DE69122762T2

DE69122762T2 - Programmierbare, umgruppierbare zufuhreinrichtung für werkstücke

Info

Publication number: DE69122762T2
Application number: DE69122762T
Authority: DE
Inventors: Steven Gordon
Original assignee: Intelligent Automation Systems Inc
Current assignee: Intelligent Automation Systems Inc
Priority date: 1990-08-25
Filing date: 1991-08-23
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2011-08-24
Also published as: DE69122762D1; EP0544833A4; EP0544833B1; CA2090117A1; US5314055A; EP0544833A1; WO1992003364A1

Description

Die Erfindung betrifft Teilezuführsysteme für automatisierte Fertigung. Insbesondere betrifft die Erfindung einen programmierbaren rekonfigurierbaren Teilezuführer zum Zuführen unterschiedlicher Teilesorten von Teilevorratsbehältern zu Teilemanipulatoren, wie z.B. einem Roboterarm/einer Roboterhand.

Hintergrund der Erfindung

Automatisierte flexible Montagesysteme (FAS) können programmiert werden, um verschiedene unterschiedliche Produkte auf einer einzigen Montagestraße bei minimalen Anderungen der Ausrüstung zu montieren. Für Hersteller, die verschiedene unterschiedliche Produkte in Stückzahlen produzieren, die zu klein sind, um die Kosten einer separaten Montagestraße für jedes Produkt zu rechtfertigen, sind FAS's ökonomischer als traditionelle manuelle oder dedizierte automatische Produktionsverfahren. FAS's gestatten einem Hersteller, verschiedene unterschiedliche. Produkte in begrenzten Stückzahlen mit im wesentlichen der gleichen Ausrüstungsmenge zu produzieren, die notwendig wäre, um ein einziges Produkt in hohen Produktionsstückzahlen zu produzieren. Flexible Montagesysteme sind auch gegenüber dedizierten automatischen Systemen vorteilhaft, weil, wenn ein Produkt aktualisiert oder umgearbeitet wird, ein FAS typischerweise modifiziert werden kann, um das neue umgearbeitete Produkt bei minimalen oder keinen Änderungen der Ausrüstung zu produzieren.
In Übereinstimmung mit den oben beschriebenen -Eigenschaften benötigen FAS's Teilezuführsysteme, die eine Vielzahl unterschiedlicher Teile auf Befehl in geeigneter Orientierung, Lage und Abstand dem Teilemanipulator (z.B. einem Roboterarm oder Maschinenwerkzeug) zuführen können. Der geläufigste flexible Teilezuführer ist der Vibrationsschüssel-Zuführer. Ein Vibrationsschüssel-Zuführer weist einen zylindrischen Behälter mit einer Spiralspur oder -rille auf, die sich von dem Boden des Behälters zu dem oberen Rand erstreckt. Die gesamte Konstruktion wird durch eine schraubenförmige Vibration angetrieben, die dazu neigt, die Teile den Spiralweg hinaufzubefördern. Entlang des Verlaufs des Spiralweges sind eine oder mehrere Führungen angeordnet, z.B. eine Höhenschranke, die dazu neigt, die Teile in der gewünschten Orientierung zu orientieren oder, wenn die Teile nicht geeignet orientiert werden können, es nicht zuläßt, daß das Teil weiter dem Weg folgt. Ein Teil, das nicht durch die Führung treten kann, wird gegebenenfalls von dem Weg zurück zu dem Boden des zylindrischen Behälters fallen und wieder seinen Gang den Weg hinauf beginnen, möglicherweise in einer Orientierung, in der es durch die Führung oder die Führungen treten kann. Herkömmliche Schüssel-Zuführer müssen speziell für ein einziges Teil oder eine kleine Anzahl von Teilen hergestellt werden, die im wesentlichen in Größe und Gestalt identisch sind, und sind deshalb ungeeignet für die FAS-Verwendung.
Flexible Teilezuführsysteme wurden für FAS's entwickelt, die das Schüsselzuführsystem verwenden. Derartige Systeme sind z.B. in Maul G. P., Goodrich, J.L., A Methodology for Developing Programmable Parts Feeders, IIE Trans., v. 15, Nr. 4, 1983, und Suzuki, T., Kohno, M., The Flexible Parts Feeder Which Helps A Robot Assemble Automatically, Assembly Automation, v. 1, Nr. 2, 1981 beschrieben.
Weitere flexible Teilezuführsysteme wurden entwickelt, die Förderbänder oder lineare Vibrationsspuren und nicht die spiralförmigen Spuren verwenden, die in Schüsselzuführern zu finden sind. Zenger, D., Dewhurst, p., Automatic Handling of Parts For Robot Assembly, Annals for CIRP, v. 33, Nr. 1, 184 und Cowart NA., et al., Programmable Assembly Research, Technology Transfer To Industry-Phase II, Westinghouse R & D Center, ISP 78- 18773, Pittsburgh 1981, beschreiben Systeme, die einfach auszutauschende Mechanismen verwenden, um einen Förderer individuell anzupassen, um Teile, die nicht in einer bestimmten Orientierung sind, auszusortieren. Bei diesen Systemen ist ein optischer Sensor an dem Ende eines Förderers montiert und prüft die Orientierung jedes Teils, wenn es unter dem Sensor vorbeikommt, durch Vergleichen seiner optischen Kennzeichnung mit einer im Speicher gespeicherten Beispielskennzeichnung. Einige dieser Systeme verwenden Linearvibration, um die Teile entlang der Spur in die gewünschte Richtung zu drängen.
U.S.-Patent Nr. 4,909,376, das für Herndon et al. erteilt ist, offenbart einen automatisierten Teilezuführmechanismus, der das visuelle Beobachten verwendet, um die Anordnung und Orientierung von Teilen zu bestimmen. Bei dieser Vorrichtung wird eine Zuführplatte mit mehreren Teilen darauf in Vibration versetzt, um die Teile entlang ihrer Oberfläche voranzutreiben, und eine entgegengesetzt drehende Bürste ist über der Vibrationsplatte angeordnet, um das Trennen der Teile zu unterstützen. Die Teile werden zu einem Beobachtungsabschnitt transportiert, wo eine Kamera ein Videobild von jedem Teil aufnimmt. Das Bild wird im Computer analysiert, um den Standort und die Orientierung des Teils zu bestimmen. Wenn das Teil geeignet angeordnet und orientiert ist, wird ein Manipulator angesteuert, um das Teil aufzunehmen, woraufhin das Teil in das Produkt eingesetzt werden kann oder weiterverarbeitet werden kann.
Es ist auch aus der EP-A-0 135 495 bekannt, eine Teilezuführvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bereitzustellen. Jedoch hat dieses bekannte System Probleme beim Erreichen der Teiletrennung.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Teilezuführsystem für ein flexibles Montagesystem bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein automatisch rekonfigurierbares Teilezuführsystem bereitzustellen, das angepaßt werden kann, um Teile einer großen Vielfalt von Formen und Größen zuzuführen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein automatisch rekonf igurierbares Teilezuführsystem bereitzustellen, das angepaßt werden kann, um Teile einer großen Vielfalt von Formen und Größen ohne die Notwendigkeit eines manuellen Eingreifens oder Änderns von Teilen des Zuführsystems zuzuführen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Teilezuführsystem bereitzustellen, das schnell die Teile austauschen kann, die durch das System zugeführt werden.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Teilezuführsystem bereitzustellen, das eine Teilekontrolle auf Sichtbasis verwendet, um die Zuverlässigkeit zu verbessern.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Teilezuführsystem bereitzustellen, das eine minimale Menge an Hardware erfordert.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Teilezuführsystem mit Bestimmung der Teileorientierung auf Sichtbasis bereitzustellen, das gleichzeitig zwei unterschiedliche Ansichten des Teils erhält.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Teilezuführsystem auf Sichtbasis bereitzustellen, das programmiert werden kann, um ein in Betracht kommendes Gebiet in einer Ansicht aufgrund einer Information zu beurteilen, die von einer anderen Ansicht erhalten wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung stellen wir eine Teilezuführvorrichtung auf Sichtbasis zur zuführung von Teilen zu einem Manipulator zur Verfügung, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Einrichtung zum Liefern einer Vielzahl von Teilen einer ersten Teilesorte zu einer Vibrationsplatte,
eine Vibrationsplatte zum zufälligen Verteilen der Teile durch Vibration,
eine Fördereinrichtung, die der Platte benachbart ist, zum Transportieren der Teile, so, wie die Teile von der Platte her verteilt sind, in Richtung auf ein Bereitstellungsgebiet,
ein Bereitstellungsgebiet im Anschluß an die Fördereinrichtung mit einer Einrichtung zum Erhalten einer Bildinformation über ein Teil in dem Bereitstellungsgebiet,
eine Verarbeitungseinrichtung, die an die Einrichtung zum Erhalten eines Bildes angeschlossen ist, zum Verarbeiten der Bildinformation, um die Orientierung oder Identifikation des Teiles zu bestimmen,
eine Einrichtung zum Einwirken auf das Teil, die auf die erhaltene Information betreffend die Orientierung oder Identifikation des Teiles reagiert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führungseinrichtung mit einer seitlichen Führungseinrichtung entlang des Weges der Fördereinrichtung angeordnet ist, um zu helfen, die Teile zum Greifen durch den Manipulator zu trennen und in eine einzige Schicht von Teilen zu orientieren, und dadurch, daß
die Bewegung der Teile aufgrund der Fördereinrichtung mit einer höheren Geschwindigkeit als die Bewegung der Teile aufgrund der Vibrationsplatte geschieht.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung weist einen on-line-rekonfigurierbaren Teilezuführer auf, der Teile zu einem Montagemanipulator liefert, wenn es während einer Montagesequenz erforderlich ist. Der Zuführer kann schnell für Teile einer Sorte gelöscht und neu programmiert werden, um Teile einer anderen Sorte dem Manipulator zuzuführen.
Das Zuführsystem weist eine Vielzahl von Teilevorratsbehältern auf, wobei jeder Vorratsbehälter eine unterschiedliche Teilesorte enthält. Die Vorratsbehälter sind auf einer Spur oder so derart montiert, daß jeder Vorratsbehälter in eine Stellung über einer Teilezuführplatte bewegt werden und die darin enthaltenen Teile auf die Platte fallen lassen kann. Die Platte wird linear in Vibration versetzt, um die Teile zu verteilen. An einem Rand grenzt die Platte an ein sich schnell bewegendes, durchsichtiges Förderband. Die Platte ist von einer unterbrochenen Wand mit einer Öffnung an der Stelle, wo die Platte dem Förderband benachbart ist, umgeben. Das Förderband nimmt die Teile auf, wie sie in seine Richtung wandern und transportiert sie zu einem Bereitstellungsgebiet. Programmierbar einstellbare Führungen sind entlang des Verlaufs des Förderers angeordnet, um die Teile zu trennen und orientieren und diejenigen Teile auszusortieren, die nicht richtig orientiert werden können. Eine programmierbar einstellbare Höhenschranke kann überstehende Teile auf dem Förderband aussortieren, während eine programmierbar einstellbare keilförmige Seitenführung die Teile in einer einzigen Reihe anordnet und auch dazu beitragen kann, die Teile in eine gewünschte Orientierung zu drängen. Die Teile, die infolge nicht richtiger Orientierung, die die Führungen nicht korrigieren können, nicht durch die Führungen treten können, fallen von dem Förderer auf einen benachbarten Zurückförderer, der die Teile zurück zu dem ausgewählten Teilevorratsbehälter transportiert.
Ein Bereitstellungsgebiet an dem Ende des Förderbandes weist eine Kamera, um jedes Teil anzusehen, und ein Gegenlicht unterhalb des durchsichtigen Förderbandes auf. Ein Spiegel ist relativ zu der Kamera und dem Förderband vorzugsweise jeweils in einem Winkel von 450 derart angeordnet, daß das von der Kamera aufgenommene Bild teilweise eine direkte Ansicht des Teils und eine Ansicht durch den Spiegel aufweist. Dementsprechend kann die Kamera zwei unterschiedliche Ansichten des Teils in einem einzigen Bild aufnehmen. Immer, wenn ein Teil in das Bereitstellungsgebiet eintritt, wird der Förderer automatisch angehalten, und ein Prozessor analysiert das Bild, um festzustellen, ob das Teil in einer Orientierung ist, in der der Manipulator es aufnehmen kann. Wenn das der Fall ist, wird das Teil durch den Manipulator aufgenommen und der Förderer wieder gestartet. Falls jedoch das Teil in einer derartigen Orientierung war, in der der Manipulator nicht programmiert werden konnte, es aufzunehmen, wird das Förderband wieder gestartet, ohne daß der Manipulator versucht, das Teil aufzunehmen. Das Teil fällt dann am Ende auf das Zurückbringförderband, das es zu dem ausgewählten Teilevorratsbehälter zurückbringt.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des flexiblen Zuführsystems der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 veranschaulicht den Betrieb der Höhenschranke der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein einziges Hochgeschwindigkeitsmaschinenbetrachtungssystem unter einer Vielzahl rekonfigurierbarer Teilezuführer geteilt wird.

Ausführliche Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Teilezuführvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung. Teilevorratsbehälter werden bei 12a, 12b, 12c, ... gezeigt. Jeder Vorratsbehälter ist mit einer Vielzahl von Teilen einer einzigen Sorte beladen. Typischerweise sind alle Teile in einem einzigen Vorratsbehälter identisch. Jedoch können die Teile in Abhängigkeit von der Anwendung leicht unterschiedlich sein. Die Teilevorratsbehälter sind auf eine "lazy susan"- oder Karussellweise angeordnet, damit sie sich um eine Achse 13 drehen. Viele weitere Systeme für bewegliche Teilevorratsbehälter sind bekannt und können verwendet werden, wie z.B. auf eine kreisförmige Spur montierte Vorratsbehälter oder Sätze von Fächern, die vertikal zu und von einer Entladestelle indiziert sind. Die Bewegung der Teilevorratsbehälter wird durch eine zentrale Prozeßeinheit 15 über eine Leitung 15a derart gesteuert, daß der Vorratsbehälter, der die Teile enthält, die für die gewünschte Montage benötigt werden, zu einer Entladestellung indiziert werden kann, um die Teile in den nächsten Abschnitt des Teilezuführsystems fallen zu lassen. In Fig. 1 wird z.B. Vorratsbehälter 12a in der Entladestellung zum Fallenlassen von Teilen in den nächsten Abschnitt des Systems gezeigt. Die besondere Anordnung zum Abladen kann verschiedene Formen annehmen. Eine Tür 12x wird gezeigt, aber es ist ebenfalls möglich, jeden Vorratsbehälter für das Über-die-Seite-Entladen zu drehen, oder weitere bekannte Hilfsmittel.
Wenn der geeignete Vorratsbehälter, z.B. Vorratsbehälter 12a, in die Entladestellung bewegt ist, werden einige (nicht notwendigerweise alle) Teile in den Vorratsbehälter auf eine Vibrationsplatte 16 abgeladen. Die Platte 16 wird durch Motor 17 in Schwingungen versetzt. Der Zweck der Schwingung ist, die Teile zu verstreuen und nicht, sie in eine bestimmte Richtung entlang der Platte zu bewegen. Dementsprechend ist die Schwingung vorzugsweise linear und in der Auf-Ab-Richtung, und hat eine Amplitude, die größer als die Amplituden ist, die typischerweise verwendet werden, um Teile in eine bestimmte Richtung bei Teilezuführsystemen zu leiten. Die Amplitude und Geschwindigkeit der Schwingung sind variabel und werden durch eine zentrale Prozeßeinheit 15, die an den Motor 17 über die Leitung 15b angeschlossen ist, in Übereinstimmung mit dem Teil, das abgefertigt wird, eingestellt. Je größer (oder schwerer) das Teil ist, desto größer ist im allgemeinen die erwünschte Amplitude und Geschwindigkeit der Schwingung.
Wenn die Platte 16 in Schwingungen versetzt wird, verteilen sich die Teile und bewegen sich zufällig auf der Platte. Die Platte ist an drei Seiten von Wänden 16a, 16b, 16c umgeben. Die vierte Seite ist zu dem benachbarten Förderband 18 offen. Die Platte 16 kann leicht in Richtung auf das Förderband geneigt sein, um eine allgemeine Wanderung von Teilen in dieser Richtung zu schaffen. Luftströme könnten auch für denselben Zweck eingesetzt werden. Einige der Teile werden sich anfänglich in Richtung auf das Förderband 18 bewegen und von dem Band aufgenommen werden, das sich in der Richtung von Pfeil 19 bewegt. Die Geschwindigkeit des Förderbands 18 ist auch automatisch durch Prozessorsteuerung über die Leitung 15c einstellbar. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird für jedes unterschiedliche Teil die Geschwindigkeit des Bandes 18 relativ zu der Vibration der Vibrationsplatte 16 derart eingestellt, daß, wenn ein Teil durch das Förderband 18 aufgenommen wird, es mit einer wesentlich höheren Geschwindigkeit bewegt wird, als der, als das Teil auf der Vibrationsplatte 16 war. Das wird im großen und ganzen bewirken, daß sich die Teile noch mehr auf dem Förderband verteilen. Weil die Schwingung der Platte bewirkt, daß sich die Teile zufällig bewegen, werden sich die meisten Teile, wenn nicht sogar alle, zufällig in Richtung des Förderbandes 18 bewegen und davon aufgenommen werden. Die Fläche des Förderbandes 18 sollte eine ziemlich hohe Reibung haben, so daß es die Teile "greifen" kann.
Das Förderband 18 verläuft durch einen "Hinderniskurs" mit einer oder mehreren automatisch einstellbaren Führungen, die angeordnet sind, um das Trennen der Teile und ihre Anordnung in einer geeigneten Orientierung zu unterstützen, um durch einen Manipulator, wie z.B. einem Roboterarm/einer Roboterhand, verarbeitet zu werden. Fig. 1 zeigt eine einstellbare Höhenschranke 20 und eine einstellbare Seitenführung 22. Der Servomotor 23 wird von dem Prozessor 15 über die Leitung 15d angesteuert, um die Höhenschranke 20 zu heben und zu senken. Der Servomotor 25 wird von dem Prozessor 15 über die Leitung 15e angesteuert, um die Seitenführung 22 zu bewegen. Jedoch können in Abhängigkeit von der Teilesorte, die verarbeitet wird, zusätzliche und/oder andere Sorten von Führungen eingesetzt werden. Die Höhenschranke 20 wird in Abhängigkeit von dem Teil, das verarbeitet wird, auf eine Höhe eingestellt, um dazu beizutragen, überstehende Teile auszusortieren.
Die Höhenschranke 20 kann auch dazu dienen, dazu beizutragen, die Teile richtig zu orientieren. In den meisten Fällen hat ein Teil eine bestimmte begrenzte Anzahl von Orientierungen, in denen es liegen kann. Z.B. kann das blockförmige Teil 50, das in Fig. 2 gezeigt ist, auf dem Förderband auf einer seiner sechs Seiten zu liegen kommen. Natürlich kann der Block in einer zufälligen seitlichen Orientierung auf seiner Seite liegen. Jedoch können nachfolgende Seitenführungen das Teil in die richtige seitliche Orientierung zwingen. Wenn das blockförmige Teil nicht auf allen Seiten symmetrisch ist (d.h., es ist kein Würfel), und es erwünscht ist, den Block derart orientiert zu haben, daß er auf einer seiner langen Seiten 52 liegt, kann die Höhenschranke 20 auf eine Höhe eingestellt werden, die es nur Teilen, die auf ihren langen Seiten 52 liegen, gestattet, hindurchzutreten. Blöcke, die auf dem Förderband auf ihren kurzen Seiten 54 derart liegen, daß sie höher als Blöcke sind, die auf ihren langen Seiten liegen, werden entweder durch die Höhenschranke 20 derart umgekippt, daß sie darunter hindurchtreten können, oder sie werden von dem Förderband auf ein Zurückbringförderband wie z.B. Förderband 26 gestoßen. Band 26 bewegt sich in die Richtung von dem Pfeil 30 und bringt aussortierte Teile zu einem Teilevorratsbehälter 12z, der vertikal entlang der Spuren 14, 14 zwischen einer Einladestellung benachbart dem Ende des Förderbands und einer Entladestellung bewegbar ist, die in Fig. 1 gestrichelt gezeigt ist, unter Steuerung der zentralen Prozeßeinheit 15 über die Leitung 15g zurück. Der Vorratsbehälter 12z dreht sich, um die zurückgebrachten Teile zu dem Vorratsbehälter in der Entladestellung (Vorratsbehälter 12a wie gezeigt) zu liefern. Von dem Vorratsbehälter 12a werden die Teile wieder auf die Vibrationsplatte fallen gelassen und durch das System neu verarbeitet. Das Zurückbringförderband 26 ist vorzugsweise entlang des Verlaufs des Förderbands 18 derart angeordnet, daß die Teile, die nicht durch die Führungen treten können, von dem Förderband 18 auf das Zurückbringförderband 26 fallen. Es ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung wie alle Teilezuführsysteme, die Führungen zum Orientieren der Teile einsetzen, am besten für zuzuführende Teile geeignet ist, die in einer relativ kleinen Anzahl von natürlichen Zuständen zu liegen kommen können. Viele Teile können durchweg in der richtigen Stellung zum Packen durch den Manipulator von einer Reihe richtig eingestellter Führungen orientiert werden. Jedoch können viele weitere Teile, selbst nach dem Durchlaufen eines "Hinderniskurses" von Führungen, in einer von verschiedenen Stellungen sein, von denen einige es zulassen, daß das Teil durch den Manipulator gepackt werden kann, und einige nicht. Dementsprechend ist die Anzahl von Führungen, die typischerweise notwendig sind, um das Teil zu orientieren, desto kleiner und die zuverlässigkeit desto größer, daß, wenn ein Teil das Bereitstellungsgebiet erreicht, es in einer Orientierung sein wird, in der der Manipulator es packen kann, je kleiner die Anzahl an natürlichen Zuständen ist, in denen das Teil zu liegen kommen kann. Die meisten Manipulatoren können das Teil etwas neu orientieren. Dementsprechend müssen die Teile in dem Bereitstellungsgebiet typischerweise nicht in einer exakten Orientierung, sondern nur in einer Orientierung vorliegen, in der der Manipulator das Teil packen und wie erforderlich neu orientieren kann.
Fig. 1 veranschaulicht eine Seitenführung 22 zum Orientieren von Teilen. Die Seitenführung 22 ist auch automatisch in eine Stellung einstellbar, die als eine Funktion des Teils festgelegt ist, das verarbeitet wird (d.h., des Vorratsbehälters in der Entladestellung). Verschiedene Arten von Seitenführungen sind im Stand der Technik bekannt und werden hier nicht ausführlich beschrieben. Die Seitenführungen helfen beim richtigen Orientieren der Teile bei der Vorbereitung zum Packen durch einen Manipulator und auch beim Ausrichten der Teile zu dem Bereitstellungsgebiet 34. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist der nächste Abschnitt das Bereitstellungsgebiet 34, jedoch können zusätzliche Führungen in dem Verlauf des Förderbands vor dem Bereitstellungsgebiet 34 angeordnet sein, um die Teile weiter zu trennen und richtig zu orientieren.
Das Bereitstellungsgebiet weist eine Videokamera 36 auf, die oberhalb des Förderbands angeordnet ist und darauf hinabschaut. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Förderband durchsichtig und Licht streuend, und eine Lichtquelle 38 ist unter dem Band angeordnet, um die Teile relativ zu der Kamera von hinten zu beleuchten, wenn sie in das Bereitstellungsgebiet eintreten. Das Bereitstellungsgebiet weist auch einen Spiegel 40 auf, der dem Förderband benachbart und in einem Winkel von 45º dazu angeordnet ist. Die Kamera 36 ist relativ zu dem Bereitstellungsgebiet und dem Spiegel 40 derart angeordnet, daß das von der Kamera erhaltene Bild zum Teil eine Seitenansicht des Teils über den Spiegel und zum Teil eine Über-Kopf-Ansicht aufweist. Auf diese Weise kann Information von zwei verschiedenen Ansichten des Teils gleichzeitig unter Verwendung nur einer einzigen Kamera erhalten werden.
Wenn Teile in das Bereitstellungsgebiet 34 eintreten und in das Blickfeld der Videokamera 36 kommen, wird das Band 18 automatisch gestoppt. Verschiedene Einrichtungen können dafür verwendet werden, um zu bestimmen, wann ein Teil in das Bereitstellungsgebiet eintritt. Das bevorzugte Verfahren ist es, einen Lichtsensor über den vorderen Rand des Bereitstellungsgebiets 34 zu verwenden. Das Band 18 ist programmiert, um als Reaktion darauf anzuhalten, daß der Lichtstrahl des Lichtsensors unterbrochen wird, und dann wiederhergestellt wird. Als andere Möglichkeit können die Bänder programmiert werden, um als Reaktion darauf anzuhalten, daß das Bild, das von der Kamera empfangen wird, eine bestimmte Menge von dunklem Beitrag enthält, der anzeigen würde, daß ein Teil in das Bereitstellungsgebiet eingetreten ist und Licht von der Lichtquelle 38 daran hindert, die Kamera zu erreichen.
Anstatt den Spiegel zu verwenden, kann eine zweite Kamera angeordnet werden, um eine Seitenansicht oder irgendeine andere Ansicht des Teils in dem Bereitstellungsgebiet zu erhalten, jedoch würde das die Kosten erhöhen. Unabhängig davon, ob eine zweite Kamera oder ein Spiegel verwendet wird, wird bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Seitenansicht ebenfalls von hinten durch eine zweite Lichtquelle beleuchtet, die hinter einer lichtstreuenden Fläche angeordnet ist. Als andere Möglichkeit könnte die zweite Ansicht von hinten unter Verwendung eines zweiten Spiegels beleuchtet werden, der angeordnet ist, um das Licht von der ersten Lichtquelle 38 zu reflektieren.
Wenn das Band angehalten ist, weist die Prozeßeinheit 15 das Bildsystem 42 und die Kamera 36 über die Leitung 15f an, ein Bild von dem Bereitstellungsgebiet zu machen. Das Bild von der Kamera oder den Kameras wird auf die Hochgeschwindigkeitsbildverarbeitungseinheit 42 übertragen, die die Bildinformation von der Kamera 36 unter Verwendung des Fleckenanalysealgorithmus verarbeitet, wie er z.B. bei Nitzan, D. et al., Machine Intelligence Research Applied To Industrial Automation, Technical Report Nr. 12, Projekt 2996 SRI Int., Menlo Park, California, 1983 beschrieben ist. Die Verarbeitung durch Fleckenanalyse wird vorzugsweise durch Hardware ausgeführt, um die erforderliche Zeit zu minimieren. Vision Systems Inc. bietet eine Prozessorplatine an, die APA-512-Platine, die eine Fleckenanalyse an einem Teil in ungefähr einem Dreißigstel einer Sekunde ausführen kann. Merkmale wie z.B. Fläche, Flächenmitte, Anzahl von Löchern und Hauptträgheitsachsen werden bei dem Algorithrnus verwendet, um sicherzustellen, daß das Teil von anderen Teilen getrennt ist, und um die Orientierung der Teile zu messen. Diese Information wird mit Kennzeicheninformation für das Teil, das verarbeitet wird, verglichen, die in dem Speicher gespeichert ist, um festzulegen, ob das Teil erkannt ist. Wenn die von dem Videobild erhaltene Information nicht zu einem hinreichenden Ausmaß mit der Kennzeicheninformation übereinstimmt, wird das Teil verworfen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 dargestellt ist, wird die Aufsicht und die Seitenansicht gleichzeitig in einem einzigen Bild der Kamera erhalten. Diese Information kann auf verschiedene Weisen verarbeitet werden. Z.B. können die Aufsicht und die Seitenansicht als ein einziges Bild bearbeitet werden und mit einer Kennzeicheninformation verglichen werden, wie das Teil aussehen sollte, wenn ein Bild von ihm mit sowohl einer Aufsicht als auch einer Seitenansicht erhalten wird. Als andere Möglichkeit kann zunächst die Aufsicht des Bildes verarbeitet werden, und dann kann auf der Basis der Position und Orientierung des Teils, wie es aus der Aufsicht bestimmt wurde, ein kleiner Bereich der Seitenansicht ausgewählt und analysiert werden, um zusätzliche Information, welche auch immer erwünscht sein könnte, zu erhalten.
Wenn die erhaltene Information zeigt, daß das Teil in der richtigen Orientierung zum Ergreifen durch den Manipulator 44 ist, wird der Manipulator 44 mit der Positionsinformation versorgt, die notwendig ist, um das Teil zu ergreifen. Nachdem der Manipulator 44 das Teil ergriffen hat, wird das Förderband 18 wieder gestartet. Wenn die Information anzeigt, daß das Teil in einer Orientierung ist, die der Manipulator nicht anpassen kann, wird das Förderband 18 wieder gestartet und das Teil fällt von dem Ende des Förderers 18 auf das Zurückbringförderband 26 und wird zu dem Teilevorratsbehälter 12z zurückgebracht Das zurückbringfördersystem wird in Fig. 1 als ein Einzelzugförderer gezeigt, jedoch kann irgendeine andere Art von System verwendet werden, wie z.B. ein Schieber mit einem beweglichen Korb an dem Ende, der periodisch in eine Position über dem Teilevorratsbehälter bewegt wird, der in der Entladestellung ist, und Teile zurück in den Teilevorratsbehälter fallen läßt.
Wenn es notwendig ist, den Teilevorratsbehälter auszutauschen, wird der Vorratsbehälter automatisch derart geschlossen, daß irgendwelche Teile, die fortfahren, zu dem Teilevorratsbehälter zurückgebracht zu werden, in dem Teilevorratsbehälter bleiben und nicht auf die Vibrationsplatte 16 fallen gelassen werden. Der Zuführer 10 kann von Teilen in einer Zyklusperiode des Systems gesäubert werden (d.h., der Zeit, die es dauert, daß sich ein Teil von der Platte 16 zu dem Bereitstellungsgebiet bewegt) . Die Säuberungszeit kann sogar weiter durch Verwendung von Luftstrahlen vermindert werden, um Teile von der Platte 16 und dem Vorwärtsförderer 18 und auf den Zurückbringförderer während des Säuberns zu blasen. Auch kann die Geschwindigkeit des Vorwärtsund des zurückbringbandes während des Säuberns auf Anweisung des Prozessors 15 über die Leitungen 15c und 15g vergrößert werden. Sobald das gesamte System 10 von Teilen gesäubert ist, können die Vorratsbehälter 12 bewegt werden, und der Prozeß beginnt wieder von neuem mit einem anderen Vorratsbehälter.
Die Roboterzusammensetzzykluszeit des Manipulators kann typischerweise von einer bis vier Sekunden variieren. Wie oben angegeben kann das Hochgeschwindigkeitsbildsystem in ungefähr einem Dreißigstel einer Sekunde das Bild erhalten und die Information verarbeiten. Dementsprechend kann die Prozeßhardware, wie z.B. die APA-512-Platine, zwischen mehreren Kameras mehrerer Zuführvorrichtungen 10, wie in Fig. 3 gezeigt, zeitlich geteilt werden. Wenn z.B. die Roboterzuführzyklusperiode zwei Sekunden beträgt und das Bildsystem das Bild in einem Dreißigstel einer Sekunde erhalten und verarbeiten kann, können bis zu 60 einzelne Kameras eine einzige APA-512-Bildsystemplatine zeitlich teilen (time-sharing).
Das Zuführsystem 10 der vorliegenden Erfindung wird durch eine zentrale Prozeßeinheit 15 gesteuert. Die zentrale Prozeßeinheit 15 ist programmiert, um das Indizieren der Teilevorratsbehälter in und aus der Entladestellung, die Einstellung der Führungen (inklusive der Höhenschranke), die Geschwindigkeit der Förderbänder, die Geschwindigkeit und Amplitude der Vibration der Platte, das Starten und Stoppen des Förderbandes, das Starten und Stoppen des Bildsystems, falls notwendig das Time-Sharing des Bildsystems, die Auswahl der Kennzeicheninformation für das Bildsystem und möglicherweise das Laden der Kennzeicheninformation in den Speicher der Bildsystemprozeßeinheit zu steuern. Das Programmieren, das notwendig ist, um alle die oben erwähnten Einrichtungen wie hier beschrieben zu steuern, würde einem Fachmann auf dem Gebiet der Programmierung von Herstellungsmontagestraßen klar sein.
Mit den so beschriebenen wenigen besonderen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden verschiedene Veränderungen, Modifikationen und Verbesserungen dem Fachmann offenbar sein. Z.B. ist es klar, daß der Manipulator nicht ein Montageroboter sein muß, sondern ein Maschinenwerkzeug, ein Teilesortierer oder so sein kann. In dem Fall eines Teilesortierers kann jeder Teilevorratsbehälter eine Vielzahl unterschiedlicher Teilesorten und nicht eine einzige Teilesorte enthalten, und das Bildsystem würde programmiert werden, um ein Teil zu erkennen und den Manipulator anzuweisen, wohin es zu transportieren ist. Die Erfindung ist nur so beschränkt, wie sie in den folgenden Ansprüchen bestimmt ist.

Claims

1. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis zur Zuführung von Teilen zu einem Manipulator (44), wobei die Vorrichtung aufweist:

eine Einrichtung (12) zum Liefern einer Vielzahl von Teilen einer ersten Teilesorte zu einer Vibrationsplatte (16),

eine Vibrationsplatte (16) zum zufälligen Verteilen der Teile durch Vibration,

eine Fördereinrichtung (18), die der Platte (16) benachbart ist, zum Transportieren der Teile, so, wie die Teile von der Platte (16) her verteilt sind, in Richtung auf ein Bereitstellungsgebiet (34),

ein Bereitstellungsgebiet (34) im Anschluß an die Fördereinrichtung (18) mit einer Einrichtung (36) zum Erhalten einer Bildinformation über ein Teil in dem Bereitstellungsgebiet (34),

eine Verarbeitungseinrichtung (42) die an die Einrichtung (36) zum Erhalten eines Bildes angeschlossen ist, zum Verarbeiten der Bildinformation, um die Orientierung oder Identifikation des Teiles zu bestimmen,

eine Einrichtung (44, 26) zum Einwirken auf das Teil, die auf die erhaltene Information betreffend die Orientierung oder Identifikation des Teiles reagiert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führungseinrichtung (20, 22) mit einer seitlichen Führungseinrichtung (22) entlang des Weges der Fördereinrichtung (18) angeordnet ist, um zu helfen, die Teile zum Greifen durch den Manipulator (44) zu trennen und in eine einzige Schicht von Teilen zu orientieren, und dadurch, daß

die Bewegung der Teile aufgrund der Fördereinrichtung (18) mit einer höheren Geschwindigkeit als die Bewegung der Teile aufgrund der Vibrationsplatte (16) geschieht.

2. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einwirken auf das Teil

eine Einrichtung zum Anweisen des Manipulators (44), das Teil zu greifen, wenn das Teil in einer geeigneten Orientierung zum Greifen durch den Manipulator (44) ist, und

eine Einrichtung (26) zum Zurückbringen des Teils zu der Einrichtung (12) zum Liefern, wenn das Teil nicht in einer geeigneten Orientierung zum Greifen durch den Manipulator (44) ist, aufweist.

3. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Teile einer Vielzahl von Teilesorten zuführt und eine Vielzahl von Einrichtungen (12a, b, c...) zum Liefern der Teile aufweist, wobei jede der Einrichtungen (12a, b, c...) eine Vielzahl von Teilen einer anderen Sorte als die anderen Einrichtungen (12a, b, c...) zum Liefern liefern kann.

4. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 3, die desweiteren eine Einrichtung zum Indizieren einer selektierten Einrichtung der Einrichtung (12) zum Liefern in eine Entladestellung aufweist, in der sie die Teile zu der Vibrationsplatte (16) liefert.

5. Teilezuführvorrichtung auf Sichtbasis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Einrichtungen (12a, b, c) zum Liefern eine Vielzahl von beweglichen Teilevorratsbehältern aufweist.

6. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruchs, die desweiteren eine Einrichtung zum Einstellen der Amplitude und der Geschwindigkeit der Vibration der Vibrationsplatte (16) und der Stellung der Führungseinrichtung (20, 22) als Reaktion auf den Teilevorratsbehälter, der in der Entladestellung indiziert ist, aufweist.

7. Teilezuführvorrichtung auf Sichtbasis nach Anspruch 6, die desweiteren eine Einrichtung (26) benachbart der Führungseinrichtung (20, 22) zum Zurückbringen der Teile zu der Einrichtung zum Liefern aufweist, die nicht durch die Führungseinrichtung (20, 22) treten können.

8. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26) zum Zurückbringen ein Zurückbringförderband aufweist.

9. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (18) ein Förderband aufweist, und die Vibrationsplatte (16) eine unterbrochene Wand aufweist, die teilweise die Platte umgibt und die Teile am Herunterfallen von der Platte außer dort, wo die Wand unterbrochen ist, hindert, wobei der unterbrochene Abschnitt dem Förderband (18) benachbart ist.

10. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderband (18) selektiv auf eine Geschwindigkeit als Antwort auf den Teilevorratsbehälter in der Entladestellung gesetzt wird, wobei die Geschwindigkeit ausgewählt wird, um die Teile mit einer größeren Geschwindigkeit zu fördern, als die Geschwindigkeit, mit der sich die Teile auf der Vibrationsplatte (16) bewegen.

11. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (20, 22) mindestens eine programmierbare einstellbare Höhenführung (20) aufweist.

12. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (20, 22) desweiteren mindestens eine programmierbare einstellbare Seitenführung (22) aufweist.

13. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (36) zum Erhalten eines Bildes eine Kamera aufweist.

14. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (36) zum Erhalten eines Bildes eine Einrichtung (40) zum simultanen Erhalten einer Vielzahl von Ansichten des Teiles aufweist.

15. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bereitstellungsgebiet (34) desweiteren einen Spiegel (40) aufweist, der relativ zu der Einrichtung (36) zum Erhalten eines Bildes und des Förderbandes (18) derart angeordnet ist, daß die Einrichtung (36) zum Erhalten eines Bildes simultan eine erste Ansicht des Teiles in einem ersten Bildabschnitt und eine zweite Ansicht des Teiles durch den Spiegel (40) in einem zweiten Bildabschnitt aufnimmt.

16. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (18) ein durchsichtiges Förderband aufweist, und daß die Vorrichtung desweiteren eine Lichtquelleneinrichtung (38) aufweist, die unter dem Förderband (18) in dem Bereitstellungsgebiet (34) angeordnet ist, um die Teile in dem Bereitstellungsgebiet (34) bezüglich der Einrichtung (36) zum Erhalten eines Bildes im Gegenlicht zu beleuchten.

17. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (15) eine Fleckenanalyse an den Teilen in dem Bereitstellungsgebiet (34) durchführt, um die Position und Orientierung der Teile zu bestimmen.

18. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (15) die durch die Fleckenanalyse erhaltene Information mit einer gespeicherten Kennzeicheninformation vergleicht, um zu bestimmen, ob das Teil erkannt ist, und ob es in einer zum Greifen durch den Manipulator (44) geeigneten Orientierung ist.

19. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (15) eine Fleckenanalyse auf dem Bildabschnitt der ersten Ansicht durchführt, um die Position eines in Betracht kommenden Merkmals des Teils zu bestimmen, einen Ausschnitt des Bildabschnitts der zweiten Ansicht auswählt, der das in Betracht kommende Merkmal enthält, und eine Fleckenanalyse nur in dem ausgewählten Ausschnitt des Abschnitts der zweiten Ansicht durchführt.

20. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Indizieren der Einrichtung (12a, b, c...) zum Liefern, die Amplitude und die Geschwindigkeit der Vibration der Vibrationsplatte (16), die Stellung der Führungseinrichtung (20, 22) und die Geschwindigkeit des Förderbands (18) durch einen zentralen Prozessor (15) als Reaktion auf den Teilevorratsbehälter in der Entladestellung eingestellt werden.

21. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherte Kennzeicheninformation durch eine zentrale Prozessoreinheit (15) als Reaktion auf den Vorratsbehälter in der Entladestellung ausgewählt wird.

22. Teilezuführvorrichtung (10) auf Sichtbasis nach Anspruch 8, die eine Einrichtung aufweist, um den indizierten Vorratsbehälter, der in der Entladestellung indiziert ist, daran zu hindern, Teile zu der Vibrationsplatte (16) zu liefern, derart, daß Teile, die zu dem indizierten Vorratsbehälter zurückgebracht werden, aus der Vorrichtung herausgespült werden.