DE4243724A1 - Translational and rotary workpiece positioning method - Google Patents

Translational and rotary workpiece positioning method

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Abstract

The method of translational and/or rotary positioning of workpieces uses a camera, an image analysis unit and a positioning device.Either a reference workpiece or the actual workpiece to be positioned is brought into many different mechanical positions/rotating positions by the positioning device, and is admitted there. A comparison of the images obtained with a special image of the workpiece is performed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung von Werkstücken in eine Sollposition (translatorisch und/oder rotatorisch), mit Hilfe einer Kamera und eines Bildauswerte­ systems und einer Positioniereinrichtung.The invention relates to a method for positioning Workpieces in a target position (translational and / or rotational), with the help of a camera and an image evaluation systems and a positioning device.

Die Begriffe "Position" und "Positionierung" umfassen im fol­ genden stets sowohl Translation als auch Rotation.The terms "position" and "positioning" in the fol both translation and rotation always apply.

Die Positionierung von Werkstücken geschieht i.a. durch eine Bestimmung der Position mittels Bildauswertesystem, und eine anschließende mechanische Verschiebung/Verdrehung entsprechend der so gewonnenen Positionsinformation.Workpieces are generally positioned. by a Determination of the position using an image evaluation system, and a subsequent mechanical displacement / twisting accordingly the position information thus obtained.

Zur Erkennung und Lokalisierung von Werkstücken existieren sehr viele Vorschläge und auch bereits viele praktische Anwendungen.For the detection and localization of workpieces exist a lot of suggestions and also many practical ones Applications.

Die bekannten Verfahren basieren darauf, ein einzelnes Bild in einer zufällig oder speziell gewählten mechanischen Posi­ tionierung aufzunehmen (oder wenige Bilder bei unterschied­ licher Beleuchtung und gleicher Werkstückposition), und aus einer wie auch immer gearteten Analyse dieses Bildes die Lage des Werkstücks herzuleiten.The known methods are based on a single picture in a random or specially chosen mechanical position tioning (or a few images if there is a difference lighting and the same workpiece position), and off an analysis of this picture of any kind, the situation of the workpiece.

Die Positions- und Drehlagebestimmung geschieht elektronisch oder softwaremäßig rechnerisch durch Bilddrehung/Bildverschie­ bung oder durch eine entsprechende Koordinatentransformation auf extrahierte Bildmerkmale (Löcher, Ecken, Kanten . . . ), um die Merkmalspositionen mit zuvor generierten Referenzposi­ tionen in Übereinstimmung zu bringen.The position and rotation position is determined electronically or software-wise through image rotation / image shift exercise or through a corresponding coordinate transformation on extracted image features (holes, corners, edges ...) in order to the characteristic positions with previously generated reference positions bring matches in line.

Große Sorgfalt muß bei praktisch eingesetzten Systemen ent­ weder für eine geeignete Beleuchtung aufgewendet werden, oder es ist ein immenser Aufwand methodenseitig erforderlich, um bei "Normalbeleuchtung" zu ausreichend robusten Verfahren zu gelangen. Insbesondere die aus dem Bild extrahierten Merkmale sind erfahrungsgemäß starken beleuchtungs- und positionsabhängigen Störungen unterworfen (fehlende Merkmale, unterbrochene Merkmale, verfälschte Merkmalswerte), so daß unter Praxisbedingungen hohe Ansprüche an die Intelligenz des nachgeschalteten Interpretationsverfahrens gestellt werden müssen. Great care must be taken with practically used systems neither be used for suitable lighting, or It takes an immense amount of effort in terms of method to with "normal lighting" to sufficiently robust procedures to get. Especially those extracted from the picture Experience has shown that features are strong lighting and subject to position-dependent disturbances (missing features, interrupted characteristics, falsified characteristic values), so that high demands on intelligence under practical conditions of the subsequent interpretation process Need to become.  

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sehr einfaches Verfahren anzugeben, mit dem eine praxistaugliche, robuste Werkstückpositionierung mit wenig aufwendiger Beleuchtung möglich ist. Das Verfahren sollte für eine große Klasse von Werkstücken unverändert einsetzbar sein und geringe Ansprüche an die Handhabung durch das Bedienpersonal stellen.The invention has for its object a very simple Specify procedures with which a practical, robust Workpiece positioning with less complex lighting is possible. The procedure should work for a large class of Workpieces can be used unchanged and low demands of handling by the operating personnel.

Erfindungsgemäß wird im Gegensatz zum üblichen Verfahren nicht nur ein Bild aufgenommen, sondern es werden unter Ver­ drehung und/oder Verschiebung des Werkstücks sehr viele (typisch: 10 . . 100) Bilder aufgenommen. Die Verschiebung/Ver­ drehung des Bildes geschieht also nicht rechnerisch/elektro­ nisch, sondern mechanisch. Dies hat den Vorteile daß die beleuchtungs- und positionsabhängigen Effekte mit einge­ lernt oder kompensiert werden können (s. u.).According to the invention, in contrast to the usual method not just take a picture, but under Ver rotation and / or displacement of the workpiece very many (typical: 10 ... 100) pictures taken. The shift / ver Rotation of the picture is therefore not arithmetical / electrical nically, but mechanically. This has the advantages that the lighting and position-dependent effects with learns or can be compensated (see below).

In der ersten Ausgestaltung werden diese Bilder alle abgespei­ chert, zusammen mit der dazugehörigen Lageinformation. Das aktuell zu analysierende Bild wird mit all diesen Bildern verglichen. Die aktuelle Werkstücklage ergibt sich aus der Lageinformation zu dem Bild, das die geringsten Abweichungen vom aktuellen Bild aufweist.In the first embodiment, these images are all saved together with the associated location information. The current image to be analyzed is with all these images compared. The current workpiece position results from the Location information on the image that has the slightest deviation from the current picture.

In der zweiten Ausgestaltung wird das Werkstück in der Aus­ führungsphase mechanisch verdreht und/oder verschoben, und gleichzeitig werden ständig Bilder aufgenommen und mit einem zuvor generierten Referenzbild verglichen. Zum Zeitpunkt der optimalen Übereinstimmung des aktuellen Bildes mit dem Referenzbild stimmt die momentane Werkstücklage mit der Referenzlage überein. Nach Abschluß dieses Vorgangs nimmt die Positioniereinrichtung die Stellung ein, in der die beste Übereinstimmung beim Bildvergleich vorlag.In the second embodiment, the workpiece is in the out management phase mechanically twisted and / or shifted, and at the same time, pictures are constantly taken and with one previously generated reference image compared. At the time the optimal match of the current image with the The reference image matches the current workpiece position with the Reference position. After this process takes place the positioning device the position in which the best There was a match in the image comparison.

In spezieller Ausgestaltung wird die erste Ausgestaltung mit der zweiten Ausgestaltung kombiniert, wie in Anspruch 4 beschrieben. Ein Beispiel soll dies verdeutlichen:In a special embodiment, the first embodiment combined with the second embodiment, as in claim 4 described. An example should clarify this:

Die genaue Drehlagen-Positionierung von runden Teilen, wie z. B. Autorädern, kann in folgenden Schritten geschehen:The exact rotational position positioning of round parts, such as e.g. B. car wheels, can be done in the following steps:

Schritt 1 Grob-Positionierung durch Vergleich des aktuellen Bildes mit einer Sammlung von zuvor aufgenommen Referenz­ bildern, die in verschiedener Drehlage aufgenommen wurden, z. B. in 5-Grad Schritten. Aus der Lageinformation zu dem Bild mit der geringsten Abweichung ergibt sich die grobe Drehlage.Step 1 rough positioning by comparing the current one Image with a collection of previously taken reference pictures that were taken in different rotations, e.g. B. in 5-degree steps. From the location information for the picture with the slightest deviation, the rough turning position results.

Schritt 2 Mechanisches Zurechtdrehen des Rades. Es ist nun auf ca. 5 Grad genau positioniert.Step 2 mechanically turning the wheel. It is now positioned exactly to about 5 degrees.

Schritt 3 Mechanisches Verdrehen des Rades in kleinen Schritten, innerhalb eines Intervalls von ca. 5 Grad, bei gleichzeitiger permanenter Bildaufnahme. Die permanent aufgenommenen Bilder werden mit einem speziellen Referenzbild verglichen. Die Stellung minimaler Abweichung entspricht der Referenzposition. Step 3 Mechanical turning of the wheel in small steps, within an interval of approximately 5 degrees, with simultaneous permanent image acquisition. The permanently taken pictures are compared with a special reference image. The position minimal deviation corresponds to the reference position.  

Grundsätzliche Vorteile des Verfahrens sind:Basic advantages of the procedure are:

  • - Das System arbeitet zuverlässig auch bei inhomogener Beleuch­ tung; die Inhomogenitäten werden aufgrund der mechanischen Verdrehung - im Gegensatz zu der üblichen rein rechnerischen Verdrehung - mit eingelernt.- The system works reliably even with inhomogeneous lighting tung; the inhomogeneities are due to the mechanical Twist - in contrast to the usual purely arithmetical Twist - also taught.
  • - selbst bei rotationssymmetrischen Teilen ergeben sich bei nicht exakt symmetrischer Beleuchtung normalerweise stellungsabhängige Schattierungs- und Reflexionseffekte; diese werden aufgrund der mechanischen Verdrehung mit eingelernt bzw. in der zweiten Ausgestaltung kompensiert.- Even with rotationally symmetrical parts result in not exactly symmetrical lighting normally positional shading and reflection effects; these are due to the mechanical twist taught in or compensated in the second embodiment.
  • - allgemeine, positionsabhängige Glanzlicht-Effekte werden mit eingelernt und stören daher das System nicht; eine völlig unsymmetrische Beleuchtung ist möglich.- General, position-dependent highlight effects learned and therefore do not disturb the system; a completely asymmetrical lighting is possible.
  • - Mit ein und demselben, sehr einfachen Bildauswerteverfahren kann eine große Klasse von Werkstücken positioniert werden.- With one and the same, very simple image evaluation method a large class of workpieces can be positioned.

Als spezieller Vorteil der in Anspruch 4 und in obigem Beispiel geschilderten Ausgestaltung wird eine hohe Prozeßgeschwindigkeit (Auswertung relativ weniger Differenzbilder, wobei die Vergleichs­ bilder vorab erstellt wurden und die schrittweise mechanische Drehung bereits vorher beim Einlernen stattfand) mit einer hohen Positioniergenauigkeit (mechanische Drehung über nur einen klei­ nen Bereich, in sehr kleinen Schritten) kombiniert.As a special advantage in claim 4 and in the example above The embodiment described is a high process speed (Evaluation of relatively fewer difference images, the comparison images were created in advance and the gradual mechanical Rotation previously took place during teach-in) with a high one Positioning accuracy (mechanical rotation over a small area, combined in very small steps).

Claims (4)

1. Verfahren zur translatorischen und/oder rotatorischen Posi­ tionierung von Werkstücken mit Hilfe einer Kamera, einer Bild­ auswerteeinheit, und einer Positioniereinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß
mit der Positioniereinrichtung entweder ein Referenzwerkstück oder das aktuell zu positionierende Werkstück in sehr viele unter­ schiedliche mechanische Positionen/Drehlagen gebracht wird und dort aufgenommen wird,
und daß und ein Vergleich der so gewonnenen Bilder mit einem speziellen Bild des Werkstücks durchgeführt wird.1. Method for translatory and / or rotary positioning of workpieces with the aid of a camera, an image evaluation unit, and a positioning device,
characterized in that
with the positioning device either a reference workpiece or the workpiece currently to be positioned is brought into a large number of different mechanical positions / rotational positions and is recorded there,
and that and a comparison of the images thus obtained is carried out with a special image of the workpiece. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lernphase sehr viele Referenzbilder aufgenommen und abgespeichert werden, zusammen mit der dazugehörigen Lageinformation, daß das aktuell zu analysierende Bild mit all diesen Bildern verglichen wird, und daß die aktuelle Werkstücklage aus der Lageinformation zu dem Bild entnommen wird, das die geringsten Abweichungen vom aktuellen Bild aufweist.2. The method according to claim 1, characterized in that in the Learning phase, a large number of reference images recorded and saved are, together with the associated location information that the Image currently being analyzed compared with all of these images and that the current workpiece position from the position information is taken from the image that has the slightest deviation from the current picture. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Ausführungsphase das Werkstück mechanisch verdreht und/oder verschoben wird, wobei gleichzeitig ständig Bilder aufgenommen und mit einem in der Lernphase aufgenommenen Referenzbild verglichen werden,
und daß nach Abschluß dieses Vorgangs die Positioniereinrich­ tung die Stellung einnimmt, in der die beste Übereinstimmung beim Bildvergleich vorlag.3. The method according to claim 1, characterized in
that the workpiece is mechanically rotated and / or shifted in the execution phase, images being taken continuously at the same time and compared with a reference image recorded in the learning phase,
and that after completion of this process, the Positioniereinrich takes the position in which there was the best match in the image comparison. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein zweistufiges Vorgehen, wobei in der ersten Stufe entsprechend Anspruch 2 eine Gorbpositionierung, und in der zweiten Stufe entsprechend Anspruch 3 eine Feinpositionierung durchgeführt wird.4. The method according to claim 1 to 3, characterized by a two-stage procedure, with the first stage accordingly Claim 2 a gorb positioning, and in the second stage according to claim 3 carried out a fine positioning becomes.
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