch die ein Gegenstand mit :

zwei oder mehr Flächen und mit im wesentlichen identischen Hin- ; tenteLeuchtungs-Silhouetten identifiziert werden können und zwar j i durch Anwendung einer schrägen Front- oder Seitenbeleuchtung. ί

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus' der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter j

Hinweis auf die Zeichnung. Es zeigt: j

Figur 1 ein Blockschaltbild des Systems nach der Erfindung; I

Figuren 2 und 3 Flußdiagramme, welche die Betriebsfolge einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Systems während der Lehrphase veranschaulichen;

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Figuren 4 und 5 Flußdiagramme, welche die Betriebsfolge einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems während der Laufbetriebsphase wieder geben;

Figur 6 eine Frontansicht eines willkürlich gewählten Werkstücks, welches"die Fensterfläche gemäß der Erfindung veranschaulicht; und .

Figur 7 eine Seitenansicht des willkürlich gewählten Werkstückes gemäß Figur 6 und der Beleuchtungs- und Empfangsanordnung nach der Erfindung.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen verf sehen. I

Figur 1 zeigt einen Schaltplan des Systems nach der Erfindung j und umfaßt einen Bildkonverter 12 in Form eines Vidifeons mit { einem Linsensystem 14, welches in geeigneter Weise eine Anbiet- ! bühne 16 beobachten kann. Ein "X"-Richtungsabtastregler 18 und ein "Y¹⁸-Richtungsabtastregler 20 erzeugen jeweils auf den Leitungen 22 und 24 Signale, um die Abtastfläche des Vidicons 12 zu steuern. Die Abtastregler 18 und 20 können das Vidicon 12 so lenken ₉ daß es entsprechend einem normalen rechteckigen Raster ; abtastet, wie dies bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der j j Fall-"ist,-können jedoch das Vidikon 12 auch so lenken, daß es | I eine kreisförmige Fläche abtastet, für einen Zweck, der an spä- j ! terer Stelle noch hervorgehen wird, i

j I

iDas Vidikon erzeugt ein analoges elektrisches Signal auf der [ Ausgangsleitung 26, die mit einem Fernsehmonitor 28 verbunden ist, um eine optische Information der betreffenden Person hinsichtlich der Abtastflätrhe des Vidikons zu liefern. Die Ausgangs-!.

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leitung 26 ist auch über die '.Leitung 30 mit einem Schwellendetektor 32 verbunden, der den Durchgang der Vxdeoausgangsgröße j des Vidikons 12 durch eine bestimmte vorgewählte Spannung festi stellt, und eine binäre Ausgangsgröße auf der Leitung 34 erzeugt^ j durch die angezeigt wird, ob die Vidik-on-Ausgangsgröße oberhalb [ oder unterhalb des Schwellenwertes gelegen ist. In bevorzugter Weise erzeugt der Schwellendetektor 32 einen Impuls auf einer zweiten Ausgangsleitung 36 und zwar gleichzeitig mit dem Übergang der Polarität auf der Leitung 34. Ein Schwellenregler 38 erzeugt auf der Leitung 40 eine Ausgangsgröße, um betriebsmäßig den Schwellenwert des Schwellendetektors 32 zu steuern oder zu regeln. Ferner ist eine Steuereinheit 42 vorgesehen, um betriebsf mäßig die X- und Y-Abtastregier 18 und 20 und den Schwellenregler 38 zu steuern.

Die Steuereinheit 42 kann gemäß der bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung einen Minicomputer enthalten, der einen programmierten* Satz von Soft-wear-Instruktionen enthält, Alterna-I tiv kann natürlich auch die Steuereinheit 42 fest verdrahtet j sein, wenn dies gewünscht wird.,, was ebenfalls in den Rahmen der Erfindung fällt. Darüber hinaus steht bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel das System in Wechselbeziehung zu der Bedienungsperson und zu diesem Zweck ist ein Anschluß 44 wie beispielsweise ein Fernschreiber oder eine Kathodenstrahlanzeigeeinheit vorgesehen, deren Ausgang über die Leitung 46 mit der Steuereinheit 42 verbunden ist und die in gut bekannter Weise eine Eingangsleitung 48 von der Steuereinheit 42 aufnimmt„

f Wie bei der bereits erwähnten Patentanaieldmig enthält die Anbiete bühne 16 eine lichtdurchlässige Fläche 5D und unter der Bühne 16 eine Lampe 52. Ein Teil 54 auf der Buhne 16 ist lichtundurchlässig, so daß bei eingeschalteter Eampe 52 das Vidikon 12 nur die Umrißlinie oder Silhouette des Teiles 54 sieht. Bei

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dem System nach der vorliegenden Erfindung gelangt jedoch eine ', schräge Front- oder Seitenbeleuchtung zur- Anwendung, um ein
j charakteristisches Merkmal 56 auf dem Teil54 hervorzuheben und ■ j diesem Zweck dient eine Lampe 58, die schematisch dargestellt !

ist. Die Lampe 58 kann selektiv durch Signale auf der Leitung 60;

j I

j von der Steuereinheit 42.betätigt werden und ist auch so ange- ι j ordnet, daß sie ihre Strahlung in einem schrägen Winkel zur 1

Sehachse 62 des Vidikons 12 aussendet. ;

Die Figuren 6 und 7 zeigen nun ein willkürlich gewähltes Testteil 54, welches auf seiner Fläche 64 ein charakteristisches ; Merkmal 56 besitzt. Das Teil 54, welches nur der Erläuterung j dienen soll, besitzt zwei flache Seiten 64 und 66, von denen ei-! ne flach auf der Anbietebühne 16 aufliegen kann. Das charakteri-i stische Merkmal 56 ist jedoch lediglich auf einer Seite 64 des | Teiles 54 vorhanden und es läßt sich erkennen, daß die Hinter- \ grundbeleuchtungssilhouette des Teiles 54 die gleiche ist unge- j achtet der Tatsache, welche Seite 64 oder 66 auf der Anbietebühne 16 aufliegt. Gemäß der Lehre nach der vorliegenden Erfin- ! dung wird die Lampe 58 dazu verwendet, das charakteristische
Merkmal 56 hervorzuheben, um zu bestimmen, welche Fläche 64 oder!

66 durch das Vidikon 12 beobachtet wird. !

Gemäß den Figuren 6 und 7 besteht das charakteristische Merk- ! mal 56 aus einer Vielzahl von kleinen VorSprüngen, obwohl in j der Praxis das charakteristische Merkmal 56 aus Vorsprüngen, j Vertiefungen oder sogar einfach aus einer unterschiedlichen
Flächenstrukinxr bestehen kann. Die Beleuchtung durch die Lampe
58 gemäß dem Pfeil 68 trifft auf das charakteristische Merkmal
56 und wird reflektiert und zwar entsprechend der Kontur des
Merkmals 56, wie dies durch die Pfeile 70 angezeigt ist. In
Richtung der Sehachse 62 des Vidicons erzeugt die Reflexion des
Lichtes der Lampe 58 durch das charakteristische Merkmal 56

relativ weiße, relativ graue und.relativ schwarze Flächen, wie ^: in Figur 6 gezeigt ist. Eine Integration der weißen, grauen und, schwarzen Flächen, was zunächst kurz erläutert werden soll, führt daher zu einer Kennung des charakteristischen Merkmals 56, so daß ein Vergleich dieser Kennung mit einem nachfolgenden Teil zu der Entscheidung führe, ob die Seite 64 oder die Seite 66 des nachfolgenden Teiles- vom Vidikon 12 beobachtet wird.

Di Betriebsweise des Systems nach der Erfindung kann grob in ' eine "Lehr"-Phase und eine "Lauf^u-Phase eingeteilt werden. In der Lehr-Phase wird ein Testgegenstand 54 auf die Anbietestufe 16 gelegt und durch das Vidikon 12 beobachtet und es wird eine , Kennung entsprechend dem charakteristischen Merkmal 56 ermit- : telt und in einem Speicher gespeichert. In der Laufphase wird

ein nachfolgender Gegenstand auf der Anbietebühne 16 beobach- i tet und die Vidikon-Ausgangsgröße wird mit den Kennungen der verschiedenen Testgegenstandsflächen verglichen, die in dem Speicher enthalten sind, bis eine Kennung in dem Speicher gut mit dem nachfolgenden Gegenstand übereinstimmt, zu welchem Zeitpunkt die Fläche des nachfolgenden Gegenstandes, der betrachtet wird, ermittelt wird.

Die Folge der Betriebsweise für den Lehrbetrieb läßt sich am ^: besten durch das Flußd^gramm gemäß den Figuren 2 und 3 verstehen. Nach dem Eintritt des Programms bei 72 wirkt die Steuereinheit 42 mit dem Anschluß 44 zusammen, um eine Identifizierungsnummer für die Silhouetten- und Flächenidentifizierung beim Schritt 74 abzufragen. Beim nächsten Schritt 76 fragt die Steuereinheit 42 über den Anschluß 44 die überwachende Person, ob eine Orientierung des Testgegenstandes auf der Anbietebühne 16 erf-orderlich ist. Die Steuereinheit 42 lenkt das Vidikon 12, um ein Bild beim Schritt 78 aufzunehmen, um dann beim Schritt 80 eine Rücklicht-Kennung zu errechnen, wie dies in

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Verbindung mit der genannten deutschen Patentanmeldung erläu- ! tert wurde. Wie bei diesem bekannten Fall führen die Berechnen- ; gen der Rücklicht-Kennung zu den X- und Y-Koordinaten für den j Flächenschwerpunkt des Teiles und ebenso zum Orientierungswin- ' kel des Test-gegenstandes. Wenn keine Orientierung erforderlich ; ist, so wird beim Schrift 82" der optimale Radius auf Null ein- : gestellt. .

Die Steuereinheit 42 fragt dann die betreffende Person bei 81, I ob eine Grauwertverarbeitung erforderlich ist, die zum Hervorheben eines charakteristischen Merkmals auf der Fläche nötig j ist. Wenn keine Grauwertverarbeitung gefordert wird, so besteht j das Programm in einem Schritt 84, der für den Gegenstand der ^! Erfindung unwesentlich ist. Nimmt man an, daß eine Grauwertver- ! arbeitung gefordert wird» so ermittelt die Bedienungsperson ! durch Beobachtung des Monitors 28 (Figur 1) die X- und Y-Koordi-| naten des Flächenschwerpunktes 86 einer Fenstefläche 88 (Figur ι 6) und den Radius der Fensterfläche, der ausreichend ist, um ; das charakteristische Merkmal des Teiles 54 einzukreisen. Diese ; Information wird durch die Bedienungsperson über den Anschluß \ 44 der Steuereinheit 42 bei den Schritten 90 und 92 eingegeben \ und die Steuereinheit 42 errechnet beim Schritt 94 die Position
des Fensters relativ zum Flächenschwerpunkt des Teiles 54. Die ^; Steuereinheit 42 sendet dann elektrische Ausgangssignale für ; die Abtastregler 18 und 20 (Figur 1) aus, so daß lediglich die
kreisförmige Fenstpfläche 88, die von der Bedienungsperson ein- i j gegeben wurde, auf dem Monitor 28 abgebildet wird, wobei diese
j Betriebsweise dem Schritt 95 entspricht. Beim Schritt 96 fragt
das System die Bedienungsperson, ob die Position und Größe der
j Fenstefläche angemessen sind. Wenn dies nicht der Fall ist, so
] kehrt das Programm zum Schritt 90 zurück, bei welchem eine auf
den neuesten Stand gebrachte Fensterposition und Große durch
die Bedienungsperson eingespeist werden.

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Die Steuereinheit 42 fragt beim Schritt 98 als nächstes die Bedienungsperson hinsichtlich der Eingabe eines Paares von getrennten Schwellenwerten. Der Schwellenwert definiert den Eingangsspannungspegel vom Vidikon 12 zum Schwellendetektor 32, zu welchem Zeitpunkt die Schwellenwert-Ausgangsgröße auf der Lei- : tung 36 von einem binären Wert auf den anderen wechselt. Ein Schwellenwert, der mit WHITE/GRAY (W/G)-Schwelle bezeichnet ist, wird ermittelt, so daß die Ausgangsgröße des Schwellendetektors einen binären Wert erreicht, wenn das Vidikon 12 eine weiße \ Fläche abtastet, und den entgegengesetzten binären Wert erreicht, • wenn das Vidikon 12 die graue oder schwarze Fläche abtastet. [ In analoger Weise wird der andere Schwellenwert, der mit GRAY/ J BLACK (G/B)-Schwelle bezeichnet ist, so eingestellt, daß die

j Ausgangsgröße des Schwellendetektors einen binären Wert ein-' nimmt, wenn das Vidikon 12 eine schwarze Fläche abtastet, und : eine binäre Ausgangsgröße der entgegengesetzten Polarität ein-ί nimmt oder erreicht, wenn das Vidikon eine weiße oder graue ^! Fläche abtastet. Es läßt sich somit erkennen, daß die W/G- ; Schwelle dazu dient, die weiße Fläche in dem Fenster abzutren- : '■ nen, während die G/B-Schwelle dazu dient, die schwarze Fläche ^; in dem Fenster abzutrennen.

! Um die Bedienungsperson bei der richtigen Auswahl des Schwel-

; lenwertes zu unterstützen, ist eine Anzeigevorrichtung 100 : (Figur 1) \^rorgesehen, um die Vidikon-Fensterausgangsgröße ent- ^; sprechend der Ansicht mit den zwei Schwellenwerten darzustellen, wie dies bei den Schritten 102 und 104 gezeigt ist. Es hat; sich darüber hinaus als vorteilhaft herausgestellt, einen Oszillographen an die Schwellendetektor-Übergangsleitung 3* -anzuschließen, um den Übergang von einer Polarität auf die andere festzustellen, wenn das Vidikon 12 die Fensterfläche abtastet, damit die Bedienungsperson die richtigen Schwellenwerte ermitteln kann. Nach der Darstellung der Fläche mit den unterschied-

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lichen Schwellenwerten, frägt^:- die Steuereinheit 42 bei der Be- j ! dienungsperson beim Schritt 106 (Figur 3)' an, ob die richtigen ; Schwellenwerte ermittelt wurden. Wenn dies nicht der Fall ist,
! so kehr-t das Programm zum Schritt 98 (Figur 2) zurück und die
j Bedienungsperson speist neue Schwellenwerte ein, bis die rieh-S tigen Schwellenwerte erreicht sind.

,

j Nach der Bestimmung der richtigen Schwellenwerte wird die pro- :

j zentuale Größe der weißen Fläche innerhalb des Fensters unter !

j Verwendung der Yi/G-Schwelle beim Schritt 108 (F.igur 3) errech- .

j net und es wircl die prozentuale schwarze Fläche innerhalb des j

! Fensters unter Verwendung der G/B-Schwelle beim Schritt 110 I ! errechnet. Die prozentuale graue Fläche innerhalb des Fensters
wird durch Subtrahieren der prozentualen weißen und schwarzen

Flächen von 100 % erhalten. :

Die bis hierher erhaltenen Informationen werden als nächstes
in einem Speicher gespeichert und sie stellen eine Kennung für ·, den Testgegenstand dar. Es werden zunächst die Silhouette und ' die Flächennummer beim Schritt 112 in dem Speicher gespeichert. : Als nächstes wird die Hintergrundbeleuchtungs-Kennung beim j Schritt 114 in dem Speicher gespeichert und wenn eine Orientierung gefordert wird oder nicht gefordert wird, wird ein maxi- \ maler und ein minimaler Radius bei 116 in dem Speicher gespeichert, wie dies auch bei der zuvor erläuterten deutschen ^: Patentanmeldung der Fall ist. Die Grauwert-Kennung gemäß dem j System nach der Erfindung wird beim Schritt 118 in dem Speicher j gespeichert und enthält Informationen, welche die Fenstergröße j und Position relativ zum Flächenschwerpunkt und die Orientie- S rung des Testgegenstandes, die W/G- und G/B-Schwellen, die relativen Größen von Weißfläche, Graufläche und Schwarzfläche
innerhalb des Fensters definieren. Das System fragt dann die

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Bedienungsperson.bei 120, ob Veitere Flächen für den Testgegen- ^: j stand vorhanden sind. Wenn weitere Flächen vorhanden sind, wird

bei 122 ein Speicherbegrenzer in den Speicher eingegeben, das : Programm kehrt dann zum Anfangspunkt 72 (Figur 1) zurück und die ι bis hierher beschriebene Betriebsfolge wird wiederholt. Wenn j keine weiteren Flächen existieren, wird beim Schritt 122 der I Speicher geschlossen und der Lehrabschnitt des erfindungsgemäs- ", j sen Systems ist damit vervollständigt. _l

j Bei der Vervollständigung der Lehrfolge, kann die Laufbetriebs- _; ι art dazu verwendet werden, ein nachfolgendes Teil mit der Test- j ¹ teil-Kennung, die in dem Speicher gespeichert ist, zu verfiel- ;

i chen, um dadurch festzustellen, welche Fläche des Teiles freob-

[ achtet wird. Obwohl die Folge der Ereignisse während der Lauf-I phase des Betriebes irgendeine von verschiedenen Formen haben . kann, ist eine beispielhafte Folge der Betriebsweise für die ^; Lauf phase in den Figuren 4 und 5 veranschaulicht. Nach dem An-

i W

! fangspunkt 126 für die Laufphase wird beim Schritt 128 der

I Testgegenstands-Kennungsspeicher gelesen. Es wird ein GRAY/

! LEVSL-Kennzeichen beim Schritt 130 gesetzt, wenn eine Grauwert-

f beleuchtung gefordert wird und es wird dann beim Schritt 132

i ein Hintergrundsbeleuchtungsbild aufgenommen.

j Beim Schritt 134 wird die Silhouetten- und Flächennummer aus dem Kennungsspeicher ausgelesen. Wenn keine Orientierung des Gegenstandes erforderlich ist und auch keine Grauwertbeleuchtung des Teiles, so wird mit dem Prozess entsprechend den Schritten 136, 138, 140 und 142 fortgefahren, wie dies in der bereits genannten Patentanmeldung der Fall ist. Wenn jedoch eine Orientierung des Gegenstandes erforderlich ist, jedoch keine Grauwertbeleuchtung, so wird die Silhouette des Gegenstandes mit der Silhouette des Testgegenstandes beim Schritt 144 in Beziehung gesetzt und der Prozess wird weitergeführt

entsprechend den Schritten 14^:6.und 148, wie dies ebenfalls in , der genannten Patentanmeldung erläutert ist. Wenn eine Grauwertbeleuchtung gefordert wird und die, Korrelation zwischen der Ge- i genstands- und der Testgegenstandssilhouette eine willkürliche ^j Figur oder Zahl (figure) überschreitet, wie beispielsweise 88 %, angezeigt beim Schritt 1.50, so wird der Prozess weitergeführt ■ und zwar in dem Grauwertprogramm 101, wie dies in Figur 5 gezeigt ist. Wenn in ähnlicher Weise keine Orientierung des Teiles; erforderlich ist, jedoch eine Grauwertbeleuchtung erforderlich ■ ist, wie dies beim Schritt 152 festgestellt wird, so wird der '■ Prozess in dem Grauwertprogramm 101 fortgesetzt. ;

In dem Grauwertprogramm 101 (Figur 5) werden beim Schritt 154
zunächst von dem Kennungsspeicher die Position des Flächenschwerpunktes des Fensters relativ zum Flächenschwerpunkt des , Teiles und die Größe des Fensters ermittelt. Die Steuereinheit
42 erzeugt dann elektrische .Steuersignale für die X- und Y-Ab- I tastregier 18 und 20, so daß das Vidikon 12 die Fensterfläche | abtastet. Gleichzeitig sendet die Steuereinheit 42 ein Signal : zum Schwellenregler 38, der seinerseits auf der Leitung 40 ein ', Steuersignal für den Schwellendetektor 32 erzeugt, so daß ein \ Bild der Fensterfläche zunächst unter Verwendung der W/G-Schwel-, Ie genommen wird und ein zweites Bild unter Verwendung der
G/B-Schwelle, wie dies bei dem Schritt 156 angezeigt ist. Die ' Steuereinheit 42 analysiert dann die Vidikon-Ausgangsgröße über ^; den Schwellendetektor 32 und errechnet die Größe der weißen,
grauen und schwarzen Fläche innerhalb der Fensterzone für den
Gegenstand, der momentan auf die zuvor beschriebene Weise beobachtet wird.

j Die Steuereinheit 42 errechnet dann bei 158 die Vorzugsziffer
oder Figur (figure of merit) (F.O.M.), die die Größe der weißen, grauen und schwarzen Fläche des Testgegenstandes mit der weißen,

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ί grauen und schwarzen Fläche des- momentan beobachteten Gegenstand ! des in Beziehung bringt. Speziell wird der Unterschied zwischen ■ ; der weißen Fläche des Testgegenstahdes (W^.) und die weiße Flä- : ' ehe des unter Beobachtung stehenden Gegenstandes (W ) quadriert _; ' und zu den analogen Differenzen für die grauen und schwarzen ; : Flächen addiert. Wenn daher die Korrelation zwischen dem Test-
; gegenstand und dem momentan beobachteten Gegenstand besser
¹ wird, so wird eine kleinere F.O.M. erzeugt. Beim Schritt 160
; wird dann, wenn F.O.M. kleiner als der früher gefundene Wert
j ist, die Flächen- und Silhouettennummer bei 162 gespeichert
ι und zwar als beste bis jetzt gefundene Identität und der Prozess ! wird beim Anfangspunkt A weiter fortgesetzt. Wenn eine kleinere

■ F.O.M. früher gefunden wurdf,so wird der Schritt 162 umgangen

j und der Prozess beginnt erneut beim Anfangspunkt A.

ι I

i ■ ι

\ Am Ende der Kennungsreihe, wie dies beim Schritt 164 festge- I

\ legt ist, bestimmt die Steuereinheit 42 bei 166, ob eine gute \

: Übereinstimmung zwischen der Kennung des beobachteten Gegen- '

^; Standes und des Testgegenstandes gefunden oder nicht gefunden ;

> wurde. Die Silhouetten- und Flächennummer und der Orientierungs-

J winkel werden bei 168 zur Anzeige gebracht, wenn eine gute Über-^

j einstimmung festgestellt wurde und wenn dies nicht der Fall war»

j so wird bei Schritt 170 angezeigt, daß eine ausreichend gute

■ Übereinstimmung nicht festgestellt wurde. Der Austritt aus dem = ; Laufabschnitt des Betriebes erfolgt dann bei 172 und eine sich : j anschließende Folge, wie das Senden von Steuersignalen zu einem \ l Manipulator wird dann in der gewünschten Weise eingeleitet bzw. ^ i fortgesetzt. i

j . i

Wie bereits an früherer Stelle dargelegt wurde, besitzt die j

Lehrphase des Betriebes eine Wechselbeziehung zur Bedienungs- j

person dahingehend, daß die Bedienungsperson die Position und ;

die Fläche des Fensters und die Schwellenwerte festlegt. Bei [

einer abgewandelten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung kann jedoch die Lehrphase des Betriebes in der folgenden
j Weise automatisiert werden. Der Testgegenstand 54 wird auf die
! Anbietebühne 16 gelegt und wird durch das Vidikon 12 in ver-' schiedenen Winkeln eines schräg auftreffenden Lichtes abgetastet. ι Es wird dann die Schwelle eingestellt, um eine maximale "Diffe- i renz" oder "Kontrast" de^:r Merkmale zu erhalten und die Differen-j zen werden dann in einem getrennten Speicher zeitweilig gespei- j chert. Die Differenzen werden dann zusammenaddiert und als Er- S gebnis dieser Addition wird ein vorläufiges Merkmal ausgewählt ■ und zwar auf der Grundlage, ob das Merkmal gegenüber dem Ein- ' fall°winkel des Lichtes unveränderlich ist und ob die Fläche j ; ausreichend groß ist, um zuverlässig zu sein. Nachdem ein gej eignetes Merkm?l ermittelt wurde, wird der Prozess in der zuvor : j geschilderten Welse fortgesetzt.

\ j

i :

j Zusammenfassend wird somit durch die Erfindung ein neuartiges ^!

¹ System für die Feststellung eines charakteristischen Merkmals ; j auf einer beleuchteten Fläche ein^s Gegenstandes geschaffen, i

j i

j welches in Verbindung mit bekannten elektro-optischen Systemen ! ι verwendet werden kann, um die Position und den Flächenschwer- '

' punkt der Umrißlinie des Gegenstandes in bezug auf die abstützeri-

! de Fläche und die Rotation des Gegenstandes relativ zur Dreh- ! ι orientierung eines Testgegenstandes zu ermitteln. Die Fläche

' wird dabei unter einem Winkel beleuchtet, bei welchem der Kon- ;

ι trast des charakteristischen Merkmals hervorgehoben wird, wo- j

! ι

bei auch eine Bildkonverterröhre in Form eines Vidikons zur An- i wendung gelangt, welche das den Gegenstand enthaltende Feld ab- ' tastet. Die Lage einer kreisrunden Fensterfläche gegenüber dem j Flächenschwerpunkt, welche das charakteristische Merkmal um- j schließt und der Radius der kreisförmigen Fensterfläche werden i mit Hilfe eines Fernsehmonitors, der an das Vidikon angeschlos- j

sen ist, bestimmt. Als nächstes bestimmt- die Bedienungsperson j

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ein Paar von getrennten Schwellenwerten und speichert diese ein, ■ wobei diese ¥erte einen Schwellendetektor steuern, der die Aus-, gangsgröße des Vidikons mit dem Schwellenwert vergleicht, um ei^J : ne binäre Ausgangsgröße abzuleiten, so daß also einer der Schwell lenwerte die weiße Fläche in der Fensterfläche von der Grau- ^; Schwarzfläche trennt, während der andere Schwellenwert die schwarze Fläche in der;Fensterfläche von der Weiß-Graufläche bzw. -flächen trennt. Das System analysiert dann und speichert die relativen Größen der weißen, grauen und schwarzen Fläche innerhalb des Fensters in Form eines Kennungssignals, welches das charakteristische Merkmal der Fläche wiedergibt. Nach dieser "Lernphase" kann das System dazu verwendet werden, zu ermitteln, ob ein nachfolgender Gegenstand ein Merkmal aufweist, welches gut mit dem charakteristischen Merkmal des Testgegenstandes übereinstimmt, indem das S^rstem die Ausgangsgröße des Vidikons beim Fenster für beide Schwellenwerte analysiert und = die Beziehung oder Übereinstimmung zwischen diesen Werten und

den während der Lernphase erhaltenen Werten ermittelt. i

Bei einer alternativen Ausführungsform werden die Fensterlage, die Größe und die Schwellenwerte durch das System ohne eine Be- | dienungsperson bzw. den Eingriff von außen ermittelt, wobei die Vidikon-Ausgangsgrößen, die von der Abtastung zwier identischer Gegenstände erhalten v/erden, mit der Ausnahme, daß der eine Gegenstand ein charakteristisches Merkmal aufweist, während der andere dieses nicht aufweist, analysiert. Das System bestimmt dann die Unterschiede zwischen den zwei Bildern, um eine ge- _: eignete Fensterfläche, Größe und Schwellenwerte auszuwählen, welche am besten die Unterschiede zwischen den zwei Bildern hervorheben. . j

Dem Fachmann sind eine Reihe von Abwandlungen des Systems nach j

der Erfindung ohne weiteres möglich, ohne dadurch vom Rahmen :

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der Erfindung abzuweichen. Die Erfindung ist daher nicht auf ! die spezielle geschilderte Ausführungsform beschränkt.

! Sämtliche in der Beschreibung"erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

Patentansprüche

sij) System zur Identifizierung eines charakteristischen Merkmals einer Fläche eines Gegenstandes, der auf einer Aufnahme- oder Anbietebühne gelagert ; ist, dadurch gekennzeichnet, daß das System folgende Einrichtungen und Merkmale aufweist: eine Beleuchtungseinrichtung (58) zur Beleuchtung des Gegenstandes (5^) in einer ersten Richtung (68) und zur Erzeugung eines op- ^; tischen Bildes; eine Einrichtung (12) zum Empfangen des optischen Bildes in einer zweiten Richtung (62), welche schräg zur ersten Richtung (68) verläuft; eine Einrichtung (38, 42) zum ■ Erzeugung von elektrischen Signalen, welche die relativen Gros-ⁱ sen von weißen, grauen und schwarzen Flächen wiedergeben, die in der genannten zweiten Richtung (62) beobachtet werden; und \ eine Einrichtung (42) zum Erzeugen eines Kennungssignals, wel-' ches Informationen enthält, die die genannten relativen Gros- \ °en der weißen, grauen und schwarzen Flächen wiedergeben.

, 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Signale vorgesehen ist, welche den Flächenschwerpunkt der Silhouette des Gegenstandes ■ (5^ί!) wiedergeben; und daß eine Einrichtung zum Erzeugen von

elektrischen Signalen vorgesehen ist, welche die Position des ; ; FlächenSchwerpunktes relativ zu einem vorbestimmten Bezugspunkt '; wiedergeben, wobei das Kennungssignal Informationen enthält, \ die die Position des Flächenschwerpunktes relativ zu dem Bezugspunkt wiedergeben. i

j j

'· 3' System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine j ί Einrichtung vorgesehen ist, um elektrische Signale zu erzeugen, j welche die ¥inkslposition des Gegenstandes relativ zu einer i j vorbestimmten liinkelbezugsposition wiedergeben, wobei das Ken- j

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nungssignal Informationen hinsichtlich der Winkelposition enthält.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zum Empfangen des optischen Bildes einen Abtast-Bildkonverter (12) enthält, der in geeigneter Weise ein elektrisches analoges Signal^:erzeugt, welches die Beleuchtungsintensität des beobachteten optischen Ausschnittes oder Bildes wiedergibt, und einen Schwellendetektor (32) enthält, der in geeigneter Weise ein erstes binäres elektrisches Signal erzeugt, wenn das Analogsignal unter einem gegebenen Schwellenwert liegt und ein zweites Binärsignal erzeugt, wenn das Analogsignal oberhalb des gegebenen Schwellenwertes liegt.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (38, 42) zum Erzeugen der elektrischen Signale, welche die relativen Größen der weißen, grauen und schwarzen Flächen wiedergeben, auch eifie Einrichtung* (38) zum Aufbauen eines ersten und eines zweiten getrennten Schwellenwertes enthält, so daß die die weiße Fläche wiedergebenden elektrischen Signale mit Hilfe des ersten Sehwellenwertes erzeugt werden und die die schwarze Fläche wiedergebenfen Signalen mit Hilfe des zweiten Schwellenwertes erzeugt werden.

6. System nach Anspruch 5_f dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (58) für die Beleuchtung des Gegenstandes (54) eine Graufläche erzeugt, und daß der Schwellendetektor' (42) in Abhängigkeit von dem Signal des Bildkonverters (12) von der Graufläche einerseits ein erstes binäres Signal mit Hilfe des ersten Schwellenwertes und andererseits ein zweites binäres Signal mit Hilfe des zweiten Schwellenwertes erzeugt.

7. System nach Anspruch Λ ₇ dadurch gekennzeichnet, daß eine Ein-

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richtung (28) zum Empfangen des optischen Bildes einer, vorgewählten Fensterfläche (88) am Gegenstand '(54) vorgesehen ist, ebenso eine Einrichtung zum Bestimmen des Flächenschwerpunktes des Gegenstandes (56) und zur Bestimmung der Position der Fensterfläche (88) relativ zum Flächenschwerpunkt, und daß das Kennungssignal Informationen- enthält, die die Position der Fensterfläche (88) relativ zum Flächenschwerpunkt und einem Winkelbezugspunkt v/i e der geben.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (18, 20) zum Verändern der Größe der Fensterfläche (88) vorgesehen ist, und daß das Kennungssignal Informationen enthält, welche die Größe der Fensterfläche (88) wiedergeben.

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