DE102008010965B4 - Robot web guide - Google Patents
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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
Ziel der
Darüber hinaus zeigt zwar die
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
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
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.
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.
- 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:
Die Lötnaht
Ebenso könnte jedoch auch die Kante
Um den Zeitaufwand für einen separaten Positionierlauf oder andere Maßnahmen für die genaue Lage-Bestimmung der Karosserie einzusparen, wird der Roboterkopf
Wie die
Zusätzlich ist im Querschnitt betrachtet (
Der wesentliche Unterschied zu bisherigen Vorgehensweisen besteht darin, dass die Soll-Bahn
Zu diesem Zweck wird mittels des optischen Prüfkopfes
Als Längsrichtung
For this purpose, by means of the
As a
Die markante Linie
Das gemäß
Da die Querschnittskontur der Lötnaht
Damit sich von diesen Abbildern
Vorliegend sind diese beiden Winkel α1, α2 so gewählt, dass sie gleich groß, aber entgegengerichtet von der Abstrahlrichtung
Die optischen Sensoren
Da der Verlauf der markanten Bahn
In
Ebenso gut könnte man den Anfangspunkt
Bewegt man von diesem Anfangspunkt
Dies wird jedoch dadurch vermieden, dass die bei Bewegung des Prüfkopfes
Sobald einer dieser Top-Punkte
Wäre in
Da die Schrittweiten der durchgeführten Entfernungsschritte bekannt sind, ist bei bekanntem Ursprungsabstand des Prüfkopfes – meist dem Nenn-Abstand
Des Weiteren kann anhand der Abbilder
Wenn sich beispielsweise die Abbilder
Zurück zur
Nachdem jedoch auf diese Art und Weise der Prüfkopf über die gesamte Länge innerhalb des Soll-Korridors
Aus der bekannten Lage der markanten Bahn
Ebenso kann die durchzuführende Bearbeitung die Konturvermessung der markanten Bahn
Um den Rechenaufwand bei der Auswertung der Signale, die von den optischen Sensoren geliefert werden, zu reduzieren, werden anhand der
Viele Reduzierungsmethoden beruhen darauf, dass nicht zufällige Konturgestaltungen untersucht werden, sondern dabei bestimmte Konturen erwartet werden, wie im Beispielsfall der
Many reduction methods are based on examining non-random contours, but expecting certain contours, as in the example of
Dabei müssen die Abmessungen des Abbildes dieser Aufwölbung
In
Das Abbild
Die Pixel innerhalb des Abbildes
Eine erste Reduzierungsmethode besteht darin, dass – da nur die Erhebung
Bei dem nächsten Scan wird lediglich dieser interessierende Bereich
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
Eine zweite Reduzierungsmethode liegt in der Datenreduzierung durch rechnerisches Reduzieren des an sich über mehrere Pixel breiten Lichtbandes des Abbildes
So besitzt das Abbild
Da primär der Verlauf des bandförmigen Abbildes
Dies kann auf mehrere Arten geschehen, z. B. indem an jeder Längsposition entlang der Erstreckungsrichtung
Da die Helligkeitsverteilung quer über das bandförmige Abbild
Dadurch wird das bandförmige Abbild reduziert auf eine Abfolge einzelner Profilpunkte in Erstreckungsrichtung
Eine dritte Reduzierungsmethode besteht darin, die neben der Erhebung
Zu diesem Zweck wird der Höhenversatz des Anfangs und Endes des schräg liegenden Abbildes
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
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
Je besser die Erstreckungsrichtung
Eine weitere Reduzierung des Berechnungsaufwandes kann erreicht werden, indem von Anfang an entschieden wird, ob es sinnvoller ist, die Erstreckungsrichtung
Dabei spielt es eine Rolle, dass vom inneren Aufbau her die meisten optischen Sensoren
It plays a role that the internal structure of most
Wenn die erwartete Kontur, also z. b. die Aufwölbung
Erwartet man dagegen, dass die Aufwölbung
Im letzteren Fall wird dann die Datenreduzierung vorzugsweise auch durch folgende Methode erfolgen (
Es wird versucht, wiederum nur den interessierenden Bereich
It tries to turn only the area of interest
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
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
Deshalb werden für alle Zeilen zwar die Datensätze der jeweils gesamten Zeile aus den Bilddatenspeichern
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
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
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
Da der in jeder Zeile interessierende Bereich
Im Gegensatz zur Pixelanzahl und damit der Anzahl der Datensätze des Bilddatenspeichers
Aus den Informationen einer Reihe R1, R2.. aus dem Zwischenspeicher
Lückenhafte Abbilder
Gap-
Wenn beispielsweise gemäß
Dabei wird sich irgendwann genau im Bereich der Lücke
Zumindest im Bereich der Lücke
Dieser Vorgang kann mit weiteren Belichtungsstufen wiederholt werden, bis die Lücke
Dies kann insbesondere mit Hilfe zweier Fotodioden geschehen, die – beabstandet in Verlaufsrichtung
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
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| DE102012014451A1 (en) | 2012-07-21 | 2013-03-14 | Daimler Ag | Method for controlling robot during optical inspection of linear area of door chassis of motor vehicle, involves positioning sensor over area adjacent to examined area, such that entire area lies within sensor field of optical sensor |
| DE102015121673B4 (en) | 2015-12-11 | 2019-01-10 | SmartRay GmbH | shape investigation |
| CN118858441B (en) * | 2024-09-27 | 2024-12-03 | 国网江苏省电力有限公司 | Three-dimensional imaging method, device and system for bored pile hole quality detection |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0238195A1 (en) * | 1986-02-14 | 1987-09-23 | Unimation Inc. | Dual light source locating and tracking system |
| US4724480A (en) * | 1985-05-02 | 1988-02-09 | Robotic Vision Systems, Inc. | Method for optical alignment of one object with respect to another |
| DE4405865A1 (en) * | 1994-02-23 | 1995-08-24 | Gfr Ges Fuer Regelungstechnik | CCD sensor measuring system for autonomous robot control |
| DE10246449A1 (en) * | 2002-10-04 | 2004-06-09 | Kleinhuber, Harald G. | Sensor system for recognizing the position of annular impressions on material webs |
| DE102004043072A1 (en) * | 2003-09-17 | 2005-04-21 | Daimler Chrysler Ag | Laser processing device for laser welding operations comprises a laser head positioned in a fixed calibration station which contains a calibrating object in an active zone |
| US20060152738A1 (en) * | 2003-07-23 | 2006-07-13 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Three-dimensional shape detecting device, image capturing device, and three-dimensional shape detecting method |
-
2008
- 2008-02-25 DE DE102008010965.7A patent/DE102008010965B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4724480A (en) * | 1985-05-02 | 1988-02-09 | Robotic Vision Systems, Inc. | Method for optical alignment of one object with respect to another |
| EP0238195A1 (en) * | 1986-02-14 | 1987-09-23 | Unimation Inc. | Dual light source locating and tracking system |
| DE4405865A1 (en) * | 1994-02-23 | 1995-08-24 | Gfr Ges Fuer Regelungstechnik | CCD sensor measuring system for autonomous robot control |
| DE10246449A1 (en) * | 2002-10-04 | 2004-06-09 | Kleinhuber, Harald G. | Sensor system for recognizing the position of annular impressions on material webs |
| US20060152738A1 (en) * | 2003-07-23 | 2006-07-13 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Three-dimensional shape detecting device, image capturing device, and three-dimensional shape detecting method |
| DE102004043072A1 (en) * | 2003-09-17 | 2005-04-21 | Daimler Chrysler Ag | Laser processing device for laser welding operations comprises a laser head positioned in a fixed calibration station which contains a calibrating object in an active zone |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017003395A1 (en) | 2017-04-07 | 2018-10-11 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) | Method for producing a body shell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102008010965A1 (en) | 2009-08-27 |
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