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DE102008010965B4 - Robot web guide - Google Patents

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DE102008010965B4
DE102008010965B4 DE102008010965.7A DE102008010965A DE102008010965B4 DE 102008010965 B4 DE102008010965 B4 DE 102008010965B4 DE 102008010965 A DE102008010965 A DE 102008010965A DE 102008010965 B4 DE102008010965 B4 DE 102008010965B4
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Abstract

Verfahren zur dreidimensionalen Bahnführung eines Roboterkopfes (26) mit einem daran in definierter Relativlage befestigten optischen Prüfkopf (6) an einem Objekt (1) entlang einer Soll-Bahn (24) in definierter Arbeitslage (25) über einer optisch markanten Bahn (2) mit folgenden Schritten: – optisches Abtasten der markanten Bahn (2) auf dem Objekt (1) durch den Prüfkopf (6) mittels des Triangulations-Lichtschnittverfahrens, – Auswertung der an der Ist-Position ermittelten Signale in Echtzeit, – ständiges Nachregeln der Ist-Bahn (34) des Roboterkopfes (26) in Richtung Soll-Bahn (24), um den Prüfkopf (6) – sowohl parallel zur Längsrichtung (10) als auch parallel zur Querrichtung (11) der Soll-Bahn (24) und damit der markanten Bahn (2) zu halten, – im Nenn-Abstand (22) zwischen der markanten Bahn (2) und der Ist-Bahn (34) zu halten, und – in einem Soll-Korridor (28) um die vorgegebene Soll-Bahn (24) zu halten dadurch gekennzeichnet, dass – die von der markanten Bahn (2) reflektierten, linienförmigen Abbilder (4, 4') von zwei verschiedenen optischen Sensoren (12, 12') mit zur Beleuchtungsrichtung (3) entgegengesetzt gleichen Blickrichtungen (5, 5') aufgenommen werden und – bei nicht ausreichend gleicher empfangener Lichtmenge der beiden Sensoren (12, 12') mit entgegengesetzt gleichem Betrachtungswinkel auf eine nicht lotrechte Bestrahlungsrichtung (3) geschlossen und diese Abweichung der Bestrahlungsrichtung (3) von der Lotrechten (21) auf die Längsrichtung (10) der markanten Bahn (2) automatisch korrigiert wird.Method for three-dimensional path guidance of a robot head (26) with an optical test head (6) fastened thereto in a defined relative position on an object (1) along a desired path (24) in a defined working position (25) over an optically distinctive path (2) the following steps: optical scanning of the marked path 2 on the object 1 by the test head 6 by means of the triangulation light-section method, evaluation of the signals determined at the actual position in real time, constant readjustment of the actual path (34) of the robot head (26) in the direction of target path (24) to the test head (6) - both parallel to the longitudinal direction (10) and parallel to the transverse direction (11) of the target path (24) and thus the striking To keep web (2), - to keep at nominal distance (22) between the distinctive web (2) and the actual web (34), and - in a desired corridor (28) around the predetermined target path ( 24), characterized in that - that of the distinctive path ( 2) reflected, line-shaped images (4, 4 ') of two different optical sensors (12, 12') with the illumination direction (3) opposite viewing directions (5, 5 ') are recorded and - not sufficiently equal received light quantity of the two Sensors (12, 12 ') with the same viewing angle on a non-perpendicular irradiation direction (3) closed and this deviation of the irradiation direction (3) from the perpendicular (21) on the longitudinal direction (10) of the distinctive path (2) is automatically corrected.

Description

I. AnwendungsgebietI. Field of application

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dreidimensionalen Bahnführung eines Roboterkopfes entlang einer Soll-Bahn.The invention relates to a method for three-dimensional path guidance of a robot head along a desired path.

Unter einen Roboterkopf soll für die Zweck der vorliegenden Anmeldung jeder gesteuert bewegbare Arbeitskopf verstanden werden, unabhängig davon, ob er tatsächlich an einem typischen Roboterarm befestigt ist, oder durch andere Führungssysteme gehalten ist.For the purposes of the present application, a robot head is to be understood as any controlled movable working head, regardless of whether it is actually fastened to a typical robot arm or is held by other guidance systems.

II. Technischer HintergrundII. Technical background

In der Industrie werden viele Arbeitsvorgänge inzwischen automatisch von einer Maschine erledigt. Wenn das Werkzeug, beispielsweise in Form eines am Kopf eines Roboterarmes befestigen Arbeitskopfes, entlang eines stillstehenden, zu bearbeitenden Objektes bewegt werden muss, muss dem Roboterkopf die Bewegungsbahn, entlang der er sich bewegen soll, vorgegeben werden.In the industry, many operations are now done automatically by a machine. If the tool, for example in the form of a work head attached to the head of a robot arm, has to be moved along a stationary object to be machined, the robot head must be given the path of movement along which it is to move.

Ein typisches Beispiel ist hierfür die Bearbeitung einer Automobil-Karosserie bei der Automobilherstellung: Wenn hierbei beispielsweise die Lötnaht zwischen dem Dach und dem Seitenteil einer Karosserie nachbearbeitet oder auch nur optisch überprüft werden soll, muss der entsprechende Roboterkopf in einer definierten Arbeitslage und Abstand entlang dieser Lötnaht geführt werden. Bei anderen Anwendungsfällen wird an Stelle einer Lötnaht eine andere markante Bahn oder Linie eines Objektes abgefahren.A typical example of this is the processing of an automobile bodywork in automobile production: If, for example, the soldered seam between the roof and the side part of a bodywork or just visually checked, the corresponding robot head must in a defined working position and distance along this Lötnaht be guided. In other applications, instead of a soldering seam another distinctive path or line of an object is traversed.

Unter der Arbeitslage des Roboterkopfes relativ zu der markanten Bahn oder Linie wird dabei nicht nur die Einhaltung eines vorgegebenen Nennabstandes verstanden, sondern darüber hinaus die Einhaltung einer bestimmten Winkellage des Roboterkopfes relativ zur Längsrichtung als auch Querrichtung dieser markanten Bahn z. B. genau parallel im Nenn-Abstand dazu verlaufend auf einer Soll-Bahn, auf der sich der Roboterkopf oder ein daran befestigter optischer Prüfkopf bewegen soll.Under the working position of the robot head relative to the distinctive path or line is not only compliance with a given nominal distance understood, but beyond compliance with a certain angular position of the robot head relative to the longitudinal direction and transverse direction of this distinctive path z. B. exactly parallel to the nominal distance extending thereto on a target path on which the robot head or an attached optical test head to move.

Für die Festlegung einer derartigen Soll-Bahn des Roboterkopfes oder des daran befestigten optischen Prüfkopfes war es bisher notwendig, zunächst die Lage der abzufahrenden markanten Linie oder Bahn am Objekt genau zu bestimmen.For the determination of such a target path of the robot head or the attached optical test head, it was previously necessary to first determine the exact location of the traced striking line or orbit on the object.

Bei dem Beispiel der Lötnaht an der Automobilkarosserie bedeutet dies, dass an dieser Arbeitsstation zunächst zumindest die exakte Lage der Lötnaht bestimmt werden muss:
Entweder ist die Lage dieser Lötnaht innerhalb der gesamten Automobilkarosserie genau genug bekannt. Dann ist es ausreichend, durch Positionieren oder Detektieren einiger weniger Kontrollpunkte an der Karosserie deren Lage im Raum zu bestimmen, um damit die exakte Lage der Lötnaht zu kennen.
In the case of the soldered seam on the automobile body, this means that at least the exact position of the soldered seam must first be determined at this workstation:
Either the location of this Lötnaht within the entire car body is known exactly enough. Then it is sufficient to determine their position in space by positioning or detecting a few control points on the body in order to know the exact position of the soldered seam.

In der Praxis jedoch kann die Lage der Lötnaht innerhalb der Karosserie durch Produktionsungenauigkeiten immer noch um zumindest einige Zehntel Millimeter differieren, so dass die Lagebestimmung der Karosserie als Ganzes für die Bestimmung der Lage der Lötnaht zumindest für die hier in Rede stehenden Nachbearbeitungs- oder Prüfvorgänge an der Lötnaht nicht ausreichend ist.In practice, however, the position of the solder seam within the body by production inaccuracies may still differ by at least a few tenths of a millimeter, so that the orientation of the body as a whole for the determination of the position of the solder seam at least for the post-processing or testing operations in question the soldering seam is not sufficient.

In diesem Fall muss die konkrete Lage der Lötnaht selbst direkt bestimmt werden, was bisher wie folgt geschah:
Beispielsweise wurde der Roboterkopf mit dem daran befestigten optischen Prüfkopf, der durch Abtasten der markanten Bahn in Form der Lötnaht deren Lage bestimmen sollte, manuell einmal an jeden der beiden Endpunkte der Lötnaht herangeführt und diese abgetastet, ggf. auch noch an einem oder mehreren Punkten dazwischen, etwa in der Mitte der Lötnaht. Mittels dieser Eckwerte konnte automatisch eine grobe Lagebestimmung der Lötnaht durchgeführt werden.
In this case, the actual position of the soldered seam itself must be directly determined, which so far happened as follows:
For example, the robot head with the optical test head attached thereto, which should determine its position by scanning the distinctive path in the form of the soldering seam, was manually guided once to each of the two end points of the soldering seam and scanned, possibly also at one or more points in between , approximately in the middle of the soldered seam. By means of these basic values, a rough position determination of the solder seam could be carried out automatically.

Anschließend wurde der Roboterkopf mit dem optischen Prüfkopf basierend auf diesen Grobwerten einmal entlang der Lötnaht verfahren, um eine genaue Lagebestimmung der Lötnaht, auch in den Bereichen zwischen den zuvor aufgenommenen Einzelpunkten, durchzuführen, was in der Regel als „Positionierlauf” bezeichnet wird.Subsequently, the robot head with the optical probe was once moved along the solder seam based on these coarse values in order to carry out a precise position determination of the soldered seam, also in the areas between the previously recorded individual points, which is generally referred to as "positioning run".

Abgesehen von den geringen Abweichungen der Lage der Lötnaht innerhalb der Fahrzeugkarosserie war mit der Lageermittlung der Lötnaht nunmehr gleichzeitig auch die Lage der gesamten Karosserie im Raum bekannt.Apart from the small deviations of the position of the solder seam within the vehicle body was now also the location of the entire body in the room known with the location of the solder seam.

Nunmehr war die Lage der Lötnaht exakt bekannt, und es konnte in einem nachfolgenden Arbeitslauf der gewünschte Arbeitsschritt (mechanische Bearbeitung, Lackieren, optisches Prüfen oder Ähnliches) durchgeführt werden, indem der Roboterkopf mit einem entsprechenden Arbeitskopf bzw. Werkzeug ausgestattet erneut entlang der nunmehr exakt bekannten Lötnaht geführt wurde.Now, the location of the soldering seam was exactly known, and in a subsequent operation, the desired operation (mechanical processing, painting, optical inspection or the like) could be carried out by the robot head equipped with a corresponding working head or tool again along the now exactly known Solder seam was performed.

Der Nachteil dieser Vorgehensweise wird jedoch dann offensichtlich, wenn der eigentliche Arbeitslauf relativ schnell bewältigt werden kann:
Dann ist der Zeitaufwand für zuerst das Anfahren einiger Punkte der Lötnaht und das anschließende Absolvieren des Positionierlaufes sehr hoch im Vergleich zum Zeitaufwand für den eigentlichen Arbeitslauf.
However, the disadvantage of this approach becomes obvious when the actual work process can be handled relatively quickly:
Then the time required for first approaching a few points of the solder seam and the subsequent completion of the positioning run is very high Comparison to the time required for the actual work process.

Darüber hinaus ist der mittels des Roboterkopfes durchzuführende Bearbeitungsschritt häufig keine mechanische Bearbeitung, sondern lediglich die optische Überprüfung, beispielsweise einschließlich der Vermessung einer dreidimensionalen Kontur, um diese Kontur einer Qualitätskontrolle zu unterziehen. Die Ermittlung der Form oder anderer mit der Oberflächenform zusammenhängender Ergebnisdaten, z. B. des Volumens, wird dabei häufig mittels des Lichtschnittverfahrens durchgeführt.In addition, the processing step to be performed by means of the robot head is often not mechanical processing, but merely the optical inspection, for example including the measurement of a three-dimensional contour, in order to subject this contour to quality control. The determination of the shape or other result data related to the surface shape, e.g. B. the volume is often carried out by means of the light section method.

Dabei wird ein fächerförmiger, also in nur einer Ebene aufgespreizter, Lichtstrahl auf die zu untersuchende Oberfläche gegeben und unter einem Winkel, meist einem spitzen Winkel, zur Bestrahlungsrichtung beobachtet, so dass der Verlauf des Abbildes des fächerförmigen Strahles auf der Oberfläche dort vorhandene Erhebungen erkennen lässt, indem auch das beobachtete Abbild dann eine Erhöhung zeigt, wenn der linienförmig auftreffende Lichtstrahl-Fächer über diese Erhebung hinweg verläuft, (sofern die Verlaufsrichtung der Lichtlinie nicht parallel zur Verlaufsrichtung der Erhebung liegt.)In this case, a fan-shaped, so spread in only one plane, light beam is applied to the surface to be examined and observed at an angle, usually an acute angle to the irradiation direction, so that the course of the image of the fan-shaped beam on the surface there can recognize existing elevations in that the observed image also shows an increase when the line-shaped light beam fan passes over this elevation (unless the course of the light line is parallel to the direction of the elevation).

Derartige einzelne Bilder der Lichtlinie auf dem Objekt können – während sich der optische Prüfkopf relativ und in Querrichtung zur Lichtlinie bewegt – in kurzen zeitlichen Abständen vielfach angefertigt werden, so dass durch Hintereinanderstellung dieser einzelnen Höhenschnitte, also Scans, die dreidimensionale Oberflächengestaltung ermittelt werden kann, und/oder damit zusammenhängende Parameter wie Höhe, Volumen, Breite, Lage der markanten Bahn usw..Such individual images of the light line on the object can be made many times at short time intervals while the optical test head moves relatively and transversely to the light line, so that the three-dimensional surface design can be determined by placing these individual height sections, ie scans, one behind the other / or related parameters such as height, volume, width, location of the distinctive track, etc ..

Auch Lötnähte zwischen aneinander angrenzenden Blechteilen im Automobilbau werden auf diese Art und Weise auf ihre Form und damit Qualität untersucht, indem vor allem unzulässige Vertiefungen in der Lötnaht vor dem Lackieren aufgefunden werden sollen.Also, solder seams between adjacent sheet metal parts in the automotive industry are examined in this way on their shape and thus quality, especially inadmissible recesses in the solder seam to be found before painting.

Wenn die Überprüfung der Lötnaht jedoch nur unter einem einzigen Beobachtungswinkel durchgeführt wird, kann es sein, dass Vertiefungen dabei nicht erkannt oder im Gegenzug einwandfreie Stellen als Vertiefung gemeldet werden, da man in erster Linie eine Vertiefung daran zu erkennen versucht, dass die von der Vertiefung reflektierte Lichtmenge zumindest geringer ist, weil gar kein Licht mehr reflektiert wird, als die von der Umgebung reflektierte Lichtmenge.However, if the solder seam inspection is performed only at a single viewing angle, it may be that pits are not detected or, in turn, flawless areas are reported as pits, as one primarily seeks to detect a pit from that of the pit reflected amount of light is at least less, because no light is reflected any more than the amount of light reflected from the environment.

Wenn in Blickrichtung der Kamera die Vertiefung jedoch abgeschottet wird durch einen vorgelagerten Wulst, eine Erhebung in Form eines Staubpartikels etc., wird dies nicht erkannt.However, if in the direction of the camera, the depression is sealed off by an upstream bead, a collection in the form of a dust particle, etc., this is not recognized.

Dagegen kann die Absenkung hinter einer Staubpartikel-Erhebung oder auch nur das schlechtere Reflektionsverhalten einer ebenen, nicht vertieften Stelle der Oberfläche in Form eines Farbpunktes etc., zur Anzeige als Fehlstelle führen.In contrast, the reduction behind a dust particle survey or even the worse reflection behavior of a flat, non-recessed point of the surface in the form of a color point, etc., lead to the display as a defect.

In diesem Sinne beschreibt die DE 44 05 865 A1 nur eine Betrachtung unter einem einzigen Beobachtungswinkel, also mit einem einzigen Sensor, und kann dieses Problem ebenfalls nicht lösen.In this sense, the describes DE 44 05 865 A1 just viewing under a single viewing angle, so with a single sensor, and can not solve this problem either.

Ziel der DE 44 05 865 A1 ist es, stattdessen durch gezieltes Auslesen nur geringer relevanter Teilbereiche aus dem Sensor, beispielsweise einige wenige Zeilen oder sogar nur Teile von Zeilen, die Auslesegeschwindigkeit stark zu erhöhen und dadurch die Berechnung der Ist-Positionen in Echtzeit mit der Bewegung des Roboterarmes zu beschleunigen, so dass hierdurch die maximale Bewegungsgeschwindigkeit des Roboterarmes de facto gesteigert werden kann.goal of DE 44 05 865 A1 It is, instead, by selectively reading only a few relevant portions of the sensor, such as a few rows or even only parts of lines, to greatly increase the read speed and thereby accelerate the calculation of the actual positions in real time with the movement of the robot arm, so that thereby the maximum movement speed of the robot arm can be de facto increased.

Darüber hinaus zeigt zwar die DE 102 46 449 A1 ein Sensorsystem mit einer Beleuchtungseinheit in zwei Sensoren, die mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln angeordne sind, jedoch dient dieses Sensorsystem lediglich dazu, durch Unterschiede der bei den beiden Sensoren eingehenden Lichtmengen auf eine Unregelmäßigkeit auf der bestrahlten Oberfläche zu schließen.In addition, although the shows DE 102 46 449 A1 a sensor system with a lighting unit in two sensors, which are arranged with different viewing angles, however, this sensor system only serves to close by differences in the amount of light received at the two sensors on an irregularity on the irradiated surface.

Nähere Rückschlüsse auf Art und Form der Unebenheiten oder gar automatische Maßnahmen hinsichtlich der Führung der Sensoreinheit werden daraus nicht gezogen.Closer conclusions about the type and shape of the unevenness or even automatic measures with regard to the guidance of the sensor unit are not drawn from this.

Des Weiteren zeigt die DE 10 2004 043 072 A1 eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes mit einem relativ zum Werkstück geführten Laserkopf, der auch einen Prüfkopf enthält, mittels dessen aus zwei unterschiedlichen Blickrichtungen Bilddaten des von beispielsweise einem Pilot-Laser vor dem Bearbeitungslaser auf das Werkstück geworfenen Laserstrahls aufgenommen werden und abhängig davon der Bearbeitungskopf in allen drei Raumrichtungen zu der markanten Bahn auf dem Objekt in der gewünschten Soll-Bahn geführt wird.Furthermore, the shows DE 10 2004 043 072 A1 a device for processing a workpiece with a guided relative to the workpiece laser head, which also includes a probe, are recorded from two different viewing directions image data of, for example, a pilot laser in front of the processing laser thrown onto the workpiece laser beam and depending on the machining head in all three spatial directions is guided to the distinctive path on the object in the desired target path.

III. Darstellung der ErfindungIII. Presentation of the invention

a) Technische Aufgabea) Technical task

Somit besteht die Aufgabe gemäß der Erfindung darin, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe die Rüstzeiten für den Arbeitslauf verringert werden können und insbesondere der Positionierlauf vollständig vermieden werden kann ohne Qualitätseinbußen beim Arbeitslauf.Thus, the object according to the invention is to provide a method by means of which the setup times for the work can be reduced and in particular the positioning can be completely avoided without sacrificing quality in the work process.

b) Lösung der Aufgabe b) Solution of the task

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is solved by the features of claims 1 and 2. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.

Durch die Anordnung eines optischen Prüfkopfes am Roboterkopf, der von der Ist-Position des Roboterkopfes aus in der Lage ist, den entsprechenden Teil der markanten Bahn hinsichtlich ihrer Kontur und Lage zu bestimmen, und zwar in Echtzeit, kann von einem Startpunkt aus – der manuell oder auch automatisch grob angefahren werden kann – der Roboterkopf sofort in einem Arbeitslauf entlang der markanten Bahn geführt werden, ohne dass zuvor ein Positionierlauf durchgeführt werden muss.The arrangement of an optical probe on the robot head, which from the actual position of the robot head is able to determine the corresponding part of the distinctive path in terms of its contour and position, in real time, can from a starting point - the manual or can be approached automatically coarse - the robot head immediately be guided in a work cycle along the distinctive path, without a prior positioning run must be performed.

Wenn die Bearbeitung der markanten Bahn nicht nur eine optische Überprüfung dieser Bahn ist, muss zusätzlich zu dem optischen Prüfkopf natürlich ein entsprechender Arbeitskopf oder ein Werkzeug am Roboterkopf befestigt sein.Of course, if the machining of the salient web is not merely a visual check of that web, then in addition to the optical probe, a corresponding working head or tool must, of course, be attached to the robot head.

Dabei versteht es sich von selbst, dass sowohl die relative Lage des optischen Prüfkopfes als auch ggf. eines Arbeitskopfes oder Werkzeuges zu dem ihn tragenden Kopf des Roboterarmes (Roboterkopf) bekannt sein muss.It goes without saying that both the relative position of the optical probe and possibly a working head or tool to the head of the robot arm (robot head) carrying it must be known.

Wenn dies jedoch gegeben ist, können der optische Prüfkopf – und damit auch der Roboterkopf, sowie ein eventuell vorhandener Arbeitskopf – entlang einer parallel zur markanten Bahn liegenden virtuellen Soll-Bahn und vor allem zuverlässig innerhalb eines um diese Soll-Bahn herum festgelegten Soll-Korridors geführt werden, indem vom Startpunkt aus abschnittweise ausgehend von der momentanen Ist-Position die Lage des nächsten Stückes der Soll-Bahn und damit des Soll-Korridors in Echtzeit bestimmt wird und der Prüfkopf entlang dieser Soll-Bahn und innerhalb des Soll-Korridors nachgeführt wird und dabei in einer vorgegebenen Arbeitslage (hinsichtlich der Winkelabweichungen um die Längs- und Querrichtung der Soll-Bahn) gehalten bzw. nachkorrigiert wird.However, if this is the case, the optical test head - and thus also the robot head, as well as a possibly existing working head - can travel along a nominal virtual path lying parallel to the marked path and, above all, reliably within a desired corridor defined around this theoretical path be guided by the starting point of the starting point from the current actual position, the position of the next piece of the target path and thus the target corridor is determined in real time and the probe along this target path and within the target corridor is tracked and is maintained or post-corrected in a given work position (with regard to the angular deviations about the longitudinal and transverse directions of the desired path).

Dabei wird davon ausgegangen, dass die markante Bahn oder Linie innerhalb einer bestimmten Distanz in Längsrichtung, ausgehend von der momentanen Ist-Position, nur eine begrenzte Verlaufsänderung in Längs- und Querrichtung vollziehen kann, also keine abrupten Änderungen in einer dieser Richtungen vollziehen kann. Dies ist auf Grund der grob vorbekannten Form der markanten Bahn oder Linie eine akzeptable Voraussetzung, vor allem wenn die markante Bahn oder Linie hinsichtlich ihres Anfangs- und Endpunktes definiert wird insofern, als eine solche abrupte Verlaufsänderung zwischen Anfangs- und Endpunkt nicht gegeben ist.It is assumed that the distinctive path or line within a certain distance in the longitudinal direction, starting from the current actual position, can only make a limited change in the longitudinal and transverse direction, so can not make abrupt changes in one of these directions. This is an acceptable condition due to the roughly known shape of the prominent path or line, especially if the prominent path or line is defined in terms of its start and end point in so far as such an abrupt change in the course between the start and end point is not given.

Das Anfahren des Startpunktes erfolgt dabei quer zur Längsrichtung der Soll-Bahn, und zwar in einer solchen Querrichtung, in der keine Kollision weder des Prüfkopfes noch des Roboterkopfes mit dem ihn tragenden Roboterarm noch des daran ggf. befestigten Arbeitskopfes mit dem Objekt stattfinden kann.The approach of the starting point takes place transversely to the longitudinal direction of the target path, in such a transverse direction, in which no collision neither of the probe or the robot head with the robotic arm carrying him nor the working head possibly attached thereto can take place with the object.

Auch die Lage des Soll-Korridors einschließlich der Soll-Bahn und der Arbeitslage an der Ist-Position innerhalb des Soll-Korridors für den Prüfkopf ist so definiert, dass derartige Kollisionen mit dem Objekt nicht eintreten können.The position of the desired corridor including the desired path and the working position at the actual position within the setpoint corridor for the test head is defined such that such collisions with the object can not occur.

Der Startpunkt kann im Prinzip jeder beliebige Punkt auf der Soll-Bahn des Prüfkopfes sein:
Entweder wird der Prüfkopf dann vom Startpunkt aus entlang der Soll-Bahn bis zum einen Ende der Soll-Bahn geführt, und anschließend zum Startpunkt zurückbewegt und von dort aus in die andere Richtung bis zum anderen Ende der Arbeitslauf vollendet.
The starting point can, in principle, be any point on the target path of the test head:
Either the test head is then guided from the starting point along the desired path to one end of the target path, and then moved back to the starting point and completed from there in the other direction to the other end of the work cycle.

Vorzugsweise wird der Startpunkt jedoch am oder nahe am einem Ende der Soll-Bahn gewählt mit der Folge, dass dann vom Startpunkt aus der Prüfkopf zu dem nächstliegenden Ende der Soll-Bahn als erstem Abschnitt des Arbeitslaufes geführt wird – falls der Startpunkt nicht ohnehin der eine Endpunkt der Soll-Bahn war – und dann nur einen kurzen Verfahrweg zurück zum Startpunkt hat, um dann den zweiten Teil, den Hauptteil, des Arbeitslaufes zum anderen Endpunkt der Soll-Bahn zu absolvieren.Preferably, however, the starting point is selected at or near one end of the desired path, with the result that the test head is then guided from the starting point to the nearest end of the desired path as the first section of the work cycle - if the starting point is not the one anyway Endpoint of the target lane was - and then has only a short path back to the starting point, and then to complete the second part, the main part of the work process to the other endpoint of the target lane.

Dabei wird die markante Bahn oder Linie von dem optischen Prüfkopf während des Arbeitslaufes abgetastet vorzugsweise mittels des Triangulations-Lichtschnittverfahrens, in dem eine quer zur Längsrichtung der Bahn verlaufende Lichtlinie auf die markante Bahn aufgestrahlt wird und die reflektierten Abbilder von zwei verschieden optischen Sensoren, die mit unterschiedlichen Blickrichtungen zur Oberfläche der markanten Bahn ausgerichtet sind, aufgenommen werden.In this case, the distinctive path or line is scanned by the optical probe during the operation, preferably by means of the triangulation light-section method in which a transverse to the longitudinal direction of the web light line is irradiated on the distinctive path and the reflected images of two different optical sensors with different viewing directions are aligned to the surface of the distinctive path.

Die unterschiedlichen Betrachtungswinkel der beiden optischen Sensoren sind dabei insbesondere unterschiedliche Schrägstellungswinkel der Blickrichtung der beiden optischen Sensoren entweder relativ zur Bestrahlungsrichtung durch die eine gemeinsame Lichtquelle oder auch relativ zur markanten Bahn, insbesondere betrachtet in der Seitenansicht auf die längsverlaufende markante Bahn.The different viewing angles of the two optical sensors are, in particular, different skew angles of the viewing direction of the two optical sensors either relative to the irradiation direction through the one common light source or also relative to the prominent path, in particular viewed in the side view on the longitudinal prominent path.

Dabei ist es im Wesentlichen egal, ob die beiden Abbilder dadurch erzeugt werden, dass eine einzige Lichtlinie auf die markante Bahn projiziert und von zwei mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln darauf ausgerichteten optischen Sensoren aufgenommen und auf diese Art zwei Abbilder erzeugt werden, oder mittels nur eines optischen Sensors zwei verschiedene optische Abbilder aufgenommen werden, indem aus zwei unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen dieselbe Lichtlinie auf die markante Bahn aufgestrahlt wird.It essentially does not matter whether the two images are produced by projecting a single line of light onto the prominent path and recording it by two optical sensors aligned with different viewing angles and thus producing two images, or by means of only one optical sensor recorded two different optical images be radiated by two different directions of illumination the same light line on the distinctive path.

Für die folgenden Ausführungen ist immer vom Fall einer einzigen Bestrahlungsrichtung und der Aufnahme zweier unterschiedlicher Abbilder mittels mit unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen auf die Bestrahlungsstelle gerichteten optischen Sensoren ausgegangen.The following statements always assume the case of a single irradiation direction and the acquisition of two different images by means of optical sensors directed at the irradiation point with different viewing directions.

Dabei werden bei Bewegung des Prüfkopfes entlang der markanten Bahn die einzelnen Prüfpositionen, in denen Abbilder der aufgestrahlten Lichtlinien aufgenommen werden, vorzugsweise so eng beisammen liegen, dass ihr Abstand geringer ist als die Breite der aufgestrahlten Lichtlinien, so dass sich die hintereinander gereihten Prüfpositionen und die dabei angefertigten Abbilder der Lichtlinien einander geringfügig überlappen und damit ein durchgängiges Abbild der markanten Bahn ergeben. Dies wird vor allem dann der Fall sein, wenn die markante Bahn insgesamt einer optischen Überprüfung unterzogen werden soll, z. B. eine Formbestimmung, die auf diese Art und Weise zusammen mit der Lagebestimmung der markanten Bahn in einem Arbeitslauf gemeinsam durchgeführt werden kann. Wenn dagegen lediglich eine Lagebestimmung erfolgen soll, auf Grund deren dann entlang der markanten Bahn nur in größeren Abständen Arbeitsschritte, z. B. Punktverschweißungen, mittels des Arbeitskopfes durchgeführt werden sollen, ist eine so eng benachbarte Anordnung der einzelnen Lichtlinien, also Prüfpositionen, in der Regel nicht notwendig, was die Geschwindigkeit des Arbeitslaufes steigert.In this case, when moving the test head along the prominent path, the individual test positions in which images of the illuminated light lines are recorded preferably lie so close together that their spacing is less than the width of the illuminated light lines, so that the successively lined test positions and the thereby produced images of the light lines slightly overlap each other and thus give a continuous image of the distinctive trajectory. This will be especially the case when the distinctive track is to be subjected to a total visual inspection, z. B. a shape determination that can be carried out together in this way together with the orientation of the distinctive web in a single run. If, on the other hand, only a position determination is to take place, on the basis of which then along the distinctive path only at relatively long intervals, for. B. spot welds to be performed by means of the working head, such a close adjacent arrangement of the individual light lines, so test positions, usually not necessary, which increases the speed of the work process.

Wenn jedoch eine durchgehende optische Überprüfung der markanten Bahn erfolgen soll, wird der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Aufnahmen, also Prüfpositionen, in Relation zur Relativgeschwindigkeit zwischen Prüfkopf und Soll-Bahn so festgelegt, dass der Längsabstand zwischen den Mitten zweier aufgestrahlter Lichtlinien größer ist als die Linienbreite dieser Lichtlinie, insbesondere 1,0 bis 3,0 mal so groß ist wie die Linienbreite der Lichtlinie, und dieser Längsabstand zwischen zwei Lichtlinien umso geringer gewählt wird, je stärker die Krümmung der markanten Bahn ist.However, if a continuous optical inspection of the distinctive trajectory is to take place, the time interval between the individual recordings, ie test positions, in relation to the relative speed between the test head and target path is determined so that the longitudinal distance between the centers of two light lines radiated is greater than that Line width of this light line, in particular 1.0 to 3.0 times as large as the line width of the light line, and this longitudinal distance between two lines of light is chosen to be lower, the stronger the curvature of the distinctive path.

Die Nachführung des Prüfkopfes entlang der Soll-Bahn, also innerhalb des Soll-Korridors, wird dabei nach folgenden Kriterien vollzogen:
Die markante Bahn mit ihrem markanten Querschnitt ergibt hinsichtlich des Abbildes der quer darauf aufgestrahlten Lichtlinie auch ein Abbild mit einer markanten Form. Der markante Teil des Abbildes der Lichtlinie soll innerhalb eines auf dem optischen Sensor vorgegebenen Zielbereiches liegen, was bei korrekter Einstellung der Arbeitslage des Prüfkopfes am Startpunkt der Soll-Bahn der Fall sein muss.
The tracking of the probe along the target path, ie within the target corridor, is carried out according to the following criteria:
In terms of the image of the light line radiated across it, the distinctive path with its distinctive cross-section also produces an image with a striking shape. The striking part of the image of the light line should lie within a predetermined target area on the optical sensor, which must be the case with correct setting of the working position of the probe at the starting point of the target path.

Sobald mit fortschreitender Bewegung des Prüfkopfes entlang der Soll-Bahn sich ein Punkt des markanten Teils der auf dem optischen Sensor erzeugten Abbilder seitlich aus dem vorgegebenen Zielbereich herausbewegt, wird eine Nachführung des Prüfkopfes in Querrichtung zur Soll-Bahn in eine solche Richtung und in einem solchen Maß durchgeführt, dass der gesamte markante Teil des Abbildes sich innerhalb des vorgegeben Zielbereiches auf dem optischen Sensor befindet.As soon as a movement of the probe along the target path, a point of the prominent part of the image generated on the optical sensor moves laterally out of the predetermined target area, a tracking of the test head in the transverse direction to the target path in such a direction and in such a direction Measured performed that the entire significant part of the image is within the specified target area on the optical sensor.

Die Höhe des Prüfkopfes über der abzutastenden markanten Bahn, also die Arbeitshöhe, wird automatisch nachgeregelt, wenn der höchste bzw. der tiefste Punkt des markanten Teils des Abbildes auf den Sensorflächen aus einem vorgegebenen Zielbereich in vertikaler Richtung herausläuft.The height of the test head over the significant path to be scanned, ie the working height, is readjusted automatically when the highest or the lowest point of the marked part of the image on the sensor surfaces runs out of a predetermined target area in the vertical direction.

Auf diese Art und Weise wird der Prüfkopf innerhalb des um die Soll-Bahn herum definierten Soll-Korridors gehalten.In this way, the test head is held within the desired corridor defined around the desired path.

Zusätzlich muss der Prüfkopf auch in einer korrekten Arbeitslage hinsichtlich der Winkellage um die Längs- und Querachse der Soll-Bahn herum gehalten werden: So muss beispielsweise der Quer-Kippwinkel des Prüfkopfes, also der Kippwinkel um die Querrichtung, automatisch nachkorrigiert werden, wenn bei zwei unter entgegengesetzt gleichem Betrachtungswinkel auf die aufgestrahlte Lichtlinie gerichteten Sensoren sich die höchsten bzw. tiefsten Punkte des markanten Teils der Abbilder der in Verlaufsrichtung nacheinander aufgenommenen Abbilder auf den beiden Sensoren nicht analog verlagern.In addition, the test head must be kept in a correct working position with respect to the angular position around the longitudinal and transverse axis of the target path around: For example, the transverse tilt angle of the probe, ie the tilt angle around the transverse direction, must be automatically corrected, if two Under the same viewing angle, the highest or lowest points of the striking part of the images of the imaged images in succession on the two sensors do not shift analogously on the two sensors.

Wenn die Beleuchtungsrichtung, mit der das Abbild aufgestrahlt wird, die Lotrechte auf die markante Bahn sein soll, und die Betrachtungsrichtungen der beiden optischen Sensoren unter einem entgegengesetzten gleichen Winkel zu dieser Beleuchtungsrichtung stehen, bedeutet dies, dass die Beleuchtungsrichtung nicht mehr lotrecht auf die markante Bahn gerichtet ist und nachjustiert werden muss.If the illumination direction with which the image is irradiated is to be the perpendicular to the distinctive path, and the viewing directions of the two optical sensors are at an opposite equal angle to this illumination direction, this means that the illumination direction is no longer perpendicular to the distinctive path is directed and needs to be readjusted.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die auf den beiden Sensoren empfangenen Lichtmengen miteinander zu vergleichen:
Wenn die Beleuchtungsrichtung nicht mehr exakt lotrecht auf die markante Bahn gerichtet ist, werden auf den beiden Sensoren wegen des unterschiedlich langen Rückweges des Lichts unterschiedliche Lichtmengen ankommen, so dass wiederum auf Grund dessen eine automatische Nachkorrektur des Quer-Kippwinkels erfolgen kann, bis die empfangene Lichtmenge auf beiden Sensoren jeweils die gleiche ist, was auf einen Quer-Kippwinkel von Null schließen lässt, also eine lotrechte Bestrahlung auf die markante Bahn.
Another possibility is to compare the quantities of light received on the two sensors:
If the illumination direction is no longer directed exactly perpendicular to the striking path, different amounts of light will arrive on the two sensors because of the different long return path of the light, so that in turn can be carried out an automatic Nachkorrektur the transverse tilt angle until the received amount of light on both sensors is the same in each case, which suggests a cross-tilt angle of zero, ie a perpendicular irradiation on the distinctive path.

Ein solcher Lichtmengen-Vergleich kann anstelle mit den vorhandenen optischen Sensoren für das Aufnehmen des Abbildes auch mit separaten Lichtmengen-Sensoren, beispielsweise Fotodioden, PSDs oder einer gesplitteten Fotodiode, durchgeführt werden. Such a light quantity comparison can also be carried out with separate light quantity sensors, for example photodiodes, PSDs or a split photodiode, instead of the existing optical sensors for recording the image.

Eine Nachjustierung des Längs-Kippwinkels um die Längsrichtung erfolgt dann aufgrund eines Höhenvergleiches der Enden des Abbildes einer Lichtlinie:
Wenn der Längs-Kippwinkel des Prüfkopfes richtig eingestellt ist, besitzen die beiden Enden des Abbildes der Lichtlinie auf dem optischen Sensor eine bestimmte Höhendifferenz entsprechend der Soll-Höhendifferenz, den ein Referenzabbild für diese Stelle der zu überprüfenden markanten Bahn auf dem Sensor hinterlassen sollte.
A readjustment of the longitudinal tilt angle about the longitudinal direction then takes place on the basis of a height comparison of the ends of the image of a light line:
When the longitudinal tilt angle of the test head is properly adjusted, the two ends of the image of the light line on the optical sensor have a certain height difference corresponding to the target height difference that a reference image should leave on the sensor for that location of the significant web to be inspected.

Ist die Ist-Höhendifferenz eine andere, bzw. liegt sie außerhalb eines vorgegebenen Abweichungsbereiches, wird die Schrägstellung des Prüfkopfes um die Längsachse nachjustiert, bis die Ist-Höhendifferenz der Enden der Soll-Höhendifferenz entspricht.If the actual height difference is different or lies outside a predetermined deviation range, the inclination of the test head is readjusted about the longitudinal axis until the actual height difference of the ends corresponds to the nominal height difference.

Darüber hinaus kann der Ist-Abstand zwischen Prüfkopf und markanter Bahn automatisch bestimmt werden auf Grund des bekannten Triangulationswinkels (der Winkel zwischen Betrachtungsrichtung des Sensors und der Bestrahlungsrichtung), der eine bekannte Lage des höchsten bzw. tiefsten Punktes des Abbildes auf dem optischen Sensor bedingt. Bei Abweichung der Lage des höchsten Punktes von dieser bekannten Lage kann hieraus die Differenz des Ist-Abstandes des Prüfkopfes von der markanten Bahn gegenüber dem Nenn-Abstand automatisch berechnet werden.In addition, the actual distance between the test head and the marked track can be automatically determined based on the known triangulation angle (the angle between the viewing direction of the sensor and the irradiation direction), which causes a known position of the highest or lowest point of the image on the optical sensor. In the case of deviation of the position of the highest point from this known position, the difference between the actual distance of the test head from the marked track and the nominal distance can be calculated automatically from this.

Ferner kann eine Kalibrierung der Messdaten, also der Abbilder auf den optischen Sensoren notwendig sein, um automatisch die Umwandlung dieser Abbilder in reale Werte, also von Kamera-Koordinaten auf Welt-Koordinaten, zu ermöglichen.Furthermore, it may be necessary to calibrate the measurement data, that is to say the images on the optical sensors, in order to enable the automatic conversion of these images into real values, ie from camera coordinates to world coordinates.

Zu diesem Zweck wird beispielsweise mit exakt eingehaltenem Nenn-Abstand des Prüfkopfes zur markanten Bahn eine Kalibrierbahn an Stelle der markanten Bahn abgetastet, die eine exakt bekannte Kontur besitzt. Dies ergibt eine bestimmte Höhenlage des Abbildes auf dem Sensor, mit deren Hilfe eine davon abweichende Lage des Abbildes der später abzutastenden markanten Bahn die automatische Berechnung der realen Werte dieser markanten Bahn ermöglicht. Hierfür ist es unter Umständen bereits ausreichend, nur markante Punkte der Lichtlinie bzw. des Abbildes der Lichtlinie unter Verwendung der bekannten Triangulationswinkel und des Nenn-Abstandes zu korrelieren zwischen Kamera-Koordinaten und Welt-Koordinaten.For this purpose, for example, with exactly maintained nominal distance of the probe to the distinctive path a Kalibrierbahn scanned in place of the distinctive trajectory, which has a precisely known contour. This results in a certain altitude of the image on the sensor, with the aid of a deviating position of the image of the distinctive trajectory to be scanned later allows the automatic calculation of the real values of this distinctive trajectory. For this it may already be sufficient to correlate only prominent points of the light line or the image of the light line using the known triangulation angle and the nominal distance between camera coordinates and world coordinates.

Eine weitere Möglichkeit, die Abweichung der Arbeitslage hinsichtlich des Längs-Kippwinkels und Quer-Kippwinkels festzustellen, besteht darin, auf die markante Bahn zwei geringfügig beabstandete Lichtlinien aufzustrahlen und die sich damit auf jeden Sensor ergebenden zwei Abbilder und deren Veränderung der Relativlage bei fortschreitenden Scans, also fortschreitender Bewegung des Prüfkopfes entlang der markanten Bahn, zu beobachten:
Wenn sich der Abstand der beiden Abbilder insgesamt, beispielsweise der Abstand deren höchster und niedrigster Punkte zueinander, verändert, bedeutet dies, dass die Beleuchtungsrichtung von der Lotrechten auf die Längsrichtung abgewichen ist, also der Quer-Kippwinkel von der Lotrechten abgewichen ist, zumindest wenn der Nenn-Abstand korrekt beibehalten wurde.
Another way to determine the deviation of the working position with respect to the longitudinal tilt angle and transverse tilt angle, is to radiate on the striking path two slightly spaced light lines and thus on each sensor resulting two images and their change in the relative position with progressive scans, thus progressive movement of the test head along the distinctive path, observe:
If the distance of the two images as a whole, for example, the distance between their highest and lowest points to each other, changes, this means that the illumination direction has deviated from the perpendicular to the longitudinal direction, ie the transverse tilt angle has deviated from the vertical, at least if Nominal distance was maintained correctly.

Eine Abweichung des Längs-Kippwinkels, also des Winkels um die Längsrichtung, liegt dagegen vor, wenn sich die Relation des Abstandes der linken Enden der beiden Abbilder zu dem Abstand der rechten Enden der beiden Abbilder verändert oder auf den beiden Sensoren unterschiedlich istA deviation of the longitudinal tilt angle, that is, the angle about the longitudinal direction, on the other hand, exists when the relation of the distance of the left ends of the two images to the distance of the right ends of the two images changed or different on the two sensors

Auch ein unterschiedlicher Querversatz der beiden Abbilder zueinander auf den beiden Sensoren lässt auf eine Abweichung vom Soll-Längskippwinkel schließen und wird zum Anlass für eine Korrektur der Prüfkopflage hinsichtlich des Längskippwinkels genommen.A different transverse offset of the two images relative to one another on the two sensors suggests a deviation from the desired longitudinal tilt angle and is used as a reason for a correction of the test head position with regard to the longitudinal tilt angle.

Wenn zusätzlich zur Bestimmung der Lage der markanten Bahn auch deren Form durchgängig optisch überprüft werden soll auf das Vorhandensein von Anomalien innerhalb der Kontur, wofür also die einzelnen Scans lückenlos aneinander anschließen müssen, soll durch zusätzliche Maßnahmen diese Überprüfung beschleunigt werden:
Um den Auswerteaufwand gering und damit die Prüfgeschwindigkeit, insbesondere eine kontinuierliche Relativbewegung zwischen Prüfkopf und Prüfkontur, hoch zu halten, wird mehrstufig geprüft:
Zum einen werden Plausibilitätskontrollen durchgeführt um festzustellen, ob die in dem Abbild festgestellte Anomalie tatsächlich auch auf eine Unregelmäßigkeit der Prüfkontur zurückzuführen ist:

  • – zunächst wird überprüft, ob die in den beiden Abbildern festgestellten Anomalien an der exakt gleichen Position liegen. Zu diesem Zweck werden die zugehörigen Erstreckungsvierecke bestimmt, nämlich die exakte Erstreckung in X- und Y-Richtung, in der das Abbild maximal diese Anomalie aufweist. Die Abweichung der Positionen der beiden Erstreckungs-Vierecke wird berechnet, insbesondere in Welt-Koordinaten, und wenn die Abweichung unter einem vorgegebenem Grenzwert liegt, wird von einer übereinstimmenden Position ausgegangen und damit von einer echten Anomalie.
  • – Wenn das Abbild eine Lücke aufweist, wird der Höhenversatz von Beginn und Ende des linienförmigen Abbildes auf beiden Seiten der Lücke ermittelt und bei einem zu starken Höhenversatz oberhalb eines Grenzwertes daraus geschlossen, dass es sich um keine echte Unregelmäßigkeit handelt.
  • – Es werden ferner der durchschnittliche Helligkeitswert des linienförmigen Abbildes, in dem die Anomalie festgestellt wurde mit den durchschnittlichen Helligkeitswerten der vom gleichen Sensor aufgenommenen, wenigstens einem vorangehenden und wenigstens einem nachfolgenden Abbild verglichen, oder mit mehreren vorangehenden/nachfolgenden Abbildern und bei Abweichung des Helligkeitswertes oberhalb eines Grenzwertes die Anomalie nicht als Unregelmäßigkeit der Prüfkontur gewertet.
If, in addition to the determination of the position of the prominent web, its shape is also to be optically checked for the presence of anomalies within the contour, for which the individual scans must then be connected without gaps, this check should be accelerated by additional measures:
In order to keep the evaluation effort low and thus the test speed, in particular a continuous relative movement between test head and test contour, high, is tested in several stages:
On the one hand, plausibility checks are carried out to determine whether the anomaly observed in the image is actually due to an irregularity of the test contour:
  • - First, it checks whether the anomalies found in the two images are in exactly the same position. For this purpose, the associated quadrilaterals are determined, namely the exact extension in the X and Y directions, in which the image has at most this anomaly. The deviation of the positions of the two extension squares is calculated, in particular in world coordinates, and if the deviation is below a predetermined limit value, a corresponding position is assumed, and thus a genuine anomaly.
  • - If the image has a gap, the height offset of the beginning and end of the line-shaped image is determined on both sides of the gap and if the height offset is too high above a limit, it is concluded that this is not a true irregularity.
  • The average brightness value of the linear image in which the anomaly was detected is also compared with the average brightness values of the at least one preceding and at least one subsequent image recorded by the same sensor, or with a plurality of preceding / succeeding images and if the brightness value deviates above of a limit value, the anomaly is not considered an irregularity of the test contour.

Zusätzlich und/oder stattdessen können die Original-Scans beider optischer Sensoren, oder jeweils eine Mittelung dieser beiden Scans als fortlaufendes Originalbild gespeichert werden, welches später dem Bearbeiter, der vor allem die Nachbearbeitung der Fehlstellen durchführen soll, die Arbeit erleichtert, indem dadurch vor allem das Auffinden der Fehlstellen erleichtert wird, die ja beispielsweise nur einen Durchmesser von 50 μm besitzen und damit für das menschliche Auge kaum mehr sichtbar sind. Falls beim ersten oder auch beim zweiten Prüfschritt ein Vergleich mit vorgegebenen absoluten Grenzwerten durchgeführt wird, müssen diese Grenzwerte zuerst praxisnah ermittelt werden.In addition, and / or instead, the original scans of both optical sensors, or an averaging of these two scans can be saved as a continuous original image, which later facilitates the work, in particular the post-processing of the defects Finding the defects is facilitated, yes, for example, only have a diameter of 50 microns and thus are hardly visible to the human eye. If a comparison with predetermined absolute limit values is carried out during the first or second test step, these limit values must first be determined in a practical manner.

Zu diesem Zweck wird eine manuell positiv geprüfte Referenzkontur auf der ganzen Länge gescannt und deren Bilddaten als Referenzwerte hinterlegt, gegebenenfalls unterteilt in einzelne Referenz-Längenabschnitte, über welche sich die Referenzwerte nicht oder nur sehr geringfügig ändern.For this purpose, a manually positively tested reference contour is scanned along its entire length and its image data is stored as reference values, optionally subdivided into individual reference lengths, over which the reference values do not or only very slightly change.

Weiterhin werden Maßnahmen getroffen, um den Auswertungsaufwand zu minimieren und damit eine schnelle Auswertung, nämlich in Echtzeit, durchführen zu können, was bei manchen Anwendungen eine Geschwindigkeit von 250 mm Prüfkontur pro Sekunde bedeutet:

  • – Eine Maßnahme besteht darin, von den linienförmigen Abbildern nur den Bereich zu untersuchen, der der eigentlichen Prüfkontur in Querrichtung entspricht, was durch einen Vergleich mit den zuvor gescannten Referenzkonturen und deren Prüfdaten ermittelt wird.
  • – Zu diesem Zweck wird ferner eine Nachführung des Prüfkopfes in Querrichtung durchgeführt, sobald der höchste bzw. tiefste Punkt des Abbildes der Prüfkontur seitlich aus dem vorgegebenen Zielbereich innerhalb des Sensors herausläuft.
  • – Der Prüfkopf wird hinsichtlich der Höhe über der Prüfkontur auf eine Nennhöhe eingestellt und automatisch nachgeführt, wenn die höchsten bzw. tiefsten Punkte der Abbilder auf den Sensoren bzw. dem einzigen Sensor aus dem vorgegebenen Zielbereich herauslaufen.
  • – Des Weiteren kann die Betrachtung jeder Prüfposition und unter jedem der beiden Beobachtungswinkel zweimal und zwar mit unterschiedlicher Lichtmenge durchgeführt werden, wobei die Lichtmenge entweder durch die Belichtungszeit oder die beaufschlagte Lichtmenge pro Zeiteinheit variiert werden kann. Wenn in den Abbildern eine Lücke oder andere Anomalie vorhanden ist, muss diese Anomalie in den mit den verschiedenen Lichtmengen angefertigten Abbildern jeweils vorhanden sein, wenn die Ursache eine Anomalie in der echten Prüfkontur darstellt. Ist dies nicht der Fall, wird nicht auf eine echte Fehlstelle geschlossen. Des Weiteren dienen die beiden Abbilder mit unterschiedlichen Lichtmengen dazu, daraus eine qualitativ hochwertiges Abbild zu erzeugen, beispielsweise dann, wenn bei dem Abbild mit niedrigerer Lichtmenge nur ein Teil des linienförmigen Abbildes gut sichtbar ist, die fehlenden Bereiche dagegen in dem Abbild mit der anderen Lichtmenge gut sichtbar sind. Die jeweils gut sichtbaren Bereiche können dann zusammen zu einem Abbild kombiniert werden.
Furthermore, measures are taken to minimize the evaluation effort and thus to be able to carry out a rapid evaluation, namely in real time, which in some applications means a speed of 250 mm test contour per second:
  • One measure consists in examining only the region corresponding to the actual test contour in the transverse direction of the linear images, which is determined by a comparison with the previously scanned reference contours and their test data.
  • - For this purpose, a tracking of the probe is further carried out in the transverse direction as soon as the highest or lowest point of the image of the test contour runs out laterally from the predetermined target area within the sensor.
  • - The test head is set to a nominal height with respect to the height above the test contour and automatically tracked when the highest or lowest points of the images on the sensors or the single sensor run out of the specified target area.
  • - Furthermore, the observation of each test position and under each of the two observation angles can be performed twice and with different amounts of light, the amount of light can be varied either by the exposure time or the amount of light applied per unit time. If a gap or other anomaly exists in the images, this anomaly must be present in each of the images produced with the different amounts of light if the cause is an anomaly in the true test contour. If this is not the case, it is not concluded that there is a real defect. Furthermore, the two images with different amounts of light serve to produce a high-quality image from it, for example, if only a part of the line-shaped image is clearly visible in the image with a lower amount of light, the missing areas in the image with the other amount of light are clearly visible. The clearly visible areas can then be combined together to form an image.

Mindestens diejenigen Prüfstellen, an denen sich auf diese Art und Weise ein negatives Ergebnis ergab, werden hinsichtlich der Position dieser Prüfstellen gespeichert, und zwar sowohl hinsichtlich der originalen Bilddaten als auch eventuell erzeugter Querschnittsprofile.At least those test sites that gave a negative result in this way are stored in terms of the location of these test sites, both in terms of the original image data and any cross-sectional profiles generated.

Auch nach Ende der Prüfung eines Objekts bleiben diese Daten für das Objekt gespeichert, damit sie bei der späteren manuellen Nachbearbeitung des Objekts dem Nachbearbeiter zur Verfügung stehen und dessen Nacharbeit erleichtern, insbesondere was das Auffinden der Fehlstelle betrifft.Even after the end of the examination of an object, these data remain stored for the object, so that they are available to the post-processor during the subsequent manual post-processing of the object and facilitate its rework, in particular with regard to locating the flaw.

Durchgeführt wird dieses Verfahren einschließlich beider Prüfschritte und aller Belichtungsstufen in Echtzeit während der fortlaufenden Abtastung der Prüfkontur und innerhalb des Prüfkopfes.This procedure is carried out in real time during the continuous scanning of the test contour and within the test head, including both test steps and all exposure steps.

Zu diesem Zweck enthält der Prüfkopf nicht nur die beiden (oder vorzugsweise nur eine) Lichtquelle, sondern auch den einen oder die beiden benötigten optischen Sensoren, den Bilddatenspeicher und die elektronische Verarbeitungseinheit.For this purpose, the test head contains not only the two (or preferably only one) light source, but also the one or the two required optical sensors, the image data memory and the electronic processing unit.

Vorzugsweise tritt dabei der Lichtstrahl der Lichtquelle im rechten Winkel aus einer Seitenfläche des Prüfkopfes aus, während sich die beiden optischen Sensoren in Bewegungsrichtung des Prüfkopfes vor und hinter der Position des austretenden Strahles befinden, somit also zu diesem Strahl in einem Fall einen positiven, im anderen Fall einen negativen Triangulationswinkel einnehmen.Preferably, the light beam of the light source passes at right angles from a side surface of the probe, while the two optical sensors in the direction of movement of the probe before and behind the position of the exiting Thus, in this case, in one case a positive, in the other case, a negative triangulation angle.

Vorzugsweise wird durch die aus den beiden Beobachtungsrichtungen aufgespannte Ebene genau diejenige Ebene definiert, in welcher auch die momentane Bewegungsrichtung des Prüfkopfes liegt.Preferably, the level spanned by the two observation directions defines precisely that plane in which the instantaneous direction of movement of the test head lies.

Des Weiteren ist das Verfahren insoweit selbstregelnd, als eine mögliche Schrägstellung der Bestrahlungsrichtung, also abweichend von der genau lotrechten Bestrahlung zur Ebene der Prüfkontur, von dem Prüfkopf bzw. dessen Steuereinheit selbsttätig anhand der dann nicht analogen Verlagerung der höchsten bzw. tiefsten Punkte der einander entsprechenden Abbilder der beiden Sensoren bzw. Betrachtungswinkel erkannt wird.Furthermore, the method is insofar self-regulating, as a possible inclination of the irradiation direction, ie deviating from the exactly vertical irradiation to the test contour level of the test head or its control unit automatically based on the then non-analogous displacement of the highest and lowest points of the corresponding one Images of the two sensors or viewing angle is detected.

In diesem Fall wird aus der Größe der Ungleichmäßigkeit der Verlagerung auf die Schrägstellung der Bestrahlungsrichtung geschlossen und diese bei der Auswertung rechnerisch mitberücksichtigt oder automatisch in eine genau lotrechte Lage korrigiert.In this case, it is concluded from the magnitude of the unevenness of the displacement on the oblique position of the irradiation direction and these are taken into account mathematically in the evaluation or automatically corrected in an exactly vertical position.

c) Ausführungsbeispielec) embodiments

Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:Embodiments according to the invention are described in more detail below by way of example. Show it:

1: das gesamte Objekt in der Aufsicht, 1 : the entire object in the supervision,

1b–e: Detaildarstellungen der am Objekt zu prüfenden markanten Bahn, 1b -E: detailed representations of the distinctive path to be tested on the object,

2a–c: den Prüfkopf an der Bahn, 2a C: the test head on the web,

3a–c: Reduzierungsmethoden des Rechenaufwandes 3a -C: Reduction methods of computational effort

4: ein Abbild der Lichtlinie auf dem Sensor, 4 : an image of the light line on the sensor,

5a–c: eine weitere Reduzierungsmethode, 5a -C: another reduction method,

6: die Nachführung des Prüfkopfes, 6 : the tracking of the test head,

7ad–: das Zusammensetzen des Abbildes aus mehreren Aufnahmen. 7a d-: composing the image from several shots.

1a zeigt ein Objekt 1, in diesem Fall eine PKW-Karosserie, an der eine Lötnaht 2, nämlich die Lötnaht zwischen Korpus und Dach der Karosserie, eine markante Bahn darstellt, entlang der ein Roboterkopf 26 bewegt werden soll mittels eines optischen Prüfkopfes 6. 1a shows an object 1 , in this case, a car body, at the soldering seam 2 Namely, the soldering seam between body and roof of the bodywork, representing a striking trajectory, along which a robot head 26 to be moved by means of an optical probe 6 ,

Die Lötnaht 2 ist eine dreidimensional verlaufende Bahn, die in mindestens zwei Raumrichtungen gekrümmt ist.The solder seam 2 is a three-dimensional path that is curved in at least two spatial directions.

Ebenso könnte jedoch auch die Kante 32 an der Karosserie Korpus als markante Linie 2 dienen.Likewise, however, could also be the edge 32 on the body carcass as a distinctive line 2 serve.

Um den Zeitaufwand für einen separaten Positionierlauf oder andere Maßnahmen für die genaue Lage-Bestimmung der Karosserie einzusparen, wird der Roboterkopf 26, an dem sich in definierter Zuordnung wenigstens der optische Prüfkopf 6 befindet, ohne weitere vorherige Maßnahmen, wie einen Positionierlauf oder Ähnliches, in einem Arbeitslauf entlang der Lötnaht 2 geführt. Die einzige vorher stattfindende Maßnahme ist das – automatische oder manuelle – Anfahren des Roboterkopfes 26 mit dem Prüfkopf 6 an einen Startpunkt 27 auf der Soll-Bahn 24 für den Roboterkopf 6.To save the time for a separate positioning or other measures for the precise location determination of the body, the robot head 26 in which, in a defined assignment, at least the optical test head 6 is, without further prior measures, such as a positioning run or the like, in a work process along the solder seam 2 guided. The only measure before that is the automatic or manual approach of the robot head 26 with the test head 6 to a starting point 27 on the target path 24 for the robot head 6 ,

Wie die 1d und 2c zeigen, verläuft die Soll-Bahn 24, entlang der der Prüfkopf 6, und zwar insbesondere mit dem Austrittspunkt seines Lichtstrahles 3, verfahren soll, bandförmig und parallel zur markanten Bahn 2 in Form der Lötnaht und in einem definierten Nenn-Abstand 22 hierzu.As the 1d and 2c show, the target path runs 24 along which the test head 6 , in particular with the exit point of its light beam 3 , to proceed, band-shaped and parallel to the distinctive path 2 in the form of the soldered seam and in a defined nominal distance 22 For this.

Zusätzlich ist im Querschnitt betrachtet (1d) um die Soll-Bahn 24 herum ringförmig umschließend ein Soll-Korridor 28 definiert, den der Prüfkopf 6 – bzw. dessen Lichtsaustrittspunkt – nicht verlassen darf, wobei die Lage sowohl der Soll-Bahn 24 als auch des Soll-Korridors 28 als auch der zusätzlich festgelegten Arbeitslage von Prüfkopf 6 und dem gesamten Roboterkopf 26 einschließlich eines eventuell vorhandenen Arbeitskopfes so festgelegt sind, dass bei Einhaltung dieser Vorgaben keine Kollision des Roboterkopfes 26 oder der an ihm befestigten weiteren Köpfe einschließlich des Auslegerarmes 29 mit dem Objekt 1 auftreten kann. Dies ist möglich, da die grobe Lage des Objektes 1 relativ zum Roboterkopf 26 grundsätzlich bekannt und vorgegeben ist.In addition, viewed in cross section ( 1d ) around the target path 24 around a target corridor enclosing annularly 28 defines the test head 6 - Or whose light exit point - may not leave, the location of both the target path 24 as well as the target corridor 28 as well as the additionally specified working position of the test head 6 and the whole robot head 26 including a possibly existing working head are set so that in compliance with these specifications no collision of the robot head 26 or the other heads attached to it, including the cantilever arm 29 with the object 1 can occur. This is possible because of the rough position of the object 1 relative to the robot head 26 basically known and given.

Der wesentliche Unterschied zu bisherigen Vorgehensweisen besteht darin, dass die Soll-Bahn 24 und auch der Soll-Korridor 28 nicht von Anfang an in ihrer gesamten Länge bekannt sind, sondern sukzessive mit dem Fortschreiten des Prüfkopfes 6 entlang seiner Soll-Bahn 24 erst jeweils abschnittsweise für die nähere Umgebung, insbesondere den nächst liegenden Fortschrittsbereich, zur momentanen Ist-Position des Prüfkopfes 6 neu berechnet werden:
Zu diesem Zweck wird mittels des optischen Prüfkopfes 6 die markante Bahn 2, in diesem Fall die Lötnaht 2 oder die Dachkante 32, optisch abgetastet und als verwertbares Ergebnis dabei nicht die Lage der Lötnaht 2 (bezogen auf den Prüfkopf 6) bestimmt, sondern gerade umgekehrt die Relativlage des Prüfkopfes 6 in Bezug auf diese markante Bahn 2 bestimmt:
Als Längsrichtung 10 soll die Verlaufsrichtung der markanten Bahn 2 definiert werden, als Querrichtung 11 deren Erstreckung quer zur Längsrichtung.
The essential difference to previous procedures is that the target path 24 and also the target corridor 28 not known from the beginning in their entire length, but successively with the progress of the probe 6 along its intended course 24 only in sections for the closer environment, in particular the nearest progress area, to the current actual position of the test head 6 to be recalculated:
For this purpose, by means of the optical probe 6 the striking railway 2 , in this case, the soldered seam 2 or the roof edge 32 , optically scanned and as a usable result not the location of the soldered seam 2 (relative to the test head 6 ) determines, but just the reverse of the relative position of the probe 6 in terms of this striking track 2 certainly:
As a longitudinal direction 10 should the course of the distinctive path 2 be defined as the transverse direction 11 their extension transverse to the longitudinal direction.

Die markante Linie 2 wird dabei mittels z. B. des Lichtschnitt-Triangulationsverfahrens abgetastet, wie am besten anhand der 2a, 2b und 1e nachzuvollziehen:
2 zeigt einen Prüfkopf 6 in der Seitenansicht, die auch erkennen last, wie das bekannte Lichtschnitt-Triangulationsverfahren prinzipiell funktioniert: Dabei wird ein fächerförmiger Lichtstrahl 3 (siehe 2b) auf die markante Bahn 2 des Objektes 1 gerichtet und erzeugt dort eine quer zur Verlaufsrichtung 10 dieser Bahn 2 gerichtete einzelne Lichtlinie 35.
The striking line 2 is doing by means of z. B. the light-sliced triangulation method, as best seen in the 2a . 2 B and 1e understand:
2 shows a probe 6 in the side view, which also recognize how the well-known light-slicing triangulation method works in principle: This is a fan-shaped light beam 3 (please refer 2 B ) on the distinctive track 2 of the object 1 directed and generated there a direction transverse to the direction 10 this track 2 directed single light line 35 ,

Das gemäß 2a von der Oberfläche des Objektes 1 und damit der markanten Bahn 2 reflektierte Licht des Lichtstrahles 3 trifft auf jeweils einen der beiden flächigen, optischen Sensoren 12, 12' im Prüfkopf 6, und erzeugt dort jeweils ein Abbild 4, 4' auf der Fläche des Sensors 12, 12', wie in 3 und 4 dargestellt.The according to 2a from the surface of the object 1 and thus the distinctive railway 2 reflected light of the light beam 3 meets one of the two planar, optical sensors 12 . 12 ' in the test head 6 , and each creates an image there 4 . 4 ' on the surface of the sensor 12 . 12 ' , as in 3 and 4 shown.

Da die Querschnittskontur der Lötnaht 2 als markante Bahn 2 eine etwa hutförmige, rinnenförmige Kontur ist, hat auch das Abbild 4, 4' qualitativ in etwa diese Form.Since the cross-sectional contour of the solder seam 2 as a distinctive train 2 is a hat-shaped, trough-shaped contour, also has the image 4 . 4 ' qualitatively in this form.

Damit sich von diesen Abbildern 4, 4' auf den Sensoren 12, 12' Rückschlüsse auf die Lage und ggf. auch die reale Kontur der Oberfläche des Objektes 1 an dieser Prüfstelle 2' innerhalb der markanten Bahn 2, auf welche der Lichtstrahl 3 momentan gerichtet ist, ziehen lassen, dürfen die Abstrahlrichtung 17 des Lichtstrahles 3 und die Blickrichtungen 5, 5' der beiden optischen Detektoreinheiten 6a, b, zu denen die Sensoren 12, 12' gehören, nicht zusammenfallen, sondern müssen sich durch einen Triangulationswinkel α1, α2 unterscheiden.Thus, from these images 4 . 4 ' on the sensors 12 . 12 ' Conclusions on the position and possibly also the real contour of the surface of the object 1 at this test center 2 ' within the striking railway 2 to which the light beam 3 is currently directed, let go, allowed the direction of radiation 17 of the light beam 3 and the directions of view 5 . 5 ' the two optical detector units 6a , b, to which the sensors 12 . 12 ' belong, do not coincide, but must differ by a triangulation angle α 1 , α 2 .

Vorliegend sind diese beiden Winkel α1, α2 so gewählt, dass sie gleich groß, aber entgegengerichtet von der Abstrahlrichtung 17 liegen. Dass die reflektierten Lichtstrahlen dabei noch über Spiegel 19 umgelenkt werden, ist unerheblich.In the present case these two angles α 1, α 2 are chosen so that they are the same size, but oppositely directed from the emission 17 lie. That the reflected light rays still through mirrors 19 to be diverted is irrelevant.

Die optischen Sensoren 12, 12' sind an eine Recheneinheit 36 angeschlossen, deren Signale sie in Echtzeit verarbeiten kann und vor allem in der Folge davon ebenfalls in Echtzeit die weitere Bewegung des Prüfkopfes 6 korrigieren kann:
2c zeigt die markante Bahn 2, die – wie aus den 1a–e klar wird – eine bandförmige Gestalt besitzt, und die parallel dazu verlaufende Soll-Bahn 24, entlang der der Prüfkopf 6 mit seiner Betrachtungsebene 20, also beispielsweise der Unterseite des Prüfkopfes 6, aus der Licht rechtwinklig austritt, wie am Besten in 2a ersichtlich – geführt werden soll, und zwar in einer definierten Arbeitslage 25, in welcher die Soll-Bahn 24 tangential die Betrachtungsebene 20 im Lichtsaustrittspunkt berührt.
The optical sensors 12 . 12 ' are to a computing unit 36 whose signals can be processed in real time and, above all, in real time, the further movement of the test head in real time 6 can correct:
2c shows the distinctive railway 2 , that - like from the 1a -E becomes clear - has a band-like shape, and the parallel running target path 24 along which the test head 6 with its viewing plane 20 , So for example, the underside of the probe 6 from which light emerges at right angles, as best in 2a apparent - should be led, and in a defined work situation 25 , in which the target path 24 tangential to the viewing plane 20 touched in the light exit point.

Da der Verlauf der markanten Bahn 2 im Detail noch nicht bekannt ist, ist bei Beginn der Abtastung auch die Soll-Bahn 24 in Ihrem Verlauf noch nicht bekannt, und ebenso wenig der darum herum definierte Soll-Korridor 28.As the course of the distinctive train 2 is not yet known in detail, is at the beginning of the scan and the target path 24 not yet known in its course, nor the set corridor defined around it 28 ,

In 2c ist der Prüfkopf 6 positioniert an einem beliebigen Startpunkt 27 dargestellt, der beispielsweise dadurch definiert ist, dass er gegenüber der markanten Bahn 2 den Nenn-Abstand 22, gemessen entlang der Lotrechten 21 auf die Bahn 2, besitzt und die Abstrahlrichtung 17 identisch mit der Lotrechten 21 auf die Bahn 2 ist.In 2c is the test head 6 positioned at any starting point 27 represented, for example, defined by the fact that he is opposite the distinctive path 2 the nominal distance 22 , measured along the perpendicular 21 on the train 2 , owns and the direction of radiation 17 identical to the vertical 21 on the train 2 is.

Ebenso gut könnte man den Anfangspunkt 24a der Soll-Bahn 24 als Startpunkt wählen, der in gleicher Weise dem Beginn 2a der Bahn 2 zugeordnet ist.As well as you could the starting point 24a the target path 24 as the starting point, in the same way the beginning 2a the train 2 assigned.

Bewegt man von diesem Anfangspunkt 24a aus den Prüfkopf 6 weiter, und zwar mangels einer anderen Richtung in Richtung der Betrachtungsebene 20 und in Verlaufsrichtung der Bahn 2, so wird sich diese Ist-Bahn 34 des Prüfkopfes 6 immer mehr von der parallel zur markanten Bahn 2 verlaufenden Soll-Bahn 24 entfernen und irgendwann auch den Soll-Korridor 28 verlassen wollen.Moving from this starting point 24a out of the test head 6 continue, for lack of another direction towards the viewing plane 20 and in the direction of the web 2 So this is the actual train 34 of the test head 6 more and more of the parallel to the distinctive railway 2 running target path 24 remove and eventually the target corridor 28 want to leave.

Dies wird jedoch dadurch vermieden, dass die bei Bewegung des Prüfkopfes 6 entlang der Ist-Bahn 34 nacheinander in Abständen auf die Bahn 2 projizierten Lichtlinien 35 – wie in 1e dargestellt – jeweils Abbilder 4, 4' auf den Sensoren 12, 12' ergeben, deren Veränderungen das Abweichen der Ist-Bahn 34 von der Soll-Bahn 24 anzeigen und eine Nachkorrektur der Ist-Bahn 34 – beispielsweise bei Erreichen der Obergrenze des Soll-Korridors 28 bis hinunter zur Untergrenze dieses Soll-Korridors 28 – bewirken:
6 zeigt in der linken Bildhälfte, wie die Abbilder 4, 4' auf den beiden bezüglich der Bestrahlungsrichtung 17 entgegengesetzt angeordneten Sensoren 12, 12' aussehen, nämlich einerseits mit einer Aufwölbung 4a und anderseits mit einer Vertiefung 4b im mittleren Bereich, woraus sich als höchster und tiefster Punkt einander entsprechende Top-Punkte 37, 37' in den Abbildern 4 und 4' erkennen lassen.
However, this is avoided by the movement of the probe 6 along the actual railway 34 successively at intervals on the train 2 projected light lines 35 - as in 1e represented - each images 4 . 4 ' on the sensors 12 . 12 ' whose changes are the departure of the actual train 34 from the target train 24 Show and a correction of the actual train 34 - For example, when reaching the upper limit of the target corridor 28 down to the lower limit of this target corridor 28 - cause:
6 shows in the left half of the picture, as the images 4 . 4 ' on the two with respect to the direction of irradiation 17 oppositely arranged sensors 12 . 12 ' look, namely on the one hand with a bulge 4a and on the other hand with a depression 4b in the middle area, resulting in the highest and lowest point corresponding top points 37 . 37 ' in the pictures 4 and 4 ' reveal.

Sobald einer dieser Top-Punkte 37, 37' einen vorgegebenen Zielbereich 38, 38' auf dem jeweiligen Sensor 12, 12' bei einer der nächsten Scans (6 rechte Halft) verlässt, bedeutet dies, dass – sofern die Oberfläche des Objektes nach wie vor lotrecht beleuchtet wurde – sich der Abstand des Prüfkopfes 6 von der markanten Bahn 2 vergrößert oder verkleinert hat.Once one of these top points 37 . 37 ' a predetermined target area 38 . 38 ' on the respective sensor 12 . 12 ' on one of the next scans ( 6 right hand half), this means that - if the surface of the object was still illuminated perpendicularly - the distance of the probe 6 from the distinctive railway 2 has increased or decreased.

Wäre in 4 der obere Rand jedes Sensors 12, 12' auch der obere Rand dieses Sensors in der 2a, so würde eine Verlagerung des Top-Punktes 37 in 6 links oben Richtung oberer Rand – wie dargestellt – gemäß 2a bedeuten, dass sich der Prüfkopf an die Bahn 2 angenähert hat, und als Reaktion darauf müsste die Recheneinheit 36 ein weiteres Entfernen des Prüfkopfes 6 von der markanten Bahn 2 in z. B. definierten Schrittweiten vornehmen, bis sich der Top-Punkt 37 wieder innerhalb des Zielbereiches 38 befindet. Would be in 4 the top of each sensor 12 . 12 ' also the upper edge of this sensor in the 2a That would be a shift of the top spot 37 in 6 left upper direction upper edge - as shown - according to 2a mean that the test head to the web 2 and in response to that, the arithmetic unit would have to 36 another removal of the probe 6 from the distinctive railway 2 in z. B. Defined increments, until the top point 37 again within the target area 38 located.

Da die Schrittweiten der durchgeführten Entfernungsschritte bekannt sind, ist bei bekanntem Ursprungsabstand des Prüfkopfes – meist dem Nenn-Abstand 22 am Startpunkt – auch der momentane Ist-Abstand 33 bekannt.Since the increments of the distance steps performed are known at a known original distance of the probe - usually the nominal distance 22 at the starting point - also the current actual distance 33 known.

Des Weiteren kann anhand der Abbilder 4, 4' in ihrer Abfolge der hintereinander durchgeführten Scans Sx, Sx + 1 usw. erkannt werden, ob sich die Abbilder 4, 4' in unzulässiger Weise nicht analog, sondern ungleichmäßig auf den beiden Sensoren 12, 12' verlagern.Furthermore, based on the images 4 . 4 ' in their sequence of successive scans Sx, Sx + 1, etc. are detected, whether the images 4 . 4 ' in an inadmissible way not analog, but unevenly on the two sensors 12 . 12 ' relocate.

Wenn sich beispielsweise die Abbilder 4' auf dem in 6 unten dargestellten Sensor 12' stärker in Richtung des unteren Rands des Sensors verlagern, als sich die Abbilder 4 des oben dargestellten Sensors 12 in Richtung des oberen Randes verlagern, so beutet dies, dass die Abstrahlrichtung 17 von der Lichtquelle 14 im Prüfkopf 6 nicht mehr exakt lotrecht auf die Oberfläche des Objektes 2 im momentanen Prüfpunkt 2' aufstrahlt, und der Prüfkopf 6 um die Querrichtung 11 verschwenkt werden muss, bis dies wieder gegeben ist, was an der gleichförmigen Verlagerung der Abbilder 4, 4' nach oben bzw. unten erkannt werden kann.For example, if the images 4 ' on the in 6 below shown sensor 12 ' move more towards the lower edge of the sensor than the images 4 of the sensor shown above 12 shift in the direction of the upper edge, so it benefits that the direction of radiation 17 from the light source 14 in the test head 6 no longer exactly perpendicular to the surface of the object 2 in the current checkpoint 2 ' radiates, and the probe 6 around the transverse direction 11 must be pivoted until this is given again, which is due to the uniform displacement of the images 4 . 4 ' can be recognized up or down.

Zurück zur 2c bedeutet dies, dass beginnend von einem beliebigen Startpunkt, beispielsweise dem Endpunkt 24a der Soll-Bahn 24, aus, der Prüfkopf 6 in definierter Arbeitslage innerhalb des Soll-Korridors 28 und damit entlang der markanten Bahn 2 bewegt wird, ohne dass dieser Soll-Korridor 28 oder die Soll-Bahn 24 vorher in ihrer ganzen Länge bekannt waren, indem vom Startpunkt aus in Verlaufsrichtung der Soll-Bahn immer nur ein nächster geringer Längenabschnitt dieses Soll-Korridors 28 bzw. daraus ergebend oder umgekehrt der Soll-Bahn 24 bestimmt wird.Back to 2c this means that starting from any starting point, for example the endpoint 24a the target path 24 , out, the test head 6 in a defined work position within the target corridor 28 and along the distinctive path 2 is moved without this target corridor 28 or the target path 24 were previously known in their entire length, by starting from the starting point in the direction of the target path always only a next small longitudinal section of this target corridor 28 or from this or vice versa the target path 24 is determined.

Nachdem jedoch auf diese Art und Weise der Prüfkopf über die gesamte Länge innerhalb des Soll-Korridors 28 und somit entlang der markanten Bahn 2 bewegt wurde, ist die Lage der markanten Bahn 2 exakt vermessen und bekannt, obwohl der Prüfkopf 6 genau genommen nicht exakt der zur markanten Bahn 2 parallelen Soll-Bahn 24 gefolgt ist, sondern einer davon abweichenden Ist-Bahn 34, jedoch von jedem Punkt dieser Ist-Bahn 34 aus die Relativlage der zugeordneten Prüfstelle 2' auf der Bahn 2 bekannt ist.However, once in this way, the test head over the entire length within the desired corridor 28 and thus along the distinctive path 2 has moved, is the location of the distinctive railway 2 accurately measured and known, although the probe 6 strictly speaking, not exactly to the distinctive path 2 parallel target path 24 followed, but a deviating actual train 34 but from every point of this actual train 34 from the relative position of the associated test site 2 ' on the train 2 is known.

Aus der bekannten Lage der markanten Bahn 2 ist somit indirekt auch insgesamt die Lage des ganzen Objektes 1 bekannt, so dass neben der Lagebestimmung der Bahn 2 mit Hilfe eines am gleichen Roboterkopfes 26 befestigten Arbeitskopfes oder mit Hilfe eines anderen Roboterarmes Bearbeitungsschritte an dem Objekt 1 durchgeführt werden können – je nachdem, ob diese nahe an der markanten Bahn 2 oder weiter davon entfernt durchgeführt werden müssen.From the known location of the distinctive railway 2 is thus indirectly also the overall position of the whole object 1 known, so in addition to the orientation of the train 2 with the help of one on the same robot head 26 fixed working head or with the help of another robot arm processing steps on the object 1 can be performed - depending on whether this is close to the distinctive railway 2 or further away from it.

Ebenso kann die durchzuführende Bearbeitung die Konturvermessung der markanten Bahn 2 selbst sein, beispielsweise um innerhalb dieser Kontur Anomalien in Form von einer Vertiefung 2a oder einer Erhebung 2b zu detektieren, wie sie in den 1e sowie 2a, b dargestellt sind. In diesem Fall erfolgt dies natürlich mittels des gleichen Prüfkopfes 6, der die Lagebestimmung durchführt, und es ist kein zusätzlicher Arbeitskopf notwendig.Likewise, the processing to be performed, the contour measurement of the distinctive path 2 itself, for example, within this contour anomalies in the form of a depression 2a or a survey 2 B to detect how they are in the 1e such as 2a , b are shown. In this case, of course, this is done by means of the same probe 6 performing the orientation, and no additional working head is necessary.

Um den Rechenaufwand bei der Auswertung der Signale, die von den optischen Sensoren geliefert werden, zu reduzieren, werden anhand der 3 Reduzierungsmethoden erläutert:
Viele Reduzierungsmethoden beruhen darauf, dass nicht zufällige Konturgestaltungen untersucht werden, sondern dabei bestimmte Konturen erwartet werden, wie im Beispielsfall der 3a eine Aufwölbung 4a in einem ansonsten im wesentlichen linienförmig geraden Abbild 4 in Form einer Lichtlinie bzw. eines Lichtbandes, beim Sensor 12a und einer Vertiefung 4b beim Sensor 12b gemäß 3b.
In order to reduce the computational effort in the evaluation of the signals that are supplied by the optical sensors, are based on the 3 Reduction methods explained:
Many reduction methods are based on examining non-random contours, but expecting certain contours, as in the example of 3a a bulge 4a in an otherwise essentially linear straight image 4 in the form of a light line or a light band, the sensor 12a and a depression 4b at the sensor 12b according to 3b ,

Dabei müssen die Abmessungen des Abbildes dieser Aufwölbung 4a/Vertiefung 4b ermittelt werden und daraus die tatsächlichen Abmessungen der Vertiefung 2a auf dem Objekt 1 berechnet werden.The dimensions of the image of this bulge must 4a /Deepening 4b be determined and from this the actual dimensions of the recess 2a on the object 1 be calculated.

In 3a, b sind zwei solcher Abbilder 4a, b auf der Oberfläche des jeweiligen optischen Sensors 12, 12' dargestellt.In 3a , b are two such images 4a , b on the surface of the respective optical sensor 12 . 12 ' shown.

Das Abbild 4 besteht darin, dass dort, wo die reflektierte Lichtlinie auf der Fläche des Sensors 12, 12' auftrifft, die entsprechenden rasterartig in Reihen R1, R2.. und Zeilen Z1, Z2.. angeordneten Pixel P1.1, P1.2.. P2.1. P2.2.. des Sensors 12, 12' stärker beleuchtet sind, also einen höheren Helligkeitswert aufweisen, als diejenigen Pixel, auf denen das Abbild, also der vom Objekt 1 reflektierte Lichtstrahl 3, nicht auftrifft. In der zeichnerischen schwarz-weißen Darstellung ist dies invers dargestellt, nämlich das Abbild 4 ist in Form der Lichtlinie dunkel dargestellt.The image 4 is that where the reflected line of light on the surface of the sensor 12 . 12 ' incident, the corresponding grid-like in rows R1, R2 .. and rows Z1, Z2 .. arranged pixels P1.1, P1.2 .. P2.1. P2.2 .. of the sensor 12 . 12 ' are more illuminated, so have a higher brightness value than those pixels on which the image, that of the object 1 reflected light beam 3 , does not hit. In the graphic black-and-white representation, this is shown inversely, namely the image 4 is shown dark in the form of the light line.

Die Pixel innerhalb des Abbildes 4 weisen dabei auch unterschiedliche Helligkeitswerte auf, in der Regel am Rand des bandförmigen Abbildes 4 mit einem geringeren und in der Mitte mit einem höheren Helligkeitswert, was jedoch nicht immer der Fall ist und vom Reflektionsverhalten der Prüfstelle 2' abhängt. The pixels within the image 4 also have different brightness values, usually at the edge of the band-shaped image 4 with a lower and in the middle with a higher brightness value, which is not always the case and the reflection behavior of the test center 2 ' depends.

Eine erste Reduzierungsmethode besteht darin, dass – da nur die Erhebung 4a/Vertiefung 4b interessiert – bereits beim Auslesen der Bilddaten aus dem Bilddatenspeicher des Sensors 12 nur die Datensätze derjenigen Pixel ausgelesen und weiterverarbeitet werden, die in dem interessierenden, meist rechteckigen, Bereich 40, welcher die Aufwölbung 4a zeigt, liegen. Dieser interessierende Bereich 40 wird ermittelt, indem beim ersten Scan S1 die Bilddaten sämtlicher Pixel des Sensors 12 ausgelesen werden und dann aufgrund des festgestellten Verlaufs des Abbildes 4 die Lage der Aufwölbung 4a/Vertiefung 4b nach Breite und Höhe ermittelt wird.A first reduction method is that - because only the survey 4a /Deepening 4b interested - already when reading the image data from the image data memory of the sensor 12 only the records of those pixels are read out and processed further, in the interesting, mostly rectangular, area 40 which the bulge 4a shows, lie. This area of interest 40 is determined by the image data of all pixels of the sensor at the first scan S1 12 be read out and then on the basis of the determined course of the image 4 the location of the bulge 4a /Deepening 4b is determined according to width and height.

Bei dem nächsten Scan wird lediglich dieser interessierende Bereich 40 zuzüglich eines umgebenden, hinsichtlich seiner Größe festgelegten, Sicherheitsbereiches 41 als neuer interessierender Bereich 40 ausgelesen.The next scan becomes just this area of interest 40 plus a surrounding security area determined by its size 41 as a new area of interest 40 read.

Auch im Weiteren wird entweder bei jedem Scan oder nach einer jeweils festgelegten Anzahl von Scans überprüft, wie der in diesem Scan durch die Lage der Aufwölbung 4a/Vertiefung 4b festgelegte interessierende Bereich 40 liegt, und im nächsten oder den nächsten Scans wird wiederum der neu festgelegte interessierende Bereich 40 einschließlich eines umgebenden Sicherheitsbereiches 41 betrachtet, also ausgelesen.Also below is checked either at each scan or after a specified number of scans, as in this scan by the location of the bulge 4a /Deepening 4b defined area of interest 40 and the next or next scans will again become the newly specified area of interest 40 including a surrounding security area 41 considered, so read.

Eine zweite Reduzierungsmethode liegt in der Datenreduzierung durch rechnerisches Reduzieren des an sich über mehrere Pixel breiten Lichtbandes des Abbildes 4', z. B. wiederum nur im interessierenden Bereich 40, auf die Breite nur eines Pixels.A second reduction method lies in the data reduction by computationally reducing the light band of the image, which in itself is over several pixels wide 4 ' , z. B. again only in the area of interest 40 , to the width of only one pixel.

So besitzt das Abbild 4 (3c) in Form einer Lichtlinie beispielsweise in Reihe 17 eine Breite von fünf Pixeln, indem in dieser Reihe die Pixel P30.17 bis einschließlich P34.17 einen erhöhten Helligkeitswert aufweisen.So has the image 4 ( 3c ) in the form of a line of light, for example in series 17 a width of five pixels, in which the pixels P30.17 to P34.17 have an increased brightness value in this row.

Da primär der Verlauf des bandförmigen Abbildes 4 und nicht dessen Breite interessiert, ist es ausreichend, den Verlauf des Abbildes 4 auf eine in Erstreckungsrichtung 8 des Lichtbandes hintereinander liegende Abfolge von einzelnen Pixeln, also auf eine Linie mit einer Breite von einem Pixel, zu reduzieren.Since primarily the course of the band-shaped image 4 and not interested in its breadth, it is sufficient the course of the image 4 in an extension direction 8th of the light band successive sequence of individual pixels, so to reduce to a line with a width of one pixel.

Dies kann auf mehrere Arten geschehen, z. B. indem an jeder Längsposition entlang der Erstreckungsrichtung 8 des Abbildes, also in diesem Fall in jeder Reihe, von den Pixeln mit erhöhtem Helligkeitswert dasjenige mit dem höchsten Helligkeitswert als relevantes Pixel gewählt wird oder dasjenige Pixel in der Mitte der beleuchteten Pixel, in diesem Fall P32.17 aus P30.17 bis P34.17.This can be done in several ways, eg. B. by at each longitudinal position along the extension direction 8th of the image, in this case in each row, of the pixels with the increased brightness value, the one with the highest brightness value is selected as the relevant pixel or the pixel in the middle of the illuminated pixels, in this case P32.17 from P30.17 to P34. 17th

Da die Helligkeitsverteilung quer über das bandförmige Abbild 4 nicht immer gleichmäßig, z. B. nicht unbedingt gaußförmig, sein muss, soll eine Gewichtung hinsichtlich des Helligkeitswertes erfolgen und deshalb der Schwerpunkt der über der Breite b des Abbildes 4 aufgetragenen Helligkeitswerte bestimmt werden.Because the brightness distribution across the band-shaped image 4 not always even, z. B. not necessarily gaussian, must be, a weighting in terms of brightness value and therefore the focus of the width b of the image 4 applied brightness values are determined.

Dadurch wird das bandförmige Abbild reduziert auf eine Abfolge einzelner Profilpunkte in Erstreckungsrichtung 8 des Abbildes hintereinander.As a result, the band-shaped image is reduced to a sequence of individual profile points in the direction of extent 8th of the picture in a row.

Eine dritte Reduzierungsmethode besteht darin, die neben der Erhebung 4a gerade verlaufenden Bereiche des Abbildes 4 parallel zur Zeilen- oder Reihenorientierung des Sensors 12 zu bringen und damit eine Lage des Abbildes wie bei Abbild 4 zu erreichen während in der Praxis die Kurve schräg steht. Dies wird ohne entsprechende körperliche Ausrichtung des Sensors 12 zur Basisfläche 22 rein rechnerisch durch „Geradeziehen”, also eine Normierung des schräg in der Sensorfläche liegenden Abbildes 4 zu einem gerade liegenden Abbild 4, durchgeführt.A third reduction method is the addition of the survey 4a straight running areas of the image 4 parallel to the row or row orientation of the sensor 12 to bring and thus a position of the image as in the image 4 to achieve while in practice, the curve is at an angle. This will be without proper physical alignment of the sensor 12 to the base area 22 purely mathematically by "straightening", ie a normalization of the lying obliquely in the sensor surface image 4 to a straight lying image 4 , carried out.

Zu diesem Zweck wird der Höhenversatz des Anfangs und Endes des schräg liegenden Abbildes 4 auf der Sensorfläche 12 – am besten erst nach einer Reduzierung des Abbildes 4 auf eine Abfolge einzelner Profilpunkte – anteilig von den jeweiligen Profilpunkten abgezogen:
Während der z. B. tief liegende linke Endpunkt unverändert bleibt, werden alle weiter rechts liegenden Profilpunkte um einen solchen Anteil des Höhenversatzes niedriger gerechnet, der dem Abstand des jeweiligen Profilpunktes vom nicht veränderten Endpunkt in Relation zum gesamten Abstand vom linken zum rechten Endpunkt, also der Breite der Sensorfläche 12, entspricht.
For this purpose, the height offset of the beginning and end of the slanted image 4 on the sensor surface 12 - Preferably after a reduction of the image 4 on a sequence of individual profile points - proportionately deducted from the respective profile points:
While the z. B. low-lying left end point remains unchanged, all further right profile points are calculated lower by such a share of the height offset, the distance of the respective profile point of the unaltered endpoint in relation to the total distance from the left to the right endpoint, so the width of the sensor surface 12 , corresponds.

Je besser die Erstreckungsrichtung 8 des Abbildes 4 mit der Richtung der Linien oder Spalten übereinstimmt, um so eher kann auf dieses rechnerische Geradeziehen verzichtet werden, wenn es lediglich auf die Bestimmung von geometrischen Eigenschaften der Erhöhung 4a ankommt.The better the extension direction 8th of the image 4 coincides with the direction of the lines or columns, the more so can be dispensed with this arithmetic straightening, if it only on the determination of geometric properties of the increase 4a arrives.

Eine weitere Reduzierung des Berechnungsaufwandes kann erreicht werden, indem von Anfang an entschieden wird, ob es sinnvoller ist, die Erstreckungsrichtung 8 des Abbildes 4 parallel zur Zeilenorientierung oder parallel zur Reihenorientierung des Sensors 12 zu legen:
Dabei spielt es eine Rolle, dass vom inneren Aufbau her die meisten optischen Sensoren 12 so gestaltet sind, dass die Daten immer nur in Form einer kompletten Zeile von Pixeln ausgelesen werden können und nicht nur ausgewählte Pixel aus einer Zeile. Ein unmittelbar spaltenweises, also reihenweises, Auslesen der Daten ist bei den meisten Sensoren gar nicht möglich, sondern dies erfolgt indirekt, indem beim zeilenweisen Auslesen die entsprechenden Pixel derselben Reihe turnusmäßig nacheinander ausgelesen werden.
A further reduction of the computational effort can be achieved by deciding from the beginning whether it makes more sense, the extension direction 8th of the image 4 parallel to the row orientation or parallel to the row orientation of the sensor 12 to lay:
It plays a role that the internal structure of most optical sensors 12 are designed so that the data can be read out only in the form of a complete row of pixels and not just selected pixels from a line. An immediate column-wise, so row by row, readout of data is not possible with most sensors, but this is done indirectly by the row-wise read the corresponding pixels of the same row are sequentially read out.

Wenn die erwartete Kontur, also z. b. die Aufwölbung 4a relativ zur Fläche des Sensors 12 voraussichtlich nur eine begrenzte Höhe von z. B. weniger als der Hälfte, insbesondere weniger als ein Drittel der Länge der Sensorfläche betragen wird, wird eine Orientierung der Erstreckungsrichtung 8, also der Richtung der geraden Anteile des Abbildes 4, parallel zur Zeilenrichtung gewählt werden, wie in 3a dargestellt.If the expected contour, so for example the bulge 4a relative to the surface of the sensor 12 probably only a limited amount of z. B. is less than half, in particular less than a third of the length of the sensor surface will be an orientation of the extension direction 8th , ie the direction of the straight portions of the image 4 , are chosen parallel to the row direction, as in 3a shown.

Erwartet man dagegen, dass die Aufwölbung 4a ohnehin einen größeren Teil der Länge des Sensors 12 einnehmen wird oder gar mehr als die Länge der meist im Breitformat, also mit Zeilenrichtung entlang der größeren Erstreckung, vorliegenden Sensorfläche 12, so wird die Erstreckungsrichtung 8 – wie in 4 dargestellt – parallel zur Reihenrichtung und damit rechtwinklig zur Zeilenorientierung gewählt werden.On the other hand, it is expected that the bulge 4a anyway a larger part of the length of the sensor 12 will occupy or even more than the length of the usually in wide format, ie with row direction along the larger extent, present sensor surface 12 , so the extension direction 8th - as in 4 shown - parallel to the row direction and thus selected at right angles to the row orientation.

Im letzteren Fall wird dann die Datenreduzierung vorzugsweise auch durch folgende Methode erfolgen (4):
Es wird versucht, wiederum nur den interessierenden Bereich 40' des Abbildes 4 auszuwerten. In diesem Fall wird jedoch nicht - wie in 3 dargestellt - ein rechteckiger Bereich ausgewertet, in dem die gesamte Aufwölbung 4a Platz findet, sondern in diesem Fall werden jeweils nur die interessierenden Bereiche 40' an Pixeln bzw. deren Datensätze aus jeder Zeile weiterverarbeitet.
In the latter case, the data reduction is then preferably also carried out by the following method ( 4 ):
It tries to turn only the area of interest 40 ' of the image 4 evaluate. In this case, however, will not - as in 3 shown - a rectangular area evaluated in which the entire bulge 4a Place finds, but in this case are only the areas of interest 40 ' on pixels or their data records from each line further processed.

Auch in diesem Fall werden beim ersten Scan alle Pixel aus dem Bilddatenspeicher des Sensors ausgelesen, um zumindest bei der ersten Zeile die interessierenden Bereiche 40' dieser Zeile zu ermitteln. Analog zur Vorgehensweise des zweidimensionalen interessierenden Bereiches, wie anhand der 3 erläutert, wird dann der neu interessierende Bereich 40' der nächsten Zeile übereinstimmend mit dem der vorherigen Zeile gewählt, zuzüglich eines daran anschließenden Sicherheitsbereiches 41' an beiden Enden, der wiederum vorzugsweise festgelegt ist durch eine Pixelanzahl.Also in this case, all pixels are read out of the image data memory of the sensor during the first scan, at least in the first line, the areas of interest 40 ' to determine this line. Analogous to the procedure of the two-dimensional region of interest, as based on the 3 then becomes the newly interesting area 40 ' the next line corresponding to that of the previous line, plus an adjoining security area 41 ' at both ends, which in turn is preferably fixed by a number of pixels.

Die Ermittlung des aktuell interessierenden Bereiches wird entweder in jeder Zeile neu durchgeführt oder in einer Abfolge von jeweils einigen Zeilen.The determination of the current area of interest is either carried out anew in each line or in a sequence of a few lines each.

Die Datensätze der interessierenden Bereiche aus dem Bilddatenspeicher 9, dessen Datensätze in Reihen und Spalten organisiert sind wie die Pixel des Sensors 12, werden bei der rechnerischen Weiterverarbeitung übertragen in einen Zwischenspeicher 42. Dies ist meist zwingend erforderlich, weil aus dem Bilddatenspeicher 9 – wie vorstehend erwähnt – bei den meisten Sensorbauformen ohnehin nur ein Auslesen der Datensätze in ganzen Zeilen und nicht nur für einige Pixel einer Zeile möglich ist.The records of the areas of interest from the image data memory 9 whose records are organized in rows and columns like the pixels of the sensor 12 , are transferred in the computational further processing in a buffer 42 , This is usually mandatory because from the image data storage 9 - As mentioned above - in most sensor designs anyway only a readout of the data sets in whole lines and not only for some pixels of a line is possible.

Deshalb werden für alle Zeilen zwar die Datensätze der jeweils gesamten Zeile aus den Bilddatenspeichern 9 – wie in 4 und 5a dargestellt – ausgelesen, aber nur der jeweils interessierende Bereich 40' in einen Zwischenspeicher 42 (5b) übertragen.Therefore, for all lines, the data records of the respective entire line are saved from the image data 9 - as in 4 and 5a displayed - read, but only the area of interest 40 ' in a cache 42 ( 5b ) transfer.

Falls es sich um einen Sensortyp handelt, der innerhalb einer Zeile das Auslesen vorgegebener Pixelpositionen ermöglicht, wie etwa ein CMOS-Sensor, rechtfertigt folgende Datenverringerung gemäß 5 dennoch die Übertragung in den Zwischenspeicher 42:
Der Datensatz für ein Pixel besteht aus mindestens drei Daten, nämlich einerseits der Pixelposition (x- und y-Wert im Sensor) und andererseits mindestens dem Helligkeitswert (H(x; y) = Grauwert), den dieses Pixel auf dem Sensor 12 nach dem Belichten besaß.
If it is a type of sensor that allows readout of given pixel positions within a line, such as a CMOS sensor, justify the following data reduction according to 5 nevertheless the transfer to the cache 42 :
The data set for a pixel consists of at least three data, namely on the one hand the pixel position (x and y value in the sensor) and on the other hand at least the brightness value (H (x; y) = gray value), that pixel on the sensor 12 possessed after the exposure.

Da der in jeder Zeile interessierende Bereich 40' jeweils aus einer unmittelbar aufeinander nachfolgenden Abfolge von Pixeln innerhalb dieser Zeile besteht, genügt es für die Standortinformation, in einer ersten Zeile des Zwischenspeichers 42 (5b) jeweils diejenige Position festzuhalten, die das erste Pixel mit erhöhtem Helligkeitswert innerhalb einer Zeile besaß. In den Feldern des Zwischenspeichers 42 unter dieser Positionsangabe sind dann lediglich noch die Helligkeitswerte dieses ersten und der nachfolgenden Pixel mit erhöhtem Helligkeitswert innerhalb des jeweiligen interessierenden Bereiches, z. B. derselben Zeile, in den Zwischenspeicher 42 eingetragen.As the area of interest in each line 40 ' each consists of an immediately successive sequence of pixels within this line, it is sufficient for the location information, in a first line of the cache 42 ( 5b ) each hold the position that had the first pixel with increased brightness value within a line. In the fields of the cache 42 Below this position specification, only the brightness values of this first and the following pixels with an increased brightness value within the respective region of interest are then still present, eg. B. the same line, in the cache 42 entered.

Im Gegensatz zur Pixelanzahl und damit der Anzahl der Datensätze des Bilddatenspeichers 9 ist somit der Datenumfang des Zwischenspeichers 42 zum einen dadurch geringer, dass die Anzahl der Datensätze drastisch verringert wurde (nämlich auf die Anzahl der Pixel mit erhöhtem Helligkeitswert) und andererseits die Datenmenge dadurch reduziert, dass jeder Datensatz zumindest eine um die Positionsangabe verringerte Datenmenge, beispielsweise nur ein Drittel der ursprünglichen Datenmenge, besitzt.In contrast to the number of pixels and thus the number of data records of the image data memory 9 is thus the data volume of the buffer 42 on the one hand, because the number of data records has been drastically reduced (namely to the number of pixels with increased brightness value) and, on the other hand, the amount of data is reduced by virtue of each data record having at least one data item reduced by the position specification, for example only one third of the original data item, has.

Aus den Informationen einer Reihe R1, R2.. aus dem Zwischenspeicher 42, die aus der Positionsangabe (x; y) und den nachfolgenden Helligkeitswerten H(x; y) besteht, lässt sich anschließend – beispielsweise nach der Methode der Schwerpunkts-Bestimmung – für den Querschnitt des Abbildes 4 in jeder Zeile ein einziger Profilpunkt berechnen, so dass diese Abfolge einzelner Profilpunkte das gesamte bandförmige Abbild 4 repräsentiert für die weitere Bestimmung der gewünschten geometrischen Daten betreffend die Aufwölbung 4a.From the information of a series R1, R2 .. from the cache 42 , which consists of the position specification (x; y) and the following brightness values H (x; y), can then be determined for the cross-section of the image, for example according to the method of determining the center of gravity 4 Calculate a single profile point in each line, so that this sequence of individual profile points the entire band-shaped image 4 represents for the further determination of the desired geometric data concerning the bulge 4a ,

7 zeigt, wie lückenhafte Abbilder 4 auf einem Sensor 12 zu vollständigen Abbildern ergänzt werden können:
Lückenhafte Abbilder 4 auf einem Sensor 12, 12' ergeben sich häufig durch Reflektionen auf der Oberfläche des Objekts 1, die bewirken, dass das Abbild 4 auf dem Sensor 12 überbelichtet oder unterbelichtet ist und dadurch in einem Bereich des Abbildes Pixel mit zu hohen oder zu niedrigen Helligkeitswert gehäuft auftreten und dadurch eine Lücke 39 im Abbild 4 bilden.
7 shows how sketchy images 4 on a sensor 12 to complete images can be added:
Gap-like images 4 on a sensor 12 . 12 ' often result from reflections on the surface of the object 1 that cause the image 4 on the sensor 12 overexposed or underexposed, and thus pixels in a region of the image with too high or too low brightness value occur and thus a gap 39 in the image 4 form.

Wenn beispielsweise gemäß 7a im Abbild 4 eine Lücke 39 besteht, so wird die gleiche Lichtlinie 35 von der gleichen Position aus nochmals vom Sensor 12 abgetastet, allerdings mit anderer Belichtungsmenge auf dem Sensor, sei es durch geänderte Belichtungszeit, geänderte Blende oder geringere Bestrahlungsleistung. In der Regel wird mit geringer Belichtung des Sensors 12 begonnen und diese Belichtung schrittweise gesteigert.If, for example, according to 7a in the image 4 a gap 39 exists, then becomes the same light line 35 from the same position again from the sensor 12 sampled, but with a different exposure amount on the sensor, whether by changing the exposure time, changed aperture or lower irradiation power. In general, with low exposure of the sensor 12 started and gradually increased this exposure.

Dabei wird sich irgendwann genau im Bereich der Lücke 39 ein durchgehendes Abbild 4* ergeben, welches jedoch möglicherweise an anderer Stelle im Verlauf des Abbildes eine Lücke besitzt, was dann jedoch unwesentlich ist.At some point, this will be exactly in the area of the gap 39 a continuous image 4 * which, however, may have a gap elsewhere in the course of the image, which, however, is insignificant.

Zumindest im Bereich der Lücke 39 wird nun der interessierende Bereich gemäß 7b aus dem Abbild entnommen und in den Bereich der Lücke 39 eingesetzt, wodurch diese Lücke zumindest auf die Größe 39' reduziert wird, wie in 7c dargestellt.At least in the area of the gap 39 will now be the area of interest according to 7b taken from the image and in the area of the gap 39 used, eliminating this gap at least on the size 39 ' is reduced, as in 7c shown.

Dieser Vorgang kann mit weiteren Belichtungsstufen wiederholt werden, bis die Lücke 39 vollständig im Abbild 4 geschlossen ist, wie in 7d dargestellt.This process can be repeated with additional exposure levels until the gap 39 completely in the image 4 is closed as in 7d shown.

Dies kann insbesondere mit Hilfe zweier Fotodioden geschehen, die – beabstandet in Verlaufsrichtung 10 der markanten Bahn 2 am Prüfkopf 6 angeordnet – die Menge des jeweils einfallenden Lichts von der aufgestrahlten Lichtlinie messen und woraufhin der Quer-Kippwinkel 31 des Prüfkopfes 6 um die Querachse 11 nachgeregelt wird in Richtung Angleichung dieser Lichtmengen.This can be done in particular by means of two photodiodes, which - spaced in the direction of extension 10 the distinctive railway 2 at the test head 6 arranged - measure the amount of each incident light from the radiated line of light and then the transverse tilt angle 31 of the test head 6 around the transverse axis 11 is readjusted in the direction of alignment of these amounts of light.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Objektobject
22
Lötnaht, markante Bahn oder LinieSolder seam, distinctive web or line
2'2 '
Prüfstellecheckpoint
2a2a
Vertiefungdeepening
2b2 B
Erhebungsurvey
33
Lichtstrahl, BeleuchtungsrichtungBeam of light, direction of illumination
44
Abbildimage
4a4a
Aufwölbungupheaval
4b4b
Vertiefungdeepening
5, 5'5, 5 '
Blickrichtungline of sight
66
Prüfkopfprobe
6a, b6a, b
Detektoreinheitdetector unit
77
Bewegungsrichtungmovement direction
88th
Querachsetransverse axis
99
BilddatenspeicherImage data storage
1010
Längsrichtunglongitudinal direction
1111
Querrichtungtransversely
12, 12'12, 12 '
optischer Sensoroptical sensor
13a, b13a, b
paralleler Ausgangparallel output
1414
Lichtquellelight source
1515
Interner SpeicherInternal memory
1616
Gehäusecasing
1717
Abstrahlrichtungradiation direction
1818
Beobachtungsbreiteobservation width
1919
Spiegelmirror
2020
Betrachtungsebeneviewing plane
2121
Lotrechtevertical
2222
Nenn-AbstandNominal distance
2323
Durchlasspassage
2424
Soll-BahnSet path
2525
Arbeitslageworking position
2626
Roboterkopfrobot head
2727
Startpunktstarting point
2828
Soll-KorridorTarget corridor
2929
AuslegearmAuslegearm
3030
Längs-KippwinkelLongitudinal tilt
3131
Quer-KippwinkelCross-Dump
3232
Kanteedge
3333
Ist-AbstandActual distance
3434
Ist-BahnActual path
3535
Lichtlinielight line
3636
Recheneinheitcomputer unit
3737
Top-PunktTop point
3838
Zielbereichtarget area
3939
Lückegap
4040
interessierender Bereichinteresting area
4141
Sicherheitsbereichsecurity area
4242
Zwischenspeichercache

Claims (10)

Verfahren zur dreidimensionalen Bahnführung eines Roboterkopfes (26) mit einem daran in definierter Relativlage befestigten optischen Prüfkopf (6) an einem Objekt (1) entlang einer Soll-Bahn (24) in definierter Arbeitslage (25) über einer optisch markanten Bahn (2) mit folgenden Schritten: – optisches Abtasten der markanten Bahn (2) auf dem Objekt (1) durch den Prüfkopf (6) mittels des Triangulations-Lichtschnittverfahrens, – Auswertung der an der Ist-Position ermittelten Signale in Echtzeit, – ständiges Nachregeln der Ist-Bahn (34) des Roboterkopfes (26) in Richtung Soll-Bahn (24), um den Prüfkopf (6) – sowohl parallel zur Längsrichtung (10) als auch parallel zur Querrichtung (11) der Soll-Bahn (24) und damit der markanten Bahn (2) zu halten, – im Nenn-Abstand (22) zwischen der markanten Bahn (2) und der Ist-Bahn (34) zu halten, und – in einem Soll-Korridor (28) um die vorgegebene Soll-Bahn (24) zu halten dadurch gekennzeichnet, dass – die von der markanten Bahn (2) reflektierten, linienförmigen Abbilder (4, 4') von zwei verschiedenen optischen Sensoren (12, 12') mit zur Beleuchtungsrichtung (3) entgegengesetzt gleichen Blickrichtungen (5, 5') aufgenommen werden und – bei nicht ausreichend gleicher empfangener Lichtmenge der beiden Sensoren (12, 12') mit entgegengesetzt gleichem Betrachtungswinkel auf eine nicht lotrechte Bestrahlungsrichtung (3) geschlossen und diese Abweichung der Bestrahlungsrichtung (3) von der Lotrechten (21) auf die Längsrichtung (10) der markanten Bahn (2) automatisch korrigiert wird.Method for three-dimensional path guidance of a robot head ( 26 ) with an optical test head fastened thereto in a defined relative position ( 6 ) on an object ( 1 ) along a desired path ( 24 ) in a defined work situation ( 25 ) over a visually distinctive web ( 2 ) with the following steps: - optical scanning of the distinctive path ( 2 ) on the object ( 1 ) through the test head ( 6 ) by means of the triangulation light-slit method, - evaluation of the signals determined at the actual position in real time, - constant readjustment of the actual path ( 34 ) of the robot head ( 26 ) in the direction of the desired course ( 24 ) to the test head ( 6 ) - both parallel to the longitudinal direction ( 10 ) as well as parallel to the transverse direction ( 11 ) the target path ( 24 ) and thus the distinctive railway ( 2 ), - at nominal distance ( 22 ) between the distinctive path ( 2 ) and the actual lane ( 34 ) and - in a target corridor ( 28 ) around the predetermined target path ( 24 ), characterized in that - that of the distinctive path ( 2 ) reflected, line-shaped images ( 4 . 4 ' ) of two different optical sensors ( 12 . 12 ' ) with the direction of illumination ( 3 ) opposite in the same direction ( 5 . 5 ' ) and - if the quantity of light received by the two sensors is not sufficient ( 12 . 12 ' ) with the same viewing angle on a non-perpendicular irradiation direction ( 3 ) and this deviation of the direction of irradiation ( 3 ) of the perpendicular ( 21 ) to the longitudinal direction ( 10 ) of the distinctive railway ( 2 ) is automatically corrected. Verfahren zur dreidimensionalen Bahnführung eines Roboterkopfes (26) mit einem daran in definierter Relativlage befestigten optischen Prüfkopf (6) an einem Objekt (1) entlang einer Soll-Bahn (24) in definierter Arbeitslage (25) über einer optisch markanten Bahn (2) mit folgenden Schritten: – optisches Abtasten der markanten Bahn (2) auf dem Objekt (1) durch den Prüfkopf (6) mittels des Triangulations-Lichtschnittverfahrens, – Auswertung der an der Ist-Position ermittelten Signale in Echtzeit, – ständiges Nachregeln der Ist-Bahn (34) des Roboterkopfes (26) in Richtung Soll-Bahn (24), um den Prüfkopf (6) – sowohl parallel zur Längsrichtung (10) als auch parallel zur Querrichtung (11) der Soll-Bahn (24) und damit der markanten Bahn (2) zu halten, – im Nenn-Abstand (22) zwischen der markanten Bahn (2) und der Ist-Bahn (34) zu halten, und – den Prüfkopf (6) in einem Soll-Korridor (28) um die vorgegebene Soll-Bahn (24) zu halten dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelität des Prüfkopfes (6) zur Längs- oder Querachse (10 oder 11) der Soll-Bahn (24) überprüft wird, indem zwei Lichtmengenmessvorrichtungen, insbesondere zwei Fotodioden, ein PSD oder eine gesplitterte Fotodiode – beabstandet in Richtung der zu prüfenden Achse – an der Sensoreinheit angeordnet sind und die Menge an reflektiertem Licht messen und bei ungleicher empfangener Lichtmenge auf mangelnde Parallelität zu dieser Achse geschlossen und in Richtung Angleichung der Lichtmengen nachgeregelt wird.Method for three-dimensional path guidance of a robot head ( 26 ) with an optical test head fastened thereto in a defined relative position ( 6 ) on an object ( 1 ) along a desired path ( 24 ) in a defined work situation ( 25 ) over a visually distinctive web ( 2 ) comprising the following steps: - optically scanning the distinctive path ( 2 ) on the object ( 1 ) through the test head ( 6 ) by means of the triangulation light-slit method, - evaluation of the signals determined at the actual position in real time, - constant readjustment of the actual path ( 34 ) of the robot head ( 26 ) in the direction of the desired course ( 24 ) to the test head ( 6 ) - both parallel to the longitudinal direction ( 10 ) as well as parallel to the transverse direction ( 11 ) the target path ( 24 ) and thus the distinctive railway ( 2 ), - at nominal distance ( 22 ) between the distinctive path ( 2 ) and the actual lane ( 34 ), and - the test head ( 6 ) in a target corridor ( 28 ) around the predetermined target path ( 24 ), characterized in that the parallelism of the test head ( 6 ) to the longitudinal or transverse axis ( 10 or 11 ) the target path ( 24 ) is checked by two light quantity measuring devices, in particular two photodiodes, a PSD or a splintered photodiode - spaced in the direction of the axis to be tested - are arranged on the sensor unit and measure the amount of reflected light and uneven received light quantity on lack of parallelism to this axis closed and readjusted in the direction of equalizing the amount of light. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von den beiden Lichtmengenmessvorrichtungen, insbesondere Fotodioden, empfangenen Lichtmengen voneinander subtrahiert und auf Ihre Summe bezogen werden und die Schräglage zur zu prüfenden Achse so nachgeregelt wird, dass der erhaltene Wert minimal wird.Method according to Claim 2, characterized in that the quantities of light received by the two light quantity measuring devices, in particular photodiodes, are subtracted from each other and referenced to their sum, and the skew to the axis to be checked is adjusted so that the value obtained becomes minimal. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelität des Prüfkopfs (6) zur Querachse (11) und/oder zur Längsachse (10) durch zwei Lichtlinien und damit zwei Abbildungen pro optischem Sensor (12, 12') überprüft wird, indem – aus ungleichen Abständen der beiden Abbilder auf den beiden Sensoren (12, 12') auf eine Abweichung des Querkippwinkels um die Querachse (11) geschlossen wird, wenn sich der Abstand der beiden Abbilder insgesamt, insbesondere der Abstand deren höchster und niedrigster Punkte zueinander auf den beiden optischen Sensoren unterschiedlich ist oder verändert, – aus einem Seitenversatz der beiden Abbilder auf einem optischen Sensor (12) auf eine Abweichung des Längskippwinkels (30) geschlossen wird, oder – aus einer Veränderung der Relation des Abstandes der linken Enden der beiden Abbilder (4) zu dem Abstand der rechten Enden der beiden Abbilder (4) auf dem Sensor (12, 12') auf Veränderung des Längskippwinkels geschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the parallelism of the test head ( 6 ) to the transverse axis ( 11 ) and / or to the longitudinal axis ( 10 ) by two lines of light and thus two images per optical sensor ( 12 . 12 ' ) is checked by - from unequal distances between the two images on the two sensors ( 12 . 12 ' ) to a deviation of the transverse tilt angle about the transverse axis ( 11 ) is closed when the distance between the two images as a whole, in particular the distance of their highest and lowest points to each other on the two optical sensors is different or changed, - from a lateral offset of the two images on an optical sensor ( 12 ) to a deviation of the longitudinal tilt angle ( 30 ), or - from a change in the relation of the distance of the left ends of the two images ( 4 ) to the distance of the right ends of the two images ( 4 ) on the sensor ( 12 . 12 ' ) is closed to change the Längskippwinkels. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkopf (6) über der markanten Bahn (2) auf Arbeitshöhe automatisch nachgeregelt wird, wenn die höchsten bzw. tiefsten Punkte der einander entsprechenden Abbilder (4, 4') auf den Sensorfläche, (12, 12') oder dem einzigen Sensor aus einem vorgegebenen Zielbereich herauslaufen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the test head ( 6 ) above the distinctive path ( 2 ) is automatically readjusted at working height if the highest or lowest points of the corresponding images ( 4 . 4 ' ) on the sensor surface, ( 12 . 12 ' ) or the single sensor from a predetermined target area run out. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Aufnahmen in Relation zur Relativgeschwindigkeit zwischen Prüfkopf (6) und Soll-Bahn (24) so festgelegt wird, dass der Längsabstand zwischen den Mitten zweier Aufnahmen größer ist als die Linienbreite des Abbildes (4, 4'), insbesondere 1,0 bis 3,0 mal so groß ist, wie die Linienbreite des Abbildes (4, 4'), und dieser Längsabstand zwischen zwei Aufnahmen um so geringer gewählt wird, je stärker die Krümmung der Soll-Bahn (24) und damit der markanten Bahn (2) ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the time interval between the individual recordings in relation to the relative speed between test head ( 6 ) and target path ( 24 ) is set so that the longitudinal distance between the centers of two images is greater than the line width of the image ( 4 . 4 ' ), in particular 1.0 to 3.0 times as large as the line width of the image ( 4 . 4 ' ), and the longitudinal distance between two receptacles is chosen to be lower, the stronger the curvature of the desired path (FIG. 24 ) and thus the distinctive railway ( 2 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Abstand (33) zwischen Prüfkopf (6) und markanter Bahn (2) automatisch berechnet wird aufgrund der bekannten Lage des höchsten bzw. tiefsten Punktes des Abbildes (4, 4') auf dem optischen Sensor (12, 12') bei einem bestimmten Triangulationswinkel und bei einer anderen Höhenlage hierüber der Ist-Abstand (33) automatisch berechnet und auf den Nenn-Abstand (22) nachkorrigiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the actual distance ( 33 ) between test head ( 6 ) and distinctive railway ( 2 ) is calculated automatically on the basis of the known position of the highest or lowest point of the image ( 4 . 4 ' ) on the optical sensor ( 12 . 12 ' ) at a certain triangulation angle and at a different altitude above the actual distance ( 33 ) and calculated at the nominal distance ( 22 ) is corrected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung der Messdaten, insbesondere der Konturen der Abbilder, mit Hilfe des Nenn-Abstandes (22) zwischen Prüfkopf (6) und markanter Bahn (2) und Abtasten einer Kalibrierkontur mit exakt bekannter Kontur und Abstand erfolgt, so dass die Umwandlung der ermittelten Konturen der Abbilder (4, 4') in reale Konturen automatisch möglich ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a calibration of the measured data, in particular the contours of the images, by means of the nominal distance ( 22 ) between test head ( 6 ) and distinctive path ( 2 ) and scanning a calibration contour with exactly known contour and distance, so that the conversion of the determined contours of the images ( 4 . 4 ' ) is automatically possible in real contours. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kalibrierung die Umsetzung der Kamerakoordinaten in Weltkoordinaten erfolgt, indem markante Punkte der markanten Bahn (2) und deren beiden Abbildern (4, 4'), unter Verwendung der bekannten Betrachtungswinkel und des Nenn-Abstandes (22) hinsichtlich der Kamerakoordinaten und der Weltkoordinaten korreliert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during calibration, the conversion of the camera coordinates into world coordinates takes place by striking points of the marked path ( 2 ) and their two images ( 4 . 4 ' ), using the known viewing angles and the nominal distance ( 22 ) are correlated with respect to the camera coordinates and the world coordinates. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung der Höhendifferenzen der beiden Enden des Abbildes (4, 4') einer Lichtlinie auf dem optischen Sensor (12, 12') gegenüber der Soll-Höhendifferenz eines Referenzabbildes von einer unzulässigen Verschwenkung des Prüfkopfs (6) um die Verlaufsrichtung (10) der Soll-Bahn (24) ausgegangen und diese automatisch korrigiert wirdMethod according to one of the preceding claims, characterized in that in the case of a deviation of the height differences of the two ends of the image ( 4 . 4 ' ) of a light line on the optical sensor ( 12 . 12 ' ) compared to the nominal height difference of a reference image of an impermissible pivoting of the test head ( 6 ) around the course direction ( 10 ) the target path ( 24 ) and this is corrected automatically
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