DE102008037552B4

DE102008037552B4 - Method and device for determining the position of workpieces

Info

Publication number: DE102008037552B4
Application number: DE200810037552
Authority: DE
Inventors: Dr. Koch Martin; Dipl.-Ing. Plha Jens; Werner Staudinger; Dipl.-Math. Donner Karin
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; Wisco Tailored Blanks GmbH
Current assignee: Wisco Tailored Blanks GmbH
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2028-11-15
Also published as: DE102008037552A1

Abstract

Verfahren zur Positionsbestimmung von Werkstücken, bei welchem Bilddaten eines Werkstücks unter Verwendung von mindestens zwei optischen Bildsensoren ermittelt werden, die Bildsensoren an unterschiedlichen, geometrischen Positionen angeordnet sind und zur Positionsbestimmung aus Konstruktionsdaten des Werkstücks berechnete Bilddaten mit den ermittelten Bilddaten des Werkstücks der Bildsensoren verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Konstruktionsdaten eine Mehrzahl an Bilddatensätze des Werkstücks berechnet und mit den durch die optischen Bildsensoren ermittelten Bilddaten der aktuellen Position des Werkstücks verglichen werden, wobei das Werkstück eine Platine ist, deren Position auf einem Platinenstapel bestimmt wird.Method for determining the position of workpieces, in which image data of a workpiece are determined using at least two optical image sensors, the image sensors are arranged at different, geometrical positions and image position data calculated from design data of the workpiece are compared with the determined image data of the workpiece of the image sensors for position determination, characterized in that a plurality of image data sets of the workpiece are calculated from the design data and compared with the image data of the current position of the workpiece determined by the optical image sensors, the workpiece being a board whose position is determined on a board stack.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung von Werkstücken, bei welchem Bilddaten eines Werkstücks unter Verwendung von mindestens zwei optischen Bildsensoren ermittelt werden, wobei die Bildsensoren an unterschiedlichen, geometrischen Positionen angeordnet sind und zur Positionsbestimmung aus Konstruktionsdaten des Werkstücks berechnete Bilddaten mit den ermittelten Bilddaten des Werkstücks der optischen Bildsensoren verglichen werden. Daneben betrifft die Erfindung eine das erfindungsgemäße Verfahren durchführende Vorrichtung.The invention relates to a method for determining the position of workpieces, in which image data of a workpiece are determined using at least two optical image sensors, the image sensors being arranged at different geometric positions and image data calculated from design data of the workpiece with the image data of the workpiece determined for determining the position the optical image sensors are compared. In addition, the invention relates to a method according to the invention performing device.

Eine möglichst genaue Positionsbestimmung von Werkstücken ist in der Regel bei hoch automatisierten Fertigungsanlagen zur Bearbeitung von Werkstücken notwendig, um die Werkstücke möglichst genau einer weiteren Bearbeitungsstation zuzuführen. Eine genaue Positionierung eines Werkstücks in eine Arbeitsstation erfordert, sofern das Werkstück nicht zwangsgeführt werden kann, eine besonders präzise Aufnahme des Werkstücks in eine entsprechende Transportvorrichtung, beispielsweise in einen Greifer, eines Handlingssystems oder sonstigen Transportvorrichtungen. Dies erfordert aber eine besonders genaue Erkennung der Position des Werkstücks bzw. eine besonders genaue Positionserkennung. Metallbleche oder Platinen werden üblicherweise gestapelt und nicht einzeln einer Vorrichtung zur Bearbeitung der Bleche oder Platinen zugeführt. Aufgrund des Transports des Platinenstapels kommt es zu Verschiebungen einzelner Platinen, so dass diese nicht mehr in der korrekten Lage positioniert sind. Zusätzlich kann ein Spreizmagnet dafür sorgen, dass die Platinen nicht plan aufeinander liegen und nicht aneinander haften. Dies führt zu weiteren Schwierigkeiten hinsichtlich der genauen Positionserkennung, da die Position nicht nur in der Ebene, sondern im Raum erkannt werden muss. Bei dem automatischen Zuführen bzw. Beschicken von Arbeitsstationen wurde dieses Problem bisher durch die Verwendung eines Vorpositioniertisches gelöst, auf welchem die Platinen zunächst abgelegt und entsprechend genau vorpositioniert wurden, bevor sie von einem weiteren System in den Arbeitsbereich der Arbeitsstation transportiert wurden. Es hat sich nun gezeigt, dass nicht die Arbeitsstationen selbst, beispielsweise eine Arbeitsstation zum Verschweißen von Platinen, der limitierende Faktor für die Fertigungskapazität ist, sondern die Fertigungskapazität einer Arbeitsstation unter anderem aufgrund der Vorpositionierung der Platinen vor der Bearbeitung in der eigentlichen Arbeitsstation beschränkt ist. So ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift DE 10 2005 026 019 B4 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum lagegerechten Einlegen einer Platine in eine Bearbeitungsstation bekannt, bei welcher die Platine zunächst auf einen Ablagetisch abgelegt wird, die genaue Position der Platine optisch erfasst wird und eine Vorrichtung für den Transport der Platine diese unter Berücksichtigung der exakten Positionsdaten aufnimmt und die Platine in der Bearbeitungsstation ablegt. Problematisch bei dieser bekannten Vorrichtung ist aber, dass weiterhin eine Ablage auf einem Ablagetisch zur Erfassung der genauen Lage der Platine notwenig ist, um ein sehr genaues Einlegen in eine weitere Arbeitsstation zu ermöglichen.The most accurate position determination of workpieces is usually necessary for highly automated production equipment for machining workpieces in order to feed the workpieces as accurately as possible to another processing station. Precise positioning of a workpiece in a workstation requires, unless the workpiece can be forcibly guided, a particularly precise recording of the workpiece in a corresponding transport device, for example in a gripper, a handling system or other transport devices. However, this requires a particularly accurate detection of the position of the workpiece or a particularly accurate position detection. Metal sheets or boards are usually stacked and not individually supplied to a device for processing the sheets or boards. Due to the transport of the board stack, there are shifts of individual boards, so that they are no longer positioned in the correct position. In addition, a spreading magnet can ensure that the boards do not lie flat on one another and do not adhere to one another. This leads to further difficulties in terms of exact position detection, since the position must be recognized not only in the plane but in space. In the automatic feeding of workstations, this problem has hitherto been solved by the use of a pre-positioning table, on which the boards were first deposited and correspondingly prepositioned before they were transported by another system into the working area of the workstation. It has now been found that it is not the workstations themselves, for example a workstation for welding blanks, which is the limiting factor for the production capacity, but the manufacturing capacity of a workstation is limited, inter alia, due to the prepositioning of the blanks prior to processing in the actual workstation. For example, from the German patent DE 10 2005 026 019 B4 a device and a method for positionally correct insertion of a board in a processing station, in which the board is first placed on a storage table, the exact position of the board is optically detected and a device for transporting the board this takes into account the exact position data and places the board in the processing station. The problem with this known device, however, is that further a shelf on a storage table for detecting the exact position of the board is necessary to allow a very accurate insertion into another workstation.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 52 851 A1 ist ferner ein Bildverarbeitungssystem bekannt, welches Ist-Geometriedaten durch optisches Abtasten der Bauteile ermittelt und diese mit Konstruktionsdaten vergleicht. Zur Verbesserung der Genauigkeit der Positionsbestimmung sollen gemäß dieser Offenlegungsschrift nicht nur die Konstruktionsdaten, d. h. die geometrischen Abmessungen des Bauteils verwendet werden, sondern vielmehr auch gleichzeitig in den Konstruktionsdaten enthaltene Angaben über Oberflächenbeschaffenheiten. Wie die Konstruktionsdaten bei der Positionsbestimmung genau verwendet werden, lässt die letztgenannte deutsche Offenlegungsschrift jedoch offen.From the German patent application DE 101 52 851 A1 Further, an image processing system is known, which actual geometry data determined by optically scanning the components and comparing them with design data. To improve the accuracy of the position determination according to this disclosure not only the design data, ie the geometric dimensions of the component are used, but also at the same time contained in the design data about surface textures. However, the last-mentioned German patent application leaves open how exactly the design data are used in determining the position.

Darüber hinaus ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 016 056 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einmessen eines eingespannten Werkstücks vor dessen Bearbeitung bekannt, bei welchem eine Vielzahl an Oberflächenpunkten des eingespannten Werkstücks vermessen werden und mit einer idealen Einspannposition verglichen werden. Die Lageerkennung einer Platine auf einem Platinenstapel ist aus der Offenlegungsschrift dagegen nicht bekannt.In addition, from the German patent application DE 10 2007 016 056 A1 a method and an apparatus for measuring a clamped workpiece prior to machining known in which a plurality of surface points of the clamped workpiece are measured and compared with an ideal clamping position. The position detection of a board on a board stack is not known from the published patent application, however.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Positionsbestimmung von Werkstücken bzw. eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Werkstücken zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welche eine besonders genaue und einfache Positionsbestimmung von Werkstücken ermöglicht, so dass auf eine zusätzliche Positionierung vor der Übergabe der Werkstücke an weitere Arbeitsstationen verzichtet und die Fertigungskapazität gesteigert werden kann.Proceeding from this, the present invention has the object to provide a generic method for determining the position of workpieces or a generic device for determining the position of workpieces available which or which allows a particularly accurate and simple positioning of workpieces, so that an additional Positioning before transferring the workpieces to other workstations and the production capacity can be increased.

Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe für ein Verfahren dadurch gelöst, dass aus den Konstruktionsdaten eine Mehrzahl an Bilddatensätze des Werkstücks berechnet und mit den durch die optischen Bildsensoren ermittelten Bilddaten des Werkstücks verglichen werden, wobei das Werkstück eine Platine ist, deren Position auf einem Platinenstapel ermittelt wird.According to a first teaching of the present invention, the above-described object of a method is achieved by calculating a plurality of image data sets of the workpiece from the design data and comparing them with the image data of the workpiece determined by the optical image sensors, the workpiece being a printed circuit board, whose position is determined on a board stack.

Die einzelnen, berechneten Bilddatensätze des Werkstücks werden beispielsweise für unterschiedliche Raumlagen des Werkstücks berechnet oder berücksichtigen andere Veränderungen des Werkstücks, wie beispielsweise eine Streckung, Drehung, Tordierung etc.. Werden die für unterschiedliche Positionen des Werkstücks berechneten Bilddatensätze mit den Bilddaten der optischen Bildsensoren verglichen, ergibt der berechnete Bilddatensatz mit der höchsten Korrelation zu den Ist-Bilddaten des Werkstücks die Lageparameter des Werkstücks mit bereits relativ großer Genauigkeit an. Die Genauigkeit dieser Positionsbestimmung kann dadurch gesteigert werden, dass abhängig vom Korrelationswert der berechneten Bilddatensätze zu den Ist-Bilddaten des Werkstücks eine Gewichtungen der Bilddatensätze vorgenommen wird und die gewichteten Bilddatensätze anschließend zu einem Bilddatensatz überlagert werden. Aus dem überlagerten Bilddatensatz werden dann die Parameter für die Lage des Werkstücks ermittelt.The individual, calculated image data records of the workpiece are used for example different spatial positions of the workpiece calculates or takes into account other changes in the workpiece, such as stretching, rotation, twisting, etc. If the image data sets calculated for different positions of the workpiece are compared with the image data of the optical image sensors, the calculated image data set with the highest correlation to the Actual image data of the workpiece, the position parameters of the workpiece with already relatively high accuracy. The accuracy of this position determination can be increased by weighting the image data sets depending on the correlation value of the calculated image data records to the actual image data of the workpiece and then superimposing the weighted image data sets on an image data record. The parameters for the position of the workpiece are then determined from the superimposed image data record.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich der Genauigkeit der Positionsbestimmung dadurch verbessert, dass die genaue Position von Kanten, Ecken und/oder Radien des Werkstücks unter Verwendung eines aus den Konstruktionsdaten berechneten Bilddatensatzes und der Bilddaten des Werkstücks durch Anwendung eines Pixelrekonstruktionsverfahrens ermittelt wird. Das Pixelrekonstruktionsverfahren erlaubt eine Steigerung der Genauigkeit in der Bestimmung des Verlaufs von Kanten, Ecken und/oder Radien beispielsweise über eine Konturextraktion entlang von scharfen Schattenkanten der Bilddaten. Der Verlauf der Kanten in diesen Bereichen kann unter Verwendung des berechneten Bilddatensatzes und dessen Kantenverlauf aus den Bilddaten extrahiert werden, so dass die Genauigkeit der Positionsbestimmung gesteigert wird.In accordance with a first embodiment of the method according to the invention, the accuracy of the position determination is improved by determining the exact position of edges, corners and / or radii of the workpiece using an image data set calculated from the design data and the image data of the workpiece by using a pixel reconstruction method is determined. The pixel reconstruction method allows an increase in the accuracy in the determination of the course of edges, corners and / or radii, for example, via a contour extraction along sharp edges of the image data. The course of the edges in these areas can be extracted from the image data using the calculated image data set and its edge profile, so that the accuracy of the position determination is increased.

Werden mindestens zwei Beleuchtungselemente gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beleuchtung des Werkstücks verwendet, welche das Werkstück von unterschiedlichen, geometrischen Positionen aus beleuchten, kann der Verlauf von Kanten, Ecken oder Radien des Werkstücks durch eine bessere Ausleuchtung genauer bestimmt werden.If at least two illumination elements according to a further embodiment of the method according to the invention for illuminating the workpiece are used, which illuminate the workpiece from different, geometric positions, the course of edges, corners or radii of the workpiece can be determined more accurately by a better illumination.

Vorzugsweise können die Bildsensoren so gesteuert werden, dass jeder optischer Bildsensor Bilddaten des Werkstücks bei Beleuchtung mit jedem einzelnen Beleuchtungselement ermittelt. Kanten und andere markante Radien oder Ecken des Werkstücks können aufgrund des unterschiedlichen Schattenwurfs in den verschiedenen Bilddatensätzen der optischen Bildsensoren leicht identifiziert werden und die dreidimensionale Lage des Werkstücks genauer erkannt werden.Preferably, the image sensors may be controlled so that each optical image sensor detects image data of the workpiece when illuminated with each individual lighting element. Edges and other prominent radii or corners of the workpiece can be easily identified and the three-dimensional position of the workpiece can be more accurately recognized due to the different shadows cast in the various image data sets of the optical image sensors.

Um den Einfluss von Störlichtquellen zu vermeiden, emittieren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens die Beleuchtungselemente ein eng begrenztes Wellenlängenspektrum, vorzugsweise im nahen Infrarotbereich, wobei die optischen Bildsensoren in diesem Wellenlängenbereich selektiv empfindlich sind. Der nahe Infrarotbereich reicht von 700 nm bis 1400 nm Wellenlänge. Das Wellenlängenspektrum ist hierzu auf eine Halbwertsbreite von weniger als 100 nm, vorzugsweise 30 nm beschränkt. Die selektive Empfindlichkeit der optischen Bildsensoren in diesem Wellenlängenbereich sowie die Benutzung von in diesem Wellenlängenspektrum emittierender Beleuchtungselemente ermöglicht, Einflüsse durch beispielsweise wechselnde Lichtquellen, Kunstlicht und natürliches Licht, auszuschließen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, beispielsweise durch geeignetes ”Choppern”, d. h. Unterbrechen der Beleuchtungsquelle mit fester Frequenz, die ermittelten Bilddaten störungsunempfindlicher zu machen. Dabei tritt zumeist aber ein Verlust an Lichtintensität ein. Es besteht auch die Möglichkeit beide Verfahren miteinander zu kombinieren und mit einer geeigneten Frequenz unterbrochene elektromagnetische Strahlung im nahen Infrarotbereich zur Ermittlung der Bilddaten des Werkstücks zu verwenden.In order to avoid the influence of interference light sources, the illumination elements emit a narrowly limited wavelength spectrum, preferably in the near infrared range, according to a further exemplary embodiment of the method according to the invention, the optical image sensors being selectively sensitive in this wavelength range. The near infrared range is from 700 nm to 1400 nm wavelength. The wavelength spectrum is for this purpose limited to a half-width of less than 100 nm, preferably 30 nm. The selective sensitivity of the optical image sensors in this wavelength range as well as the use of lighting elements emitting in this wavelength spectrum makes it possible to exclude influences by, for example, changing light sources, artificial light and natural light. But it is also possible, for example, by suitable "choppers", d. H. Interrupting the illumination source with a fixed frequency to make the determined image data less susceptible to interference. But usually a loss of light intensity occurs. It is also possible to combine both methods with one another and to use electromagnetic radiation in the near infrared range interrupted with a suitable frequency for determining the image data of the workpiece.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die ermittelte Position des Werkstücks an eine Steuerung einer Vorrichtung mit Mitteln zur Aufnahme des Werkstücks von einem Ablagetisch, zum Transport des Werkstücks und zur Ablage des Werkstücks in einer weiteren Arbeitsstation übermittelt. In diesem Fall kann die hohe Genauigkeit in der Positionsbestimmung dahingehend ausgenutzt werden, dass die Ablage des Werkstücks in der nächsten Arbeitsstation besonders präzise abgelegt werden kann. Als Mittel können auf die Anwendung angepasste Handlingsysteme oder Roboter eingesetzt werden.According to a further embodiment of the method according to the invention, the determined position of the workpiece is transmitted to a control device with means for receiving the workpiece from a storage table, for transporting the workpiece and for storing the workpiece in another workstation. In this case, the high accuracy in the position determination can be exploited to the effect that the storage of the workpiece in the next workstation can be stored very precisely. As a means adapted to the application handling systems or robots can be used.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn das Werkstück eine Platine ist, deren Position auf einem Platinenstapel bestimmt wird. Die genaue Positionsbestimmung unter Verwendung von zwei Beleuchtungselementen und zwei optischen Bildsensoren ermöglicht auch die Erkennung der Höhe und Lage der Platine auf einem Platinenstapel. Es ist damit möglich, die Platine ohne Vorpositionierung mit einer besonders hohen Genauigkeit in dem Arbeitsbereich einer weiteren Arbeitsstation abzulegen.The inventive method is particularly advantageous if the workpiece is a board whose position is determined on a stack of boards. Accurate positioning using two lighting elements and two optical image sensors also allows the height and location of the board to be detected on a stack of boards. It is thus possible to store the board without pre-positioning with a particularly high accuracy in the work area of another workstation.

Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren daher ausgestaltet werden, in dem die Arbeitstation eine Schweißstation zum Verschweißen von mindestens zwei Werkstücken bzw. von mindestens zwei Platinen ist. Eine Schweißstation erfordert eine besonders hohe Genauigkeit in der Positionierung der zu verschweißenden Werkstücke oder Platinen, beispielsweise von weniger als 0,5 mm. Insbesondere unter Berücksichtigung der heutigen Fertigungstoleranzen ermöglicht diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass auch ein Verschweißen von Platinen oder Werkstücken ohne Vorpositionierung der zu verschweißenden Platinen oder Werkstücke und damit mit einer verringerten Fertigungszeit gelingt.The method according to the invention can therefore be configured particularly advantageously in which the work station is a welding station for welding at least two workpieces or at least two boards. A welding station requires a particularly high level of accuracy in the positioning of the workpieces or blanks to be welded, for example less than 0.5 mm. In particular, taking into account today's manufacturing tolerances, this embodiment of the method according to the invention makes it possible to weld also blanks or workpieces without pre-positioning of the blanks or workpieces to be welded and thus with a reduced production time.

Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe für eine gattungsgemäße Vorrichtung dadurch gelöst, dass Mittel vorgesehen sind, welche aus den Konstruktionsdaten des Werkstücks eine Mehrzahl an Bilddatensätze des Werkstücks berechnen und die Mittel zur Positionsbestimmung die berechneten Bilddatensätze mit den durch die optischen Bildsensoren ermittelten Bilddaten des Werkstücks vergleichen, das Werkstück eine Platine auf einem Platinenstapel ist und die Vorrichtung eine Aufnahme für einen Platinenstapel aufweist. Bei der Berechnung der Bilddatensätze des Werkstücks können beispielsweise alle möglichen Ausrichtungen des zu erfassenden Werkstücks berücksichtigt werden und entsprechende Bilddatensätze erzeugt werden. Der Vergleich der unterschiedlichen Positionen mit den gemessenen Bilddaten des Werkstücks gibt dann mit relativ guter Genauigkeit die aktuelle Position des Werkstücks an. Die Genauigkeit dieser Positionsbestimmung kann dadurch gesteigert werden, dass die Mittel abhängig von der Korrelation der berechneten Bilddatensätze zu den Ist-Bilddaten des Werkstücks eine Gewichtungen der Bilddatensätze vorgenommen wird und die gewichteten Bilddatensätze anschließend zu einem Bilddatensatz überlagert werden. Aus dem überlagerten Bilddatensatz werden dann die Parameter für die Lage des Werkstücks ermittelt.According to a second teaching of the present invention, the above-mentioned object is achieved for a generic device in that means are provided which calculate from the design data of the workpiece a plurality of image data sets of the workpiece and the means for determining the position of the calculated image data sets with those by the optical Compare image sensor detected image data of the workpiece, the workpiece is a circuit board on a board stack and the device has a receptacle for a board stack. In the calculation of the image data sets of the workpiece, for example, all possible orientations of the workpiece to be detected can be taken into account and corresponding image data records can be generated. The comparison of the different positions with the measured image data of the workpiece then indicates the current position of the workpiece with relatively good accuracy. The accuracy of this position determination can be increased by making the means dependent on the correlation of the calculated image data sets to the actual image data of the workpiece, a weighting of the image data sets and the weighted image data sets are then superimposed to form an image data set. The parameters for the position of the workpiece are then determined from the superimposed image data record.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Mittel vorgesehen, welche die Position von Ecken, Kanten und/oder Radien des Werkstücks unter Verwendung eines aus den Konstruktionsdaten des Werkstücks berechneten Bilddatensatzes des Werkstücks und der durch die optischen Bildsensoren ermittelten Bilddaten durch ein Pixelrekonstruktionsverfahren ermitteln. Eine entsprechend ausgestaltete erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine Steigerung der Genauigkeit in der Bestimmung des Verlaufs von Kanten, Ecken und/oder Radien beispielsweise über eine Konturextraktion entlang scharfer Schattenkanten der Bilddaten. Der Verlauf der Kanten in diesen Bereichen kann unter Verwendung des berechneten Bilddatensatzes, welcher üblicherweise eine sehr hohe Genauigkeit aufweist und dessen Kantenverlauf aus den Bilddaten extrahiert werden, so dass die Genauigkeit der Positionsbestimmung gesteigert wird.According to a further embodiment of the device according to the invention, means are provided which determine the position of corners, edges and / or radii of the workpiece using a calculated from the design data of the workpiece image data set of the workpiece and the image data determined by the optical image sensors by a pixel reconstruction method. A correspondingly configured device according to the invention permits an increase in the accuracy in the determination of the course of edges, corners and / or radii, for example via a contour extraction along sharp shadow edges of the image data. The course of the edges in these areas can be extracted using the calculated image data set, which usually has a very high accuracy and whose edge profile is extracted from the image data, so that the accuracy of the position determination is increased.

Vorzugsweise sind Mittel zur Aufnahme des Werkstücks von einem Ablagetisch, zum Transport des Werkstücks und zur Ablage des Werkstücks in einer anderen Arbeitsstation vorgesehen, wobei die Mittel zur Aufnahme des Werkstücks unter Verwendung der ermittelten Positionsdaten des Werkstücks steuerbar sind. Die besonders genaue Positionserfassung des Werkstücks ermöglicht eine präzise Aufnahme desselben und damit auch eine sehr genaue Ablage des Werkstücks in einer weiteren Arbeitsstation. Zusätzliche Stationen, wie beispielsweise ein Vorpositioniertisch, werden dadurch überflüssig und Taktzeiten für die Bearbeitung des Werkstücks verringert. Wie bereits ausgeführt, wird die Aufnahme des Werkstücks, der Transport und die Ablage des Werkstücks üblicherweise von spezifisch angepassten Handlingsystemen oder Robotern durchgeführt.Preferably, means for receiving the workpiece are provided by a tray table, for transporting the workpiece and for depositing the workpiece in another workstation, wherein the means for receiving the workpiece are controlled using the determined position data of the workpiece. The particularly accurate position detection of the workpiece allows a precise recording of the same and thus a very accurate storage of the workpiece in another workstation. Additional stations, such as a Vorpositioniertisch, are thereby unnecessary and reduced cycle times for the machining of the workpiece. As already stated, the picking up of the workpiece, the transport and the placement of the workpiece are usually carried out by specifically adapted handling systems or robots.

Eine Verbesserung der durch die optischen Bildsensoren ermittelten Bilddaten des Werkstücks kann dadurch erreicht werden, dass mindestens zwei Beleuchtungselemente zur Beleuchtung des Werkstücks vorgesehen sind, welche das Werkstück von unterschiedlichen, geometrischen Positionen aus beleuchten. Hierdurch werden markante Stellen des Werkstücks, beispielsweise scharfe Kanten, Ecken oder Radien durch den Schattenwurf sichtbar.An improvement of the image data of the workpiece determined by the optical image sensors can be achieved by providing at least two illumination elements for illuminating the workpiece, which illuminate the workpiece from different, geometric positions. As a result, striking parts of the workpiece, such as sharp edges, corners or radii are visible through the shadow.

Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, welche die optischen Bildsensoren derart steuern, dass diese Bilder des Werkstücks erfassen, wobei jeweils ein Beleuchtungselement eingeschaltet ist. Bereits aus dem Vergleich dieser Bilddaten ergibt sich eine präzise Erkennung von markanten Radien, Kanten und Ecken des Werkstücks.Preferably, means are provided which control the optical image sensors such that they capture images of the workpiece, wherein in each case a lighting element is turned on. Already from the comparison of these image data results a precise recognition of prominent radii, edges and corners of the workpiece.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung eine Aufnahme für einen Platinenstapel auf, wobei die Arbeitsstation eine Schweißstation zum Verschweißen der Platine ist. Wie bereits ausgeführt, kann bei einer entsprechend ausgebildeten Vorrichtung auf die Verwendung von Vorpositioniertischen verzichtet werden, obwohl eine sehr hohe Positionsgenauigkeit bei der Ablage der Platine in der Verschweißstation gefordert wird.According to a further embodiment of the device according to the invention, the device has a receptacle for a stack of boards, wherein the workstation is a welding station for welding the board. As already stated, the use of pre-positioning tables can be dispensed with in the case of a correspondingly designed device, although a very high position accuracy is required in the laying of the board in the welding station.

Sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung Beleuchtungselemente vorgesehen, welche in einem spezifisch begrenzten Wellenlängenbereich, insbesondere im nahen Infrarotbereich emittieren sowie im spezifischen Wellenlängenspektrum selektiv empfindliche, optische Bildsensoren, kann die Störlichtempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung stark verbessert werden. Wie bereits ausgeführt, kann auch durch eine Unterbrechung der Lichtquellen mit einer geeigneten Frequenz eine Störlichtunempfindlichkeit erreicht werden, allerdings wird die zur Verfügung stehende Gesamtintensität der Beleuchtungsquellen verringert.If according to a further embodiment of the device according to the invention illumination elements are provided which emit in a specific limited wavelength range, in particular in the near infrared range and selectively in the specific wavelength spectrum, optical image sensors, the Störlichtempfindlichkeit the device according to the invention can be greatly improved. As already stated, can also be achieved by interrupting the light sources with a suitable frequency Störlicht insensitivity, however, the available reduced overall standing intensity of the illumination sources.

Besonders kostengünstig lassen sich in einem spezifisch begrenzten Wellenlängenbereich emittierende Beleuchtungselemente dadurch realisieren, dass als Beleuchtungselemente LED-Arrays vorgesehen sind. Diese emittieren zumeist elektromagnetische Wellen mit einer Halbwertsbreite von weniger als 30 nm bis 100 nm.Particularly cost-effective can be realized in a specific limited wavelength range emitting lighting elements that are provided as lighting LED arrays. These emit mostly electromagnetic waves with a half-width of less than 30 nm to 100 nm.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 9 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt inThere are now a variety of ways to design the inventive method and the device of the invention and further education. Reference is made on the one hand to the claims subordinate to claims 1 and 9 and to the description of embodiments in conjunction with the drawings. The drawing shows in

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Werkstücken in einer Seitenansicht, 1 A first embodiment of a device according to the invention for determining the position of workpieces in a side view,

2a) bis c) mögliche unterschiedliche Positionen des Werkstücks zu welchen Bilddaten aus den Konstruktionsdaten berechnet werden, 2a ) to c) possible different positions of the workpiece to which image data are calculated from the design data,

3a) bis g) aus den Konstruktionsdaten berechnete Bilddaten des Werkstücks in teilweise perspektivischer Darstellung und 3a to g) from the design data calculated image data of the workpiece in a partially perspective view and

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verschweißen von Platinen. 4 a further embodiment of a device according to the invention for welding of circuit boards.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Werkstücks mit zwei optischen Bildsensoren 1, 2, welche beispielsweise als CCD-Arrays ausgebildet sind. Es kommen aber auch andere Technologien für die Bildsensoren in Betracht. Beispielsweise können die Bildsensoren auch in CMOS-Technologie ausgebildet sein. Die optischen Bildsensoren 1, 2 sind an zwei unterschiedlichen, geometrischen Positionen angeordnet, wobei jeweils Beleuchtungselemente 3 und 4 vorgesehen sind, die die Platinen 5 aus unterschiedlichen geometrischen Positionen heraus beleuchten. Jeder optische Bildsensor 1, 2 erstellt im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Bilder des Platinenstapels, nämlich einmal bei eingeschaltetem Beleuchtungselement 3 und einmal bei eingeschaltetem Beleuchtungselement 4. Die ermittelten Bilddaten werden dann mit aus den Konstruktionsdaten der Platine erstellten bzw. berechneten Bilddaten verglichen, wobei aus den Konstruktionsdaten, beispielsweise CAD-Daten, eine Mehrzahl an Bilddatensätzen der Platine 5 berechnet werden. Die Mehrzahl an Bilddatensätze kann beispielsweise unterschiedliche Positionen, beispielsweise Verschiebungen in eine oder zwei Raumachsenn sowie Drehungen sein. Einfache aus den Konstruktionsdaten ermittelte Positionsänderungen zeigen die 2a) bis 2c). Die so berechneten Bilddaten werden mit den optisch ermittelten Bilddaten verglichen. Bei der Generierung der Bilddaten aus den Konstruktionsdaten werden Parameter beispielsweise für die Verschiebung oder Drehung der Platine 5 verwendet. Die berechneten Bilddaten, welche die höchste Korrelation mit den optischen Bilddaten aufweist, enthalten damit die Lageparameter des Werkstücks bzw. der Platine 5 auf dem Platinenstapel. Nicht dargestellt in 1 ist ein Spreizmagnet, welcher zu einer nicht ebenen Lage der Platine führt, da die Platine 5 an der Seite des Spreizmagneten nicht mehr auf der darunterliegenden Platine aufliegt. Damit wird klar, dass auch andere Raumlagen in der Berechnung der Bilddatensätze aus den Konstruktionsdaten berücksichtigt werden müssen. 1 shows an embodiment of a device for determining the position of a workpiece with two optical image sensors 1 . 2 , which are formed for example as CCD arrays. But there are also other technologies for the image sensors into consideration. For example, the image sensors can also be formed in CMOS technology. The optical image sensors 1 . 2 are arranged at two different geometric positions, each with lighting elements 3 and 4 are provided, which the boards 5 illuminate out of different geometrical positions. Every optical image sensor 1 . 2 created in the present embodiment, two images of the board stack, namely once with the lighting element 3 and once with the lighting element switched on 4 , The determined image data are then compared with image data created or calculated from the design data of the board, wherein from the design data, for example CAD data, a plurality of image data sets of the board 5 be calculated. The plurality of image data sets may, for example, be different positions, for example displacements in one or two spatial axes and rotations. Simple position changes determined from the design data show the 2a ) to 2c ). The image data thus calculated are compared with the optically determined image data. When generating the image data from the design data, parameters become, for example, for the displacement or rotation of the board 5 used. The calculated image data, which has the highest correlation with the optical image data, thus contain the position parameters of the workpiece or the circuit board 5 on the board stack. Not shown in 1 is a spreading magnet, which leads to a non-planar position of the board, as the board 5 on the side of the spreading magnet no longer rests on the underlying board. This makes it clear that other spatial positions must also be taken into account in the calculation of the image data sets from the design data.

Weitere aus den Konstruktionsdaten berechnete Bilddatensätze zeigt 3. In 3a) ist zunächst eine weitere Platine 5 dargestellt, wie sie beispielsweise als Konstruktionsdatensatz vorliegt. Erfindungsgemäß werden aus den Konstruktionsdaten der Platine 5 eine Mehrzahl an Bilddatensätzen der Platine 5, beispielsweise Raumlagen, wie beispielhaft in 3b) dargestellt ist, generiert. Allerdings können auch weitere Manipulationen der Platine mit den Konstruktionsdaten der Platine 5 vorgenommen werden und zum Vergleich mit den optisch erfassten Daten herangezogen werden. So zeigt die 3c) eine gebogene Platine, 3d) eine Vergrößerung der Platine 5 auf die Größe 5' und 3e) eine Tordierung der Platine. Schließlich kann aus den Konstruktionsdaten der Platine auch eine geschnittene Platine 5, wie beispielsweise in 3f) berücksichtigt werden, welche dann mit der tatsächlich vorhandenen Geometrie der Platine 5, wie sie in 3g) dargestellt ist, übereinstimmt. Der Bilddatensatz aus 3f) ergibt dann die höchste Korrelation mit den optisch ermittelten Bilddaten. Im Ergebnis kann die Lage der Platine und deren Kanten genau aus den Parametern zur Berechnung der Bilddaten entnommen werden.Further image data sets calculated from the design data shows 3 , In 3a ) is first another board 5 represented, as it exists for example as a design data record. According to the invention from the design data of the board 5 a plurality of image data sets of the board 5 , For example, spatial positions, as exemplified in 3b ) is generated. However, further manipulations of the board can be done with the design data of the board 5 be made and used for comparison with the optically recorded data. That's how it shows 3c ) a curved board, 3d ) an enlargement of the board 5 on the size 5 ' and 3e ) a twisting of the board. Finally, from the design data of the board also a cut board 5 , such as in 3f ), which then with the actual existing geometry of the board 5 as they are in 3g ) matches. The image data set off 3f ) then gives the highest correlation with the optically determined image data. As a result, the position of the board and its edges can be exactly extracted from the parameters for calculating the image data.

4 zeigt nun in einer schematischen Seitenansicht ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Mitteln zur Aufnahme einer Platine, Mitteln zum Transport der Platine und Mitteln zur Ablage der Platine in einer weiteren Arbeitsstation, welche im vorliegenden Beispiel als Schweißstation 6 ausgebildet ist. Auf zwei Ablagetischen 7, 8 mit Aufnahmen für Platinenstapel sind zwei geometrisch verschiedene Platinen 9, 10 stapelweise angeordnet. Ein Spreizmagnet 24, 25 sorgt dafür, dass die Platinen 9, 10 nicht aneinander haften. Daraus ergibt sich für die Platinen 9, 10 im Stapel eine leicht schräge Raumlage, welche in der Zeichnung nicht dargestellt ist. über Mittel zur Aufnahme, Transport und Ablage der Platine 11, 12, welche in der Regel Roboter oder Handlingsysteme sind, werden die Platinen 9, 10 vom Stapel genommen und in der Arbeitsstation 6 abgelegt. Bevor die Mittel zur Aufnahme, Transport und Ablage der Platine 11, 12 die jeweiligen Platinen 9, 10 greifen, wird die Position der jeweiligen Platinen 9 bzw. 10 auf dem Stapel über optische Bildsensoren 13, 14, 15 und 16 erfasst, wobei die Beleuchtungselemente 17, 18 sowie 19 und 20 jeweils eingeschaltet sind bei der Bildaufnahme, so dass jeder Bildsensor 13, 14, 15, 16 jeweils zwei Bilder vom Platinenstapel erstellt. Die ermittelten Bilddaten werden an Mittel 21, 22 übermittelt, welche die gemessenen Bilddaten mit den aus den Konstruktionsdaten gewonnenen Bilddaten der Platine vergleichen. Die Mittel 21 und 22 berücksichtigen die wie in 2 und 3 dargestellte unterschiedliche Positionen oder Formzustände der Platinen 9, 10, um die Lage der Platinen 9, 10 möglichst genau zu berechnen. 4 now shows a schematic side view of a second embodiment of the device according to the invention with means for receiving a board, means for transporting the board and means for storing the board in another workstation, which in the present example as a welding station 6 is trained. On two storage tables 7 . 8th with recordings for sinker stacks are two geometrically different sinkers 9 . 10 arranged in batches. A spreading magnet 24 . 25 ensures that the boards 9 . 10 do not stick together. This results for the boards 9 . 10 in the stack a slightly oblique spatial position, which is not shown in the drawing. via means for receiving, transporting and depositing the board 11 . 12 , which are usually robots or handling systems, become the boards 9 . 10 taken from the pile and in the workstation 6 stored. Before the means for receiving, transport and storage of the board 11 . 12 the respective boards 9 . 10 grab, the position of the respective boards 9 respectively. 10 on the stack via optical image sensors 13 . 14 . 15 and 16 captured, with the lighting elements 17 . 18 such as 19 and 20 are each turned on during image capture, so every image sensor 13 . 14 . 15 . 16 created two pictures from the board stack. The ascertained image data are sent to means 21 . 22 transmitted, which compare the measured image data with the image data obtained from the design data of the board. The means 21 and 22 take into account how in 2 and 3 illustrated different positions or shape states of the boards 9 . 10 to the location of the boards 9 . 10 to calculate as accurately as possible.

Vorzugsweise wird durch Gewichtung der Bilddatensätze mit einem von der Korrelation zu den optisch ermittelten Bilddaten abhängigen Faktor ein Bilddatensatz erzeugt, der für die Positionsbestimmung herangezogen wird. Die hieraus ermittelte Position der Platine 9 bzw. 10 wird an die Mittel zur Aufnahme, Transport und Ablage der Platine 11, 12 übermittelt und die Mittel entsprechend gesteuert. Dies ergibt eine besonders präzise Aufnahme der Platine 9 bzw. 10 von dem Platinenstapel 7 bzw. 8 und damit eine besonders präzise Ablage der Werkstücke in dem Arbeitsbereich der Arbeitsstation 6. In der Arbeitsstation 6 werden die Platinen unter Verwendung beispielsweise einer Vorrichtung zum Strahlschweißen 23 verschweißt. Das Verschweißen von Platinen beispielsweise auch unterschiedlicher Platinen zu einem ”tailored Blank” erfordert ein hohes Maß an Präzision in der Ablage der Platinen. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren daher im Bereich der Fertigung von ”tailored Blanks”, welche zuvor noch die Ablage der Platinen auf einem Vorpositioniertisch benötigten. Die Taktzeiten für die Fertigung von ”tailored Blanks” können so herabgesetzt werden.Preferably, by weighting the image data sets with a factor dependent on the correlation with the optically determined image data, an image data set is generated which is used for the position determination. The position of the board determined from this 9 respectively. 10 is attached to the means for receiving, transporting and storing the board 11 . 12 transmitted and the funds controlled accordingly. This results in a particularly precise recording of the board 9 respectively. 10 from the board stack 7 respectively. 8th and thus a particularly precise storage of workpieces in the workspace of the workstation 6 , In the workstation 6 The boards are using, for example, a device for beam welding 23 welded. The welding of blanks, for example, also different boards to a "tailored blank" requires a high degree of precision in the storage of the boards. Therefore, the method according to the invention is particularly advantageous in the field of manufacturing "tailored blanks", which previously required the placement of the boards on a pre-positioning table. The cycle times for the production of "tailored blanks" can thus be reduced.

Claims

Method for determining the position of workpieces, in which image data of a workpiece are determined using at least two optical image sensors, the image sensors are arranged at different, geometric positions and image position data calculated from design data of the workpiece are compared with the determined image data of the workpiece of the image sensors for position determination, characterized in that a plurality of image data records of the workpiece are calculated from the design data and compared with the image data of the current position of the workpiece determined by the optical image sensors, the workpiece being a board whose position is determined on a board stack.

A method according to claim 1, characterized in that the exact position of edges, corners and / or radii of the workpiece is determined using an image data set calculated from the design data and the image data of the workpiece by using a pixel reconstruction method.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that at least two lighting elements are used for illuminating the workpiece, which illuminate the workpiece from different geometric positions.

Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that each optical image sensor determines image data of the workpiece when the workpiece is illuminated with each individual illumination element.

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the illumination elements emit a narrowly limited wavelength spectrum, preferably in the near infrared range, and the optical image sensors are selectively sensitive in this wavelength range.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the determined position of the workpiece is transmitted to a control device with means for receiving the workpiece from a storage table, for transporting the workpiece and for depositing the workpiece in another workstation.

A method according to claim 6, characterized in that the work station is a welding station for welding at least two workpieces.

Device for determining the position of a workpiece with at least two optical image sensors ( 1 . 2 ) for determining image data of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ), whereby the image sensors ( 1 . 2 . 13 . 14 . 15 . 16 ) are arranged at different geometrical positions, means ( 21 . 22 ) for determining the position of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) are provided, which from the design data image data of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) and calculate the calculated image data with the image data obtained by the optical image sensors ( 1 . 2 . 13 . 14 . 15 . 16 ) determined image data of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ), in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 7, characterized in that means are provided which are selected from the design data of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) a plurality of Image datasets of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) and the means for determining position ( 21 . 22 ) the calculated image data sets with those through the optical image sensors ( 1 . 2 . 13 . 14 . 15 . 16 ) determined image data of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ), the workpiece is a board on a board stack and the device has a receptacle ( 7 . 8th ) for a board stack.

Device according to claim 8, characterized in that means ( 21 . 22 ) are provided which the position of corners, edges and / or radii of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) using one of the design data of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) calculated image data set of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) and by the optical image sensors ( 1 . 2 . 13 . 14 . 15 . 16 ) determine detected image data by a pixel reconstruction method.

Device according to claim 8 or 9, characterized in that means ( 11 . 12 ) for receiving the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) from a storage table ( 7 ), for transporting the workpiece and for storing the workpiece in another workstation ( 6 ) are provided which, using the determined position data of the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) are controllable.

Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that at least two lighting elements ( 3 . 4 . 17 . 18 . 19 . 20 ) for illuminating the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) are provided, which the workpiece ( 5 . 9 . 10 ) from different geometric positions.

Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that lighting elements ( 3 . 4 . 17 . 18 . 19 . 20 ) are provided, which emit in a specific limited wavelength range, in particular in the near infrared range, and that in the specific wavelength spectrum selectively sensitive, optical image sensors ( 1 . 2 . 13 . 14 . 15 . 16 ) are provided.

Device according to one of claims 8 to 12, characterized in that as lighting elements ( 3 . 4 . 17 . 18 . 19 . 20 ) LED arrays are provided.