DE102019134938A1

DE102019134938A1 - PANEL DETECTION SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING GEOMETRIC STRUCTURAL DATA OF A MATERIAL PANEL AND FLAT BED MOLDING MACHINE

Info

Publication number: DE102019134938A1
Application number: DE102019134938.9A
Authority: DE
Inventors: Korbinian Weiß; Willi Pönitz
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-06-24
Also published as: WO2021123043A1

Abstract

Es wird ein Tafelerfassungssystem (17, 45A, 45B) für eine Flachbettwerkzeugmaschine (1), die insbesondere zum Schneiden von Blechteilen ausgebildet ist, offenbart. Das Tafelerfassungssystem (17, 45A, 45B) ist zum Erfassen von geometrischen Strukturdaten einer bearbeiteten oder zu bearbeitenden Materialtafel (9) ausgelegt. Das Tafelerfassungssystem (17, 45A, 45B) weist eine Lagerungseinheit mit einem Ablagebereich (51A), der eine plane Lagerungsfläche (51) zur Lagerung einer Materialtafel (9), insbesondere mit geschnittenen Werkstücken (59A, 59B), ausbildet, auf. Ferner weist das Tafelerfassungssystem (17, 45A, 45B) eine Kamera (15) mit einem Objektiv und einem Kamerasensor (53) zur Erzeugung einer Aufnahme (57) des Ablagebereichs (51A), wobei das Objektiv als Shift-Objektiv-Anordnung ausgebildet ist, das zum Aufnehmen des Ablagebereichs (51A) eingestellt ist. Dadurch kann die Aufnahme (57) den Ablagebereich (51A) verzeichnungsausgleichend, und insbesondere verzeichnungsfrei, darstellenA panel detection system (17, 45A, 45B) for a flat bed machine tool (1), which is designed in particular for cutting sheet metal parts, is disclosed. The sheet detection system (17, 45A, 45B) is designed to record geometric structural data of a sheet of material (9) that has been machined or is to be machined. The sheet detection system (17, 45A, 45B) has a storage unit with a storage area (51A) which forms a flat storage surface (51) for storing a material sheet (9), in particular with cut workpieces (59A, 59B). Furthermore, the board detection system (17, 45A, 45B) has a camera (15) with an objective and a camera sensor (53) for generating a recording (57) of the storage area (51A), the objective being designed as a shift objective arrangement, that is set to accommodate the storage area (51A). As a result, the receptacle (57) can represent the storage area (51A) in a way that compensates for distortion and in particular is free of distortion

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tafelerfassungssystem für eine Flachbettwerkzeugmaschine zum Erfassen von geometrischen Strukturdaten einer bearbeiteten oder zu bearbeitenden Materialtafel, die beispielsweise auf einem Palettenwechsler bereitgestellt wird oder auf einem Förderband ausgegeben wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Flachbettwerkzeugmaschine mit einem derartigen Tafelerfassungssystem. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen von geometrischen Strukturdaten einer mit einer Flachbettwerkzeugmaschine zu bearbeitenden oder bearbeiteten MaterialtafelThe present invention relates to a board detection system for a flat bed machine tool for detecting geometric structural data of a processed or to be processed material sheet, which is provided, for example, on a pallet changer or is output on a conveyor belt. In particular, the invention relates to a flat bed machine tool having such a board sensing system. The invention also relates to a method for providing geometric structural data of a sheet of material to be machined or machined with a flat bed machine tool

WO 2018/073419 A1 offenbart ein Absortierassistenzsystem, das Information, die aus einer Aufnahme einer Anordnung von z.B. geschnittenen Werkstücken gewonnen wurde, nutzt, um den Absortiervorgang der verschiedenen Werkstücke der Werkstückanordnung zu erleichtern. Dazu werden Aufnahmen eines Arbeitsplatzes, an dem die Anordnung von Werkstücken vorliegt, mit einer oder mit mehreren Kameras aufgenommen. WO 2018/073419 A1 discloses a sorting assistance system which uses information obtained from a recording of an arrangement of, for example, cut workpieces, in order to facilitate the sorting process of the various workpieces of the workpiece arrangement. For this purpose, recordings of a workstation at which the arrangement of workpieces is present are made with one or more cameras.

Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, Bilddaten von auf einem Palettenwechsler abgelegten Rohmaterial oder von erzeugtem Schnittgut zu erzeugen, wobei die Bilddaten für eine Auswertung und Integration in eine digitalisierte Überwachung und Steuerung von Bearbeitungsprozessen vorgesehen sind. In einem weiteren Aspekt liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Bilddaten für eine digitalisierte Unterstützung der Vereinzelung von mit einer Flachbettwerkzeugmaschine erzeugten Werkstücken bereitzustellen, wobei die Bilddaten bevorzugt eine einfache Datenverarbeitung ermöglichen.One aspect of this disclosure is based on the object of generating image data of raw material stored on a pallet changer or of cut material produced, the image data being provided for evaluation and integration in a digitized monitoring and control of machining processes. In a further aspect, the invention is based on the object of providing image data for digitized support for the separation of workpieces produced with a flat bed machine tool, the image data preferably enabling simple data processing.

Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Tafelerfassungssystem nach Anspruch 1, eine Flachbettwerkzeugmaschine nach Anspruch 8 und ein Verfahren zum Bereitstellen von geometrischen Strukturdaten nach Anspruch 10. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.At least one of these objects is achieved by a board detection system according to claim 1, a flat bed machine tool according to claim 8 and a method for providing geometric structural data according to claim 10. Further developments are specified in the subclaims.

In einem Aspekt ist ein Tafelerfassungssystem für eine Flachbettwerkzeugmaschine offenbart wobei das Tafelerfassungssystem zum Erfassen von geometrischen Strukturdaten einer bearbeiteten oder zu bearbeitenden Materialtafel ausgelegt ist. Die Flachbettwerkzeugmaschine kann insbesondere zum Schneiden von Blechteilen ausgebildet sein und umfasst:

eine Lagerungseinheit mit einem Ablagebereich, der eine plane Lagerungsfläche zur Lagerung einer Materialtafel, insbesondere mit geschnittenen Blechteilen/Werkstücken (d.h. z.B. eine ungeschnittene Materialtafel oder eine geschnittene/in Werkstücke untergliederte Materialtafel), ausbildet, und
einer Kamera mit einem Objektiv und einem Kamerasensor, die zur Erzeugung einer Aufnahme des Ablagebereichs angeordnet ist, wobei das Objektiv als ein Shift-Objektiv, optional als ein Tilt-und-Shift-Objektiv, ausgebildet ist, das zum Aufnehmen des Ablagebereichs eingestellt ist.

In one aspect, a sheet detection system for a flat bed machine tool is disclosed, the sheet detection system being designed to record geometric structural data of a sheet of material that is being machined or to be machined. The flat bed machine tool can in particular be designed for cutting sheet metal parts and comprises:

a storage unit with a storage area which forms a flat storage surface for storing a material sheet, in particular with cut sheet metal parts / workpieces (ie, for example, an uncut material sheet or a cut / subdivided material sheet), and
a camera with a lens and a camera sensor, which is arranged to generate a recording of the storage area, the lens being designed as a shift lens, optionally as a tilt-and-shift lens, which is set to record the storage area.

In einem weiteren Aspekt weist eine Flachbettwerkzeugmaschine ein wie hierin offenbartes Tafelerfassungssystem und eine Werkzeugmaschineneinheit mit einem Gehäusewandabschnitt auf. Das Tafelerfassungssystem umfasst eine Lagerungseinheit mit einem Ablagebereich und eine Kamera. Die Werkzeugmaschineneinheit ist mit dem Gehäusewandabschnitt an einem Abschnitt des Randbereichs des Ablagebereichs angeordnet und die Kamera ist am Gehäusewandabschnitt derart angeordnet, dass ein Belade- und/oder Entnahme-Raum oberhalb der Lagerungsfläche als Zugangsraum zur Lagerungsfläche freigehalten ist.In another aspect, a flatbed machine tool includes a panel sensing system as disclosed herein and a machine tool unit having a housing wall portion. The board detection system comprises a storage unit with a storage area and a camera. The machine tool unit is arranged with the housing wall section on a section of the edge area of the storage area and the camera is arranged on the housing wall section in such a way that a loading and / or removal space is kept free above the storage area as an access area to the storage area.

Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von geometrischen Strukturdaten einer mit einer Flachbettwerkzeugmaschine zu bearbeitenden oder bearbeiteten Materialtafel, die auf einem Ablagebereich einer Lagerungseinheit abgelegt ist. Die Strukturdaten sind optional für die Planung, Durchführung oder Unterstützung von Bearbeitungsprozessen wie einem Laserschneidvorgang oder einer Teilevereinzelung vorgesehen. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Aufnehmen des Ablagebereichs mit der darauf abgelegten Materialtafel mit einem Shift-Objektiv oder optional einem Tilt-und-Shift-Objektiv zur Erzeugung einer Aufnahme der Materialtafel,
Ausgeben von Bilddaten der Aufnahme an eine Steuerungseinheit der Flachbettwerkzeugmaschine (zur Durchführung eines bildverarbeitenden Algorithmus und/oder zur Erzeugung eines Steuerungssignals für einen durchzuführenden Bearbeitungsprozess und/oder zur Erzeugung eines Absortiersignals für einen Werker und/oder zur Ausgabe eines Monitorsignals) und
Extrahieren von geometrischen Strukturdaten in der Steuerungseinheit aus den Bilddaten der Aufnahme und optional Erzeugen eines Steuerungssignals für einen Bearbeitungsprozess und/oder eines Absortiersignals für einen Werker.

A further aspect relates to a method for providing geometric structural data of a material sheet to be machined or machined with a flat bed machine tool, which sheet is stored on a storage area of a storage unit. The structural data are optionally provided for the planning, implementation or support of machining processes such as a laser cutting process or part separation. The procedure consists of the following steps:

Recording of the storage area with the material sheet placed on it with a shift lens or optionally a tilt-and-shift lens to generate a recording of the material sheet,
Output of image data of the recording to a control unit of the flatbed machine tool (for performing an image processing algorithm and / or for generating a control signal for a machining process to be performed and / or for generating a sorting signal for a worker and / or for outputting a monitor signal) and
Extraction of geometric structural data in the control unit from the image data of the recording and optionally generation of a control signal for a machining process and / or a sorting signal for a worker.

In einigen Ausführungsformen kann sich der Kamerasensor in einer Bildebene erstrecken, die parallel zu einer durch die Lagerungsfläche definierten Objektebene ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Kamera in einem Abstand zur Lagerungsfläche in einem Randbereich des Ablagebereichs angeordnet sein. Ferner kann die Aufnahme des Ablagebereichs den Ablagebereich verzeichnungsausgleichend, und insbesondere verzeichnungsfrei, darstellen.In some embodiments, the camera sensor can extend in an image plane that is parallel to an object plane defined by the support surface. Alternatively or additionally, the camera can be arranged at a distance from the storage area in an edge area of the storage area be. Furthermore, the inclusion of the storage area can represent the storage area in a way that compensates for distortion and in particular is free of distortion.

In einigen Ausführungsformen kann das Shift-Objektiv eine Objektivlinse umfassen, die in einer Objektivebene von einer Position auf Höhe einer optischen Achse des Kamerasensors in Richtung einer Lagerungsflächenmitte der Lagerungsfläche verschoben ist.In some embodiments, the shift objective can comprise an objective lens which is shifted in an objective plane from a position at the level of an optical axis of the camera sensor in the direction of a support surface center of the support surface.

In einigen Ausführungsformen kann das Shift-Objektiv ferner als Tilt-und-Shift-Objektiv-Anordnung ausgebildet sein, dessen Schärfeebene im Wesentlichen entlang der Lagerungsfläche verläuft. Optional kann der Ablagebereich mit einer entlang der Lagerungsfläche vergleichbaren Schärfe aufgenommen werden.In some embodiments, the shift lens can also be designed as a tilt-and-shift lens arrangement, the focal plane of which runs essentially along the support surface. Optionally, the storage area can be recorded with a sharpness that is comparable along the storage surface.

In einigen Ausführungsformen kann die Kamera derart angeordnet sein, dass ein Raum über der Lagerungsfläche als Zugangsraum zur Lagerungsfläche freigehalten ist. Optional kann die Kamera an einem Gehäuseabschnitt einer an die Lagerungsfläche angrenzenden Struktur, insbesondere an einer Halterung oder an einem Gehäusewandabschnitt, angeordnet sein.In some embodiments, the camera can be arranged in such a way that a space above the storage surface is kept free as an access space to the storage surface. Optionally, the camera can be arranged on a housing section of a structure adjoining the mounting surface, in particular on a holder or on a housing wall section.

In einigen Ausführungsformen kann das Objektiv eine Objektivlinse umfassen und eine Verschiebung der Objektivlinse von einer Position auf Höhe einer optischen Achse des Kamerasensors kann derart sein, dass eine durch eine perspektivisch bedingte Variation der Objektauflösung bedingte Verzeichnung kompensiert ist. Optional kann der Kamerasensor ein Pixel-basierter digitaler Detektor sein und ein Pixel-zu-Millimeter-Verhältnis kann im Bereich der Lagerungsfläche gleichmäßig sein (insbesondere im Bereich der Lagerungsfläche im Wesentlichen konstant sein).In some embodiments, the objective can comprise an objective lens and a displacement of the objective lens from a position at the level of an optical axis of the camera sensor can be such that a distortion caused by a perspective-related variation in the object resolution is compensated. Optionally, the camera sensor can be a pixel-based digital detector and a pixel-to-millimeter ratio can be uniform in the area of the storage area (in particular, it can be essentially constant in the area of the storage area).

In einigen Ausführungsformen kann die Lagerungseinheit als Palettenwechsler ausgebildet sein, wobei die Lagerungsfläche durch die Auflagefläche einer Palette des Palettenwechslers gebildet wird. Alternativ kann die Lagerungseinheit als Absortiertisch ausgebildet sein, wobei die Lagerungsfläche durch eine Auflagefläche des Absortiertischs und optional durch ein umlaufendes Förderband gebildet wird.In some embodiments, the storage unit can be designed as a pallet changer, the storage surface being formed by the support surface of a pallet of the pallet changer. Alternatively, the storage unit can be designed as a sorting table, the storage surface being formed by a support surface of the sorting table and optionally by a circulating conveyor belt.

In einigen Weiterbildungen kann die Flachbettwerkzeugmaschine ferner eine Steuerungseinheit umfassen, die Bilddaten der Aufnahmen der Kamera zur Erzeugung eines Steuerungssignals an die Werkzeugmaschineneinheit oder zur Erzeugung eines Absortiersignals an einen Werker verarbeitet. In einigen Ausführungsformen ist die Flachbettwerkzeugmaschine eine Laserflachbettmaschine zum Ausschneiden von Werkstücken aus einem tafelförmigen Material mit einem Laserstrahl.In some developments, the flatbed machine tool can furthermore comprise a control unit which processes image data of the recordings of the camera to generate a control signal to the machine tool unit or to generate a sorting signal to a worker. In some embodiments, the flat bed machine tool is a laser flat bed machine for cutting workpieces from a sheet material with a laser beam.

Ein Vorteil der hierin beschriebenen Konzepte liegt darin, dass sie für ein Absortierassistenzsystem (wie beispielsweise das Absortierassistenzsystem der eingangs genannten WO 2018/073419 A1 ) die Möglichkeit bieten, die Anzahl der für die Erfassung von Bilddaten benötigten Kameras zu reduzieren. Entsprechend kann die Funktion und der strukturelle Aufbau eines derartigen Absortierassistenzsystems vereinfacht werden, wodurch insbesondere auch Entwicklungskapazität, Produktpflege und Weiterentwicklung Vorteile erfahren können. Des Weiteren kann sich die Bildqualität verbessern, sodass sich bei der Werkstückentnahme die Detektionsgenauigkeit und -qualität erhöht. Ferner kann ein Zusammenführen mehrerer Kamerabilder entfallen, wenn eine einzige Kamera zusätzlich die Erfassung eines hinteren Palettenbereichs erlaubt. Entsprechend kommen weniger Hardware-Komponenten zum Einsatz, die im Betrieb ausfallen könnten.One advantage of the concepts described herein is that they are suitable for a sorting assistance system (such as, for example, the sorting assistance system of the type mentioned at the beginning WO 2018/073419 A1 ) offer the possibility of reducing the number of cameras required to acquire image data. Correspondingly, the function and the structural design of such a sorting assistance system can be simplified, whereby in particular development capacity, product maintenance and further development can experience advantages. Furthermore, the image quality can improve, so that the detection accuracy and quality increases when the workpiece is removed. Furthermore, a merging of several camera images can be omitted if a single camera additionally allows the detection of a rear pallet area. Accordingly, fewer hardware components are used that could fail during operation.

Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

1A eine schematische räumliche Darstellung eines Palettensystems, wobei die Palette mit einer Materialtafel beladen ist und zum Einfahren in eine Laserflachbettmaschine bereitsteht bzw. von dieser (geschnitten) ausgegeben wurde,
1B eine schematische räumliche Darstellung einer beispielhaften Entnahmestation einer Flachbettwerkzeugmaschine zur Verdeutlichung eines Absortiervorgangs von geschnittenen Werkstücken,
2A eine schematische Darstellung einer Sicht auf eine Palette der 1 mit zwei aufliegenden Materialtafeln,
2B eine schematische Darstellung einer im Wesentlichen verzerrungsfreien Aufnahme der Palette der 1 mit den aufliegenden Materialtafeln aus 2A und einer Schachbrettmuster-Platte zur Objektiv-Justage und
3A-3C Skizzen zur Verdeutlichung der Erzeugung einer verzerrungsfreien und optional im Fokus angepassten Aufnahme einer Palette mit einem Shift-Objektiv bzw. einem Tilt-und-Shift-Objektiv.

Concepts are disclosed herein that allow aspects from the prior art to be improved at least in part. In particular, further features and their usefulness emerge from the following description of embodiments with reference to the figures. From the figures show:

1A a schematic three-dimensional representation of a pallet system, the pallet being loaded with a sheet of material and being available for entry into a laser flatbed machine or being output (cut) from it,
1B a schematic three-dimensional representation of an exemplary removal station of a flatbed machine tool to illustrate a sorting process of cut workpieces,
2A a schematic representation of a view of a pallet of 1 with two material sheets on top,
2 B a schematic representation of a substantially distortion-free recording of the pallet of 1 with the material sheets on top 2A and a checkerboard pattern plate for lens adjustment and
3A-3C Sketches to illustrate the creation of a distortion-free and optionally focus-adjusted recording of a palette with a shift lens or a tilt-and-shift lens.

Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass eine Kamera bei Flachbettwerkzeugmaschinen platzbedingt oder bedingt durch die Befestigungsmöglichkeiten schräg auf eine Materialtafel oder eine Werkstückanordnung gerichtet sein kann. Bei konventionellen Objektiven sind die Ebenen eines Kamerasensors und der Materialtafel oder Werkstückanordnung in einem Winkel im Bereich von 30° bis 70° zueinander ausgerichtet. Zur Korrektur von perspektivischen Effekten in einer solchen Aufnahmesituation kann im Fall des Einsatzes einer Digitalkamera eine Verzeichniskorrektur durch digitale Nachbearbeitung erfolgen.Aspects described here are based in part on the knowledge that a camera in flatbed machine tools can be directed obliquely at a sheet of material or a workpiece arrangement due to space requirements or due to the fastening options. With conventional lenses, the planes of a camera sensor and the Material sheet or workpiece arrangement aligned to one another at an angle in the range of 30 ° to 70 °. To correct perspective effects in such a recording situation, if a digital camera is used, a directory correction can be carried out by digital post-processing.

Auch in den hierin beschriebenen Ausführungsformen eines Kamerasystems kann die Kamera wie in der eingangs genannten WO 2018/073419 A1 am Maschinengehäuse, insbesondere an einem Maschinenwandabschnitt, angebracht werden und bevorzugt den gesamten Bereich der Oberfläche eines Palettenwechslers erfassen. Dabei zeigt die Kamera des Kamerasystems (die Aufnahmerichtung, die der Kamera des Kamerasystems zugeordnet ist) schräg von oben auf den Palettenwechsler.In the embodiments of a camera system described herein, too, the camera can, as in the above-mentioned WO 2018/073419 A1 be attached to the machine housing, in particular to a machine wall section, and preferably cover the entire area of the surface of a pallet changer. The camera of the camera system (the recording direction assigned to the camera of the camera system) points diagonally from above onto the pallet changer.

Durch den hierin vorgeschlagenen Einsatz eines Shift-Objektivs ist der flächig ausgebildete Kamerasensor nicht schräg bezüglich der aufzunehmenden Ebene angeordnet, sondern kann sich zum Beispiel parallel zu dieser aufzunehmenden Ebene erstrecken. Zusammen mit z. B. einer versetzten Anordnung (shift) der Objektivlinse wird es möglich, die Palette mit den aufliegenden Materialplatten/Werkstücken möglichst verzeichnungsfrei zu erfassen.As a result of the use of a shift lens proposed here, the flat camera sensor is not arranged obliquely with respect to the plane to be recorded, but can, for example, extend parallel to this plane to be recorded. Together with z. B. an offset arrangement (shift) of the objective lens, it is possible to capture the pallet with the material plates / workpieces lying on it as free of distortion as possible.

Wie in der eingangs genannten WO 2018/073419 A1 beschrieben wird, können bei der Teilevereinzelung an einem Palettenwechsler von Laserflachbettmaschinen Kameras zum Einsatz kommen, um erzeugte Werkstücke (Schnittgut) optisch zu detektieren und dem Bediener nach einer Bildanalyse Informationen zu erfassten geometrischen Strukturdaten zum schnellen und einfacheren Absortieren anzuzeigen. Die Erfinder haben erkannt, dass eine derartige kamerabasierte Informationsgewinnung nicht auf einer direkt über der Beobachtungsebene angeordneten Kamera erfolgen sollte, da dieser Raum für den Beladevorgang der Palette mit Rohblechen genutzt werden kann. Bei einer seitlich, d. h. oberhalb z. B. des Rand der Palette, vorgesehenen Kameraposition, erfasst die Kamera die Palette aus einem Winkel schräg von oben. Die Erfinder haben nun erkannt, dass bei einer derartigen Positionierung einer konventionellen Kamera eine Detektionsgenauigkeit vorliegt, die im hinteren Bereich (d. h. im weiter von der Kamera entfernten Bereich) deutlich geringer ist als im vorderen Bereich. Zur Vermeidung einer derartigen Variation in der Detektionsgenauigkeit kann zwar ein konventionelles Kamerasystem mit einer sehr großen Auflösung eingesetzt werden, dies ist jedoch mit entsprechend hohen Kosten verbunden. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von mehreren konventionellen Kameras, deren Aufnahmebereiche verschiedene Bereiche der Palette abdecken, sodass zum Beispiel der perspektivische Effekt geringer ist. Auch dies ist mit entsprechend hohen Kosten verbundenAs mentioned in the introduction WO 2018/073419 A1 is described, cameras can be used to separate parts on a pallet changer of laser flatbed machines in order to optically detect workpieces (cut material) and, after image analysis, to display information on captured geometric structural data to the operator for quick and easier sorting. The inventors have recognized that such a camera-based information acquisition should not take place on a camera arranged directly above the observation plane, since this space can be used for the loading process of the pallet with raw sheets. With a laterally, ie above z. B. the edge of the pallet, provided camera position, the camera detects the pallet from an angle obliquely from above. The inventors have now recognized that with such a positioning of a conventional camera there is a detection accuracy that is significantly lower in the rear area (ie in the area further away from the camera) than in the front area. To avoid such a variation in the detection accuracy, a conventional camera system with a very high resolution can be used, but this is associated with correspondingly high costs. Another possibility is to use several conventional cameras, the recording areas of which cover different areas of the pallet, so that, for example, the perspective effect is less. This is also associated with correspondingly high costs

Die Erfinder haben nun erkannt, dass mithilfe des Einsatzes eines Shift-Objektivs die Problematik der Detektionsgenauigkeit auch optisch gelöst werden kann. Bei einem (reinen) Shift-Objektiv wird das Objektiv (im Allgemeinen die Linse des Objektivs) linear seitlich zum Sensor verschoben. Hierdurch kann erreicht werden, dass die perspektivische Verzeichnung der Palette kompensiert wird. Im Fall eines Pixel-basierten digitalen Detektors ergibt sich ein gleichmäßiges Pixel-zu-Millimeter-Verhältnis über die bevorzugte gesamte aufzunehmende Arbeitsfläche. Der Einsatz eines derartigen Shift-Objektivs erlaubt den Einsatz von deutlich günstigeren Kamerasensoren mit einer geringeren Pixel-Anzahl, d. h. weniger Megapixel.The inventors have now recognized that the problem of detection accuracy can also be solved optically with the aid of a shift lens. With a (pure) shift lens, the lens (generally the lens of the lens) is shifted linearly to the side of the sensor. In this way it can be achieved that the perspective distortion of the pallet is compensated. In the case of a pixel-based digital detector, there is a uniform pixel-to-millimeter ratio over the preferred entire work surface to be recorded. The use of such a shift lens allows the use of significantly cheaper camera sensors with a smaller number of pixels, i.e. H. fewer megapixels.

Die Erfinder haben ferner erkannt, dass es neben der Verzeichnungskorrektur möglich ist, die Schärfeebene an die aufzunehmende Geometrie anzupassen. Bevorzugt soll die Schärfeebene „auf dem Blech“ liegen. Dies kann beispielsweise mit einem Shift-und-Tilt-Objektiv-Ansatz erreicht werden, welches ein Verschieben (Shift der Bildebene) und ein Kippen des Objektivs (Tilt der Bild- und Objektivebenen) in einer Objektivkonfiguration zusammenfasst. Die Kipp-Funktionalität des Objektivs (bevorzugt unter Scheimpflugbedingung) dient dabei der Ausbildung einer zur Detektorebenen geneigten Schärfeebene. In einer solchen optischen Konfiguration der vollständig scharf abgebildeten Objektebene kann eine größere Blendeneinstellung verwendet werden. Durch das reduzierte Rauschen kann die Notwendigkeit einer hohen ISO-Empfindlichkeit des Detektors vermieden werden und es wird eine höhere Bildrate möglich.The inventors have also recognized that, in addition to the distortion correction, it is possible to adapt the sharpness plane to the geometry to be recorded. The focal plane should preferably lie “on the sheet”. This can be achieved, for example, with a shift-and-tilt lens approach, which combines shifting (shifting the image plane) and tilting the lens (tilting the image and lens planes) in one lens configuration. The tilting functionality of the lens (preferably under Scheimpflug conditions) serves to create a focal plane that is inclined to the detector planes. In such an optical configuration of the completely sharply imaged object plane, a larger aperture setting can be used. The reduced noise avoids the need for a high ISO sensitivity of the detector and a higher frame rate is possible.

Eine bessere Bildqualität kann ferner durch das entfallen der Notwendigkeit einer digitalen Transformation der Bildaufnahme bewirkt werden. So werden weniger Rechenzeit und CPU-Leistung benötigt. Die fehlende digitale Transformation erlaubt es, die bilderfassende Funktionalität weniger komplex umzusetzen.Better image quality can also be achieved by eliminating the need for digital transformation of the image recording. This means that less computing time and CPU performance are required. The lack of digital transformation makes it possible to implement the image-capturing functionality in a less complex manner.

Nachfolgend werden die Anwendungsbereiche von Tafelerfassungssystemen bei 2D-Flachbettwerkzeugmaschinen erläutert, zum einen am Beispiel eines Palettensystems ( 1A) und zum anderen am Beispiel einer Teile-Entnahmestation, hierin auch als Absortierarbeitsplatz bezeichnet (1B). Der sich ergebende Unterschied in der Bildaufnahme wird anschließend anhand der Figuren 2A und 2B erläutert. Die Figuren 3A bis 3C erläutern die optischen Konzepte in schematischen Querschnitten eines Shift-Objektivs und eines Tilt-und-Shift- Objektivs.In the following, the areas of application of board detection systems in 2D flatbed machine tools are explained, using the example of a pallet system ( 1A) and on the other hand using the example of a parts removal station, also referred to herein as a sorting workstation ( 1B) . The resulting difference in the image recording is then shown on the basis of the figures 2A and 2 B explained. The figures 3A to 3C explain the optical concepts in schematic cross-sections of a shift lens and a tilt-and-shift lens.

1A zeigt schematisch eine Laserflachbettmaschine 1 mit einer Tafelschneideinheit 3, die den Maschinenbereich darstellt, in dem ein Schneidvorgang durchgeführt wird. Im Rahmen des Schneidvorgangs können geometrische Strukturdaten gewonnen und verarbeitet werden, um den Fertigungsprozess mit der Laserflachbettmaschine 1 zu unterstützen. 1A shows schematically a laser flatbed machine 1 with a sheet cutting unit 3 , which represents the machine area in which a Cutting process is carried out. As part of the cutting process, geometric structural data can be obtained and processed in order to facilitate the manufacturing process with the laser flatbed machine 1 to support.

Man erkennt einen vorgelagerten Palettenwechsler 5, der es erlaubt, der Laserflachbettmaschine 1 eine Palette bereitzustellen und insbesondere den Betrieb der Laserflachbettmaschine 1 mit mehreren Paletten abwechselnd durchzuführen. Beispielsweise zeigt der Palettenwechsler 5 eine Palette 7 in einer Palettenposition 5A. Die Palette 7 stellt eine plane Lagerungsfläche zur Lagerung einer Materialtafel 9 bereit. Die Materialtafel 9 ist beispielsweise ein Flachmaterial wie ein Blech. Die Palette 7 bildet die Lagerungsfläche mit einer Mehrzahl von Auflagestegen 11. Beispielsweise umfasst sie einen z. B. rechteckigen Palettenrahmen mit parallelen kurzen und parallelen langen Seitenabschnitten. Wie in 1A schematisch gezeigt können die Auflagestege 11 am Palettenrahmen an den langen Seitenabschnitten befestigt werden und verlaufen entsprechend parallel zu den kurzen Seitenabschnitten. Die Auflagestege 11 bilden beispielsweise zackige Verläufe der oberen Kanten aus. Auf den so ausgebildeten Spitzen (Auflagepunkte) liegen die zu schneidende Materialtafel 9 sowie die geschnittenen Werkstücke auf. Die Auflagepunkte der Auflagestege 11 definieren die Ebene, in der sich die Lagerungsfläche erstreckt.You can see an upstream pallet changer 5 that allowed the laser flatbed machine 1 provide a pallet and in particular the operation of the laser flatbed machine 1 to be carried out alternately with several pallets. For example, the pallet changer shows 5 a pallet 7th in a pallet position 5A . The palette 7th provides a flat storage surface for storing a sheet of material 9 ready. The material board 9 is, for example, a flat material such as sheet metal. The palette 7th forms the storage surface with a plurality of support webs 11 . For example, it includes a z. B. rectangular pallet frame with parallel short and parallel long side sections. As in 1A The support webs can be shown schematically 11 are attached to the pallet frame on the long side sections and run parallel to the short side sections accordingly. The support bars 11 form, for example, jagged gradients of the upper edges. The sheet of material to be cut lies on the tips (support points) formed in this way 9 as well as the cut workpieces. The support points of the support bars 11 define the plane in which the storage area extends.

Die Materialtafel 9 kann mit der Palette 7 für einen Schneidvorgang in die Tafelschneideinheit 3 eingefahren werden. 1A zeigt eine Paletten-Einführrichtung 6 durch einen Pfeil an. Für den Schneidvorgang kann in der Tafelschneideinheit 3 ein Laserschneidkopf derart bewegt werden, dass ein aus dem Laserschneidkopf austretender Laserstrahl entlang einer gewünschten Schneidkontur geführt wird. Die Bewegung des Laserschneidkopfs wird von einer Steuerungseinheit 13 angesteuert. In der Steuerungseinheit 13 liegen die Schneidkonturen in Form eines digitalen Bearbeitungsplans vor. In diesem sind die Geometrien der zu schneidenden Werkstücke, d. h., insbesondere die zu schneidenden (Außen- und Innen-) Konturen der Werkstücke, in Form von Werkstück-Geometriedaten (z. B. Verläufe von Umfangslinien) in einem Schneidplan, insbesondere in Bezug zu einer vorgegebenen Soll-Lage einer Materialtafel, hinterlegt.The material board 9 can with the pallet 7th for a cutting process in the sheet cutting unit 3 be retracted. 1A shows a pallet insertion direction 6th by an arrow. The sheet cutting unit can be used for the cutting process 3 a laser cutting head can be moved in such a way that a laser beam emerging from the laser cutting head is guided along a desired cutting contour. The movement of the laser cutting head is controlled by a control unit 13th controlled. In the control unit 13th the cutting contours are available in the form of a digital machining plan. In this, the geometries of the workpieces to be cut, that is, in particular the (outer and inner) contours of the workpieces to be cut, are in the form of workpiece geometry data (e.g., circumferential lines) in a cutting plan, especially in relation to a specified target position of a material sheet.

Nach Abschluss des Schneidvorgangs wird die Palette 7 aus der Tafelschneideinheit 3 diesmal entgegen der Paletten-Einführrichtung 6 herausgefahren und einem Absortierer zum Absortieren des Schnittguts bereitgestellt. Das Schnittgut umfasst z. B. verschieden geformte Blechteile (hierin auch als Werkstücke bezeichnet). Üblicherweise liegen nach dem Schneidvorgang die geschnittenen Werkstücke als Schnittgut in der Form des ursprünglichen Flachmaterials auf der Palette 7 und sind (noch) als bearbeitete Materialtafel entsprechend plattenförmig zueinander angeordnet. Die Werkstücke sind von einem sogenannten Restgitter, d. h., dem Material der Tafel, das nicht für Werkstücke genutzt werden konnte, umgeben. Die Werkstücke können über Mikrojoints noch mit dem Restgitter verbunden sein, um z. B. ein Verkippen der Werkstücke beim Transport auf der Palette 7 zu verhindern.When the cutting process is complete, the pallet 7th from the sheet cutting unit 3 this time against the pallet insertion direction 6th moved out and provided to a sorter for sorting off the cut material. The clippings include z. B. differently shaped sheet metal parts (also referred to herein as workpieces). Usually, after the cutting process, the cut workpieces lie on the pallet as cut material in the form of the original flat material 7th and are (still) arranged as a machined sheet of material in a corresponding plate-like manner to one another. The workpieces are surrounded by a so-called scrap skeleton, ie the material of the panel that could not be used for workpieces. The workpieces can still be connected to the scrap skeleton via microjoints in order to e.g. B. tilting of the workpieces during transport on the pallet 7th to prevent.

Sowohl die Lage der Materialtafel 9 auf der Palette 7 als auch die Lagen der ausgeschnittenen Werkstücke im Bereich der Materialtafel 9 nach dem Schneidvorgang stellen geometrische Strukturdaten dar. Diese Strukturdaten umfassen insbesondere einen Verlauf von Umfangslinien der Materialtafel 9 und/oder der geschnittenen Werkstücke in Bezug zu einem Koordinatensystem der Palette 7 oder allgemein der Laserflachbettmaschine 1. Die Strukturdaten der Materialtafel 9 und die Strukturdaten der Werkstücke können zum einen zur Durchführung des Schneidvorgangs mit der Laserflachbettmaschine 1 als auch für die Weiterverarbeitung der geschnittenen Werkstücke ausgewertet und genutzt werden.Both the location of the material sheet 9 on the pallet 7th as well as the positions of the cut workpieces in the area of the material sheet 9 after the cutting process represent geometric structural data. These structural data include, in particular, a course of circumferential lines of the sheet of material 9 and / or the cut workpieces in relation to a coordinate system of the pallet 7th or the laser flatbed machine in general 1 . The structural data of the material sheet 9 and the structural data of the workpieces can be used on the one hand to carry out the cutting process with the laser flatbed machine 1 as well as for the further processing of the cut workpieces can be evaluated and used.

Zum Erfassen der Strukturdaten ist eine Kamera 15 an der Tafelschneideinheit 3 angebracht. Die Kamera 15 ist Teil eines Tafelerfassungssystems 17, das zusätzlich eine Lagerungseinheit (in 1A den Palettenwechsler 5) umfasst, wobei die Lagerungseinheit einen Ablagebereich ausbildet, der eine plane Lagerungsfläche zur Lagerung einer Materialtafel ausbildet. Das Tafelerfassungssystems 17 wird gemäß den hierin offenbarten Konzepten für die Gewinnung von möglichst verzeichnungsarmen geometrischen Strukturdaten eingesetzt. Dazu weist die Kamera 15 beispielsweise ein Shift-Objektiv oder ein Tilt-und-Shift-Objektiv auf.A camera is used to record the structural data 15th on the sheet cutting unit 3 appropriate. The camera 15th is part of a board detection system 17th , which also has a storage unit (in 1A the pallet changer 5 ), wherein the storage unit forms a storage area which forms a planar storage surface for storing a sheet of material. The board detection system 17th is used in accordance with the concepts disclosed herein for obtaining geometric structural data with as little distortion as possible. The camera instructs you to do this 15th for example a shift lens or a tilt-and-shift lens.

Wie in 1A gezeigt ist die Kamera 15 in einer zentralen Position bezüglich des Palettenwechslers 5 beispielhaft an einer Gehäusewand (einem Gehäuseabschnitt) der Tafelschneideinheit 3 angebracht, wobei die Tafel Schneideinheit 3 insbesondere eine an die Lagerungsfläche angrenzende Struktur ausbildet. Dadurch ist die Kamera 15 derart angeordnet, dass ein Raum über der Lagerungsfläche (d. h. der Belade- und/oder Entnahme-Raum oberhalb der Lagerungsfläche) als Zugangsraum zur Lagerungsfläche freigehalten ist. Die Kamera 15 ermöglicht eine bildgebende Erfassung der Lagerungsfläche der in der Palettenposition 5A befindlichen Palette 7 und erlaubt es so, eine Aufnahme des Ablagebereichs der Palette 7 zu erzeugen. Schematisch erkennt man an der Unterseite der Kamera 15 eine Objektivöffnung 15' (gestrichelt dargestellt). Die Kamera 15 ist mit der Steuerungseinheit 13 der Laserflachbettmaschine 1 verbunden und übermittelt dieser die Bilddaten der erzeugten Aufnahmen. In der Steuerungseinheit 13 kann eine Bildverarbeitung der Bilddaten hinsichtlich der Geometrie der Materialtafel 9 und/oder des Schnittguts durchgeführt werden. Insbesondere können in der Steuerungseinheit geometrische Strukturdaten aus den Bilddaten der Aufnahme extrahiert werden.As in 1A shown is the camera 15th in a central position with respect to the pallet changer 5 for example on a housing wall (a housing section) of the sheet cutting unit 3 attached, the panel cutting unit 3 in particular forms a structure adjoining the storage area. This is the camera 15th arranged in such a way that a space above the storage area (ie the loading and / or removal space above the storage area) is kept free as an access area to the storage area. The camera 15th enables imaging of the storage area in the pallet position 5A located pallet 7th and thus allows the storage area of the pallet to be picked up 7th to create. You can see it schematically on the underside of the camera 15th a lens opening 15 ' (shown in dashed lines). The camera 15th is with the control unit 13th the laser flatbed machine 1 connected and this transmits the image data of the recordings made. In the control unit 13th can image processing of the Image data relating to the geometry of the material sheet 9 and / or the clippings are carried out. In particular, geometric structural data can be extracted from the image data of the recording in the control unit.

Weitere Anwendungsorte für das hierin vorgestellte Konzept eines Tafelerfassungssystems sind Bearbeitungspositionen bei Metallflachbettmaschinen. So zeigt 1B eine Darstellung eines beispielhaften Absortierarbeitsplatzes eines Fertigungssystems 21. Das Fertigungssystem 21 umfasst eine Flachbettwerkzeugmaschine 23 zum Erzeugen von Werkstücken. Die Flachbettwerkzeugmaschine 23 kann ebenfalls als Laserflachbettmaschine oder alternativ zum Beispiel als Stanzmaschine ausgebildet sein.Further application locations for the concept of a board detection system presented here are processing positions in metal flat-bed machines. So shows 1B a representation of an exemplary sorting workstation of a manufacturing system 21 . The manufacturing system 21 includes a flat bed machine tool 23 for producing workpieces. The flatbed machine tool 23 can also be designed as a laser flatbed machine or alternatively, for example, as a punching machine.

Das Fertigungssystem 21 umfasst ferner eine Fördereinrichtung 25. Bei dem Fertigungssystem 21 wurde das Schnittgut maschinell oder manuell auf die Fördereinrichtung 25 umgelagert und mit dieser weiteren Bearbeitungsschritten (beispielsweise einer Teilevereinzelung) zugeführt. Beim Transport zum nächsten Bearbeitungsschritt behält das Schnittgut möglichst die plattenförmige Anordnung bei.The manufacturing system 21 further comprises a conveyor 25th . In the manufacturing system 21 the clippings were automatically or manually placed on the conveyor 25th relocated and fed with this further processing steps (for example a part separation). When transported to the next processing step, the cut material retains the plate-shaped arrangement as far as possible.

In 1B wird die Fördereinrichtung 25 schematisch als Förderbandsystem gezeigt. Es umfasst ein umlaufendes Förderband 25A, auf dem als Schnittgut geschnittene Werkstücke 27A, 27B, 27C in Restgittern 29 angedeutet sind. Die Werkstücke 27A, 27B, 27C liegen noch in einer plattenförmigen Anordnung vor und werden zu einer Absortierstelle 31 transportiert. Üblicherweise stellt eine Lichtschranke sicher, dass die Werkstücke 27A, 27B, 27C nicht über den Wendepunkt des umlaufenden Förderbands 25A geführt werden. Zusätzlich kann der Antrieb des Förderbands 25A von einem Werker 33 manuell über einen Schalter 35 angesteuert werden.In 1B becomes the conveyor 25th shown schematically as a conveyor belt system. It includes a circulating conveyor belt 25A on the workpieces cut as cut material 27A , 27B , 27C in scrap skeletons 29 are indicated. The work pieces 27A , 27B , 27C are still in a plate-shaped arrangement and become a sorting point 31 transported. Usually a light barrier ensures that the workpieces 27A , 27B , 27C not over the turning point of the circulating conveyor belt 25A be guided. In addition, the drive of the conveyor belt 25A by a worker 33 manually via a switch 35 can be controlled.

Die vorderen Werkstücke 27A der plattenförmigen Anordnung liegen in Reichweite des Werkers 33, sodass dieser an der Absortierstelle 31 Zugriff auf eine beschränkte Anzahl von Werkstücken, hier die Werkstücke 27A der ersten Reihe, hat. Der Werker 33 kann diese Werkstücke 27A greifen und Ablageorten A, B, C, D zusortieren, die beispielsweise auf einer Ablagefläche eines Transportwagens 37 vorgesehen sind und zu entsprechenden Aufträgen und/oder nachfolgenden Bearbeitungsschritten gehören. Entsprechend nimmt der Werker 33 die Werkstücke 27A vom Förderband 25A auf, entfernt eventuell Mikrojoints und ordnet die Werkstücke 27A den jeweiligen Aufträgen zu, indem er sie auf den Ablageorten A, B, C, D ablegt.The front workpieces 27A the plate-shaped arrangement are within reach of the worker 33 so that it is at the sorting point 31 Access to a limited number of workpieces, here the workpieces 27A the first row, has. The worker 33 can these workpieces 27A grab and sort storage locations A, B, C, D, for example on a storage area of a transport trolley 37 are provided and belong to the corresponding orders and / or subsequent processing steps. The worker takes accordingly 33 the workpieces 27A from the conveyor belt 25A , removes any microjoints and arranges the workpieces 27A to the respective orders by placing them on the storage locations A, B, C, D.

Gemäß den hierin offenbarten Konzepten kann der Absortiervorgang zur Erleichterung eines korrekten Absortierens durch Anzeigen von z. B. Werkstück-Darstellungen und Auftragsinformation auf z. B. einem Monitor 39 unterstützt werden. Beispielsweise können hierfür in der Steuerungseinheit 13 Werkstück-Darstellungen 41A und optional Auftragsinformation 41B digital abgelegt werden. Hierzu wird der Monitor 39 von der Steuerungseinheit 13 über eine Signalleitung Sm angesteuert. Beispielsweise ist in der Anordnung der 1B der Monitor 39 über dem Förderband 25A positioniert. Er erstreckt sich bevorzugt über die Breite des Förderbands 25A. Über die Signalleitung Sm können Absortiersignale, die aus den Bilddaten der Aufnahmen der Kamera in der Steuerungseinheit gewonnen wurden, an den Werker 33 ausgegeben werden, die am Monitor dargestellt werden. Alternative Absortiersignale können z. B. akustisch ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich können Steuerungssignals Sw für einen Bearbeitungsprozess an die Werkzeugmaschineneinheit abgegeben werden, beispielsweise zur Ausrichtung der Schneidkonturen des Bearbeitungsplans an die erfasste Lage der Materialtafel 9.According to the concepts disclosed herein, the sorting process can be used to facilitate correct sorting by displaying e.g. B. workpiece representations and order information on z. B. a monitor 39 get supported. For example, this can be done in the control unit 13th Workpiece representations 41A and optionally order information 41B can be stored digitally. For this purpose the monitor 39 from the control unit 13th controlled via a signal line Sm. For example, in the arrangement of the 1B the display 39 above the conveyor belt 25A positioned. It preferably extends across the width of the conveyor belt 25A . Sorting signals, which were obtained from the image data of the recordings of the camera in the control unit, can be sent to the worker via the signal line Sm 33 that are displayed on the monitor. Alternative sorting signals can e.g. B. be output acoustically. As an alternative or in addition, control signals Sw for a machining process can be output to the machine tool unit, for example for aligning the cutting contours of the machining plan with the recorded position of the material sheet 9 .

Um dem Werker 33 entsprechende Informationen anzeigen zu können, ist es notwendig, dass in der Steuerungseinheit 13 Information über die dem Werker 33 gerade zugeführten Werkstücke korrekt ausgegeben werden kann. Hierzu kann eine Kamera 15 oberhalb des umlaufenden Förderbands 25A vorgesehen werden, um die Anordnung von ausgegebenen Werkstücken digital zu erfassen. Die Kamera 15 umfasst beispielsweise ein Shift-Objektiv oder ein Tilt-und-Shift-Objektiv.To the worker 33 To be able to display the corresponding information, it is necessary that in the control unit 13th Information about the worker 33 workpieces that have just been fed in can be output correctly. A camera can do this 15th above the rotating conveyor belt 25A can be provided in order to digitally record the arrangement of output workpieces. The camera 15th includes, for example, a shift lens or a tilt-and-shift lens.

In 1B ist angedeutet, dass die Kamera 15 an die Steuerungseinheit 13 Bildinformationen über eine Signalleitung Sk ausgibt, die von der Steuerungseinheit 13 mit Bildverarbeitungsalgorithmen ausgewertet werden kann. In 1B ist auf dem Monitor 39 schematisch die vorderste Reihe von Werkstücken 27A in Form von in der Steuerungseinheit 13 abgelegten Werkstück-Bilddaten (Werkstück-Darstellungen 41A) angezeigt. Zusätzlich zu den dargestellten Werkstück-Bilddaten der Werkstücke 27A können zu den jeweiligen Werkstücken gehörende Auftragsinformationen 41B z. B. oberhalb einer jeden der Werkstück-Darstellungen gezeigt werden.In 1B is indicated that the camera 15th to the control unit 13th Outputs image information via a signal line Sk, which is sent by the control unit 13th can be evaluated with image processing algorithms. In 1B is on the monitor 39 schematically the front row of workpieces 27A in the form of in the control unit 13th stored workpiece image data (workpiece representations 41A) displayed. In addition to the displayed workpiece image data of the workpieces 27A can order information belonging to the respective workpieces 41B z. B. be shown above each of the workpiece representations.

2A zeigt eine Ansicht 43 auf eine Lagerungsfläche einer Palette 7' eines Palettenwechslers 5' unter einem Blickwinkel schräg von oben, wie er z. B. für die Kamera 15 der 1A hinsichtlich der Aufnahmerichtung auf den Palettenwechsler 5 vorliegt. Im Ablagebereich der Palette 7' wurden zwei Materialtafeln 9A, 9B abgelegt. 1A verdeutlicht die Perspektive der Ansicht anhand zusammenlaufender Umfangslinien der Materialtafeln 9A, 9B sowie der Palette 7', auf der die Materialtafeln 9A, 9B liegen. Ebenso laufen die an sich parallelen langen Seitenabschnitte des Palettenrahmens aufeinander zu. Eine Kamera mit einem konventionellen Objektiv würde eine Aufnahme mit entsprechenden, perspektivisch verzeichneten Formen erzeugen, indem das konventionelle Objektiv die Formen der Materialtafeln gemäß 1A auf den Kamerasensor abbildet. Für ein verzeichnungsreduziertes Bild müssen Bildverarbeitungsalgorithmen dann die perspektivischen Verzerrungen aus den Bilddaten herausrechnen oder anhand von entsprechender Skalierung/Eichung bei der weiteren Bildverarbeitung berücksichtigen. 2A shows a view 43 on a storage surface of a pallet 7 ' a pallet changer 5 ' at an angle from above, as he z. B. for the camera 15th the 1A with regard to the receiving direction on the pallet changer 5 is present. In the storage area of the pallet 7 ' became two material boards 9A , 9B filed. 1A clarifies the perspective of the view by means of converging circumferential lines of the material sheets 9A , 9B as well as the pallet 7 ' , on which the material boards 9A , 9B lie. Likewise, the long side sections of the pallet frame, which are parallel per se, run towards one another. A camera with a conventional lens would produce a recording with corresponding, perspective-drawn shapes by using the conventional lens to shape the material sheets according to 1A maps onto the camera sensor. For an image with reduced distortion, image processing algorithms then have to calculate the perspective distortions from the image data or take them into account in further image processing on the basis of corresponding scaling / calibration.

2B zeigt eine Kamera-Aufnahme 45 der in 2A dargestellten Lagerungsfläche, wie sie erfindungsgemäß beispielsweise mit einem Shift-Objektiv oder einem Tilt-und-Shift-Objektiv erzeugt werden kann. Dabei sind das Shift-Objektiv oder das Tilt-und-Shift-Objektiv derart eingestellt, dass sich eine verzeichnungsausgleichende Abbildung der Auflagefläche auf dem Kamerasensor ergibt, sodass die wahren Formen (rechteckige Form) der Materialtafeln 9A, 9B und der Palette 7' in der Aufnahme 45 zu erkennen sind. Überdies kann eine Schärfe der Abbildung mit einem Tilt-Shift-Objektiv gleichmäßig entlang der Lagerungsfläche eingestellt werden. 2 B shows a camera recording 45 the in 2A shown storage surface, as it can be produced according to the invention, for example, with a shift lens or a tilt-and-shift lens. The shift lens or the tilt-and-shift lens are set in such a way that a distortion-compensating image of the support surface on the camera sensor results, so that the true shapes (rectangular shape) of the material sheets 9A , 9B and the pallet 7 ' in the recording 45 can be recognized. In addition, the sharpness of the image can be adjusted uniformly along the support surface with a tilt-shift lens.

Es ist offensichtlich, dass die in 2B gezeigte Aufnahme 45 die Bildverarbeitung vereinfacht, sodass leichter geometrische Strukturdaten von Materialtafeln und/oder von Schnittgut gewonnen werden können.It is obvious that the in 2 B Shown recording 45 the image processing is simplified so that geometrical structural data of material sheets and / or of cut material can be obtained more easily.

Die verzeichnungsausgleichende Abbildung mit einem Shift-Objektiv oder einem Tilt-und-Shift-Objektiv ist bevorzugt verzeichnungsfrei; d. h., die Geometrie einer abgebildeten Materialplatte oder eines plattenförmigen Werkstücks in der Ebene des Kamerasensors entspricht der realen Geometrie in der Lagerungsfläche.The distortion-compensating imaging with a shift lens or a tilt-and-shift lens is preferably distortion-free; d. This means that the geometry of an imaged material plate or a plate-shaped workpiece in the plane of the camera sensor corresponds to the real geometry in the storage area.

In 2B erkennt man zusätzlich zu den die Materialtafeln 9A, 9B wiedergebenden Rechtecken ein verzeichnungsfrei abgebildetes Schachbrettmuster 46, wie es beispielsweise zur Kalibrierung einer Kamera mit einem Shift-Objektiv oder einem Tilt-und-Shift-Objektiv eingesetzt werden kann. Das Schachbrettmuster 46 zeigt wieder das gleichmäßige Pixel-zu-Millimeter-Verhältnis im Bereich der abgebildeten Lagerungsfläche.In 2 B can be seen in addition to the material tables 9A , 9B reproducing rectangles a distortion-free mapped checkerboard pattern 46 how it can be used, for example, to calibrate a camera with a shift lens or a tilt-and-shift lens. The checkerboard pattern 46 shows again the even pixel-to-millimeter ratio in the area of the depicted storage area.

Im Rahmen dieser Offenbarung bezieht sich verzeichnungsausgleichend und verzeichnungsfrei insbesondere auf den Vergleich mit einer perspektivisch bedingten Verzeichnung einer Aufnahme mit einem konventionellen Kameraobjektiv. Derartige (perspektivische) Verzeichnungen sind insbesondere durch den zunehmenden Abstand von Objekten/abgebildeten Bereichen von der Kamera bedingt.In the context of this disclosure, distortion-compensating and distortion-free refers in particular to the comparison with a perspective-related distortion of a recording with a conventional camera lens. Such (perspective) distortions are caused in particular by the increasing distance between objects / imaged areas from the camera.

Der variierende Abstand beeinflusst ferner die Schärfe von Aufnahmen mit konventionellen Objektiven. Zwar kann über die Blendeneinstellung zumindest teilweise eine vergleichbare Tiefenschärfe bewirkt werden, jedoch ist der Umfang der Tiefenschärfe insbesondere in den geometrischen Anordnungen einer bezüglich einer Palette am Rand angeordneten Kamera nicht ausreichend. Im Unterschied hierzu ermöglichen ein Shift-Objektiv und besonders ein Tilt-und-Shift-Objektiv, dass der Ablagebereich mit einer entlang der Lagerungsfläche vergleichbaren Schärfe aufgenommen wird.The varying distance also influences the sharpness of pictures taken with conventional lenses. Although a comparable depth of focus can at least partially be achieved via the aperture setting, the scope of the depth of focus is not sufficient, especially in the geometrical arrangements of a camera arranged on the edge with respect to a pallet. In contrast to this, a shift lens and, in particular, a tilt-and-shift lens enable the storage area to be recorded with a sharpness that is comparable along the support surface.

Die 3A und 3B verdeutlichen schematisch Konfigurationen von Tafelerfassungssystemen 45A, 45B, deren Kamerasysteme 47, 49 mit einer Shift-Objektiv-Anordnung (3A) bzw. einer Tilt-und-Shift-Objektiv-Anordnung (3B) eine Lagerungsfläche 51 erfassen. Auf der Lagerungsfläche 51 liegen während des Betriebs einer Flachbettwerkzeugmaschine, bei der die Tafelerfassungssysteme eingesetzt werden, im Wesentlichen zweidimensionale Materialtafeln zur Bearbeitung oder bearbeitete (plattenförmige) Objekte. Die Objektiv-Anordnungen bilden die Lagerungsfläche 51 jeweils auf einen Kamerasensor 53 ab, der eine entsprechende digitale Aufnahme (siehe 3C) des erfassten Ablagebereichs der Lagerungsfläche 51 erzeugt.The 3A and 3B illustrate schematically configurations of board detection systems 45A , 45B , their camera systems 47 , 49 with a shift lens arrangement ( 3A) or a tilt-and-shift lens arrangement ( 3B) a storage area 51 capture. On the storage area 51 During the operation of a flat bed machine tool in which the sheet detection systems are used, essentially two-dimensional sheets of material for machining or machined (plate-shaped) objects lie. The lens arrangements form the storage area 51 each to a camera sensor 53 from which a corresponding digital recording (see 3C ) of the recorded storage area of the storage area 51 generated.

Aus der digitalen Aufnahme können dann geometrische Strukturdaten gewonnen werden, beispielsweise der Verlauf einer Umfangslinie einer Materialtafel oder eines Werkstücks in der Lagerungsfläche. Die Umfangslinie kann z. B. aus einem Konturverlauf um einen Bereich einheitlicher Bildinformation abgeleitet werden, wenn ein abgebildetes plattenförmiges Material durch eine gleichmäßige Oberfläche gekennzeichnet ist.Geometric structural data can then be obtained from the digital recording, for example the course of a circumferential line of a sheet of material or of a workpiece in the storage area. The circumference can, for. B. can be derived from a contour course around an area of uniform image information if an imaged plate-shaped material is characterized by a uniform surface.

Die in den 3A und 3B dargestellten schematischen Schnittdarstellungen durch die Kamerasysteme 47, 49 zeigen jeweils den Kamerasensor 53, der eine Bildebene 53A definiert, und eine Linse 55, die stellvertretend für ein schematisiertes Objektiv steht und zwischen dem Kamerasensor 53 und der Objektivöffnung 15' angeordnet ist. Der Linse 55 ist eine Objektivebene 55A zugeordnet. Die Lagerungsfläche 51 stellt eine Objektebene 51A dar. In den Schnittdarstellungen der 3A und 3B erkennt man jeweils die Lagen und Ausrichtungen von Objektebene 51A, Bildebene 53A und Objektivebene 55A.The ones in the 3A and 3B shown schematic sectional views through the camera systems 47 , 49 each show the camera sensor 53 that is a picture plane 53A defined, and a lens 55 , which is representative of a schematic lens and between the camera sensor 53 and the lens opening 15 ' is arranged. The lens 55 is an objective plane 55A assigned. The storage area 51 represents an object level 51A . In the sectional views of 3A and 3B you can see the positions and orientations of the object level 51A , Image plane 53A and lens plane 55A .

Zur Verdeutlichung des optischen Effekts der Objektiv-Anordnungen zeigt 3C eine im Wesentlichen verzeichnungsfreie Aufnahme 57 eines Ablagebereichs 51A die Aufnahme 57 zeigt mehrere plattenförmige und aus einer Materialtafel geschnittene Werkstücke 59A, 59B. Die Aufnahme 57 kann mit den Tafelerfassungssystemen 45A, 45B erzeugt werden, wobei die Bildschärfe entlang der Paletten-Einführrichtung 6 variieren kann. Dies wird durch die gestrichelt dargestellten Umfangslinien der Werkstücke 59B verdeutlicht, die beispielsweise bei einer reinen Shift-Objektiv-Anordnung (3A) nicht so scharf abgebildet werden, wie die Werkstücke 59A.To clarify the optical effect of the lens arrangements shows 3C an essentially distortion-free recording 57 a storage area 51A the recording 57 shows several plate-shaped workpieces cut from a sheet of material 59A , 59B . The recording 57 can with the board detection systems 45A , 45B with the image sharpness along the pallet insertion direction 6th can vary. This is indicated by the dashed circumferences of the Work pieces 59B clarifies which, for example, with a pure shift lens arrangement ( 3A) are not as sharp as the workpieces 59A .

Zur Erläuterung einer Shift-Objektiv-Anordnung bei einer Flachbettwerkzeugmaschine zum Schneiden von Blechteilen zeigt 3A schematisch einen Schnitt entlang der Paletten-Einführrichtung 6 eines Palettensystems der Flachbettwerkzeugmaschine (siehe 1A). Wie in 1A ist das Kamerasystem 47 oberhalb der Lagerungsfläche 51 an der Tafelschneideinheit 3 angebracht. Insbesondere ist das Kamerasystem 47 in einem Abstand zu Lagerungsfläche und zwar oberhalb eines Randbereichs des Ablagebereichs der Lagerungsfläche 51 angeordnet ist.To explain a shift lens arrangement in a flat bed machine tool for cutting sheet metal parts, FIG 3A schematically a section along the pallet insertion direction 6th a pallet system of the flat bed machine tool (see 1A) . As in 1A is the camera system 47 above the storage area 51 on the sheet cutting unit 3 appropriate. In particular, the camera system is 47 at a distance from the storage surface, namely above an edge area of the storage area of the storage surface 51 is arranged.

Die Objektiv-Anordnung ist derart ausgelegt, dass die gesamte Lagerungsfläche 51, zumindest aber der Ablagebereich auf einer Palette, auf dem Kamerasensor 53 abgebildet werden kann (Abbildungslinien 60). Dabei erstreckt sich der Kamerasensor 53 in einer Ebene und definiert so die Bildebene 53A. Die Bildebene 53A erstreckt sich parallel zur Objektebene 51A und zur Objektivebene 55A.The lens arrangement is designed in such a way that the entire storage area 51 , but at least the storage area on a pallet, on the camera sensor 53 can be mapped (mapping lines 60 ). The camera sensor extends 53 in one plane and thus defines the image plane 53A . The image plane 53A extends parallel to the object plane 51A and to the lens plane 55A .

3A zeigt weiter eine orthogonal zur Bildebene 53A und durch die Mitte des Kamerasensors 53 verlaufende optische Achse 63, eine orthogonal zur Linsenebene 55A und durch die Mitte der Linse 55 verlaufende optische Achse 65 und eine orthogonal zur Objektebene 51A und durch einen Mittelpunkt 61A der Lagerungsfläche 51 verlaufende optische Achse 61. 3A also shows an orthogonal to the image plane 53A and through the center of the camera sensor 53 running optical axis 63 , one orthogonal to the lens plane 55A and through the center of the lens 55 running optical axis 65 and one orthogonal to the object plane 51A and through a center point 61A the storage area 51 running optical axis 61 .

Bei einer konventionellen Kamera fallen die optische Achse 63 und die optische Achse 65 zusammen und sind üblicherweise auf den Mittelpunkt 61A der Lagerungsfläche 51 (allgemein auf den gewünschten Bildmittelpunkt) ausgerichtet.In a conventional camera, the optical axis will fall 63 and the optical axis 65 together and are usually focused on the center 61A the storage area 51 (generally aligned with the desired center of the image).

In der Shift-Objektiv-Anordnung der 3A sind nun die optische Achse 63 und die optische Achse 65 entlang der Paletten-Einführrichtung 6 verschoben. D. h., die Objektivlinse 55 ist in der Objektivebene 55A von einer Position auf Höhe der optischen Achse 63 des Kamerasensors 53 in Richtung der Lagerungsflächenmitte (Mittelpunkt 61A der Lagerungsfläche 51) der Lagerungsfläche verschoben ist. Diese Verschiebung (Shift S) kann derart eingestellt werden, dass die durch die Perspektive ohne Shift hervorgerufenen stürzenden (in der Ferne aufeinander zulaufenden) Linien entzerrt (parallelisiert) werden. Ein Ausgleich der perspektivischen Verzeichnung/Verzerrung kann somit durch Einstellung des Shifts bewirkt werden. So kann trotz der bzgl. des Mittelpunkts 61A versetzten Anordnung des Kamerasystems 47 (der durch die Objektivöffnung 15' verlaufenden optischen Achse 65) eine verzeichnungsausgleichende Abbildung der Lagerungsfläche 51 auf den Kamerasensor umgesetzt werden und der Raum oberhalb der Lagerungsfläche 51 frei von optischen Komponenten gehalten werden.In the shift lens arrangement of the 3A are now the optical axis 63 and the optical axis 65 along the pallet insertion direction 6th postponed. That is, the objective lens 55 is in the lens plane 55A from a position at the level of the optical axis 63 of the camera sensor 53 in the direction of the middle of the storage surface (center 61A the storage area 51 ) the storage area is shifted. This shift (Shift S) can be set in such a way that the falling lines (converging in the distance) caused by the perspective without shift are rectified (parallelized). The perspective distortion / distortion can thus be compensated for by setting the shift. So can in spite of the center 61A staggered arrangement of the camera system 47 (the one through the lens opening 15 ' running optical axis 65 ) a distortion-compensating image of the storage area 51 be implemented on the camera sensor and the space above the storage area 51 must be kept free of optical components.

3B zeigt schematisch den Schnitt durch eine Tilt-und-Shift-Objektiv-Anordnung. Die Ebene des Kamerasensors 53 verläuft unter einem Winkel α zur Lagerungsfläche 51, sodass die Bildebene 53A zur Objektebene 51A gekippt ist. (Beispielhaft ist ein Winkel α von 90° gezeigt.) Ferner ist die Linse 55 unter einem Winkel β zur Ebene des Kamerasensors 53 gekippt. Bevorzugt erfüllen die Objektebene 51A, die Bildebene 53A und die Objektivebene 55A die Scheimpflug-Bedingung und schneiden sich in einer gemeinsamen Geraden G, die sich in 3C senkrecht zur Zeichenebene erstreckt. Ist dies der Fall, können die Winkel α und β so gewählt werden, dass neben der verzeichnungsfreien Abbildung zusätzlich eine gleichmäßige Schärfe entlang der Lagerungsfläche 51 in der erzeugten Aufnahme gegeben ist. D. h., die Objektebene 51A wird durchgehend scharf (mit einer vergleichbaren Schärfe) auf die Bildebene 53A abgebildet, da die Schärfeebene der Tilt-und-Shift-Objektiv-Anordnung im Wesentlichen entlang der Lagerungsfläche (51) verläuft. 3B shows schematically the section through a tilt-and-shift lens arrangement. The plane of the camera sensor 53 runs at an angle α to the storage surface 51 so that the image plane 53A to the object level 51A tipped. (An angle α of 90 ° is shown as an example.) The lens is also 55 at an angle β to the plane of the camera sensor 53 tilted. Preferably meet the object level 51A , the image plane 53A and the lens plane 55A the Scheimpflug condition and intersect in a common straight line G, which turns into 3C extends perpendicular to the plane of the drawing. If this is the case, the angles α and β can be selected in such a way that, in addition to the distortion-free image, there is also an even sharpness along the bearing surface 51 is given in the recording created. That is, the object level 51A becomes consistently sharp (with a comparable sharpness) on the image plane 53A shown, since the plane of focus of the tilt-and-shift lens arrangement is essentially along the bearing surface ( 51 ) runs.

Alternativ zur Befestigung der Kamera an einem Gehäuseabschnitt der Tafelschneideinheit kann beispielsweise für einen (zum Beispiel freistehenden oder auf einem Förderbandbasierenden) Absortiertisch eine eigene Halterung für die Kamera vorgesehen sein. Der Absortiertisch kann beispielsweise ähnlich dem Palettenwechsler als Ablage für eine Palette ausgebildet sein.As an alternative to fastening the camera to a housing section of the sheet cutting unit, a separate holder for the camera can be provided, for example for a sorting table (for example free-standing or based on a conveyor belt). The sorting table can, for example, similar to the pallet changer, be designed as a shelf for a pallet.

Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.It is explicitly emphasized that all features disclosed in the description and / or the claims are viewed as separate and independent of one another for the purpose of the original disclosure as well as for the purpose of restricting the claimed invention, regardless of the combinations of features in the embodiments and / or the claims should. It is explicitly stated that all range specifications or specifications of groups of units disclose every possible intermediate value or subgroup of units for the purpose of the original disclosure as well as for the purpose of restricting the claimed invention, in particular also as a limit of a range specification.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

WO 2018/073419 A1 [0002, 0015, 0018, 0020]

Claims

Board detection system (17, 45A, 45B) for a flat-bed machine tool (1), which is designed in particular for cutting sheet metal parts, the board detection system (17, 45A, 45B) being designed to detect geometric structural data of a machined or to be machined sheet of material (9) , With: a storage unit with a storage area (51A) which forms a flat storage surface (51) for storing a sheet of material (9), in particular with cut workpieces (59A, 59B), and a camera (15) with an objective and a camera sensor (53) for generating a recording (57) of the storage area (51A), the objective being designed as a shift lens arrangement which is set for recording the storage area (51A).

Board detection system (17, 45A, 45B) according to Claim 1 wherein the camera sensor (53) extends in an image plane (53A) which is parallel to an object plane (51A) defined by the bearing surface (51), and / or wherein the camera (15) is at a distance from the bearing surface (51) is arranged in an edge region of the storage area (51A) and / or wherein the receptacle (57) of the storage area (51A) represents the storage area (51A) in a distortion-compensating manner, and in particular without distortion.

Board detection system (17, 45A, 45B) according to Claim 1 or 2 wherein the shift objective comprises an objective lens (55) which is shifted in an objective plane (55A) from a position at the level of an optical axis (63) of the camera sensor (53) in the direction of a support surface center (61A) of the support surface (51) .

Board detection system (17, 45A, 45B) according to one of the preceding claims, wherein the shift lens is also designed as a tilt-and-shift lens arrangement, the focal plane of which runs essentially along the storage surface (51), and optionally the storage area (51A) is recorded with a sharpness that is comparable along the support surface (51).

Board detection system (17, 45A, 45B) according to one of the preceding claims, wherein the camera (15) is arranged in such a way that a space above the storage surface (51) is kept free as an access space to the storage surface (51), and wherein the camera (15) is optionally arranged on a housing section of a structure adjoining the bearing surface (51), in particular on a holder or on a housing wall section.

Board detection system (17, 45A, 45B) according to one of the preceding claims, wherein the objective comprises an objective lens (55) and a displacement (S) of the objective lens (55) from a position at the level of an optical axis (63) of the camera sensor (53) is such that a distortion caused by a perspective variation in the object resolution is compensated, and the camera sensor (53) is optionally a pixel-based digital detector and a pixel-to-millimeter ratio in the area of the support surface (51) is uniform .

The board detection system (17, 45A, 45B) of any preceding claim, wherein the storage unit (51) is designed as a pallet changer (5) and the storage surface (51) is formed by the support surface of a pallet (7) of the pallet changer (5), or wherein the storage unit (51) is designed as a sorting table and the storage surface (51) is formed by a support surface of the sorting table and optionally by a circulating conveyor belt (25A).

Flat bed machine tool (1) with: a board detection system (17, 45A, 45B) according to one of the preceding claims, which comprises a storage unit with a storage area (51A) and a camera (15), and a machine tool unit (3) with a housing wall section, wherein the machine tool unit (3) is arranged with the housing wall section at a section of an edge region of the storage region (51A), and the camera (15) is arranged on the housing wall section in such a way that a loading and / or removal space is kept free above the storage surface (51) as an access space to the storage surface (51).

Flat bed machine tool (1) according to Claim 8 , also with a control unit (13) that processes image data from the recordings of the camera (15) to generate a control signal (Sw) to the machine tool unit (3) or to generate a sorting signal to a worker (33), and / or the flatbed machine tool (1) is a laser flat bed machine for cutting out workpieces (59A, 59B) from a sheet material (9) with a laser beam.

Method for providing geometric structural data of a material sheet (9) to be machined or machined with a flatbed machine tool (1), which sheet is deposited on a storage area (51A) of a storage unit (51), the structural data optionally for the planning, implementation or support of machining processes such as a laser cutting process or a separation of parts are provided, with the following steps: taking a recording (57) of the storage area (51A) with the material sheet (9) to be processed or processed placed thereon with a shift lens or a tilt-and-shift lens for generating a recording (57) of the sheet of material (9) to be processed or processed, outputting image data of the recording (57) to a control unit (13) of the flatbed machine tool (1) and extracting geometric structural data in the control unit (13) from the image data the recording (57) and optionally generating a control signal (Sw) for a machining process and / or a sorting signal (Sm) for a worker (33).