DE3447728A1

DE3447728A1 - Method for determining the position of rotation of, and for positioning of, workpieces with relatively non-distinctive features

Info

Publication number: DE3447728A1
Application number: DE19843447728
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Dipl.-Ing. 8000 München Froese-Peeck; Gerhard Dipl.-Ing. 8042 Oberschleißheim Lehner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1986-06-26
Also published as: SE8505912L; JPS61159355A; SE8505912D0

Abstract

A freely programmable device for determining the actual position of rotation and establishing the intended position of rotation of workpieces in combination with a programmable handling device or industrial robot with controlled axes. By means of a gripper, the workpiece is picked up at a controlled axis of rotation and held in the region of a fixedly mounted sensor. During the rotation of the workpiece, the desired features pass through the sensor region. By means of a subsequent analysis circuit, the signals from the robot system, indicating the angle of rotation, are processed together with the signals from the sensor. <IMAGE>

Description

Verfahren zur Drehlageerkennung und Positionierung vonProcess for the rotational position detection and positioning of

Werkstücken mit gering ausgeprägten Merkmalen.Workpieces with less pronounced features.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehlageerkennung und Positionierung von Werkstücken mit gering ausgeprägten Merkmalen.The invention relates to a method for rotational position detection and positioning of workpieces with less pronounced features.

Nach dem Stand der Technik werden die Werkstücke von einer Fördereinrichtung auf eine Drehvorrichtung mit speziell angepaßter Aufnahme abgelegt. Der Aufnahme steht ein in mehreren Achsen auf die Merkmalsradien am Werkstück einstellbarer Sensor, zum Beispiel eine Lichtschranke, gegenüber. Beim Drehen des Werkstücks werden die Signale des Sensors mit einer speziellen Auswertelogik und einer Drshantriebssteuerung verarbeitet und das gesuchte Merkmal am Werkstück drehwinkelabhängig festgestellt und in eine Drehwinkellage eingestellt, die für die weitere Verarbeitung des Werkstückes notwendig ist. Das Handhabungsgerät kann das Werkstück nun lagerichtig zur weiteren Verarbeitung aufnehmen.According to the prior art, the workpieces are transported by a conveyor placed on a rotating device with a specially adapted receptacle. The recording there is a sensor that can be adjusted in several axes to the feature radii on the workpiece, for example a light barrier, opposite. When turning the workpiece, the Signals from the sensor with a special evaluation logic and a drift drive control processed and the searched feature on the workpiece determined depending on the angle of rotation and set in a rotation angle position that is used for further processing of the workpiece necessary is. The handling device can now move the workpiece in the correct position to the next Record processing.

Bei ausgeprägten Merkmalen am Werkstück wird überlicherweise mit bekannten Zuführanlagen mit einfachen Schikanen sortiert. Mit diesen Merkmalen, wie zum Beispiel gerade Kanten, ist eine drehlagerichtige Anordnung des Werkstückes möglich.If there are pronounced features on the workpiece, it is usually known with Sorted feeding systems with simple baffles. With these characteristics, such as straight edges, the workpiece can be arranged in the correct rotational position.

Der Einsatz von programmierbaren Handhabungsgeräten oder Industrierobotern im Bereich der Montage erfordert flexible, das heißt mit geringem Aufwand umstellbare, periphere Einrichtungen, insbesondere auch Einrichtungen zur geordneten und lagerichtigen Zuführung von Teilen aus dem Schüttgut. Bei gering ausgeprägten Ordnungsmerkmalen ergeben sich mit konventionellen Ordnungseinrichtungen (sogenannte mechanische Schikanen) häufig Störungen und geringe Verfügbarkeit. Eine schnelle Umrüstbarkeit ist in der Regel nicht gegeben.The use of programmable handling devices or industrial robots in the area of assembly requires flexible, i.e. convertible with little effort, peripheral Facilities, especially facilities for orderly and correctly positioned feeding of parts from the bulk material. In the case of less pronounced Organizational features arise with conventional organizational devices (so-called mechanical harassment) often malfunctions and low availability. A fast As a rule, it cannot be converted.

Die Herstellung der richtigen Drehlage erfolgt üblicherweise durch werkstückspezifische, mechanische Ordnungseinrichtungen am Zuführgerät. Derartige Zuführeinrichtungen sind erfahrungsgemäß sehr störanfällig und aufwendig.The correct rotational position is usually produced by workpiece-specific, mechanical organization devices on the feeder. Such Experience has shown that feed devices are very prone to failure and costly.

Werkstücke mit gering ausgeprägten Lagemerkmalen, sowie Kleinserienteile, müssen zum Beispiel direkt manuell bzw.Workpieces with low bearing characteristics, as well as small series parts, have to be done manually or

aus manuell bestückten Paletten zugeführt werden.can be supplied from manually loaded pallets.

Die Verwendung aufwendiger, optischer Sensorsysteme mit Fernsehkameras scheitert häufig an den systembedingten Unzulänglichkeiten: geringe Arbeitsgeschwindigkeit, starke Störungen durch Fremdlicht, hoher Preis. The use of complex, optical sensor systems with television cameras often fails due to the system-related inadequacies: low working speed, strong interference from extraneous light, high price.

Bei einem breiten Spektrum von Werkstücken kann die lagerichtige Zuführung zuverlässig erfolgen, wenn es gelingt,-die Herstellung speziell der richtigen Drehlage aus dem Bereich der Zuführung in den Bereich der Handhabung zu verlegen.In the case of a wide range of workpieces, it is possible to feed in the correct position be done reliably if it is possible to produce the correct rotational position in particular to be relocated from the feed area to the handling area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für eine frei programmierbare Einrichtung zur Erkennung der Ist-Drehlage und Herstellung der Soll-Drehlage von Werkstücken entsprechend dem eingangs definierten Verfahren zu konzipieren.The invention is based on the object of a method for a free programmable device for recognizing the actual rotational position and producing the target rotational position of workpieces according to the procedure defined at the beginning.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mit Hilfe eines programmierbaren Handhabungsgerätes bzw. Industrieroboters mit geregelten Achsen mit einem Greifer, der an einer geregelten Drehachse montiert ist, das Werkstück aufgenommen wird. Dieses wird in den Bereich eines fest montierten Sensore, zum Beispiel Lichtschranke, in der Weise gehalten, daß beim Drehen des Werkstückes die gesuchten Merkmale durch den Sensorbereich gelangen. Eine nachfolgende Auswerteschaltung verarbeitet die vorhandenen Drehwinkelsignale des Robotersystems mit den Signalen des Sensors so, daß das gesuchte Muster in bezug auf den momentanen Drehwinkel des Werkstücks gefunden wird. Hiermit wird auch festgestellt , ob das gesuchte Werkstück im Greifer aufgenommen ist. Anschließend wird das Werkstück in eine Sollwertwinkellage unter Verwendung der vorhandenen Handhabungsgerät- bzw. Industrierobotersteuerung positioniert.The object is achieved in that with the help of a programmable Handling device or industrial robot with controlled axes with a gripper, which is mounted on a controlled axis of rotation, the workpiece is picked up. This is placed in the area of a permanently installed sensor, for example a light barrier, kept in such a way that when turning the workpiece, the features sought through enter the sensor area. A subsequent evaluation circuit processes the existing rotation angle signals of the robot system with the signals of the sensor so, that the searched pattern is found in relation to the current angle of rotation of the workpiece will. This also determines whether the workpiece being searched for has been picked up in the gripper is. The workpiece is then used in a setpoint angular position the existing handling device or industrial robot control.

Unter Auswerteschaltung ist zum Beispiel eine Logik zur Mustererkennung zu verstehen, in die die Signale des Sensors und die Drehwinkelsignale eingespeist werden. Das Ergebnis der Mustererkennung gelangt zu einer Logik der Drehlagesteuerung, die abhängig von den Drehwinkelsignalen ein Stopsignal an die Drehachse des Robotersystems gibt, wenn die vorgegebene Soll-Drehlage erreicht ist. Das gesuchte Muster einschließlich einer Unschärfebreite kann in verschiedener Form in die Mustererkennungslogik entweder mit Handschalter oder programmiert von einem externen Rechner eingegeben werden. Desgleichen kann die Solldrehlage über von Hand betätigte Schalter oder programmiert von einem externen Rechner eingegeben werden.The evaluation circuit includes, for example, a logic for pattern recognition to understand into which the signals of the sensor and the angle of rotation signals are fed will. The result of the pattern recognition arrives at a logic of the rotational position control, which, depending on the angle of rotation signals, sends a stop signal to the axis of rotation of the robot system when the specified target rotational position has been reached. The pattern you are looking for, including a width of fuzziness can take various forms in the pattern recognition logic either can be entered using a manual switch or programmed from an external computer. Likewise, the target rotational position can be programmed using manually operated switches or can be entered from an external computer.

Der Vorteil der Erfindung besteht vor allem darin, daß die Anordnung für verschiedene Werkstücke mit sehr geringem Umrüst-Aufwand verwendet werden kann, weil durch Programmieren des programmierbaren Handhabungsgerätes bzw. industrieroboters ein einfaches Positionieren jedes Werkstückes in die gewünschte Position möglich wird. Der Aufwand für die Auswertelogik kann sehr gering gehalten werden, da wesentliche Elemente der Robotersteuerung, wie zum Beispiel die Drehlageregelung, verwendet werden können. Außerdem kann an einem Roboter mit einer Sensorschnittstelle, die die Signale der Lichtschranke aufnimmt, die Erkennlogik durch Programmieren der Robotersteuerung durchgeführt werden, wodurch zusätzliche Hardware-Elektronik vermieden wird.The advantage of the invention is primarily that the arrangement can be used for different workpieces with very little changeover effort, because by programming the programmable handling device or industrial robot a simple positioning of each Workpiece in the desired Position becomes possible. The effort for the evaluation logic can be kept very low because essential elements of the robot control, such as the rotary position control, can be used. In addition, on a robot with a sensor interface, which picks up the signals from the light barrier, the detection logic through programming the robot controller can be carried out, creating additional hardware electronics is avoided.

Eine Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß mehrere Muster gesucht werden und je nach erkannter Musterart eine Teilesortierung mit anschließender, individueller Weiterverarbeitung des jeweiligen Werkstückes durchgeführt wird. Dadurch kann eine zeitaufwendige und kostenintensive Sortierung von Hand vermieden werden.A further development of the method according to the invention consists in that several patterns are searched for and, depending on the type of pattern recognized, a sorting of parts with subsequent, individual processing of the respective workpiece is carried out. This can result in a time-consuming and costly sorting be avoided by hand.

Das Verfahren nach der Erfindung arbeitet nach folgendem Funktionsplan: - Rotation des Werkstückes um eine definierte Achse, vorteilhaft durch ein programmierbares Handhabungsgerät bzw. Industrieroboter.The method according to the invention works according to the following function plan: - Rotation of the workpiece around a defined axis, advantageously through a programmable one Handling device or industrial robot.

- Erzeugung eines Signalbildes durch das Überlaufen der Kanten an einen einfachen Sensor (zum Beispiel Lichtschranke). - Generation of a signal image by overflowing the edges a simple sensor (for example a light barrier).

- Eliminierung des Einflusses von Drehgeschwindigkeitsschwankungen durch Korrelation mit den Drehwinkel-Signalen (zum Beispiel mit inkrementalem Encoder, vorhanden in programmierbarem Handhabungsgerät und Industrieroboter). - Elimination of the influence of fluctuations in rotational speed through correlation with the rotation angle signals (for example with an incremental encoder, available in programmable handling devices and industrial robots).

- Vergleich der Muster des gewonnenen, geschwindigkeitsinvarianten Ist-Signalbilds mit einer pro- grammierten Soll-Musterbreite mit programmierbarer Unschärfe. - Comparison of the pattern of the gained, speed invariant Actual signal pattern with a pro- programmed nominal pattern width with programmable blurring.

- Bei Kongruenz der Muster Auslösung der Drehung in Soll-Lage mit programmierbarer Winkeldifferenz zur gewünschten Winkellage. - If the patterns are congruent, the rotation in the target position is triggered with programmable angular difference to the desired angular position.

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert.The invention is explained with reference to the figures.

Figur 1 zeigt eine schematische Anordnung im linken Teil mit anschließender Auswertelogik und Figur 2 die Signalverläufe der beiden Sensoren mit dem Mustererkennungsprinzip.Figure 1 shows a schematic arrangement in the left part with the following Evaluation logic and FIG. 2 the signal curves of the two sensors with the pattern recognition principle.

In der Figur 1 betätigt eine geregelte Drehvorrichtung 1 eines nicht dargestellten Robotersystems eine Werkstückaufnahme 2 mit einem Werkstück 3. Die Drehvorrichtung 1 besteht aus einem Motor 4, von dessen Welle 5 ein Sensor 6, zum Beispiel eine Encoderscheibe 7 mit Lichtschranke 8, angetrieben wird. Das Robotersystem positioniert mit der Werkstückaufnahme 2, zum Beispiel einem Greifer, das Werkstück 3 in den Bereich eines fest montierten Sensors 9, zum Beispiel einer Lichtschranke.In FIG. 1, a regulated rotating device 1 does not actuate one illustrated robot system a workpiece holder 2 with a workpiece 3. The Rotating device 1 consists of a motor 4, of whose shaft 5 a sensor 6, for Example, an encoder disk 7 with light barrier 8 is driven. The robotic system positions the workpiece with the workpiece holder 2, for example a gripper 3 in the area of a permanently mounted sensor 9, for example a light barrier.

Die Signale der Lichtschranke 9 gelangen in einen Verstärker 10 und von dort zu der Mustererkennungslogik 11, die zum Beispiel in Form eines Zählers aufgebaut ist. In diese Logik 11 wird ein Soll-Muster 12, zum Beispiel von Hand mit Schalter oder über eine Schnittstelle von einem externen Rechner, eingegeben. Außerdem werden die Drehwinkelsignale 13 von dem Sensor 6 zugeführt.The signals from the light barrier 9 reach an amplifier 10 and from there to the pattern recognition logic 11, for example in the form of a counter is constructed. A target pattern 12 is entered into this logic 11, for example by hand with a switch or via an interface from an external computer. In addition, the rotation angle signals 13 are fed from the sensor 6.

Das Ergebnis der Mustererkennung 14 gelangt in eine Logik 15 zur Drehlagesteuerung, die zum Beispiel ebenfalls aus Zählern aufgebaut ist. Hier wird die Soll-Drehlage 16 über Schalter per Hand eingegeben oder zum Beispiel über eine Schnittstelle von einem externen Rechner. Die Drehwinkelsignale 13 werden ebenfalls in die Drehlagesteuerung 15 eingespeist. Das Ergebnis der Drehlagesteuerung führt zum Steuerungsrechner 18 des Robotersystems, von dem Steuersignale 19 zur Drehvorrichtung 1 des Robotersystems gelangen. In dieser Drehvorrichtung 1 wird mit einer Lageregelung 20 der Motor 4 so eingestellt, daß das Werkstück 3 in der gesuchten Drehlage stehenbleibt.The result of the pattern recognition 14 reaches a logic 15 for the rotational position control, which is also made up of counters, for example. The target rotational position is here 16 entered manually via switches or, for example, via one Interface from an external computer. The rotation angle signals 13 are also fed into the rotational position control 15. The result of the rotational position control leads to the control computer 18 of the robot system, from the control signals 19 to the rotating device 1 of the robot system. In this rotating device 1 is a position control 20 the motor 4 is set so that the workpiece 3 stops in the desired rotational position.

Im oberen Teil der Figur 2 ist schematisch die beschriebene Anordnung angedeutet. Beim Drehen des Werkstückes 3 entsteht in der Lichtschranke 9 ein zeitabhängiger Signalverlauf 21. Gleichzeitig gibt die Lichtschranke 8 beim Drehen der Encoderscheibe 7 Drehwinkelsignale 13 ab. Die Kurve 22 zeigt die Drehwinkelabhängigkeit ( der Encoderscheibe 7 und des Werkstückes 3 von der Zeit t. Der Kurvenzug 23 gibt den vom Drehwinkel beeinflußten Signalverlauf 21 wieder. Bei Signalwechsel von 0 auf I im Signalverlauf 23 wird das Signalmuster 24 in der Mustererkennungslogik 11 gestartet. Dieses Muster 24 ist über die Sollmustereingabe 12 eingegeben worden. Wenn im Signalverlauf 23 der anschließende Wechsel von I auf 0 innerhalb des Unschärfebereichs 25 des Sollmusters 24 stattfindet, ist die Mustererkennung beendet. Mit dem Wechsel des Sollmusters 24 von I auf 0 gibt die Mustererkennungslogik 11 das Signal 14 an die Drehlagesteuerung 15 aus.In the upper part of Figure 2, the described arrangement is schematically indicated. When the workpiece 3 is rotated, a time-dependent output occurs in the light barrier 9 Signal curve 21. At the same time, the light barrier 8 emits when the encoder disc rotates 7 angle of rotation signals 13. Curve 22 shows the angle of rotation dependency (of the encoder disk 7 and the workpiece 3 from time t. The curve 23 gives the angle of rotation influenced waveform 21 again. When the signal changes from 0 to I in the signal curve 23, the signal pattern 24 is started in the pattern recognition logic 11. This pattern 24 has been entered via the nominal pattern input 12. If in the waveform 23 the subsequent change from I to 0 within the unsharp area 25 of the target pattern 24 takes place, the pattern recognition is ended. With the change of the target pattern 24 from I to 0, the pattern recognition logic 11 outputs the signal 14 to the rotational position control 15 off.

Mit Beginn des Auslösesignals 14 beginnt bei der Drehlage Cfl des Werkstücks 3 ein Zählablauf, wobei die Drehwinkelsignale 13 gezählt werden bis zum Wert der Soll-Drehlage 16 (Figur 2). Hier wird das Stopsignal 17 an die Robotersteuerung 18 ausgegeben. Damit ist die gesuchte Soll-Drehlage W 2 erreicht.With the start of the trigger signal 14 begins in the rotational position Cfl des Workpiece 3 a counting sequence, the rotation angle signals 13 are counted up to Value of the target rotational position 16 (Figure 2). Here the stop signal 17 is sent to the robot controller 18 issued. The desired rotational position W 2 that is sought is thus reached.

Sollen zum Beispiel während einer Montage zwei oder mehrere Werkstücke kurz hintereinander montiert werden, so kann mit dem universell verwendeten Greifer 2 das erste Werkstück aufgenommen und in den Bereich der Lichtschranken 9 gehalten werden. Nach Durchführung der Drehlageerkennung und Einstellen der Soll-Drehlage für dieses Werkstück kann dieses Werkstück montiert werden. Anschließend wird das nächste, eventuell unterschiedliche Werkstück in die Lichtschranke gehalten. Über die Sollwerteingaben 12 und 16 werden die diesem Werkstück zugeordneten neuen Sollwerte zunächst in die Mustererkennung 11 und die Drehlagesteuerung 15 eingegeben. Anschließend findet die Drehlageerkennung und die Einstellung der Sollage statt. Nun kann die Montage mit diesem weiteren drehlagerichtig liegenden Werkstück fortgesetzt werden.Should, for example, two or more workpieces be used during assembly can be installed in quick succession, the universally used gripper 2 that first workpiece picked up and in the area of the light barriers 9 are held. After recognizing the rotational position and setting the target rotational position this workpiece can be assembled for this workpiece. Then the next, possibly different workpiece held in the light barrier. Above the setpoint inputs 12 and 16 become the new setpoints assigned to this workpiece first entered into the pattern recognition 11 and the rotational position control 15. Afterward the rotation position detection and the setting of the target position take place. Now the Assembly can be continued with this further workpiece lying in the correct rotational position.

2 Patentansprüche 2 Figuren2 claims 2 figures

Claims

Claims 1. Method for rotational position detection and positioning of workpieces with less pronounced features, for example from a conveyor be placed on a rotating device with a specially adapted recording, the one Sensor adjustable in several axes to the feature radii on the workpiece, for Example light barrier, facing which signals to a special when turning Evaluation logic and rotary drive control outputs and where the logic is what you are looking for The feature on the workpiece is determined depending on the angle of rotation and in a further angle of rotation position sets, which is necessary for the further processing of the workpiece, and that then the workpiece to a handling device or industrial robot for further use Processing passes on in the correct position that with the help of the programmable handling device or industrial robot controlled axes on a controlled axis of rotation (1) with a gripper (2), which for the subsequent assembly is required, the workpiece (3) is picked up and in the area of a permanently mounted sensor (9), for example a light barrier, in the The shape is kept so that when the workpiece is rotated, the features sought through reach the sensor area and with a subsequent evaluation circuit (10 - 16) the existing angle of rotation signals (13) of the robot system with the signals of the sensor processed so that the pattern sought in relation to the instantaneous angle of rotation of the workpiece is found and it is established that the desired workpiece is in the gripper is recorded and then the workpiece in a setpoint angle position below Positioned using the existing handling device or industrial robot control will.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that multiple patterns were sought and depending on the detected Type of sample a sorting of parts with subsequent further processing of the respective Workpiece is carried out.