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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Werkstück-Entladegerät und ein
Verfahren zum Entladen, zumindest Stück für Stück, von Artikeln, wie Metallblechen
und Platten, die z. B. auf einer Palette, in einem Regal oder dgl.
gestapelt bzw. geladen sind.
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Die
Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 3-92227 offenbart
ein Werkstückentlade-Verfahren
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 2 und ein Entladegerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1, das mit speziellen Mitteln für ein
Werkstück-Schneiden
und -Entladen ausgestattet ist, wobei eine Vielzahl von Metall-Blechen
und -Platten, die Stück
für Stück einem
Pressen und Biegen durch eine automatische Maschine unterzogen werden,
aus einem Zustand, in dem sie vertikal oder horizontal gestapelt
und geladen sind, entladen werden. Beispielsweise können in
einem Automobil-Fertigungsprozess pressgeformte Karosserieteile
gewöhnlich
leicht auf ein horizontales Stapeln (Stapeln von unten nach oben)
oder vertikales Stapeln (Stapeln in horizontaler Richtung) auf einer
Palette oder in einem Regal hin angeliefert werden. Demgemäß besteht
eine starke Forderung danach, dass der Vorgang des Entladens der
geladenen Werkstücke Stück für Stück mit einem
kommerziellen Mehrzweck-Roboter und des Zulieferns derselben zu
dem nächsten
Fertigungsprozess automatisiert wird.
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Da
die blechförmigen
Werkstücke,
die sich auf diese Weise auf einer Palette oder in einem Regal befinden,
typischerweise eine Form mit Erhöhungen und
Vertiefungen haben, variiert die Neigung (Orientierung) einzelner
Werkstücke
in den oberen und unteren Teilen eines Stapels. Außerdem ergibt
sich im Falle des Entladens aus einem Zustand, in dem eine Vielzahl
von Artikeln in einem Regal aufgehängt oder getragen sind, ein
lästiger
Effekt: Weil die Werkstücke nämlich ineinandergreifen
können,
wird wenn ein vorderes Werkstück
entladen wird, auch das nächste Werkstück herausgezogen,
und die Position und Orientierung ändert sich mit jedem entladenen
Werkstück.
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Mit
herkömmlichen
Robotern eines Einlern/Rückspiel-Systems
ist unter den zuvor beschriebenen Bedingungen ein reibungsloser
Entladevorgang schwierig durchzuführen. Aus diesem Grund sind
die folgenden Verfahren eingesetzt worden:
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- (1) Ein Verfahren zum manuellen Entladen der Werkstücke Stück für Stück durch
ein Vorab-Anordnen der Werkstücke
in einer speziellen Positionierungs-Spannvorrichtung und dann Handhaben
derselben mit einem Roboter;
- (2) ein Verfahren zum Entladen durch Anbringen eines Berührungs-Sensors
an dem körperfernen Ende
eines Roboters und Bestimmen der Position und der Orientierung der
Werkstücke
durch Berühren
einer Vielzahl von Bereichen des Werkstücks.
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Mit
dem Verfahren (1) ist offensichtlich merkliche manuelle Arbeit erforderlich,
um die Werkstücke auszurichten.
Das Problem im Zusammenhang mit dem Verfahren (2) besteht darin,
dass vorzunehmende Vermessungen zeitraubend sind. Außerdem ist die
Genauigkeit dürftig
und zum Entladen unzureichend. Solche Probleme treten nicht nur
in dem zuvor beschriebenen Automobil-Fertigungsprozess auf, sondern
auch in Fällen
des Entladens von horizontal oder vertikal gestapelten Metallblechen,
die einem Pressen und Biegen unterzogen sind, flachen oder gekrümmten Glasscheiben,
gedruckten Platten, flachen Kästen,
flach gefalteten Stoffen und Kleidungsstücken, Speisetabletts, Plastikformen,
Holzmaterialien und dgl..
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Noch
eine weiteres Problem besteht darin, dass sofern ein visueller Sensor
nicht in einer geeigneten Position in bezug auf ein Werkstück angeordnet
ist, welches das Objekt der Vermessung ist, der Sensor versagt,
das Werkstück
zu erfassen, oder die notwendige Vermessungsgenauigkeit nicht erreicht werden
kann. Daher muss die Werkstück-Vermessung,
wenn sich die Position und die Orientierung des Werkstücks, das
als nächstes
zu entladen ist, merklich mit jedem Werkstück-Entladevorgang ändert, durch
gleichbleibende Anordnung des visuellen Sensors in der geeigneten
Position durchgeführt
werden.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Werkstück-Entladegerät zu schaffen,
das dafür
konstruiert ist, Werkstücke,
die horizontal oder vertikal gestapelt sind, in ordentlicher Weise
und reibungslos, vorzugsweise ohne manuelles Vorab-Ausrichten derselben
zu entladen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein entsprechendes Verfahren
zu schaffen.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung können
die zuvor erwähnten
Probleme durch Vorsehen der folgenden zusätzlichen Merkmale zu einem
Werkstückentlade-Gerät gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 gelöst
werden: ein Sensor-Vermessungs/Positionsbestimmungsmittel
zum Bestimmen einer Position des visuellen Sensors zum Vermessen
des obersten oder vordersten Werkstücks und Sensor-Bewegungsmittel
zum Bewegen des visuellen Sensors zu der Position, die durch das
Sensor-Vermessungs/Positionsbestimmungsmittel bestimmt ist, wobei
nachdem der visuelle Sensor durch die Sensor-Bewegungsmittel zu
der Position, die durch das Sensor-Vermessungs/Positionsbestimmungsmittel
bestimmt ist, bewegt worden ist, Information bezüglich Position und/oder Orientierung
des obersten oder vordersten Werkstücks durch den visuellen Sensor
gewonnen wird und das Werkstück-Entlademittel
ein Werkstück
auf der Grundlage der gewonnenen Information entlädt.
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Die
Position und/oder Orientierung des obersten (im Falle eines horizontalen
Stapelns) oder vordersten (im Falle eines vertikalen Stapelns) Werkstücks der
geladenen Werk stücke
sind mit einem visuellen Sensor ermittelt worden, das Werkstück-Entlademittel
(z. B. ein Roboter) wird betätigt
und die Werkstücke
werden auf der Grundlage der ermittelten Position und/oder Orientierung
entladen. Das Werkstück-Entladegerät in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung kann hauptsächlich auf einen Fall anwendbar
sein, im dem ein horizontales oder vertikales Stapeln einer Vielzahl
von Werkstücken merkliche Änderungen
der Position oder Orientierung jedes Werkstücks oder von Gruppen von zu
entladenden Werkstücken
verursacht.
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Gemäß einer
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung können die Position und die Orientierung
des visuellen Sensors durch Montieren des visuellen Sensors auf
einem Sensor-Bewegungsmittel, wie einem Roboter, variiert werden.
Ferner können die
Position und die Orientierung, die zum Vermessen des obersten oder
vordersten Werkstücks
geeignet sind, durch Mittel zum Bestimmen der Werkstück-Vermessungsposition
des visuellen Sensors gemäß dem Werkstück-Stapelzustand
und den visuellen Sensor, der sich in diese Position bewegt hat, bestimmt
werden. Die Position und die Orientierung des Werkstücks können dann
mit dem visuellen Sensor vermessen werden, das Werkstück-Entlademittel wird
auf der Grundlage der Vermessungsergebnisse zu der Werkstück-Entladeposition
bewegt, und das Werkstück
wird gegriffen und entladen.
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Insbesondere
bei Werkstücken,
die eine plattenartige Form haben, ändern sich jedesmal, wenn eine
Vielzahl gestapelter Werkstücke
in einer regelmäßigen Ordnung
Stück für Stück oder
in Gruppen entladen werden, die Position und die Orientierung des
Werkstücks.
In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung können
die Werkstücke
jedoch, da der visuelle Sensor in eine Position bewegt werden kann,
die für
die Vermessungen geeignet ist, auf der Grundlage der Vermessungsergebnisse,
die von dem visuellen Sensor gewonnen sind, akkurat entladen werden.
Das Werkstück-Entladen kann
besonders genau durchgeführt
werden, wenn der Werkstück-Lagebereich
größer als
das Vermessungsgesichtsfeld des Sensors ist.
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Das
zuvor beschriebene Werkstück-Entladegerät kann die
folgenden nichteinschränkenden
Ausführungsbeispiele
enthalten.
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Beispiele
für Werkstücke, die
mit dem Werkstück-Entladegerät entladen
werden können,
enthalten Metallbleche, die einem Pressen oder Biegen unterzogen
sind, flache oder gekrümmte
Glasscheiben, gedruckte Platten, flache Kästen, flach gefaltete Stoffe
oder Kleidungsstücke,
Speisetabletts, Plastikformen und Holzmaterialien.
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Die
Bestimmung der Position des visuellen Sensors durch Sensorvermessungs-Positionsbestimmungsmittel
kann wiederholt für
jeden Werkstück-Entladevorgang
periodisch oder nichtperiodisch durchgeführt werden. Da sich die Position
und die Orientierung des Werkstücks,
das als nächstes zu
entladen ist, mit jedem entladenen Werkstück ändern, können die Position und die Orientierung
des visuellen Sensors in geeigneter Weise in notwendigen Perioden
geändert
werden. Als Folge davon kann Information bezüglich der Position und der
Orientierung der Werkstücke
zuverlässig
mit dem visuellen Sensor gewonnen werden, und daher kann das Werkstück-Entladen akkurat
durchgeführt
werden.
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Die
Bestimmung der Position des visuellen Sensors mit Sensorvermessungs-Positionsbestimmungsmitteln
kann auf der Grundlage der Position und/oder Orientierung des Werkstücks, das
mit dem visuellen Sensor während
des vorhergehenen oder sogar früheren
Werkstück-Entladens
vermessen ist, durchgeführt
werden.
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Die
Bestimmung der Position des visuellen Sensors mit den Sensorvermessungs-Positionsbestimmungsmitteln
kann auf der Grundlage der Position und der Orientierung des visuellen Sensors
während
des vorhergehenden oder sogar früheren
Werkstück-Entladens
durchgeführt
werden.
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Die
Bestimmung der Position des visuellen Sensors kann mit den Sensorvermessungs-Positionsbestimmungsmitteln
auf der Grundlage der Position und/oder der Orientierung des Werkstücks, das durch
das Werkstück-Entlademittel
während
des vorhergehenden oder sogar früheren
Werkstück-Entladens
gegriffen ist, durchgeführt
werden.
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Die
Bestimmung der Position des visuellen Sensors mit den Sensorvermessungs-Positionsbestimmungsmitteln
kann auf der Grundlage der Dicke eines Werkstücks, das zu entladen ist, der
Anzahl von Werkstücken
oder der Dicke geladener Werkstücke
durchgeführt
werden.
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Die
Bestimmung der Position des visuellen Sensors mit den Sensorvermessungs-Positionsbestimmungsmitteln
kann auf der Grundlage von Information bezüglich der ungefähren Position
und/oder Orientierung des obersten oder vordersten Werkstücks durchgeführt werden,
wobei diese Information mit einem zweiten visuellen Sensor in der
Position, die vorab gespeichert wurde, gewonnen ist. Als Ergebnis
ist, da zwei visuelle Sensoren zur Werkstückvermessung benutzt werden,
eine jeweilige Zeit für die
Verarbeitung der Information erforderlich, die durch die Sensoren
gewonnen ist. Wenn sich die Position und die Orientierung des Werkstücks, das
als nächstes
zu entladen ist, jedoch merklich mit jedem entladenen Werkstück ändert, ist
dieses Verfahren effektiv, weil die Werkstück-Vermessungsposition der visuellen
Sensoren mit guter Leistungsfähigkeit
bestimmt werden kann.
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Als
der visuelle Sensor kann ein dreidimensionaler visueller Sensor
benutzt werden.
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Der
visuelle Sensor, dessen Position mit den Sensorvermessungs-Positionsbestimmungsmitteln bestimmt
wird, kann auch als der zuvor erwähnte zweite visuelle Sensor
benutzt werden. Als Ergebnis macht es das Vorsehen eines visuellen
Sensors mit zwei Sensor-Funktionen möglich, das ganze Gerät mit geringen
Kosten aufzubauen.
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Als
ein zweiter visueller Sensor kann ein visueller Sensor benutzt werden,
der eine zweidimensionale Bildverarbeitung mit einer Kamera durchführt.
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Als
Sensor-Bewegungsmittel kann ein Roboter benutzt werden. Der visuelle
Sensor kann auf der Hand oder dem Arm des Roboters montiert sein.
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Als
Werkstück-Entlademittel
kann ein Roboter benutzt werden.
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Das
Sensor-Bewegungsmittel kann auch als Werkstück- Entlademittel dienen.
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Eine
Vielzahl von Werkstücken,
die vertikal oder horizontal gestapelt sind, können in einem Unterbringungsteil
untergebracht oder von diesem getragen sein, wie eine Palette, ein
Förderwagen,
ein Regal, ein Aufhänger
zum Aufhängen
der Werkstücke
oder ein Kasten.
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Wenn
die Anzahl von Werkstücken,
die in dem Unterbringungsteil untergebracht oder durch dasselbe
getragen sind, oder wenn die Dicke geladener Werkstücke unterhalb
eines vorgeschriebenen Werts liegt, kann ein Signal an die Außenseite
abgegeben oder eine Meldung angezeigt werden. Als Ergebnis kann
in geeigneten Perioden eine Auffüllung der
Werkstücke
durchgeführt
werden.
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An
dem Unterbringungsteil kann ein bestimmtes Merkmal vorgesehen sein,
wobei dieses Merkmale durch ein Werkstück verdeckt und unerfassbar
ist, wenn ein Werkstück
vorhanden ist. Mit einem visuellen Sensor kann gemäß der Erfassung oder
Nichterfassung dieses bestimmten Merkmals eine Entscheidung dahingehend
getroffen werden, ob ein Werkstück
in dem Unterbringungsteil untergebracht oder von diesem gehalten
ist. Als Ergebnis kann eine Auffüllung
der Werkstücke
in geeigneten Zeitperioden durchgeführt werden.
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Durch
Anbringen von Information an dem Unterbringungsteil in mechanisch
erkennbarer Form, wie ein Strichkode, Figuren, Nummern oder Marken, kann
Information bezüglich
zumindest einer der Größen, der
Dicke eines Werkstück,
der Anzahl von Werkstücken
und der Dicke der geladenen Werkstücke, automatisch durch Lesen
mit einer Leseeinrichtung gewonnen werden. Als Ergebnis kann der
Betrieb kontinuierlich durchgeführt
werden, und zwar selbst dann, wenn die Anzahl von Werkstücken, die in
das Unterbringungsteil geladen sind, nicht konstant ist.
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Wenn
Information betreffend die Dicke geladener Werkstücke benutzt
wird, kann Information betreffend die Dicke gestapelter Werkstücke durch
Erfassen von Information betreffend die Dicke geladener Werkstücke mit
dem visuellen Sensor, dem zweiten visuellen Sensor oder einem anderen
Sensormittel gewonnen werden.
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Es
können
Verarbeitungsmittel vorgesehen sein, die eine Verarbeitung durchführen, wenn
die Werkstücke,
die von einem Regal getragen oder an einem Aufhänger aufgehängt sind, entladen werden. Mit
diesen Verarbeitungsmittel kann Information über das Vorhandensein oder
Nichtvorhandensein einer Vorwärtsbewegung
eines Werkstücks
aus der Position und/oder der Orientierung des Werkstücks mit
einem visuellen Sensor gewonnen werden, und wenn sich das Werkstück vorwärts bewegt,
kann ein Druckmittel das Werkstück
rückwärts drücken.
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Es
ist außerdem
ein entsprechendes Werkstück-Entladeverfahren,
das dem Gerät
gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 entspricht, gemäß dem unabhängigen Verfahrens-
Anspruch 21 vorgesehen.
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Die
vorstehenden und weitere Merkmale werden aus der folgenden mit Bezugnahme
auf die vorliegenden Figuren gegebenen Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele
der Erfindung ersichtlich.
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1 zeigt den gesamten Aufbau
eines Werkstück-Entladegeräts gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt schematisch eine
Konfiguration eines dreidimensionalen visuellen Sensors, der in dem
in 1 gezeigten Werkstück-Entladegerät benutzt
wird.
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3 veranschaulicht die Kalibrierung
des dreidimensionalen visuellen Sensors, der zwei Laser-Strahlen
projiziert.
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4 veranschaulicht einen
Zustand, in dem die Werkstücke,
die durch das Entladegerät
zu entladen sind, horizontal gestapelt sind.
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5 veranschaulicht einen
Zustand, in dem die Werkstücke,
die durch das Entladegerät
zu entladen sind, vertikal gestapelt sind.
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6 zeigt ein Flussdiagramm,
das schematisch eine Verarbeitungsprozedur veranschaulicht, die
in einem Werkstück-Entladegerät gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
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1 veranschaulicht schematisch
das Werkstück-Entladegerät gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Das Werkstück-Entladegerät umfasst
eine Roboter-Steuereinrichtung 1,
eine Bild-Verarbeitungseinrichtung 2, einen dreidimensionalen
visuellen Sensor 10, der einen Laser benutzt, eine Sensor-Steuereinheit 20 des dreidimensionalen
visuellen Sensors und einem Roboter 40. Der dreidimensionale
visuelle Sensor 10 ist durch das Handgelenk des Roboters 40 getragen, Sowohl
die Roboter-Steuereinrichtung 1 als auch die Bild-Verarbeitungseinrichtung 2 haben
einen bekannten Aufbau, der mit einer CPU, einem Datenspeicher,
einem Rahmenspeicher, einem Bild-Verarbeitungsprozessor, einer Schnittstelle
und dgl. ausgestattet ist. Eine ins einzelne gehende Beschreibung
der Konfigurationen und Funktionen derselben ist vorgelassen.
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Das
Bezugszeichen 50 bezeichnet ein Lademittel (genauer gesagt ein Position,
wo sich das Lademittel befindet), wie eine Palette oder ein Regal, auf
die oder in das die Werkstücke,
die Entladeobjekte sind, geladen worden sind. Im folgenden werden die
Werkstücke,
die hier in der Figur nicht gezeigt sind, und die Ladebetriebsart
dafür beschrieben.
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Ferner
ist, wenn dies notwendig ist, ein Hilfs-Sensor 110 in der
Nähe der
Position angeordnet, wo sich das Werkstück-Lademittel 50 befindet. Der
Hilfs-Sensor 110 kann, wie dies im folgenden beschrieben
wird, für
eine grobe Vermessung eines Werkstücks, das als nächstes zu
entladen ist (oder eines Werkstücks,
das zu diesem Zeitpunkt das oberste oder vorderste ist), benutzt
werden. Beispielsweise kann der Hilfs-Sensor ein visueller Sensor
sein, der mit einer Kamera Bilder aufnimmt und eine zweidimensionale
Bildverarbeitung mit der Bildverarbeitungs-Einrichtung 2 durchführt.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
ein Roboter 40 als sowohl das Sensor-Bewegungsmittel als
auch das Werkstück-Entlademittel benutzt.
Eine Hand zum Greifen der Werkstücke (nicht
in der Figur gezeigt) ist auf einer Hand des Roboters 40 montiert.
Es sind Hände
einer Vielfalt von Typen, Formen, Größen und Greif-Betriebsarten
bekannt, und welche davon auszuwählen
sind, wird im Enfwurfsstadium bezüglich des Typs, der Form und der
Größe der Werkstücke, die
zu greifen sind, entschieden.
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Der
dreidimensionale visuelle Sensor 10 vermißt die dreidimensionale
Position und Orientierung von Objekten. Es ist sine Vielfalt solcher
Sensoren bekannt, z. B. Sensoren, die in einem Stereosystem auf
der Grundlage einer Vielzahl von CCD-Kameras eingesetzt werden,
und Sensoren, in denen mit einem punkt- oder schlitzartigen Licht
als Referenzlicht belichtet wird. Als ein Beispiel wird im folgenden
ein Fall beschrieben, in dem ein dreidimensionaler visueller Sensor,
der ein Schlitzlicht als Referenzlicht benutzt, eingesetzt ist.
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2 veranschaulicht schematisch
einen dreidimensionalen visuellen Sensor. Eine Projektionseinheit 13 des
Sensors 10 umfasst Laser-Generatoren 11 u. 12,
und eine Photo-Erfassungseinheit 14 umfasst ein Photo-Empfangselement 14a und
ein optisches System 14b zur Lichtbildung. Wenn ein Betriebsbefehl
für den
Laser-Sensor über
eine Leitung 24 von der Bildverarbeitungs-Einrichtung 2 empfangen
ist, treiben Laser-Treibereinheiten 21, 22 die
Laser-Generatoren 11, 12, und es werden Laser-Strahlen
LB1 u. LB2 erzeugt. Durch das optische System 14b werden
Laser-Strahlen, die in Reflexionspunkten S1, S2 auf der Objektoberfläche diffus
reflektiert werden, benutzt, um ein Bild auf dem Photo-Empfangselement 14a gemäß den Positionen
der Reflexionspunkte S1, S2 zu bilden. Für das Photo-Empfangselement
kann eine CCD oder dgl. benutzt werden.
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In
dem vorliegenden Beispiel wird eine zweidimensionale CCD-Anordnung
als das Photo-Empfangselement 14a benutzt. Der dreidimensionale
visuelle Sensor 10 hat einen Aufbau, bei dem zwei Laser-Strahlen
projiziert werden. Wie in 3 gezeigt definieren
die Laser-Schlitzstrahlen die jeweiligen Ebenen, und es wird eine
Durchschneidungslinie LC derselben gebildet. Die positionsmäßige Beziehung der
Ebenen oder der Durchschneidungslinie LC, die durch solche Strahlen
LB1 u. LB2 erzeugt wird, und des Laser-Sensorkörpers werden vorab durch Kalibrierung
durch eine bekannte Prozedur durchgeführt.
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Während der
Vermessungen wird die Position der Reflexionspunkte S1, S2 der Laser-Strahlen auf
dem Photo-Empfangselement durch die Bildverarbeitungs-Einrichtung 2 erfasst,
und die dreidimensionale Position der Reflexionspunkte wird auf
der Grundlage eines Dreiecksprinzips durch die Bildverarbeitungs-Einrichtung 2 aus
den Platten, die durch die Laser-Schlitzstrahlen LB1, LB2 gebildet
sind, und der Position der Reflexionspunkte auf dem Photo-Empfangselement
berechnet
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Das
Ermitteln der Positionen einer Vielzahl von Reflexionspunkten macht
es möglich,
die dreidimensionale Position und Orientierung des Vermessungsobjekts
zu ermitteln. Außerdem
kann mit der positionsmäßigen Beziehung
des dreidimensionalen visuellen Sensors 10 und des Roboters 40,
die festgelegt worden ist und bereits bekannt ist, die Position und
Orientierung des Objekts als Werte im Raum des Koordinaten-System, das der Roboter 40 hat,
ermittelt werden. Da solche dreidimensionalen visuellen Sensoren
und der Betrieb derselben Gegenstand des öffentlichen Wissens sind, ist
hier eine zusätzliche
Erklärung
fortgelassen.
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4 u. 5 veranschaulichen einen Fall, in dem
die einzelnen Werkstücke
flache Komponenten sind, die Vorwölbungen und Ausnehmungen haben,
und solche Werkstücke
horizontal (4) oder vertikal
(5) gestapelt sind und
dem Werkstück-Lademittel 50,
das in 1 gezeigt ist,
zugeführt
werden.
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In
dem Beispiel, das in 4 gezeigt
ist, werden dem Werkstück-Lademittel 50 Werkstücke 51 in
einem Zustand zu geführt,
in dem sie horizontal in einem kastenartigen Unterbringungsteil 52 gestapelt
sind. Da die Werkstücke
Vorwölbungen
und Ausnehmungen und nicht einfache Ebenen haben, ändert das
Stapeln der Werkstücke
die Position und die Neigung der unteren Werkstücke und der oberen Werkstücke, wie
dies in der Figur gezeigt ist.
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Andererseits
ist in dem Fall, der 5 gezeigt
ist, ein Regal 61, in dem die Werkstücke vertikal aufgehängt und
getragen sind, ein Unterbringungsteil, und die Werkstücke 51 sind
in einem Zustand geladen, in dem eine Vielzahl derselben aufgehängt sind
und von Tragteilen 62 oder einem Regal 61 herunterhängen. In
dem Zustand, der in 5 gezeigt ist,
zeigt sich ein Zwischenraum zwischen zwei Werkstücken, und die Position und
die Orientierung ändern
sich für
jedes einzelne Werkstück.
Außerdem kann
bei einer Vielzahl von Werkstücken,
die sich in enger Berührung
miteinander befinden, wenn das vorderste Werkstück vorwärts entladen wird, das Werkstück, das
sich unmittelbar hinter diesem befindet, gezogen und vorwärts bewegt
werden. Aus diesem Grund können
sich der Zwischenraum zwischen den benachbarten Werkstücken sowie
die Position und die Orientierung des vordersten Werkstücks in jedem
Zyklus ändern.
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Die
Werkstücke,
wie sie als ein Beispiel in 4 und 5 gezeigt sind, haben manchmal
eine große
Oberfläche,
die 1 m × 1
m überschreitet.
Außerdem
werden vom Standpunkt der Leistungsfähigkeit des Materialflusses
aus betrachtet so viele Werkstücke
wie möglich
gemeinsam geladen. Deshalb übersteigt
die Höhe,
bis zu der die Werkstück
gestapelt werden, wie dies in 4 gezeigt
ist, oder die Dicke des ganzen Satzes von Werkstücken, die vertikal herunterhängen, wie
dies in 5 gezeigt ist, manchmal
1 m.
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Andererseits
besteht wegen des speziellen Aufbaus der visuellen Sensoren eine
sog. Ausnutzungsbeziehung zwischen dem Bereich, in dem Vermessungen
durchgeführt
werden können, und
der Vermessungsgenauigkeit, und wenn eine hohe Genauigkeit erwünscht ist,
wird der Vermessungsbereich eingeengt. Es versteht sich von selbst,
dass hochgenaue Vermessungen erwünscht
sind, um die Zuverlässigkeit
zu erhöhen.
Daher ist es im Ergebnis wichtig, den Sensor in der geeigneten Position
und Orientierung innerhalb des Bereichs zu positionieren, in dem
Vermessungen durchgeführt
werden können.
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Es
entstehen Probleme, wie die Unmöglichkeit
von Vermessungen, fehlerhafte Erfassung, Verminderung der Vermessungsgenauigkeit
und dgl., wenn sich der visuelle Sensor außerhalb des geeigneten Vermessungsbereichs
befindet. Beispielsweise liegt die Genauigkeit, die erforderlich
ist, wenn die Vorgänge
des Entladens und Zuführens
zu dem nächsten
Prozess mit einem Roboter durchgeführt werden, gewöhnlich innerhalb
von mehreren Millimetern, und ein Vermessungsbereich des visuellen
Sensors von ungefähr
mehreren Zentimetern bis mehreren zehn Zentimetern ist erforderlich,
um eine solche Genauigkeit zu verwirklichen.
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Demzufolge
ist der Vermessungsbereich viel enger als der Bereich des Vorhandenseins
der zuvor beschriebenen typischen Werkstücke. Daher ist es mit einem
visuellen Sensor, der starr angeordnet ist, unmöglich, die Position und Orientierung
aller der Werkstücke
zu vermessen und die Werkstücke
zu entladen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist eine derartige Schwierigkeit durch Anordnen des visuellen Sensors
in geeigneten Positionen und in geeigneter Orientierung überwunden. Im
folgenden wird der Werkstück-Entladevorgang
beschrieben, der in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
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Die
Erklärung
des Vorgangs beginnt in dem Augenblick, in dem Werkstücke W1,
W2,... WN, die geladen waren, wie dies in 4 gezeigt ist, in der Paletten-Position 50 plaziert
wurden, die in 1 gezeigt
ist.
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Es
sei angenommen, dass eine bestimmte Anzahl (N) von Werkstücken in
das Unterbringungsteil 52 geladen sind und dass die Position,
die Orientierung und die Höhe
des Werkstücks
W1, das das oberste von Werkstücken 51 ist,
vorab bekannt sind, während
die Position, die Orientierung und die Höhe der anderen Werkstücke W2,
W3,... WN unbekannt sind. Von der Anzahl N von Werkstücken wird
ebenfalls angenommen, dass sie bekannt ist.
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Die
Position und die Orientierung des Sensors 10, die für die Vermssung
des obersten Werkstücks
W1 geeignet sind, werden durch Befehle in dem Programm der Roboter-Steuereinrichtung 1 erkannt.
Das Ermitteln der Position und der Orientierung des Sensors 10 gemäß den Befehlen
in dem Programm wird hierbei als eine "erste Sensor-Positions- und Orientierungsbestimmung" bezeichnet.
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Wenn
das Programm ausgeführt
wird, bewegt sich der Roboter 40, und der Sensor 10 bewegt sich
in die Werkstück-W1-Vermessungsposition.
Diese Prozedur wird als eine "erste
Sensor-Positionierung" bezeichnet.
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Dann
wird von der Roboter-Steuereinrichtung 1 ein Vermessungs-Beginnbefehl
an die Bild-Verarbeitungseinrichtung 2 gesendet, und die Position
und die Orientierung des Werkstücks
W1 werden durch den Sensor 10 vermessen. Diese Prozedur
wird als eine "erste
Werkstück-Positions-
und Orientierungsvermessung" bezeichnet.
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Die
Ergebnisse der ersten Werkstück-Positions-
und Orientierungsvermessung werden zu der Roboter-Steuereinrichtung 1 übertragen.
Auf der Grundlage solcher Vermessungsergebnisse bewegt die Roboter-Steuereinrichtung 1 den
Roboter 40 in eine Werkstück-Entladeposition, und das
Werkstück W1
wird entladen. Die Prozedur der Roboter-Bewegung und die nachfolgende
Prozedur des Entladens des Werkstücks W1 wird hierbei als ein "Zugriff auf das erste
Werkstück" bzw. ein "erstes Werkstück-Entladen" bezeichnet.
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Wenn
das oberste Werkstück
W1 entladen ist, erscheint das Werkstück W2, das als zweites von oben
vor der Ausführung
des gegenwärtigen
Programms gestapelt worden ist, nun oben. Die Position und die Orientierung
des Sensors 10 zum Vermessen dieses Werkstücks W2 werden
durch Berechnungen mit der Roboer-Steuereinrichtung 1 ermittelt,
so dass der Sensor 10 die vorgeschriebene Position und
Orientierung in bezug auf die Position und Orientierung des Werkstücks W1 annimmt,
das während
des vorhergehenden Entladens durch den Sensor 10 vermessen
worden ist. Diese Prozedur wird als eine "zweite Sensor-Positions- und Orientierungsbestimmung" bezeichnet.
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Die
Position des Roboters 40 verschiebt sich, um die Positionierung
des Sensors 10 in Übereinstimmung
mit den Ergebnissen der zweiten Sensor-Positions- und Orientierungsbestimmung
durchzuführen.
Diese Prozedur wird als eine "zweite
Sensor-Positionierung" bezeichnet.
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In
dieser neuen Vermessungsposition vermisst der Sensor 10 die
Position und die Orientierung des Werkstücks W2, das gegenwärtig das
oberste Werkstück
ist. Diese Prozedur wird als eine "zweite Werkstück-Positions- und Orientierungsvermessung" bezeichnet.
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Der
Roboter 40 bewegt sich wieder in die Werkstück-Entladeposition,
und das Werkstück
W2 wird auf der Grundlage des Ergebnisses der zweiten Werkstück-Positions-
und Orientierungsvermessung entladen. Diese Prozeduren werden als
ein "Zugriff auf
das zweite Werkstück" bzw. ein "zweites Werkstück-Entladen" bezeichnet.
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Der
Prozess von der i-ten (i > 2)
Sensor-Position und der Sensor-Bestimmung bis zu dem i-ten Werkstück-Entladen
wird in ähnlicher
Weise wie der zuvor beschriebene Prozess von der zweiten Sensor-Positions-
und Orientierungsbestimmung bis zu dem zweiten Werkstück-Entladen
durchgeführt.
Auf diese Weise wird ein Zyklus des Betriebs durch Entladen der
N Werkstücke
W1, W2,... WN, die auf das Werkstück-Lademittel 50 geladen
sind, in einer regelmäßigen Ordnung
Stück für Stück abgeschlossen. Es
versteht sich von selbst, dass ein ähnlicher Prozess in einem Fall
durchgeführt
werden kann, in dem ein vertikales Stapeln gegeben ist, wie dies
in 5 gezeigt (eine Gruppe
von Werkstücken,
die der Reihe nach gestapelt sind und von dem Regal 61 herabhängen).
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Ein
spezielles Merkmal des vorliegenden Ausführungsbeispiels besteht darin,
dass die Position des Sensors 10, die zur Vermessung der
Position und der Orientierung des obersten Werkstücks W1 anzunehmen
ist, durch Benutzung von Daten ermittelt wird, die durch die Befehle
in dem Programm ("erste
Sensor-Positions- und Orientierungsbestimmung") erkannt sind, die Position des Sensors 10 jedoch,
die zur Vermessung der Position und der Orientierung der anderen
Werkstücke
Wj (j = 2, 3,... N) anzunehmen ist, wird auf der Grundlage der Position und
der Orientierung des vorhergehenden Werkstücks Wj-1 bestimmt, die durch
den Sensor 10 vermessen ist ("j-te Sensor-Positions- und Orientierungsbestimmung").
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Das
Flussdiagramm für
den zuvor beschriebenen Prozess ist in 6 gezeigt. Die wesentlichen Punkte jedes
Schritts sind die folgenden.
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Schritt
S1: Ein Werkstück-Entladezahl-Jndex i
wird zuerst auf 1 gesetzt.
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Schritt
S2: Die Sensor-Position und die Sensor-Orientierung werden bestimmt,
die zur Vermessung der Position und der Orientierung des Werkstücks Wi,
das gegenwärtig
das oberste Werkstück ist,
anzunehmen sind. Wenn i = 1 ist, wie dies zuvor beschrieben wurde,
werden die Daten, die durch Befehl erkannt sind, ohne irgendeine
Modifizierung benutzt. Wenn i > 2
ist, werden die Sensor-Position und die Sensor-Orientierung auf
der Grundlage von Berechnungen bestimmt, die in dem im folgenden
beschriebenen Schritt 4 durchgeführt werden.
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Schritt
S3: Der visuelle Sensor wird zu einer Position bewegt, die in Schritt
S2 bestimmt ist.
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Schritt
S4: Die Position und die Orientierung des Werkstücks Wi werden mit dem visuellen
Sensor vermessen.
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Schritt
S5: Der Roboter wird zu der Entlade-Position des Werkstücks Wi bewegt.
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Schritt
S6: Das Entladen des Werkstücks
Wi wird durch den Roboter ausgeführt.
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Schritt
S7: Der Werkstück-Entladezahl-Index i
wird um 1 erhöht.
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Schritt
S8: Es wird eine Entscheidung dahingehend getroffen, ob der Index
i N (Werkstück-Zahl) erreicht
hat oder nicht. Wenn N erreicht ist, wird die gegenwärtige Verarbeitung
beendet. Wenn N nicht erreicht ist, kehrt das Programm zu Schritt
S2 zurück.
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In
dem anhand von 6 erklärten Beispiel wird,
wenn der Werkstück-Entladezahl-Index
i > 2 ist, die Vermessungs-Position
des Sensors in Schritt S2 bestimmt, und zwar auf der Grundlage der
Ergebnisse der Vermessung der Position und der Orientierung des
Werkstücks
Wi-1 in Schritt S4, wenn der Index i-1 ist. Auf diese Weise werden
die Position und die Orientierung des Sensors zur Vermessung des
Werkstücks
Wi als die Position und die Orientierung des Sensors ausgewählt, die
für die
Vermessung des Werkstücks
Wi-1 geeignet ist (die Position und die Orientierung desselben ist
bereits vermessen worden).
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Eine
solche Auswahl kann wie folgt erklärt werden:
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Die
Position und die Orientierung des Werkstücks Wi, das das oberste (oder
vorderste) der geladenen Werkstücke
ist, unterscheiden sich merklich von denen des untersten (oder hintersten)
Werkstücks
WN. Die Differenz der Positionen und Orientierungen zwischen dem
Werkstück
Wi-1, das gerade entladen worden ist, und dem gegenwärtigen Werkstück Wi ist
jedoch nicht so groß und
liegt typischerweise innerhalb des Vermessungsbereich des Sensors.
Daher sind selbst dann, wenn die Position des Sensors, der das gegenwärtige Werkstück Wi vermisst,
auf der Grundlage der Position und der Orientierung des vorhergehenden
Werkstücks
Wi-1 bestimmt wird, die Positions- und Orientierungs-Vermessungen
des Werkstücks
Wi ganz gut möglich.
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Wenn Änderungen
der Position und der Orientierung jedes einzelnen Werkstücks klein
sind, kann dann die Sensor-Vermessungsposition
für mehrere
Werkstücke,
z. B. 5 oder 10 Werkstücke,
statt für jedes
einzelne Werkstück
aktualisiert werden. In diesem Fall werden die i-te Sensor-Position
und Sensor-Orientierung in Schritt 2 ohne Neuberechnung als
die vorhergehenden bestimmt, es sei denn, dass i ein Vielfaches
von 5 oder 10 ist.
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Alternativ
dazu kann ein Verfahren benutzt werden, durch das die Vermessungen
durch Setzen der Sensor-Position auf diejenige des vorhergehenden
Vermessungs-Zyklus durchgeführt
werden, bis die Vermessungen versagen. Ein noch anderes mögliches
Verfahren zur Bestimmung der Sensor-Vermessungsposition umfasst
Schritte zum Speichern der Position und der Orientierung des Sensors 10 während der
Vermessung des vorhergehenden Werkstücks oder der Position und der
Orientierung des Roboters 40 während des Werkstück-Entladens in
der Roboter-Steuereinrichtung 1 und Bestimmen der nächsten Sensor-Vermessungsposition
durch Benutzen der Position und der Orientierung des Sensors während der
Vermessung oder der Position und der Orientierung des Roboters während des
Werkstück-Entladens
als eine Referenz.
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Mit
einem noch anderen Verfahren werden Änderungen der Sensor-Vermessungsposition
und Orientierung, die sich auf jedes Entladen beziehen, vorab in
einem Roboter-Steuereinrichtungsspeicher gemäß der Anzahl und Dicke der
Werkstücke
gespeichert, und die Sensor-Vermessungsposition und Orientierung
werden durch Änderungen
für jedes
Entladen geändert.
Beispielsweise kann eine Änderung der
Vermessungsposition durch eine Bewegung in der Richtung der Annäherung des
Werkstücks
um die Dicke eines Werkstücks
eine Änderung
der Sensor-Vermessungsposition und der Orientierung für jeden
Zyklus sein.
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Ein
noch anderes mögliches
Verfahren umfasst Schritte zum Positionieren des Sensors für eine Weile
in der Position und der Orientierung, die vorab in dem Speicher
gespeichert worden sind (z. B. die Sensor-Position und Orientierung
zur Vermessung des obersten Werkstücks in einem völlig geladenen Zustand
oder die Sensor-Position und Orientierung während des vorhergehenden Werkstück-Entladens),
zum groben Vermessen der Position und Orientierung des obersten
Werkstücks,
zum Ermitteln der Sensor-Vermessungsposition und Orientierung auf
der Grundlage der Ergebnisse der groben Vermessung, zum Bewegen
des Sensors in diese Position, zum Vermessen der Werkstück-Position
und Orientierung und zum Entladen des Werkstücks.
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Diese
Verfahren ist besonders effektiv, wenn sich die Werkstücke nicht
in enger Berührung
miteinander befinden oder sich das Werkstück, das als nächstes zu
entladen ist, bewegen kann, wie dies in dem Fall gegeben ist, in
dem die Werkstücke
vertikal gestapelt sind, wie dies in 5 gezeigt
ist, und sich die Position und Orientierung des obersten Werkstücks in bezug
auf die Position und Orientierung des Werkstücks, das gerade entladen worden
ist (oder des obersten Werkstücks
bei dem vorhergehenden Entladen) merklich ändert.
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In
diesem Fall können
mit dem Sensor 10 oder durch Benutzen eines separat vorgesehenen
visuellen Sensors (s. den Reserve-Sensor 110 in 1) grobe Vermessungen durchgeführt werden. Beispielsweise
können
auch eine angenäherte
Position und eine solche Orientierung des Werkstücks durch Einsatz der Bild-Verarbeitungseinrichtung 2 zum
Verarbeiten des Bildes, das von der Kamera aufgenommen ist, die
vorab in der Nachbarschaft des Unterbringungsteils angeordnet wurde,
vermessen werden. Die Anzahl von Werkstücken innerhalb des Transportsystems
(Unterbringungsteils) nimmt ab, wenn das Entladen in dieser Weise
fortschreitet.
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Wenn
die Anzahl von verbleibenden Werkstücken und die Dicke der geladenen
Werkstücke (die
Höhe oder
die Distanz zwischen der untersten Oberfläche und dem obersten Werkstück) geringer als
ein voreingestellter Wert wird, womit die Werkstücke wieder aufgefüllt werden
müssen
oder das Unterbringungsteil zu ersetzen ist, kann ein Signal an
die Außenseite
ausgegeben werden, oder es kann eine Meldung angezeigt werden, um
eine Bedienungsperson über
die Notwendigkeit eines Wiederauffüllens der Werkstücke zu informieren.
In diesem Fall kann die Produktions-Leistungsfähigkeit durch umgehendes Wiederauffüllen der
Werkstücke
und Ersetzen des Unterbringungsteils erhöht werden.
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Alternativ
dazu kann nur, wenn kein Werkstück
auf der Bodenoberfläche
des Unterbringungsteils (im Falle des horizontalen Stapelns, das
in 4 gezeigt ist) oder
am ent ferntesten Ende (im Falle des vertikalen Stapelns, das in 5 gezeigt ist) vorhanden
ist, die Tatsache, dass das Unterbringungsteil leer ist, durch Treffen
einer Entscheidung festgestellt werden, ob ein Werkstück vorhanden
ist, und zwar vermöge
einer Erfassung spezieller Merkmale, wie Marken, mit einem visuellen
Sensor, die auch mit dem visuellen Sensor erfasst werden können, oder spezieller
Merkmale der Unterbringungsteil-Oberfläche, die freigegeben werden,
wenn kein Werkstück vorhanden
ist.
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In
der zuvor gegebenen Erklärung
wurde ein Fall angenommen, in dem die vorgeschriebene Anzahl N von
Werkstücken
auf das Stapeln in einem Unterbringungsteil 52 (4) oder einem Regal 61 (5) hin zugeführt wurden.
Wenn jedoch die Anzahl N von Werkstücken, die in das Unterbringungsteil 52 oder
das Regal 61 geladen sind, nicht konstant ist, wird Information
bezüglich
des Ladens, wie die Dicke und Anzahl von Werkstücken, die Dicke der geladenen
Werkstücke
und dgl., in einer mechanisch erkennbaren Form, wie Strichkodes,
Marken, Figuren oder Ziffern, in einer vorgeschriebenen Zone des Unterbringungsteils 52 oder
des Regals 61 angebracht. Diese Information kann mit einem
Strichkode-Leser
oder einem visuellen Sensor ausgelesen werden, um Anfangswerte von
Werkstück-Ladeinformation
zu gewinnen. Außerdem
kann auch die Dicke der geladenen Werkstücke durch Vermessen der geladenen
Werkstücke
von der Seitenoberfläche
her mit einem visuellen Sensor erfasst werden.
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In Übereinstimmung
mit dem Vorstehenden wird ein Werkstück durch Bewegen eines Werkstück-Entlademittels
auf der Grundlage der Ergebnisse der Vermessung der Werkstück-Position
und/oder Orientierung mit einem visuellen Sensor gegriffen und entladen.
Wenn eine Vielzahl von geladenen Werkstücken in einer regelmäßigen Ordnung
Stück für Stück oder
in Gruppen entladen werden, werden sich die Position und/oder Orientierung
des Werkstück,
das als nächstes
zu entladen ist, bei jedem Entladen ändern. Da jedoch ein visueller
Sensor, wenn dies notwendig ist, in die Position bewegt wird, die
für das
Vermessen der Werkstück-Position und/oder
Orientierung geeignet ist, werden die Vermessungen der Werkstücke mit
dem visuelle Sensor akkurat durchgeführt. Daher wird das Werkstück-Entladen
zuverlässig
durchgeführt.