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Titel: Vorrichtung zum Ausrichten von
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Werkstücken
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum Ausrichten von Werkstücken. Erfindungsgemäß ist auf einem durch einen Servomotor
angetriebenen, in Längsrichtung hin und herbeweglichen X-Achsenschlitten ein durch
einen Servomotor angetriebener seitlich verschiebbarer Y-Achsen-Schlitten montiert,
auf dem der Zylinder einer Hub- und Schwenkvorrichtung montiert ist, der einen vertikal
beweglichen und drehbaren Kolben aufweist. Auf der Kolbenstange ist ein fester horizontaler
Arm gelagert, der an einem streckbaren horizontalen Arm angelenkt ist, der durch
einen Drehantrieb gedreht wird, wel cher auf dem festen Arm montiert ist, und der
Arm kann in Horizontalrichtung durch einen hin und hergehenden Motor betätigt werden,
der auf dem festen Arm montiert ist. Auf dem festen horizontalen Arm ist eine Horizontal-Videokamera
montiert, die durch einen Schrittmotor drehbar ist und deren Objektiv einen kleinen
Bildwinkel, aber eine hohe Auflösung besitzt. Auf die Videokamera ist ein geneigter
Reflektor ausgerichtet, der am äußeren Ende des streckbaren Armes montiert ist,
und in horizontaler Richtung auf die Kamera die vertikalen Lichtstrahlen reflektiert,
die von dem Werkstück auf einem in geeigneter Weise beleuchteten WerkstUckträger
ausgehen. Eine stationäre vertikale Overhead-Videokamera mit einem Weitwinkelobjektiv
und geringer Auflösung ist über dem Werkstückträger fixiert und auf diesen Werkstückträger
scharfgestellt. Gemäß einer abgewandelten Ausrührungsrorm ist diese vertikale Overhead-Videokamera
so montiert, daß sie von einem Schrittmotor auf einem servogetriebenen seitlich
verschiebbaren Y-Achsen-Schlitten drehbar ist, der seiner seits auf einem durch
einen Servomotor angetriebenen, in Längsrichtung verschiebbaren X-Achsen-Schlitten
über dem Werkstückf träger verschiebbar ist.
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Auf dem ausstreckbaren Arm benachbart und hinter dem Reflektor
befindet
sich ein Schrittmotor für einen Werkstückgreifer, um diesen um eine Vertikalachse
zu drehen, wobei der Werkstückgreifer vom Arm herabhängt und parallel bewegliche
Greiferfinger besitzt, die durch einen Luftzylinder auf dem Arm geöffnet und geschlossen
werden können. Das Computersystem für diese Vorrichtung enthält herkömmliche Bauteile
und wird weiter unten beschrieben.
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Bekannte Werkstuck-tJberführungsvorrichtungen oder "Roboter", wie
sie gelegentlich bezeichnet werden, weisen Hub- und Schwenkmotore auf, die von einem
mechanisch betätigten streckbaren Arm getragen werden, wobei WerkstUckgreifer darauf
gelagert sind, um die Gegenstände von einer Station zu der nächsten zu überführen,
insbesondere in der Anwendung bei automatisch arbeitenden Maschinen. Derartige Vorrichtungen
sind hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit durch die Tatsache beschränkt, daß sie blind
arbeiten müssen, und daß sie nur dann nützlich sind, wenn ihr Mechanismus so programmiert
werden kann, daß das zu erfassende Werkstück abgefühlt wird und eine entsprechende
Bewegung und Orientierung erfolgen kann. Wenn eine Videokamera bei diesen computergesteuerten
automatischen Vorrichtungen vorgesehen war, dann hatte sie eine feste Lage und es
mußten komplexe trigonometrische Berechnungen durchgeführt werden, um die präzise
Lageorientierung durchzuführen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung
zum Ausrichten und Transportieren von Werkstücken in der Weise zu verbessern, daß
unterschiedlioh gestaltete Werkstücke schnell und sicher ausgerichtet und erfaßt
werden können.
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Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer
mit einem Videogerät ausgestatteten Vorrichtung zur Zentrierung, Orientierung und
Übertragung von Gegenständen gemäß der Erfindung; Fig. 2 in größerem Maßstab eine
Ansicht des Schrittmotors und der Videokamera gemäß Fig. 1, wobei das Gehäuse der
Videokamera und der Drehmechanismus in einem zentralen Horizontalschnitt dargestellt
sind; Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht der Anordnung nach Fig. 2 von rechts
betrachtet, wobei die Videokamera und ihr Drehantrieb in Ansicht dargestellt sind;
Fig. 4 eine Stirnansicht einer Greifvorrichtung für die Gegenstände und eines Reflektors,
die in Fig. 1 links dargestellt sind; Fig. 5 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht
des Greifermechanismus, der auf der linken Seite in Fig. 1 und der unteren Hälfte
von Fig. 4 dargestellt ist; Fig. 6 in größerem Maßstab einen Schnitt nach der Linie
6-6 gemäß Fig. 5; Fig. 7 ein Blockschaltbild der rotierenden Videokamera und des
zugeordneten Computer gesteuerten Dreh-und Steuersystems mit den verschiedenen Moduln,
wobei
die Flußrichtung durch Pfeile dargestellt ist; Fig. 8 ein Blockschaltbild einer
Untergruppe verschiedener Moduln, die in dem Videointerface enthalten sind und in
Fig. 7 in der linken unteren Ecke befindlich sind; Fig. 9 ein Blockschaltbild des
Drehmotor-Interface der Videokamera, welches schräg über und rechts von dem Video-Interface
in Fig. 7 dargestellt ist; Fig. 10 ein Blockschaltbild des X-Achsen-Motor-Interfa¢e
oder des Y-Achsen-Motor-Interface (beide sind identisch), das unmittelbar über dem
Kameradrehmotor-Modul in Fig. 7 dargestellt ist; Fig. 11 eine schematische Ansicht
des Bildes eines rechteckigen Gegenstandes in der Bildebene der Videokamera bevor
und nach seiner richtigen Ausrichtung durch Vergleich mit einem Standardbild im
Informationsspeicher des Minicomputers vor und nach Drehung der Videokamera gemäß
dem Bildvergleich; Fig. 12 eine schematische Grundrißansicht eines ordnungsgemäß
orientierten Videokamerabildes eines V-Blockes, der gerade von dem ebenso richtig
ausgerichteten Gegenstandsgreifer erfaßt wird, der im linken unteren Mittelabschnitt
der Fig. 1 dargestellt ist;
Fig. 13 eine schematische Ansicht des
Videokamerabildes einer Schraube, die ordnungsgemäß orientiert und zentriert ist;
Fig. 14 eine der Fig. 13 ähnliche Ansicht des Videokamerabildes einer Schraube,
die ordnungsgemäß orientiert, aber nicht zentriert ist; Fig. 15 das Bild der gleichen
Schraube wie in Fig. 13 und 14, welche hier jedoch zentriert, aber nicht richtig
orientiert ist; Fig. 16 eine Ansicht des Bildes der gleichen Schraube, die weder
zentriert noch ordnungsgemäß orientiert ist; Fig. 17 eine graphische Darstellung,
welche den Analogausgang der Horizontal-Videokamera nach Fig. 1 und 7 veranschaulicht;
Fig. 18 eine graphische Darstellung, die den Ausgang des Analog-Digitalwandlers
nach Umwandlung des Analogausgangs der Horizontal-Videokamera gemäß Fig. 17 veranschaulicht;
Fig. 19 eine Ansicht der numerischen Anordnung im Informationsspeicher des Minicomputers
entsprechend der Anordnung der Bildelemente in der Horizontal-Videokamera wie in
einem Videomonitor dargestellt; Fig. 20 eine perspektivische Ansicht einer abgewandelten
Drehvideovorrichtung zur Zentrierung, Orientierung und Übertragung von Gegenständen,
wobei eine
rotierende Overhead-Videokamera bei einem X-Y-Positioniergerät
benutzt wird, insbesondere zur Benutzung in Verbindung mit großen Werkstücken, wobei
der Trägerauf bau weggelassen ist.
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Im folgenden wird im einzelnen auf die Zeichnung Bezug genommen. Die
Figuren 1 bis 6 zeigen eine sich drehende Videovorrichtung zum Zentrieren, Orientieren
und Übertragen von Werkstücken, die allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeiohnet
ist und gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist und eine stationär.e
vertikale Overhead-Videokamera 21, eine drehbare Horizontal-Videokamera 22 auf einem
Gegenstandsgreifer und eine Übertragungseinrichtung aufweist, die jenen der US-PS
37 77 902 entsprechen. Der drehbare Gegenstandsgreifer 33 ist jedoch von unterschiedlicher
Konstruktion wie aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich. Im Hinblick auf eine ins einzelne
gehende Beschreibung des Aufbaus 24 wird auf die letztgenannte US-PS verwiesen.
Die Gegenstandsgreif und Übertragungsvorrichtung 24 ist auf einem Kopf 31 am unteren
Ende der Abtriebswelle 25 einer Hub- und Schwenk-Gegenstandsübertragungsvorrichtung
26 montiert, die ähnlich ausgebildet ist wie in der DE-PS 17 81 213 beschrieben.
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Im Hinblick auf eine ins einzelne gehende Beschreibung der Vorrichtung
26 wird auf diese deutsche Patentschrift Bezug genommen. Die Hub- und Schwenkeinrichtung
26 ist auf einem X-Y-Lagebestimmungsglied montiert und körperlich von diesem bewegt,
und dieses ist mit dem Bezugszeichen 27 versehen.
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Die Gegenstandsübertragungsvorrichtung 24 (Fig. 1) weist einen rohrformigen
festen Arm 28 auf, dessen Vorderende fest an dem hohlen Gehäuse 20 befestigt ist,
welches am Kopf 31 montiert ist. Auf dem rückwärtigen Ende des festen Arms 28
ist
ein strömungsmittelbetätigter Drehantrieb 30 vorgesehen, der betriebsmäßig mit dem
hinteren Ende einer drehbaren und hin und hergehend gelagerten Abtriebswelle 32
innerhalb des rohrförmigen festen Arms 28 verbunden ist und relativ dazu durch strömungsmittelbetätigte
Antriebe innerhalb des Zylinders 29a (Fig. 3) vorgeschoben und zurückgezogen werden
kann. Der Zylinder 29a enthält einen Kolben 29b, der auf einer Kolbenstange 29c
sitzt, die mit einem Lenker 31 verbunden ist und um die Drehachse durch den Drehantrieb
30 verschwenkbar ist.
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Der Drehantrieb 30 ist als massive Baueinheit ausgeführt und von herkömmlicher
Bauart. Kurz gesagt besteht der Drehantrieb aus einem vorderen bzw. hinteren Kopf
31a bzw. 33a, die gegen die gegenüberliegenden Enden eines Zylinders 35 durch Stützstäbe
37 gehalten werden. Der Zylinder 35 enthält ein Drehventil (nicht dargestellt),
welches betriebsmäßig mit der sich drehenden und hin und hergehend beweglichen Abtriebswelle
32 verbunden ist. Letztere tritt drehbar durch den Lenker 41 hindurch, der sie hin
und hergehend gemäß der hin und hergehenden Bewegung der Kolbenstange 29c bewegt,
während eine Führung durch eine Führungsstange 43 erfolgt, die durch das Gehäuse
29 entsprechend der US-PS 37 77 902 hindurchtritt. Die Führungsstange 340 tritt
durch ~#~ das Gehäuse 29 und durch einen Führungsarm 47 hindurch, die einteilig
mit dem vorderen Kopf 31a hergestellt ist. Vordere und hintere Anschlüsse 49 bzw.
51 leiten das Strömungsmittel nach dem Zylinder 35 und von diesem weg.
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Auf dem vorderen Ende der drehbaren und hin und hergehend gelagerten
Welle bzw. des streckbaren Arms 32 befindet sich ein Schaft 33 des hohlen Gehäuses
44 des drehbaren Gegenstandsgreifers 23. Letzterer besitzt eine obere Abdeckplatte
36,
auf der ein elektrischer Greifer-Dreh-Schrittmotor 38 angeordnet ist (Fig. 1, 5
und 6). Der Schrittmotor 38 weist eine nach unten vorstehende Abtriebswelle 40 auf,
die ein Ritzel 42 trägt, das mit einem Zahnrad 44 kämmt, dessen Hohlnabe 46 nach
unten in Antriebsverbindung mit einem drehbaren Greiferkopf 48 verläuft, der in
dem hohlen Gehäuse 34 gelagert ist. Die Hohlwelle 46 trägt eine Greiferkopfreibscheibe
45 keilförmigen Querschnitts, die von vier entsprechend profillierten konischen
Laufrollen 53 getragen wird, die wiederum von Drehzapfen 55 getragen sind, die in
die entsprechende Gewindebohrung der Bodenplatte 57 des Gehäuses 34 eingeschraubt
sind. Durch parallele Lenker 59 und parallele Kurbelarme 61 sind von inneren Drehzapfen
63 und äußeren Drehzapfen 65 im drehenden Greiferkopf 48 die Naben 50 der Gegenstandsgreiferfinger
bzw. Backen 52 aurgehängt. Letztere werden durch eine Stift-Schlitz-Verbindung 67
zwischen den oberen Enden der Ioirbelarme 61 und den Kolbenstangen 54 eines hin
und hergehenden Strömungsmittelmotors 56 bewegt, der auf der Abdeckplatte 36 des
Gehäuses 34 gelagert ist. Auf diese Weise werden jeweils die Greiferfinger aufeinander
zu bzw. voneinander weg bewegt, um einen Gegenstand W, beispielsweise ein Werkstück
dazwischen zu erfassen bzw. freizugeben.
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Auf dem äußeren Ende des hohlen Gehäuses 34 (Fig. 1 und 4) sind zwei
nach oben und außen angestellte Tragarme 58 montiert, die an der oberen Oberfläche
36 des hohlen Gehäuses 34 im Abstand und parallel zueinander angeordnet und verschraubt
sind und die an ihren oberen Enden ausge bohrt sind, um die koaxialen Schwenkzapfen
60 auf zunehmen, die seitlich von einem Reflektorträger 62 vorstehen, an dem ein
Spiegel 64 einstellbar befestigt ist.
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Am hohlen Gehäuse 29 am Kopf der aegenstands-Aufnahme-und Übertragungsvorrichtung
24 ist fest ein hohles zylindrisches äußeres Videokameragehäuse 74 der drehbaren
Videokamera 22 montiert. In der Seitenwand 78 des äußeren Videokameragehäuses 74
(Fig. 2) ist beispielsweise über koaxiale in Längsabstand zueinander angeordnete
reibungsarme Lager 80 und 82 ein inneres zylindrisches Videokameragehäuse 84 gelagert,
in dem koaxial eine Videokamera 86 hoher Auflösung und mit kleinem Bildwinkel gelagert
ist.
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Dieses Gehäuse 84 nimmt den Kamerakörper 88 auf, dessen Vorderende
ein Objektiv 90 trägt, dessen Brennweite durchs die folgende optische Formel bestimmt
ist: Brennweite = Bildgröße x GegenstandsentferQung Gegenstandsgröße Die Videokamera
86, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung benutzt wird, ist kommerziell
verfügbar als massive Automations-Videokamera. Bei Anwendung innerhalb des erfindungsgemäßen
Systems enthält der Kamerakörper 88 in der Brennebene des Objektivs 90 eine quadratische
Bildelementanordnung (nicht dargestellt), bestehend aus 128 parallelen horizontalen
Zeilen von Bildelementen (Bildpunkten), die in 128 vertikalen Reihen angeordnet
sind, so daß sich 16 384 solche Bildpunkte auf einer Fläche ergeben, die etwa 5,85
mm2 umfaßt (1 Quadratzoll).
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Die Videokamera 86 ist innerhalb des inneren Kameragehäuses 84 durch
Zentrierschrauben 92 und 94 am vorderen Ende und am hinteren Ende justiert und besitzt
einen mittleren Mehrfachanschluß 95 am hinteren Ende,der in der Rückwand 96 benachbart
zu dem hinteren ~reibungsarmen Lager 80 (Fig. 205 sitzt. Am inneren Videokameragehäuse
84 befindet sich ein Zahnkranz 98 mit dem ein Zwischenzahnrad 100 kämmt, das
wiederum
mit dem Abtriebsritzel 102 der Abtriebswelle 104 des Kameradreh-Schrittmotors 106
kämmt, der bei 108 mit der Basisplatte bzw. dem Schlitten 72 verschraubt oder auf
andere Weise verbunden ist. Das vordere Ende des äußeren Gehäuses 74 der Videokamera
ist von einem teleskopartigen zylindrischen Bauteil 110 umschlossen, das ein transparentes
Fenster 112 besitzt, welches am Vorderende geschlossen ist.
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Die X-Y Positioniervorrichtung-27, auf der die Hub- und Schwenkvorrichtung
26 gelagert und körperlich bewegt wird (Fig. 1) besitzt eine Basisträgerplatte 114,
an der vier aufrecht stehende Führungsstangen 116 befestigt sind, die ausgebohrt
sind, um die gegenüberliegenden Enden zweier Längsgleitführungsstangen 118 aufzunehmen,
die parallel im Abstand zueinander angeordnet sind. Auf den Führungsstangen 118
sind zwei Gleitlager 120 verschiebbar, an deren oberen Enden ein in Längsrichtung
bzw. in der X-Achse verschiebbarer Schlitten 122 befestigt ist. Zwischen den Lagern
120 und von der Unterseite des X-Acbsentisches 122 vorstehend und an diesem befestigt
ist eine ausgebohrte und innen mit Gewinde versehene Spindelmutter 124 angeordnet,
deren Muttergewinde 126 auf der Schraubspindel 128 läuft. Das vordere Ende 127 der
in Längsrichtung verlaufenden Schraubspindel 128 ist drehbar in einem Lager 130
abgestützt, das auf der Basisplatte 114 festgelegt ist. Das gegenüberliegende rückwärtige
Ende der in Längsrichtung verlaufenden Schraubspindel 128 ist bei 132 in einem Lager
134 abgestützt, das auf der gegenüberliegenden Seite einen X-Achsen-Servomotor 136
trägt, der antriebsmäßig mit der in Längsrichtung verlaufenden Schraubspindel 128
verbunden ist.
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Auf dem X-Achsenschlitten 122 sind vier aufrecht stehende
Gleitführungsstangenträger
138 montiert, in denen die gegenüberliegenden Enden der seitlichen Gleitführungsstangen
140 angeordnet sind, die parallel zueinander im Abstand liegen. Auf den seitlichen
Gleitführungsstangen 140 sind vier Gleitlagerträger 142 gleitbar gelagert, von denen
in Fig. 1 nur drei Stück ersichtlich sind, während der vierte Träger hinter der
Hub- und Verschwenkvorrichtung 26 verborgen ist. Auf den oberen Enden der Gleitführungslagerträger
142 ist ein Y-Achsenschlitten 144 befestigt.
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Die Achsen der seitlichen Führungsstangen 140 stehen präzise senkrecht
zu den Achsen der in Längsrichtung verlaufenden Führungsstangen 118. Zwischen dem
vorderen GleitrUhrungsstangenträger 138 und befestigt am Längsschlitten bzw. X-Achsenschlitten
122 ist ein aufrechtstehendes Spindellager 146,in dem das vordere Ende 147 einer
Seitenverschiebungsspindel oder Y-Achsenverschiebungsspindel 148 drehbar gelagert
ist. Das andere Ende der Seitenführungsspindel 148 ist bei 150 drehbar in einem
Lager 152 abgestutzt. Die Außenseite dieses Lagers trägt einen Y-Achsen-Servomotor
154.
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Von der Unterseite des Y-Achsenschlittens 144 steht ein Spindelmutterträger
146 vor, der am Schlitten befestigt ist, der dem Spindelmutterträger 124 entspricht,
welcher das Spindelgewinde 126 aufweist, das mit der Spindel 128 in Eingriff steht
und dieser Spindelmutterträger 126 weist in gleicher Weise eine Mutter auf, die
eine nicht dargestellte Gewindebohrung besitzt, welche auf der Seitenverschiebungsspindel
148 läuft.
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Unter dem Bewegungspfad des Greiferkopfes 148 befindet sich indessen
ausgefahrener Stellung (Fig. 1) ein Werkstücktr~gt 160, der der Einfachheit wegen
als Tragplatte dargestellt ist, auf deren Trägeroberfläche 162 die Werkstücke W
angeordnet oder in zufällig gerichteter Stellung geführt werden.
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Dieser Werkstückträger kann auch ein beweglicher Förderer sein, der
während der Abtastwirkung der auf dem drehbaren Arm montierten Videokamera 86 kurzzeitig
angehalten wird.
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Diese letzte Kamera ist eine Videokamera mit kleinem Bildwinkel und
hoher Auflösung, und sie ist daher in besonderem Maße geeignet zur hohen Auflösung
kleiner Gegenstände oder Werkstücke W.
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Uber dem Werkstückträger 160 ist an einem L-förmig gestalteten vertikalen
Aufbau 164, abgesehen von den das Werkstück beleuchtenden Lampen 165, eine vertikal
nach unten gerichtete Overhead-Videokamera 166 angeordnet, die aus einem Kamerakörper
168 mit einem Objektiv 170 besteht, die einen breiteren Bildwinkel besitzt und die
gesamte Breite der Oberfläche 162 des Werkstückträgers 160 erfaßt, aber eine geringere
Auflösung besitzt als die am Arm montierte Videokamera 86. Die Overhead-Videokamera
166, die in Verbindung mit der Erfindung benutzbar ist, ist kommerziell als Festkörper-Videokamera
verfügbar. Bei Anwendung im Rahmen der Erfindung weist der Kamerakörper 168 in der
Bildebene des Objektivs 170 ein rechteckiges Bildelement (nicht dargestellt) mit
342 parallelen horizontalen Zeilen von Bildpunkten in 42 vertikalen Reihen in einer
Reihenanordnung von etwa 12,7 mm Höhe und etwa 1,7 mm Breite auf. Die Overheadkamera
166 dient als Sucher zur Grobeinstellung der Kamera auf kleine Gegenstände W, die
präzise durch die am Arm befestigte Kamera 86 positioniert werden, und in diesem
Fall ist die Overhead-Kamera 166 fixiert und die Armkamera 86 ist drehbar. Wie oben
erwähnt, kann jedoch gemäß einer Abwandlung der Erfindung zur Abtastung relativ
großer Gegenstände, beispielsweise von metallischen Flugzeugplattenelementen, wo
eine hohe Auflösung nicht erforderlich ist, die Armkamera 86 weggelassen werden
und die Overhead-Kamera
166 kann drehbar in ihrem Aufbau 164 gelagert
sein.
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Die Hub- und Schwenkvorrichtung 26 ist wie erwähnt im einzelnen in
der DE-PS 17 81 213 beschrieben. Einzelheiten hiervon bilden nicht Gegenstand der
Erfindung. Aus diesem Grunde erscheint eine kurze Beschreibung dieser Vorrichtung
ausreichend. Die Vorrichtung 26 ist in einem Gehäuse 1(2 untergebracht, das mit
einer Grundplatte 174 einteilig durch Gießen hergestellt ist und parallele Randschlitze
176 besitzt, durch die eine Verschraubung auf dem Y-Achsentisch 144 erfolgt. Mit
dem Gehäuse 172 ist außerdem einteilig ein vertikaler plattenartiger Ansatz 178
einteilig gegossen, der tangential gerichtet ist. An der rückwärtigen Seite des
Ansatzes 178 ist ein Pneumatikmotor verschraubt, der eine hin und hergehende Bewegung
erzeugt, und zwar in Gestalt eines Luw Luftzylinders 180, der Uber Anschlüsse 182
und 184 mit Druckluft versorgt werden kann. Der Druckluft zylinder 180 führt einen
Kolben (nicht dargestellt), der eine Kolbenstange 186 betätigt, die durch den entsprechend
gebohrten Ansatz 178 und durch einen sektorförmig gestalttten Wegzugslenker 188
hindurchsteht und einen geschlitzten Kragen 190 aufweist, der an seinem vorderen
Ende in einer rechtwinkligen Ausnehmung 192 festgeklemmt ist. Der Lenker 188 und
der Ansatz 178 sind ebenfalls in Ausrichtung aufeinander durchbohrt, um hin und
hergehend eine Dämpfungskolbenstange 194 aufzunehmen, die an ihrem vorderen Ende
einen geschlitzten Kragen 196 aufweist, der innerhalb der Ausnehmung 192 darauf
festgeklemmt ist.
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Das hintere Ende der Dämpfungskolbenstange 194 ist mit einem nicht
dargestellten Kolben innerhalb eines Dämpfungszylinders 198 verbunden, dessen vorderer
Zylinderdeckel 200 an dem Ansatz 178 über vier Zugstäbe 202 befestigt ist,
die
in entsprechende Gewindebohrungen des Ansatzes 178 eingeschraubt sind. Die Stangen
202 stehen an ihrem hinteren Ende durch eine vertikal angeordnete Endplatte 204
hindurch, wobei ihre hexagonalen Köpfe 206 dadurch die Endplatte 204 am Zylinder
198 verspannen und letzteren wiederum auf den vorderen Zylinderdeckel 200 fest spannen.
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Der Zylinder 198 enthält eine Hydraulik-Fl#sigkeit, z.B.
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Ol und der Kolben führt eine sogenannte Pufferfunktion durch, indem
das O1 durch eine Einschnürungs#ffnung an den gegenüberliegenden Enden des Hubes
des Dämpfungskolbens innerhalb des Dämpfungszylinders 198 gedrückt wird. Die langgestreckte
Endplatte 204 schließt auch das rückwärtige Ende eines zylindrischen Olreservoirs
208, dessen Vorderende durch eine Vorderendkappe 218 geschlossen wird, und dieser
Aufbau wird durch Zugbolzen 212 zusammengehalten, die an ihren vorderen Enden in
die vordere Stirnplatte 210 eingeschraubt sind und durch entsprechende Bohrlöcher
in der rückwärtigen Endplatte 204 hindurchstehen und hexagonale Schraubenköpfe 214
aufweisen. Das Ölreservoir ist hydraulisch mit dem Dämpfungszylinder 198 verbunden,
um diesem d1 zuzuführen.
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Die Vertikalwelle 25 der Hub- und Schwenkzylinderanordnung 26 tritt
nach unten durch den oberen kreisförmigen Kopf 216 durch ein geeignetes Lager 218
hindurch, wie dies in der DE-PS 17 81 213 beschrieben ist und trägt einen Kolben
innerhalb des vertikalen Zylinders 172, der mit komprimierter Luft beaufschlagt
wird, wie dies in der Patentschrift erwähnt ist, so daß der nicht dargestellte Kolben
die Welle 25 nach oben und unten bewegt. Das untere Ende der Welle 25 innerhalb
des vertikalen Zylinders 172 trägt ein nicht dargestelltes Ritzel, das mit einer
Zahnstange (nicht dargestellt) kämmt und das rückwärtige Ende dieser Zahnstange
steht
durch einen in geeigneter Weise durchbohrten tangentialen Ansatz 178 und durch den
Lenker 188 hindurch und ist mit Gewinde versehen, um eine Zylinderkopf Schraube
220 aufzunehmen, die am Lenker 188 befestigt ist. Wenn der Kolben innerhalb des
horizontalen Zylinders 180 durch Druckluft hin und herbewegt wird, die durch die
Anschlüsse 184 zugeführt wird, dann bewegt sich der Lenker 188 inrolgedessen hin
und hergehend und führt mit sith die Zahnstange über die durch die Zylinderkopfschraube
222 hergestellte Verbindung, so daß die Zahnstange hin und hergehend bewegt wird
und das Zahnrad innerhalb des vertikalen Zylinders 1}2 dreht, um die Vertikalwelle
25 und infolgedessen die Schwenkaufnahme- und Übertragungsvorrichtung 24 über eine
horizontale kreisbogenförmige Ebene zu verschwenken.
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Computergesteuertes Betätigungssystem für die Vorrichtung zur Aufnahmeorientierung
und Übertragung der Werkstücke, die mit einer drehbaren Videokamera ausgerüstet
ist Das Videokamera-Dreh- und Steuersystem 230, durch das die Videokamera 86 gedreht
wird und durch das die Werkstückaufnahme- und Übertragungsvorrichtung 24 und ihre
Hub- und Schwenkvorrichtung 26 in ihre richtige Lage überführt werden, um das Werkstück
W zu finden und sein Bild zum Vergleich mit einem Standardbild zu orientieren, ist
schematisch in dem Blockschaltbild nach Fig. 7 dargestellt. Einzelne Teilabschnitte
des Blockschaltbildes nach Fig. 7 sind im einzelnen in den Unterblockschaltbildern
nach Fig. 8, 9 und 10 im einzelnen dargestellt. Aus dem hinteren Ende der Videokamera
86 werden Signale in Richtung des Keiles 252 zu einer Videokamera-Schnittstelle
234 überführt, wie dies aus Fig. 8 ersichtlich ist. Von der Video-Schnittstelle
234
werden die Signale in Richtung des Pfeiles 236 einem herkömmlichen
Minicomputer 238 zugeführt, aus welchem die Steuersignale nach der Video-Schnittstelle
234 in Richtung des Pfeiles 240 zugeführt werden.
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Der Minicomputer 238, der auch als Mikrocomputer oder Mikroprozessor
bezeichnet wird, besteht aus Standardbestandteilen, die auf dem offenen Markt verfügbar
sind. Ein Computer, der in Verbindung mit der Erfindung benutzbar ist, enthält zusätzlich
zu den anderen Bestandteilen einen Speicher, in dem wie später bei der Diskussion
der Arbeitsweise erläutert wird, ein Standard-Vergleichsbild des Werkstücks W, das
ordnungsgemäß positioniert, zentriert und auf dem Werkstückträger orientiert ist,
um der nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine zugeführt zu werden, vor Anwendung
des Erfindungsgegenstandes eingespeichert. Eine solche Bildspeicherung kann durch
Abtastung der Fläche, beispielsweise durch tatsächliche Abtastung eines richtig
orientierten Werkstücks W bewirkt werden, oder durch mathematische Analyse und AuSprägung
des Bildes des Werkstücks in den Speicherabschnitt unter Benutzung eines herkömmlichen
Kathodenstrahl-Terminals 242 mit dem der Minicomputer 238 regelmäßig ausgestattet
ist und der das übliche Tastenfeld zur manuellen Eingabe des Standard-Werkstückbildes
aufweist.
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Als weiteres Zubehör des Minicomputers 238 ist ein Magnetplattenspeicher
244 (Floppy Disc) vorgesehen, der den Speicherinhalt des Minicomputers 238 vergrößert.
Von dem Kathodenstrahl-Terminal 242 gelangen Signale nach dem Minicomputer 238 in
Richtung des Pfeiles 246 und von dem Minicomputer nach dem Terminal 242 in Richtung
des Pfeiles 248.
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Vom Minicomputer 238 gelangen die Signale in Richtung des Pfeiles
252 nach dem Magnetplattenspeicher 244 und in Richtung des Pfeiles 250 vom Magnetplattenspeicher
244 nach dem Mikroprozessor. Außerdem ist an den Minicomputer ein
Steuergerät
258 angeschlossen, nach dem die Signale über die Leitung mit dem Pfeil 254 gelangen,
und von dem die Signale über die Leitung 256 dem Mikroprozessor zugeführt werden,
und dieses Steuergerät 258 weist vorzugsweise das "Block-Manifold" auf, welches
in der US-PS 36 83 960 beschrieben ist.
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Der X-Achsen-Servo-Motor 136 und der Y-Achsen-Servo-Motor 154 sind
von herkömmlicher Bauart und werden von Gleichstrommotoren mit hohem Wirkungsgrad
gebildet. Der X-Achse-Servo-Motor 186 ist über Leitungen 260 und 262 an das X-Achsen-Motor-Steuergerät
264 angeschlossen, wobei die Signale in Pfeilrichtung verlaufen, während der Y-Achsen-Servo-Motor
154 über Leitungen 266 und 268 mit dem Y-Achsen-Motor-Steuergerät 270 verbunden
ist. Das X-Achsen-Motor-Steuergerät 264 und das Y-Achsen-Motor-Steuergerät 270 die
die Bestandteile für das X-Achsen und das Y-Achsen-Servo-System 136 und 154 bilden,
sind in beiden Fällen gleich.
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Das X-Achsen- und das Y-Achsen-Steuergerät 264 bzw. 2o{0 sind über
Leitungen 272, 274 bzw. 276, 278 an eine X-Achsen-Motor-Schnittstelle 280 bzw. eine
Y-Achsen-Motor-Schnittstelle 282 angeschlossen, die ebenfalls von gleicher Ausbildung
sind und im einzelnen in Fig. 10 dargestellt sind.
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Die X-Achsen- und Y-Achsen-Motor-Schnittstellen 280 und 282 sind über
Leitungen 284,286,288 bzw. 290 mit dem Mikroprozessor 238 verbunden, wobei die Pfeilrichtung
die Signalrichtung angibt, wie dies im einzelnen in Verbindung mit Fig. 10 erläutert
wird.
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Der Mikroprozessor 238 ist mit der Schnittstelle 296 des Drehantriebsmotors
der Videokamera über Leitungen 292 und 294 verbunden und die Schnittstelle 296 ist
ihrerseits mit dem Steuergerät 300 für den Videokamera-Drehantriebsmotor
über
eine Leitung 298 verbunden und von dieser Steuervorrichtung 300 läuft eine Verbindung
302 nach dem Antriebsmotor 106 der Videokamera. Die Schnittstelle 296 für den Antriebsmotor
der Videokamera ist im einzelnen in Fig. 9 dargestellt und wird in Verbindung mit
dieser Figur weiter unten im einzelnen beschrieben. Das Steuergerät 300 für den
Motor der Videokamera ist bekannt und auf dem Markt frei erhältlich.
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In der Schnittstelle 234 der Videokamera, die in der linken unteren
Ecke gemäß Fig. 7 und im einzelnen innerhalb der strichlierten Linien in Fig. 8
dargestellt ist, gelangen die Signale in Richtung der Pfeile 232 nach einem herkömmlichen
Analog-Digitalwandler 310 (Fig. 8) der erforderlich ist, wie dies in der Gebrauchsanweisung
für die Videokamera 86 erkennbar ist, die Elektronik in der Kamera analoge Signale
verarbeitet, während der Mikroprozessor 238 einen Digitaleingang erfordert. Demgemäß
ist der Ausgang 312 des Wandlers 310 mit der ersten von drei Hauptleitern verbunden,
nämlich mit der Datenwp~ leitung 314/bei noch eine Steuerleitung 316 und eine Adressierleitung
318 vorgesehen sind. Zwischen der Datenleitung 314 und dem Mikroprozessor 238 zeigt
ein Pfeil 320 mit Doppelkopf an, daß der Ausgang der Datenleitung 314 nach dem Mikroprozessor
238 geliefert wird und Signale vom Mikroprozessor 238 nach der Datenleitung 314
zurückgelangen.
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In gleicher Weise deutet der Doppelkopfpfeil 322 an, daß der Eingang
des Mikroprozessors 238 von der Steuerleitung 316 zugeführt wird und daß außerdem
Signale vom Mikroprozessor 338 nach der Steuerleitung 316 zurückfließen.
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Signale, die in Richtung des Pfeiles 324 laufen, werden von der Adressierleitung
316 nach der Logikstufe 326 Uberführte der außerdem Signale über die Leitung 328
von der Steuerleitung 316 zugeführt werden. Von der Logikstufe 326
gelangen
Signale über die Leitung 330 nach dem Analog-Digitalwandler 310. Außerdem werden
von der Videokamera 86 vertikale und horizontale Synchronisationsimpulse Uber die
Leitungen 332 bzw. 334 nach der Logiksture 326 Uberführt.
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Weiter zeigen in Fig. 8 die Doppelkopfpfeile 336 und 338 die Richtungen
des Signalflusses zwischen Steuerleitung 316 bzw. Datenleitung 314 und Direktzugriffsspeicher
340 bzw. von diesem zu der Steuerleitung 316 bzw. der Datenleitung 314. In gleicher
Weise kennzeichnet der DoppelkopfL pfeil 342 die Richtungen des Signalflusses von
dem Dlrektzugriffsspeicher 340 und der Logikstufe 326. Außerdem gibt der Pfeil 344
die Richtung des Signalflusses vom Mikroprozessor 238 nach der Adressenleitung 318
an. Schließlich kennzeichnen die Pfeile 346 und 348 die Richtungen des Signalflusses
von dem Direktzugriffsspeicher 340 nach dem 8-bit Zwischenspeicher 350. Die Leitungen
314, 316 und 318 sind Mehrfachleiter.
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In der Videokamera-Drehschnittstelle 296, die unmittelbar über der
Videokamera-Schnittstelle 234 in Fig. 7 und rechts davon dargestellt ist und im
einzelnen innerhalb der strichlierten Linien in Fig. 9 erkennbar ist, leitet die
Datenleitung 352 (Fig. 9) die Signale in die Richtungen, die durch die Pfeilköpfe
zwischen der Schnittstelle 296 (Fig.7) des Kameradrehmotors und dem Mikrocomputer
238 verlaufen und mit 292 und 294 bezeichnet sind. Vom Mikroprozessor 238 (Fig.
9) laufen die Adressenleitung 318 und die Steuerleitung 316 nach der Logikschaltung
326. Von letzterer werden Impulse über die Leitungen 358 und 360 nach der Motor-Antriebsschaltung
362 geleitet, wobei die Pfeile 358 den Uhrzeigersinn-Drehimpulsfluß anzeigen, während
der Pfeil 360
den Gegenuhrzeigersinn-Impulsfluß dahin erkennen
lassen.
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Eine Leitungsverbindung 364 erstreckt sich zwischen der Kamera-Motor-Speisequelle
366 und der Motorantriebsschaltung 362 von wo der Signalrluß, der durch die Pfeile
368 angegeben ist, nach dem Gleichstrom-Schrittmotor 106 geleitet wird, dessen Welle
die Videokamera 86 in der einen oder anderen Richtung über das Getriebe dreht, welches
durch die Räder 102, 100 und 98 gebildet ist.
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Nunmehr wird auf die Kameradrehmotor-Schnittstelle 296 (Fig. 7 und
9) verwiesen. Der Pfeil 370 gibt die Richtung des Signalflusses zwischen der Datenleitung
352 und der Steuerlogik 326 an. Der Pfeil 372 zeigt die Richtung des Signalflusses
von der Datenleitung 352 nach dem voreinstellbaren 16-bit-Teiler-N-Zähler 374. Der
Pfeil 376 zeigt die Richtung des Signalflusses von der Datenleitung 352 nach dem
voreinstellbaren 16-bit Zähler 378 an, der die Zahl der Schritte registriert. Außerdem
zeigt der Doppelkopfpfeil 380 die Richtung der Signalflüsse zwischen dem Zähler
374 und der Steuerlogik 326 an. Der Doppelkopfpfeil 382 zeigt in gleicher Weise
die Richtungen des Signalflusses zwischen dem Zähler 378 und der Steuerlogik 326
an. Schließlich zeigt der Pfeil 384 die Richtung des Signalflusses von einem Taktgeber
386 nach dem Zähler 374 an. Der Taktgeber 386 liefert die Zeitbasis für den voreinstellbaren
Zähler 374.
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Bei jeder X-Achsen- und Y-Achsen-Motor-Schnittstelle 280 und 282,
die im Mittelteil von Fig. 7 und im einzelnen in Fig. 10 innerhalb der strichlierten
Linie dargestellt sind, zeigen die Pfeile 388 und 390 die Richtung des Signalflusses
zwischen Mikroprozessor 238 und Steuerlogik 326 an. Der Doppelkopfpfeil 392 zeigt
die Richtung des Signaltlusses zwischen der Steuerlogik 326 und einer 8-bit-Datenleitung
394
an, während die Pfeile 396 bzw. 398 die Richtung des Signalflusses zwischen Datenleitung
394 und Steuerlogik 326 nach dem Ausgabezwischenspeicher 400 angeben, von wo der
Pfeil 402 die Richtung des Signalflusses vom Ausgangszwischenspeicher 400 nach dem
X-Achsen- oder Y-Achsen-Motor-Steuergerät 262 und 270 angibt, wie oben erwähnt.
Der Pfeil 404 gibt die Richtung des Signalflusses von der Steuerlogik 326 nach dem
Eingangs zwischenspeicher 406 an, während der Pfeil 408 die Richtung des Signalflusses
vom Eingangs-Zwischenspeicher 406 nach der 8-bit Datenleitung 394 anzeigt. Der Doppelkopfpfeil
410 zeigt die Richtung des Signalflusses zwischen dem Mikroprozessor 238 und der
Datenleitung 394 an. Der Pfeil 412 zeigt die Richtung des Signalflusses von der
Datenleitung 394 nach einem 24-bit Zwischenspeicher 414 an, während der Pfeil 416
von letzterem nach einem X-Achsen- oder Y-Achsen-Steuergerät 264 bzw. 270 führt.
Der Pfeil 418 repräsentiert die Richtung des Signaiflusses nach dem Eingangszwischenspeicher
406 sowohl von dem X-Achsen-bzw. Y-Achsen-Motor-Steuergerät 264 bzw. 270. Außerdem
zeigt der Doppelkopfpfeil 420, der zwischen dem X-Achsen- oder Y-Achsen-Motor-Steuergerät
264 oder 270 verläuft, die Richtung des Signalflusses zwischen der Steuerlogik 324
und dem Motor-Steuergerät 264 oder 270 an. Schließlich repräsentiert der Pfeil 422,
der von dem Motor-Steuergerät 264 oder 270 nach dem X-Achsen oder Y-Achsen-Motor
136 oder 154 verläuft, die Richtung des Signalflusses von ersterem nach letzterem
an, wodurch die Drehung der jeweiligen Wellen 128 bzw. 148 (Fig. 1) bestimmt wird.
Jede dieser Wellen 128 bzw. 148 ist antriebsmäßig mit einem Tachometer 424 verbunden.
Die Richtung des Signalflusses von dort nach den Motor-Steuergeräten 264 oder 270
ist durch einen Pfeil 426 gekennzeichnet. Die gleiche Welle 128 oder 148 ist antriebsmäßig
mit einem Resolver 428 verbunden, und die Richtung des
Signalflusses
hiervon nach dem Motor-Steuergerät 264 oder 270 ist durch den Pfeil 430 gekennzeichnet.
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Arbeitsweise der Computerschaltung Vor Benutzung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 20 zur Zentrierung, Orientierung und Übertragung von Werkstücken, die
zufällig auf einem Werkstückträger 160 angeordnet sind und zur Ausrichtung dieser
Werkstücke in eine vorbestimmte Lage die erforderlich ist, um sie nach einer vorbestimmten
Stelle zu überführen, beispielsweise nach dem Formgesenk einer Werkzeugmaschine,
beispielsweise einer Lochpresse, ist es zunächst erforderlich, den Speicher des
Mikroprozessors 238 in verschiedener Weise zu programmieren, nachdem die Vorrichtung
20 der Erfindung in der oben beschriebenen Weise an ein Computersystem 230 angeschlossen
ist, welches einen herkömmlichen Mikroprozessor 238 umfaßt, der einen Speicherteil
besitzt. Eine Möglichkeit der Programmierung des Speichers besteht darin, ein Modellwerkstück
W auf dem Werkstückträger 160 in der vorbestimmten zentrierten und ausgerichteten
Lage anzuordnen, die erforderlich ist um das Werkstück nach einer Verarbeitungsmaschine
oder zur weiteren Verwendung zu überführen. Die Horizontal-Video-Kamera 86 auf der
Vorrichtung 23 wird dann auf das in vorbestimmter Weise ausgerichtete Modellwerkstück
W ausgerichtet, und dann wird die drehbare Video-Kamera 86 durch ihren Motor 106
gedreht, bis das Bild des Modellwerkstücks W ordnungsgemäß in der Brennebene der
Vldeo-Kmera 86 zentriert und orientiert ist, wobei der Eintrittsrand auf die X-X-Achse
der Bildebene ausgerichtet ist, worauf die Bildpunktelemente in der Bildebene bezüglich
der Hell-Dunkel-Kontraste des Werkstückbildes reagieren und charakteristische Signale
hinsichtlich Zentrierung und Orientierung
des Bildes liefern,
in dem eine Rückführung durch den üblichen Mikroprozessor 230 nach dessen Speicher
erfolgt und dadurch wird der Speicher so programmiert, daß ein Bezugsbild für die
Horizontal-Video-Kamera geschaffen ist.
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Im Betrieb wird, wenn das erfindungsgemäße System eingeschaltet ist,
das in zufälliger Anordnung auf dem Werkstück träger 160 aufgebrachte Werkstück
in geeigneter Weise durch eine Lichtquelle 165 beleuchtet,und die Weitwinkel-Video-Kamera
166 mit niedriger Auflösung wird auf die obere Obe6-fläche 162 des Werkstückträgers
160 fokussiert und demgemäß auf einem gewählten Werkstück W auf dem Werkstückträger
160 darunter. Darauf werden die Bildpunktelemente erregt und die Lage und Orientierung
des Werkstücks wird durch die Video-Schnittstelle 234 nach dem Mikroprozessor 238
Ubertragen, um eine Ortsanalyse durchzuführen. Dann führt der Mikroprozessor 238
eine Lageanalyse der Y-Y-Koordinaten des gewählten Werkstücks W durch und überträgt
diese Daten in Form von Befehlen der X-Y-Achsen-Positioniervorrichtung 27 um die
Hub- und Schwenkvorrichtung 26 körperlich derart zu bewegen, daß die automatische
Vorrichtung 24 über den Werkstückträger 160 geschwenkt und so das gewählte Werkstück
W in das Sichtfeld der Video-Kamera 36 mit kleinem Biidwinkel und hoher Auflösung
gebracht wird. Letztere wird dann auf das nunmehr beleuchtete gewählte Werkstück
W durch Strahlen beleuchtet, die durch den Reflektor 64 reflektiert werden und es
werden die Werkstückbilddaten zurück nach dem Mikroprozessor 238 überführt, der
das Speicherbild enthält. Dann wird die Horizontalkamera 86 durch ihren Schrittmotor
106 (Fig, 2 und 7) gedreht, bis der Vorderrand des Werkstückbildes (Fig. 12) auf
die X-Achse ausgerichtet und in der Bildebene der Kamera orientiert und zentriert
ist. Darauf bewegt der Motor 29a den ausgestreckten Arm 52 in Längsrichtung
um
den Greifer 23 über das Werkstück W zu bringen.
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Dann wird der Greiferschrittmotor 38 so gesteuert, daß der Greiferkopf
48 gedreht wird bis seine Greiferfinger 52 auf gegenüberliegende Seiten des Werkstücks
ausgerichtet sind. Dann erregt der Mikroprozessor 238 ein Elektromagnetventil (nicht
dargestellt), um Luft dem Steuergerät 258 für den Automaten zuzuführen, wodurch
der Hub- und Schwenkmotor 26 dann die automatische Vorrichtung 24 mit ihrer Kamera
86 und den Greiferfingern 52 absenkt. In der Zwischen zeit betätigt der Luftmotor
56 am Arm 32 gemäß dem Steuergerät 258,daß sich diese Finger, die normalerweise
offen sind, auf gegenüberliegenden Seiten des gewählten Werkstücks W schließen,
worauf der Hub- und Schwenkmotor 26 durch den Mikroprozessor 238 so gesteuert wird,
daß der Arm 32 und das nunmehr erfaßte Werkstück W angehoben werden.
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Zusammengefaßt geschieht demgemäß folgendes: Die Horizontal-Video-Kamera
86 findet die Koordinaten des Werkstücks W und überträgt sie dem Speicher des Mikroprozessors
238, der sie dann mit dem darin gespeicherten Bild des Musterwerkstücks bezüglich
Orientierung und Zentrierung vergleicht und eine Drehung veranlaßt, bis das Bild
des Werkstücks W durch den Schrittmotor 38 gedreht und durch die Bewegungen der
X-Achsen und Y-Achsen-Schlitten 122 und 124 durch die Motore 136 und 154 zentriert
sind, bis Orientierung und Zentrierung mit dem Speicherbild zusammenfallen. Darauf
wird die Drehung des Werkstücks W stillgesetzt, nachdem dieses eine richtige Lage
eingenommen hat und es wird dann an die Bearbeitungsmaschine weitergeleitet.
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Gemäß der Wirkung des voreingestellten automatischen Steuergeräts
258 schwenkt die automatische Vorrichtung 24 nunmehr über die Bearbeitungsmaschine
oder nach einer anderen Ablagestelle innerhalb des Bearbeitungsbereichs, worauf
der Werkstückgreifer
23 in die vorbestimmte Freigabestellung seiner
Finger 52 gedreht wird, so daß der Hub- und Schwenkmotor 26 bewirkt, daß das nunmehr
richtig orientierte Werkstück W in seine richtige Lage, beispielsweise in der Bearbeitungsmaschine
abgesenkt wird und dann wird der Luftmotor so gesteuert, daß die Finger 52 das Werkstück
loslassen. Der Hub- und Schwenkmotor 26 hebt dann die automatische Vorrichtung 24,
den Werkstückgreifer 23 und die Greiferfinger 52 an, worauf die automatische Vorrichtung
24 in die Ausgangslage zurückschwenkt und bereit ist, das nächste Werkstück aufzunehmen,
zu orientieren, zu zentrieren und in der gleichen Weise vom Werkstückträger 160
zu übertragen und die Luftsteuerungen, die dem Automaten-Steuergerät 258 zugeordnet
sind, werden dann zurückgestellt um für einen weiteren Bearbeitungsvorgang bereit
zu sein.
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In Fig. 11 ist stark vergrößert ein Muster 440 von Bildelementen angedeutet,
die in horizontalen Zeilen 442 und vertikalen Reihen 444 verlaufen. Eine Abtastung
im Betrieb beginnt am Ursprung 446 in der oberen linken Ecke und schreitet nach
unten fort. Die horizontale mittlere Zeile 450 schneidet die mittlere vertikale
Reihe 452 bei 454. Das voll ausgezogene Bild 456 eines rechteckigen Gegenstandes
wurde vom Speicherteil des Mikroprozessors 238 empfangen, mit welchem das strichlierte
Bild 458 eines Werkstücks W auf dem Werkstückträger 160 verglichen wird, wo das
Bild 458 ursprünglich am Schnittpunkt 460 von horizontaler Mittelzeile 462 und vertikaler
Mittelreihe 464 zentriert wurde, welche die X- bzw. Y-Achse repräsentieren. Fig.
11 zeigt wie das Bild 458 des Gegenstandes,das ursprünglich bee 460 zentriert wurde,
in Richtung der X-Achse und der Y-Achse durch Bewegung des X-Y-Positioniergliedes
27 verschoben ist, um mit dem Mittelpunkt 454 des Modellbildes 456 übereinzustimmen,
welches vom Speicherteil empfangen wurde. Dann
dreht sich die Videokamera
86, bis das vorher schräg liegende Werkstückbild 458 mit dem Musterbild 456 übereinstimmt
und es ist dann auch mit diesem zentriert, und jetzt ist das Werkstück bereit, nach
seinem Bestimmungsort überführt zu werden.
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In Fig. 12 ist schematisch das Bild 466 eines komplexer ausgebildeten
Werkstücks dargestellt, welches aus einem V-förmig gestalteten Block besteht, wobei
das Werkstück bild 466 mit dem Musterbild des Speichers des Mikroprozessors 238
zur Deckung gebracht wurde. Die Greiferfinger 52 sind bereit, das Werkstück W zu
erfassen. Wenn in Fig.
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12 die Videokamera 86 das Werkstück abtastet, stößt der Auslösepegel
468 der Videokamera, der durch die vertikale Reihe definiert ist, am Werkstück an
den Punkten 470 und 472 an, wenn die Videokamera 86 richtig gedreht ist. Wenn die
Auslöselinie 468 von links nach rechts fortschreitet, dann wird das Bild 466 voll
auf dem Bildschirm 474 entwickelt und die Abtastung beginnt wie zuvor in der oberen
linken Ecke bei 476, und die Abtastung schreitet nach unten und nach rechts fort.
Es ist klar, daß ein Videomonetor in den Videokamerakreis eingeschaltet werden kann,
um die aureinanderfolgenden X und Y-Koordinaten des Bildes der Abtastung anzuzeigen,
bis das Bild 466 völlig auf dem Punktraster 474 entwickelt ist. Durch die X-Y-Achsenbewegung
des X-Y-Positioniergliedes 27 mit der Drehung der Videokamera 86 wird das Werkstückbild
466 zur Deckung mit dem Musterwerkstückbild gebracht und mit diesem am Schnittpunkt
468 der g sich lereuzenden Linien 480 und 482 gebracht. Fig. 10 zeigt demgemäß das
Verb alten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wenn Ränder 484 und 486 zurückspringen,
indem sie nach innen nach einem Schnittpunkt 488 konvergieren. Ein ähnlicher Vorgang
tritt auf wenn ein herzrörmiges Werkstück abgetastet wird.
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Fig. 13 bis 16 zeigen die vier Stellungen eines mit Kopf versehenen
Werkstücks, d.h. das Bild 490 einer Schraube mit einem Schaft 492, der in einem
vergrößerten Kopfteil 494 endet. In Fig. 13 ist das Schraubenbild 490 sowohl richtig
orientiert als auch bei 496 zentriert, so wie es der Fall wäre, wenn das Modellbild
des Speichers im Minicomputer 438 abgebildet wäre. In Fig. 14 ist das Bild 498 der
gleichen Schraube richtig orientiert aber nicht zentriert, so daß eine weitere Wirkung
des X-Y-Stellgliedes 27 notwendig ist, um das Bild 498 gemäß Fig. 14 in die Lage
des Bildes 490 gemäß Fig. 13 zu überführen. In Fig. 15 ist das Bild 500 der gleichen
Schraube bei 496 zentriert dargestellt, aber es ist schräg gestellt, so daß eine
weitere Arbeitsweise der drehbaren Videokamera 86 erforderlich ist, um eine richtige
Orientierung durch Drehung in die Stellung des Bildes 490 gemäß Fig. 13 zu gewährleisten.
In Fig. 16 ist das Bild 502 der gleichen Schraube weder zentriert noch richtig orientiert
dargestellt. Außerdem ist die Schraube in Fig. 16 sowohl invertiert und ihr Bild
ist dezentrlert und liegt schräg. Infolgedessen muß das X-Y-Stellglied 2( wirksam
werden, um das Bild 502 in die richtige Lage des Bildes 490 gemäß Fig. 13 zu überführen.
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Es ist für den Fachmann klar, daß eine derartige Kamera zwischen dunklen
und dunkelgrauen Tönen des Werkstücks W und hellen oder hellgrauen Stellen des Hintergrundes
162 an den Grenzübergängen dazwischen unterscheidet, die durch die Ränder des Werkstücks
W definiert sind. Ohne die Drehung der Videokamera 86 unabhängig von der Vorrichtung
24 auf der sie montiert ist, und unabhängig von dem drehbaren Werk-Stückgreifer
23 würde gemäß der Erfindung der Computer eine Werkstückerkennung durch eine Vielzahl
diagonaler Abtastungen durch die Videokamera und/oder durch komplexe trigonometrlsche
Berechnungen durchführen müssen, und jede dieser Maldnahmen
oder
beide davon würden einen großen Aufwand in Bezug auf eine Programmentwicklungszeit
erfordern, die durch die Erfindung vermieden werden.
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Die soeben beschriebenen Vorteile werden auch bei der erwähnten abgewandelten
Ausführungsform der Erfindung erreicht, wenn bei großen Werkstücken eine hohe Auflösung
in der Videokamera nicht erforderlich ist und dann ist die Weitwinkel-Overhead-Videokamera
166 mit geringer Auflösung schwenkbar montiert und so ausgebildet, daß sie durch
einen Motor gedreht wird, mit einer Schaltung, die analog jener Schaltung ist, die
im Zusammenhang mit der auf der automatischen Vorrichtung montierten Videokamera
86 analog ist, so daß eine der Videokameras, beispielsweise die Videokamera 86 wegfallen
kann. Dies wird im einzelnen weiter unten beschrieben.
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Im folgenden wird die Konstruktion und Arbeitsweise der erfindungsgemäßen
Vorrichtung im einzelnen beschrieben. Die Videokamera 86 sendet mittels Analogschritten
in einer geordneten Gruppe Informationen aus. Jeder Schritt hat eine gleiche Zeitbasis
(0,282 Mikrosekunden) mit einer Änderung in der Spannungsamplitude zwischen 0 und
1 Volt proportional zu dem Lichteingang des Bildelementes der Videokamera. Diese
Schritte werden in Ausgang der Kamera abgestrahlt. Diese Signale kommen in einer
geordneten Gruppe heraus, die den Reihen Rücken an Rücken (Fig. 17) entspricht.
Wie oben erwähnt, wird dann der Analogausgang der Videokamera 86 durch Benutzung
eines herkömmlichen Analog-Digital-Wandlers 310 in digitale Form umgewandelt. Durch
dieses Verfahren werden die Spannungspegel in Licht oder Grauschatten umgesetzt.
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Wenn das Werkstück W, welches beobachtet werden soll, in der Schattengestalt
vom Hintergrund 162 unterschieden ist, dann wird der Ubergang nur einmal durchgerührt,
wobei Spannungspegel
über dem Ubergangspegel weiß, und unter dem
Pegel dunkel abgerufen werden. Zum Zwecke der Digitalisierung wird das Signal kompatibel
mit dem Speicher des Computers oder Mikroprozessors 258 und der Digitalschaltung
gemacht.
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Das Ergebnis der Digitalisierung des Signals in zwei Pegel ist in
Fig. 18 dargestellt.
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Die obigen Signale werden durch den Computer durch Binärzahlen 1 und
0 für jedes Bildpunktelement interpretiert.
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Diese Gruppe von Elementen, die nunmehr von Binärzahlen gebildet werden,
wird dem Speicher des Computers eingegeben.
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Der Speicher hat die Form einer numerischen Anordnung, und zwar mit
der gleichen numerischen Anordnung wie die Videokamera 86. Ein Ausführungsbeispiel
hiervon ist in Fig. 19 dargestellt, wo "1" einem weißen Abschnitt entspricht, der
das Vorhandensein des Werkstücks anzeigt, und "O" representiert einen schwarzen
Abschnitt entsprechend dem Fehlen des Werkstücks an dem Jeweiligen Punkt.
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Nachdem nunmehr der Analog-Ausgang der Videokamera 86 digitalisiert
und dem Mikroprozessor 258 zugeführt ist, wird das Bild des Werkstücks W als Muster
von Elementen repräsentiert, das ähnlich dem Muster in der Kamera ist. Das Muster
des Speichers kann durch ein einfaches Programm in der gleichen Weise abgetastet
werden, wie die Information in den Speicher eingegeben wird, d.h. Reihe um Reihe.
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Beispiel: C = Reihe Muster: A(R,C.) R = Zeile Für C = Bildelemente
1 bis 128 Für R = Bildelemente 1 bis 128 Fläche minus Fläche A(R,C.) Danach R Danach
C Print Fläche = Fläche Stop
Dieses obige Programm summiert die
Zahl von Speicherplätzen mit der Zahl 1 gegenüber der Zahl 0. Dies ist proportional
zu dem Anteil von weiß in dem Bild.
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Um ein Werkstück W und seine Lage durch herkömmliche Mittel festzustellen,
war es bisher erforderlich ein langes Programm mit unterschiedlichen Abtastrichtungen
und einer Vielzahl von Entscheidungen aufzustellen, die durch den Computer auszuführen
waren. Hauptziel vorliegender Erfindung ist es daher, die Programmierung zu vereinfachen
und dies geschieht durch Drehen des Videokamera-Musters in der Weise, daß eine Bedingung
bei der Prüfung erfüllt wird. Die Lage der Videokamera 86 ist durch die Servo-Rückführung
von dem Kameradrehmotor 106 bekannt, oder im Falle eines Schrittmotors ist die Zahl
von Schritten an dieser Stelle relativ zu einer Nullstellung bekannt, und daraus
kann der Drehwinkel berechnet werden.
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Das Prüfverfahren wird durch den Computer in einer Reihe von Zyklen
gesteuert, die eine Schwenk-Abtast-Vergleichsfolge umfaßt, bis eine Bedingung erfüllt
ist. Die Bedingung, die eine Lageausrichtung definiert, wird entschieden wenn Einzelheiten
des Teils beobachtet werden. Beispiele dieser Einzelheiten wurden in den Figuren
12 bis 16 angegeben und in der vorstehenden Beschreibung erläutert. Es ist festzustellen,
daß das Werkstück nicht zentriert zu werden braucht, um in Drehrichtung ausgerichtet
werden zu können.
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Das Verfahren der Analyse des Werkstücks für die Kamera kann auf verschiedene
Weise vollendet werden, je nach der Natur des betreffenden Werkstücks. Bei gewissen
Werkstücken kann es nützlich sein, die Digitalinformation von der Kamera abzunehmen
und das Videokamerabild eines richtig positionierten Werkstücks im Speicher des
Computers zu speichern, um
danach durch den Computer abgetastet
zu werden. Bei anderen Werkstücken kann es nur erforderlich sein, Zeitgeber und
Zähler zu benutzen, um die Werkstücklage, die Flächenausdehnung, die Höhe und die
Breite zu messen. Im Falle des rechtwinkligen Werkstücks gemäß Fig. 11 kann das
Werkstück zunächst durch Drehen der Kamera ausgerichtet werden, bis die erste Zeile,in
der das Bild 458 des Werkstücks erscheint, eine vorbestimmte Zahl von Bildelementen
aufweist, die durch das Vorhandensein des Werkstücks erregt sind. Dies gewährleistet,
daß der Vorderrand des Werkstücks oben im Rahmen parallel zu der Reihe von Bildelementen
in der Kamera verläuft. Es ist nicht erforderlich, daß das Werkstück in dem Muster
zentriert wird, um dieses System durchzuführen, um zu gewährleisten, daß die Ausrichtung
korrekt ist, weil dies nur in einer Drehlage der Fall sein kann. Die speziell ausgebildeten
Finger 52 können dann das Werkstück erfassen.
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Wenn man die vorstehenden Beispiele verstanden hat, kann man die Wichtigkeit
der Videokamera an dem sich drehenden Arm ermessen. Hierdurch wird eine relativ
einfache Analyse möglich. So kann z.B. die Höhen- und Breitenprüfung bei fast allen
einfachen Teilen nur durch Parameteränderung in dem Programm angepaßt werden, wobei
lediglich nich Anderungen im Hinblick auf die Greiffinger vorgenommen werden müssen,
damit diese dem jeweiligen Werkstück angepaßt sind.
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Ein sehr wichtiges Verfahren ist ein solches, das als "T'l;ichendifferenztechnik#
bezeichnet werden kann. Indem ein Werkstück am Anfang aufgenommen wird und indem
es der Uberprüfungsstufe zugeführt wird, kann man zur Zentrierung des Teils einen
Routinevorgang benutzen. Man kann den Teil durch Hand drehen, bis er ausgerichtet
ist und kompatibel mit dem Greifer 23 ist, um von den Greiferfingern 52 erfaßt zu
werden.
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Wenn das Werkstück W zentriert und ausgerichtet ist, dann
empfängt
der Computer den Eingang der Daten, wie oben beschrieben, und speichert sie auf
einer Magnetplatte ftlr weitere Verwendung. Im Betrieb wird das ordnungsgemäß ausgerichtete
und zentrierte Bild in den Arbeitsspeicher des Mikroprozessors überführt. Das Werkstück
W, welches in zufälliger Anordnung auf dem Werkstückträger 160 ruht, wird dann durch
diese "Flächentechnik" zentriert. Nachdem es einmal zentriert ist, wird die auf
dem Arm montierte Kamera schrittweise gedreht und das Bild wird im Speicher des
Mikroprozessors 238 gespeichert. Das gespeicherte Bild wird dann numerisch von dem
Bild des vorher richtig ausgerichteten Werkstücks elementweise subtrahiert. Die
Aufgabe besteht hierbei darin, die Differenz so gering als möglich zu machen, um
die ordnungsgemäße Lage herauszufinden.
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Nachdem das Teil einmal zentriert ist, wird das Kamerabild im Speicher
mit jenem des zentrierten Werkstücks verglichen.
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Die Kamera wird nicht gedreht bevor die Gesamthöhe gleich einem vorbestimmten
Parameter ist, beispielsweise der Hohe des Werkstücks 500 in Fig. 14. An dieser
Stelle wird die Breite des Werkstücks 500 bei einer bestimmten Entfernung von der
Oberseite des Schraubenkopf es geprüft. Wenn diese Abmessung zu klein ist, dann
ergibt sich daß das Werkstück um 1800 gedreht werden muß, wie dies in Fig. 16 dargestellt
ist. An dieser Stelle wird die Analyse wiederholt, um errorderlichenfalls das ausgerichtete
Werkstück wieder zu zentrieren. Die Drehausrichtung erfordert keine Zentrierung
des Werkstücks.
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I Im Falle des V-förmigen Blocks 466 gemäß Fig. 12 kann eine Zentrierung
wie im Falle der Schraube gemäß Fig. 13 bis 16 vorgenommen werden. Die Drehausrichtung
wird verwirklicht,
indem zunehmend die Kamera gedreht wird, und
indem zuerst die Reihen nacheinander abgetastet werden. Wenn das Werkstück 466 zuerst
beispielsweise bei 370 in Fig. 12 anstößt, dann muß das Werkstück 466 nochmals in
der gleichen Reihe, beispielsweise bei 472 anstoßen, nachdem eine vorbestimmte Zahl
von Elementen fehlte. Dies ergibt eine positive Ausrichtung. Wenn die Ausrichtung
vollendet ist, dann kann das Werkstück durch Benutzung von Zählern zentriert werden.
Die Bildelemente werden gezählt, bis das Werkstück anstößt. Infolge der Tatsache,
daß die obere linke Ecke 470 (Fig. 12) zunächst anstößt, hört diese Zählung auf
und die Lage des Werkstücks 466 ist dann bekannt und es kann eine Kompensation erfolgen.
Das Werkstück ist nunmehr in bekannter Weise orientiert und zum Anheben verfügbar.
Eine weitere Ausrichtvorrichtung eines Rechtecks oder Quadrats 458 (Fig. 11) wird
benutzt, um die Gesamthöhe durch Drehen der Kamera 86 zu vermindern.
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Bei komplizierteren Teilen, beispielsweise bei einer Kopfschraube
(Fig. 13 bis 16) kann es sich als einfacher erweisen, den Ausgang der Kamerabildelemente
im Speicher unterzubringen. Das Kamera-Analogsignal wird digitalisiert und als Zahl
an getrennten Speicherplätzen gespeichert. In den meisten Fällen sind zwei Lichtpegel
alles, was benötigt wird, so daß ein Schwellwert bzw. ein Uberkreuzungspunkt bei
einem Graupegel derart eingestellt wird, daß die Stelle, an der die Farbe heller
ist, eine Registrierung unter II"1" erfolgt, während der gewöhnlich dunkle Hintergrund
als nOn registriert wird. Einige Anwendungen können auch mehrere Helligkeitspegel
erfordern, wenn unterschied liche Schattierungen von grau oder von Farben auftreten.
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Für diese Fälle können die Bildelemente in 4, 8, 16 oder 32 Pegel
einer Grauskala eingeteilt und in der Weise behandelt werden. Nachdem das Bild einmal
in Form von Zahlen
im Speicher enthalten ist, können Bild oder
Bildsegmente leicht durch das Computerprogramm abgetastet werden, und es können
je nach den Ergebnissen Entscheidungen getroffen werden. Im Falle der Kopfschraube
gemäß Fig. 13 kann die Schraube zentriert werden, indem die Flächen in den vier
Quadranten angepaßt werden, die voneinander durch die Hauptachsen getrennt sind,
die das Muster der Bildelemente trennen. Durch Eingabe von Grenzbedingungen,nach
welchen nicht benachbarte Quadranten gleiche Flächen des im Bildfeld befindlichen
Teiles haben müssen, oder gemäß welchen die Flächen jeder Seite gleich sein müssen,
kann eine Berechnung durch Differenzen erfolgen, wobei diese Berechnungen dann das
Ausmaß der Bewegung angeben die erf orderlich ist, um das Werkstück zu zentrieren.
(Fig. 15) Fig. 20 zeigt in perspektivischer Ansicht eine abgewandelte Vorrichtung
520 mit einer drehenden Videokamera zur Zentrierung, Orientierung und Übertragung
von Werkstücken.
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Diese Vorrichtung 520 kann als stationäre Overhead-Vertikal-Videokamera
21 gemäß Fig. 1 angesehen werden, und die Videokamera 22, die an dem horizontalen
Arm montiert ist, und in der gleichen Figur dargestellt ist, kann durch die X-Y-Positionierungseinrichtung
ersetzt werden, die bei 27 in der unteren Hälfte von Fig. 1 dargestellt ist, aber
invertiert und weg von der Hub- und Schwenkübertragungsvorrichtung 28, wobei die
Videokamera nach unten gerichtet ist und drehbar ist. Der Overhead-Trägerauf bau,
der dem L-förmigen Vertikalaurbau 164 entspricht, ist der #bersichtlichkeit wegen
nicht dargestellt und die Beleuchtungsvorriohtung 165 ist ebenfalls weggelassen,
um die uebersicht zu erleichtern und um Teile erkennbar zu machen, die sonst verborgen
wären. Da mit Ausnahme der erwähnten Inversion der X-?-Positionierer im wesentlichen
der gleiche ist wie in Fig. 1 dargestellt, wurden die gleichen Bezugszeichen für
entsprechende
Teile benutzt, und deshalb ist eine ins einzelne gehende Beschreibung nicht erforderlich,
außer im Hinblick auf die zusätzlichen Merkmale, die in Fig. 1 nicht dargestellt
sind, sondern nur in Fig. 20.
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Im einzelnen zeigt Fig. 20 eine Trägerplatte 114, an der vier obere
Y-Gleitführungs-Stangen-Lagerböcke 116 vorstehen, die die Enden zweier Y-Achsen-Gleitführungsstangen
118 lagern, die ihrerseits gleitbar einen Y-Achsen-Lagerträger 120 tragen, der den
oberen Y-Achsenschlitten 122 trägt, an dem der Spindelmutterträger 134 befestigt
ist, der durch die Y-Achsen-Schraubspindel 128 verschoben wird, wenn diese durch
den oberen Y-Achsen-Servomotor 136 angetrieben wird.
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Der Y-Achsenschlitten 122 trägt vier X-Achsenschlitten-Führungsstangenträger
138, die die Enden von seitlichen X-Achsen-Gleitführungsstangen 140 lagern, auf
denen vier X-Achsen-Gleitlagerträger 142 angeordnet sind, die einen unteren X-Achsen-Schlitten
144 tragen, senkrecht zu den Achsen der Y-Achsen-Gleitführungsstangen 118. Auf dem
Y-Achsen-Schlitten 122 ist eine X-Achsen-Schraubspindel 148 drehbar gelagert, die
durch einen X-Achsen-Servomotor 154 gedreht wird, wodurch der untere X-Achsen-Schlitten
144 durch die Spindelmutter 155 hin und herversohoben wird, die mit der X-Achsen-Spindel
148 in Eingriff steht.
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Die abgewandelte Vorrichtung 520 mit drehbarer Videokamera zur Zentrierung,
Orientierung und ifbertragung von Werkstücken trägt auf dem unteren X-Achsen-S#hlitten
144 drehbar einen Videokameratisch 522, der eine Außenverzahnung aufweist, über
den er durch ein nicht dargestelltes Ritzen gedreht wird, das auf einer von einem
Drehtisch-Servomotor 526 angetriebenen Welle 524 sitzt. Auf dem unteren X-Achsen-Schlitten
144 und an dem Drehtisch 522 ist eine Videokamera 528 montiert, die auf einen Werktisch
530 fokussiert
wird, der dem Werkstückträger 160 in Fig. 1 entspricht
und der ebenso wie der Werkstückträger 160 als Fördervorrichtung ausgebildet sein
kann, die augenblicklich stillgesetzt wird, während die Abtastung der drehbaren
Overhead-Vertikal-Videokamera 86 gemäß Fig. 1 für Werkstücke stattfindet, die genügend
groß sind um durch die Videokamera 528 genau positioniert und genügend aufgelöst
werden zu können. Es ist jedoch klar, daß ftir sehr kleine Werkstücke W, die durch
die Auflösekraft der Overhead-Videokamera 528 nicht genügend genau positioniert
werden können, diese Videokamera 528 durch eine Videokamera 86 ergänzt werden kann,
die an einem horizontalen automatisch bewegten Arm sitzt, und der in Fig. 1 dargestellten
Kamera entspricht.
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Es ist auch klar, daß die Videokamera 528 anstatt mit dem üblichen
Objektiv 532 ausgestattet zu sein, ein herkdmmliches Zdom Objektiv, d.h. ein Objektiv
mit veränderbarer Brennweite aufweisen kann, wobei die optischen Elemente des Objektivs
durch einen Motorantrieb eingestellt werden kann, um die Größe des Bildes des Werkstücks
W verändern zu können, wodurch sich eine Veränderung der Auflösung des Objektivs
ergibt.