DE2749682A1

DE2749682A1 - Verfahren und einrichtung zur identifizierung von gegenstaenden

Info

Publication number: DE2749682A1
Application number: DE19772749682
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Ing Dr Karg; Otto Dipl Ing Lanz
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1977-10-04
Filing date: 1977-11-07
Publication date: 1979-04-05
Also published as: GB2005408B; GB2005408A; IT1100831B; IT7828381A0; CH630189A5; SE444238B; DE2749682C2; NL7809855A; SE7810318L; FR2405517A1; FR2405517B1

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Verfahren und Einrichtung zur Identifizierung von Gegenständen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung von Gegenständen, bei dem durch Abtasten eines Gegenstandsbildes und Vergleich der so gewonnenen Gegenstands-Abtastdaten mit Bezugsdaten eine Zuordnung zu einem Bezugsgegenstand vorgenommen wird. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Die automatische Identifizierung von Gegenständen, d.h. die Zuordnung zu einem bestimmten Referenzgegenstand oder Referenzmuster ist ein wesentliches Problem in zahlreichen Gebieten der Technik, u.a. beim Sortieren von ungeordnet anfallenden Werkstücken zwecks selektiver Zuführung zu Arbeitsmaschinen sowie insbesondere als Eingangsstufe von Systemen zur automatischen Werkstückhandhabung (Handhabungs-Roboter, Manipulatoren und dergleichen). Dabei handelt es

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sich oft um eine Mehrzahl von Bezugsgegenständen, denen die zu identifizierenden Gegenstände selektiv zuzuordnen sind. Weiterhin ist die Identifizierung Voraussetzung für automatische Messvorgänge, insbesondere dimensioneile Messvorgänge wie Drehlagebestimmung u.a., wie sie z.B. Gegenstand der gleichzeitigen Patentanmeldung "Verfahren und Einrichtung zur Drehlagebestimmung von Gegenständen" der Anmelderin ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Identifizierung von Gegenständen und einer entsprechenden Einrichtung, die sich durch vergleichsweise einfachen Ablauf bzw. Aufbau bei grosser Unterscheidungssicherheit auch im Hinblick auf eine grössere Anzahl von Gegenstandsmustern auszeichnet. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich hinsichtlich des Verfahrens durch die im Patentanspruch 1 und hinsichtlich der Einrichtung durch die im Patentanspruch 5 angegebenen Merkmale.

Das erfindungsgemässe Verfahren beruht demnach auf der Anwendung von vier unterschiedlichen Identifizierungskriterien in - je nach Anwendungsfall - wählbarer Kombination oder Aufeinanderfolge. Die Uebereinstimmung des durch Integration oder Summierung der Abtastdaten erhaltenen Flächeninhaltes als erste Gegenstands-Kenngrösse mit einer entsprechenden Referenz-Kenngrösse stellt dabei ein vergleichsweise unemp-

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findliches Kriterium dar, das zwar eine vorteilhaft rasche Vorsortierung ermöglicht, wie sie für manche Zwecke ausreichend ist, jedoch Gegenstände mit wenig verschiedenem Bildflächeninhalt, jedoch stark unterschiedlicher Konturform, nicht oder nur unsicher zu unterscheiden vermag. Die Kombination mit einer zweiten Kenngrösse, z.B. dem Radius des kleinsten umschreibenden Abtastkreises bezüglich des Bildschwerpunktes, bringt dann eine wesentliche Verbesserung der Selektivität hinsichtlich der Konturform. Dieses zweite Kriterium zeichnet sich durch rasche und einfache Gewinnung aus. Für anspruchsvollere Selektionsaufgaben kommt dann - in Kombination mit den vorgenannten Kenngrössen oder auch für sich - eine Anwendung der beiden letzten Kenngrössen mit Zählung der Abtastwechsel bzw. Verhältnisbildung zwischen Abtastschnittlänge (Abtastweglänge der bejahenden Abtastdaten) in Betracht.

Die Erfindung wird weiter anhand des in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierin zeigt:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Einrichtung zur Gegenstandserkennung und

Fig. 2 ein zweidimensionales Abtastschema zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 1.

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Die in Fig. 1 wiedergegebene Schaltung umfasst einen optoelektronischen Bildwandler V, der einen vorgelegten Gegenstand G oder einen Referenzgegenstand R in ein elektrostatisches Bild B für eine Elektronenstrahlabtastung mittels der Abtastvorrichtung AV umsetzt. An den Signalausgang des Bildwandlers V ist ein Trigger TR zur Umsetzung der amplitudenverschiedenen Abtastsignale in binäre Abtastdaten s_Q

bzw. s angeschlossen. Auf dem Gegenstandsbild bzw. daneben π

abgetastete Daten werden im folgenden als bejahend bzw. verneinend bezeichnet. Der Uebergang zwischen bejahendem und verneinendem Abtastdatenwerten im Verlauf eines die Bildkontur schneidenden Abtastweges wird als Abtastwechsel w bezeichnet.

Die Abtastdaten s~, s_D gelangen zu einem Bilddatenspeicher BSp und werden hier geordnet für einen wahlfreien Zugriff abgespeichert. Dieser Zugriff erfolgt unter der Wirkung einer Datenabrufsteuerung DSt jeweils in einer solchen Reihenfolge, dass am Ausgang des Speichers seriell Abtastdaten entsprechend vorgegebenen Abtastkurven erscheinen, vorzugsweise entsprechend Abtastkreisen mit unterschiedlich vorgegebenen Radien. Entsprechend werden von DSt Abrufsteuersignale entsprechend dem Abtastradius r und dem Abtastwinkel φ (Polarkoordinaten) an den Bilddatenspeicher gegeben.

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Es folgt ein Kenngrossenbildner K, der an einem Ausgangsvielfach die eingangs erwähnten Gegenstands-Kenngrössen Xl bis XH für einen Gegenstand G sowie Referenz-Kenngrössen Yl, bis Y4 gemäss den vier vorerwähnten

x · · · η χ ■ · · η

Kenngrössenarten und jeweils für einen von η Referenzgegenständen R bis R bildet. Das Ausgangsvielfach von K ist an einen Kenngrössenumschalter SK. angeschlossen, der über eine UND-Logik U von einer Programmsteuerschaltung PSt geschaltet wird. Ueber einen Gegenstands-Referenzumschalter SGR, der von einer Lernsteuerung L, gegebenenfalls auch von Hand betätigt wird, gelangen die Gegenstandskenngrössen Xzum zugeordneten Eingang eines Komparators C , während die Referenz-Kenngrösse Y zu einer entsprechenden Mehrzahl von Referenzdatenspeichern RSp-. . . .

RSp , und zwar über einen Referenzgegenstandsumschalter SR, der beim Einspeichern der Kenngrössen in Uebereinstimmung mit der Vorlage und Abtastung der verschiedenen Referenzgegenstände R-. bis R durch eine Handsteuerung H und beim noch zu besprechenden Auslesen der Referenz-Kenngrössen von der Programmsteuerung PSt über ein Steuereingang sr zyklisch über alle Speicheranschlüsse durchgeschaltet wird. Jedem speicherseitigen Anschluss des Referenzgegenstandsumschalters SR ist ausserdem einer der je einem Referenzgegenstand zugeordnete Ausgänge A- bis A sowie einer der ebenfalls je einem Referenzgegenstand zugeordneten Kenngrössenumschalter SK bis SK nachgeschaltet,

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so dass aufeinanderfolgend jede Kenngrössenart für alle Referenzgegenstände zyklisch abgerufen werden kann.

In derjenigen Stellung des Gegenstands-Referenzumschalters SGR, bei welcher der Kenngrössenumschalter SK mit dem

IC Komparator C verbunden ist, liegt der umzuschaltende Anschluss von SR an einem zweiten Eingang des Komparators C₁ und führt diesem die zyklisch aufeinanderfolgenden Kenngrössen der Referenzgegenstände zu. Der Ausgang dieses Komparators führt über eine noch zu besprechende Toleranzsteuerschaltung TSt zu einer Zuordnerlogik ZL, die eingangsseitig ausserdem an die Ausgänge A- bis A angeschlossen iat und deren Ausgänge somit jeweils beim Auftreten eines Uebereinstimmungssignals zwischen X und Y den besprechenden Referenzgegenstand als mit dem vorliegenden Gegenstand kongruent kennzeichnen. Zwecks Erzeugung eines geeigneten Uebereinstimmungssignals hat die Toleranzsteuerschaltung TSt das in der Blockdarstellung in Pig. I schematisch angedeutete Eingangs-Ausgangsdiagramm. Innerhalb eines über Eingänge tst steuerbaren Toleranzbereiches für das vom Komparator C₁ kommende Differenzsignal X-Y führt der Ausgang von TSt ein bejahendes, sonst ein verneinendes Binärsignal. Bei einer Abweichung von X gegenüber Y, die innerhalb des Toleranzbereiches liegt, wird also Uebereinstimmung zwischen Gegenstand und Referenzgegenstand angezeigt, ansonsten Nichtübereinstimmung.

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Ein der Zuordnerlogik ZL nachgeordneter Auswertespeicher ASp hält auftretende Uebereinstimmungssignale fest, bis jeweils ein Vergleichszyklus über die Referenzgegenstände R, bis R durchlaufen ist. Der beim Ende eines solchen Zyklus vorhandene Speicherinhalt, d.h. ein an einem Eingang anstehendes Uebereinstimmungssignal, ist jeweils gültig. Um beim Auftreten einer Mehrfachzuordnung, die eine fehlerhafte Mehrdeutigkeit der Identifizierung darstellt, eine gültige Anzeige auszuschliessen, ist ein vorrangiger Löscheingang asp des Auswertespeichers an den Ausgang eines zweiten Komparators C„ angeschlossen, der bei Auftreten einer Anzahl von Uebereinstimmungen z^> 1 ein bejahendes Ausgangs signal für die Anzeigelöschung liefert. Die Anzahl der Uebereinstimmungen wird in Form eines Zählsignals ζ vom Ausgang des Komparators C bzw. der Toleranzsteuerschaltung TSt über einen Zähler Z gewonnen.

Das die Mehrdeutigkeit anzeigende Löschsignal von C_? gibt weiterhin über die UND-Logik U das von der Programmsteuerschaltung PSt kommende Portschaltsignal für die Kenngrössen-

umschalter SK bis SK der Referenzdatenspeicher sowie SK. des in ic

des Kenngrössenbildners K frei, wodurch ein Vergleichszyklus mit der nächsten Referenz-Kenngrösse, vorzugsweise mit einer solchen von stärkerer Selektivität, ausgelöst wird. Gegebenenfalls zusätzlich oder auch nach Durchlaufen mehrerer Ver-

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gleichszyklen mit verschiedenen Referenz-Kenngrössen wird im Fall bestehender Mehrdeutigkeit der Zuordnung vom Komparator C₂ über die Steuereingänge tst eine Verstellung der Toleranzsteuerschaltung TSt im Sinne eines engeren Toleranzbereiches ausgelöst. Auch hierdurch ergibt sich die Möglichkeit einer schärferen Selektion mit eindeutiger Identifizierung auch in kritischen Anwendungsfällen.

In Fig. 2 ist symbolisch der Inhalt des Bilddatenspeichers BSp mit einem beispielsweise dreieckförmigen Gegenstandsbild B angedeutet. Es erfolgt beispielsweise eine kreisförmige Abtastung um den Bildschwerpunkt S mit um die Differenz /\ r abnehmendem Abtastradius r,_, r, ..., wobei die Ab-

U -L

tastung mit r.. unter Berücksichtigung einer Ansprechschwelle a_ für die geringste, noch detektierbare Abtastlinienlänge mit bejahendem Abtastsignal als umschreibender Abtastradius eine entsprechende Kenngrösse liefert. Weiterhin können die Abtastweglängen a innerhalb der aufeinanderfolgenden Abtastkreise summiert und durch Verhältnisbildung mit der Gesamt-Abtastweglänge zu einer Kenngrösse verarbeitet werden. Beim Uebergang der Abtastung an der Bildkontur ergeben sich jeweils Wechsel zwischen bejahenden und verneinenden Abtastdaten, die in Fig. 2 mit w bezeichnet sind. Die Gesamtzahl dieser Wechsel für eine vorgegebene Anzahl von Abtastkreisen bzw. eine Gesamt-Abtastweglänge ergibt wiederum eine brauchbare Kenngrösse für die Identifizierung.

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Claims

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Patentansprüche

) Verfahren zur Identifizierung von Gegenständen, bei dem durch Abtasten eines Gegenstandsbildes und Vergleich der so gewonnenen Gegenstands-Abtastdaten mit Bezugsdaten eine Zuordnung zu einem Bezugsgegenstand vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstands-Abtastdaten (s_Q) gespeichert werden und dass wenigstens ein Teil dieser gespeicherten Daten mindestens einem der folgenden Verarbeitungsschritte unterzogen wird:

a) durch Integration der Gegenstands-Abtastdaten (s„) über eine das Gegenstandsbild (B) umfassende Integrationsfläche wird der Flächeninhalt des Gegenstandsbildes als erste Kenngrösse (Xl) ermittelt;

b) durch aufeinanderfolgendes Abrufen von gespeicherten Gegenstands-Abtastdaten (s_ß), die, beginnend mit einer das Gegenstandsbild (B) umfassenden Abtastkurve, jeweils aufeinanderfolgenden Abtastkurven mit kontinuierlich oder inkremental abnehmendem Abtastradius (r) bezüglich des Bildschwerpunktes (S) entsprechen, wird der dem zuerst auftretenden bejahenden Abtastsignal zugeordnete Abtastradius (r_Q) als zweite Kenngrösse (X2) ermittelt;

c) durch aufeinanderfolgendes Abrufen von gespeicherten

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Gegenstands-Abtastdaten (s_Q), die, vorzugsweise beginnend mit einer das Gegenstandsbild (B) umfassenden Abtastkurve, jeweils Abtastkurven mit kontinuierlich oder inkremental veränderlichem, vorzugsweise abnehmendem Abtastradius (r) entsprechen entsprechen, und Zählen der Wechsel zwischen bejahenden und verneinenden Abtastdaten (Abtastwechsel) in Bezug auf die zugehörige, vom ersten Abtastwechsel aus gemessene Abtastweglänge (a) wird eine spezifische Abtastwechselzahl als dritte Kenngrösse (X3) ermittelt;

d) durch aufeinanderfolgendes Abrufen von gespeicherten Gegenstands-Abtastdaten (s,-,), die, vorzugsweise beginnend mit einer das Gegenstandsbild (B) umfassenden Abtastkurve, jeweils Abtastkurven mit kontinuierlich oder inkremental veränderlichem, vorzugsweise abnehmendem Abtastradius entsprechen, und Integration der bejahenden Abtastdaten über die Abtastweglänge (a) in Bezug auf die Gesamtabtastweglange wird eine spezifische Abtastschnittlänge als vierte Kenngrösse (X²I) bestimmt;

weiter dadurch gekennzeichnet, dass jede der so gebildeten Gegenstands-Kenngrössen (Xl ... X4) mit einer in entsprechender Weise gewonnenen Kenngrösse (Yl ... Y4) mindestens eines Bezugsgegenstandes (R ... R ) verglichen wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kenngrösse (Xl) eines zu identifizierenden Gegenstandes aufeinanderfolgend mit einer entsprechenden Kenngrösse (Yl) einer Mehrzahl von Referenzgegenständen (R ...R) verglichen wird und dass bei Auftreten einer üebereinstimmung der ersten Gegenstands-Kenngrösse (Xl) mit der entsprechenden Kenngrösse mehr als eines Referenzgegenstandes (R₁ ...R) eine zweite Gegenstands-Kenngrösse (X2) gebildet und mit einer entsprechenden Kenngrösse (Y2) der Referenzgegenstände verglichen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kenngrösse (Xl) eines zu identifizierenden Gegenstandes aufeinanderfolgend mit einer entsprechenden Kenngrösse (Yl) einer Mehrzahl von Referenzgegenständen (R₁ ...R) verglichen wird und dass bei Auftreten einer üebereinstimmung der ersten Gegenstands-Kenngrösse (Xl) mit der entsprechenden Kenngrösse mehr als eines Referenzgegenstandes ein weiterer Vergleich derselben Kenngrössen mit vermindertem Toleranzbereich durchgeführt wird.

H. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Referenz-Kenngrösse (Y) durch Abtasten eines Referenzgegenstands-

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bildes und Speicherung sowie Verarbeitung der so erhaltenen Referenz-Abtastdaten erzeugt und anschliessend zum Wiederabruf für den Kenngrössenvergleich gespeichert wird.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein optoelektronischer Bildwandler (V) zur Erzeugung eines Gegenstands- bzw. Referenzgegenstandsbildes (B) sowie eine Abtastvorrichtung (AV) und ein an den Bildwandler angeschlossener Trigger (TR) zur Erzeugung von binären Abtastdaten (s_Q, s_R) und ein nachfolgender Bilddatenspeicher (BSp) mit einer Datenabrufsteuerung (DSt) und ein an dem Datenausgang des Bilddatenspeichers angeschlossener Kenngrössenbildner (K) vorgesehen sind, dass ferner eine Mehrzahl von je einem Referenzgegenstand (R ...R) zugeordneten Referenzdatenspeichern (RSp ... RSp ) mit einem entsprechenden Referenzgegenstandsumschalter (SR) vorgesehen ist und dass ein einerseits an den Kenngrössenbildner (K) und andererseits an den Referenzumschalter (SR) angeschlossener Komparator (C₁) zur Detektion einer Uebereinstimmung zwischen Gegenstandsund Referenz-Kenngrössen (X bzw. Y) vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Datenausgang des Kenngrössenbildners (K)

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ein Gegenstands-Referenzumschalter (SGR) mit zwei alternativ aktivierbaren Ausgängen angeschlossen ist, deren einer mit dem Gegenstands-Kenngrösseneingang des Komparator s (C) und deren anderer über den Referenzgegen-Standsumschalter (SR) mit den Referenzdatenspeichern (RSp ... RSp ) verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kenngrossenbildner (K) und jeder der Referenzdatenspeicher (RSp ... RSp ) eine Mehrzahl von je einer Kenngrössenart (Xl ... Xn bzw. Yl ... Yn) zugeordneten Datenausgängen bzw. Dateneingängen sowie je einen Mehrfach-Kenngrössenumschalter (SK, bzw. SK ...

K χ

SK ) aufweist,
η

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