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Verfahren zur Bilddatenverarbeitung von bewegten Objekten
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bilddatenverarbeitung
von bewegten Objekten, insbesondere bei der Vermessung von auf einem Fliessband
bewegten Werkstücken für die Steuerung eines Handhabeautomaten, mit einem optoelektrischen
Wandler für die Bildaufnahme und mit einer nachgeordneten Datenverarbeitungseinrichtung,
die einen Bilddatenspeicher sowie eine Adresssteuereinrichtung für das selektive
Abrufen und Auswerten von Bilddaten umfasst.
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Bei einer Bilddatenverarbeitung der vorgenannten Art ist der opto-elektrische
Wandler, z.B. eine Videokamera, auf die Bewegungsbahn der ankommenden Objekte gerichtet,
so dass der hierdurch gegebene Materialfluss mit der Aufnahmefrequenz des Wandlers
laufend in Bilder der jeweiligen Objektpositionen umgesetzt wird. Dabei stellt das
Bildfeld des Wandlers (im folgenden wird der Einfachheit halber von einer Kamera
gesprochen) einen Maximalrahmen dar, aus dessen Datengesamtheit nach der Umsetzung
in die nähere und gegebenenfalls codierte sowie nach ihren Koordinaten adressierte
Bilddaten sowie nach Einspeicherung in den Bilddatenspeicher mittels der Adresssteuereinrichtung
ein Teilrahmen, hier als Bildrahmen bezeichnet, für die weitere Verarbeitung und
Ausbildung festgelegt wird. Dieser Bildrahmen ist üblicherweise einem geeigneten
Bereich des Kamera-Bildfeldes fest zugeordnet. Für die Vermessung und insbesondere
für die Identifizierung von Werkstücken durch Formerkennung (Vergleich von aus der
Objektform abgeleiteten Bilddatensätzen mit einem vorgegebenen Vergleichsdatensatz
bzw. mehreren solcher Sätze) hat dies zur Folge, dass aufeinanderfolgende Objekte
einen vergleichsweise grossen gegenseitigen Abstand einhalten müssen, damit keine
Ver-
mischung der Datensätze verschiedener Objekte in der Auswertung
auftritt. Hierdurch würde ersichtlich die Eindeutlichkeit der Bildauswertung und
damit eine sichere Identifizierung bzw. Vermessung beeinträchtigt bzw. ausgeschlossen.
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Das ist mit einer unerwünschten Verminderung der Durchsatz-und Arbeitsgeschwindigkeit
verbunden und führt zu erhöhten Anforderungen an eine der Kamera vorgeordnete Vereinzelungseinrichtung
für die Objekte. Diese Gesichtspunkte sind von Bedeutung vor allem für die erwähnte
Vermessung von Werkstücken auf einem Fliessband in einer industriellen Fertigungsstrasse
oder dergleichen.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zur
Bilddatenverarbeitung, welches eine eindeutige Abbildung und Bilddatenverarbeitung
von Gegenständen innerhalb eines Materialflusses bei vergleichsweise geringem gegenseitigem
Objektabstand ermöglicht. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet
sich bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale.
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Danach wird die z.B. entsprechend der Aufnahmefrequenz der Kamera
periodisch wiederholte Ausblendung des dem Bildrahmen entsprechenden Datenbereiches
mit steuerbaren und somit variabel einstellbaren Grenzen, wobei die vorrückende
Bildrahmen-Vorderkante grundsätzlich die erwünschte Unabhängigkeit der Abbildung
und Auswertung von etwa im davorliegenden Bereich des Kamera-Bildfeldes liegenden
Gegenständen ermöglicht. Vorteilhaft wird die Bildrahmen-Vorderkante dabei während
der Dauer der Vermessung bzw. Identifizierung oder Lagebestimmung des Messobjektes
mit einem geeigneten, im allgemeinen vergleichsweise geringem Abstand vor dem erfassten
Objekt hergeführt. Für die eindeutige
Auswertung ist es dann im
allgemeinen ausreichend, dass keine Ueberlappung zwischen dem erfassten und dem
vorangehend durchgelaufenen Objekt in Bewegungsrichtung vorhanden ist.
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Die Erfindung wird weiter anhand des in den Zeichnungen schematisch
veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierin zeigt: Fig. 1 das Prinzip-Blockschema
einer Werkstück-Sortieranlage mit Fliessband und Handhabeautomat (im folgenden kurz
Roboter genannt), Fig. 2 das Blockschaltbild einer Bilddatenverarbeitungseinrichtung
für eine Anlage nach Fig.l und Fig. 3 in den Teilbildern a) bis d) vier aufeinanderfolgende
Bewegungszustände von Werkstücken bzw. Werkstückanordnungen auf dem Fliessband im
Bereich des Kamera-Bildfeldes und des Auswertungs-Bildrahmens.
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Auf dem in Fig.l angedeuteten Fliessband FL bewegt sich eine Anordnung
von Werkstücken W von einer durch einen Vorratsbunker BN beschickten Vereinzelungsstation
VS an sich bekannter Art zu der Angriffsstelle des Greifwerkzeuges RBW eines Roboters
RB. Die Vereinzelungsstation bewirkt in üblicher Weise, dass keine Ueberlappung
der Werkstücke in Bewegungsrichtung auf dem Fliessband eintritt. Der Roboter bedarf
einer selektiven Steuerung, um vorgegebene Werkstücke in den verschiedenen Positionen
bezüglich der Breite des Fliessbandes sowie in Abstimmung auf die Bandgeschwindigkeit
ergreifen und einer Weiterverarbeitung WV zuführen zu können.
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Hierzu ist eine laufende Bildaufnahme der Werkstücke mittels einer
dem Roboter RB vorgeschalteten Kamera KA mit Beleuchtungs einrichtung BL und nachgeordneter
Bilddatenverarbeitung BV vorgesehen, welch letztere die Robotersteuerung RS mit
den erforderlichen Steuerbefehlen versorgt. Dazu führt die Bilddatenverarbeitung
eine Gegenstandsvermessung mit Formerkennung und Identifizierung gemäss eines vorgegebenen
Werkstückmusters durch, um die Robotersteuerung selektiv aktivieren zu können. Ferner
wird die Lage und Winkelorientierung eines selektierten Werkstücks bestimmt, um
das Greifwerkzeug des Roboters unter Berücksichtigung der Bandgeschwindigkeit in
die richtige Greifstellung zu bringen. Für diese Mess- und Datenverarbeitungsfunktionen
kommen grundsätzlich bekannte Lösungen in Betracht, die hier keiner näheren Erläuterung
oder Darstellung bedürfen. In Fig.2 ist lediglich ergänzend zum besseren Verständnis
eine mögliche Prinzipstruktur der Bilddatenverarbeitung mit einer von .der Kamera
KA angesteuerter Bildverarbeitungseinheit BVE für die Umsetzung der Videosignale
in geeignete Binärdaten und deren Uebertragung zwischen einem Bilddatenspeicher
BSP, einem Mikro-Computer MCP für Adressrechnung und die übrigen mit der. Vermessung
und Identifizierung verbundenen, laufend auszuführenden Algorithmen angedeutet.
Ferner ist ein Monitor MO vorgesehen, mit dem die Funktion der Anlage und insbesondere
die Abbildung der Werkstücke samt beispielsweise ermittelten Schwerpunkten oder
anderen ausgezeichneten Punkten und der Jeweils aktiven Bilddatenbereiche entsprechend
ausgewählter Bildrahmen innerhalb des Kamera-Bildfeldes beobachtet werden kann.
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Diese für die Mess- und Steuerfunktionen wesentliche Einstellung und
Steuerung des aktiven Bildrahmens BR innerhalb des Bildfeldes BF der Kamera ist
in den Teilbildern a#) bis d) von Fig.3 schematisch angedeutet. Dabei versteht es
sich, dass der dem Jeweiligen Bildrahmen entsprechende Bereich von Bilddaten durch
die Steuerung des Abrufen von im Bilddatenspeicher vorhandenen Daten mittels entsprechender
Koordinaten-Adressrechnung
bestimmt wird. Die Aufdatierung des gesamten
Speicherinhaltes erfolgt z.B. mit der Aufnahmefrequenz der Kamera, wobei innerhalb
dieser Aufdatierungsperioden jeweils die Datenauswahl für die Bildrahmenbestimmung
und die Mess- und Auswertezyklen durchgeführt werden. Auf dem Monitor kann wieder
eine Rücktransformation des als Bildrahmen selektierten Datensatzes bzw. der Grenzen
dieses Datensatzes in eine entsprechende bildliche Darstellung vorgenommen werden.
Dies entspricht der Darstellungsweise in Fig.3.
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Fig.3a) zeigt ein Werkstück das mit seiner Kontur teilweise über die
- richtungsmässig auf die Bewegung des Fliessbandes bezogene - Hinterkante HK eines
Bildrahmens BR eingerückt ist, der in diesem Zustand in seiner Ausdehnung dem gesamten
Bildfeld der Kamera, d.h. dem maximalen Bilddatensatz, entspricht.
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Bezüglich des im Bildrahmen befindlichen Flächenteil des Werkstücks
kann - etwa nach Jeder Aufdatierung - eine Schwerpunktbestimmung vorgenommen werden,
was eine laufende Lagekontrolle und gegebenenfalls eine Querverstellung des Kamera-Bildfeldes
zur Einführung des Werkstückbildes in den mittleren, hinsichtlich Abbildungsgenauigkeit
bevorzugten Bildfeldbereich ermöglicht, falls eine entsprechende Relativverstellung
mit automatischer Steuerung apparativ vorgesehen ist. In Fig.3b) ist eine solche
Querlagendifferenz zwischen dem Schwerpunkt S der hier bereits ganz in den Bildrahmen
eingerückten Werkstückfläche und der Breitenmitte BM des Bildfeldes angedeutet,
die in der vorerwähnten Weise korrigiert werden kann.
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Ausserdem zeigt Fig.3b) das Einrücken eines zweiten Werkstücks W2
in das Bildfeld BF, wobei es in einem nicht dargestellten Zwischenstadium von Fig.3a)
und 3b) in die zunächst noch mit der rückwärtigen Begrenzung des Bildfeldes BF zusammenfallende
Bildrahmen-Hinterkante HK eingerückt war. Eine laufende Ueberwachung der Hinterkante
auf Ueberdeckung durch Abfrage des ent-
sprechenden Teil-Bilddatensatzes
auf 0-1- bzw. Schwarz-Weiss-Wechsel erlaubt sodann die Auslösung einer vorrückenden
Einstellung der Bildrahmen-Hinterkante in der Weise, dass sie wieder vom Werkstück
freikommt und nun mit einer der Werkstück~ geschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit
weiter vorrükkend eingestellt wird. Dadurch bleibt die Hinterkante im Bereich zwischen
den Werkstücken W1 und W2, so dass trotz geringem Längsabstand der Werkstücke eine
einwandfreie Bildtrennung möglich ist. Dies ist in Fig.3b) angedeutet.
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Die laufende Schwerpunktüberwachung der Werkstückfläche erlaubt es
ferner, die Vermessung, Identifizierung und Lagemessung eines Werkstücks dann auszulösen,
wenn der Schwerpunkt die Längs mitte LM des Bildfeldes BF erreicht hat. Dies ergibt
wiederum eine verbesserte Abbildungsqualität. In Fig.3b) ist diese Längsrichtungslage
von W1 angedeutet.
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Nach der Vermessung wird die Bildrahmen-Hinterkante HK auf die Ausgangslage,
d.h. dieJenige der Bildreld-Hinterkante, zurückgestellt, wie dies in Fig.3c) angedeutet
ist. Gleichzeitig wird auch die Bildrahmen-Vorderkante VK zurückgestellt, und zwar
in die in Fig.3c) und 3a) strichliert angegebene Ausgangslage AL, die mit der Ausgangslage
der Bildrahmen-Hinterkante einen minimalen Bildrahmen bestimmt.
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Bei der Rückstellung der Hinterkante HK in ihre Ausgangslage gemäss
Fig.3c) rückt das Werkstück W2 in diese Hinterkante ein, was ein Vorrücken der Vorderkante
VK in der oben für HK erwähnten Weise zur Folge hat. Damit bleibt die Vorderkante
wieder in der Lücke zwischen den Werkstücken W2 und W1. Die Vermessung von W2 kann
also unabhängig vom Austritt von W1 aus dem Kamera-Bildfeld beginnen, was eine höhere
zulässige Werkstückdichte bedeutet.
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Die Vermessung von WS ist ferner wiederum unabhängig von einem nachrückenden
dritten Werkstück W3 - siehe Fig.3d) - in geringem Abstand von W2. Das in einem
Zwischenstadium erfolgte Einrücken
von W3 in die Hinterkante hat
wiederum deren Vorrücken in der bereits erläuterten Weise und damit die in Fig.3d)
angedeutete Lage von HK in der Lücke zwischen W3 und W2 zur Folge.
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Insgesamt ergibt sich also eine sichere Trennung der Bilddatensätze
von in geringem Abstand aufeinanderfolgenden Gegenständen durch zur Gegenstandsbewegung
synchrone Nachführung sowie selbsttätige Lückeneinstellung der vorderen und rückwärtigen
Grenze des Bildrahmens innerhalb des Kamera Bildfeldes.