DE10164944B4 - Apparatus and method for correcting the movement of gripping and machining tools - Google Patents
Apparatus and method for correcting the movement of gripping and machining tools Download PDFInfo
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Abstract
Verfahren zur dreidimensionalen Korrektur der Relativbewegung mit mehreren Freiheitsgraden zwischen Werkstücken einerseits, und Greifer oder Werkzeugen andererseits, mit einer Bildaufnahmeeinrichtung aus einer oder mehreren Kameras, wobei die Bildaufnahmeeinrichtung und/oder das Werkstück reproduzierbar beweglich ist – mit einem Einrichtbetrieb mit folgenden Schritten a) Abbilden von einem oder mehreren Bereichen des Werkstücks, über je mindestens einen den Bereichen zugeordneten Abbildungsstrahlengang, wobei die Lage der Merkmale im jeweiligen Bereich des Werkstücks nicht bekannt ist, b) Anordnen eines Werkstücks in einer systematisch gewählten oder zufälligen Standardlage, c) Anordnen der Bildaufnahmeeinrichtung in einer Ausgangslage, d) Aufnehmen mindestens eines Bildes über jeden Abbildungsstrahlengang, e) Speichern der Bilder aus Schritt d) und/oder davon abgeleiteter Daten, und f) Anordnen der Bildaufnahmeeinrichtung bzw. des Werkstücks in Relativlagen zur Ausgangslage bzw. Standardlage, wobei jeder Freiheitsgrad mindestens einmal gegenüber der Ausgangslage bzw. Standardlage variiert wird, wobei für jede Relativlage: – die Relativlage...Method for three-dimensional correction of the relative movement with several degrees of freedom between workpieces on the one hand, and grippers or tools on the other hand, with an image pickup device of one or more cameras, wherein the image pickup device and / or the workpiece is reproducibly movable - with a Einrichtbetrieb with the following steps a) b) arranging a workpiece in a systematically selected or random standard position, c) arranging the image recording device in one or more regions of the workpiece, via at least one imaging beam path associated with the regions Starting position, d) recording at least one image via each imaging beam path, e) storing the images from step d) and / or data derived therefrom, and f) arranging the image recording device or the workpiece in relative positions to the starting position e or standard position, wherein each degree of freedom is varied at least once compared to the starting position or standard position, wherein for each relative position: - the relative position ...
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Korrektur der Bewegung von Greif- oder Bearbeitungswerkzeugen relativ zu Gegenstaenden in unbekannter oder ungenauer Lage, insbesondere mittels Robotern.The invention relates to a device and a method for correcting the movement of gripping or machining tools relative to articles in an unknown or inaccurate position, in particular by means of robots.
Wenn die Gegenstaende in fester Position und Orientierung praesentiert werden, kann das Greifen oder Bearbeiten mittels Roboter ohne Modifikation einer einmal einprogrammierten Bewegung geschehen. Ist die Lage der Gegenstaende unsicher, z. B. aufgrund von Unsicherheiten der Teileaufnahme, so muss fuer das Greifen oder Bearbeiten die Bewegung des Greif- bzw. Bearbeitungswerkzeugs und damit die des Roboters korrigiert werden.When the items are presented in fixed position and orientation, robotic gripping or manipulation can be done without modification of a once programmed movement. Is the location of the items uncertain, z. B. due to uncertainties of parts recording, it must be corrected for gripping or editing the movement of the gripping or machining tool and thus the robot.
Beispiele fuer das Greifen sind die Entnahme aus Formfolien, Regalen oder Gitterboxen. Beispiele fuer das Bearbeiten sind das Schleifen oder der Klebemittelauftrag; zur Bearbeitung sind ebenso zu zaehlen das Montieren und das Fuegen, wie beispielsweise das Montieren von Anbauteilen wie Scheiben oder Raedern an Automobil-Karossen oder das Einsetzen oder Anschweissen von Bolzen.Examples of gripping are removal from molded films, shelves or wire mesh boxes. Examples of the processing are grinding or adhesive application; for machining are also to count the mounting and joining, such as the mounting of attachments such as washers or wheels on automobile bodies or the insertion or welding of bolts.
Zum besseren Verstaendnis der Erfindung werden im folgenden hier verwendete Begriffe naeher erlaeutert.For a better understanding of the invention, terms used herein will be explained in more detail below.
Da es sich bei den Gegenstaenden meist um Werkstuecke handelt, wird im folgenden von Werkstuecken gesprochen, im verallgemeindernden Sinn irgend eines, bezueglich der Genauigkeitsforderungen der Anwendung hinreichend starren Gegenstandes.Since the objects are mostly workpieces, we shall speak of workpieces in the following, and in the general sense of the word, of any precision concerning the application of sufficiently rigid objects.
Unter Werkzeug ist im folgenden je nach Aufgabenstellung verallgemeinernd entweder der Greifer oder das Bearbeitungswerkzeug zu verstehen.Depending on the task, the term "tool" generally refers to either the gripper or the machining tool.
Als Lage wird im folgenden die dreidimensionale Position und Orientierung im Raum (englisch ”position and attitude”) bezeichnet. Die Lage eines Werkstuecks wird durch mindestens 6 Parameter beschrieben, i. d. R. durch drei translatorische und drei rotatorische, mit denen ein werkstuecksfestes Koordinatensystem in Bezug zu festen Raumkoordinaten steht.As a location in the following, the three-dimensional position and orientation in space (English "position and attitude") referred to. The position of a workpiece is described by at least 6 parameters, i. d. R. by three translational and three rotational, with which a workpiece-fixed coordinate system in relation to fixed spatial coordinates.
Der mehrdimensionale endliche Raum der in der vorliegenden Aufgabenstellung moeglichen Lageabweichungen (i. d. R. ein 6-dimensionaler Hyperquader) wird im folgenden als Arbeitsbereich bezeichnet. Je genauer die Halterung der Werkstuecke, desto kleiner darf der Arbeitsbereich sein.The multidimensional finite space of the position deviations possible in the present task (i.al., a 6-dimensional hyper-cube) is referred to below as a working area. The more accurate the mounting of the workpieces, the smaller the working area may be.
Der Begriff Roboter ist hier allgemein zu verstehen im Sinne eines mechanischen oder virtuellen Systems mit programmierbarer oder per Algorithmus steuerbarer oder regelbarer Bewegung. Durch die Bewegung wird die Relativlage von Werkzeug und Werkstueck veraendert, wahlweise Werkzeug gegen Werkstueck oder umgekehrt oder beides.The term robot is to be understood here generally in the sense of a mechanical or virtual system with programmable or algorithmically controllable or controllable movement. The movement alters the relative position of the tool and workpiece, either tool against workpiece or vice versa or both.
Unter der Anzahl der Freiheitsgrade ist die Achsenzahl des verwendeten Roboters zu verstehen. Normalerweise liegen 6 Freiheitsgrade vor. Es sind jedoch je nach Situation auch mehr Freiheitsgrade moeglich oder weniger. Es kann Roboterachsen geben, deren Bewegung/Stellung zur Lösung der hier gestellten Aufgabe grundsätzlich nicht verändert werden muss; sie zählen hier nicht zu den Freiheitsgraden.The number of degrees of freedom means the number of axes of the robot used. Normally there are 6 degrees of freedom. However, depending on the situation, more degrees of freedom are possible or less. There may be robot axes whose motion / position does not have to be changed to solve the problem set here; they do not count here to the degrees of freedom.
Im Einrichtbetrieb (Offline-Betrieb) eines Systems wird – i. d. R. unter menschlicher Ueberwachung oder Fuehrung – das System fuer die Anwendung parametriert, einschliesslich z. B. Teachen einer Roboterbahn, Teachen eines Bildanalysesystems und Kalibrierung, sofern erforderlich.In setup mode (offline operation) of a system - i. d. R. under human supervision or leadership - the system parameterized for the application, including z. B. Teaching a robot track, teaching an image analysis system and calibration, if necessary.
Im Automatikbetrieb (Online-Betrieb) arbeitet das System selbsttaetig oder halbautomatisch entsprechend der vorliegenden Aufgabenstellung.In automatic mode (online operation), the system operates automatically or semi-automatically according to the task at hand.
Unter der Standardlage eines Werkstuecks verstehen wir im folgenden eine zufaellig oder speziell gewaehlte Lage, fuer die der Roboter eingeteacht wird. Aufgabe ist es, das Werkstueck auch in einer von dieser Standardlage abweichenden Lage korrekt zu greifen oder zu bearbeiten. Die Standardlage braucht nicht in irgendeiner bekannten Beziehung zu den Raumkoordinaten zu stehen. Salopp gesprochen koennte man das Werkstueck auf einen Tisch werfen, und die so entstandene zufaellige und geometrisch unspezifizierte Lage als Standardlage zum Teachen verwenden.In the following, we understand the standard position of a workpiece to be a random or specially selected position for which the robot is to be taught. The task is to correctly grasp or process the workpiece even in a position deviating from this standard position. The default situation does not need to be in any known relationship to the space coordinates. In a nutshell, you could throw the piece on a table, and use the resulting coincidental and geometrically unspecified position as a standard for teaching.
Ausgangslage ist eine im allgemeinen beim Teachen festgelegte Lage von Systemkomponenten, in der im Automatikbetrieb die jeweils ersten Bildaufnahmen durchgefuehrt werden.The starting point is a position of system components which is generally specified during teaching, in which the first image recordings are carried out in automatic mode.
Als Fixmerkmale (hier speziell eingefuehrter Begriff) werden solche Merkmale eines Werkstuecks bezeichnet, die ortsfest auf den Werkstuecken vorhanden sind, wie ”von Natur aus” vorhandene Formen wie Kanten, Ecken, Loecher, Sicken, aber auch kuenstliche Marken (werkstueckbezogen ortsfest angebrachte Aufdrucke, Praegungen, Klebepunkte oder werkstueckbezogen ortsfeste Projizierungen wie Laserpunkte oder Lasermuster).As fixed features (here specially introduced term) are those features of a workpiece that are stationary on the workpieces are available, such as "naturally" existing forms such as edges, corners, holes, beads, but also artificial brands (factory printed stationary attached imprints, Deposits, adhesive dots or workpiece-related stationary projections such as laser spots or laser patterns).
Fixmerkmale sind auch solche, die unter Zuhilfenahme von strukturiertem Licht ein Muster erzeugen, das werkstueckbezogen ortsfest ist. Dies kann zur Erhoehung der Stoersicherheit sinnvoll sein: beispielsweise kann man, um Werkstueckkanten zuverlaessiger darzustellen, ein duennes Linienmuster auf die Oberflaeche projizieren und mittels eines angepassten Softwarefilters die Regionen mit Streifenmuster hervorheben, um eine sichere Figur-Hintergrund-Trennung zu erhalten (auf dem Hintergrund befindet sich kein Streifenmuster mit passenden Linienabstaenden).Fix features are also those that produce a pattern with the help of structured light, which is fixed to the workpiece stationary. This can be useful for increasing the collision safety: for example, you can to workpiece edges To render more reliably, to project a thin line pattern onto the surface, and to emphasize the regions with striped patterns by means of a customized software filter, to obtain a secure figure-background separation (there is no striped pattern with matching line spacing on the background).
Als ausgezeichnete Punkte werden solche Fixmerkmale bezeichnet, die durch Punkte repraesentiert werden, z. B. die Mitte eines Kreises oder ein Eckpunkt einer Kontur, gegeben als Schnittpunkt von zwei Geradenstuecken.Excellent points are those fixed features which are represented by dots, e.g. B. the center of a circle or a vertex of a contour, given as the intersection of two straight pieces.
Zusaetzlich zu den werkstueckbezogen ortsfesten Merkmalen koennen nicht ortsfeste, beleuchtungstechnisch erzeugte Merkmale verwendet werden. Diese werden in folgenden als Flexmerkmale bezeichnet (hier speziell eingefuehrter Begriff).In addition to the workpiece-related stationary features can not stationary, lighting technology generated features are used. These are referred to in the following as Flex features (here specially introduced term).
Beispiele fuer Flexmerkmale:Examples of flex features:
- a) Woelbungen: Bei Bewegung der Kamera gegenueber dem Werkstueck und gerichteter Beleuchtung wandern die Reflexionskanten auf der Woelbung relativ zum Werkstueck und verformen sich ausserdem. Sie sind nicht werkstuecksbezogen fest, aber reproduzierbar und zur Gewinnung der Lageinformation geeignet.a) Woelbungen: As the camera moves against the work piece and directed illumination, the reflection edges on the illumination wander relative to the work piece and also deform. They are not fixed to the workpiece but are reproducible and suitable for obtaining the position information.
- b) Projektion von Lichtmustern (i. d. R. mittels Laser realisiert): die sich hierbei ergebenden Formen koennen grundsaetzlich zur dreidimensionalen Auswertung herangezogen werden; da normalerweise die Beleuchtung nicht parallel mit dem Werkstueck bewegt wird, sind die Formen nicht werkstuecksbezogen fest.b) projection of light patterns (usually realized by laser): the resulting shapes can be used for three-dimensional analysis; Since normally the lighting is not moved parallel to the work piece, the shapes are not fixed to the work piece.
Merkmale sind Fixmerkmale oder Flexmerkmale.Characteristics are fixed features or flex features.
Ein Merkmal ist i. a. dreidimensional; die Abbildung eines ein Merkmal umfassenden Werkstueckbereiches in ein zweidimensionales Koordinatensystem ueber ein Strahlenbuendel, im folgenden auch Abbildungsstrahlengang genannt, wird als Merkmalsbild bezeichnet.One feature is i. a. in three dimensions; the mapping of a feature area comprising a feature into a two-dimensional coordinate system via a ray beam, also referred to below as an imaging ray path, is referred to as a feature image.
Ein solches Merkmalsbild kann weiter ueberfuehrt werden in eine kompaktere Beschreibung in Form eines t-dimensionalen Bildbeschreibungsvektors von Werten, w1, w2, ... wt, mit t >= 1. In der Regel gilt t >= 2.Such a feature image can be further transformed into a more compact description in the form of a t-dimensional image description vector of values, w1, w2, ... wt, with t> = 1. As a rule, t> = 2.
Die Komponenten des Bildbeschreibungsvektors sind Masszahlen, die Eigenschaften der Abbildung von Merkmalen in Merkmalsbildern erfassen. Einfachstes Beispiel, mit t = 2, ist die Messung des Schwerpunktes der Abbildung eines Lochs, der durch die beiden Schwerpunkts-Bildkoordinaten beschrieben wird. Ein weiteres Beispiel ist die Berechnung von Verschiebung und Verdrehung eines beliebig strukturierten Bildmusters ueber Korrelationsverfahren (t = 3). Wie weiter unten anhand der Ausfuehrungsbeispiele zu der Erfindung erlaeutert wird, sind fuer den Bildbeschreibungsvektor auch Masse geeignet wie Groessenveraenderung, Helligkeits- und Farbveraenderung, Ortsfrequenzveraenderungen – also Werte, die keine Verschiebung oder Verdrehung in Bildkoordinaten beschreiben.The components of the image description vector are measures that capture characteristics of mapping features in feature images. The simplest example, with t = 2, is the measurement of the center of gravity of the image of a hole, which is described by the two center of gravity image coordinates. Another example is the calculation of displacement and rotation of an arbitrarily structured image pattern via correlation methods (t = 3). As will be explained below on the basis of the exemplary embodiments of the invention, masses are also suitable for the image description vector, such as size change, brightness and color change, spatial frequency changes - ie values which do not describe any shift or rotation in image coordinates.
Die triviale Art, einen Merkmalsvektor aus einem Grauwert-Merkmalsbild mit der Groesse nx mal ny Pixel zu bestimmen, besteht darin, einfach alle Pixelgrauwerte direkt in einen Bildbeschreibungsvektor mit nx mal ny Komponenten zu ueberfuehren.The trivial way of determining a feature vector from a gray value feature image of size nx by ny pixels is simply to translate all pixel gray values directly into an image description vector with nx by ny components.
Durch die Zusammenfassung mehrerer Bildbeschreibungsvektoren, die derselben (i. a. unbekannten) mechanischen Werkstueckaufnahmesituation (z. B. der Ausgangslage) zuzuordnen sind, entsteht ein Vektor, der im folgenden als Lagebeschreibungsvektor bezeichnet wird.By combining several image description vectors which are to be assigned to the same (in the first instance unknown) mechanical workpiece recording situation (eg the starting position), a vector is created, which is referred to below as a positional description vector.
Wohlgemerkt beschreibt der Lagebeschreibungsvektor die zu bestimmende Lageabweichung nicht direkt, sondern implizit!Mind you, the position description vector does not describe the position deviation to be determined directly, but implicitly!
Eine Korrektur der Roboterbewegung kann abgeleitet werden aus der Abweichung der aktuellen Lage von der Standardlage.A correction of the robot movement can be derived from the deviation of the current position from the standard position.
Diese Abweichung wird nach der konventionellen Vorgehensweise ermittelt, indem ein werkstueckeigenes Koordinatensystem definiert wird, und indem die absolute Lage des Werkstuecks sowohl fuer die Standardlage als auch fuer die aktuelle Lage bestimmt wird. Fuer die Bestimmung einer absoluten Lage mittels optischer Sensoren, speziell Bildverarbeitungssystemen, werden in der Literatur zweierlei Methoden angegeben:
- a) modellbasierte Methoden,
- b) dreidimensional messende Systeme.
- a) model-based methods,
- b) three-dimensional systems.
Modellbasierte Systeme verwenden die bekannte Geometrie von Fixmerkmalen im werkstueckeigenen Koordinatensystem.Model-based systems use the familiar geometry of fix features in the workpiece's coordinate system.
Zu modellbasierten Verfahren zaehlen zum Beispiel [GMR], [Fan], [Isr]. Bei allen drei Beispielen muss der Bezug, der Merkmale zu einem koerpereigenen Koordinatensystem bekannt sein. [GMR] verwendet Punkte oder Punkte und Linien, eine oder mehrere Kameras. [Isr] verwendet nur Linien, drei oder mehr Kameras. [Fan] verwendet Punkte, drei oder mehr Kameras, ausserdem einen Eichkoerper, der fuer die Kalibrierung vor jede Kamera zu positionieren ist.Model-based methods include, for example, [GMR], [Fan], [Isr]. In all three examples, the reference to the characteristics of a body coordinate system must be known. [GMR] uses points or points and lines, one or more cameras. [Isr] uses only lines, three or more cameras. [Fan] uses points, three or more cameras, plus a calibrator to be positioned in front of each camera for calibration.
Nachteile der modellbasierten Methoden sind:
- – die Lage der Merkmale im werkstueckseigenen Koordinatensystem muss bekannt sein,
- – die Kamera muss aufwendig kalibriert werden,
- – sie koennen grundsaetzlich keine Flexmerkmale handhaben.
- - the location of the features in the workpiece coordinate system must be known,
- - The camera must be calibrated consuming,
- - they basically can not handle flex features.
Bei dreidimensional messenden Systemen braucht die Teilegeometrie nicht bekannt zu sein; mit ihnen werden beispielsweise handgefertigte Modelle abgetastet zur Generierung von CAD-Daten fuer die Serienproduktion.In three-dimensional measuring systems, the part geometry need not be known; with them, for example, handmade models are scanned to generate CAD data for series production.
Ein anderes Beispiel ist die Bahnregelung mittels Lichtschnittverfahren.Another example is the web control by means of light section method.
Die Messmethoden fuer dreidimensional messende Systeme sind:
- b1) punktweise Abstandsmessung ueber gepulstes oder moduliertes Licht, zusammen mit Messung der Licht-Laufzeit bzw. Phasenverschiebung,
- b2) Triangulation ueber mindestens eine Kamera und strukturiertes Licht,
- b3)
Triangulation ueber mindestens 2 Kameras (Stereo).
- b1) Pointwise distance measurement via pulsed or modulated light, together with measurement of the light transit time or phase shift,
- b2) triangulation via at least one camera and structured light,
- b3) Triangulation over at least 2 cameras (stereo).
Nachteilig ist die Methode b1) mit einem sehr hohen apparativen Aufwand verbunden und erfordert eine aufwendige, stabile Messtechnik.Disadvantageously, the method b1) is associated with a very high expenditure on equipment and requires a complex, stable measurement technique.
Nachteilig ist die Methode b2) mit hohem apparativem Aufwand verbunden und erfordert ueberdies einen sehr hohen Aufwand bei der Kalibrierung der Systeme; Kamera- und Beleuchtungsgeometrie muessen bekannt und sehr stabil sein.Disadvantageously, the method b2) is associated with high expenditure on equipment and, moreover, requires a very high outlay in the calibration of the systems; Camera and lighting geometry must be known and very stable.
Bei messenden Systemen zur Abtastung von Oberflaechen nach Methode b2) kann der Sensor definiert bewegt werden, um fuer grossflaechige Werkstuecke den Messbereich solcher Systeme in Verbindung mit einer bekannten mechanischen Bewegung zu erweitern:
Nach [Dif] wird der Sensor entweder entsprechend einer vorher bekannten Idealform bewegt und der (b2-)Sensor vermisst Abweichungen davon, oder der Sensor dient als Null-Indikator, um eine geregelte Bewegung in konstantem Abstand von der Oberflaeche zu erzeugen, wobei diese Bewegung als Messergebnis dient.In measuring systems for scanning surfaces according to method b2), the sensor can be moved in a defined manner in order to expand the measuring range of such systems in connection with a known mechanical movement for large-area workpieces:
After [Dif], the sensor is either moved according to a previously known ideal shape and the (b2) sensor measures deviations therefrom, or the sensor serves as a zero indicator to produce a controlled movement at a constant distance from the surface, this movement serves as a measurement result.
Nach [Per] dient ein Roboter zur Fuehrung eines (b2-)Sensors, wobei die im allgemeinen nicht ausreichende Genauigkeit des Roboters durch eine von Roboter und Sensor unabhaengige, nicht naeher beschriebene Zusatzeinrichtung (z. B. zusaetzliches ”Photogrammetrie”-System oder ”Kinematic correction module”) erhoeht.According to [Per], a robot is used to guide a (b2) sensor, whereby the generally insufficient accuracy of the robot is determined by an additional device (eg additional "photogrammetry" system) which is independent of the robot and the sensor. Kinematic correction module ") increases.
Bei Stereoverfahren (b3) werden die selben Merkmale von jeweils mindestens 2 Kameras erfasst; aus der Disparitaet der Abbildung der Merkmale in den Bildern und aus den bekannten Daten der Kamera-Geometrie wird die dreidimensionale Lage der Merkmale berechnet. Die Werkstueckgeometrie und die Lage der Merkmale im Werkstueckkoordinatensystem braucht im allgemeinen nicht bekannt zu sein.For stereo methods (b3), the same characteristics are recorded by at least 2 cameras each; From the disparity of the representation of the features in the images and from the known data of the camera geometry, the three-dimensional position of the features is calculated. The workpiece geometry and the location of the features in the workpiece coordinate system generally need not be known.
Ein Nachteil der Stereoverfahren ist, dass verschiedene Kameras gleiche Merkmale erfassen muessen. Daraus ergibt sich ein Problem bei grossen Werkstuecken: Um die erforderliche Rotationsgenauigkeit zu erzielen, muessen mehrere moeglichst weit auseinander liegende Merkmale erfasst werden. Das fuehrt dazu, dass
- – entweder die Bildfelder sehr gross werden, was nun doch wiederum zu Genauigkeitsproblemen wegen geringer Bildpunktaufloesung fuehrt,
- – oder dass fuer weit auseinanderliegende Merkmale je zwei Kameras erforderlich sind, fuer drei weit auseinander liegende Merkmale also insgesamt mindestens 6 Kameras (s. z. B. [Lee]).
- Either the image fields become very large, which in turn leads to accuracy problems due to low pixel resolution,
- - or that two cameras are required for widely separated features, for a total of at least 6 cameras for three widely separated features (see eg [Lee]).
Ausserdem duerfen sich die Merkmale bei veraenderter Beleuchtungs- und Betrachtungsgeometrie nicht aendern. Flexmerkmale verbieten sich daher vielfach.In addition, the features should not change with changing lighting and viewing geometry. Flex features are therefore often prohibited.
Stereoverfahren sind ausfuehrlich in [Kle] beschrieben.Stereo methods are described in detail in [Kle].
Ein gravierender Nachteil der triangulierenden Messverfahren (b2 und b3) ist die Notwendigkeit der genauen Kalibrierung, Kamera(s) und ggf. strukturierte Beleuchtung betreffend; ausserdem muss der Aufbau sehr stabil sein, um die geforderte Messgenauigkeit auch im rauen Industriebetrieb aufrechterhalten zu koennen.A serious disadvantage of the triangulating measuring methods (b2 and b3) is the need for accurate calibration, camera (s) and possibly structured lighting regarding; In addition, the structure must be very stable in order to maintain the required measurement accuracy even in harsh industrial operation.
Anmerkung: Die Kalibrierung einer Kamera beschreibt die Abbildungsgeometrie; man unterscheidet ueblicherweise aeussere und innere Parameter. Die aeusseren Parameter beschreiben die Lage des Projektionszentrums und der optischen Achse im Raum, sowie den (skalaren) Abstand zwischen Projektionszentrum und Abbildungsebene. Die inneren Parameter beschreiben die Schraeglage der Abbildungsebene zur optischen Achse und die Lage des Durchstosspunktes der optischen Achse durch die Bildebene relativ zum Bildrahmen.Note: The calibration of a camera describes the imaging geometry; one usually distinguishes external and internal parameters. The external parameters describe the position of the projection center and the optical axis in space, as well as the (scalar) distance between the projection center and the imaging plane. The internal parameters describe the screw position of the imaging plane to the optical axis and the position of the piercing point of the optical axis through the image plane relative to the image frame.
In juengerer Zeit entstand das Arbeitsgebiet ”Visual Servoing”, im folgenden kurz Servoverfahren genannt [Hut]. Hier wird versucht, mit unkalibrierten oder ungeau kalibrierten Systemen ueber optische Rueckkopplung eine Regelung von Robotern zu realisieren. Waehrend der Roboterbewegung wird versucht, die Position der Merkmale in den Merkmalsbildern moeglichst genau auf Soll zu bringen. Dies impliziert die Moeglichkeit der Berechnung der Position von Merkmalen im Bildbereich.In recent years, the field of work "Visual Servoing", in the following called servo method [Hut]. Here an attempt is made to realize a control of robots with uncalibrated or unequally calibrated systems via optical feedback. During the robot movement an attempt is made to bring the position of the features in the feature images as accurately as possible to desired. This implies the possibility of calculating the position of features in the image area.
Anmerkung: bei einer Regelung wird im Gegensatz zu einer Steuerung durch die Rueckfuehrung einer Messgroesse (hier der Position der Merkmale in den Merkmalsbildern) auf eine Stellgroesse (hier der Roboterstellung) eingewirkt. Bei Servoverfahren sind daher laufende Bildaufnahmen waehrend der Bewegung erforderlich, um die Abweichung der Messgroessen von den Sollwerten durch die Bewegung zu minimieren. Note: in contrast to a control, the feedback of a measured variable (here the position of the features in the feature images) in a closed-loop control affects a manipulated variable (in this case the robot position). In servo processes, continuous image acquisitions are therefore required during the movement in order to minimize the deviation of the measured variables from the desired values during the movement.
Bei Servoverfahren kann die folgende Fallunterscheidung getroffen werden:In servo method the following case distinction can be made:
Fall 1: Hand-Auge-Koordination (”hand-eye-coordination”).Case 1: Hand-eye coordination.
Bei Hand-Auge-Koordination wird das Werkzeug relativ zu den(r) Kamera(s) bewegt.Hand-eye coordination moves the tool relative to the camera (s).
Die Kamera erfasst das Werkzeug oder Teile davon oder Markierungen oder mechanische Teile, die in geometrischer Beziehung zum Werkzeug stehen.The camera captures the tool or parts thereof or marks or mechanical parts that are geometrically related to the tool.
Unterscheidung nach Bewegung:Distinction after movement:
- Fall 1a: Das Werkzeug wird bewegt und die Kamera steht fest.Case 1a: The tool is moved and the camera is locked.
- Fall 1b: Das Werkzeug steht fest und die Kamera wird bewegt.Case 1b: The tool is locked and the camera is moved.
- Fall 1c: Das Werkzeug und die Kamera werden beide bewegt, beispielsweise koennen verschiedene Freiheitsgrade verteilt werden auf Werkzeug und Kamera.Case 1c: The tool and the camera are both moved, for example, different degrees of freedom can be distributed to the tool and camera.
Unterscheidung nach Bilderfassung:Distinction after image acquisition:
- Fall 1x: Die Kamera erfasst das Werkstueck und das Werkzeug (Standardfall).Case 1x: The camera records the work piece and the tool (standard case).
- Fall 1y: Die Kamera erfasst das Werkstueck und nicht das Werkzeug.Case 1y: The camera detects the work piece and not the tool.
- Fall 1z: Die Kamera erfasst nicht das Werkstueck und erfasst das Werkzeug.Case 1z: The camera does not pick up the workpiece and detects the tool.
Im Fall 1x kann die Roboterposition in Bezug auf die aktuelle Werkstuecklage gesteuert oder geregelt werden.In the case of 1x, the robot position can be controlled or regulated with respect to the current workpiece position.
Im Fall 1y kann die Roboterposition in Bezug auf die aktuelle Werkstuecklage gesteuert werden.In case 1y, the robot position can be controlled with respect to the current workpiece position.
Im Fall 1z kann nur eine Regelung der Roboterbewegung an sich realisiert werden, nicht aber im Bezug auf die aktuelle Werkstueckposition.In case 1z only a regulation of the robot movement per se can be realized, but not in relation to the current workpiece position.
Fall 2: Auge-in-Hand (”eye-in-hand”):Case 2: Eye-in-Hand:
Bei Auge-in-Hand wird (werden) die Kamera(s) parallel mit dem Werkzeug relativ zum Werkstueck bewegt.With eye-in-hand, the camera (s) are moved parallel to the tool relative to the workpiece.
Unterscheidung nach Bewegung:Distinction after movement:
- Fall 2a: Das Werkzeug und Kameras werden bewegt und das Werkstueck steht still.Case 2a: The tool and cameras are moved and the workpiece stands still.
- Fall 2b: Das Werkzeug und Kameras stehen fest und das Werkstueck wird bewegt.Case 2b: The tool and cameras are fixed and the workpiece is moved.
- Fall 2c: Das Werkzeug und Kameras werden gemeinsam bewegt, und das Werkstueck wird bewegt, beispielsweise koennen verschiedene Freiheitsgrade verteilt werden auf Werkzeug und Kamera einerseits und Werkstueck andererseits.Case 2c: The tool and cameras are moved together, and the workpiece is moved, for example, various degrees of freedom can be distributed to tool and camera on the one hand and workpiece on the other hand.
Unterscheidung nach Bilderfassung:Distinction after image acquisition:
- Fall 2x: Die Kamera erfasst das Werkstueck und das Werkzeug.Case 2x: The camera captures the workpiece and the tool.
- Fall 2y: Die Kamera erfasst das Werkstueck und erfasst nicht das Werkzeug.Case 2y: The camera detects the work and does not detect the tool.
Im Fall 2x kann die Roboterposition in Bezug auf die aktuelle Werkstuecklage gesteuert oder geregelt werden, die Situation entspricht ungefaehr dem Fall 1x.In the case of 2x, the robot position can be controlled or regulated with respect to the current workpiece position, the situation corresponds approximately to the case 1x.
Im Fall 2y kann die Roboterposition in Bezug auf die aktuelle Werkstuecklage gesteuert oder geregelt werden.In case 2y, the robot position can be controlled or regulated with respect to the current workpiece position.
Um bei Servoverfahren die Regelung zu optimieren, wird versucht, den Zusammenhang zwischen Bewegung der Roboterachsen und der oertlichen Verschiebung der Abbildung von Fixmerkmalen zu modellieren.In order to optimize the control in servo processes, an attempt is made to model the relationship between movement of the robot axes and the local displacement of the image of fix features.
Vorgaenger der Servoverfahren sind einfache, steuernd arbeitende Systeme, die jeweils einen der folgenden Forelle betrachten:
- – Stereo,
- – Fall 1x,
- – Tracking ohne exakte Tiefenschaetzung,
- - stereo,
- - case 1x,
- - tracking without exact depth estimation,
Die Lineare Approximation dieses Zusammenhangs um einen Arbeitspunkt wird durch sog. visuelle Jakobi-Matrix beschrieben. Fuer die Hand-Auge-Koordination wurde zur Gewinnung der Jakobi-Matrix vorgeschlagen, dass im Einrichtbetrieb ein Satz von orthogonalen Roboterbewegungen durchgefuehrt wird, bei gleichzeitiger Beobachtung der Bewegung der Position der Abbildung der Merkmale [Ja1].The linear approximation of this relationship around an operating point is described by the so-called visual Jakobi matrix. For hand-eye coordination, it has been proposed to obtain the Jakobi matrix by performing a set of orthogonal robot motions in setup mode while observing the motion of the position of the mapping of the features [Ja1].
Verschiedene bekannte Verfahren der Funktionsapproximation wurden vorgeschlagen: stueckweise lineare Naeherung, stueckweise mit Splines [Ja0], ”Quasi-Newton”-Verfahren [Pie].Various known methods of function approximation have been proposed: piecewise linear approximation, piecewise with splines [Ja0], "quasi-newton" method [pie].
Bei all diesen Annaeherungen wird waehrend der Regelungvorgangs einer Hand-zu-Auge-Koordinationsaufgabe versucht, durch die Naeherung eine Schaetzung fuer die optimale Bewegung abzuleiten, um mit der naechsten Bildaufnahme eine weitere, erhofft genauere, Schaetzung durchfuehren zu koennen.In all these approaches, during the control process, a hand-to-eye Coordinating task tries to deduce a guideline for the optimal movement by the approximation, in order to be able to carry out with the next image acquisition a further, hoped for, more exact, estimation.
Servoverfahren haben die folgenden Nachteile:
Servoverfahren koennen in Fall 1x oder Fall 2x ohne Kalibrierung oder mit sehr ungenauer Kalibrierung arbeiten. Im hier eingeschlossenen Fall 2y jedoch benoetigen wir fuer Zwecke der Werkstueckhandhabung oder Werkstueckbearbeitung eine genaue Kalibrierung.Servo methods have the following disadvantages:
Servo processes can work in case 1x or case 2x without calibration or with very inaccurate calibration. However, in case 2y included herein, we require accurate calibration for purposes of workpiece handling or workpiece processing.
Fuer Zwecke der Zielverfolgung (Tracking) durch Auge-in-Hand Systeme mit Servoverfahren wird die Bewegung der Position der Abbildung von Merkmalen abhaengig von der Kamerabewegung bestimmt
- a) analytisch [Mar]: das wiederum setzt Kenntnis der Kamerageometrie voraus (d. h. modellbasiert),
- b) durch online Schaetzung; Problem ist die Schaetzung der Entfernungsabhaengigkeit der Parameter in der Jacobimatrix ([Hut] S. 26); fuer das Tracking kommt man mit einer sehr groben Schaetzung dieser Parameter aus, indem man die Zielpositionen in die Naehe der optischen Achse verlegt. Ohne zuverlaessige Abstandsinformation sind jedoch Aufgaben der Werkstueckhandhabung oder Werkstueckbearbeitung nicht loesbar.
- a) analytic [Mar]: this in turn requires knowledge of camera geometry (ie model-based),
- b) by online appraisal; Problem is the estimation of the distance dependence of the parameters in the Jacobian matrix ([Hut] p. 26); For the tracking one comes with a very rough estimation of these parameters, by moving the target positions near the optical axis. Without reliable distance information, however, tasks of workpiece handling or workpiece processing are not solvable.
Servoverfahren sind auf die explizite Ableitung von Positionsinformation aus den Bildern angewiesen, wie dies beispielsweise bei Verwendung von ausgezeichneten Punkten realisierbar ist. Ohne solche explizite Positionsinformation kann kein visual Servoing realisiert werden.Servo methods rely on the explicit derivation of position information from the images, as can be realized, for example, when using excellent points. Without such explicit position information no visual servoing can be realized.
Ausserdem ist bei Servoverfahren aufgrund der regelnden Vorgehensweise im Automatikbetrieb die laufende Aufnahme und Auswertung von Bildern erforderlich, und damit insbesondere eine sehr schnelle Auswertung. Damit ist der Ansatz auch auf relativ einfache oder hardwaremaessig unterstuetzte Bildauswertungsmethoden begrenzt.In addition, in the servo method due to the regulatory procedure in automatic mode, the current recording and evaluation of images is required, and thus in particular a very fast evaluation. This limits the approach to relatively simple or hardware-supported image evaluation methods.
Die
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur der Bewegung von Greif- oder Bearbeitungswerkzeugen relativ zu Werkstuecken bereitzustellen.The object of the invention is to provide a method and a device for correcting the movement of gripping or machining tools relative to workpieces.
Die Aufgabe wird erfindungsgemaess nach Anspruch 1 bzw. 17 geloest.The object is achieved according to the invention according to
Die Erfindung ermoeglicht eine derartige Korrektur
- – ohne eine Kamerakalibrierung durchfuehren zu muessen,
- – ohne die Geometrie des Werkstueckes oder seiner Merkmale kennen zu muessen,
- – ohne ueberhaupt ueber positionsmaessig erfassbare Merkmale in den Bildern verfuegen zu muessen (bei Servoverfahren nach bisherigen Ansaetzen erforderlich); es sind keine Ausgezeichneten Punkte erforderlich.
- – unter Vermeidung des oben angegebenen Nachteils von Stereosystemen, dass grosse Werkstuecke nur ungenau oder mit sehr vielen Kameras gehandhabt werden koennen.
- - without having to perform a camera calibration,
- - without knowing the geometry of the work or its characteristics,
- - without having to have any positionally detectable features in the images (in servo processes according to previous approaches required); no points are required.
- - Avoiding the above-mentioned disadvantage of stereo systems that large workpieces can be handled only inaccurate or with very many cameras.
Die Korrektur der Roboterbewegung ist eine geometrische Transformation einer i. a. dreidimensionalen Bewegung
- a) zum Greifen: die Modifikation einer vorgeteachten Bewegung von einer meist festen Ausgangslage bis zur Greifposition fuer das aktuelle Werkstueck,
- a) zum Bearbeiten: die Modifikation einer vorgeteachten Bearbeitungsbahn.
- a) for gripping: the modification of a pre-noted movement from a mostly fixed starting position to the gripping position for the current workpiece,
- a) for editing: the modification of a pre-taught machining path.
Die Modifikation ist typischerweise als additive Korrektur (Verschiebung, Verdrehung) auf die vorgeteachte Greifposition bzw. die vorgeteachte Bearbeitungsbahn realisiert. In Sonderfaellen kann es sinnvoll sein, daraus eine nichtlinare Verzerrung der Bewegung abzuleiten.The modification is typically implemented as an additive correction (displacement, rotation) on the pre-gripped gripping position or the pre-scanned processing path. In special cases, it may be useful to derive a non-linear distortion of the movement.
Das hier beschriebene Verfahren kann auch zur Vorkorrektur der Bewegung eingesetzt werden, um in Verbindung mit weiteren Verfahren, insbesondere zusaetzlichen Sensoren, eine genauere Feinkorrektur zu ermoeglichen, z. B. fuer die Schweissbahnkorrektur.The method described here can also be used for the pre-correction of the movement in order to enable a more accurate fine correction in conjunction with other methods, in particular additional sensors, z. B. for the sweat path correction.
Im folgenden werden bevorzugte Ausfuehrungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:In the following preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings, in which:
Die Fixmerkmale
Es braucht weder die Position noch die Groesse noch die Form des Flecks bekannt zu sein; es genuegt die Tatsache, dass der Fleck sich bei Bewegung des Werkstuecks aus Sicht der Kamera
Die Berechnung der aktuellen Lage kann direkt aus den abgespeicherten Bildern abgeleitet werden, wenn man im Einrichtbetrieb den Arbeitsbereich in allen Freiheitsgraden mit ausreichend kleinen Schritten abtastet und Bildaufnahmen durchfuehrt, die Merkmalsbilder speichert und im Automatikbetrieb nach der Lage mit dem aehnlichsten Satz von Abbildungen sucht. Diese Brute-Force-Methode setzt lediglich voraus, dass sich in verschiedenen Lagen reproduzierbar unterschiedliche, der Lageinformation innerhalb des Arbeitsbereichs eindeutig zuordenbare k-Tupel (k = Anzahl der Abbildungsstrahlengaenge oder Strahlenbuendel) von Merkmalsbildern ergeben. Diese Voraussetzung wird im folgenden einfach Signifikanzbedingung genannt.The calculation of the current position can be derived directly from the stored images, if one scans the working area in all degrees of freedom with sufficiently small steps in setup mode and takes pictures, stores the feature images and searches in automatic mode for the situation with the most similar set of images. This brute-force method only requires that different k-tuples (k = number of imaging beam lengths or ray bundles) of feature images result reproducibly in different positions, which can be uniquely assigned to the position information within the working range. This condition is simply called the significance condition in the following.
Die Einhaltung der Signifikanzbedingung ist eine allgemein notwendige Voraussetzung der Erfindung und wird weiter unten diskutiert.Compliance with the significance condition is a generally necessary requirement of the invention and will be discussed below.
Das Verfahren laeuft vorzugsweise auf das Durchsuchen einer mehr oder weniger grossen Datenbank von Lagebeschreibungsvektoren hinaus. Es kann eine grosse, hochdimensionale Datenbank erforderlich sein, insbesondere wenn man ohne Interpolation und mit langen Vektoren arbeitet. Fuer das effiziente Durchsuchen solcher Datenbanken stehen Methoden aus dem Arbeitsgebiet der Datenbanksysteme bereit. The method preferably results in searching a more or less large database of location description vectors. A large, high-dimensional database may be required, especially when working without interpolation and long vectors. For the efficient search of such databases, methods from the field of database systems are available.
Bezueglich Arbeitsweise im Automatikbetrieb kann man unterscheiden:Regarding operation in automatic mode, one can distinguish:
– Nach Abtastweite:- After scan:
- – Suche in einer Datenbank von Lagebeschreibungsvektoren, die durch feine Abtastung des Arbeitsbereiches entsteht.- Search in a database of location description vectors, which results from fine scanning of the work area.
- – interpolierendes Arbeiten mit einer Datenbank, die durch grobe Abtastung des Arbeitsbereiches entsteht.- Interpolating work with a database, which results from rough scanning of the work area.
Im letzten Fall ist die Datenbank wesentlich kleiner, da der Arbeitsbereich nur grob abgetastet wurde. Anschliessend wird aus mehreren benachbarten Lagekandidaten, ueber Interpolieren der Aehnlichkeitswerte, die Lage bestimmt.In the latter case, the database is much smaller because the work area was only roughly scanned. Subsequently, the position is determined from several adjacent position candidates, by interpolating the similarity values.
– Nach Datenbankinhalt:- By database content:
- – Arbeiten mit grossen Lagebeschreibungsvektoren in Form von Merkmalsbildern- Working with large position description vectors in the form of feature images
- – Arbeiten mit kompakteren Lagebeschreibungsvektoren (grundsaetzlich sind nur 6 Vektorkomponenten erforderlich, um bei 6 Freiheitsgraden eine Lagekorrektur mit nur einer Bildaufnahme pro Buendel oder Abbildungsstrahlengang zu realisieren).- Working with more compact position description vectors (in principle, only 6 vector components are required to realize a position correction with only one image acquisition per bundle or imaging beam path with 6 degrees of freedom).
Diese Methoden koennen auch miteinander kombiniert werden.These methods can also be combined with each other.
Die Interpolation mit reinen Bilddaten ist unter bestimmten Voraussetzungen realisierbar: die Bildinhalte muessen – moeglichst in verschiedenen Richtungen – strukturiert sein, es sollten grobe und moeglichst auch feine Strukturen vorhanden sein).The interpolation with pure image data can be realized under certain conditions: the image contents must be structured as far as possible in different directions, coarse and, if possible, also fine structures should be present).
Die den Strahlenbuendeln (auch Abbildungsstrahlengang genannt) zugeordneten zweidimensionalen Koordinatensysteme sind normalerweise (aber nicht notwendigerweise) eben; sie koennen auch koplanar sein. Verschiedenen Strahlenbuendel werden entweder durch verschiedene Kameras realisiert (
Die Bereiche dürfen sich grundsätzlich überlappen, sind jedoch vorteilhafterweise disjunkt oder mit nur geringer Überlappung realisiert.The areas may basically overlap, but are advantageously implemented disjointly or with only slight overlap.
Die Abgrenzung der Strahlenbündel kann durch mechanische Begrenzung von Bildfeldern geschehen, aber auch – insbesondere bei Realisierung mehrerer Strahlenbündel durch dieselbe Kamera – verfahrensmäßig durch Aufteilung des gesamten Kamerabildes in Bereiche. Die den Bereichen entsprechenden Bildausschnitte (Merkmalsbilder) bzw. davon abgeleitete Daten werden im Einrichtbetrieb gespeichert bzw. im Automatikbetrieb weiterverarbeitet.The delineation of the beam can be done by mechanically limiting image fields, but also - especially in the realization of multiple beams by the same camera - procedurally by splitting the entire camera image in areas. The image sections (feature images) corresponding to the areas or data derived therefrom are stored in set-up mode or further processed in automatic mode.
Falls alle Strahlenbündel durch dieselbe Kamera realisiert werden, ist zur Einhaltung der Signifikanzbedingung erforderlich, daß nicht alle Strahlen parallel sind; ein telezentrischer Strahlengang ist in diesem Fall also ausgeschlossen.If all the beams are realized by the same camera, to comply with the significance condition, it is necessary that not all the beams be parallel; a telecentric beam path is excluded in this case.
Bei Zentralprojektion ist die Signifikanzbedingung umso sicherer erfüllbar, je besser das Tangentenverbot erfüllt ist; dies wiederum ist bei Verwenden einer einzelnen Kamera umso besser erfüllbar; je weitwinkliger das Objektiv ist. In der Praxis reicht in diesem Fall ein Objektfeldwinkel von mehr als ca. 20 Grad; bevorzugt mindestens 45 Grad; bei ca. 90 Grad Objektfeldwinkel ist das Tangentenverbot am besten erfüllbar: dann können in einer Ebene liegende Werkstückbereiche alle mit ca. 45 Grad zur Tangente geschnitten werden.In the case of central projection, the significance of the significance condition is more certain the better the tangency prohibition is fulfilled; this, in turn, is more satisfiable when using a single camera; the more wide-angle the lens is. In practice, in this case, an object field angle of more than about 20 degrees is sufficient; preferably at least 45 degrees; At approx. 90 degrees of the field angle, the tangent ban is best fulfilled: then workpiece areas lying in one plane can all be cut at approximately 45 degrees to the tangent.
Entsprechendes gilt für die Verwendung von insgesamt zwei Kameras, wobei zwei Strahlenbündel durch eine von diesen zwei Kameras realisiert sind: das Tangentenverbot ist umso sicherer erfüllbar, je weitwinkliger das Objektiv dieser Kamera ist.The same applies to the use of a total of two cameras, wherein two beams are realized by one of these two cameras: the tangent ban is the more satisfiable, the more wide-angle the lens of this camera is.
Falls mehrere Strahlenbündel durch dieselbe Kamera realisiert werden, ist es auch ausreichend, das Herausgreifen der Werkstückbereiche dieser Kamera nicht explizit, sondern implizit durchzuführen: Der Bildvergleich zweier Werkstückbereiche mit den entsprechenden Bereichen aus dem Einrichtbetrieb kann zusammenfassend in einem einzigen Schritt mit je einem Bild aus Einrichtbetrieb und Automatikbetrieb realisiert werden.If several beams are realized by the same camera, it is also sufficient not explicitly, but implicitly perform the picking out of the workpiece areas of this camera: The image comparison of two workpiece areas with the corresponding areas from the setup mode can summarize in a single step with one image from Einrichtbetrieb and automatic operation can be realized.
In diesen Vergleich können schadlos durchaus andere Partien des Bildes außerhalb der Bereiche einbezogen sein; man kann dann z. B. auch mit Gesamtbildern arbeiten, denn wenn die Bildpartien, die nicht die Tangentenbedingung erfüllen, sich bei Bewegung der Bildaufnahmeeinrichtung gegen das Werkstück nicht verändern, liefern diese Bildpartien zur Bildauswertung zwar keinen Beitrag, es ist aber auch nicht schädlich. In diesem Fall werden die zusammengefaßten Bereiche als einzelner Bereich angesprochen, der über einen ihm zugeordneten Strahlengang abgebildet wird.In this comparison harmless other parts of the picture may be included outside the realms; You can then z. B. also work with overall images, because if the image areas that do not meet the tangent condition, do not change when moving the image pickup device against the workpiece, these image parts for image analysis, although no contribution, but it is not harmful. In this case, the combined areas are addressed as a single area, which is imaged via an associated beam path.
Ein Bereich kann im Sonderfall auch den ganzen aus dem Blickwinkel der betreffenden Kamera sichtbaren Teil der Werkstückoberfläche umfassen. In a special case, an area may also comprise the entire part of the workpiece surface visible from the point of view of the relevant camera.
Die Strahlenbuendel entsprechen nicht notwendigerweise einer Zentralprojektion, wie in
Die Begrenzung der Strahlenbuendel ist nicht notwendigerweise kreisfoermig, wie in
Verschiedene Strahlenbuendel koennen auch mit der selben Kamera in verschiedener Position und ggf. in verschiedener Einstellung (z. B. Zoom), zeitlich nacheinander realisiert werden.Different beam bundles can also be realized with the same camera in different positions and possibly in different settings (eg zoom), one after the other.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die Bildaufnahmen sowohl im Stillstand als auch während der Bewegung erfolgen zu Zeitpunkten, wenn sich die Systemkomponenten in den betreffenden Lagen befinden.In the context of the present invention, the image recordings can take place both at standstill and during the movement at times when the system components are in the relevant positions.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in beiden Fällten dabei ohne Einschränkung einsetzbar. Die Praxis der industriellen Bildverarbeitung bietet viele bewährte Möglichkeiten der Bildaufnahme in der Bewegung, durch die z. B. das Problem der Bewegungsunschärfe unterbunden wird (z. B. Blitzbeleuchtung, Shuttertechnik, CMOS-Sensoren).The process according to the invention can be used without restriction in both cases. The practice of industrial image processing offers many proven possibilities of image acquisition in motion, by the z. B. the problem of motion blur is prevented (eg flash lighting, Shutter technology, CMOS sensors).
Das Verfahren kann auch mit alternativ ”umschaltbaren” Werkstueckbereichen arbeiten. Beispiel: zur Lagekorrektur eines Schraubers fuer die Montage eines PKW-Rades mit 6 Schrauben, seien zwei alternative Saetze von je drei Werkstueckbereichen in einer einzigen, (kurzbrennweitigen, um das weiter unten erlaeuterte Tangentenverbot gut einzuhalten) Kamera definiert. Die Bereiche sind so gewaehlt, dass unabhaengig von der Drehlage der Radnabe in mindestens einem der Saetze von Bildbereichen in jedem der drei Bereiche immer ein Schraubenloch sichtbar ist. Die den Saetzen zugeordneten Mengen von Bereichen brauchen grundsaetzlich nicht disjunkt zu sein.The method can also work with alternative "switchable" workpiece areas. Example: to adjust the position of a screwdriver for the assembly of a car wheel with 6 screws, two alternative sets of three work piece areas are to be defined in a single (short-focal length, to comply with the below-mentioned tangent prohibition) camera. The ranges are chosen so that regardless of the rotational position of the wheel hub in at least one of the sets of image areas in each of the three areas always a screw hole is visible. The sets of ranges assigned to the sets basically do not need to be disjoint.
Die Beziehung zwischen der Ausgangslage und den weiteren Lagen kann in beliebigen Einheiten gemessen sein, die diese Beziehung beschreiben, vorzugsweise in der Anzahl der Schritte von Verfahrachsen oder in Raumkoordinaten-Inkrementen.The relationship between the starting position and the further positions may be measured in arbitrary units describing this relationship, preferably in the number of steps of travel axes or in space coordinate increments.
Das Speichern von Relativlagen (Schritt f) kann explizit geschehen durch Abspeichern der Werte, aber auch implizit, indem man beispielsweise in einer Programmschleife lediglich entsprechende Schrittweiten und Endwerte angibt.The storage of relative positions (step f) can be done explicitly by storing the values, but also implicitly, for example, by specifying only corresponding step sizes and end values in a program loop.
Im Automatikbetrieb kann zwischen Bildaufnahmen eine definierte Bewegung des Roboters liegen
- a) um die Eindeutigkeit der Zuordnung mit weniger Kameras zu erreichen und/oder
- b) zur Gewinnung von Redundanzen und dadurch Erhoehung der Genauigkeit und Stoersicherheit.
- a) to achieve the uniqueness of the assignment with fewer cameras and / or
- b) to gain redundancy, thereby increasing accuracy and security.
Unabhaengig davon koennen auch mehrere Bildaufnahmen in gleicher Roboterposition zur Erhoehung der Genauigkeit und Stoersicherheit sinnvoll sein.Irrespective of this, several image recordings in the same robot position can be useful for increasing the accuracy and interference safety.
Mit dem erfindungsgemaessen Verfahren kann sowohl eine Steuerung als auch eine Regelung (aehnlich visual Servoing, mit mehreren Bildaufnahmen pro Strahlenbuendel) realisiert werden.With the method according to the invention, both a control and a regulation (similar to visual servoing, with several image recordings per beam cluster) can be realized.
Mit dem erfindungsgemaessen Verfahren kann vorzugsweise auch eine mehrstufige, hierarchische Bestimmung der Lage realisiert werden: Im einem ersten Schritt wird eine grobe Lagebestimmung realisiert, auf Basis einer Datenbasis mit grober Abtastung, worauf der Roboter die Lage dementsprechend zunaechst grob korrigiert. In den folgenden Schritten werden Datenbasen mit zunehmend kleineren Fangbereichen und zunehmend kleineren Abtastweiten verwendet.With the method according to the invention, preferably also a multi-level, hierarchical determination of the position can be realized: In a first step, a coarse position determination is realized on the basis of a data base with coarse scanning, whereupon the robot initially roughly co-corrects the situation. In the following steps, databases with increasingly smaller capture ranges and increasingly smaller scan sizes are used.
Die Signifikanzbedingung ist wie nachfolgend beschrieben erzielbar:
Wir gehen zunaechst gedanklich von 3 ausgezeichneten Punkten aus.The significance condition can be achieved as described below:
At first we start from 3 points.
In [Fis] wird gezeigt, dass aus der zweidimensionalen Abbildung von 3 ausgezeichneten Punkten mit bekanntem Abstand, ueber eine einzelne Kamera mit bekannten inneren Parametern, die aeusseren Kameraparameter berechnet werden koennen. Dies entpricht umgekehrt der Bestimmung der Lage des 3-D-Punktetripels bei bekannten Kameraparametern. Umformung der die Aufgabe beschreibenden geometrischen Gleichungen [Fis] fuehren zu einer Gleichung vierten Grades mit bis zu 4 diskreten, reellen positiven Loesungen. Diese Loesungen koennen jedoch grundsaetzlich nahe beisammen liegen.In [Fis] it is shown that the external camera parameters can be calculated from the two-dimensional mapping of 3 marked points with known distance, via a single camera with known internal parameters. Conversely, this corresponds to the determination of the position of the 3-D point triplet in known camera parameters. Transformation of the geometric equations [Fis] describing the task leads to a fourth-degree equation with up to 4 discrete, real positive solutions. However, these solutions can basically be close together.
Wenn es gelingt, durch Wahl der Geometrie der Strahlenbuendel zu garantieren, dass maximal eine Loesung im Arbeitsbereich liegen kann, ist bei 3 ausgezeichneten Punkten und einer Kamera die Signifikanzbedingung einhaltbar. Die Loesungen sollten also soweit auseinanderliegen, dass sich im Arbeitsbereich nur eine Loesung befinden kann.If it is possible to guarantee, by choosing the geometry of the beam bundle, that there can be a maximum of one solution in the working range, the significance condition can be maintained with 3 excellent points and one camera. The solutions should therefore be far enough apart that only one solution can be found in the work area.
Mehrdeutigkeiten entstehen
- – wenn Strahlenbuendel parallel zu den translatorischen Freiheitsgraden des Roboters sind,
- – aufgrund der Rotationsfreiheitsgrade.
- If beamlines are parallel to the translatory degrees of freedom of the robot,
- - due to rotational degrees of freedom.
Wenn bei Rotationen die ausgezeichneten Punkte die Strahlen der Strahlenbuendel tangential schneiden, fallen 2 diskrete Loesungen zusammen. Entsprechende anschauliche Betrachtungen werden in [Wil] durchgefuehrt fuer den 1-Kamera-Fall; sie sind fuer den hier vorliegenden Fall mit im allgemeinenen mehreren Kameras topologisch aequivalent: Wenn die rotierenden ausgezeichneten Punkte die Strahlenbuendel beinahe tangential schneiden, liegen die Schnittpunkte nah beisammen. Wenn sie sie in einem groesseren Winkel (z. B. > 20 Grad) schneiden, liegen sie weit auseinander. If, during rotations, the marked points tangentially intersect the rays of the ray bundles, 2 discrete solutions coincide. Corresponding illustrative considerations are made in [Wil] for the 1-camera case; they are topologically equivalent for the case in question here with more than one camera in general: if the rotating excellent points cut the ray bundles almost tangentially, the intersection points are close together. If you cut them at a larger angle (eg> 20 degrees), they are far apart.
Bei nicht zu grossem Arbeitsbereich kann also sichergestellt werden, dass im Arbeitsbereich nur eine Loesung liegt.If the work area is not too large, it can be ensured that there is only one solution in the work area.
Bedingung ist bei ausgezeichneten Punkten also, dass bei Rotationen die ausgezeichneten Punkte die Strahlen der Strahlenbuendel nicht tangential, sondern moeglichst in einem groesseren Winkel (z. B. > 20 Grad) schneiden. Diese Bedingung, zusammen mit der Forderung, dass Strahlenbuendel nicht parallel zu den translatorischen Freiheitsgraden des Roboters sind, wird im folgenden Tangentenverbot genannt. Sie ist leicht und auf vielfaeltige Weise einzuhalten und beispielsweise dann erfuellt, wenn die Strahlenbuendel ein Dreibein darstellen und sich der Drehpunkt in der Mitte der Grundflaeche des Dreibeins befindet und die Drehachsen nicht durch die Merkmale gehen.The condition for excellent points is that during rotation, the excellent points do not intersect the rays of the ray tangents tangentially, but rather at a larger angle (eg> 20 degrees). This condition, together with the requirement that ray bundles are not parallel to the translatory degrees of freedom of the robot, is called tangent ban in the following. It is easy and many ways to comply with and, for example, satisfied when the beam columns represent a tripod and the fulcrum is in the middle of the base of the tripod and the axes of rotation do not go through the features.
Das Tangentenverbot ist bei Flexmerkmalen auch dann erfuellt, wenn die LICHT-Strahlenbuendel dort, wo sie die Flexmerkmale treffen, nicht tangential zum Kreis um die Rotationsachsen sind.The tangent ban on flex features is also met when the LIGHT beam bumps where they meet the flex features are not tangent to the circle around the rotation axes.
Das Tangentenverbot ist ein Beispiel fuer die Erreichung der Signifikanzbedingung. Das Tangentenverbot ist also eine hinreichende, aber nicht notwendige Bedingung fuer die Erreichung der (notwendigen) Signifikanzbedingung. Siehe Beispiel
Andererseits ist die Einhaltung des Tangentenverbots vorteilhaft, wie man aus Vergleich von
Da es sich bei dieser Erfindung um die KORREKTUR einer Bewegung handelt, sind die Arbeitsbereiche in der Regel ausreichend klein, um z. B. sicherstellen zu koennen, dass eine Rotationsachse nicht durch ein Merkmal hindurchgeht.Since this invention is the CORRECTION of a movement, the work areas are usually sufficiently small to z. B. to ensure that a rotation axis does not pass through a feature.
Fuer die geometrischen Betrachtungen setzen [Fis] und [Wil] die Kenntnis der Punkteabstaende im Raum voraus; für die vorliegende Erfindung ist diese Kenntnis nicht unbedingt erforderlich. Die Ueberlegungen von [Fis] und [Wil] sind hilfreich, um zu erkennen, unter welchen topologischen geometrischen Voraussetzungen die Signifikanzbedingung erzielbar ist.For geometrical considerations, Fis and Wil presuppose the knowledge of the points in space; for the present invention, this knowledge is not essential. The considerations of [Fis] and [Wil] are helpful to recognize under which topological geometric conditions the significance condition can be achieved.
Die Loesbarkeits- und Eindeutigkeits- und Stabilitaetsbetrachtungen sind abstrakt-geometrische Ueberlegungen und von den konkreten Abstandsmassen unabhaengig. Die fuer die Bestimmung der Lageabweichung erforderliche Zusatzinformation stammt aus den im Einrichtbetrieb gespeicherten Daten. Lageinformation wird nur implizit bestimmt.The solubility and uniqueness and stability considerations are abstract-geometric considerations and independent of the concrete distance measures. The additional information required to determine the position deviation comes from the data stored in set-up mode. Location information is only determined implicitly.
Bleibt noch der Uebergang von der Vermessung der Abbildung von ausgezeichneten Punkten zum Abspeichern und Vergleichen von allgemeinen Lagebeschreibungsvektoren, die im Extremfall direkt als Merkmalsbilder gegeben sein koennen:
Ueber Korrelationsverfahren kann man bekanntermassen ohne ausgezeichnete Punkte die Verschiebung und Verdrehung eines Bildes gegenueber einem Referenzbild berechnen, vorausgesetzt die Bilder besitzen gewisse naeherungsweise reproduzierbare Strukturen, die in mindestens zwei Richtungen ausgepraegt sind. Solche Verfahren gestatten die Verschiebungsberechnung auch beim Vorhandensein von Stoerungen.What remains is the transition from the measurement of the image of excellent points to the storage and comparison of general position description vectors, which in extreme cases can be given directly as feature images:
As is known, correlation methods can be used to calculate the displacement and rotation of an image relative to a reference image without excellent points, provided that the images have certain approximately reproducible structures that are expressed in at least two directions. Such methods allow the displacement calculation even in the presence of disturbances.
Im allgemeineren Fall verfuegt man ueber keinerlei positionsmaessig erfassbare Merkmale, also entweder nur direkt ueber Bilder oder Bildbeschreibungsvektoren mit Massen, die keine Positionen in Bildern angeben. Solche Masse sind z. B. Groessenveraenderung, Verdrehung, Verzerrung, Helligkeits- und Farbveraenderung, Ortsfrequenzveraenderungen. Diese Aenderungen koennen auch durch geeignete Beleuchtungsmassnahmen gezielt herbeigefuehrt werden, beispielsweise durch strukturiertes Licht oder Moire-Muster auf dem Werkstück.In the more general case, one does not have any positionally detectable features, ie either only directly via images or image description vectors with masses that do not indicate positions in images. Such mass are z. B. size change, rotation, distortion, brightness and color change, spatial frequency changes. These changes can also be brought about deliberately by suitable lighting measures, for example by structured light or Moire patterns on the workpiece.
Dieser allgemeine Fall kann auf den Fall mit ausgezeichneten Punkten zurueckgefuehrt werden, indem man sich vorstellt, dass bei Bewegung des Werkstuecks im Raum sich Bildstrukturen und damit verbundene Wertetupel mit in einem monotonen Zusammenhang tendenziell so veraendern, wie dies bei Vermessung der Bildkoordinaten von ausgezeichneten Punkten der Fall waere.
- – Wertevergleich: Zur eindeutigen Zuordnung kann zum Beispiel ein auf dem Werkstueck festes Gittermuster verwendet werden, dessen Gitterweite und Orientierung sich bei der Roboterbewegung in der Abbildung veraendert; es genuegt die Berechnung der Gitterweite und der Orientierung, ohne Positionsdaten zu berechnen.
- – Bildvergleich: Ein begrenztes Schachbrettmuster zum Beispiel, dessen Rastergroesse und Orientierung sich bei der Roboterbewegung in der Abbildung veraendert, kann durch Bildvergleich einem von mehreren vorher gespeicherten Schachbrettmustern zugeordnet werden, ohne die jeweilige Rastergroesse und die Orientierung direkt zu berechnen (ein Schachbrett ist fuer direkten Bildvergleich guenstiger als beispielsweise ein Gitter mit feinen Linien).
- - Comparison of values: For unambiguous assignment it is possible, for example, to use a grid pattern fixed on the work piece, its grid width and Orientation changed in the robot movement in the picture; it is sufficient to calculate the grid width and the orientation without calculating position data.
- - Image comparison: A limited checkerboard pattern, for example, whose grid size and orientation changes in the robot motion in the image, can be assigned to one of several previously stored checkerboard patterns by image comparison without directly calculating the respective grid size and orientation (a chessboard is for direct Image comparison is cheaper than, for example, a grid with fine lines).
Damit ist plausibel gemacht, dass mit der angegebenen Anordnung auch bei direktem Bildvergleich, ohne ueber irgendwelche von den Bildern abgeleitete Positionswerte zu verfuegen, die Signifikanzbedingung eingehalten werden kann.This makes it plausible that the significance condition can be met with the given arrangement, even with direct image comparison, without having any position values derived from the images.
Bleibt noch der Uebergang von Fixmerkmalen auf Flexmerkmale. Hier gilt eine aehnliche Ueberlegung: Auch hier sind Anordnungen realisierbar, mit denen Bildstrukturen entstehen, aufgrund derer skalare Wertetupel sich tendenziell so monoton veraendern, wie dies bei Vermessung der Bildkoordinaten von ausgezeichneten Punkten der Fall ist.There remains the transition from fix features to flex features. Here again, a similar consideration applies: Arrangements are also possible here with which image structures arise, as a result of which scalar value tuples tend to change in a monotone manner, as is the case when the image coordinates of excellent points are measured.
Beispiel eines Flexmerkmals: Die Erzeugung eines Gittermusters oder eines Schachbrettmusters mittels strukturierter Beleuchtung fuehrt bei geeigneter Beleuchtungsgeometrie auf den gleichen oben geschilderten Effekt, ohne dass solche Muster auf dem Werkstueck vorhanden sein muessen. Siehe Beispiele
Zu Flexmerkmalen siehe auch das Beispiel
Im folgenden werden Vorteile der Erfindung erlaeutert.In the following, advantages of the invention will be explained.
Es muessen nicht unbedingt konventionelle geometrische Merkmale wie Kanten, Ecken, Loecher aufgenommen werden. Es genuegen grundsaetzlich Abbildungen, aus denen sich irgendwelche reproduzierbare Bildstrukturen ergeben, die sich in irgendeiner Weise bei Veraenderung der Aufnahmegeometrie aendern und in ihrer Gesamtheit eine eindeutige Zuordnung zur Lage ermoeglichen.Not necessarily conventional geometric features such as edges, corners, holes must be recorded. Basically, illustrations are sufficient from which any reproducible image structures result, which change in any way when the recording geometry changes and in their entirety make possible an unambiguous assignment to the situation.
Dazu gibt es vielerlei Moeglichkeiten.There are many possibilities.
Merkmale im oben angegebenen Sinn erfuellen diese Forderung bei Einhalten des oben geschilderten Tangentenverbots. Solche Merkmale koennen verwendet werden, ihre Geometrie braucht jedoch nicht bekannt zu sein.Features in the sense indicated above meet this requirement if the tangent ban described above is adhered to. Such features can be used, but their geometry need not be known.
Auch geeignet zur Auswahl der zu erfassenden Bereiche sind beispielsweise
- – Oberflaechenformen wie Sicken, Woelbungen,
- – kuenstlich erzeugte Flexmerkmale (s. o.),
- – inhomogene Strukturen wie reproduzierbare Uebergaenge von Oberflaechenstrukturen; beliebige metrisch undefinierte, aber in der optischen Abbildung reproduzierbare Merkmale.
- - surface shapes such as beads, veins,
- - artificially created flex features (see above),
- - inhomogeneous structures such as reproducible transitions of surface structures; any metrically undefined but reproducible features in the optical image.
Eine analytisch oder experimentelle Bestimmung der visuellen Jakobimatrix oder eines funktionellen (z. B. stueckweise linear approximierenden) Zusammenhangs zwischen Roboterbewegung und der Bewegung konventioneller (d. h. mit Positionsdaten verknuepfbarer) Bildmerkmale ist nicht erforderlich. Im allgemeinen Fall des Arbeitens mit einer grossen Bild-Datenbasis werden von den Bildern ueberhaupt keine Daten abgeleitet. Eine Darstellung irgendeines funktionellen Zusammenhangs eruebrigt sich.An analytic or experimental determination of the visual Jacobian matrix or a functional (eg, piecewise linearly approximating) relationship between robot movement and the movement of conventional (i.e., linkable with positional data) image features is not required. In the general case of working with a large image database, no data is derived from the images at all. A representation of any functional context is lost.
Das hier vorgestellte Verfahren ist nicht darauf angewiesen, dass gepulstes, moduliertes oder strukturiertes Licht eingesetzt wird. Das hier vorgestellte Verfahren kann grundsaetzlich mit beliebigem Licht arbeiten, z. B. dem Tageslicht. Wird eine spezielle Beleuchtung verwendet, so kann diese durchaus zur Erhoehung der Stoeranfaelligkeit gegen Fremdlicht zusaetzlich gepulst oder moduliert oder auf einen bestimmten Spektralbereich begrenzt oder strukturiert werden. Dies ist jedoch nicht grundsaetzlich erfoderlich; das Verfahren faellt also weder unter b1) noch unter b2) und ist – auch bei zusaetzlicher Verwendung von strukturiertem oder gepulstem oder moduliertem Licht – nicht mit den messtechnischen Problemen der Verfahren b1) und b2) verbunden.The method presented here does not rely on the use of pulsed, modulated or structured light. The method presented here can basically work with any light, z. B. the daylight. If a special lighting is used, it may well be additionally pulsed or modulated to increase the susceptibility to external light or limited or structured to a specific spectral range. However, this is not fundamentally necessary; the method is therefore neither under b1) nor under b2) and is - even with additional use of structured or pulsed or modulated light - not with the metrological problems of the methods b1) and b2) connected.
Bei der hier vorgestellten Erfindung betrachten im Gegensatz zu Stereo-Verfahren die Kameras im allgemeinen unterschiedliche Merkmale, u. a. mit dem Vorteil, dass grosse Werkstuecke leichter und genauer zu erfassen sind. Je weiter die Merkmale auseinander liegen, desto genauer ist die Bewegungskorrektur moeglich. Grundsaetzlich reicht andererseits jedoch, im Gegensatz zu Stereosystemen, eine einzige Kamera aus.In the invention presented here, in contrast to stereo methods, the cameras generally consider different features, u. a. with the advantage that large workpieces are easier and more accurate to grasp. The further apart the features, the more accurate the movement correction is possible. On the other hand, on the other hand, in contrast to stereo systems, a single camera is sufficient.
Im Gegensatz zu modellbasierten Systemen braucht die Werkstueckgeometrie oder die Lage der Merkmale in einem Werkstueck-Koordinatensystem nicht bekannt zu sein, ja sogar ein Werkstueckkoordinatensystem braucht nicht definiert zu sein. Die Aufgabe ist geloest, indem die Abweichung der Werkstuecklage gegenueber der Standardlage implizit bestimmt wird, ohne dass die geometrischen Verhaeltnisse bei Standardlage bekannt zu sein brauchen. Die wirkliche Lage des Werkstuecks im Raum braucht prinzipiell weder in der Standardlage noch in der im Automatikbetrieb angetroffenen Lage bekannt zu sein und auch nicht berechnet zu werden.In contrast to model-based systems, the workpiece geometry or the position of the features in a workpiece coordinate system need not be known, and even a workpiece coordinate system need not be defined. The task has been solved by implicitly determining the deviation of the workpiece position from the standard position, without having to know the geometrical relationships in the standard situation. In principle, the actual position of the work piece in the room does not need to be known in the standard position or in the position encountered in the automatic mode and also not to be calculated.
Ein Kalibrieren des Robotersystems auf Weltkoordinaten, wie es beispielsweise in [Ben] mittels Bewegung von Kameras mit Blick auf eine Kalibrierplatte realisiert wird, entfaellt.Calibration of the robot system to world coordinates, as is realized, for example, in [Ben] by means of movement of cameras with a view to a calibration plate, is omitted.
Im Gegensatz zu konventionellen Stereosystemen braucht die Kamerageometrie nicht bekannt zu sein. Die Lage der ebenen Koordinatensysteme im Raum braucht nicht bekannt zu sein. Eine Berechnung der inneren oder aeusseren Kamerakoordinaten entfaellt damit.In contrast to conventional stereo systems, the camera geometry does not need to be known. The position of the plane coordinate systems in space need not be known. A calculation of the inner or outer camera coordinates is thus eliminated.
Ohne mathematische Mehrdeutigkeitsprobleme koennen auch Systeme mit mehr als 6 Roboter-Freiheitsgraden realisiert werden. Soll z. B. ein Knickarmroboter eine bestimmte Lage des Greifers oder Werkzeugs im Raum herstellen, so kann es vorkommen, dass bestimmte Lagen mit mehreren verschiedenen Roboterstellungen erreicht werden koennen. Die damit verbundenen mathematischen Probleme existieren hier nicht, da aufgrund des Vorzeigens in verschiedenen Robotereinstellungen eben nur diese (und ggf. dazu benachbarte) Einstellungen fuer den Automatikbetrieb in Frage kommen.Without mathematical ambiguity problems systems with more than 6 robot degrees of freedom can be realized. Should z. B. an articulated robot produce a certain position of the gripper or tool in space, it may happen that certain positions can be achieved with several different robot positions. The associated mathematical problems do not exist here, since only these (and possibly adjacent) settings for the automatic mode come into question due to the presentation in different robot settings.
Es ist nicht erforderlich, kuenstliche Merkmale anzubringen, wie z. B. Klebepunkte.It is not necessary to attach artificial features such. B. adhesive dots.
Das Verfahren gestattet eine steuernde oder regelnde Vorgehensweise.The method allows a controlling or regulatory procedure.
Das Verfahren ist einsetzbar, ohne dass positionsmaessig erfassbare Merkmale in den Bildern verfuegbar sein muessen.The method can be used without it being necessary to be able to obtain positionally detectable features in the images.
In einem konkreten System ist der Uebergang von Fixmerkmalen zu Flexmerkmalen grundsaetzlich realisierbar allein durch Aendern der Beleuchtungseinrichtung, ohne an den restlichen Komponenten wie Roboter, Steuerung, insbesondere Bildauswertungsverfahren, etwas zu aendern.In a concrete system, the transition from fix features to flex features is basically feasible solely by changing the lighting fixture without changing anything about the rest of the components such as robots, control, especially image exploitation techniques.
Das Verfahren gestattet eine Selbstueberwachung, indem verschiedene Ausgangsstellungen des Roboters definiert werden und fuer diese Stellungen, jeweils nach einer korrigierenden Roboterbewegung, mit zusaetzlichen Bildaufnahmen, das Erreichen des Korrekturziels ueberprueft wird. Die Werkstuecklage braucht hierfuer nur konstant zu sein und braucht nicht der Standardlage zu entsprechen.The method allows self-monitoring by defining different starting positions of the robot and, for these positions, each time after a corrective robot movement, with additional image recordings, the achievement of the correction target is checked. The Werkstuecklage need only be constant for this and does not need to conform to the standard situation.
Die bei der Selbstueberwachung auftretende Abweichung kann fuer eine automatische Adaption an langsam oder geringfuegig veraenderliche Gegebenheiten verwendet werden.The deviation occurring during the self-monitoring can be used for an automatic adaptation to slowly or slightly varying conditions.
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