SE456976B - Foerfarande och anordning vid en robotutrustning foer bestaemning av laeget av ett foeremaal - Google Patents

Description

15 20 25 30 456 976 2 anbringat föremål av det slag på vilket arbetsoperationer senare skall ut- föras under automatisk drift. Vid drift av roboten kommer oundvikligen så- väl läge som dimensioner hos föremålen att avvika från läge och dimensioner hos det föremål som användes vid programmeringen. Dessa avvikelser kommer att orsaka att läget relativt föremålet hos den bana som roboten utför kom- mer att avvika från det önskade läget. Kraven på toleranser vid utförande av arbetsoperationen är ofta så stora att de nämnda läges- och dimensions- avvikelserna hos föremålen kommer att helt omöjliggöra ett korrekt utför- ande av arbetsoperationen. Det är därför önskvärt med någon form av givare som lokaliserar läget av föremålet eller av den del hos föremålet vid vil- -ken arbetsoperationen skall utföras.

Begreppet "bestämning av läge" avser i det följande bestämning av så många variabler som i det aktuella fallet behövs för att definiera läget i rymden av föremålet eller dess för arbetsoperationen relevanta del. Begreppet "läge" kan alltså innebära upp till sex koordinater och även innefatta begreppet "orientering", dvs vridningsvinkel runt 1-3 axlar.

TEKNIKENS STÃNDPUNKT För att vid en robotutrustning bestämma läget av ett föremål är det känt att anordna i förhållande till robotfundamentet fasta lägesgivare. Sådana givare måste i allmänhet ha ett stort mätområde och får därför som regel låg noggrannhet. Ofta måste också sådana givare anordnas att mäta på en annan del av föremålet än den del, på vilken den aktuella arbetsoperatio- nen skall utföras, och i detta fall kommer dimensionsavvikelser hos före- målen att ge upphov till onoggrannheter som ofta överstiger acceptabla toleransgränser.

Det är vidare känt, t ex genom ASEAS broschyr CK 09-12078, att anordna av- ståndsgivare i omedelbar anslutning till ett av roboten uppburet arbets- verktyg, exempelvis ett svetsredskap. Sådana givare kan ges hög noggrann- het men har i allmänhet litet mätområde och måste därför positioneras nog- grant, vilket kan ta lång tid om de möjliga lägesavvikelserna hos före- målet är stora. En sådan givare ger vidare bara en bestämning av föremålets läge 1 en enda frihetsgrad - avståndet - och för en lägešbestämning i fler än en dimension krävs långsamma och tidskrävande sökförfaranden. 10 15 20 25 30 3 456 976 PROBLEMET Det problem som uppfinningen löser innebär att åstadkomma en såväl snabb som noggrann lägesbestämning i minst två frihetsgrader med hjälp av en enda givare.

UPPFINNINGEN Vid ett förfarande enligt uppfinningen styrs en av roboten uppburen kamera till ett mätläge. Kameran är anordnad att ge en tvådimensionell bild av ett omrâde av föremålets yta. Med hjälp av en med kameran mekaniskt för- bunden ljuskälla projiceras inom nämnda område ett mönster, t ex en linje, på föremålets yta. Det från ljuskällan utsända ljuset har en riktning som bildar en vinkel med kamerans optiska axel. Med ledning av den projicerade linjens läge i bilden beräknas ett mått på föremålets läge i en riktning som är i huvudsak parallell med kamerans optiska axel. Med ledning av lä- get i bilden av en karakteristisk detalj hos föremålet beräknas ett mått på läget av nämnda karakteristiska detalj i en riktning som bildar en vinkel med kamerans optiska axel. Enligt en utföringsform av uppfinningen utgörs den projicerade linjen av en linje, t ex en rät linje, varvid den förstnämnda riktningen är i huvudsak vinkelrät mot linjen och den sist- nämnda riktningen är 1 huvudsak parallell med linjen. För lägesbestämningen kan utnyttjas en distorsion av den projicerade linjen som orsakas av den karakteristiska detaljen hos föremålet. Distorsionen kan lämpligen utgöras av ett hörn hos bilden av linjen. Alternativt kan den karakteristiska de- taljen utgöras av en gränslinje mellan två områden med olika luminans.

För bestämning av föremålets orientering kan enligt uppfinningen ett flertal lägesbestämningar göras i skilda punkter på objektet. Vid en robotutrustning som används för montering av en detalj på föremålet styrs enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen roboten först till ett hämtaläge för upphämtning av detaljen och därefter till ett mät- läge. I mätläget görs en bestämning av föremâlets läge och med ledning därav en beräkning av det läge roboten skall inta vid monteringen, var- efter roboten styrs till sistnämnda läge.

En robotutrustning enligt uppfinningen innefattar minst en av roboten uppburen kamera, vilken är anordnad att ge en tvådimensionell bild av ett område av föremâlets yta. En med kameran mekaniskt förbunden ljuskälla är 10 15 20 25 30 456 976 “ anordnad att inom nämnda område projicera ett mönster på föremålets yta, varvid det från ljuskällan utsända ljuset har en riktning som bildar en vinkel med kamerans optiska axel. Uppfinningen har vidare till kameran anslutna avståndsbestämmande organ anordnade att, med ledning av det pro- jicerade mönstrets läge i bilden bestämma föremâlets läge i en riktning utefter kamerans optiska axel. Utrustningen har vidare till kameran anslut- na lägesbestämmande organ anordnade att med ledning av läget i bilden av en karakteristisk detalj hos föremålet bestämma ett mått pâ läget av nämnda detalj. Enligt en föredragen utföringsform är därvid kameran eller kamerorna mekaniskt förbundna med ett vid robothanden fäst arbetsverktyg.

För möjliggörande av en snabb lägesbestämning i ett större antal frihets- grader innefattar måtorganen enligt en föredragen utföringsform ett fler- tal av roboten uppburna kameror anordnade att bestämma läget hos ett fler- tal från varandra skilda punkter hos föremålet.

FÖRDELAR Med hjälp av ett förfarande och en utrustning enligt uppfinningen kan, utan att tidskrävande sökrörelser krävs, en snabb, direkt och noggrann lägesbestämning i minst två dimensioner erhållas med hjälp av en enda givare. En väsentlig förkortning av en robots arbetscykel kan därigenom erhållas, och dessa fördelar blir speciellt stora vid arbetsoperationer som har höga toleranskrav och där stora läges- eller dimensionsavvikelser förekommer mellan de föremål på vilka arbetsoperationerna skall utföras.

Vid användning enligt uppfinningen av ett flertal kameror, anordnade att samtidigt mäta i skilda punkter på föremålet, kan mycket snabbt en full- ständig bestämning av läget hos den för arbetsoperationen relevanta delen av föremålet verkställas.

RITNINGSFIGURER Uppfinningen skall i det följande beskrivas i anslutning till utförings- exempel som visar en robotutrustning använd för montering av en bakruta respektive en dörr på en personbilskaross. Fig 1 visar en arbetsstation för bakrutemontering sedd uppifrån. Fig 2 visar en kaross sedd bakifrån samt mätpunkterna för de i utrustningen ingående fyra kamerorna. Pig 3 visar roboten i sitt mätläge. Fig H visar principen för avståndsbestäm- ningen enligt uppfinningen. Fig Sa och fig Sb visar ett exempel på den 15 20 25 30 5 456 976 av en kamera alstrade bilden. Fig 6 visar ett blockschema över den i utföringsexemplet använda mät- och styrutrustningen. Fig 7 visar princi- pen för omvandlingen av lägesinformationen från kameran till ett gemen- samt referenssystem. Fig 8 visar ett principiellt flödesschema för styr- systemets arbete under en arbetsoperation. Fig 9 visar mätpunkterna vid dörrmontering. Fig 10 visar en kamerabild. Fig 11 visar hur bestämningen kan göras av spalten mellan dörren och karossen.

UTFÖRINGSEXEMPEL Fig 1 visar en arbetsstation för montering av bakrutor 3 på en person- bilskaross 1. Karossen kan ankomma till stationen på t ex ett löpande band eller en s k autocarrier. Rutan skall monteras i den därför avsedda rut- öppningen 2. Rutorna 3 hämtas vid monteringen från ett magasin där de är anbringade med läge och orientering noggrant bestämda av en icke visad fixtur. En industrirobot U-8 är fast placerad vid karossens bakre högra del. Roboten har en fotplatta H, en roterbar pelare 5, en överarm 6, en underarm 7 och en handled 8. Roboten kan exempelvis vara av den typ - IHB 60/2 - som finns beskriven i ASEAs broschyr CK 09-1102E. Roboten är före- trädesvis sexaxlig för att få full frihet vid injustering av rutans läge och orientering vid monteringen. Robotens handled uppbär ett arbetsverktyg som utgöres av en ram 9. På ramen är fyra videokameror C1-CH fast monterade.

Ramen är vidare försedd med sugkoppar för fasthållning av en bakruta. Vid programmering av roboten körs roboten på känt sätt i tur och ordning till ett flertal punkter som definierar den önskade banan, varvid i varje punkt ytterligare instruktioner kan inlagras exempelvis för aktivering och de- aktivering av sugkopparna, för initiering av mät- och beräkningsoperatio- ner etc. Vid automatisk drift följer roboten den programmerade banan och utför de inprogrammerade instruktionerna i de aktuella punkterna.

En bakruta 3 är vid ankomsten till det i figuren visade hämtaläget bestruken med lim utefter sin rand.

Fig 2 visar karossen sedd bakifrån med rutöppningen 2 och fyra vid öpp- ningens rand anordnade mätpunkter P1-PH. I figuren visas likaså synfälten CF1-CPU för kamerorna C1-CH när roboten och kamerorna befinner sig i sitt mätläge. Som framgår av figuren är mätpunkterna belägna på delar av rutöpp- ningen 2 som är relativt raka. Som framgår av det följande bestäms vidare i 10 15 20 25 3 35 456 976 6 varje mätpunkt läget av rutöppningens kant 1 en mot kanten i huvudsak vinkelrät riktning. Härigenom uppnås en större noggrannhet 1 lägesbestäm- ningen än om mätpunkterna skulle befinna sig t ex 1 rutöppningens hörn.

Vidare ändras inte, eller endast i ringa grad, det bestämda läget av en förskjutning av mätpunkten utefter kanten, vilket förenklar beräkningarna av korrektionerna till monteringsläget Pm och noggrannheten höjs.

Fig 3 visar karossen 1 och öppningen 2 sedda från karossens högra sida.

Av roboten är i figuren endast dess underarm 7 och handled 8 visade. Robo- ten, ramen 9 och kamerorna (endast C3 och CH visas i figuren) är visade i sitt i förväg inprogrammerade mätläge, vilket definieras av att ramens 9 centrum befinner sig i punkten Ps och av att ramen intar den på förhand inprogrammerade och i figuren visade orienteringen. I figuren visas även sugkopparna 10 och 11 av de sugkoppar som används för att hålla fast vind- rutan under monteringen.

Fig U visar principen för bestämning av ett föremåls avstånd från kameran.

Kameran C har i sitt bildplan en tvådimensionell sensor 12 som kan vara av s k CCD-typ. En ljuskälla 1U är anordnad att med hjälp av en spalt 15 på föremâlets yta projicera en smal ljuslinje 17 som har en utsträckning som 1 figuren är vinkelrät mot papperets plan. Det från ljuskällan och spalten utsända ljuset 16 bildar en fast vinkel ß med kamerans optiska axel 0-0. När föremålets yta befinner sig på ett nominellt avstånd 20 från kameran intar den projicerade linjen det i figuren visade läget 17.

Kamerans objektiv 13 alstrar därvid en bild 18 av linjen 17 och bilden 18 är belägen på kamerans optiska axel. Om föremålets yta befinner sig i som avviker från det nominella läget intar den projicerade 1 linjen det i figuren visade läget 17' och bilden av linjen läget 18' på ett läge z sensorn. Bildens 18' avstånd l från det nominella läget 18 är direkt pro- portionellt mot avvikelsen Az från det nominella avståndet zo. Proportio- nalitetskonstanten mellan 1 och Az erhålles genom en enkel geometrisk be- räkning. Genom att ur kamerabilden bestämma l erhålles alltså direkt föremâlets avstånd 1 relation till den nominella avståndet 20.

Fig Sa visar ett snitt i ett mot bakrutan 3 vinkelrätt plan genom den del av karossens bakre del som ligger i kamerans C1 synfält. I figuren visas även med streckade linjer vindrutan 3 1 sitt färdigmonterade läge. Kaross- plåtens mot rutöppningen 2 vända rand betecknas med 22. Invid rutöppningen 10 15 20 25 30 35 7 456 976 2 har plåten en plan del ZH mot vilken rutan 3 limmas. Delen 2U ligger försänkt i förhållande till karossens ytterdel och övergår 1 denna med hjälp av en del 23 som omsluter rutan och rutöppningen. Fig 5b visar syn- fältet CF1 hos kameran C1 och den av kameran alstrade bilden. Ljuskällan 1ü och spalten 15 är lämpligen så anordnade att den projicerade linjen är approximativt vinkelrät mot rutöppningens rand 22. Kameran är vidare så anordnad att dess optiska axel är 1 huvudsak vinkelrät mot rutans 3 plan.

På grund av ljusets sneda projektionsriktning kommer den projicerade lin- jen att på bilden få det utseende som är visat med hjälp av linjen 20.

Linjen består alltså av en rät del till höger 1 figuren, vilken del i punkten 21 övergår i den krökta delen till vänster i figuren. Med den streckade linjen A-A betecknas i figuren det läge som linjens 20 högra raka del intar då föremålets yta befinner sig på det nominella avståndet zo (se fig N) från kameran. Som ovan beskrivits i anslutning till fig U utgör avståndet mellan linjens 20 högra raka del och referenslinjen A-A ett mått på avståndet z från kameran hos den plâtfals 24 mot vilken ru- 1 tan 3 anbringas vid monteringen.

I punkten 21 har i bilden linjen 20 ett s k hörn, dvs en abrupt lutninge- ändring. läget av ett dylikt hörn i en kamerabild kan enkelt bestämmas med hjälp av i och för sig väl kända bildbehandlingsmetoder. Referens- linjen B-B, som är approximativt parallell med plåtkanten 22, anger läget hos hörnet 21 när övergången mellan karossdelarna 23 och Zü har sitt nomi- nella läge, dvs det läge som används vid programmering av roboten och kalibrering av mätutrustningen. Avståndet mellan punkten 21 och linjen B-B är ett direkt mått på rutöppningens förskjutning relativt det nomi- nella läget i en med referenslinjen A-A parallell riktning. Avståndet bestäms lämpligen genom att, när punktens 21 läge bestämts, punkten proji- ceras ner mot referenslinjen A-A - punkten 21' - varefter den sistnämnda punktens avstånd x1 från linjen B-B bestämmes.

Som framgår av det ovan sagda erhålles direkt ur kamerabilden ett mått på karossens läge i två frihetsgrader, dels i avståndsled och dels i en mot kamerans optiska axel i huvudsak vinkelrät riktning.

Fig 6 visar industriroboten U-8 med den schematisktzvisade ramen 9 och en - C1 - av de fyra på ramen monterade kamerorna. När roboten intagit sitt med Ps i fig 2 betecknade mätläge avläses kamerasensorn 12 på 1 och för sig känt sätt, bildelement för bildelement. Den från kameran erhållna bildsignalen PS1 består alltså av en följd av analoga signaler som var 10 15 20 25 30 35 456 976 och en är ett mått på ljusniván hos ett bildelement i kamerabilden. Bild- signalen PS1 tillförs en A/D-omvandlare, där de analoga signalerna med önskad upplösning omvandlas till digitala signaler och lagras i ett bild- minne PM som har en minnescell per bildelement. Bilden finns därefter lag- rad i bildminnet och kan utläsas till en bildanalysator PA. Denna utgörs av en digital beräkningsenhet. I denna framhävs konturerna i bilden genom att bilden filtreras med en kantdetekterande operator, exempelvis den s k sobeloperatorn. De bildade konturerna följs och beskrivs med en s k kedje- kod. Genom att filtrera och differentiera denna kod kan hörn hos kontu- rerna lokaliseras, dvs deras lägen i bildplanet bestäms. Bildanalysatorn PA kan på i och för sig känt sätt exempelvis arbeta enligt de principer som angives i följande publikationer: W K Pratt: Digital Image Processing, Wiley, New York, 1978, spec sid H86-H91 H Freeman: Computer processing of line drawing images, ACM Computing Surveys 6(1), 57-97 (197H) H Freeman: Shape description via the use of critical points, Pattern Recognition, Vol 10, pp159-166 K R Castleman: Digital Image Processing, Prentice Hall, Ehglewood Cliffs, NJ, 1979, t ex sid 316-329 På detta i och för sig kända sätt erhålles från bildanalysatorn PA signa- ler 21 och x, som anger det i punkten P1 (se fig 2) bestämda läget hos karossen i tvâ frihetsgrader (se fig Sb). Dessa signaler tillförs en koordinattransformationsenhet CTU, där det av kameran C1 avkända läget räknas om till ett för kamerorna gemensamt koordinatsystem, exempelvis ett till robotens handled och därmed ramen 9 fast knutet koordinatsystem.

De sålunda transformerade koordinaterna zï' och X1' tillförs en beräknings- enhet PCU. Dessa koordinater utgör lägesavvikelser från de vid programme- ringen av roboten använda lägena, och beräkningsenheten är anordnad att enligt kända geometriska samband korrigera de inprogrammerade koordina- terna för monteringsläget - punkten Pm i fig 3 - på sådant sätt att rutan 3, när roboten befinner sig i det sålunda korrigerade monteringsläget, in- tar korrekt läge i förhållande till rutöppningen 2 hos den aktuella karos- SGD . ni» 10 15 20 25 30 35 456 976 I fig 6 har endast signalbehandlingen för en av kamerorna beskrivits.

De övriga kamerorna C2-CN kan var och en ha signalbehandlingskretsar A/D-CTU utförda på samma sätt som de i fig 6 för kameran C1 visade kret- sarna. Alternativt kan signalbehandlingskretsarna helt eller delvis vara gemensamma för kamerorna. I fig 6 har endast schematiskt visats hur läges- signalerna från de tre övriga kamerorna tillförs beräkningsenheten PCU.

De i enheten PCU beräknade korrigerade koordinaterna för punkten Pm till- förs robotens styrsystem CS i form av digitala börvärden, och styrsyste- met avger sådana styrsignaler s till robotens servon att roboten styrs till punkten Pm.

Fig 7 visar hur lägessignalerna från kameran C1 transformeras till ett till robotens handled och den vid denna fästa ramen 9 orienterat koordinat- system xr, yr, zr med origo i ramens 9 centrum Pc. Kamerans C1 läge i relation till nämnda koordinatsystem är fast och känt och betecknas med vektorn a Kamerans orientering är känd och bestämmer tillsammans med de av kameran avkända lägessignalerna vektorn b1 som anger det av kameran avkända läget relativt kameran. Summan av dessa båda vektorer utgör vek- torn c1, vilken i det nyssnämnda koordinatsystemet anger den av kameran avkända lägesavvikelsen. Denna vektor kan därmed beräknas enligt kända geometriska samband. På motsvarande sätt görs koordinattransformationen för de övriga tre kamerorna.

Fig 8 visar ett principiellt flödesschema för den ovan beskrivna robot- utrustningen och monteringsförfarandet. Förloppet startas, exempelvis ge- nom att en icke visad givare avkänner ankomsten av en kaross till arbets- stationen. Roboten styrs till punkten Ph (Se fig 1) och vid ankomsten till denna punkt aktiveras de på ramen 9 monterade sugkopparna - blocket AG.

Roboten styrs därefter till mätläget Ps (se t ex fig 3). När roboten nått detta läge startas det ovan beskrivna mät- och beräkningsförloppet för bestämning av de för den aktuella karossen korrigerade koordinaterna för punkten Pm - blocket MC. När detta förlopp är klart styrs roboten till monteringsläget Pm, och när roboten nått detta läge ligger rutan 3 tryckt mot monteringskanten Zß med lämpligt. exempelvis av fjädringsorgan hos sug- kopparna bestämt tryck. Därefter deaktiveras sugkopparna - blocket DG - ; och roboten styrs till ett utgångsläge Pu, exempelvis det i fig 1 visade laget. 10 15 20 25 30 456 976 10 Ett alternativt utföríngsexempel på uppfinningen skall nu beskrivas i anslutning till fig 9-11 och avser uppfinningen tillämpad vid en utrust- ning för montering av en framdörr på en personbilskaross med hjälp av en industrirobot.

Fig 9 visar karossen 1 på vilken dörren 30 skall monteras. Dörren hämtas på det ovan beskrivna sättet av en robot som har ett arbetsverktyg med samma utformning som den ovan beskrivna, men med tre kameror monterade på ramen 9 i stället för fyra. Dörren 30 förs till ett förutbestämt mätläge Ps så valt att dörren åtminstone delvis är införd i dörröppningen. Kame- rornas bildytor är betecknade med CF1, CF2, CF3 och är belägna vid dörrens bakkant och vid främre delen av dörrens underkant.

Fig 10a visar ett snitt genom karossen 1 (egentligen bakdörrens främre del) och dörren 30 inom kamerans C1 bildomrâde CF1 och med dörren i mätläget.

Bakdörrens framkant är betecknad med 32 och framdörrens bakkant med 31.

Framdörrens kant är visad belägen på avståndet Az utanför bakdörrens kant, och spalten 33 mellan dörrarna har bredden Ax. På grund av dimensions- och lägesavvikelser avviker Ax och Az i allmänhet från de önskade värdena Azo och Axo.

Fig 10b visar kamerans C1 bild med ytan 30' av dörren 30, ytan 1' av karossen 1 (egentligen bakdörren) och gränslinjerna 31' och 32' mellan dörrarna och den mörkare bilden 33' av spalten 33. På grund av höjdskill- naden mellan ytorna kommer bilderna 20' och 20" av den projicerade linjen 20 att befinna sig på ett avstånd från varandra som motsvarar Az och som på ovan beskrivet sätt ger ett mått på Az (fig H med beskrivning).

I fig 10b visas vidare ett sökområde 3U och inom detta bestämmes avstån- det i bilden mellan gränslinjerna 31' och 32', vilket ger ett mått på bredden Ax hos spalten 33.

Breddbestämningen kan lämpligen göras enligt fig 11 som visar en del av sökomrâdet 34, som har bredden h, samt gränslinjerna/konturerna 31' och 32'. Sökomrâdets gränslinjer är förutbestämda och kända, och gränslinjerna 31', 32' erhålles på känt sätt genom Bildanalys. Dessa fyra linjer begrän- sar en romboid med hörnen 35-38. Ytan av denna romboid bestäms genom inte- gration, och ur det sålunda bestämda värdet på ytan och sökområdets kända bredd h erhålles ur kända geometriska samband spaltbredden Åx. Genom detta 10 15 20 25 30 35 ” 456 976 förfarande erhålles en noggrannare och säkrare bestämning av spaltbredden än om mätningen görs i en enda punkt.

I varje mätpunkt jämförs de bestämda värdena på Az och fix med de önskade värdena Azo och Axo i punkten. Med ledning av de därigenom erhållna av- vikelserna beräknas därefter den korrektion till monteringsläget Pm som krävs för att i det aktuella fallet ge dörren rätt läge relativt karossen.

Roboten styrs till det korrigerade läget Pm och dörren fastsättes vid karossen genom att icke visade skruvåtdragare drar fast dörrgângjärnens skruvar vid karossen.

Den relativlägesbestämning som ovan beskrivits i anslutning till dörrmonte- ringen ger fördelen att kraven på noggrannhet i dörrens läge relativt robotens gripverktyg kan ställas väsentligt lägre.

Ovan har en utrustning och ett förfarande enligt uppfinningen beskrivits tillämpade vid montering av en ruta eller en dörr i en personbilskaross.

Uppfinningen kan dock givetvis i allmänhet tillämpas för montering av godtyckliga detaljer på godtyckliga föremål. Som inledningsvis nämnts kan ett stort antal alternativa tillämpningar tänkas för uppfinningen. Det är också möjligt att använda det beskrivna förfarandet för lägesbestämning enbart, varvid lägesbestämningen kan utnyttjasf?h'godtyckligt ändamål och icke behöver åtföljas av en av roboten verkställd arbetsoperation.

Den ovan beskrivna utföringsformen av en vid uppfinningen använd kamera är likaså endast ett exempel, och andra typer av kameror kan lika gärna användas.

Ovan har i anslutning till fig 1-8 beskrivits hur lägesbestämningen enligt uppfinningen används för bestämning av ett absolut läge hos de avkända punkterna 1 ett robotfast koordinatsystem. Alternativt kan förfarandet enligt uppfinningen användas för bestämning av relativa läget hos två föremål som beskrivits i anslutning till fig 9-11. Som ett ytterligare exempel på relativlägesbestämning antas rutan 3 inta det i fig Sa visade läget vid mätningen. I kamerabilden kommer då den högre delen av linjen 20 att anta det med den streckade linjen 20' visade utseendet. Avståndet dz mellan linjerna 20 och 20' kan då avkännas och är ett mått på höjd- avvikelsen mellan plåten zh och rutans 3 yttre yta. På samma sätt som ovan beskrivits uppträder härvid ett "hörn" 21" hos bilden av den projice- rade linjen och avståndet mellan hörnet 21" och hörnet 21 är ett mått på lägesavvikelsen i sidled mellan vindrutans 3 kant och rutöppníngens kant 23. 10 15 20 25 30 35 456 976 '2 Den karakteristiska detalj hos föremålet som 1 det ovan beskrivna exemplet ger en distorsíon hos det projicerade mönstret (linjen) är där en "höjd- skillnad“ hos föremålets yta. Alternativt kan andra karakteristiska detal- jer tänkas, exempelvis en kant hos föremålet eller kanten hos ett hål hos föremålet eller en randlinje mellan två områden med olika reflektivitet.

Beroende på det aktuella föremålets utseende behöver inte distorsionen hos den projicerade linjen alltid uppträda som ett hörn utan kan även visa sig såsom ett avbrott i den projicerade linjen eller en skärningslinje mellan den projicerade linjen och en annan linje.

I det ovan beskrivna exemplet utgörs det projioerade mönstret av en linje, dvs ett smalt belyst band. Det projicerade mönstret kan dock se ut på andra sätt. Exempelvis kan ljuskällan vara så utformad att den belyser halva ka- merans synfält och lämnar den andra halvan obelyst, varvid randlinjen mel- lan det belysta och det obelysta området används för lägesbestämning.

Alternativt kan exempelvis mönstret utgöras av en halvmânformad figur, ett nätmönster eller dylikt.

Som framgår av fig Sb kommer den runt rutöppningen löpande kanten 23 att uppvisa lägre luminans än angränsande delar av bilden. Genom att på ovan beskrivet sätt bestämma läget i bilden av detta mörkare bands högra gräns- linje kan på ett alternativt sätt läget xï hos hörnet mellan delarna 23 och EH bestämmas.

De båda ovan beskrivna varianterna av uppfinningen kan kombineras, t ex vid montering av en personbilsdörr, på så sätt att en första bestämning görs av dörröppningens läge på det i anslutning till bakrutemonteringen ovan beskrivna sättet. Härigenom erhålles en lokalisering av dörröppningen som gör att stora avvikelser i karossens läge kan tolereras. Därefter görs dörrmonteringen på det ovan beskrivna sättet med införande av dörren i dörrhålet, mätning av dörrens läge relativt karossen, justering av dörrens läge och slutligen fastsättning.av dörren.

On så önskas kan ytterligare information utvinnas genom analys av kamera- bilderna. Exempelvis kan sålunda kamerans C1 bild av området CF1 i fig 9 användas även för att bestämma läget 1 höjdled hos framdörren relativt bakdörren. Dörrarnas överkanter framträder som konturer i bilden och höjdskillnaden mellan dessa konturlinjer kan på i och för sig känt sätt bestämmas genom analys av bilden.

Claims (16)

H 456 976 PATENTKRAV

1. Förfarande för bestämning av läget av ett föremål (1) vid en robot- utrustning, k ä n n e t e c k n a t därav, att en av roboten uppburen kamera (C1), anordnad att ge en tvâdimensionell bild av ett område (CF1) av föremålets yta, styrs till ett mätläge (Ps) med hjälp av en med kameran mekaniskt förbunden ljuskälla (1ü, 15) proji- ceras optiskt inom nämnda område ett mönster (17) på föremålets yta, var- vid det utsända ljuset har en riktning som bildar en vinkel (a) med kame- rans optiska axel (O-0) med ledning av det projicerade mönstrets läge 1 bilden beräknas ett mått (z1) på föremâlets läge 1 en första riktning som i huvudsak är parallell med kamerans optiska axel (0-O) med ledning av läget 1 bilden av en karakteristisk detalj (21) hos föremå- let beräknas ett mått (x1) på läget av nämnda karakteristiska detalj 1 en andra riktning som bildar en vinkel med kamerans optiska axel.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det projicerade mönstret innefattar en linje och mönstrets läge i bilden bestäms 1 en riktning som bildar en vinkel med linjen.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den projicerade linjen är en rät linje. U.

4. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att med ledning av läget i bilden av en av den karakteristiska detaljen orsa- kad distorsion (21) av det projicerade mönstret bestämmas läget (x1) av den karakteristiska detaljen.

5. Förfarande enligt patentkraven 2 och N, k ä n n e t e c k n a t därav, att läget (x1) 1 bilden av nämnda distorsion (21) bestämmas i en riktning som är i huvudsak parallell med den projicerade linjen (17, 20). 456 976 W

6. Förfarande enligt patentkraven 2 och H, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda distorsion utgörs av ett hörn (21) hos bilden av den projicerade linjen.

7. , Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att ett mått på läget av den karakteristiska detaljen (31, 32) bildas med led- ning av läget i bilden av en av detaljen orsakad gränslinje (31', 32') mel- lan två områden (t ex 30', 33') med olika luminans.

8. Förfarande enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att gränslínjens läge i bilden (Ax) bestämmas i en riktning som är i huvudsak vinkelrät mot gränslinjen.

9. Förfarande enligt patentkrav 1 för bestämning av relativa avståndet i en med kamerans optiska axel parallell riktning mellan två föremål, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda mönster projiceras på båda föremålen och förskjutningen (Åx) mellan bilderna (20'š 20") aV de På föremålen projicerade mönsterdelarna bestämmes och utgör ett mått på det relativa avståndet.

10. Förfarande enligt patentkrav 7 för bestämning av bredden (AX) hos en spalt (33) mellan tvâ bredvid varandra belägna föremål (1, 30), k ä n n e - t e c k n a t därav, att arean bestämmes av en del av bilden av spalten, med förutbestämd längd (h) i spaltens riktning, och med ledning av arean be- räknas ett mått (Ax) på spaltens bredd.

11. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att ett flertal bestämningar av föremålets läge görs i skilda punkter (P1-PH) på objektet.

12. Förfarande enligt patentkrav 11 vid bestämning av läget hos ett före- mål som har ett flertal i huvudsak räta kanter, k ä n n e t e c k n a t därav, att varje mätpunkt är belägen vid en kant och att i varje mätpunkt nämnda andra riktning är.i huvudsak vinkelrät mot kanten.

13. Förfarande enligt patentkrav 1 vid montering av en detalj (3);på före- målet (1), k ä n n e t e c k n a t därav, att roboten styrs till ett hämta- läge (Ph) för upphämtning av detaljen och därefter till ett mätläge (Ps). I mätläget görs en bestämning av föremålets läge och med ledning därav en beräkning av det läge (Pm) roboten skall inta vid monteringen, varefter roboten styrs till detta läge. 'S 456 976

14. 13. Robotutrustning med en industrirobot samt mätorgan för bestämning av ett föremåls läge, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar minst en av roboten uppburen kamera (CF1) anordnad att ge en tvädimensionell bild av ett om- råde (CF1) av föremålets yta, en med kameran mekaniskt förbunden ljuskälla (1H, 15) anordnad att inom nämnda område projicera ett mönster (17) på föremålets yta, varvid det ut- sända ljuset har en riktning som bildar en vinkel (a) med kamerans optiska axel (O-O), till kameran anslutna avståndsbestämmande organ (PA) anordnade att, med ledning av det projicerade mönstrets läge i bilden (21) bestämma avståndet mellan kameran och föremålet i en första riktning som är i huvudsak paral- lell med kamerans optiska axel, till kameran anslutna lägesbestämmande organ (PA) anordnade att med led- ning av läget i bilden (xï) av en karakteristisk detalj hos föremålet (21) bestämma ett mått på läget av nämnda detalj i en andra riktning som bildar en vinkel med kamerans optiska axel.

15. Robotutrustning enligt patentkrav IH, k ä n n e t e c k n a d därav, att mätorganen innefattar ett flertal av roboten uppburna kameror (C1-CN) för samtidig bestämning av läget av ett flertal punkter (P1-Fu) hos föremålet.

16. Robotutrustning enligt patentkrav 15, k ä n n e t e c k n a d därav, att kamerorna är mekaniskt förbundna med ett vid robothanden fäst arbetsverktyg (9).