WO1986006676A1 - Process and installation for automatically cutting plane-parallel workpieces - Google Patents

Process and installation for automatically cutting plane-parallel workpieces Download PDF

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WO1986006676A1
WO1986006676A1 PCT/DE1986/000180 DE8600180W WO8606676A1 WO 1986006676 A1 WO1986006676 A1 WO 1986006676A1 DE 8600180 W DE8600180 W DE 8600180W WO 8606676 A1 WO8606676 A1 WO 8606676A1
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workpiece
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cutting
industrial robot
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PCT/DE1986/000180
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Enis Ersü
Wilhelm Schlapp
Original Assignee
Ersue Enis
Wilhelm Schlapp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27B—SAWS FOR WOOD OR SIMILAR MATERIAL; COMPONENTS OR ACCESSORIES THEREFOR
    • B27B1/00—Methods for subdividing trunks or logs essentially involving sawing
    • B27B1/007—Methods for subdividing trunks or logs essentially involving sawing taking into account geometric properties of the trunks or logs to be sawn, e.g. curvature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27B—SAWS FOR WOOD OR SIMILAR MATERIAL; COMPONENTS OR ACCESSORIES THEREFOR
    • B27B5/00—Sawing machines working with circular or cylindrical saw blades; Components or equipment therefor
    • B27B5/02—Sawing machines working with circular or cylindrical saw blades; Components or equipment therefor characterised by a special purpose only
    • B27B5/06—Sawing machines working with circular or cylindrical saw blades; Components or equipment therefor characterised by a special purpose only for dividing plates in parts of determined size, e.g. panels
    • B27B5/061—Devices having saws perpendicular to each other
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C14—SKINS; HIDES; PELTS; LEATHER
    • C14B—MECHANICAL TREATMENT OR PROCESSING OF SKINS, HIDES OR LEATHER IN GENERAL; PELT-SHEARING MACHINES; INTESTINE-SPLITTING MACHINES
    • C14B5/00—Clicking, perforating, or cutting leather

Definitions

  • the invention relates to a method for automatically cutting plane-parallel workpieces, in particular from wood.
  • the invention is based on the object, the cutting plane parallel work pieces, such as wood or leather, depending on their respective size and taking into account Oberf lächenfeh l 's according to optimize and use the optimization result for automatically cutting the workpiece with the required portion sizes.
  • This object is achieved according to the invention in that the surface of the workpiece is recorded geometrically and structurally at least on one side, and on the basis of the information acquired, using a computer, a scheme for optimally covering the workpiece with partial areas of predetermined size and quality is determined, based on the determined scheme using the same or a different computer, a trajectory for an industrial robot and a working diagram for one or more separating devices are automatically created and that the separating device (s) are controlled on the basis of the trajectory of the industrial robots and on the basis of the working diagram; Separation of the sections sorted by size and structure and stored.
  • an image acquisition system is used to record the geometry and the structure of the workpiece surface. Since defects in the workpiece and also cut edges on the two parallel surfaces of the workpiece can appear in different sizes or positions, the detection of both surfaces is necessary. According to a Wei erbi Id-ung. the
  • Invention either first detects one surface and after turning the workpiece the other surface or both surfaces simultaneously.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that firstly the workpiece detected in each case is cut while recognizing the flaws and with the least amount of waste, the grain of the surface also being able to be taken into account, which is particularly important, for example, in hollow construction, and secondly the transport to the work table, the
  • the workpiece is cut to size and the parts are sorted and stored automatically.
  • the use of a computer also allows logging of the machining of the workpiece, so that after automatic evaluation of this data, sufficient information about the inventory and quality of the cut parts is available and inventory-oriented planning of production can take place.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method according to the invention in accordance with the characterizing features of claim 5.
  • the geometry and the structure of the workpiece surface are recorded by an image acquisition system on a platform 4 provided for this purpose, the structure of which brightness and color are adapted to the requirements of the image acquisition and evaluation.
  • At least one optical sensor in the exemplary embodiment shown an electronic camera 5, is in a suitable position together with the necessary lighting devices
  • Image table arranged. If the image area of a camera 5 is not sufficient to capture the entire workpiece 2, the information necessary for the analysis is obtained from several partial images. These partial images can either be generated by a plurality of cameras or come about in that the workpiece 2 and one or more cameras 5 are displaced relative to one another, so that only a partial area of the workpiece 2 is captured in each case.
  • optical signals 18 controllable by the image evaluation system are attached to the surface of the platform 4, which enable the size and position of the partial area of the image table 4 to be automatically recognized. These signals 18 and any additional markings are used to generate a correct overall image from the partial images mentioned.
  • the turning device 6 is designed so that the shape of the workpiece 2 is not changed or destroyed during the turning and that it is in a defined position even after the turning.
  • a computer 7 From the data supplied by the sensor (camera 5), a computer 7 generates information about the position and geometry of the workpiece 2 and about the structure and quality of the workpiece surface. The characteristics that are necessary for further processing are extracted.
  • the feature extract can be adapted to different workpieces by means of a modular design.
  • the saw table 8 consists of a platform
  • two circular saws 10 and 11 are used, which carry out linear movements by means of a special feed device in such a way that the saw blade always carries out a cutting movement of constant length and then returns to the starting position below the plate surface.
  • the dust generated during sawing is continuously removed by suitable suction devices so that the optical sensors are not impaired by dirt. Small remnants and crumbled bark parts are cut after the finished workpiece 2 and removal of the cut
  • the platform 9 is adapted to the material properties of the workpiece 2 by materia Ittech ⁇ i or constructive measures.
  • An industrial robot 13 which has at least four degrees of freedom in its direction of movement, is used to position the workpiece 2 on the saw table 8.
  • the industrial robot 13 takes over the task of positioning the workpiece 2 in such a way that the circular saws 10 and 11 each produce a cut of the desired depth despite their constant feed length.
  • the separated sections are removed from the platform 9 of the saw table 8 and, sorted according to freely definable criteria, stacked on a shelf or fed to freely selectable transport devices 14 for further processing.
  • the industrial robot 13 is equipped with vacuum grippers 15 which are adapted in shape, number and relative position to the workpiece 2 or the sections to be removed.
  • the software described below for image analysis, optimization, control, logging etc. is implemented on a process computer 16 which ensures control of the device according to the invention in real time.
  • the device is mainly operated using the keyboard of a terminal, and its screen can be used to display not only the necessary and interesting data for the user, but also information about the respective state of individual components of the device (hardware and software). This information is used, for example, for error diagnosis.
  • a printer is used to output production reports or results of statistical evaluations. Results can be displayed graphically on a plotter for a better overview.
  • the software is divided into several program units, which are processed under a multitasking operating system, controlled by a higher-level master task, virtually in parallel.
  • the software can be easily adapted to changed components of the facility or to other workpieces. Operation is facilitated by a dialog system which allows the user to operate the system easily by allowing explanations to be called up at any time.
  • the dialog programs allow the input of all data necessary for operation, such as:
  • a series of feature filters is used to convert the signals of the image recording system, which are location and quality, into a vector with features of the
  • the image analysis provides a data set that contains the following information, among other things:
  • a scheme for covering the workpiece with partial areas is determined taking into account the preferred direction (s) of the wood grain. This assignment is then optimized with regard to the degree of utilization of the workpiece and compliance with the production sol.
  • the criteria for optimization are not, as well as the strategy for allocation of the workpiece with faces constant, 'but be onsstand depending on the actual production, changes of the data of the image analysis and, optionally, additional parameters or selected.
  • the result of the optimization is data that contains information about position and size as well as information about the further processing of the sections that are to be cut out of the workpiece.
  • a movement plan is designed, from which a program with commands for the control 17 of the industrial robot 13 is then obtained.
  • a flow chart is generated, which contains information on the control of the other parts of the device (saw feed device, conveyor belts, holding devices 12, turning device 6, etc.).
  • the device according to the invention allows two operating modes:
  • the workpiece 2 is machined according to the procedure described above.
  • all workpieces to be processed are first detected by the image acquisition system and the image information is rather stored on a sufficiently large mass. This data is then evaluated so that there is a movement path and a work plan for automatic cutting for each workpiece. The workpieces can then be processed at a later time based on the saved control data.

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Abstract

In order to optimize the cutting of a plane-parallel workpiece (2) depending on its size and structure and taking into account surface defects in accordance with the required dimensions of the parts, and in order to use the result of the optimization in order to cut automatically the workpiece, the surface of the workpiece is first determined geometrically and structurally and, on the basis of this information a diagram is produced with the aid of a computer (7, 16) to obtain an optimum workpiece with surfaces of predetermined size and quality. Then, on the basis of the diagram obtained, a computer (7, 16) automatically prepares a movement path for an industrial robot (13) and a working diagram for a separation device (10, 11), and both units are controlled by the path or diagram. After separation, the components are sorted and stored according to their size and structure.

Description

Beschrei bung Description
Verfahren und Einrichtung zum automatischen Zuschneiden von planparallelen Werkstücken. von p lanpara L le Len Werkstücken, insbesondere aus Holz, sowie Einrichtung zur Durchführung des VerfahrensMethod and device for automatic cutting of plane-parallel workpieces. of p lanpara L le Len workpieces, in particular made of wood, and device for carrying out the method
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum automatischen Zuschneiden von planparallelen Werkstücken, insbesondere aus Holz.The invention relates to a method for automatically cutting plane-parallel workpieces, in particular from wood.
Stand der Technik Es ist bekannt, den Zuschnitt von Brettware eindimensional zu optimieren. Dabei werden fehlerhafte Stelle eines Werkstücks von Hand durch Striche markiert, die senkrecht zur Längsrichtung des Werkstücks verlaufen und von einem Linienabtaster erkannt werden. Ein Rechner ermittelt sodann unter Berücksichtigung der Gesamtlänge des Werkstücks, der aufgetragenen Strichmarken und der gewünschten Zuschni tt längen die optimale Schnittführung.PRIOR ART It is known to optimize the cutting of board goods one-dimensionally. Defective parts of a workpiece are marked by hand with lines that run perpendicular to the longitudinal direction of the workpiece and are recognized by a line scanner. A computer then determines the optimal cut taking into account the total length of the workpiece, the line marks applied and the desired cutting length.
Es ist ferner bekannt, den Zuschnitt von Plattenware vorgegebener gleicher Größe, beispielsweise von Spanplatten, zweidimensiona l zu optimieren. Hierbei werden die zu führenden Schnitte vor der Bearbeitung unter Berücksichtigung der Plattengröße einerseits und der Größe und Anzahl der gewünschten Tei lflächen andererseits von einem Rechner ermittelt. In der Plattenware möglicherweise enthaltene fehlerhafte Stellen bleiben bei diesemIt is also known to optimize the cutting of sheet goods of a given same size, for example chipboard, in two dimensions. Here, the cuts to be made before processing are determined by a computer taking into account the plate size on the one hand and the size and number of the desired partial areas on the other. Faulty areas that may be contained in the sheet goods remain with it
Verfahren jedoch unberücksichtigt. Auch eignet sich dieses Verfahren nicht für PLattenware ständig wechselnder Größe und Struktur. Bei keinem der bekannten Verfahren werden die Ergebnisse der Zuschnittoptimierung zur Automat sierung des Zuschneidens verwendet.However, the procedure is disregarded. This method is also unsuitable for continuously changing size and structure. In none of the known methods, the results of the cutting optimization are used to automate the cutting.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Zuschnitt planparalleler Werkstücke, beispielsweise aus Holz oder Leder, in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Größe und unter Berücksichtigung von Oberf lächenfeh l'ern entsprechend den geforderten Teilgrößen zu optimieren und das Optimierungsergebnis zum automatischen Zuschneiden des Werkstücks zu verwenden.The invention is based on the object, the cutting plane parallel work pieces, such as wood or leather, depending on their respective size and taking into account Oberf lächenfeh l 's according to optimize and use the optimization result for automatically cutting the workpiece with the required portion sizes.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberfläche des Werkstücks mindestens einseitig geometrisch und strukturell erfaßt wird, daß aufgrund der erfaßten Informationen unter Verwendung eines Rechners ein Schema zur optimalen Belegung des Werkstücks mit Teilflächen vorgegebener Größe und Güte ermittelt wird, daß aufgrund des ermittelten Schemas unter Verwendung desselben oder eines anderen Rechners automatisch eine Bewegungsbahn für einen Industrie-Roboter sowie ein Arbeitsdiagramm für eine oder mehrere Trennvorrichtungen erstellt werden und daß aufgrund der Bewegungsbahn der Industrie-Roboter und aufgrund des Arbeitsdiagramms die Trennvorri chtung (en) gesteuert werden, wobei nach erfolgter Trennung die Teilstücke nach Größe und Struktur sortiert und abgelegt werden.This object is achieved according to the invention in that the surface of the workpiece is recorded geometrically and structurally at least on one side, and on the basis of the information acquired, using a computer, a scheme for optimally covering the workpiece with partial areas of predetermined size and quality is determined, based on the determined scheme using the same or a different computer, a trajectory for an industrial robot and a working diagram for one or more separating devices are automatically created and that the separating device (s) are controlled on the basis of the trajectory of the industrial robots and on the basis of the working diagram; Separation of the sections sorted by size and structure and stored.
Zur Erfassung der Geometrie und der Struktur der Werkstückoberfläche dient gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein B lderfassungssystem. Da Fehler im Werkstück und auch Schn ttkanten auf den beiden parallelen Oberflächen des Werkstücks in unterschiedlicher Größe bzw. Lage erscheinen können, ist die Erfassung beider Oberflächen erforderlich. Zu diesem Zweck werden gemäß einer Wei erbi Id-ung. derAccording to a further embodiment of the invention, an image acquisition system is used to record the geometry and the structure of the workpiece surface. Since defects in the workpiece and also cut edges on the two parallel surfaces of the workpiece can appear in different sizes or positions, the detection of both surfaces is necessary. According to a Wei erbi Id-ung. the
Erfindung entweder zunächst die eine Oberfläche und nach Wenden des Werkstücks die andere Oberfläche oder aber beide Oberflächen gleichzeitig erfaßt.Invention either first detects one surface and after turning the workpiece the other surface or both surfaces simultaneously.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß erstens das jeweils erfaßte Werkstück unter Erkennen der Fehlerstellen und mit geringstem Abfall zugeschnitten wird, wobei auch die Maserung der Oberfläche berücksichtigt werden kann, was vor allem beispielsweise im Höbelbau von Wichtigkeit ist, und daß zweitens der Transport zum Arbeitstisch, dasThe advantages achieved by the invention are, in particular, that firstly the workpiece detected in each case is cut while recognizing the flaws and with the least amount of waste, the grain of the surface also being able to be taken into account, which is particularly important, for example, in hollow construction, and secondly the transport to the work table, the
Zuschneiden des Werkstücks und die Sortierung und Ablage der Teilstücke automatisch erfolgt. Der Einsatz eines Rechners erlaubt ferner eine Protokollierung der Bearbeitung des Werkstücks, so daß nach einer automatischen Auswertung dieser Daten ausreichende Informationen über Lagerbestand und Qualität der zugeschni tenen Teilstücke vorliegen und eine lagerbestandsori enti erte Planung der Produktion erfolgen kann.The workpiece is cut to size and the parts are sorted and stored automatically. The use of a computer also allows logging of the machining of the workpiece, so that after automatic evaluation of this data, sufficient information about the inventory and quality of the cut parts is available and inventory-oriented planning of production can take place.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den kennze chnenden Merkmalen des Anspruchs 5.The invention further relates to a device for carrying out the method according to the invention in accordance with the characterizing features of claim 5.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung Ein Ausführungsbei sσi e l dieser Einrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben; damit wird zugleich auch das erfindungsgemäße Verfahren verdeutlicht. Mit 1 ist ein Stapel von Werkstücken 2 bezeichnet, der als Material-Puffer dient. Hier werden die eingehenden Werkstücke 2 vorübe gehend gespeichert und bei Bedarf mittels eines Transportsystems einzeln zur nachfolgenden Bearbeitung an einen Bildtisch 3 we tergegeben.Best way to carry out the invention An exemplary embodiment of this device is shown in the drawing and is described in more detail below; this also clarifies the method according to the invention. 1 with a stack of workpieces 2 is designated, which serves as a material buffer. Here the incoming workpieces 2 are temporarily stored and, if necessary, passed on to a picture table 3 individually for subsequent processing by means of a transport system.
Auf dem Bildtisch 3 wird die Geometrie und die Struktur der Werkstückoberfläche von einem Bilderfassungssystem auf einer hierfür vorgesehenen Plattform 4 erfaßt, deren Struktur Helligkeit und Farbe den Anforderungen der Bilderfassung und -auswertung angepaßt sind.On the image table 3, the geometry and the structure of the workpiece surface are recorded by an image acquisition system on a platform 4 provided for this purpose, the structure of which brightness and color are adapted to the requirements of the image acquisition and evaluation.
Zur Erfassung der geometrischen und st ukturellen Eigenschaften der Werkstückoberfläche ist mindestens ein optischer Sensor, im dargestellten Ausführungsbeispiel eine elektron sche Kamera 5, zusammen mit den notwendigen Beleuchtungsvorrichtungen in geeigneter Position zumTo record the geometric and structural properties of the workpiece surface, at least one optical sensor, in the exemplary embodiment shown an electronic camera 5, is in a suitable position together with the necessary lighting devices
Bildtisch angeordnet. Wenn der Bildbereich einer Kamera 5 nicht ausreicht, das gesamte Werkstück 2 zu erfassen, werden die zur Analyse notwendigen Informa ionen aus mehreren Teilbildern gewonnen. Diese Teilbilder können entweder durch mehrere Kameras erzeugt werden oder dadurch zustande kommen, daß das Werkstück 2 und eine oder mehrere Kameras 5 relativ zueinander verschoben werden, so daß jeweils nur ein Teilbereich des Werkstücks 2 erfaßt wird. Auf der Oberfläche der Plattform 4 sind in diesem Fall vom Bildauswertungssystem steuerbare optische Signale 18 angebracht, die ein automatisches Erkennen von Größe und Lage des auszuwertenden Teilbereiches des des Bildtisches 4 ermöglichen. Diese Signale 18 und etwaige zusätzliche Markierungen dienen dazu, aus den erwähnten Teilbildern ein korrektes Gesamtbild zu erzeugen. Um beide Oberflächen eines Werkstücks 2 zu analysieren, wird dieses um eine definierte horizontale Achse um 180 gedreht und wieder dem Bi lderfassungssystem zugeführt. Die Wendevorrichtung 6 ist so konzipiert, daß sich das Werkstück 2 bei der Wendung in seiner Form nicht verändert oder zerstört wird und daß es sich auch nach der Wendung in einer definierten Lage befindet.Image table arranged. If the image area of a camera 5 is not sufficient to capture the entire workpiece 2, the information necessary for the analysis is obtained from several partial images. These partial images can either be generated by a plurality of cameras or come about in that the workpiece 2 and one or more cameras 5 are displaced relative to one another, so that only a partial area of the workpiece 2 is captured in each case. In this case, optical signals 18 controllable by the image evaluation system are attached to the surface of the platform 4, which enable the size and position of the partial area of the image table 4 to be automatically recognized. These signals 18 and any additional markings are used to generate a correct overall image from the partial images mentioned. In order to analyze both surfaces of a workpiece 2, it is rotated by 180 about a defined horizontal axis and fed back to the image acquisition system. The turning device 6 is designed so that the shape of the workpiece 2 is not changed or destroyed during the turning and that it is in a defined position even after the turning.
Aus den Daten, die der Sensor (Kamera 5) liefert, erarbei¬ tet ein Rechner 7 Informationen über Position und Geome- trie des Werkstücks 2 sowie über Struktur und Qualität der Werkstückoberfläche. Es werden die Merkmale extrahiert, die für die weitere Bearbeitung notwendig sind. Durch eine modulartige Konzeption kann die Merkmalsextrakt on unter¬ schiedlichen Werkstücken angepaßt werden.From the data supplied by the sensor (camera 5), a computer 7 generates information about the position and geometry of the workpiece 2 and about the structure and quality of the workpiece surface. The characteristics that are necessary for further processing are extracted. The feature extract can be adapted to different workpieces by means of a modular design.
Nach der Erfassung der Eigenschaften der Oberfläche des Werkstücks 2 wird dieses zu einem Treπntisch, im dargestellten Ausführungsbeispiel zu einem Sägetisch 8, transportiert. Der Sägetisch 8 besteht aus einer PlattformAfter the properties of the surface of the workpiece 2 have been recorded, the workpiece 2 is transported to a table, in the exemplary embodiment shown to a saw table 8. The saw table 8 consists of a platform
9 mit zwei orthogonal zueinander angeordneten Schneidevorrichtungen. Für den Zuschnitt von Holz dienen zwei Kreissägen 10 und 11, die durch eine spezielle Vorschubeinrichtung Linearbewegungen derart ausführen, daß das Sägeblatt stets eine Schnittbewegung konstanter Länge durchführt und ansch l i eßend unterhalb der Plattenoberfläche zur Ausgangsstellung zurückkehrt. Zur9 with two cutting devices arranged orthogonally to one another. For the cutting of wood, two circular saws 10 and 11 are used, which carry out linear movements by means of a special feed device in such a way that the saw blade always carries out a cutting movement of constant length and then returns to the starting position below the plate surface. For
Beseitigung der durch die geometrische Form der KreissägenElimination of the geometric shape of the circular saws
10 und 11 erzeugten kreisbogenförmigen Schnittenden sind unterhalb der Plattform 9 zwei Stichsägen angebracht. Die der jewei ligen Schn tt ri chtung zugehörige Stichsäge wird nach Beendigung eines Kre ssägenschnittes automatisch nach oben geführt, um ein senkrechtes Schnittende zu erzeugen, und anschließend wieder unter die Plattform 9 gezogen. Während des Sägeπs wird das Werkstück durch mehrere stempe lähπli ehe Festhaltevorrichtungen 12 auf der Plattform 8 fixiert.10 and 11 generated circular arc-shaped cut ends are below the platform 9 two jigsaws attached. The jigsaw belonging to the respective cutting direction is automatically moved upwards after a circular saw cut has been completed in order to ensure a vertical cut end generate, and then pulled back under the platform 9. During the sawing process, the workpiece is fixed on the platform 8 by a plurality of permanent fixing devices 12.
Der beim Sägen entstehende Staub wird durch geeignete Absaugevorrichtungen kontinuierlich entfernt, so daß keine Bee nträchtigung der optischen Sensoren durch Schmutz entsteht. Kleine Reststücke und abgebröckelte Rindenteile werden nach dem fertigen Zuschnitt des Werkstücks 2 und Abtransport der zugeschnittenenThe dust generated during sawing is continuously removed by suitable suction devices so that the optical sensors are not impaired by dirt. Small remnants and crumbled bark parts are cut after the finished workpiece 2 and removal of the cut
Teilstücke durch einen oder mehrere Wischer von der Plattform 9 geschoben.Parts pushed by one or more wipers from the platform 9.
Um den Haft- und Glei t ei bungskoeff zi enten während der Positionierung des Werkstücks 2 so gering wie möglich zu halten, wird die Plattform 9 durch materia Ittechπi sehe oder konstruktive Maßnahmen den Materialeigenschaften des Werkstücks 2 angepaßt.In order to keep the adhesion and gliding efficiency as low as possible during the positioning of the workpiece 2, the platform 9 is adapted to the material properties of the workpiece 2 by materia Ittechπi or constructive measures.
Zur Positionierung des Werkstücks 2 auf dem Sägetisch 8 dient ein Industrie-Roboter 13, der in seiner Bewegungsrichtung mindestens vier Freiheitsgrade besitzt. Der Industrie-Roboter 13 übernimmt die Aufgabe, das Werkstück 2 derart zu positionieren, daß die Kreissägen 10 und 11 trotz iher konstanten Vorschub längen jeweils einen Schnitt gewünschter Tiefe erzeugen. Die herausgetrennten Teilstücke werden der Plattform 9 des Sägetisches 8 entnommen und, nach frei vorgebbaren Kriterien sortiert, auf einer Ablage gestapelt oder zur weiteren Verarbeitung frei vorwählbaren Abtransportvorrichtungen 14 zugeführt. Zur Positionierung des Werkstücks 2 bzw. zur Ergreifung der herausgetrennten Teilstücke ist der Industrie-Roboter 13 mit Vakuumgreifern 15 ausgerüstet, die n ihrer Form, Anzahl und relativen Lage zueinander dem Werkstück 2 bzw. den herauszutrennenden Teilstücken angepaßt sind.An industrial robot 13, which has at least four degrees of freedom in its direction of movement, is used to position the workpiece 2 on the saw table 8. The industrial robot 13 takes over the task of positioning the workpiece 2 in such a way that the circular saws 10 and 11 each produce a cut of the desired depth despite their constant feed length. The separated sections are removed from the platform 9 of the saw table 8 and, sorted according to freely definable criteria, stacked on a shelf or fed to freely selectable transport devices 14 for further processing. For positioning the workpiece 2 or for gripping the separated sections, the industrial robot 13 is equipped with vacuum grippers 15 which are adapted in shape, number and relative position to the workpiece 2 or the sections to be removed.
Die nachfolgend beschriebene Software zur Bildanalyse, Optimierung, Steuerung, Protokollierung usw. wird auf einem Prozeßrechner 16 implementiert, der eine Steuerung der erfindungsgemäßen Einrichtung in Echt-Zeit gewährleistet.The software described below for image analysis, optimization, control, logging etc. is implemented on a process computer 16 which ensures control of the device according to the invention in real time.
Die Bedienung der Einrichtung erfolgt überwiegend über die Tastatur eines Terminals, über dessen Bildschirm können außer für den Benutzer notwendige und interessante Daten auch Informationen über den jeweiligen Zustand einzelner Komponenten der Einrichtung (Hard- und Software) dargestellt werden. Diese Informationen dienen beispielsweise der Feh lerdi agnose .The device is mainly operated using the keyboard of a terminal, and its screen can be used to display not only the necessary and interesting data for the user, but also information about the respective state of individual components of the device (hardware and software). This information is used, for example, for error diagnosis.
Ein Drucker dient zur Ausgabe von Produktionsprotokollen oder Ergebnissen von statistischen Auswertungen. Zur besseren Übersicht können Ergebnisse über einen Plotter graphisch dargestellt werden.A printer is used to output production reports or results of statistical evaluations. Results can be displayed graphically on a plotter for a better overview.
Die Software gliedert sich, den unterschiedlichen Aufgaben entsprechend, in mehrere Programmeinheiten, die unter einem Multitasking-Betriebssystem, durch eine übergeordnete Master-Task gesteuert, quasi parallel abgearbeitet werden.Depending on the different tasks, the software is divided into several program units, which are processed under a multitasking operating system, controlled by a higher-level master task, virtually in parallel.
Durch eine modulartige Konzeption aller Tasks läßt sich die Software leicht an veränderte Komponenten der Einrichtung oder an andere Werkstücke anpassen. Die Bedienung wird durch ein Dialogsystem erleichtert, das dem Benutzer eine einfache Handhabung des Systems erlaubt, indem es be sp elsweise jederzeit abrufbare Erläuterungen zuläßt. Die Dialogprogramme gestatten die Eingabe aller für den Betrieb notwendigen Daten, wie beispielsweise:Thanks to a modular design of all tasks, the software can be easily adapted to changed components of the facility or to other workpieces. Operation is facilitated by a dialog system which allows the user to operate the system easily by allowing explanations to be called up at any time. The dialog programs allow the input of all data necessary for operation, such as:
- Angaben über die zuzuschneidenden Teilstücke,- information about the sections to be cut,
- Informationen, die für ein interaktives Lernen einzelner Komponenten nötig sind,- Information necessary for interactive learning of individual components,
- Parameter zur Init al sierung und Justierung der Einrichtung bzw. zur Anpassung an veränderte- Parameters for initializing and adjusting the device or for adapting to changed ones
Umgebungsbedingungen,Environmental conditions,
- Steuerkommandos.- control commands.
Aus den orts- und amp li tudenquanti si erten Signalen des Bildaufnahmesystems wird durch eine Reihe von Merkmalsfiltern ein Vektor mit Merkmalen derA series of feature filters is used to convert the signals of the image recording system, which are location and quality, into a vector with features of the
Werkstückoberfläche extrahiert. Aus diesen Merkmalen wird mittels eines selbstlernenden Klassi fi kators die Information über Qualität und Beschaffenheit der Werkstückober läche gewonnen.Extracted workpiece surface. From these features, information about the quality and nature of the workpiece surface is obtained using a self-learning classi fi cator.
Zusammen mit den durch spezielle Kantenf lter gewonnenen äußeren Konturlinien des Werkstücks liefert die Bildanalyse einen Datensatz, der unter anderem die folgenden Informationen enthält:Together with the outer contour lines of the workpiece obtained through special edge filters, the image analysis provides a data set that contains the following information, among other things:
- Lage und Maße des Werkstücks, - Position und Größe aller auf beiden- location and dimensions of the workpiece, - position and size of all on both
Werkstückoberflächen befindlichen Störstellen,Defects located on the workpiece surfaces,
- Vorzugsrichtung der Holzmaserung. Aus den Daten der Bildanalyse und den Informationen über Anzahl, Größe und Güte der zu produzierenden Teile wird unter Berücksichtigung der Vorzugsri chtung (en) der Holzmaserung ein Schema zur Belegung des Werkstücks mit Teilflächen ermittelt. Diese Belegung wird anschließend in Bezug auf Nutzungsgrad des Werkstücks und- EinhaItung des Produkti onsso l ls optimiert. Die Kriterien zur Optimierung sind ebenso wie die Strategie zur Belegung des Werkstücks mit Teilflächen nicht konstant ,' sondern werden in Abhängigkeit vom aktuellen Produk onsstand, von den Daten der Bildanalyse und gegebenenfalls von zusätzlichen Parametern verändert bzw. ausgewählt. Das Ergebnis der Optimierung sind Daten, die Informationen über Position und Größe sowie Angaben zur weiteren Bearbeitung der Teilstücke enthalten, die aus dem Werkstück herausgetrennt werden sollen.- Preferred direction of the wood grain. From the data of the image analysis and the information about the number, size and quality of the parts to be produced, a scheme for covering the workpiece with partial areas is determined taking into account the preferred direction (s) of the wood grain. This assignment is then optimized with regard to the degree of utilization of the workpiece and compliance with the production sol. The criteria for optimization are not, as well as the strategy for allocation of the workpiece with faces constant, 'but be onsstand depending on the actual production, changes of the data of the image analysis and, optionally, additional parameters or selected. The result of the optimization is data that contains information about position and size as well as information about the further processing of the sections that are to be cut out of the workpiece.
Aus der Information über Lage und Größe des Werkstücks und der aus ihm herauszutrennenden Teilstücke wird ein Bewegungsplan entworfen, aus dem anschließend ein Programm mit Befehlen für die Steuerung 17 des Industrie-Roboters 13 gewonnen wird. Zusätzlich wird ein Ablaufplan erzeugt, der Angaben zur Steuerung der übrigen Teile der Einrichtung (SägeVorschubvorn' chtung, Transportbänder, Festhaltevorrichtungen 12, Wendevorrichtung 6 usw.) enthält.From the information about the position and size of the workpiece and the parts to be removed from it, a movement plan is designed, from which a program with commands for the control 17 of the industrial robot 13 is then obtained. In addition, a flow chart is generated, which contains information on the control of the other parts of the device (saw feed device, conveyor belts, holding devices 12, turning device 6, etc.).
Es sei noch bemerkt, daß die erfindungsgemäße Einrichtung zwei Betriebsarten erlaubt:It should also be noted that the device according to the invention allows two operating modes:
Im on-li ne-Bet r eb wird das Werkstück 2 nach dem oben beschriebenen Ablauf bearbeitet. Im off-line-Betrieb werden zunächst alle zu bearbeitenden Werkstücke vom Bilderfassungssystem detektiert und die Bildinformationen auf einem genügend großen Masseπspei eher abgelegt. Diese Daten werden anschließend ausgewertet, so daß für jedes Werkstück eine Bewegungsbahn und ein Arbeitsplan für den automat schen Zuschnitt existiert. Aufgrund der gespeicherten Steuerungsdaten können die Werkstücke dann zu einem späteren Zeitpunkt bearbeitet werden . In on-line operation, the workpiece 2 is machined according to the procedure described above. In the off-line mode, all workpieces to be processed are first detected by the image acquisition system and the image information is rather stored on a sufficiently large mass. This data is then evaluated so that there is a movement path and a work plan for automatic cutting for each workpiece. The workpieces can then be processed at a later time based on the saved control data.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum automatischen Zuschneiden von planparallelen Werkstücken, insbesondere aus Holz, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Werkstücks mindestens einseitig geometrisch und strukturell erfaßt wird, daß aufgrund der erfaßten Informationen unter Verwendung eines Rechners ein Schema zur optimalen Belegung des Werkstücks mit Teilflächen vorgegebener Größe und Güte ermittelt wird, daß aufgrund des ermittelten Schemas unter Verwendung desselben oder eines anderen Rechners automatisch eine Bewegungsbahn für einen Industrie- Roboter sowie ein Arbeitsdiagramm für eine oder mehrere Trennvorrichtungen erstellt werden und daß aufgrund der Bewegungsbahn der Industrie-Roboter und aufgrund des Arbeitsdiagramms die Trennvorri chtung (en) gesteuert werden, wobei nach erfolgter Trennung die Teilstücke nach Größe und Struktur sortiert und abgelegt werden.1. A method for the automatic cutting of plane-parallel workpieces, in particular made of wood, characterized in that the surface of the workpiece is geometrically and structurally detected at least on one side, that based on the information recorded using a computer, a scheme for optimally occupying the workpiece with partial areas of a predetermined size and quality is determined that, based on the determined scheme using the same or a different computer, a movement path for an industrial robot and a work diagram for one or more separating devices are automatically created, and that the separation reserve based on the movement path of the industrial robots and on the basis of the work diagram Attention (s) can be controlled, after the separation the parts are sorted according to size and structure and filed.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Oberfläche einer Se te des Werkstücks erfaßt, sodann das Werkstück gewendet und die Oberfläche der gegenüberliegenden Seite erfaßt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that first the surface of a Se te of the workpiece is detected, then the workpiece is turned and the surface of the opposite side is detected.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Werkstücks gleichzeitig erfaßt werden. 3. The method according to claim 1, characterized in that the two opposite surfaces of the workpiece are detected simultaneously.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Werkstücks jeweils mittels eines Bi Iderfassungssystems detektiert wi rd .4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the surface of the workpiece is detected in each case by means of an image acquisition system.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: es ist eine Vorrichtung zum Transport des Werkstücks (2) von einem als Material Puffer dienenden Stapel (1) zu einem Bildtisch (3) mit einer Plattform (4) vorgesehen, der Bildtisch (3) ist gegebenenfalls mit einer Wendevorrichtung (6) für das Werkstück versehen, es ist mindestens ein optischer Sensor, vorzugsweise eine elektronische Kamera (5), zur geometrischen und strukturellen Erfassung der Oberfläche des5. Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized by the following features: it is a device for transporting the workpiece (2) from a stack (1) serving as a material buffer to an image table (3) with a platform (4 ) is provided, the image table (3) is optionally provided with a turning device (6) for the workpiece, it is at least one optical sensor, preferably an electronic camera (5), for the geometric and structural detection of the surface of the
Werkstücks (2) vorgesehen und zusammen mit gegebenenfalls erforderlichenWorkpiece (2) provided and together with any necessary
Beleuchtungsvorrichtungen in geeigneter Position zum Bildtisch (3) angeordnet. es ist eine Vorrichtung zum Transport des Werkstücks (2) zu einem Trenntisch (8) vorgesehen, der Trenntisch (8) weist zwei Trenneinrichtungen (10 und 11) auf, von denen eine parallel und die andere senkrecht zur Transport ri chtung des Werkstücks (2) angeordnet ist, neben dem Trenntisch (8) ist ein mit Mehrfach- Vakuumgrei fer (15) ausgerüsteter Industrie-Roboter (13) mit mindestens vier Freiheitsg aden aufgestellt, es ist mindestens ein Rechner (16) vorgesehen, der aus den vom Sensor (bzw. von den Sensoren) erfaßten Informationen ein Schema zur optimalen Belegung des Werkstücks (2) mit Teilflächen vorgegebener Größe und Güte ermittelt, daraus automatisch eine Bewegungsbahn für den Industrie- Roboter (13) sowie ein Arbeitsdiagramm für die Trenneinrichtungen (10 und 11) erstellt und der Steuerung (17) für den Industrie-Roboter (13) und die Trenπeinri chtungeπ (10 und 11) zuführt, und es ist eine Ablagevorn' chtung für die herausgetrennten Teilstücke, jeweils sortiert nach Größe und Struktur, vorgesehen.Lighting devices arranged in a suitable position to the picture table (3). A device for transporting the workpiece (2) to a cutting table (8) is provided, the cutting table (8) has two cutting devices (10 and 11), one of which is parallel and the other perpendicular to the transport direction of the workpiece (2 ) is arranged, next to the separation table (8) is an industrial robot (13) equipped with multiple vacuum grippers (15) and has at least four degrees of freedom, At least one computer (16) is provided, which uses the information acquired by the sensor (or sensors) to determine a scheme for optimally covering the workpiece (2) with partial areas of a predetermined size and quality, from which a path of motion for the industrial robot (13) and a working diagram for the separators (10 and 11) created and the controller (17) for the industrial robot (13) and the Trenπeinri chtungeπ (10 and 11) supplies, and there is a tray front 'rect for separated sections, each sorted according to size and structure, provided.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinπ'chtungen (10 und 11) des Trenntischs (8) angeordnete Stichsäge zur Begradigung des reisbogenförmigen Endes des Kreissägenschnittes vorgesehen ist. 6. Device according to claim 5, characterized in that the Trenneinπ ' chtungen (10 and 11) of the separation table (8) arranged jigsaw is provided for straightening the arcuate end of the circular saw cut.
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