DE9117221U1 - Mosaikverlegevorrichtung und Datenerzeugungsvorrichtung für Mosaik-Daten - Google Patents

Mosaikverlegevorrichtung und Datenerzeugungsvorrichtung für Mosaik-Daten

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Description

Patentanwalt Ralf Seitz 1 Rudolf Kratzl G 91 17 221.7
Mosaikverlegevorrichtung und Datenerzeugungsvorrichtung für Mosaik-Daten
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mosaikverlegevorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Datenerzeugungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 21.
Ein Mosaik ist ganz allgemein gesagt eine Flächendekoration, deren bildähnliche Wirkung durch ein Zusammenstellen und Nebeneinanderanordnen verschiedenfarbiger kleinteiliger Einzelkörper, die auch als Mosaiksteine bezeichnet werden können, aus dauerhaftem Material, wie z.B. Stein, Keramik, Glasfluß, Ton, Kunststoff oder ähnlichem erreicht wird. Das Mosaik kann zur Gestaltung großer Flächen verwendet werden, wie z.B. auf Fußböden, Wänden, Decken oder Gewölben. Das Mosaik kann als Mosaikbild und zur Gestaltung kleiner Flächen eingesetzt werden. Die herkömmliche Technik zum Verlegen eines Mosaiks besteht darin, auf einer hergerichteten Bodenfläche ein feuchtes Mörtelbett, eine naße Putzschicht bzw. Plastilin o.a. aufzubringen und dann in den noch weichen Putz an Ort und Stelle aus Stein oder Glasfluß herausgeschlagene Würfel zu setzen. Die dabei entstehenden Fugen zwischen den einzelnen Mosaiksteinchen können mit Mörtel oder irgendeinem geeigneten anderen Material gefüllt werden.
Werden als Mosaiksteine Marmorsteine verwendet, ist zu beachten, daß die Oberflächen von Marmorsteinen nicht glasiert sind, was einem Verfugen des Mosaiks von oben entgegensteht, da die Fugenmasse auch auf der relativ rauhen Oberfläche der gesetzten Marmorsteine hängenbleibt und nur schlecht wieder zu entfernen ist. Um dies zu vermeiden wird deshalb hier das sog. Umkehrverfahren angewendet, bei dem die Mosaiksteine provisorisch in einen Setzteig z.B. Omya-Plastilin, Ton o.a.
Patentanwalt Ralf Seitz 2 Rudolf Kratzl G 91 17 221.7
gedrückt werden und zunächst mit einem Stofftuch auf der freiliegenden Oberfläche überleimt werden. Anschließend wird das Stofftuch zusammen mit den Mosaiksteinen gewendet, der Setzteig wird entfernt und das Mosaik wird rückseitig verfugt. Nach Abbinden der Fugenmasse wird das Stofftuch schließlich wieder abgelöst.
Das Verlegen eines Mosaiks in Handarbeit erfordert ein entsprechend hohes handwerkliches wie künstlerisches Können und Geschick und sehr viel Zeit, da die Mosaiksteinchen einzeln ausgesucht und bearbeitet werden müssen, um das Mosaik gegebenenfalls nach einer bildhaften Vorlage motivgetreu erzeugen zu können. Dies bedeutet aber auch, daß ein in Handarbeit hergestelltes Mosaik entsprechend teuer ist.
Die EP 0 193 994 Al beschreibt eine Vorrichtung zum Aufnehmen einer Anzahl von Objekten, wie z.B. Fliesen, die mit Versatz zueinander angeordnet sind. Die aufgenommenen Fliesen werden mittels der bekannten Vorrichtung zueinander ausgerichtet.
Die DE 3 0 07 839 Al beschreibt eine Vorrichtung zum Speichern und Weiterverarbeiten von Bildsignalen, wobei Vorlagen punktweise abgetastet werden, die aus der Abtastung gewonnenen Bildsignale gespeichert werden und anschließend zum Beispiel mittels einer Tintenspritz-AufZeichnungsvorrichtung oder nach einem elektrographisehen Verfahren Kopien der Vorlagen reproduziert werden.
Die DD-PS-1469 20 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zusammensetzen ornamentaler Teile, insbesondere von Fliesen, wobei farbige Leuchtfelder entsprechend einer vorgesehenen Musterkombination projiziert werden und Rastereinsätze zur Aufnahme der ornamentalen Teile gemäß dem projizierten Muster manuell zusammengestellt werden und schließlieh mit den ornamentalen Teilen aus Vorratsbehältern heraus
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belegt werden. Abschließend werden die Fliesen mit einer Papier- oder Gewebebahn als Unterlage verklebt.
Die US 3,308,226 beschreibt im wesentlichen ein Verfahren bzw. eine zugehörige Vorrichtung zur Herstellung eines Mosaiks. Dabei wird ein Bild, wie z.B. ein Gemälde, eine Photographie, ein Zeichen, von einer Abtasteinrichtung abgetastet, um für verschiedene Gebiete des Bildes farbreaktive Ausgangssignale zu erzeugen. Eine Reproduktionseinrichtung, die einen Elementspeicher, also einen Vorratsbehälter für Mosaiksteine, und eine Ausgabeeinrichtung aufweist, empfängt diese Ausgangssignale und gibt die festen, vorgeformten Elemente vom Elementspeicher auf ein Basisblatt in Übereinstimmung mit den Ausgangssignalen von der Abtasteinrichtung aus. Eine Bewegungssteuerungseinrichtung steuert die Bewegung der Abtasteinrichtung und verursacht auch, daß die Reproduktionseinrichtung in jedem Moment, also zeitsynchron, eine Position einnimmt, die der Position der Abtasteinrichtung relativ zu dem gerade abzutastenden Bild entspricht, um eine Mosaik-Reproduktion des Bildes zu erzeugen.
Die bekannte Vorrichtung ist nicht dazu in der Lage, kompliziertere Muster, wie z.B. Bögen bzw. Mosaikbögen, Kreise, Wellenformen oder ähnliches, vorlagegetreu in einem Mosaik zu reproduzieren, da nur eine Positionierung bei der Verlegung in x-Richtung und in y-Richtung möglich ist. Auch ist es mit der bekannten Vorrichtung nur möglich, eine Einheitsgröße und -form von Mosaiksteinen zu verlegen,
Aus der DE-OS-2 432 509 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines vorgefertigten Mosaiks bekannt, bei dem die Mosaiksteinchen aus Kugeln bestehen, die mittels eines wasserlöslichen Klebers auf einem bahnförmigen Trägermaterial bzw. einer entsprechenden Unterlage aufgeklebt
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sind, wobei das Trägermaterial netzartig aus Kunststoff bestehend ausgebildet sein kann. Mit diesem Verfahren läßt sich jedoch kein bildhaftes Mosaik herstellen sondern nur eine flächenhafte Musterung als Fliesenbelag.
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In der DE-OS-2 239 352 wird ein Verfahren zum Herstellen von Mosaikbildern beschrieben, bei dem in einer Preßform jeweils gleiche Bildeinheiten hergestellt werden die nach dem Preßvorgang durch Verschieben und/oder Umsetzen der Bildeinheiten bzw. einzelner Plättchen zum endgültigen Mosaikbild zusammengestellt werden, welches dann als Ganzes glasiert, gebrannt und anschließend in bekannter Weise zum Zusammenhalten mit einem Träger versehen wird. Das bekannte Verfahren ist demnach nur geeignet, relativ monotone und einfach geometrisch konfigurierte Mosaike herzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mosaikverlegevorrichtung bzw. eine Datenerzeugungsvorrichtung für Mosaik-Daten einer Vorlage anzugeben, um das Reproduzieren bzw. das Verlegen eines Mosaiks nach einer Vorlage kostengünstig durchführen und ein möglichst vorlagegetreues Mosaik herstellen zu können.
Diese Aufgabe wird durch die Mosaikverlegevorrichtung nach Anspruch 1 bzw., durch die Datenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 21 gelöst Die erfindungsgemäße Vorrichtung geht demnach von einer Vorlage aus, die z.B. ein bereits verlegtes Mosaik aus der Antike als Ursprungsmosaik bzw. als Originalmosaik oder eine Bildvorlage wie z.B. ein Foto sein kann. Die Bildvorlage kann mit einem manuell erzeugten Linienraster und/oder Bogenraster versehen sein, wie es bei der handwerklichen Herstellung eines Mosaiks nach Bildvorlage üblich ist. Als Vorlage kann aber auch ein mittels Computer entworfenes Bild dienen. Im wesentlichen werden Daten gemäß der Vorlage erzeugt, die die Vorlage kennzeichnen und zur
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Steuerung des Verlegene des Mosaiks auf einer Unterlage eingesetzt werden.
Bei z.B. einem Originalmosaik als Vorlage, das eine eben verlaufende oder auch räumlich verlaufende Oberfläche haben kann, wird dieses durch die Datenerzeugungsvorrichtung zuerst abgetastet, um Abtastdaten zu erhalten, die danach in Daten umgesetzt werden, die die Vorlage kennzeichnen und in geeigneter Weise für die Verlegung eines Mosaiks durch die erfindungsgemäße Verlegevorrichtung aufbereitet sind. Die Abtastung kann z.B. optoelektrisch oder magnetoelektrisch durchgeführt werden.
Ein System zum Reproduzieren einer Vorlage als Mosaik besteht im wesentlichen aus einer Datener&zgr;eugungsvorrichtung, die die Vorlage mit einer Abtasteinrichtung abtastet und auf der Basis der Abtastdaten die oben genannten Daten erzeugt, und einer Mosaikverlegevorrichtung, die im wesentlichen automatisch ein Mosaik auf der vorgesehenen Unterlage am Verlegeort z.B. in der Fabrik, wenn das Mosaik vorgefertigt werden soll, verlegt, wobei die Verlegevorrichtung in ihren Arbeitsabläufen und Bewegungen auf Basis der erzeugten Daten gesteuert wird.
Die erfindungsgemäße Mosaikverlegevorrichtung hat den wesentlichen Vorteil, daß auch komplizierte bildhafte Mosaike kostengünstig verlegt werden können, da der Verlegevorgang auf Basis der vorher erzeugten Vorlagedaten automatisch abläuft.
Eine einmal abgetastete Vorlage kann beliebig oft verlegeortunabhängig in ein Mosaik umgesetzt werden, da die für die Vorlage einmalig erzeugten Daten dauerhaft abgespeichert werden können und zum Verlegen immer wieder verwendet werden 5 können.
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Die automatische Mosaikverlegevorrichtung bzw. Mosaiksteineverlegevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist mehrere Vorratsbehälter bzw. Fächer oder einen Vorratsbehälter mit mehreren Fächern auf, in denen Plättchen bzw. Würfel oder auch kugelförmiges Mosaiksteinmaterial nach Größe und/oder Farbe und/oder Form einsortiert sind. Die Vorratsbehälter können auch als jeweils einzelne Magazine ausgebildet sein. Mittels eines Verlegemechanismuses bzw. einer Verlegeeinrichtung, wie z.B. eines Verlegeportals, werden die einzelnen Mosaiksteine aus den Vorratsbehältern entnommen und von der Verlegeeinrichtung auf einer zugewiesenen Stelle der Unterlage abgelegt. Der Entnahmevorgang und der Ablegevorgang für die einzelnen Mosaiksteinchen, die beide von dem Verlegemechanismus durchgeführt werden, werden mittels einer elektromechanischen Steuerung bzw. Steuereinrichtung gesteuert.
Die Steuereinrichtung verwendet hierzu die Mosaik-Daten bzw. Software, die in einem Speicher der Steuereinrichtung mit entsprechender Speicherkapazität abgespeichert sind. Die Mosaik-Daten stellen Informationen dar, die durch Abtasten eines bereits vorhandenen Mosaiks erzeugt worden sind und deshalb im allgemeinsten Fall Informationen über die Farbe bzw. den Farbton oder die Färbung, die Größe der geometrischen Plättchen aber auch über die Fugen zwischen den einzelnen Mosaiksteinchen des abgetasteten Ursprungsmosaiks enthalten. Außerdem sind in den Mosaik-Daten Informationen über die Lage der einzelnen Mosaikbestandteile im Ursprungsmosaik enthalten.
Diese vor dem eigentlichen verlegen des Mosaiks ermittelten und festgehaltenen Mosaik-Daten sind in der Steuereinrichtung der automatischen Mosaikverlegevorrichtung abgespeichert (Mosaik-Daten-Speicher) und werden von der Steuereinrichtung
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zur Koordination der Auswahl der Mosaiksteine aus den diversen Vorratsbehältern und zur Positionierbewegung für die Ablage der jeweiligen Mosaiksteine durch die Verlegeeinrichtung verwendet. Jeder Mosaikstein wird gemäß den Dateninformationen auf einem vorher exakt definierten Platz bzw. einer exakt definierten Stelle der Unterlage, auf der das Mosaik verlegt werden soll, zur Bildung eines Mosaiks abgelegt.
Die Unterlage kann z.B. ein Mörtelbett oder Omya-Plastilin oder Setzteig o.a. aufweisen, in das die einzelnen Mosaikwurfel von der Verlegeeinrichtung gesetzt werden. Als Unterlage kommt aber auch eine naße Putzschicht, eine vorfabrizierte Platte oder ein Netz in Betracht. Auf das Netz als Unterlage können die einzelnen Mosaiksteine oder Plättchen aufgeklebt werden.
Die Unterlage, auf der das Mosaik verlegt werden soll, wird bevorzugterweise in ein X/Y-Koordinatensystem von der 0 Steuereinrichtung definiert, um ein exakt definiertes Ablegen der einzelnen Mosaiksteine gemäß den abgespeicherten Daten und den Abmessungen und Eigenschaften der vorhandenen Unterlage zu ermöglichen.
Die Verlegeeinrichtung besteht bevorzugterweise aus einer Zuführung bzw. Leitung, die die einzelnen Mosaiksteine einem Verlegearm zuführt, welcher dann die einzelnen Mosaiksteine unter der Steuerung der Steuereinrichtung auf der Unterlage auf einem vorher durch das definierte X/Y-Koordinatensystem exakt definierten Platz ablegt. Die Zuführeinrichtung kann wie eine Rohrpostleitung funktionieren. Am Ende des Verlegearms kann ein Trichter angeordnet sein, der dafür sorgt, daß immer nur einer der zugeführten Mosaiksteine auf der Unterlage abgelegt wird.
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Die Verlegeeinrichtung kann als Verlegeportal konstruiert sein, um ein Setzen von relativ einfachen geometrischen Mustern und Flächen zeitsparend zu ermöglichen. Dabei können z.B. mehrere Verlegetrichter nebeneinander angeordnet sein, um entsprechend mehrere Mosaiksteine gleichzeitig setzen zu können.
Die erfindungsgemäße Verlegemaschine kann ein Werkzeug bzw. eine Werkzeugeinrichtung und Bearbeitungseinrichtung aufweisen, die dafür vorgesehen ist, Mosaiksteine oder Plättchen mit einer Standardgröße auf die erforderliche Größe zu bringen. Die Werkzeugeinrichtung kann hierfür z.B. einen Fräser, eine Stanze, eine Zange, einen Laser oder ähnliche Werkzeuge zur automatischen bzw. computergesteuerten Bearbeitung des Materials, das verlegt werden soll, aufweisen.
Bei einer relativ einfachen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, sind nur schwarze und weiße Mosaiksteine entsprechender Größen in den Vorratsbehältern vorgesehen, um ein schwarz/weiß gehaltenes Mosaik zu erzeugen.
Die Mosaik-Ddaten in der Steuereinrichtung beruhen auf der z.B. optischen Abtastung eines bereits bestehenden Mosaiks, das als Ursprungsmosaik bezeichnet wird, oder auf der Abtastung eines Mosaikphotos oder eines gezeichneten Mosaiks als Abbildung des Mosaiks als Vorlage. Das Ursprungsmosaik bzw. die Photovorlage kann z.B. manuell mittels eines Scanners abgetastet werden, um über ein entsprechendes Computersoftwareprogramm Mosaik-Daten zu erhalten, die Informationen über die Größe und Form der Mosaiksteine, z.B. darüber, ob die Mosaiksteine dreieckig, rechteckig oder kreisförmig sind, und die Koordinatenlage der jeweiligen Mosaiksteine innerhalb des Ursprungsmosaiks enthalten. Auch eine Photozelle bzw. eine Computermaus oder ähnliche Detektoren können zum Abtasten des Ursprungsmosaiks verwendet
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werden. Die Mosaik-Daten bezüglich Größe und Form der Mosaiksteine aber auch der Koordinatenlage der Mosaiksteine werden in der Steuereinrichtung der Mosaikverlegevorrichtung abgespeichert. Mit Hilfe dieser Mosaik-Daten kann die Steuereinrichtung einen Roboter als Verlegeeinrichtung steuern, der mittels Verlegearm ein den Mosaik-Daten entsprechendes reproduziertes Mosaik an einer vorgesehenen Stelle verlegt.
Die Reproduktion des Ursprungsmosaiks kann im Maßstab 1:1 vorgenommen werden. Aber auch eine vergrößerte bzw. verkleinerte Reproduktion des Ursprungsmosaiks oder des Ursprungsmosaikbilds ist mit Hilfe einer entsprechenden Software in der Steuereinrichtung möglich.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können vorzugsweise in einem Verfahren zum Reproduzieren einer Vorlage oder eines Ursprungsmosaiks oder einer Abbildung des Ursprungsmosaiks als Mosaik, das aus vielen zueinander benachbart angeordneten Mosaiksteinen auf einer Unterlage an einem Verlegeort zusammengesetzt wird, verwendet werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
die Vorlage oder das Ursprungsmosaik oder die Abbildung des Ursprungsmosaiks wird mittels einer Abtasteinrichtung an einem Abtastort abgetastet, um Abtastsignale zu erzeugen, aus den Abtastsignalen werden Mosaik-Daten erzeugt, die Informationen über die Lage, Farbe, Größe und Form einzelner Bereiche der Vorlage oder des Ursprungsmosaiks oder der Abbildung des Ursprungsmosaiks und über Abstände zwischen den einzelnen Bereichen enthalten, wobei die Oberflächen der einzelnen Mosaiksteine des Ursprungsmosaiks oder die Oberflächen der in der Abbildung des Ursprungsmosaiks gezeigten Mosaiksteine die Bereiche definieren,
die erzeugten Mosaik-Daten werden in einem Datenspeicher nicht-flüchtig abgespeichert,
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vor dem Verlegen des Mosaiks am Verlegeort werden Eingabedaten erzeugt, die die Unterlage nach ihren Abmessungen und ihrer Lage kennzeichnen,
aus den aus dem Datenspeicher ausgelesenen Mosaik-Daten und den Eingabedaten werden Verlegedaten ermittelt, die zur Steuerung der automatischen Verlegung der einzelnen Mosaiksteine auf der Unterlage zum Erzeugen des Mosaiks am Verlegeort verwendet werden.
Die Verlegedaten können dabei in Auswahldaten und Positionierdaten unterteilt werden, wobei die Auswahldaten angeben, welcher Mosaikstein verlegt werden soll, und die Positionierdaten angeben, wo der ausgewählte Mosaikstein auf der Unterlage abgelegt werden soll.
Schrittweise wird immer nur ein aus einer Vielzahl von Mosaiksteinen bestehendes Teilmosaik des Mosaiks verlegt Mehrere Mosaiksteine können gleichzeitig auf der Unterlage abgelegt werden. Die Mosaik-Daten können am Abtastort des Ursprungsmosaiks auf ein Zwischenspeichermedium (Platte) als Datenspeicher übertragen werden. Die Mosaik-Daten vom Zwischenspeichermedium können an dem Verlegeort des Mosaiks verwendet werden, um dort zusammen mit den Eingabedaten die Verlegedaten zur Steuerung der Verlegung des Mosaiks zu erzeugen.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können mit Vorteil auch in einem System zum Reproduzieren einer Vorlage oder eines Ursprungsmosaiks oder einer Abbildung des Ursprungsmosaiks als Mosaik an einem Verlegeort, das aus vielen zueinander benachbarten, auf einer Unterlage angeordneten Mosaiksteinen besteht, verwendet werden, das aufweist:
eine Mosaik-Daten-Erzeugungseinrichtung mit einer Abtasteinrichtung zum Abtasten der Vorlage oder des Ursprungsmosaiks oder der Abbildung des Ursprungsmosaiks an einem Abtastort,
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um Abtastsignale zu erzeugen, einer Videoprozessoreinrichtung, die aus den Abtastsignalen von der Abtasteinrichtung Mosaik-Daten erzeugt, die Informationen über die Lage, die Farbe, die Größe und die Form einzelner Bereiche der Vorlage oder des Ursprungsmosaiks oder der Abbildung des Ursprungsmosaiks und über Abstände zwischen den einzelnen Bereichen enthalten, wobei die Bereiche durch die freiliegenden Oberflächen der einzelnen Mosaiksteine des Ursprungsmosaiks oder der einzelnen auf der Abbildung des Ursprungsmosaiks gezeigten Oberflächen der Mosaiksteine gegeben sind, und einem Datenspeicher, der zum nichtflüchtigen und auslesbaren Speichern der erzeugten Mosaik-Daten vorgesehen ist, und
eine Mosaikverlegevorrichtung, die die einzelnen Mosaiksteine auf der Basis der von der Mosaik-Daten-Erzeugungseinrichtung ermittelten Mosaik-Daten auf der Unterlage zu einem Mosaik verlegt und die mehrere Vorratsbehälter zur Aufnahme unterschiedlicher nach Farbe und/oder Größe und/oder Form sortierter Mosaiksteine, eine Steuereinrichtung zum Steuern 0 der Verlegung der Mosaiksteine auf der Unterlage mit einem Mosaik-Daten-Speicher zum Speichern der von der Mosaik-Daten-Erzeugungsvorrichtung erzeugten Mosaik-Daten, einer Eingabeeinrichtung zum Eingeben von Eingabedaten, die die Unterlage nach ihren Abmessungen und ihrer Lage und/oder das zu verlegende Mosaikmaterial spezifizieren, einer Steuerprozessoreinheit, die aus den Mosaik-Daten vom Mosaik-Daten-Speicher und den Eingabedaten von der Eigabeeinrichtung Verlegedaten ermittelt, die spezifizieren, welcher Mosaikstein aus den Vorratsbehältern und wo der Mosaikstein auf der Unterlage zu verlegen ist, und eine automatische Verlegeeinrichtung, die auf der Basis der von der Steuereinrichtung zugeführten Verlegedaten die Mosaiksteine von den Vorratsbehältern übernimmt und auf der Unterlage ablegt.
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Die von der Mosaik-Daten-Erzeugungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugten Mosaik-Daten können in einem Zwischenspeicher abgespeichert sein, der unabhängig von der Mosaik-Daten-Erzeugungseinrichtung und der erfindungsgemäßen Mosaikverlegevorrichtung ist. Ein Werkzeug kann vorgesehen sein, das die Mosaiksteine auf eine durch die von der Steuereinrichtung erzeugten Daten vorgegebene Größe und/oder Form bearbeitet. Die Mosaiksteine können nur nach der Farbe in den Vorratsbehältern sortiert sein und eine Standardgröße aufweisen. Ein Vorratsbehälter für schwarze Mosaiksteine und ein Vorratsbehälter für weiße Mosaiksteine können vorhanden sein.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind den Unteransprüchen 2 bis 2 0 bzw. 22 bis 23 zu entnehmen.
Weitere Vorteile, Anwendungsmöglichkeiten und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen :
Figur 1 eine schematisch, nicht maßstabsgetreue Mosaikverlegevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ohne Steuereinrichtung beim Verlegen auf einer Unterlage;
Figur 2 eine Draufsicht auf die Unterlage der Figur 1;
Figur 3 ein Ursprungsmosaik; und
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Figur 4 ein Blockdiagramm eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zum Reproduzieren eines Ursprungsmosaiks.
In der Figur 4 ist ein System dargestellt, das zum Reproduzieren und Verlegen eines Mosaiks eingesetzt wird und
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im wesentlichen aus einer Mosaik-Daten-Erzeugungseinrichtung 17 und einer Mosaikverlegevorrichtung 1 besteht, die normalerweise an unterschiedlichen Orten zum Einsatz kommen. Die Mosaikverlegevorrichtung 1 wird an dem Arbeitsort eingesetzt, wo ein Mosaik verlegt werden soll. Die Mosaik-Daten-Erzeugungseinrichtung 17 wird dagegen an dem Ort eingesetzt, wo bereits ein Mosaik vorhanden ist, das nachfolgend als Ursprungsmosaik bezeichnet wird, um dieses abzutasten.
Die Mosaik-Daten-Erzeugungseinrichtung 17 weist im wesentlichen eine Abtasteinrichtung 14, eine Videoprozessoreinrichtung 15, einen Datenspeicher 16, der mit der Videoprozessoreinrichtung 15 in Verbindung steht, und eine Eingabeeinheit 18 auf.
Als Abtasteinrichtung 14 wird ein optischer Scanner eingesetzt, der z.B. manuell über die Oberfläche des Ursprungsmosaiks oder über eine Fotovorlage eines bereits bestehenden Mosaiks geführt wird, um das Ursprungsmosaik 6 optisch abzutasten. Statt eines Scanners kann auch eine Videokamera eingesetzt werden. Die Abtasteinrichtung 14 erzeugt bei der Abtastung des Ursprungsmosaiks &bgr; ein Abtastsignal, das die Chrominanz (Farbe) und Luminanz (Helligkeit) der Mosaik-Oberfläche wiedergibt, wenn das Ursprungsmosaik 6 farbig reproduziert werden soll, oder nur die Luminanz wiedergibt, wenn eine Schwarz/Weiß-Reproduktion erstellt werden soll, und führt das Abtastsignal der Videoprozessoreinrichtung 15 zu.
Die Eingabeeinheit 18 ist als Tastatur ausgelegt, und ermöglicht optional dem Benutzer die Definition eines zweidimensionalen (x,y) oder auch räumlichen (x,y,z) Koordinatensystems, z.B. dessen Ursprung, bezüglich der Lage des Ursprungsmosaiks und seiner Abmessungen und eine direkte Kommunikation mit dem Videoprozessor.
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Die Videoprozessoreinrichtung 15 ist als programmiertes Computersystem aufgebaut, also mit einem Arbeitsspeicher, einem Videoprozessor, schnellen Recheneinheiten, einem internen Bus und einer entsprechenden Anzahl von Schnittstellen, um mit der Abtasteinrichtung 14, dem Massenspeicher als Datenspeicher 16 und der Eingabeeinheit 18 kommunizieren zu können. Die Videoprozessoreinrichtung 15 kann auch mit einem Display versehen sein, um zusammen mit der Eingabeeinheit 18 eine Kommunikation mit dem Benutzer der Anlage und um insbesondere eine zusätzliche Bearbeitung der Mosaik-Daten durch den Benutzer zu ermöglichen. Der genauere interne Aufbau eines Videoprozessorsystems ist allgemein bekannt und braucht deshalb hier nicht weiter beschrieben zu werden.
Die Videoprozessoreinrichtung 15 verarbeitet das Abtastsignal von der Abtasteinrichtung 14 und Daten der Eingabeeinheit 18, wenn solche gegeben sind, zu Mosaik-Daten, die Informationen über die Lage, die Farbe, die Größe und Form der einzelnen Mosaiksteinoberflächen des Ursprungsmosaiks 6 als Vorlage und die Informationen über die Fugen oder Zwischenräume und Abstände zwischen den einzelnen Mosaiksteinen des Ursprungsmosaiks 6 enthalten.
Die erzeugten Daten werden von der Videoprozessoreinrichtung 15 in dem Datenspeicher 16 nicht-flüchtig abgespeichert. Als Datenspeicher 16 kann z.B. eine Harddisk oder eine ähnliche Massenspeichereinrichtung verwendet werden, die die anfallenden Datenmengen speichern kann.
Die automatische Mosaikverlegevorrichtung 1 weist im wesentlichen eine Steuereinrichtung 9, eine Verlegeeinrichtung 11 und mehrere Vorratsbehälter 2 auf, die jeweils eine Sorte von Mosaiksteinen enthalten.
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Patentanwalt Ralf Seitz 15 Rudolf Kratzl G 91 17 221.7
Die Steuereinrichtung 9 umfaßt eine Steuerprozessoreinheit 92, einen Ursprungsdatenspeicher 94, der als Massenspeicher mit der Steuerprozessoreinheit 92 gekoppelt ist, einen Verlegedatenspeicher 95 zum Speichern von Verlegedaten, einen Eingabedatenspeicher 96 zum Speichern von Eingabedaten und eine Eingabeeinrichtung 91, über die der Benutzer der Mosaikverlegevorrichtung 1 verschiedene Eingabedaten der Steuereinrichtung 9 zuführen und mitteilen kann. Die Einrichtungen 94, 95 und 96 sind über einen Systembus 93 mit der Steuerprozessoreinheit 92 gekoppelt.
Der Ursprungsdatenspeicher 94 entspricht vom Aufbau her dem Datenspeicher 16 der Datenerzeugungsvorrichtung 17 oder ist zumindest mit diesem voll kompatibel. Der Ursprungsdatenspeicher 94 wird mit den von der Datenerzeugungsvorrichtung 17 erzeugten Daten geladen. Hierzu kann z.B. eine wechselbare Platte verwendet werden, die dem Datenspeicher 16 nach Speicherung der Daten auf der Platte entnommen wird und dann zum Aufstellungsort der Mosaikverlegevorrichtung 1 transportiert wird, um anschließend zum Laden des Ursprungsdatenspeichers 94 in diesen eingeschoben zu werden. Die Daten des Datenspeichers 16 können aber z.B. auch über eine Fernühertragungseinrichtung in den Ursprungsdatenspeieher 94 geladen werden. Die Daten im Ursprungsdatenspeicher 94 sind jeweils dem Ursprungsmosaik zugeordnet, das am Aufstellungs- oder Arbeitsort der Mosaikverlegevorrichtung 1 reproduziert werden soll.
Normalerweise werden die Daten des Datenspeichers 16 auf ein Zwischenspeichermedium (nicht gezeigt) übertragen, das dann in einem Archiv untergebracht wird, bis eine Verwendung der Daten, d.h., ein Verlegen des zugeordneten Mosaiks durchgeführt werden soll. Hierzu wird dann das jeweilige Zwischenspeichermedium (Platte) aus dem Archiv entnommen und
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in den Mosaik-Daten-Speicher der Mosaikverlegevorrichtung 1 geladen.
Die Eingabeeinrichtung 91 dient dazu, der Steuerprozessoreinheit 92 wichtige Informationen und Parameter mitzuteilen, die für die Verlegung erforderlich sind. Zu diesen Informationen gehört z.B. die Art des zu verlegenden Mosaikmaterials, die Anzahl der verschiedenen nach Farbe, Größe und Form sortierten Mosaiksteine, wo welche Mosaiksteine in welchem Vorratsbehälter oder Fach untergebracht sind, und die Definition der Unterlagen auf der das Mosaik verlegt werden soll, und insbesondere Koordinaten zur Definition eines Koordinatensystems bezüglich der Unterlage, um eine exakte Verlegung der einzelnen Steine zu ermöglichen. Als Eingabeeinrichtung 91 kann eine gebräuchliche Tastatur verwendet werden, die mit der Steuerprozessoreinheit 92 verbunden ist.
Die programmierte Steuerprozessoreinheit 92 umfaßt im wesentliehen eine CPU, einen Arbeitsspeicher, einen internen Bus und Schnittstellen für die Peripherie und entspricht demnach einem herkömmlichen Prozessorsystem.
Auf der Basis der Daten im Mosaik-Daten-Speicher 94 und der Eingabedaten im Eingabedatenspeicher 96 erzeugt die Steuerprozessoreinheit 92 Verlegedaten, die sie im Verlegedatenspeicher 95 abspeichert. Die Verlegedaten bestehen aus Auswahldaten, die Informationen darüber enthalten, welcher von den Mosaiksteinen verlegt werden soll und in welchem Vorratsbehälter dieser Mosaikstein zu finden ist, und aus Positionierdaten, die den jeweiligen Auswahldaten zugeordnet sind und angeben, wo der jeweilige Mosaikstein auf der Unterlage von der Verlegeeinrichtung 11 abgelegt werden muß, um insgesamt ein nach dem Ursprungsmosaik motivgetreues Mosaik auf der vorgesehenen Unterlage 7 zu erzeugen.
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Als Verlegeeinrichtung 11 wird ein Roboter eingesetzt, der im wesentlichen einen Roboterarm 13 und eine Antriebseinrichtung 12 aufweist, die die Bewegung des Roboterarms 13 räumlich steuert. Am freien Ende des Roboterarms 13 ist eine Greifzange (nicht gezeigt) oder Tasthand angebracht, die geeignet ist Mosaiksteine zu ergreifen, zu halten und abzulegen. Die Tasthand weist zumindest zwei gegenüberliegende pinzettenförmig ausgebildete Ausläufer auf, zwischen denen der einzelne Mosaikstein 5 in der Tasthand gehalten wird. Die Ausläufer haben eine geringe Dicke, sind also blattförmig, um ein Verlegen der Mosaiksteine mit schmalen Fugen, z.B. mit 0,1 mm Breite, zwischen den Mosaiksteinen zu ermöglichen. Ansonsten kann ein herkömmlicher Roboter mit Arm und Hand samt bekannter computergesteuerter Antriebseinrichtung und Sensorik zum Manipulieren beliebiger Gegenstände verwendet werden. Die Tasthand kann auch drehbar sein.
Zum Verlegen eines Mosaiksteins auf der Unterlage 7 führt die Steuerprozessoreinheit 92 der Antriebseinrichtung 12 des Roboters entsprechende Auswahldaten zu, die einen bestimmten Mosaikstein kennzeichnen und der Antriebseinrichtung 12 mitteilen, in welchem Vorratsbehälter 2 der Mosaikstein 5 zu finden ist. Die Antriebseinrichtung 12 setzt die empfangenen Auswahldaten in einen Bewegungsablauf des Roboterarms 13 um, d.h., der Roboterarm 13 bewegt die Greifzange zum spezifizierten Vorratsbehälter 2, die Greifzange entnimmt aus dem Vorratsbehälter 2 einen Mosaikstein und der Roboterarm 13 kehrt schließlich in seine Ausgangslage zurück. Anschließend erhält die Antriebseinrichtung 12 von der Steuerprozessoreinheit 92 über den Systembus 93 die zugehörigen Positionierdaten, worauf die Antriebseinrichtung 12 auf der Basis der Positionierdaten einen weiteren Bewegungsablauf des Roboterarms 13 auslöst und steuert, um die Greifzange in der spezifizierten Position zum Ablegen des Mosaiksteins auf der
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präparierten Unterlage 7 koordinatenrichtig anzuordnen. Durch eine programmierte Freigabebewegung der Greifzange wird der Mosaikstein 5 dann auf der Unterlage 7 in der vorgesehenen Position abgelegt. Der Roboterarm 13 kehrt dann in seine Ausgangsposition zurück. Dieser Vorgang wird Mosaikstein für Mosaikstein solange wiederholt, bis die Verlegung des Mosaiks, also die Reproduktion des Ursprungsmosaiks 6, abgeschlossen ist.
Bei stationärem Roboter entspricht der Aktionsradius für die Verlegung der Reichweite des Roboterarms 13. Der Aktionsradius kann aber beliebig erweitert werden, indem der Roboter zusätzlich z.B. schienengebunden bewegt wird. Damit können auch große Mosaike verlegt werden.
Mit dem Roboter ist zudem ein sehr genaues auch räumliches Verlegen von Mosaiksteinen möglich, da ja bekanntlich eine sehr genaue Bewegungssteuerung des Roboters erreicht werden kann.
Außerdem können durch den Einsatz einer sensorischen Tasthand Mosaiksteine 5 unterschiedlicher Größe und Form ergriffen und verlegt werden.
Der Roboter ermöglicht durch die räumliche Bewegung des Arms bzw. der Tasthand auch ein winkelabhängiges Setzen der einzelnen Mosaiksteine 5 auf der Unterlage 7 und/oder ein unterschiedlich tiefes Eindrücken der Mosaiksteine 5 in die Unterlage 7, um entsprechende Reflexionswirkungen des verlegten Mosaiks zu ermöglichen.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mosaikverlegevorrichtung ist in den Figuren 1 und 2 gezeigt.
Die Mosaikverlegevorrichtung dieser Ausführungsform weist bis auf den Aufbau der Verlegeeinrichtung 11 den gleichen Aufbau
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und Funktion wie die zuvor beschriebene Ausführungsform auf. Statt eines Roboters als Verlegeeinrichtung wird jedoch hier ein Verlegearm 4 zur Ablage eines Mosaiksteins 5 auf der Unterlage 7 verwendet, die ein Mörtelbett 8 zum Aufnehmen der Mosaiksteine 5 aufweist. Die unterschiedlichen Mosaiksteine sind in jeweils eigenen Vorratsbehältern 2 (Fig. 1) untergebracht und werden über eine Förderleitung 3, die zwischen den Vorratsbehältern 2 und dem trichterförmig zulaufenden Verlegearm 4 zur Beförderung der einzelnen Mosaiksteine angeordnet ist, von dem Vorratsbehältern 2 zu dem Verlegearm 4 transportiert, an dessen Ende ein drehbarer bzw. neigbarer Verlegetrichter zur Abgabe einzelner Mosaiksteine angebracht ist. Die Beförderung der einzelnen Mosaiksteine in der Förderleitung 3 (ein Mosaikstein ist in der Fig. 1 in der Förderleitung zu sehen) funktioniert nach dem Rohrpostprinzip. Der Verlegearm 4 samt Förderleitung 3 ist mittels einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung auch drehbar bewegbar. Zur Entnahme der jeweiligen Mosaiksteine werden die Vorratsbehälter und die Förderleitung relativ zueinander bewegt. Die Steuerung der Verlegeeinrichtung nach Figur 1 wird auf ähnliche Weise wie bei der obenstehenden Verlegeeinrichtung mit Roboter durchgeführt, so daß auf diese verwiesen werden kann.
In der Figur 2 ist die Unterlage 7 nach Figur 1 in der Aufsicht gezeigt, wobei ein (x,y,&zgr;)-Koordinatensystem zur Verdeutlichung der Definition der Unterlage 7 eingezeichnet ist. Mit dem Bezugszeichen 8.1 sind mehrere Teilbereiche der Unterlage bezeichnet, denen jeweils eine Teilmaske des zu reproduzierenden Mosaiks zugeordnet ist. Die Verlegung des Mosaiks kann auch schrittweise Teilmaske für Teilmaske durchgeführt werden, wenn z.B. die Speicherkapazität des Mosaik-Daten-Speichers 94 für die Speicherung der gesamten Daten des Ursprungsmosaiks 6 (Figur 3) nicht ausreicht oder
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der Vorrat an Mosaiksteinen in den Vorratsspeichern 2 nur zum Verlegen einer Teilmaske des Mosaiks reicht.
Unter "Mosaik" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist z.B. auch ein Kopfsteinpflastermosaik oder ein Mosaik aus Kieselsteinen zu verstehen, wobei entsprechend große Steine, z.B. faustgroße Steine, verlegt werden. Die Mosaikverlegevorrichtung muß dann entsprechend stabil und robust konstruiert und dimensioniert sein, um ein automatisches Verlegen auch größerer Steine zu ermöglichen.

Claims (23)

• · ■ * Patentanwalt Ralf Seitz 21 Rudolf Kratzl G 91 17 221.7 Ansprüche
1. Mosaikverlegevorrichtung zum automatischen Verlegen eines Mosaiks, das aus vielen zueinander benachbart angeordneten Mosaiksteinen besteht, auf einer Unterlage (7) , gekennzeichnet durch
mehrere Vorratsbehälter (2) zur Aufnahme unterschiedlicher nach Farbe und/oder Größe und/oder Form sortierter Mosaiksteine,
eine Verlegeeinrichtung (11) , die die Mosaiksteine den Vorratsbehältern (2) entnimmt und auf der Unterlage (7) ablegt, und
eine Steuereinrichtung (9) , in der Daten zum mosaik-steinchenweisen Reproduzieren einer vorher abgetasteten Vorlage gespeichert sind und die die Entnahme der Mosaiksteine aus den Vorratsbehältern (2) und das Verlegen der einzelnen Mosaiksteine auf der Unterlage (7) durch die Verlegeeinrichtung (11) gemäß den abgespeicherten Daten steuert.
2. Mosaikverlegevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlegeeinrichtung (11) einen Verlegearm (4) zum Verlegen der Mosaiksteine und eine Förderleitung (3) zum Befördern der Mosaiksteine von den jeweiligen Vorratsbehältern (2) aus zu dem Verlegearm (4) aufweist.
3. Mosaikverlegevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (9) das Ablegen der Mosaiksteine durch die Verlegeeinrichtung (11) gemäß X/Y-Koordinaten einer definierten X/Y-Ebene bezüglich der Unterlage (7) auf Basis der abgespeicherten Daten steuert.
4. Mosaikverlegevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Steuereinrichtung (9)
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abgespeicherten Daten einer Teilmaske des gesamten zu verlegenden Mosaiks entsprechen.
5. Mosaikverlegevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Werkzeug, das die Mosaiksteine auf eine durch die in der Steuereinrichtung (9) abgespeicherten Daten vorgegebene Größe und/oder Form bearbeitet.
6. Mosaikverlegevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mosaiksteine nur nach der Farbe in den Vorratsbehältern (2) sortiert sind und eine Standardgröße aufweisen.
7. Mosaikverlegevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Steuereinrichtung (9) abgespeicherten Daten Informationen über die Farbe, Größe, Form und Koordinatenlage der Mosaiksteine eines vorher abgetasteten Ursprungsmosaiks (6) als Vorlage enthalten.
8. Mosaikverlegevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorratsbehälter (2) für schwarze und ein Vorratsbehälter für weiße Mosaiksteine vorhanden ist.
9. Mosaikverlegevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (9) einen Ursprungsdatenspeicher (94) hat, in dem die erzeugten Daten abgespeichert sind.
10. Mosaikverlegevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (9) eine Eingabeeinrichtung (91) zum Eingeben von Eingabedaten hat, die die Unterlage {7) nach ihren Abmessungen und ihrer Lage und/oder das zu verlegende Mosaikmaterial spezifizieren.
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11. Mosaikverlegevorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch
10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (9) aus den Daten im Ursprungsdatenspeicher (94) und den Eingabedaten Verlegedaten ermittelt und diese Verlegedaten in einem Verlegedatenspeicher (95) abspeichert, wobei die Verlegedaten spezifizieren, welcher Mosaikstein aus den Vorratsbehältern (2) zu verlegen ist und wo auf der Unterlage (7) dieser Mosaikstein verlegt werden soll.
12. Mosaikverlegevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
11, dadurch gekennzeichnet daß die Verlegeeinrichtung (11) ein Roboter ist.
13. Mosaikverlegevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboter einen Roboterarm (13) und eine Antriebseinrichtung (12} hat, die den Roboterarm (13) auf der Basis der von der Steuereinrichtung (9) zugeführten Verlegedaten bewegt.
14. Mosaikverlegevorrichtung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboterarm (13) an seinem freien Ende eine Greifeinrichtung zum Entnehmen eines Mosaiksteins aus einem der Vorratsbehälter (2), zum Festhalten des Mosaiksteins und zum Freigeben des festgehaltenen Mosaiksteins zur Ablage auf der Unterlage (7) hat.
15. Mosaikverlegevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifeinrichtung eine Tasthand hat, die Mosaiksteine unterschiedlicher Größe greifen kann.
16. Mosaikverlegevorrichtung nach einem der obenstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm und/oder die Greifeinrichtung oder Tasthand des Verlegeroboters als Verlegeeinrichtung eine räumliche Bewegung ausführen kann.
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17. Mosaikverlegevorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch die räumliche Bewegung der Greifeinrichtung oder der Tasthand ein winkelabhängiges Setzen der einzelnen Mosaiksteine auf der Unterlage aus führbar ist.
18. Mosaikverlegevorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasthand drehbar ist.
19. Mosaikverlegevorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis
18, dadurch gekennzeichnet, daß durch die räumliche Bewegung der Greifeinrichtung oder der Tasthand ein unterschiedlich tiefes Eindrücken der Mosaiksteine in die Unterlage ausführbar ist, um entsprechende Reflexionswirkungen des Mosaiks zu ermöglichen.
20. Mosaikverlegevorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis
19, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlegeroboter schienengebunden bewegbar ist.
21. Datenerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von Daten, auf deren Basis ein Mosaik mit vielen zueinander benachbarten Mosaiksteinen nach einer Vorlage erzeugt werden soll, gekennzeichnet durch eine Abtasteinrichtung (14), die die Vorlage optisch abtastet und Abtastdaten beim Abtastvorgang erzeugt, die die Vorlage kennzeichnen,
eine Videoprozessoreinrichtung (15), die die Abtastdaten der Abtasteinrichtung (14) in Daten umsetzt, die Informationen über die Lage, Farbe, Größe und Form einzelner Bereiche der Vorlage und über Abstände zwischen einzelnen Bereichen der Vorlage enthalten.
22. Datenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (14) ein
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Patentanwalt Ralf Seitz 25 Rudolf Kratzl G 91 17 221.7
Ursprungsmosaik (6) als Vorlage abtastet und daß die freiliegenden Oberflächen der einzelnen Mosaiksteine des Ursprungsmosaiks (6) als Bereiche der Vorlage definiert sind.
23. Datenerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenerzeugungsvorrichtung (17) einen Datenspeicher (16) hat, der zum auslesbaren Speichern der erzeugten Daten vorgesehen ist.
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