DE3332508C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Es ist ein Verfahren zur Automatisierung von technischen Pro­ duktionsabläufen unter Verwendung von einem oder mehreren op­ toelektronischen Bildsensoren, insbesondere von mehreren Bild­ sensoren für einen Produktionsablauf, Einrichtungen zur opto­ elektronischen Bildauswertung und von diesen Einrichtungen gesteuerten Stellgliedern bekannt (DE 30 31 507 A1). Die von den Bildsensoren erfaßten Sensorbilder werden in mehr als zwei Grauwertstufen digital quantisiert. Digitale Grauwert­ merkmale werden in der durch die Produktionsabläufe vorge­ gebenen Taktzeit verarbeitet. Mittels digitaler Bildverarbei­ tung kann die Grauwertstruktur (eines tech­ nischen Objektes oder es können die Grauwertstruktur von mehreren Momentaufnahmen eines technischen Produktionsablau­ fes (Bildfolgen) erlernt, gespeichert und im Laufe eines Pro­ duktionsablaufes wiedererkannt werden. Die Lage des Objektes kann zum Zwecke einer Grob- und/oder Feinstausrichtung vermessen werden. Auch kann die reale Lage der Objekte relativ zur Lage in den Momentauf­ nahmen zum Zwecke einer Grob- und/oder Feinstausrichtung vermessen werden.

Es ist ferner ein Konzept eines Bildverarbeitungssystems für den industriellen Einsatz mit mindestens einem optoelektronischen Sensor bekanntgeworden (Schöne, G.:, Forschungsbericht über Verarbeitung optischer Grauwertmuster/Forschungsbericht DV 83-003, 08-IT 1024, Bundesministerium für Forschung und Technologie). Die Bildverarbeitungseinrichtung dieses Systems weist eine Einrichtung zur Digitalisierung der vom Sender gelieferten Bilder, eine Kommunikationseinrichtung, einen Bildspeicher zur Abspeicherung bzw. zur direkten Weitergabe (on-line) der digitalisierten Bilder, einen Gradienten­ prozessor zur Bildvorverarbeitung und einen Soll-Ist-Vergleicher zur Be­ reitstellung der Stellsignale für die Stellglieder auf. Dem Gradientenpro­ zessor kann zusätzlich ein Grauwertkorrelator nachgeordnet sein. Das ge­ samte Bildverarbeitungssystem ermöglicht neben einer Bildvorverarbeitung mittels Gradientenprozessor auch eine Bildverarbeitung mittels universellem Grauwertkorrelator und ist somit für die komplexesten Erkennungsaufgaben geeignet. Von Nachteil ist, daß das bekannte Bildverarbeitungssystem an einen vorgegebenen Gegenstand gebunden ist. Für eine Umrüstung bzw. Um­ prgrammierung sind erhebliche Detailkenntnisse und ein verhältnismäßig hoher Aufwand erforderlich. Dies gilt auch für eine Einrichtung, die nach dem eingangs genannten Verfahren arbeitet.

Es ist ein Verfahren zur Positionsabtastung eines Objektes bekannt (DE 31 11 027 A1), das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

• a) vorheriges Speichern der Positionsinformation von mindestens einer Art von Standardmuster, das in einem Muster eines vorgegebenen Gesamt­ bereiches vorhanden ist, wobei der Gesamtbereich sämtliche Beobachtungs­ bereiche in allen Positionszuständen eines Objektes enthält,
• b) Aufnehmen eines Musters des Beobachtungsbereiches des Objektes,
• c) Herausziehen der Positionsinformation des Standardmusters aus dem beim Schritt b) aufgenommenen Muster, und
• d) Vergleichen der beim Schritt c) erhaltenen Positionsinformation mit der beim Schritt a) gespeicherten Positionsinformation, um zu entscheiden, in welchem Teil des Gesamtbereiches der Beobachtungs­ bereich liegt und um die Position des Objektes abzutasten.

Die von diesem Verfahren Gebrauch machende Vorrichtung weist einen Bild­ speicher auf, der aus (n-1) Schieberegister besteht. Die Schieberegister sind hintereinander geschaltet und dienen dazu, binäre Bildinformation zeitweilig zu speichern, die der Anzahl von Abtastzeilen (n-1) entspricht. Dem Bildspeicher ist eine Schwellwertschaltung vorgeschaltet, die das von einer Aufnahmeeinrichtung gelieferte Videosignal in ein Binärsignal um­ wandelt. Dieses Binärsignal gibt an, ob das Bild eines Bildelementes "weiß" oder "schwarz" ist, d. h. es werden nur Zahlen zwischen Null und Eins verarbeitet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, mit der beliebig viele ver­ schiedenartige Gegenstände erkannt bzw. deren Lage in einem Bewegungsab­ lauf geregelt bzw. mit der ständig auf neue Meßfunktionen, Meßabläufe und verschiedenste Bauteileformen umgerüstet werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist in einer flexiblen, kundenpro­ grammierbaren Verwendung von diversen Grauwert-Bildverarbeitungsverfahren und -Prozessoren in einem Universalsystem zur Gegenstandserkennung, -vermessung, -inspektion und -montage zu sehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Einrichtung zur Regelung der Lage von in einem Bewegungsablauf befindlichen Gegenständen in Blockschaltbildform und

Fig. 2 drei verschiedene Beispiele für Adressenmuster.

In Fig. 1 werden von einem zeichnerisch nicht dargestellten Sensor Bilder eines ebenfalls nicht gezeichneten Gegenstandes an eine Einrichtung 1 zur Digitalisierung der Bilder des Gegenstandes (z. B. 8 bit) abgegeben. Der Einrichtung 1 ist eine Bildspeicheradressiereinrichtung 2 nachge­ ordnet. An die Bildspeicheradressiereinrichtung 2 schließt sich ein Bild­ speicher 3 an, der z. B. für softwaregestützte Bilduntersuchungen mittels einer nicht dargestellten Mikroprozessorzentraleinheit die Grauwert­ bilder des Gegenstandes abspeichert und eine Darstellung der bildver­ arbeiteten Bilder auf einem Monitor, beispielsweise für Servicezwecke, ermöglicht. Der Bildspeicher kann die digitalisierten Bilder auch direkt an einen Konturenprozessor 4 weitergeben (on-line-Betrieb). Dem Konturen­ prozessor 4, der zu jedem Punkt des digitalisierten Gegenstandsbildes einen Gradientenverlauf ermittelt, ist ein Soll-Ist-Vergleicher 5 zur Be­ reitstellung der Stellsignale für zeichnerisch nicht dargestellte Stellglieder nachgeschaltet.

Der vorgesehene Konturenprozessor 4 wird über eine Addier­ vorrichtung 6, die gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel auch entfallen kann, von einem Adressenspeicher 7 gesteuert. Hierzu werden die vom Adressenspeicher 7 abgegebenen Adressen­ signale mit einem von einer Basiseinheit 8 erzeugten Basis­ adressensignal addiert, wobei das Adressen-Summensignal dem Konturenprozessor 4 übermittelt wird. Dem Adressenspeicher 7, der von einem Bildpunktzähler 9 gesteuert wird, ist eine Musterauswahlvorrichtung 10 zur freien Programmierung beliebi­ ger Konturverläufe des beliebigen Gegenstandes vorgeschaltet.

Für abschließende Objekterkennungsaufgaben kann dem Konturen­ prozessor 4 ein zeichnerisch nicht dargestellter Grauwert­ korrelator nachgeschaltet sein, der mit beliebigen Grauwert­ bildern von charakteristischen Details des beliebigen Gegen­ standes frei programmierbar ist.

Zur Regelung der Lage eines beliebigen Gegenstandes in einem industriellen Produktionsablauf, beispielsweise zwecks Ent­ nahme von geordnet übereinander liegenden Blechteilen aus Be­ hältern oder zwecks sensorgestützter Feinjustage eines Punkt­ schweißroboters im Karosseriebau, wird zunächst im Bildspeicher 3 das Grauwertbild des Gegenstandes abgelegt. Der das digitale Videoeingangssignal vom Bildspeicher 3 empfangende Konturen­ prozessor 4 ist von dem mit dem charakteristischen Konturver­ lauf des beliebigen Gegenstandes frei programmierten Adressen­ speicher 7 derart verbunden, daß der Konturprozessor 4 senk­ recht zu den vorgegebenen Konturverläufen selbständig Gradien­ tenverläufe ermittelt und feststellt, ob und wo sich der Gegen­ stand mit der gesuchten Kontur im Bild befindet. Die Form des Gegenstandes wird daran wiedererkannt, daß an verschiedenen Stellen des Gegenstandes, d. h. an bestimmten Bildadressen unter einer bestimmten Richtung, ein Gradient vorhanden sein muß. Die hierfür erforderlichen Adressen für vorgegebene Ab­ tastmuster werden dem frei programmierbaren Adressenspeicher 7 entnommen.

In Fig. 2 sind drei verschiedene Formen von Abtastmustern dargestellt, und zwar ein Kreis 11, der auch für eine Gegen­ standsbohrung stehen kann, ein Winkel 12, beispielsweise für eine Ecke des Gegenstandes, und ein z. B. für ein Langloch eines Gegenstandes vorgesehenes Oval 13. Jedes Abtastmuster weist an sechzehn verschiedenen Stellen Gradienten-Suchmuster 14 bis 16 auf, die jeweils aus 8 Bildpunkten bestehen. Bei der Suche wird an jeder der sechzehn jeweiligen Positionen mit Hilfe des Suchmusters der gesuchte Gradientenverlauf ermittelt. Die Adressen für das Abtastmuster werden dem Adressenspeicher entnommen, wobei der Speicherbedarf für ein Muster bei 128 Worten liegt. Mit einem Paar 4K × 8 PROMs ist es so möglich, 32 verschiedene Muster bereitzuhalten. Es ist auch eine Drehlagen­ erkennung möglich, wobei für jede Drehlage ein Muster notwendig ist. Die Verarbeitungszeit für ein Muster an einer Position liegt bei geeigneter Wahl der Halbleiterbauteile unter 100 ms. Zwecks freier Programmierung des Konturenprozessors 4 und des Adressenspeichers 7 mit Konturverläufen eines beliebigen Gegen­ standes können ein dem Gegenstand nachführbarer Lichtgriffel und ein Monitor, auf dem der Gegenstand abgebildet ist, vor­ gesehen sein. Durch den Lichtgriffel, der mit einer bestimmten Geschwindigkeit über die Kontur des Gegenstandes geführt wird, werden charakteristische Konturverläufe des Gegenstandes er­ lernt und nicht flüchtig abgespeichert. Auch kann eine freie Programmierbarkeit mittels Menue-Technik oder Cursor-Software erfolgen.

Anstelle der beschriebenen Bei­ spiele, kann die Ermittlung Lage eines beliebigen Gegenstandes in einem industriellen Produktionsablauf auch bei einer aus Paletten­ speicher, Portalroboter und Transferstraße bestehenden Ferti­ gungsinsel zum automatischen Abstapeln von Kurbelgehäusen er­ folgen.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Regelung der Lage eines in einem Bewegungs­ ablauf, vorzugsweise in einem industriellen Produktionsablauf befindlichen Gegenstandes unter Verwendung von mindestens einem optoelektronischen Bildsensor, einer dem Bildsensor nachgeschal­ teten Bildverarbeitungseinrichtung und von der Bildverarbeitungs­ einrichtung gesteuerten Stellgliedern, wobei die Bildverarbei­ tungseinrichtung eine Einrichtung zur Digitalisierung der vom Sensor gelieferten Bilder, eine Bildspeicheradressiereinrich­ tung, einen Bildspeicher zur Abspeicherung der digitalisierten Bilder, einen Grauwerte verarbeitenden Konturenprozessor und einen Soll-Ist-Vergleicher zur Bereitstellung der Stellsignale für die Stellglieder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bildspeicher (3) das aktuelle Grauwertbild eines beliebigen Gegenstandes abgelegt ist, und daß der dem Soll-Ist-Vergleicher (5) vorgeschaltete, das digitale Videoeingangssignal vom Bild­ speicher (3) empfangende Konturenprozessor (4) von einem mit dem charakteristischen Konturverlauf des zu erkennenden Gegen­ standes frei programmierten Adressenspeicher (7) derart gesteuert ist, daß der Konturenprozessor (4) senkrecht zu den vorgegebenen Konturverläufen selbständig Gradientenver­ läufe ermittelt und dadurch feststellt, ob und wo sich der Gegenstand mit der gesuchten Kontur im Bild befindet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Adressenspeicher (7) eine Musterauswahlvorrichtung (10) zur freien Programmierung beliebiger Konturverläufe beliebi­ ger Gegenstände vorgeschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen den Adressenspeicher (7) ansteuernden Bildpunktzähler (9).

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ gekennzeichnet, daß dem Adressenspeicher (7) eine Addiervorrich­ tung (6) nachgeordnet ist, die die vom Adressenspeicher (7) abgegebenen Adressensignale mit einem von einem Basisadressen­ speicher (8) erzeugten Basisadressensignal addiert und ein Adressen-Summensignal dem Konturenprozessor (4) übermittelt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß für abschließende Objekterkennungsaufgaben dem Konturen­ prozessor (4) ein mit beliebigen Grauwertbildern von flächen­ haften Details des beliebigen Gegenstandes frei programmierbarer Grauwertkorrelator nachgeschaltet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß zur freien Programmierung beliebiger Konturverläufe des beliebigen Gegenstandes ein Lichtgriffel, der dem Gegen­ stand nachgeführt wird, und ein Monitor, auf dem der Gegen­ stand abgebildet ist, vorgesehen sind.