-
Optoelektronisches Me- und Sensorsystem.
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein optoeiektronisches MeB-und Sensorsystem
und liegt auf dem Gebiet der Bild- und Informationsverarbeitung zur optischen Erfassung
und Verarbeitung von Bilddaten, beispielsweise bei industriellen Handhabungsautomaten
Anordnungen bzw. Verfahren zur Erkennung von Gegenständen unterschiedlichster Abmessungen
sind bekannt. So werden nach Identifizierung und Lagebestimmung Steuersignale gebildet,
beispielsweise für flandhabungsautomaten zur Ergreifung und Weiterverarbeitung der
erkannten Gegenstände. Es wird in der DE-OS 24 43 265 gelehrt, daß ein unbekannter
Gegenstand durch Abbildung auf lichtelektrische Schichten unter Verwendung lichtdurchlässiger
Filter erkannt werden kann. Hinter die Filter sind lic#tempfindliche Schichten gelegt,
die die unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit der Filter erfassen und nach elektrischer
Verknüpfung ein Steuersignal für einen Handhabungsautomaten, Industrie-Roboter oder
dergl.
-
bilden. Durch Vergleich des erkannten Objektes mit in einem Datenspeicher
vorhandenen Kennwerten ist eine Vereinfachung bzw. eine Selektion bei der Erkennung
und Erfassung der Gegenstände möglich.
-
Bekannt ist auch ein Verfahren zur Identifizierung von Gegenständen
(DE-OS 27 49 682) durch Ermittlung von Flächeninhalt, Abtastkurve vom Bildschwerpunkt
aus und weiteren Abtastdaten. Durch Vergleich mit entsprechenden gespeicherten Referenz-Kenngrößen
läßt sich eine Identifizierung des unbekannten Gegenstandes ermöglichen. Dabei reicht
in vielen Fällen schon die Ermittlung des Flächeninhalts zu einer Vorsortierung
aus. Zu einer genauen Erkennung wird dann die Abtastkurve vom Bildschwerpunkt aus
herangezogen und bei sehr schwierigen Selektionsaufgaben weitere Abtastdaten.
-
Bekannt ist weiter (DE-OS 27 48 604) ein Verfahren zur Drehlagebestimmung
von unbekannten Gegenständen durch optoelektronische Abtastung und Feststellung
der Schwerpunktlage.
-
Durch Vergleich der Abtastdaten mit gespeicherten Daten von Bezugsgegenständen
kann eine Identifikation des Gegenstandes erreicht werden.
-
Ein Automatisierungssystem für die Steuerung und Überwachung einer
Fertigung mittels Bildaufnehmern, Mikroprozessoren und Peripheriegeräten sowie Datenaustausch
innerhalb des Systems über eine Bus-Leitung ist bisher noch nicht bekannt geworden.
Ein allgemeines Datenaustauschsystem, das auch prozessorgesteuert ist, und über
Daten- und Adress-Sammelleitungen verfügt, ist aus der DE-AS 26 02 459 bekannt.
-
Die hier gezeigte Anordnung dient allerdings nicht zur optoelektronischen
Bildaufnahme.
-
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein prozessorgesteuertes Steuerungs-
und Überwachungssystem für die optoelektronische Muster- und Lageerkennung, Verarbeitung,
Sichtkontrolle und berührungslose Meßtechnik zu finden.
-
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß an einen Meß- und Sensorbus
eine Aufnahmeeinheit, ein Mikrocomputer, eine Eingabtastatur, ein Baustein zur Schwerpunktbestimmung,
eine Ausgabeeinheit und eine Clock-Zentrale angeschaltet sind, daß auf einen p-Bus
ein Bildrechner und ein Bildspeicher geschaltet sind, und daß der Meß- und Sensorbus
von dem u-Bus über ein Interface entkoppelt ist.
-
Ausgestaltungen des optoelektronischen Meß- und Sensorsystems sind
aus den Unteransprüchen ersichtlich.
-
Vorteilbaft bei dem erfindungsgemäßen System ist besonders die große
Einsatzbreite bei den anzuschaltenden Peripheriegeräten. So kann beispielsweise
durch Zuschaltung weiterer Aufnahmekameras eine sehr schnelle Lageerkennung bei
verschiedenen Prozessen im Multiplexverfahren erfolgen. Die Art der Lageerkennung
ist dabei frei wählbar. Es wird also ein flexibles, problemlos umprogrammierbares
und kostengünstiges Automatisierungssystem für die Steuerung und Überwachung industrieller
Prozesse mit einer handelsüblichen Fernsehkamera aufgezeigt. Für das Sortieren von
Fertigungsteilen oder das Erkennen von Etiketten besitzt das System zudem die Fähigkeit
zu einer Mustererkennung.
-
Das System ist weiterhin modular erweiterbar und kann dadurch speziellen
Belangen bei industriellen Fertigungen angepaßt werden. Angeschaltete Rechner übernehmen
die Bildanalyse, die Verarbeitung der Daten, die Systemverwaltung und die Kommunikation
mit den Peripheriegeräten.
-
Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert Ein Meß- und Sensor-Bussystem l und ein u-Bussystem 2 sind durch ein Interface
3 (Entkopplungs- und Anpassungsbaustein) getrennt. Jedes dieser beiden Bussysteme
kann dadurch zeitgleich und getrennt voneinander völlig unterschiedliche Aufgaben
durchführen. An das u-Bussystem 2 ist ein Bildrechner 4 und ein Bildspeicher 5 angeschaltet.
Der Bildrechner 4 (beispielsweise Mikroprozessor) übernimmt die Adressierung des
Bildspeichers 5. Der digitale Bildspeicher 5 nimmt die von den Fernsehkameras empfangenen
Daten auf und hält sie zur weiteren Bearbeitung bereit. Eine Erkennung von Gegenständen,
die auf einem Transportband an einer Kamera vorbei ziehen, ist scbwierigw weil die
Kamera der Bewegung des Gegenstandes folgen muß. Eine kurzzeitige Abtastung und
Speicherung der Daten in dem Bildspeicher mit anschließender Auswertung vom Bildspeicher
aus, ermöglicht desha1S^ein schnelles Arbeiten des Systems. Der Bildspeicher 5 hält
also die erfaßten Daten zur weiteren Analyse bereit und die Fernsehkamera kann auf
einen neuen Gegenstand gerichtet werden.
-
Der Bildrechner 4 tastet das von der Fernsehkamera aufgenommene Bild
in Polarkoordinaten ab. Er kann aber auch bestimmte Helligkeitswerte beim Abtasten
des Aufnahmebildes zählen. Weiterhin kann er innerhalb des Fernsehbildes Längen
messen sowie Übergänge von Schwarz auf Weiß zählen. Der Bildrechner4 dient also
zur Analyse abgespeicherter oder erfaßter Bildinformationen.
-
Der Meß- und Sensorbus 1 hat die Aufgabe, den Bildrechner 4 und den
Bildspeicher 5 mit Informationen zu versorgen.
-
An diesen Bus ist eine Aufnahmeeinheit 6 angeschaltet. Diese Aufnahmeeinheit
kann die analogen Signale mehrerer Fernsehkameras aufnehmen und Signale für mehrere
Fernsehmonitore abgeben.
-
In einer Anpaßschaltung innerhalb der Aufnahmeeinheit 6 werden die
analogen Signale der Fernsehkamera digitalisiert bzw. in Videosignale für die Monitore
umgewandelt. In der Aufnahmeeinheit 6 ist weiterhin ein Fensterdiskriminator angeordnet,
der nur einen bestimmten Teil innerhalb des abzutastenden Bildes durchläßt, und
durch diese Reduzierung erheblichen Rechneraufwand einspart. In der Aufnahmeeinheit
ist weiterhin eine Video-Verknüpfungsschaltung zum Vergleich eines aufgenommenen
mit einem gespeicherten Bild angeordnet. Durch diesen Soll-Ist-Vergleich zwischen
abgespeichertem Referenzbild und durch die Kamera aufgenommenem Bild und Zählung
der Unterschiede läßt sich eine weitere Einsparung an Rechnerkapazität erreichen.
-
An den Meß- und Sensorbus 1 ist weiterhin ein Mikrocomputer 7 über
eine Anpaßschaitung gelegt. Dieser Mikrocomputer dient zur allgemeinen Kontrolle
des Systems. Seine Aufgabe besteht z.B. in der richtigen Umschaltung der Kameras.
An den Mikrocomputer können beispielsweise Drucker, Schnittstellen zu übergeordneten
Systemen und dergl. angeschaltet werden. Weiterhin sind Anschlüsse für ein "floppy-disc"
(Datenspeicherplatte) und ein externes Programmeingabegerät vorgesehen.
-
Auf die Anpaßschaltung des Mikrocomputers 7 ist eine Eingabetastatur
8 für den Betrieb des gesamten Systems geschaltet. Diese Tastatur besteht aus Bedienungselementen,
mit denen z.B. die Ein/Ausschaltung oder Zu- und Abschaltung der einzelnen Geräten
e#rfolgt.
-
An den Meß- und Sensorbus 1 ist ein Baustein 9 zur Schwerpunktbestimmung
geschaltet. Hier werden die fundamentalen Berechnungen zur Erkennung unbekannter
Gegenstände durch das Flächenmoment in x- und y-Richtung und der Fläche durchgeführt.
-
Weiterhin ist an den Meß- und Sensorbus eine Ausgabeeinheit 10 angeschaltet.
Hiermit lassen sich beispielsweise extern zuschaltbare Maschinen (Handhabeautomaten,
Industrie-Roboter) steuern. Die Ausgabeeinheit weist ferner eine programmierbare
Uhr für eine Zeit/Weg-Taktung auf, sowie eine zusätzliche Kontrollvorrichtung für
abgehende Informationen.
-
Zur Synchronisierung des gesamten Systems ist an den Meß-und Sensorbus
1 eine Clock-Zentrale 11 angeschaltet. Clock-oder Synchronisierimpulse dienen zur
zeitgenauen Zusammen-Schaltung der einzelne Systembaugruppen untereinander, aber
auch die Fernsehkameras und Monitore werden mit den Synchronimpulsen beaufschlagt.
Weiterhin wird von der Clock-Zentrale ein Trigger-Signal für ein extern anschließbares
Blitzlicht geliefert. Hierdurch wird der zu erkennende Gegenstand für eine kurze
Zeit (Momentanaufnahme) erhellt, so daß die Fernsehkamera anschließend zeilenförmig
das aufgenommene Bild abtasten kann. Auf diese Weise lassen sich Unschärfen (beispielsweise
bei sich bewegenden Gegenständen) bei der Bildaufnahme vermeiden. Zur externen Synchronisierung
besitzt die Clock-Zentrale ll zusätzlich noch einen Trigger-Eingang. Ein Impuls
für einen derartigen Eingang kann durch eine Lichtschranke erzeugt werden.
-
Dieser Trigger-Impuls löst beispielsweise das extern anschließbare
Blitzlicht aus, wodurch der Erkennungsvorgang eingeleitet wird.
-
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems kann für eine
schnelle Lagebestimmung ein weiterer Baustein zur Schwerpunktbestimmung an den Meß-
und Sensorbus angeschaltet werden. Die an die Aufnahmeeinheit 6 geschalteten Fernsehkameras
können ihre Informationen nur seriell an die Bausteine zwecks Weiterverarbeitung
abgeben. Durch den zusätzlichen Baustein zur Schwerpunktbestimmung können von
zwei
Kameras gleichzeitig Informationen ausgegeben werden, wodurch sich in vorteilhafter
Weise eine Beschleunigung bei der Verarbeitung mehrerer Meßstellen (Fernsehkameras)
erzielen läßt. Dieser Baustein ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
-
leerseite