DE2952443A1

DE2952443A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln der lage eines gegenstandes

Info

Publication number: DE2952443A1
Application number: DE19792952443
Authority: DE
Inventors: Ichiro Masaki
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1978-12-25
Filing date: 1979-12-27
Publication date: 1980-07-03
Also published as: JPS5587283A; JPS6016673B2; US4547800A

Description

KAWASAKI JUKOGYO K. K.

14 Higashikawaaaki-cho 2-chome, Ikuta-ku, Kobe-shi, Hyogo-ken, Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Lage eines Gegenstandes

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Lage eines Gegenstandes und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Ermitteln der geometrischen Beziehung zwischen zwei oder mehreren in Berührung miteinander angeordneten Gegenständen; noch genauer gesagt, betrifft die Erfindung ein Verfahren der genannten Art, das besonders geeignet ist, eine Grenzlinie zu ermitteln bzw. detektieren, die durch zwei oder mehr miteinander zu verschweigende Werkstücke festgelegt ist, wobei von einem zweidimensionalen Bildfühler, z.B. einer Fernsehkamera, Gebrauch gemacht wird.

Es ist bereits bekannt, das sogenannte Lichtscherverfahren und das sogenannte Linienannäherungsverfahren anzuwenden, um eine Grenzlinie zwischen miteinander zu verschweigenden, aneinander angrenzenden Werkstücken mit Hilfe eines zweidimensionalen Bildfühlers zu ermitteln. Bei dem Lichtscherverfahren wird ein Bild eines Schlitzes über die Grenzlinie zwischen den benachbarten, miteinander zu verschweißenden Werkstücken hinweg projiziert, und der zweidimensionale Bildfühler detektiert das projizierte Bild des Schlitzes, das so verzerrt wird, daß es der jeweiligen geometrischen Charak-

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teristik der Grenzlinie entspricht. Semit stellt das durch den Bildfühler erzeugte Signal die geometrische Charakteristik der zu verschweißenden Grenzlinie dar. Soll z.B. längs der Grenzlinie zwischen zwei aneinander angrenzenden Werkstücken eine Kehlschweißnaht erzeugt werden, wie es in Fig. dargestellt ist, kann die zu verschweißende Grenzlinie mit Hilfe eines Bildes eines Schlitzes detektiert werden, das über die Grenzlinie hinweg projiziert und zu einer abgeknickten geraden Linie verzerrt wird. Die Grenzlinie wird hierbei als Verzerrung des Bildes des Schlitzes dargestellt.

Bei dem genannten Linienannäherungsverfahren handelt es sich um eines der bekannten Verfahren zum automatischen Detektieren einer Grenzlinie zwischen zwei oder mehr aneinander angrenzenden Werkstacken, die miteinander verschweißt werden sollen. Bei diesem Verfahren wird ein zweidimensionaler Bildfühler benutzt, und das Signal des BildfUhlers, das an der Begrenzungslinie erzeugte Bilder repräsentiert, wird mathematisch verarbeitet, um mathematische Ausdrücke für die Grenzlinie zu erhalten. Wird dieses Verfahren in Verbindung mit dem Lichtscherverfahren angewendet, werden zwei Linien, die ein V-förmiges helles Bild bilden, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, so behandelt, daß sie zwei mathematische Annäherungen für die beiden geraden Linien liefern. Dann wird der Schnittpunkt der beiden geraden Linien aus den beiden so gewonnenen mathematischen Gleichungen berechnet.

Das Ableiten der Annäherungsgleichungen für die beiden sich schneidenden Linien erfordert jedoch umfangreiche Rechenarbeiten· Bine ausreichende Schweißgeschwindigkeit läßt sich daher nur erreichen, wenn man kostspielige Verarbeitungseinrichtungen benutzt. Außerdem ist es bei Uberlappungsschweißungen der in Fig. 3 dargestellten Art nicht möglich, das Lichtscherverfahren in Verbindung mit der Linienannäherung anzuwenden, um die zu verschweißende Grenzlinie nachzuweisen. Dies hat seinen Grund darin, daß anstelle eines V-förmigen hellen Bildes zwei parallele und gegeneinander versetzte

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geradlinige Bilder erscheinen, so dafl es unmöglich ist, die Grenzlinie anhand von Schnittpunkten der beiden geraden Linien zu detektieren.

In neuerer Zeit wurden verschiedene Lichtbogen-Schweißautomaten entwickelt, die es ermöglichen, mehrere Werkstücke nacheinander miteinander zu verschweißen. In diesem Fall wird ein zum Einstellen dienendes Werkstück in eine vorbestimmte Lage gegenüber einem bestimmten Punkt auf einer Bezugslinie gebracht, und die Spitze eines Schweißbrenners wird zunächst manuell gegenüber dem Binstellwerkstück entlang der zu verschweißenden Grenzlinien bewegt, ohne daß tatsächlich ein Schweißvorgang durchgeführt wird, so daß es möglich ist, die Bewegung der Spitze des Schweißbrenners, die während des nachfolgenden Schweißvorgangs ausgeführt werden soll, in einem Speicher festzuhalten. Dann wird der eigentliche Schweißvorgang durchgeführt, indem man die Spitze des Schweißbrenners automatisch entsprechend der gespeicherten Bewegung bewegt. Jedoch macht es bei diesem automatischen Schweißverfahren schon eine geringfügige Lageabweichung eines Werkstücks gegenüber dem Bezugspunkt oder der Bezugslinie dem Schweißbrenner unmöglich, genau der Grenzlinie zu folgen, längs welcher eine Schweißnaht erzeugt werden soll. Um dieses Problem zu lösen, könnte man daran denken, Jede auftretende Abweichung eines Werkstücks gegenüber der gewünschten Lage mit Hilfe eines zweidimenslonalen Bildfühlers nachzuweisen und die programmierte Bewegung des Schweißbrenners entsprechend zu korrigieren. Um eine solche Lageabweichung festzustellen, könnte man ferner daran denken, das vorstehend genannte Lichtscherverfahren in Verbindung mit dem Linienannäherungsverfahren anzuwenden. Diese Lösung ist Jedoch unbefriedigend, da sie sich, wie erwähnt, bei überlappungsschweißungen nicht anwenden läßt. Bin brauchbares Verfahren zum Machweisen einer etwaigen Lageabweichung eines Werkstücks gegenüber der gewünschten Lage mit Hilfe eines zweidimensionalen Bildfflhlers besteht darin, daß man das durch den Bildftthler erzeugte Bild

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der Grenzlinie in ein entsprechendes binäres Bild verwandelt und dieses dann mit einem binären Bezugsbild vergleicht.

Um diesen Gedanken in die Praxis zu übertragen, könnte man daran denken, das "Korrelations-Nachweisverfahren" anzuwenden, von dem beim Vergleich bzw. der Analyse von Wellenformen Gebrauch gemacht wird. Bei einem solchen Korrelationsnachweis werden die ursprünglichen Informationen "abgebildet" oder in einen mathematischen Bezirk verlagert, der sich von Koordinatenbezirk der ursprünglichen Informationen unterscheidet, wobei von der Fourier-Transformation oder dergl. Gebrauch gemacht wird. Der Ausdruck "ursprüngliche Informationen" bezeichnet hier Informationen oder Daten, die von einem zweidimensionalen oder einem eindimensionalen BlldfUhler abgegeben werden und noch keiner Verarbeitung unterzogen worden sind. Hierzu sei bemerkt, daß Jede Verarbeitung ohne Rücksicht auf die Jeweils gewählte Art der Verarbeitung stets ein "Abbilden" der ursprünglichen Informationen auf eine mathematische Ebene begleitet, die sich vom Bereich der ursprünglichen Informationen unterscheidet. Genauer gesagt, begleitet die Verarbeitung eine inhomogene Abbildung und/oder eine homogene Abbildung. Bei der inhomogenen Abbildung werden die ursprünglichen Informationen in eine mathematische Ebene überführt, von der mindestens eine Koordinatenachse eine mathematische Gröfle repräsentiert, die nicht auf irgendeiner der Koordinaten der ursprünglichen Informationen erscheint; bei der homogenen Abbildung werden dagegen die ursprünglichen Informationen in eine mathematische Ebene überführt, welche im wesentlichen die gleichen Koordinatenachsen hat wie die ursprünglichen Informationen.

Nimmt man an, daß als zweidimensionaler BlldfUhler eine Fernsehkamera benutzt wird, werden die ursprünglichen Informationen in einer Koordinatenebene angegeben, die eine X-Achse, eine Y-Achse und eine analoge Helligkeitsachse enthält. Die vertikale und die horizontale Lage und die Helligkeit Jedes

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-y-

Bildelements werden als Koordinaten in der genannten Reihenfolge angegeben. Wenn die ursprünglichen Informationen der Fourier-Transformation unterzogen werden, befinden sich die transformierten Informationen auf einer mathematischen Ebene, die eine Achse für eine reale Komponente, eine Achse für eine imaginäre Komponente und eine Helligkeitsachse aufweist. Hierbei kann man von "inhomogener Abbildung" sprechen, da die imaginäre Komponente den ursprünglichen Informationen fremd ist.

Wenn man die analoge Helligkeit jedes Bildelements in einen binären Helligkeitswert verwandelt, so daß die ursprünglichen Informationen auf einer mathematischen Ebene erscheinen, die eine X-Achse, eine T-Achse und eine Achse für die binäre Helligkeit aufweist, kann man von einer "homogenen Abbildung" sprechen, da die analoge Helligkeit der ursprünglichen Informationen und die binäre Helligkeit der abgebildeten Informationen auf realen Zahlenachsen angegeben werden. Neben der Analog-Binär-Umwandlung gehören zur "homogenen Abbildung" die parallele Bildtransformation, die Bilddrehung, die Beseitigung des Bildrauschens, die Bildanhebung, die Zusammenziehung und Ausdehnung eines Musters bei einem Bild und die Ableitung eines Grundmusters aus einem Bild.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für eine Abweichungsnachweisvorrichtung, die nach dem Korrelationsnachweisverfahren arbeitet, wobei eine Abbildung mittels der Fourier-Transformation angewendet wird. Bei der dargestellten Vorrichtung wird das Lichtscherverfahren angewendet, um eine etwaige Lageabweichung eines Gegenstandes von der Bezugsstellung nachzuweisen. Zunächst wird ein Bezugsgegenstand, z.B. ein zu schweißendes Werkstück, in eine vorbestimmte Stellung bzw. eine Bezugsstellung gebracht. Das Bild eines Schlitzes wird mit Hilfe von Licht auf eine Schweißbegrenzungslinie projiziert, und das projizierte und verzerrte Schlitzbild wird durch einen zweidimensionalen Bildfühler abgetastet, der entsprechende BiId-

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informationen liefert, deren Helligkeitsinformationen dann in benäre Helligkeitsinformationen umgewandelt werden. Die teilweise umgewandelten Bildinformationen werden als Bezugsinformationen mittels einer Eingabeeinrichtung 10 einem Speicher 12 eingegeben. In Fig. 5 sind der zu verschweißende Teil des Werkstücks, die Einrichtung zum Projizieren des Lichtmusters, der zweidimensionale Bildfühler und der Analog-Binär-Wandler zur Vereinfachung fortgelassen. Somit werden die Bildinformationen in dem Speicher 12 in diskreter Form gespeichert, und sie bilden die Bezugsinformation f(x, y) (um die Erläuterung zu vereinfachen, sind die Informationen über die Helligkeit fortgelassen), und jede Information für jedes Bildelement wird mit Hilfe einer Leseeinrichtung 14 ausgegeben und einer Fourier-Transformationseinrichtung 16 zugeführt, welche die diskreten Informationen f(x, y) in die Fourier-transformierte Information F(u, v) verwandelt, die ihrerseits einer Modifiziereinrichtung 18 zugeführt wird. Zwischen der Information f(x, y) und der transformierten Information F(u, v) besteht die folgende Beziehung:

N-I N-I

F(u, v) - ~- .,;__ ^L- f(x, y) exp [-J2? (ux + vy)/NJ x-o y-o

Hierin sind x, y, u, ν - 0, 1, 2 usw. N-2, N-I.

Die Modifiziereinrichtung 18 führt bezüglich der Information F(u, v) eine Operation durch, welche die gleiche Wirkung hat, wie wenn eine Paralleltransformation und/oder Drehung der Information f(x, y) in der x-y-Ebene vor der Verlagerung in die U-V-Ebene durchgeführt worden wäre. Genauer gesagt, hat die bezüglich der transformierten Information F(u, v) durchgeführte Operation die nachstehende Bedeutung für die Information f(x, y):

F(u, v) exp -j2T (ux_o + vy_Q)/N 4=v> f(x - x_Q, y - y_Q) F(w, 0 + θ_ο) <r-^> f(r, θ + O₀)

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Hierin ist χ - r cos Θ; y » r sin Θ; u - w cos 0; ν - w sin

Wenn nur eine geringe oder überhaupt keine Winkelverlagerung des Werkstücks gegenüber der Bezugslage vorhanden ist, genügt es bei der Berechnung der Beziehung zwischen der Bezugsinformation und der Information über das Werkstück, die Paralleltransformation der Information ohne Rücksicht auf die Rotationsbeziehung zwischen den beiden Sätzen von Informationen durchzuführen. Dann wird die bezüglich F(u, v) durchgeführte Operation, die praktisch der Rotationsoperation bei f(x, y) entspricht, fortgelassen. Wenn die Information über das Werkstück und die Bezugsinformation in einer Rotationsrichtung etwas voneinander abweichen, ergibt sich in diesem Fall nur aus der Paralleltransformation kein realer Maximalwert des Korrelationsgrades. In einem solchen Fall ist es vorzuziehen, bezüglich eines der beiden Sätze von Informationen einen Prozeß durchzuführen, der einer Verbreiterung jeder der beiden sich schneidenden Schlitzbilder gleichwertig ist, wie es in Fig. 6A gezeigt ist. Bei der Eingabeeinrichtung 10 oder der Ausgabeeinrichtung 14 kann eine Verbreiterungseinrichtung vorhanden sein. Wenn das Schlitzbild zu breit ist, um einen Maximalwert zu liefern, der von den benachbarten Werten des Korrelationsgrades deutlich zu unterscheiden ist, ist ein zuverlässiger Nachweis nicht möglich. In diesem Fall ist es vorzuziehen, bei einem der beiden Sätze von Informationen einen Prozeß durchzuführen, bei dem jede der beiden sich schneidenden Schlitzbildlinien schmaler gemacht wird, wie es in Fig. 6B gezeigt ist.

Informationen bezüglich der Lage des Werkstücks werden auf ähnliche Weise gesammelt wie die Bezugsinformationen. Genauer gesagt, wird ein Schlitzbild auf ein zu verschweißendes Werkstück projiziert, und ein projiziertes Schlitzbild, das in Abhängigkeit von der Abweichung des Werkstücks von der Bezugslage variiert, wird durch den zweidimensionalen Bildfühler gefühlt. Nach einer teilweisen Umwandlung in binäre

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-r- Αν

Informationen werden die von dem Bildfühler abgegebenen Bildinformationen gemäß Fig. 5 mittels einer Schreibeinrichtung 20 einem Speicher 22 in Form der diskreten Bildinformationen g(x, y) eingegeben. Diese Informationen werden mit Hilfe einer Leseeinrichtung 24 entnommen und einer Fourier-Transformationseinrichtung 26 zugeführt, welche die Information g(x, y) in die Fourier-transformierte Information G(u, v) verwandelt.

N-I N-I

G(u, v) - ^ <>_ ^- g(x, y) exp -J2 '.1 (ux + vy)/N x-o y-o

Hierin ist x, y, u, ν - 0, 1, 2 usw. N-2, N-I.

Eine Einrichtung 28 zum Berechnen konjugierter komplexer Zahlen verwandelt die Information G(u, v) in eine Information G*(u, v) anderer Art, die als konjugierte komplexe Zahl in Beziehung zu G(u, v) steht.

Eine Multipliziereinrichtung 30 multipliziert die Bezugsinformation F(u, v) mit der Lageinformation G*(u, v), so daß man die Korrelation C erhält. Dies läßt sich mathematisch wie folgt ausdrücken:

C - F(u, v) . G*(u, v)

Dies läßt sich im x-y-Bezirk wie folgt ausdrücken:

C - f(x, y)|7J] g(x, y) Hierin ist |ΤΠ der Korrelationsoperator.

Um das Ausmaß der Abweichung zwischen den beiden Arten von Informationen f(x, y) und g(x, y) zu ermitteln, ist es erforderlich, alle möglichen verschiedenen Zahlen für xo und yo in den nachfolgenden mathematischen Ausdruck einzusetzen und die Zahlen für xo und yo zu finden, die den maximalen Korrelationsgrad liefern.

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C - f(x - x_o, y - y_o) C g(x, y)

Zum Durchführen dieser arithmetischen Probieroperation im U-V-Bezirk wird eine Einrichtung 32 zum Berechnen des Maximalwertes benutzt, um die Werte von xo und yo zu finden, welche den Maximalwert nach der folgenden Gleichung liefern:

C(xo, yo) - F(u, v) exp -j2 ι, (uxo + vyo)/N| G*(u, v)

Aus dem Ausgangssignal der Einrichtung 32 zum Berechnen des Maximalwertes läßt sich die relative Lage des Werkstücks gegenüber der Bezugslage erkennen. Gemäß Fig. 5 ist eine Einrichtung 34 vorhanden, die dazu dient, nach Bedarf die Informationen über die Schweißbegrenzungslinie in den Bezugsinformationen festzuhalten bzw. abzugeben; zu den weiteren Einrichtungen gehören eine Einrichtung 36 zum Festhalten und Weitergeben der Informationen, welche die Stellung des zweidimensionalen Bildfühlers gegenüber einer gegebenen Bezugsgröße festhält und weitergibt, sowie eine Einrichtung 38, die auf Signale der verschiedenen Einrichtungen 18, 32, 34 und 36 anspricht, um das Ausmaß der Abweichung der Schweißgrenzlinie am Werkstück gegenüber einer Bezugslage zu ermitteln, in der sich die Schweißgrenzlinie befinden soll.

Die vorstehend beschriebene Ermittlung der Korrelation mit Hilfe der Fourier-Transformation gewährleistet eine sehr hohe Genauigkeit. Leider werden jedoch hierbei so umfangreiche Rechenarbeiten benötigt, daß es selbst beim Gebrauch einer Einrichtung für die schnelle Fourier-Transformation nicht möglich ist, einen Echtzeitbetrieb durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neuartige Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, die es ermöglichen, jede Lageabweichung eines Gegenstandes von einer Bezugslage mit hinreichender Genauigkeit und Geschwindigkeit zu ermitteln.

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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Nachweisen einer etwaigen Lageabweichung eines Gegenstandes von einer Bezugslage mit Hilfe eines Bildfühlers gelöst; das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt Maßnahmen, um Bezugsbildinformationen vorzubereiten, Bildinformationen über den Gegenstand mit Hilfe eines Bildfühlers zu gewinnen, einen der beiden genannten Sätze von Informationen einer Paralleltransformation und/oder einer Rotation zu unterziehen, um auf diese Weise den Korrelationsgrad zwischen den beiden Sätzen von Informationen festzustellen, und um wiederholt den Korrelationsgrad für jede inkrementale Paralleltransformation und/oder Rotation zu ermitteln, bis der maximal mögliche Korrelationsgrad erreicht worden ist, so daß jede etwaige Lageabweichung des Gegenstandes gegenüber der Bezugslage nachgewiesen wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jede etwaige Lageabweichung jedes einer Reihe von Werkstükken gegenüber einer Bezugslage mit Hilfe eines Bildfühlers festgestellt. Genauer gesagt, wird ein erstes Einstellwerkstück in eine vorbestimmte Lage gegenüber einem gegebenen Bezugspunkt oder einer gegebenen Bezugslinie gebracht und dann einer Prüfung mit Hilfe eines zweidimensionalen Bildfühlers, z.B. einer Fernsehkamera, unterzogen, so daß man Bezugsinformationen erhält, die mehrere Informationsbits enthalten. Die Bezugsinformationen werden in entsprechende binäre Informationen verwandelt und gespeichert. Entsprechend wird ein zweites oder nachfolgendes Werkstück einer Prüfung mit Hilfe des Bildfühlers unterzogen, so daß man Informationen über dieses Werkstück erhält, die ebenfalls mehrere Informationsbits enthalten. Die Informationen über das zweite oder nachfolgende Werkstück werden in entsprechende binäre Informationen verwandelt. Eine'r der beiden Sätze von Informationen wird einer Paralleltransformation und/oder Rotation unterzogen. (Die "inhomogene" Abbildung, die bei der Fourier-Transformation erforderlich ist, ist in Fig. 5 fortgelassen.)

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Ein In dieser Welse behandelter Satz von Informationen wird Bit für Bit mit dem anderen Satz von Informationen verglichen, der in seinem ursprünglichen Zustand verbleibt. Dann werden die sich lagemäßig entsprechenden Bits, die sich in den beiden Sätzen von Informationen im gleichen Zustand befinden, ausgewählt und gezählt. Die Zählung wird für jede inkrementale Paralleltransformation und/oder Rotation wiederholt, bis man die mögliche maximale Anzahl einander entsprechender Bits im gleichen Zustand erhalten hat, wodurch eine etwaige Lageabweichung eines zweiten oder nachfolgenden Gegenstandes ermittelt wird.

Bei einer bestimmten Anwendungsweise der Erfindung, auf die sich die Erfindung jedoch nicht beschränkt, wird als zweidimensionaler Bildfühler eine Fernsehkamera benutzt, und es wird mit zwei Sätzen von Informationen gearbeitet, von denen jeder mehrere Schwarz-Weiß-Bildelemente enthält. Die binären Bezugsbildinformationen werden einer Paralleltransformation und/oder einer Rotation unterzogen und mit den binären Bildinformationen über das zu prüfende Werkstück verglichen, um festzustellen, wieviele Bildelemente sich in den gleichen Koordinatenpositionen im gleichen optischen Zustand (schwarz oder weiß) befinden. Die Zählung einander entsprechender Bildelemente wird für jede inkrementale Paralleltransformation und/oder Rotation durchgeführt, und jede Zahl wird gespeichert. Dann wird die maximale Zahl ausgewählt, um festzustellen, aus welcher Paralleltransformation und/oder Rotation sich die maximale Zahl ergibt. Der Verschiebungsbetrag der so ermittelten Paralleltransformation und/oder Rotation repräsentiert das Ausmaß der Abweichung des Werkstücks von der Bezugslage, und die der Verschiebungsrichtung entgegengesetzte Richtung entspricht der Richtung der Abweichung des Werkstücks von der Bezugslage. Eine zugehörige Servosteuerung spricht auf Größe und Richtung der so ermittelten Abweichung an, um den Schweißbrenner eines Schweißautomaten in die richtige Lage zu bringen und ihn gegenüber dem Werkstück längs der Schweißgrenzlinie zu bewegen.

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Wie erwähnt, wird von der "inhomogenen" Abbildung kein Gebrauch gemacht, und daher ist die erfindungsgemäße Vorrichtung billiger, und sie gewährleistet eine schnelle Betätigung, so daß sie zur Steuerung eines Schweißautomaten geeignet ist, mittels dessen sich Werkstücke nacheinander in schneller Folge verschweißen lassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schrägansicht zweier zu verschweißender, stumpf aneinander anliegender Werkstücke, auf die ein Schlitzbild gemäß dem "Lichtscherverfahren" projiziert wird;

Fig. 2 die Gestalt des auf das Werkstück nach Fig. 1 projizierten Schlitzbildes;

Fig. 3 eine Schrägansicht zweier sich überlappender Werkstücke, auf die ein Schlitzbild gemäß dem "Lichtscherverfahren" projiziert wird;

Fig. 4 die Gestalt des auf die Werkstücks nach Fig. 3 projizierten Schlitzbildes;

Fig. 5 das Blockschaltbild einer Ausführungsform einer unter Benutzung der Fourier-Transformation arbeitenden Vorrichtung zum Ermitteln von Lageabweichungen;

Fig. 6 die Verbreiterung bzw. die Verringerung der Breite des Schlitzbildes;

Fig. 7 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung, bei der von einer direkten Erkennung der Korrelation Gebrauch gemacht wird;

Fig. 8 die Abmessungen eines Bezugseinzelbildes und des Werkstuckbildes;

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Fig. 9A, 9B und 9C jeweils den Aufbau einer logischen Schaltung zum Berechnen des Korrelationsgrades; und

Fig. 10 das Blockschaltbild einer automatischen Schweißanlage in Verbindung mit der Vorrichtung nach Fig. 7.

Vor der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wird im folgenden der Grundgedanke der Erfindung bezüglich des Falls erläutert, daß man den Korrelationsgrad zwischen der binären Helligkeit eines Elements eines Bildes eines zu prüfenden Gegenstandes und der binären Helligkeit eines Elements eines Bezugsbildes in den Koordinaten X und Y gewinnt. Es sei angenommen, daß die Helligkeitsinformation Ia(x, y) die Helligkeit eines Bildelements bei χ auf der X-Achse sowie bei y auf der Y-Achse der binären Bildinformation über den zu prüfenden Gegenstand darstellt und daß die Helligkeitsinformation It(x + Sx, y + Sy) die Helligkeit eines Bildelements bei χ + Sy auf der X-Achse und bei y + Sy auf der Y-Achse der binären Bezugsbildinformation darstellt. Ferner sei angenommen, daß C(x, y, Sx, Sy) den Korrelationsgrad zwischen den beiden vorstehend genannten Bildelementen darstellt, wobei sich der Korrelationsoperator C wie folgt definieren läßt.

Hierzu sei bemerkt, daß zur Gewinnung des Korrelationsgrades ein Größenvergleich durchgeführt zwischen einem Informationsbit eines Satzes von Informationen und einem anderen Informationsbit, das zu einem anderen Satz von Informationen gehört und bezüglich seiner Koordinatenlage dem einen Informationsbit des ersten Satzes entspricht. Bei dem vorstehend genannten Beispiel unterscheidet sich die binäre Bildinformation bezüglich des zu prüfenden Gegenstandes von der binären Bezugsbildinformation, und das zuerst genannte Bildelement (x, y) der binären Bildinformation über den Gegenstand entspricht bezüglich seiner Lage stets dem an zweiter Stelle genannten Bildelement (x + Sx, y + Sy) der binären Bezugsbildinformation

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bei dem konstanten Unterschied von Sx auf der X-Achse sowie von Sy auf der Y-Achse. Die binäre Bildinformation über den Gegenstand wird mit der Bezugsbildinformation dadurch verglichen, daß eine logische Operation zwischen jedem Paar von einander lagemäßig entsprechenden Bildelementen der beiden Sätze von Informationen so durchgeführt wird, daß man den Korrelationsgrad C(x, y, Sx₁ Sy) erhält.

Beispiel I für die Definition von C_t In der nachstehenden Gleichung C(x, y, Sx, Sy) - It(X + Sx, y + Sy) C Ia(x, y)

ist für den Fall, daß It(x + Sx, y + Sy) - 1 und Ia(x, y) - 1,

C(x, y, Sx, Sy) so definiert, daß sich der Wert 1

ergibt;

wenn It(x + Sx, y + Sy) « 1 und Ia(x, y)- 0, ist

C(x, y, Sx, Sy) so definiert, daß sich der Wert 0

ergibt;

ist It(x + Sa, y + Sy) · 0 und Ia(x, y) - 1, ist

C(x, y, Sx, Sy) so definiert, daß sich der Wert 0

ergibt;

und wenn It(x + Sx, y + Sy) * 0 und Ia(x, y) - 0, ist

C(x, y, Sx, Sy) so definiert, daß sich der Wert 0

ergibt.

In der vorstehenden Definition bezeichnet eine 1 die Tatsache, daß es sich bei dem betreffenden Bildelement um einen hellen Bildpunkt handelt, während eine 0 die Tatsache bezeichnet, daß es sich bei dem Bildelement um einen dunklen Punkt handelt. Wenn gemäß der Definition nach dem Beispiel I zwei zu vergleichende Bildelemente als helle Bildpunkt gegeben sind, hat der Korrelationsgrad zwischen ihnen den Wert 1; ist jedoch nur eines der beiden Bildelemente ein heller Bildpunkt oder ist keines der beiden Bildelemente ein heller Bildpunkt, hat der Korrelationsgrad den Wert 0. Mit anderen Worten,

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der Korrelationsgrad wird bei der Definition des Beispiels auf der Basis nur eines einzigen hellen Punktes ermittelt.

Beispiel II Ist in der nachstehenden Gleichung C(x, y, Sx, Sy) - It(x + Sx, y + Sy) [Cj Ia(x, y)

für den Fall, daß It(x + Sx, y + Sy) - 1 und Ia(x, y) - 1, ist C(x, y, Sx, Sy) so definiert, daß sich der Wert 1 ergibt;

ist It(x + Sx, y + Sy) - 1 und Ia(x, y) - 0, ist C(x, y, Sx, Sy) so definiert, daß sich der Wert 0 ergibt;

ist It(x + Sx, y + Sy) - 0 und Ia(x, y) - 1, ist C(x, y, Sx, Sy) so definiert, daß sich der Wert 0 ergibt;

und ist It(x + Sx, y + Sy) - 0 und Ia(x, y) « 0, ist C(x, y, Sx, Sy) so definiert, daß sich der Wert 1 ergibt.

Gemäß der vorstehenden Definition wird der Korrelationsgrad auf der Basis von hellen und dunklen Bildpunkten ermittelt. Jedoch läßt sich der Korrelationsgrad auch auf der Basis nur eines dunklen Bildpunktes bestimmen. In diesem Fall ergibt sich der Korrelationsoperator wie folgt:

Beispiel III Ist in der nachstehenden Gleichung C(x, y, Sx, Sy) - It(x + Sx, y + y) [C[ Ia(x, y),

ist bei It(x + Sx, y + Sy) - 1 und Ia(x, y) - 1

C(x, y, Sx, Sy) so definiert, daß sich der Wert 0

ergibt;

ist It(x + Sx, y + Sy) - 1 und Ia(x, y) · 0,

ist C(x, y, Sx, Sy) so definiert, daß sich der Wert 0

ergibt;

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ist It(x + Sx, y + Sy) - O und Ia(x, y) - 1, ist C(x, y, Sx, Sy) so definiert, daß sich der Wert ergibt;

und wenn It(x + Sx, y + Sy) - 0 und Ia(x, y) - 0, ist C(x, y, Sx, Sy) so definiert, daß sich der Wert ergibt.

Alle Ausdrücke in der vorstehenden Definition lassen sich durch den nachstehenden verallgemeinerten Ausdruck wiedergeben:

C(x, y, Sx, Sy) - Y_{1 m}

Hierin ist It(x + Sx, y + Sy) - L₁

Ia(x, y) - L_m

L₁ ist die Helligkeit des Bildelements (x + Sx, y + Sy)

in der Bezugsbildinformation, und

L ist die Helligkeit des Bildelements (x, y) in

der Gegenstandbildinformation.

Gemäß dem verallgemeinerten Ausdruck läßt sich der Korrelationsgrad nicht nur bezüglich binärer HeIligkeitsinformationen ermitteln, sondern auch bezüglich ternärer, quaternärer, quinärer oder einer noch höheren Ordnung angehöriger Lichtinformationen.

Bei den drei vorstehenden Arten von Definitionen repräsentiert der Korrelationsgrad f(x, y, Sx, Sy) die Korrelation zwischen Jedem Paar von einander lagemäßIg entsprechenden Bildelementen. Daher läßt sich die Korrelation C. zwischen zwei vollständigen Einzelbildern wie folgt ausdrücken:

Nx_ Ny

C_f - ^>_ ,]>. W(x, y, Sx, Sy) . C(x, y, Sx, Sy) x-o y-o

Hierin ist Nx die Anzahl der Bildelemente auf der X-Achse,

Ny die Anzahl der Bildelemente auf der Y-Achse und W(x, y, Sx, Sy) eine Gewichtsfunktion.

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Nimmt man an, daß die Gewichtsfunktion W(x, y, Sx, Sy) stets den Wert 1 hat, läßt sich die vorstehende Gleichung wie folgt vereinfachen:
Nx Ny

C₁ - - ' C(x, y, Sx, Sy) ... (1) x-o y-o

Gemäß dieser Gleichung wird die Korrelation C- zwischen zwei vollständigen Einzelbildern lediglich durch die Summe der Korrelationsgrade C zwischen allen einander lagemäßig entsprechenden Paaren von Bildelementen dargestellt.

Fig. 7 zeigt in einem Blockschaltbild eine erfindungsgemäße Lageermittlungsvorrichtung, bei der von der Gleichung (1) Gebrauch gemacht wird, um den Korrelationsgrad festzustellen. Zu der dargestellten Vorrichtung gehört ein zweidimensionaler Bildfühler, z.B. eine für industrielle Zwecke geeignete Fernsehkamera 50, zum Erfassen eines Bezugsgegenstandes, z.B. eines Einstellwerkstücks, das in eine Bezugslage gebracht worden ist, sowie eines zu prüfenden Gegenstandes, z.B. eines Werkstücks, das von der Bezugslage abweichen oder gegenüber dem Einstellwerkstück eine falsche Abmessung haben kann. Das Einstellwerkstück und das zu prüfende Werkstück werden entsprechend dem beschriebenen Lichtscherverfahren beleuchtet. Der Ausgang der Fernsehkamera 50 ist an einen Wandler 52 angeschlossen, der die Bildinformationen für jedes Bildelement in binäre Bildinformationen verwandelt. Wenn die Fernsehkamera 50 das in die Bezugslage gebrachte Einstellwerkstück erfaßt, wird das Ausgangssignal des Wandlers 52 in Form binärer Bezugsbildinformationen über einen Schalter 54 einer Eingabeeinrichtung 56 zugeführt, um dann mit Hilfe dieser Einrichtung in einem Speicher, z.B. einem Magnetbandspeicher 58, gespeichert zu werden. Erfaßt die Fernsehkamera 50 dagegen das zu prüfende Werkstück, wird das Ausgangssignal des Wandlers 52 als binäre Werkstückbildinformation über den Schalter 54 einer anderen Eingabeeinrichtung 70 zugeführt,

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um durch sie z.B. in einem Halbleiterspeicher 72 gespeichert zu werden. Während dieser Zeit können zusätzliche Informationen, z.B. Informationen der Bezugsinformationen, die der Mittellage des Werkstücks und der relativen Lage der Fernsehkamera gegenüber dem Bezugspunkt oder der Bezugslinie entsprechen, dem Magnetbandspeicher 58 eingegeben werden.

Wird die Lage des zu prüfenden Werkstücks ermittelt, wird die Bezugsinformation eines Einzelbildes aus dem Magnetbandspeicher 58 mit Hilfe einer Leseeinrichtung 60 ausgegeben und mit Hilfe der Eingabeeinrichtung 62 einem Halbleiterspeicher 54 eingegeben. Wenn z.B. Schweißvorgänge bei verschiedenen Teilen jedes Werkstücks durchgeführt werden sollen, wird der Inhalt des Halbleiterspeichers 64 aktualisiert, und Bezugsinformationen nachfolgender Einzelbilder, die in dem Magnetbandspeicher 58 gespeichert sind, werden ausgegeben und z.B. für jeden zu schweißenden Teil des Werkstücks gespeichert. Die in dem Halbleiterspeicher 64 gespeicherten Bezugsinformationen werden durch eine Leseeinrichtung 66 ausgegeben und einem siebenstufigen Schieberegister 68 zugeführt, zu dem ein Eingang und sieben Ausgänge gehören, so daß die seriell ausgegebenen Bezugsinformationen in parallel ausgegebene Informationen verwandelt werden. Die Ausgangssignale 1 bis 7 des Schieberegisters 68 werden jeweils einem ersten Eingang einer zugehörigen Korrelations-Berechungseinrichtung 78 zugeführt, die zu sieben solchen Einrichtungen gehört.

Andererseits werden der Eingabeeinrichtung 70 die Bildinformationen über das zu prüfende Werkstück über den Schalter 54 von der Fernsehkamera 50 aus zugeführt, um die Informationen über ein Einzelbild in dem zweiten Halbleiterspeicher 72 zu speichern. Die in dem Speicher 72 enthaltenen Informationen über das Werkstück werden durch eine Leseeinrichtung 74 ausgegeben und einem Schieberegister 76 mit einem Eingang und einem Ausgang zugeführt, dessen Ausgang an einen zweiten Ein-

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gang sämtlicher sieben Korrelations-Berechnungseinrichtungen 78 angeschlossen ist.

Um die Genauigkeit der Ermittlung jeder Abweichung eines Werkstücks gegenüber der Bezugslage zu verbessern, wird bei der Vorrichtung nach Fig. 7 ein kleines Bezugsinformationsbild verwendet, das auf ein die ursprüngliche Größe aufweisendes Informations-Einzelbild des zu prüfenden Werkstücks aufgelegt wird.

Im Verlauf des Ermittlungsvorgangs werden die X-Y-Koordinaten der Bezugsinformationen einer Parallelverschiebung um einen inkrementalen Betrag unterzogen, um den Verschiebungsbetrag der Paralleltransformation zu ermitteln, der den maximalen Korrelationsgrad liefert. Nimmt man an, daß die Größe eines Einzelbildes 100 χ 100 Bildelementen entspricht, und daß die beiden die ursprüngliche Größe aufweisenden Einzelbilder, von denen jedes die Bezugsinformationen und die Informationen über das zu prüfende Werkstück enthält, aufeinandergelegt werden, führt die inkrementale Verschiebung dieser Einzelbilder zu einer Versetzung derart, daß sie von Randabschnitten umgeben sind. Diese Randabschnitte, deren Größe sich bei jeder inkrementalen Verlagerung verändert, führen zu einer Verringerung der Genauigkeit, mit der die Abweichung des Werkstücks ermittelt wird, und der hierdurch verursachte Fehler nimmt mit der Größe der Randabschnitte zu. Um hier Abhilfe zu schaffen, wird die Größe der Randabschnitte ohne Rücksicht auf die inkrementalen Verlagerungen auf einem gegebenen konstanten Wert gehalten. Genauer gesagt, wird jedes Einzelbild der Bezugsinformationen um vorbestimmte maximale Beträge von Sx und Sy auf der X-Achse bzw. der Y-Achse verkleinert, so daß bei jeder inkrementalen Verlagerung ein konstanter Flächeninhalt der Randabschnitte verbleibt und daß es möglich ist, alle resultierenden Korrelationsgrade auf der gleichen Hintergrundfläche miteinander zu vergleichen.

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Nimmt man Jetzt an, daß das die ursprüngliche Größe aufweisende Einzelbild mit Informationen 100 χ 100 Bildelemente enthält und daß die vorbestimmten maximalen Beträge von Sx und Sy bis zu ±20 Bildelementen entsprechen, hat das kleine Einzelbild mit den Bezugsinformationen eine Größe von bis zu (100-40) χ (100-40) Bildelementen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist gemäß Fig. 8 das originalgroße Einzelbild, das die Informationen über das Werkstück vermittelt, 100 χ 100 Bildelemente auf, und die vorbestimmten maximalen Beträge von Sx und Sy entsprechen bis zu +3 Bildelementen. Daher entspricht das kleine Einzelbild, das die Bezugsinformationen enthält, (100-6) χ (100-6) Bildelementen. Wird das kleine Bezugsinformations-Einzelbild auf das originalgroße Informationseinzelbild für das zu prüfende Werkstück aufgelegt, verbleibt ein konstanter Flächeninhalt des Randabschnitts mit bis zu 1164 Bildelementen, und die Korrelationsgrade für die inkrementalen Verlagerungen werden miteinander in der gleichen Hintergrundfläche mit bis zu 8836 Bildelementen verglichen. Somit läßt sich der Fehler verringern, der anderenfalls durch den sich verändernden Flächeninhalt des Randabschnitts hervorgerufen würde.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß man die inkrementale Verlagerung ebenso oft wiederholen kann, wie Bildelemente vorhanden sind, und zwar um den vorbestimmten Betrag, um den das Bezugsinformations-Einzelbild verkleinert wird. Nimmt man an, daß der vorbestimmte Betrag auf ±25 Bildelemente in der X- und Y-Richtung festgelegt ist, kann man die inkrementale Verlagerung 2601-mal wiederholen, und die zum Ermitteln des maximalen Korrelationsgrades benötigte Zeit wird entsprechend verlängert, so daß ein zugehöriger Schweißautomat so gesteuert wird, daß er mit einer geringeren Geschwindigkeit arbeitet.

Bei dieser Ausführungsform ist der vorbestimmte maximale Verschiebungsbetrag auf ±3 Bildelemente in der X- und T-Richtung festgelegt. Daher ist es erforderlich, die inkrementale

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-f- vs

Verlagerung und daher auch die Berechnung des Korrelationsgrades 49-mal zu wiederholen.

Um die Rechenzeit zu verkürzen, sind gemäß Fig. 7 Korrelationsgrad-Berechnungseinrichtungen 78 vorhanden, deren Anzahl die gleiche ist wie die Anzahl der inkrementalen Verlagerungen längs der X-Achse, wobei diese Anzahl der Anzahl der Bildelemente innerhalb des vorbestimmten Betrags entspricht, um den das Einzelbild verkleinert ist, und wobei die genannte Anzahl um 1 erhöht ist, so daß sieben Einrichtungen 78 vorhanden sind; ferner ist ein Schieberegister 68 vorhanden, zu dem Stufen gehören, deren Anzahl der Anzahl der Korrelationsgrad-Berechnungseinrichtungen entspricht, von denen im vorliegenden Fall sieben Stück vorhanden sind. Der Ausgang jeder Stufe des Schieberegisters 68. ist an den ersten Eingang der zugehörigen Korrelationsgrad-Berechnungseinrichtung 78 angeschlossen. Andererseits wird die Werkstückinformation einem siebenstufigen Schieberegister 76 zugeführt, und der Ausgang der vierten Stufe dieses Registers ist mit dem zweiten Eingang jeder der Berechnungseinrichtungen 78 verbunden, so daß die Korrelationsgrade für alle verschiedenen inkrementalen Verlagerungen längs der X-Achse gleichzeitig berechnet werden. Mittels dieser Anordnung ist es möglich, die zum Berechnen von 49 Korrelationsgraden benötigte Zeit dadurch im Verhältnis 1:7 abzukürzen, daß man die Bezugsinformationen dem Speicher 64 siebenmal entnimmt, und zwar jeweils von anderen Ausgangspunkten aus, die sich jeweils vom vorausgehenden Punkt um einen Betrag unterscheiden, welcher einem Bildelement auf der Y-Achse entspricht, und wobei gleichzeitig die Informationen über das zu prüfende Werkstück dem Speicher 74 siebenmal entnommen werden.

Die Ausgangssignale der sieben Korrelationsgrad-Berechnungseinrichtungen 78 werden einem Rechner 80 zugeführt, der zeitweilig 49 resultierende Korrelationsgrade speichert, um den

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maximalen Korrelationsgrad aus den 49 Korrelationsgraden auszuwählen und diejenigen Verschiebungsbeträge Sx und Sy auszugeben, welche den maximalen Korrelationsgrad liefern. Die Werte -Sx und -Sy, welche die gleiche Größe, jedoch das entgegengesetzte Vorzeichen haben bzw. im Vergleich zur Verschiebungsrichtung für den maximalen Korrelationsgrad entgegengesetzt gerichtet sind, repräsentieren die Abweichung des Werkstücks gegenüber der Bezugslage.

Fig. 9A, 9B und 9C zeigen Schaltbilder für die Einrichtungen 78, mittels welcher der Korrelationsgrad auf der Basis der Definitionen der Beispiele I, II und III berechnet wird. Fig. 9A zeigt eine Korrelationsgrad-Berechnungseinrichtung zum Durchführen einer logischen Operation gemäß der Definition nach dem Beispiel I mit einer Und-Schaltung mit zwei Eingängen sowie einem Zähler. Zu der Berechnungseinrichtung für die logische Operation auf der Basis der Definition nach dem Beispiel II gehören zwei in Fig. 9B dargestellte Inverter sowie zwei Und-Schaltungen. Die in Fig. 9C dargestellte Einrichtung zum Durchführen der logischen Operation gemäß dem Beispiel III weist zwei Inverter, eine Und-Schaltung und einen Zähler auf. Der bei jeder Korrelationsgrad-Berechnungseinrichtung verwendete Zähler dient dazu, die Korrelationsgrade zwischen allen einander lagemäßig entsprechenden Bildelementen eines Paars von vollständigen Einzelbildern zu zählen.

Damit die Bezugsinformationen gegenüber den Werkstückinformationen gedreht werden können, ist gemäß Fig. 7 zwischen der Eingabeeinrichtung 62 und dem Halbleiterspeicher 64 eine Koordinaten-Dreheinrichtung 82 angeordnet, mittels welcher jeweils ein der Eingabeeinrichtung entnommenes Bezugsinformations-Einzelbild um vorbestimmte Winkelbeträge gedreht und die so gedrehte Bezugsinformation dem Halbleiterspeicher 64 zugeführt wird.

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Bei der Vorrichtung nach Fig. 7 werden die über den Schalter 54 zugeführten Bezugsinformationen dem Halbleiterspeicher 64 nicht direkt zugeführt, sondern sie gelangen zu dem Magnetbandspeicher 58. Damit kontinuierliche Schweißvorgänge bei verschiedenen Teilen jedes Werkstücks durchgeführt werden können, ist es erforderlich, eine große Menge von Bezujsinformationen zu speichern. Daher wird der Magnetbandspeicher benutzt, der je Bit billiger ist als der Halbleiterspeicher, um die Gesamtkosten der Vorrichtung zu verringern. Jedoch ist die Ausgabegeschwindigkeit des Magnetbandspeichers niedrig. Deshalb wird in dem Magnetbandspeicher 58 eine große Menge von Bezugsinformationen gespeichert, und nur ein hier gespeichertes Bezugsinformations-Einzelbild wird ausgegeben und zeitweilig in dem Halbleiterspeicher 64 gespeichert, der mit der bei der Vorrichtung benötigten hohen Ausgabegeschwindigkeit arbeitet. Daher erweist sich der Halbleiterspeicher 64 als ausreichend, wenn er es ermöglicht, nur ein Informations-Einzelbild zu speichern. Wenn die Eingabegeschwindigkeit des Magnetbandspeichers 58 für die übertragungsgeschwindigkeit nicht ausreicht, mit welcher der Wandler 52 die binären Bezugsbildinformationen liefert, ist es erforderlich, zwischen dem Schalter 54 und der Eingabeeinrichtung 56 einen Pufferspeicher anzuordnen. In diesem Fall kann man dem Magnetbandspeicher 58 die Bezugsinformationen über den Halbleiterspeicher 62 oder 70 zuführen, so daß der Halbleiterspeicher die Aufgabe des Pufferspeichers übernimmt.

Fig. 10 zeigt das Blockschaltbild eines Lichtbogen-Schweißautomaten in Verbindung mit der Vorrichtung nach Fig. 7. Ein Manipulatorarm 90 mit einem Schweißbrenner wird durch Einrichtungen 92 gesteuert, denen Befehle durch Steuereinrichtungen 94 zugeführt werden. Ein Kopfteil 96 mit der Fernsehkamera 50 zum Erfassen eines Werkstücks ist mit dem Manipulatorarm 90 mechanisch verbunden. Der Kopfteil 96 ist mit einem Hauptteil 98 verbunden, zu dem die übrigen Teile der Vorrichtung nach Fig. 7 unter Ausschluß der Fernsehkamera 50

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gehören. Der Hauptteil 98 liefert ein Signal, welches Größe und Richtung der Abweichung des Werkstücks repräsentiert und den Steuereinrichtungen zugeführt wird, um diese zu veranlassen, die Spitze des Schweißbrenners gegenüber dem zu schweißenden Werkstück in der richtigen Weise zu bewegen. Da alle Teile dieser Vorrichtung mit Ausnahme der Einrichtung zum Feststellen der Korrelation bekannt sind, ist die Wirkungsweise der Kombination des Schweißautomaten mit der Vorrichtung nach Fig. 7 ohne nähere Erläuterung ersichtlich.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ermöglicht es die erfindungsgemäße direkte Bestimmung der Korrelation, automatisch jede Abweichung eines Werkstücks bezüglich seiner Lage, Stellung und/oder Form mit hoher Geschwindigkeit nachzuweisen.

Wenn Werkstücke zweier verschiedener Arten kontinuierlich längs eines Fließbandes bewegt werden, ist es möglich, zwischen den beiden Arten von Werkstücken zu unterscheiden, wenn man zwei Sätze von Bezugsinformationen erzeugt, welche die beiden Arten von Werkstücken repräsentieren, wobei die WerkstUckinformationen jeweils mit jedem der beiden Sätze von Bezugsinformationen verglichen werden. Wenn ein Satz von Werkstücken ein und derselben Art in der Aufwärtsrichtung oder in der Abwärtsrichtung bewegt wird, ist es ferner möglich, festzustellen, welche Lage jedes zu prüfende Werkstück einnimmt; zu diesem Zweck werden zwei Sätze von Bezugsinformationen erzeugt, welche die Werkstücke in der Aufwärts- bzw. Abwärtsrichtung repräsentieren; diese WerkstUckinformationen werden dann mit jedem der beiden Sätze von Bezugsinformationen verglichen.

Weiterhin kann man auf der Basis manueller Berechnungen gewonnene Bezugsinformationen anstelle der dem Bildfühler entnommenen Bezugsinformationen verwenden. Als Informationen über Gegenstände, mittels welcher der Korrelationsgrad zwischen den Gegenständen ermittelt werden soll, kann man nicht nur

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die mit Hilfe des "Lichtscherverfahrens" gewonnenen Informationen, sondern auch die von der Fernsehkamera gelieferten binären Bildinformationen verwenden, wenn ein Werkstück vollständig beleuchtet wird (blanket illumination). Schließlich kann es sich bei den Informationen um ein Moire- bzw. Interferenzmuster oder um ein akustisches Spektrum handeln, d.h. es bestehen keine Beschränkungen bezüglich der Art der Informationen.

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-so -

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Claims

ANSPRÜCHE

Verfahren zum Ermitteln einer etwaigen Lageabweichung Gegenstandes von einer Bezugslage mit Hilfe eines Bildfühlers, dadurch gekennzeichnet , daß Bezugsbildinformationen erzeugt werden, daß Bildinformationen bezüglich des Gegenstandes mit Hilfe des Bildfühlers erzeugt werden, daß einer der beiden Sätze von Informationen einer Paralleltransformation und/oder einer Rotation unterzogen wird, um den Korrelationsgrad zwischen den beiden Sätzen von Informationen zu ermitteln, daß der Korrelationsgrad für jede inkrementale Paralleltransformation und/oder Rotation ermittelt wird und daß der maximale Korrelationsgrad aus den so gewonnenen Korrelationsgraden ausgewählt wird, um die Lageabweichung des Gegenstandes aus den Bezugsinformationen auf der Basis von Größe und Richtung der Paralleltransformation und/oder der Rotation zu gewinnen, bei denen sich der maximale Korrelationsgrad ergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsinformationen und die Informationen über den Gegenstand jeweils mehrere Informationsbits enthalten und in entsprechende binäre Informationen umgewandelt werden und daß einer der beiden so behandelten Sätze von binären Informationen der Paralleltransformation und/oder Rotation unterzogen und Bit für Bit mit dem anderen Satz von binären Informationen verglichen wird, der in seinem ursprünglichen Zustand verbleibt, so daß als Korrelationsgrad die lagemäßig entsprechenden Bits gezählt werden, die sich in den beiden Sätzen von binären Informationen im gleichen vorbestimmten Zustand befinden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dall der vorbestimmte Zustand nur der Zustand ist, der praktisch

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dem Wert 1 der binären Zahl entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Zustand nur der Zustand ist, der praktisch dem Wert 0 der binären Zahl entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Zustand ist, welcher praktisch dem Wert 1 oder 0 der binären Zahl entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der BildfUhler eine Fernsehkamera ist, daß die beiden Sätze von binären Informationen Jeweils mehrere Schwarz-Weiß-Bildelemente enthalten und daß die binären Bezugsinformationen einer Paralleltransformation und/oder Rotation unterzogen und mit den binären Bildinformationen über den Gegenstand verglichen werden, um als Korrelationsgrad festzustellen, wieviele Bildelemente in den gleichen Koordinatenpositionen im gleichen vorbestimmten optischen Zustand sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte optische Zustand nur der weiße Zustand ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte optische Zustand nur der schwarze Zustand ist.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte optische Zustand entweder der weiße oder der schwarze Zustand ist.
10. Verfahren nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einzelbild der Bezugsinformationen um einen vorbestimmten maximalen Betrag der Paralleltransformation in jeder Richtung der Koordinatenebene verkleinert wird, in welcher die Bezugsinformationen existieren.

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11. Vorrichtung zum Ermitteln einer etwaigen Lageabweichung eines Gegenstandes von einer Bezugslage, gekennzeichnet durch einen ersten Speicher (64) zum Speichern binärer Bezugsbildinformationen, eine erste Einrichtung (66) zum Ausgeben der binären Bezugsinformationen aus dem ersten Speicher, einen Bildfühler (50) zum Erfassen eines Gegenstandes und zum Erzeugen von Bildinformationen über den Gegenstand, eine Einrichtung (52) zum Umwandeln der Bildinformationen über den Gegenstand in entsprechende binäre Informationen, die einem zweiten Speicher (72) zugeführt werden, eine zweite Einrichtung (74) zum Ausgeben der binären Informationen über den Gegenstand aus dem zweiten Speicher, Einrichtungen (78), die auf die binären Bezugsbildinformationen aus der ersten Ausgabeeinrichtung und die binären Bildinformationen über den Gegenstand aus der zweiten Ausgabeeinrichtung ansprechen, um den Korrelationsgrad zwischen den beiden Sätzen von Informationen zu berechnen, sowie eine Einrichtung (80), die auf den so gewonnenen Korrelationsgrad anspricht, um die Lageabweichung des Gegenstandes gegenüber der Bezugslage zu ermitteln.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ausgabeeinrichtung (66) geeignet ist, die gleichen in dem ersten Speicher (64) gespeicherten Bezugsinformationen von den verschiedenen Ausgangspunkten in dem ersten Speicher (64) jeweils mehrmals auszugeben.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen dritten Speicher (58) zum Speichern einer sehr großen Menge von Bezugsinformationen sowie eine dritte Einrichtung (60) zum Ausgeben eines Einzelbildes von Bezugsinformationen aus dem dritten Speicher und zum Zuführen dieser Informationen zu dem ersten Speicher.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schieberegister (68) mit einem Eingang

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zum Aufnehmen der binären Bezugsinformationen über die erste Ausgabeeinrichtung (66) vorhanden 1st, daß zu dem Schieberegister mehrere Stufen gehören und daß zu den Recheneinrichtungen (78) Recheneinheiten gehören, deren Anzahl der Anzahl der Stufen des Schieberegisters entspricht, wobei jede Recheneinheit einen ersten Eingang aufweist, der mit dem Ausgang der entsprechenden Stufe des Schieberegisters verbunden ist, sowie einen zweiten Eingang, der geeignet ist, die binären Informationen über den Gegenstand aus der zweiten Ausgabeeinrichtung (74) aufzunehmen, so daß die Korrelationsgrade gleichzeitig für verschiedene inkrementale Parallelverschiebungen der Bezugsinformationen berechnet werden.

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