WO2009033708A2 - Method for aligning an object - Google Patents

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WO2009033708A2
WO2009033708A2 PCT/EP2008/007565 EP2008007565W WO2009033708A2 WO 2009033708 A2 WO2009033708 A2 WO 2009033708A2 EP 2008007565 W EP2008007565 W EP 2008007565W WO 2009033708 A2 WO2009033708 A2 WO 2009033708A2
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WO
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marker
camera
rotation
orientation
axis
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PCT/EP2008/007565
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German (de)
French (fr)
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WO2009033708A3 (en
Inventor
Ulrich Ehrenfried
Rüdiger Opper
Falk Thürmer
Original Assignee
Pepperl + Fuchs Gmbh
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1615Programme controls characterised by special kind of manipulator, e.g. planar, scara, gantry, cantilever, space, closed chain, passive/active joints and tendon driven manipulators
    • B25J9/162Mobile manipulator, movable base with manipulator arm mounted on it
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1694Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • B25J9/1697Vision controlled systems
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/40Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40538Barcode reader to detect position
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/45Nc applications
    • G05B2219/45138Laser welding

Definitions

  • the invention relates to a method for aligning an object, such as robot, arm of a robot or laser, by rotating the object about at least one axis of rotation.
  • Such an angle encoder usually consists of an immovable part, which e.g. is connected to a wall or the floor, and a movable part, which is connected to the robot.
  • the axis of rotation passes through the angle encoder.
  • the movable and the immovable part are arranged on a pivot bearing to each other. If the robot is rotated relative to its surroundings about the axis of rotation, the movable relative to the immovable part of the angle encoder is also rotated about the axis of rotation. This relative rotation is detected by a built-in encoder in the encoder and converted into a signal containing information about the angular, related to the rotation axis orientation of the object relative to its environment or about the rotation angle of rotation.
  • the sensor may e.g. operate in the manner of a potentiometer whose tapping point changes during rotation.
  • Another type of sensor detects the rotation angle optically using a coded angle plate.
  • Yet another type of sensor detects the angle magnetically.
  • a disadvantage of the alignment of objects with such encoders is that a high precision of the alignment can be achieved only with great effort; High-resolution angle encoders are therefore expensive.
  • Another disadvantage of the alignment of objects using angle encoders of the types mentioned is the sensitivity to contamination or Aging.
  • angle encoders must be arranged on the axis of rotation, which can be problematic, for example, in confined spaces.
  • angle encoders are not, or at least not easy, possible.
  • the robot e.g. To move transversely to the axis of rotation to another location and align it there by turning on the spot, for this purpose would first have mechanically decoupled the axis of rotation of the environment and mechanically coupled at the new location to the environment, i. The axis of rotation would have to be relocated together with the robot.
  • a further disadvantage of using angular encoders for aligning objects is that three angular encoders are needed to align an object in any spatial direction by rotating the object about three mutually perpendicular axes of rotation, one per axis of rotation.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for aligning an object, which does not have these disadvantages and manages without the use of a Winkelcodierers.
  • This object is achieved by a method for aligning an object, such as robot, arm of a robot or laser, by rotating the object about at least one axis of rotation, characterized in that a marker is detected with a camera and imaged as a marker image, wherein either the camera participates in the rotation and the marker is directionally fixed or vice versa, so when turning the object relative rotation between the marker and the camera takes place about the axis of rotation, the actual orientation which exists between the camera and the marker before the rotation, either from the orientation which the marker image has before the rotation in the field of view of the camera, or from the linear
  • Extension which has the marker image before rotation in the field of view of the camera, derived by electronic image processing and the result is used to determine a target rotation angle by which the object to achieve a predetermined target orientation between the camera and marker and thus to Aligning the object is to be rotated in a certain direction about the rotation axis, and then the object is rotated about the target rotation angle about the rotation axis and thus aligned in the target direction.
  • the following steps are carried out: a) the marker is fixed in the surroundings of the object, b) the camera is arranged on the object so that it participates in the rotation of the object, its optical axis parallel or runs obliquely to the axis of rotation and the marker is in the detection range of the camera and is thus imaged by the same as lying within their image field marker image, c) by means of electronic image processing of the orientation of the marker image in the image field of the camera, the actual orientation of the camera relative to the Derived from the marker and compared with the target orientation of the camera relative to the marker, d) the result of step c) is used to determine the SoII rotation angle, e) the object is rotated about the desired rotation angle about the axis of rotation, so that after the step e) the predetermined target orientation between camera and marker is present and thus de
  • the object is oriented in the target direction.
  • the camera is preferably arranged rigidly on the object in step b).
  • the inventive method is characterized in particular by the fact that it can be dispensed with the use of an angle encoder with all its disadvantages.
  • the orientation between the object and the camera is known, the orientation between the object and the marker can be determined immediately from the orientation between the camera and the marker.
  • the orientation between the object and the camera can be known in advance. According to a variant, the orientation between the object and the camera is determined, e.g. by measurement.
  • the orientation of the marker relative to the outside world or environment of the object is known or measured
  • the orientation of the object relative to the marker immediately follows the absolute orientation of the object with respect to the outside world or surroundings.
  • the orientation of the marker relative to the north-south direction can be measured.
  • the orientation of the marker relative to the outside world is determined and the absolute orientation of the object with respect to the outside world determined from the orientation of the object relative to the marker and the orientation of the marker relative to the outside world or to the environment of the object.
  • the orientation of the marker relative to the surroundings of the object is determined and the absolute orientation of the object with respect to the environment of the object is determined from the orientation of the object relative to the marker and the orientation of the marker to the outside world or to the environment of the object.
  • a ') the marker is placed on the object so that the marker participates in the rotation of the object
  • b 1 ) the camera is placed in the environment of the object directionally so that its optical axis is parallel or oblique to the axis of rotation and the marker is within the detection range of the camera and thus is imaged by the same as lying within their image field marker image
  • c ') by means of electronic image processing is the orientation of the marker image in the image field of the camera, the actual orientation of Markers relative to the camera derived and compared with the target orientation of the marker relative to the camera
  • d 1 ) the result of step c 1 ) is used to determine the desired rotation angle
  • e 1 ) the object is the target Rotation angle rotated about the axis of rotation, so that after step e 1 ) the predetermined target orientation between marker and camera before and thus the object is aligned in the target direction.
  • orientation between camera and marker i. with the actual orientation of the camera relative to the marker or vice versa, that orientation is meant, which has the projection of the camera on a plane perpendicular to the axis of rotation relative to the projection of the marker on this plane.
  • the orientation between the marker and the camera can be used to instantly determine the orientation between the object and the camera.
  • the orientation between the object and the marker can be known in advance. According to a variant, the orientation between the object and the marker is determined, e.g. by measurement.
  • the orientation between the object and the marker means that orientation which the projection of the object on to the axis of rotation vertical plane relative to the projection of the marker on this plane.
  • the camera in step b) or in step b 1 ) is arranged so that its optical axis of the camera is parallel to the axis of rotation or against these by an angle of at most 85 °, preferably at an angle of at most 60 °, particularly preferred is inclined at an angle of at most 30 ° or at an angle of at most 15 °.
  • the camera is directionally fixed in the vicinity of the object arranged so that its optical axis is perpendicular or oblique to the axis of rotation and the marker is in the detection range of the camera and thus from the same as lying within their image field
  • the actual orientation of the marker relative to the camera is derived from the linear extent, which has in the image field of the camera, the marker image perpendicular to the direction of the image of the axis of rotation, and with the desired orientation of the marker relative to the camera compared,
  • step C) the result of step C) is used to determine the desired angle of rotation
  • step E) the object is rotated about the desired rotation angle about the axis of rotation, so that after step E) the predetermined desired orientation between marker and camera is present and thus the object is aligned in the target direction.
  • the camera is arranged in step B) so that its optical axis of the camera is perpendicular to the axis of rotation or against this by an angle of at least 5 °, preferably by an angle of at least 30 °, more preferably by an angle of at least 60th ° or inclined at an angle of at least 85 °.
  • the object is movable along a path or on or parallel to a tread, wherein in step a) a plurality or multiplicity of markers are arranged along the path or on the tread, the object is successively moved to different locations which are selected such that at each of the locations at least one of the markers is detected and imaged by the camera, and steps b) to e) are performed separately for each of the locations.
  • each marker of All other markers different and individually identifiable by means of the camera and image processing.
  • a marker e.g. a code carrier or character or string or pattern or dot pattern is used, the marker carrying information read by the camera and image processing. This information may e.g. serve for the individual identifiability of the marker and / or specify the location of the marker in question.
  • the code carrier e.g. a one-dimensional barcode can be used.
  • a two-dimensional bar code or a data matrix code is used as the code carrier.
  • Each marker preferably carries information about its own absolute position along the route or about the absolute position of it Projection on the tread each with respect to a predetermined reference point, this information is read out by means of the camera and image processing. In this way, the markers or the information carrying the markers can be used to locate the object along the path or tread by image processing.
  • the orientation of the marker (M) with respect to the outside world or to the environment of the object (R) is determined, wherein the absolute orientation of the object (R) with respect to the outside world or with respect to the environment (R) the object (R) is determined from the orientation of the object (R) relative to the marker (M) and the orientation of the marker (M) relative to the outside world or to the environment of the object (R).
  • Figure 1 is a plan view of a robot shown in a transparent, which is on a tread and is rotatable about a vertical axis of rotation, wherein on the underside of the robot, a camera is also shown transparent and arranged under the
  • Robot is a marker, which is glued to the tread and is detected and imaged by the camera,
  • Figure 2 shows the field of view of the camera in the situation of Figure 1,
  • FIG. 3 shows the robot of FIG. 1, once again shown in a transparent manner, in plan view after rotation about one according to a first embodiment
  • FIG. 5 shows a further top view of the robot of FIG. 1, wherein the camera not shown here is arranged above the robot and the marker is glued to the top side of the robot and is detected and imaged by the camera,
  • FIG. 6 shows the image field of the camera in the situation of FIG. 5
  • FIG. 7 shows the robot of FIG. 5 in plan view after the rotation about one determined according to a second variant of the invention variant rotational angle
  • FIG. 8 shows the image field of the camera in the situation of FIG. 7,
  • FIG. 9 shows a further plan view of the robot of FIG. 1, wherein the camera likewise not shown here is arranged above the robot and the marker is glued to the upper side of the arm of the robot and is detected and imaged by the camera
  • FIG 11 shows the image field of the camera after pivoting of the robot arm about a pivot axis upward about a desired rotation angle determined according to a third variant of the invention
  • FIG. 12 shows the robot of FIG. 9 in a plan view after turning the robot arm about its longitudinal axis to the left about a target rotational angle likewise determined according to the third variant of the invention
  • FIG. 13 shows the image field of the camera in the situation of FIG. 12, and FIG a situation in which the arm of the robot is both upwardly pivoted and counterclockwise with respect to the situation of FIG.
  • Figures 1, 3, 5, 7, 9 and 12 each show a robot R, which is rotatable about a rotational axis V, namely about the vertical axis V of the robot R by means of a drive, not shown.
  • the robot R can on a tread F
  • the axis of rotation V runs in the present example perpendicular to the tread F.
  • the robot R has an arm A, which is arranged on the robot via an angle W.
  • the angle W is pivotable together with the arm A about a pivot axis S, whereby the robot can raise and lower the arm A.
  • the arm A is further rotatable about a rotation axis RA, which coincides with the longitudinal axis RA of the arm A, whereby the robot R can rotate the arm A about its longitudinal axis RA.
  • a laser L is arranged in its end portion facing away from the angle W, by means of which the robot R can make spot welds on workpieces, for example.
  • the longitudinal axis of the laser L is perpendicular to the axis of rotation RA.
  • first and the second variant of the method according to the invention is generally - with the orientation of an object (eg marker M) relative to another object (eg camera K 1 robot R), or, which is the same, with the orientation of the Object with respect to the other object, or, which is also the same, with the orientation between these two objects, in each case the orientation meant, which has the projection of the object on a plane perpendicular to the vertical axis V relative to the projection of the other object on this plane.
  • Figures 1 to 4 illustrate a first variant of a method according to the invention. This variant is used to align the robot R by rotating it around the vertical axis V and comprises the following steps:
  • the marker M in the present example is a one-dimensional barcode M, on which for better illustration of the method according to the invention a marker coordinate system Mx 1 My with the parallel to the tread F aligned axes Mx 1 My based, the Mx-axis parallel and the My -Axis perpendicular to the bars of the bar code M runs.
  • the information content of the bar code M does not matter here.
  • the robot R is aligned on the tread F so that the pivot axis S is in an initial direction Z1 and at an angle ⁇ 1 to the Mx axis.
  • the angle ⁇ 1 is therefore a measure of the actual orientation of the robot R with respect to the marker M, which is present in the situation of FIG.
  • the camera K is referenced to a camera coordinate system Kx 1 Ky whose mutually perpendicular axes Kx 1 Ky each extend parallel to the running surface F and in each case parallel to a boundary line of the image field BF of the camera K.
  • the axes Kx 1 Ky span the plane of the image field BF.
  • the Kx axis intersects the pivot axis S at an angle ⁇ , or the projection of the Kx axis onto a plane perpendicular to the vertical axis V intersects the projection of the pivot axis S onto this plane at the angle ⁇ (FIG. 1).
  • the angle ⁇ is thus a measure of the orientation between camera K and robot R. Since the camera K takes part in each rotation of the robot, the angle ⁇ does not change during rotation of the robot R, but remains constant.
  • the robot R is aligned on the tread F so that the Kx axis is at an angle ⁇ 1 to the Mx axis.
  • the angle ⁇ 1 is thus a measure of the actual orientation of the camera K with respect to the marker M, which is present in the situation of FIG.
  • We have ⁇ 1 ⁇ 1 + ⁇ .
  • FIG. 2 shows the image field BF which supplies the camera K in the situation of FIG.
  • the marker M is used by the camera K in the image field BF as marker image M 1 displayed.
  • the lying in the detection range E of the camera K part of the tread F is shown as a tread image F 1 .
  • the axis Mx is represented in the image field BF as an axis image Mx '.
  • the axis My in the image field BF is depicted as an axis image My 1 .
  • the pivot axis S is imaged in the image field BF as an axis image S '.
  • the camera K provides a right-angled and upright image, wherein the magnification in the Kx direction, in the Ky direction and in all intermediate directions is the same, ie the image of the camera K is undistorted and thus angle-faithful. Therefore, in FIG. 2, the bars of the marker image M 1 in the image field BF of the camera K likewise run at an angle ⁇ 1 to the Kx axis, ie the angle ⁇ 1 is also a measure of how the marker image M 1 in the image field BF is in the situation of FIG is oriented.
  • the actual orientation of the camera K relative to the marker M is derived in step c). Since the camera K in the present example provides a true-to-the-page, upright and undistorted image, the angle at which the bars of the marker image M 1 in the BF field are tilted against the Kx axis is the same as the angle about which the bars of the Markers M are inclined even against the Kx axis. This angle is given by ⁇ 1, ie the actual orientation of the camera K relative to the marker M is determined by the angle ⁇ 1. Now, the thus found actual orientation of the camera K relative to the marker M is compared with a predetermined desired orientation between camera K and marker M, ie the deviation between the target and actual orientation between camera K and marker M is detected. The desired orientation of the camera K relative to the marker M is defined in the present example by an angle ⁇ 2 (FIG. 3). This completes step c).
  • a target rotational angle ⁇ (FIG. 3) is determined, by which the robot R is to bring about the predetermined target orientation between camera K and marker M and thus for aligning the robot R in a certain, specifiable target direction to rotate about the axis of rotation V is.
  • the inventive method is completed when the predetermined SoII orientation between camera K and marker M is reached, because then the robot R is aligned in the target direction.
  • the target rotational angle ⁇ is thus predetermined by the deviation of the actual orientation between camera K and marker M from the desired orientation between camera K and marker M and is determined according to the invention by image processing.
  • FIG. 3 shows the robot R of FIG. 1 after the rotation about the desired rotation angle ⁇ .
  • FIG. 4 shows the image field BF which supplies the camera K in the situation of FIG. This rotation is indicated in Figure 1 by curved arrows.
  • the direction of the pivot axis S changes from the initial direction Z1 to the target direction Z2, as a result of which the robot R is aligned in a specific direction according to the invention.
  • the robot is oriented in a specific, predetermined direction relative to the marker M, namely in the present example such that the pivot axis S extends at an angle ⁇ 2 to the bars of the position and direction marker M.
  • the target direction Z2 does not necessarily have to be predetermined. If the orientation ⁇ between robot R and camera K is known, the orientation of the robot R follows directly from the orientation of the camera K. Then follows from the actual orientation ⁇ 1 between camera K and marker M, the initial direction Z1 and from the target orientation ⁇ 2 between camera K and marker M, the target direction Z2 as a predetermined target target direction.
  • FIG. 5 to 8 illustrate a second variant of the method according to the invention.
  • This second variant also serves to align the robot R by rotating it about the vertical axis V and comprises the following steps:
  • FIG. 5 again shows the robot R of FIG. 1, whereby it is aligned in FIG. 5 as well as in FIG. 1, namely in such a way that the pivot axis S runs in the initial direction Z1.
  • the variant of the method explained with reference to FIGS. 5 to 8 serves to align the robot R relative to the camera K and, instead of the above steps a) to e), comprises the following steps a 1 ) to e 1 ):
  • Step a 1 Unlike in the first variant explained above, the marker M already shown in FIG. 1 is not glued to the running surface F but to the top side of the robot R, so that the marker M on each rotation of the robot R participates. On the marker M, the marker coordinate system Mx 1 My is related to the parallel to the tread F aligned axes Mx 1 My.
  • the Mx axis intersects the pivot axis S or its projection on the plane spanned by the Mx axis and the My axis at an angle ⁇ .
  • Angle ⁇ is thus a measure of the orientation between marker M and robot R. Since the marker participates in every rotation of the robot R, the angle ⁇ does not change during rotation of the robot R, but remains constant.
  • Step b 1 The camera K, not shown in FIGS. 5 and 7, unlike in the first variant explained above, is not arranged on the robot R, but arranged above it in such a way that the camera is directed from top to bottom onto the robot R and the marker M views, their optical axis is parallel to the axis of rotation V and the marker M is in the detection range E of the camera and thus of the same as within their image field BF lying marker image M 1 is shown ( Figure 6).
  • the camera is arranged directionally fixed so that it does not participate in rotational movements of the robot R.
  • the camera is based on the camera coordinate system Kx 1 Ky, whose mutually perpendicular axes Kx 1 Ky extend parallel to the running surface F and parallel to a boundary line of the image field BF of the camera K, respectively.
  • the axes Kx 1 Ky span the plane of the image field BF.
  • the robot R is oriented on the running surface F such that the Kx-axis extends at an angle ⁇ 1 to the Mx-axis and at an angle ⁇ 1 to the pivoting axis S (or the projection of the Kx-axis onto a to the vertical axis V vertical plane at an angle ⁇ izur projection of the Mx axis to this plane and at an angle ⁇ 1 for the projection of the pivot axis S on this plane extends).
  • the angle 61 is a measure of the actual orientation of the marker M in the situation of FIG. 5 with respect to the camera.
  • the angle ⁇ 1 is a measure of the present in the situation of Figure 1 actual orientation of the robot R with respect to the camera.
  • ⁇ 1 ⁇ 1 + ⁇ .
  • FIG. 6 shows the image field BF which supplies the camera K in the situation of FIG.
  • the marker M is imaged by the camera in the image field BF as marker image M 1 .
  • the part of the upper side of the robot R lying in the detection area E of the camera K is imaged as a robot image R 1 . Since the camera K delivers a correct, upright and undistorted image, in FIG. 6 the bars of the marker image M 'in the image field BF also run at an angle 61 to the Kx axis, ie the angle ⁇ 1 is also a measure of this, as in the situation of FIG 6, the marker image M 1 is oriented in the image field BF.
  • Step c 1 This step differs from the step c) explained above only in that the angle ⁇ 1, by which the actual orientation of the marker M relative to the camera K is given, now occurs at the location of the angle ⁇ 1.
  • the deviation of the actual orientation between camera and marker M determined by a predetermined desired orientation is also determined in step c 1 ), which in the present example is defined by a ⁇ 2 angle (FIG. 7).
  • Step d 1 Now, in complete analogy to step d) explained above, a desired rotation angle ⁇ (FIG. 7) is determined from the deviation found in step c 1 ), about which the robot R determines the desired target orientation between the camera and marker M, and thus to align the robot R so as to rotate about the rotation axis V, that the pivot axis S is in the direction Z3.
  • a desired rotation angle ⁇ (FIG. 7) is determined from the deviation found in step c 1 ), about which the robot R determines the desired target orientation between the camera and marker M, and thus to align the robot R so as to rotate about the rotation axis V, that the pivot axis S is in the direction Z3.
  • Step e 1 Finally, the robot R is rotated about the rotational axis V by the target rotational angle ⁇ determined in step d 1 ).
  • Figure 7 shows the robot R of Figure 1 after this rotation.
  • FIG. 8 shows the image field BF which the camera supplies in the situation of FIG. This rotation is indicated in Figure 5 by curved arrows.
  • the direction of the pivot axis S changes from the initial direction Z1 to the target direction Z3, as a result of which the robot R is aligned in a specific direction according to the invention.
  • the robot R is oriented in a specific, predetermined direction relative to the camera, namely in the present example such that the pivot axis S extends at an angle ⁇ 2 to the Kx axis.
  • the third variant it is not about a rotation about the vertical axis V, but about a rotation about the pivot axis S, in the following explanations to the third variant of the inventive method is generally with the orientation of an object (eg marker M) relative to a another object (eg camera), or what is the same, with the orientation of the object with respect to the other object, or, which is also the same, with the orientation between these two objects, in each case that orientation meant, which the projection of the object on having a plane perpendicular to the pivot axis S relative to the projection of the other object on this plane.
  • an object eg marker M
  • a another object eg camera
  • the third variant of the method can be carried out additionally or simultaneously to the first variant of the method and serves not to align the robot R itself, but to align arm A of the robot R relative to the camera K by rotating or pivoting the arm A about the pivot axis S, and comprises the following steps A) to E):
  • FIG. 9 shows the robot R of FIG. 1 again.
  • the marker M already shown in FIG. 1 is not glued to the robot R itself but to the top of the arm A of the robot R according to step A), so that the marker M participates in each rotation and pivoting of the arm A.
  • the camera is arranged directionally fixed so that it does not participate in rotational movements of the arm A.
  • the camera is based on the camera coordinate system Kx 1 Ky, whose mutually perpendicular axes Kx 1 Ky extend parallel to the running surface F and parallel to a boundary line of the image field BF of the camera K, respectively.
  • the axes Kx 1 Ky span the plane of the image field BF.
  • FIG. 9 A possible arrangement of the robot R, its arm A and the marker M after carrying out steps A) and B) is shown in FIG. 9 as an example.
  • the robot R is aligned on the tread F so that the Kx axis is parallel and the longitudinal axis RA of the arm A is perpendicular to the pivot axis S, with the arm A of the robot R slightly raised against the horizontal.
  • such an orientation is not a prerequisite for the feasibility of the method according to the invention.
  • FIG. 10 shows the image field BF 1 which supplies the camera K in the situation of FIG.
  • the marker M is imaged by the camera in the image field BF as a marker image M '.
  • the lying in the detection range E of the camera K part of the arm A is shown as Armsent A 1 .
  • the angle W is shown as an angle piece image W.
  • the axis image S 1 is not a real, visible line in the image field BF 1 but just like the pivot axis S itself only an imaginary line and in Figures 2, 4, 6, 8, 10, 11, 13 and 14 only for a better illustration of Invention each shown as a dotted line (the same applies to the image RA 1 of the rotation axis RA).
  • the marker image M 1 in the image field BF has a certain linear extent y1 (FIG. 10). This expansion changes upon rotation of the arm A about the pivot axis S due to the changing perspective distortion.
  • the extension yi is therefore a measure of the angle at which the optical axis of the camera intersects the longitudinal axis RA of the arm A, or below the projection of the optical axis of the camera on a plane perpendicular to the pivot axis S projection of the longitudinal axis RA this plane intersects.
  • the extent y1 is a measure of the actual orientation of the arm A (and thus of the marker M) present in the situation of FIG. 10 relative to the camera.
  • step C the actual orientation of the marker M relative to the camera K is now derived by means of electronic image processing from the linear expansion y1 and compared with a predetermined desired orientation of the marker M relative to the camera K.
  • the linear extent which has the marker image M 1 perpendicular to the direction of the axis image S 1 in the image field BF of the camera K has the value y 2 in the present example ( Figure 11).
  • the value y1 is simply determined by image processing and compared with the predetermined value y2.
  • FIG. 11 shows the image field BF of the camera after this rotation.
  • the arm A is now more strongly raised against the horizontal than in the situation of Figure 9.
  • the longitudinal direction of the arm A is in a certain direction, whereby the arm A is inventively aligned in this direction.
  • the arm A after the step E) in a certain predetermined direction is aligned relative to the camera, namely in the present example so that the linear extent, which has the marker image M 1 in the image field BF of the camera perpendicular to the direction axis image S 1 , which assumes value y2.
  • the linear extent which the marker image M 1 has in the image field BF of the camera perpendicular to the direction of the axis image S 1 can also be brought from the value y1 to the value y2 by the arm A not being raised against the horizontal, but lowered. Because even in this case, there is an orientation of the arm A relative to the camera, in which this linear expansion takes the value y2. Similarly, there are two orientations of the arm A relative to the camera, in which the linear extent which the marker image M 1 has in the image field BF of the camera perpendicular to the direction of the axis image S 1 assumes the value y1. The same applies to every other value of the linear extent which the marker image M 1 has in the image field BF of the camera perpendicular to the direction of the axis image S 1 .
  • this ambiguity is eliminated by suitable measures.
  • this can be distinguished during the rotation of the arm A about the pivot axis S between forward and backward rotation, so that it is monitored whether, for example, the value y1 or another specific value of the linear extent which the marker image M 1 in the image field BF of the camera perpendicular to the direction of axis image S 1 has been achieved by forward or reverse rotation of the arm A about the pivot axis S.
  • the coarse alignment of the arm is determined by another method, for example by using a probe, a light barrier, an angle encoder, a compass or a spirit level, and by means of the method according to the invention. Alignment is made. The reading of the compass or spirit level can also be done automatically by means of the camera and image processing. Numerous other methods for eliminating the mentioned ambiguity are possible.
  • the fourth variant Since in the fourth variant it is not about a rotation about the vertical axis A or about the pivot axis S, but about a rotation about the axis of rotation RA, in the following explanations to the fourth variant of the method according to the invention is generally with the orientation of an object (eg M, arm A) relative to another object (eg camera), or what is the same, with the orientation of the object with respect to the other object, or, which is also the same, with the orientation between these two objects, respectively that orientation meaning, which has the projection of the object on a plane perpendicular to the axis of rotation RA relative to the projection of the other object on this plane.
  • an object eg M, arm A
  • another object eg camera
  • the fourth variant of the method can be carried out additionally or simultaneously to the first and the third variant of the method and serves to align the laser L relative to the camera K by rotating the arm A about the axis of rotation RA, and comprises the following steps A 1 ) to E '). These steps differ from the steps A) to E) of the third variant of the method only in that the rotation takes place about the axis of rotation RA and not about the pivot axis S, and therefore to the position of the linear expansions y1 and y2 the linear expansions x1 and x2 explained below to step. Steps A 1 ) and B 1 ): These steps are identical to the above steps A) and B).
  • FIG. 10 shows the image field BF which supplies the camera in the situation of FIG.
  • the marker M is indirectly, namely arranged on the arm A, the laser L, so that the marker M takes part in each rotation of the laser L.
  • the marker image M 1 in the image field BF has a specific linear extent x 1 (FIG. 10).
  • This expansion changes as the arm A rotates about the axis of rotation RA due to the changing perspective distortion.
  • the extent x1 is therefore a measure of the orientation of the arm A with respect to its own longitudinal axis RA.
  • the extent x1 is a measure of the actual orientation of the arm A (and thus of the marker M) present in the situation of FIG. 10 relative to the camera.
  • step C the actual orientation of the marker M relative to the camera K is derived by means of image processing from the linear extent x1 and compared with a predetermined desired orientation of the marker M relative to the camera K.
  • the value x1 is simply determined by image processing and compared with the predetermined value x2.
  • Step D 1 Now, from the deviation x1-x2 found in step D), a desired angle of rotation is determined by which the arm R is to produce the desired Target orientation between camera and marker M to rotate about its longitudinal axis RA.
  • Step E 1 Finally, the arm A is rotated around the rotation axis S by the SoII rotation angle determined in step D ').
  • Figure 12 shows the robot R with the arm A 1 the laser L and the marker M after this rotation.
  • FIG. 13 shows the image field BF 1 which supplies the camera in the situation of FIG.
  • the laser L is aligned relative to the camera after the step E 1) in a certain predetermined direction, namely in the present example so that the linear expansion which the marker image M1 in the image field BF of the camera perpendicular to the direction of axis of the image RA 1 has the value x2.
  • FIG. 14 shows the field of view of the camera in a situation which results from the situation of FIG. 9 in that first steps A) to E) and then steps A 1 ) to E ') are carried out.
  • Figure 14 illustrates that the laser L can be brought by the superposition of rotations about the axes of rotation V, S and RA in an arbitrary predetermined spatial orientation with the inventive method, the required target rotation angle all by using one and the same marker M and one and the same camera K can be determined automatically by electronic image processing.
  • the bar code M carries information. This information may for example contain the location of the marker M on the tread F and be read in during the execution of the method.
  • the use of a barcode as a marker M is therefore very advantageous.
  • the rotation axis does not need to run through the marker. Therefore, when attaching the marker on the tread F (step a) or the robot R (step a 1 ) or the arm R (steps A or A 1 ), care is not taken to use the marker M with high precision to place in a specific location, which saves effort and costs; also, therefore, the location of the marker can be adjusted within wide limits to the space available in each case.
  • the achievable with the inventive method accuracy of alignment in the target direction is limited only by the resolution of the camera K.
  • the method therefore allows even when using a low-cost CCD camera as the camera K a very precise orientation in any direction in space.
  • the method according to the invention thus has considerable advantages over the prior art.
  • the invention is industrially applicable e.g. in the field of logistics, the

Abstract

The invention relates a method for aligning an object by rotating the same about at least one rotation axis, wherein a marker is detected by way of a camera and is imaged as a marker image, and either the camera takes part in the rotation and the marker is fixed in a direction, or vice versa, such that a relative rotation occurs between the marker and the camera upon the rotation of the object. The actual orientation, which is present between the camera and the marker before the rotation, is derived by means of image processing either from the orientation having the marker image in the field of view of the camera prior to the rotation, or from the linear extension the marker image has in the field of view of the camera prior to the rotation, and the result is used in order to determine a target rotation angle, about which the object is to be rotated about the rotation axis for the alignment thereof in a certain target direction. Subsequently, the object is rotated by the target rotation angle about the rotation axis, and thus aligned in the target direction.

Description

Verfahren zum Ausrichten eines Gegenstandes Method for aligning an object
Technisches Gebiet:Technical area:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten eines Gegenstandes, wie Roboter, Arm eines Roboters oder Laser, durch Drehen des Gegenstandes um wenigstens eine Drehachse.The invention relates to a method for aligning an object, such as robot, arm of a robot or laser, by rotating the object about at least one axis of rotation.
Stand der Technik:State of the art:
Im Stand der Technik ist es bekannt, Gegenstände, welche um eine Drehachse drehbar sind, z.B. Roboter, mit Hilfe mechanischer Winkelcodierer in eine gewünschte Richtung auszurichten. Ein solcher Winkelcodierer besteht in der Regel aus einem unbeweglichen Teil, welcher z.B. mit einer Wand oder dem Boden verbunden ist, und einem beweglichen Teil, welcher mit dem Roboter verbunden ist. Die Drehachse verläuft durch den Winkelcodierer. Der bewegliche und der unbewegliche Teil sind über ein Drehlager aneinander angeordnet. Wird der Roboter gegenüber seiner Umgebung um die Drehachse gedreht, so wird auch der bewegliche relativ zu dem unbeweglichen Teil des Winkelcodierers um die Drehachse gedreht. Diese Relativdrehung wird von einem in dem Winkelcodierer eingebauten Sensor erfasst und in ein Signal umgesetzt, welches eine Information über die winkelmäßige, auf die Drehachse bezogene Orientierung des Gegenstandes relativ zu seiner Umgebung oder über den Drehwinkel der Drehung enthält.In the prior art it is known to rotate objects which are rotatable about a rotation axis, e.g. Robot to align with the help of mechanical angle encoder in a desired direction. Such an angle encoder usually consists of an immovable part, which e.g. is connected to a wall or the floor, and a movable part, which is connected to the robot. The axis of rotation passes through the angle encoder. The movable and the immovable part are arranged on a pivot bearing to each other. If the robot is rotated relative to its surroundings about the axis of rotation, the movable relative to the immovable part of the angle encoder is also rotated about the axis of rotation. This relative rotation is detected by a built-in encoder in the encoder and converted into a signal containing information about the angular, related to the rotation axis orientation of the object relative to its environment or about the rotation angle of rotation.
Der Sensor kann z.B. nach Art eines Potentiometers arbeiten, dessen Abgriffspunkt sich bei der Drehung ändert. Eine andere Art von Sensoren erfasst den Drehwinkel optisch mit Hilfe einer codierten Winkelscheibe. Eine nochmals andere Art von Sensoren erfasst den Winkel magnetisch.The sensor may e.g. operate in the manner of a potentiometer whose tapping point changes during rotation. Another type of sensor detects the rotation angle optically using a coded angle plate. Yet another type of sensor detects the angle magnetically.
Nachteilig bei der Ausrichtung von Gegenständen mit derartigen Winkelcodierern ist, dass eine hohe Präzision der Ausrichtung nur unter großem Aufwand erreichbar ist; hochauflösende Winkelcodierer sind daher teuer. Ein weiterer Nachteil der Ausrichtung von Gegenständen unter Verwendung von Winkelcodierern der genannten Arten besteht in der Empfindlichkeit gegen Verschmutzung bzw. Alterung. Außerdem müssen derartige Winkelcodierer auf der Drehachse angeordnet werden, was z.B. unter beengten Platzverhältnissen problematisch sein kann.A disadvantage of the alignment of objects with such encoders is that a high precision of the alignment can be achieved only with great effort; High-resolution angle encoders are therefore expensive. Another disadvantage of the alignment of objects using angle encoders of the types mentioned is the sensitivity to contamination or Aging. In addition, such angle encoders must be arranged on the axis of rotation, which can be problematic, for example, in confined spaces.
Soll ein Gegenstand in eine Richtung ausgerichtet werden, ohne dass eine Drehachse mechanisch existiert (z.B. Ausrichten eines auf Rädern frei umher fahrbaren Roboters durch Drehen desselben auf der Stelle oder Ausrichten eins auf einem Magnetkissen schwebenden Gegenstandes), ist die Verwendung solcher Winkelcodierer nicht, oder zumindest nicht ohne weiteres, möglich. Aus dem gleichen Grund ist es mit derartigeren Winkelcodierern ebenfalls nicht ohne weiters möglich, den Roboter z.B. quer zur Drehachse an einen anderen Standort zu verfahren und ihn dort durch Drehen auf der Stelle auszurichten, denn hierzu müsste zunächst die Drehachse von der Umgebung mechanisch abgekoppelt und am neuen Standort wieder an die Umgebung mechanisch angekoppelt werden, d.h. die Drehachse müsste mitsamt dem Roboter verlagert werden.If an object is to be oriented in one direction without a rotation axis mechanically existing (eg aligning a robot freely wheeled on wheels by rotating it in place or aligning an object floating on a magnetic pad), the use of such angle encoders is not, or at least not easy, possible. For the same reason, with such angle encoders also it is not readily possible to use the robot e.g. To move transversely to the axis of rotation to another location and align it there by turning on the spot, for this purpose would first have mechanically decoupled the axis of rotation of the environment and mechanically coupled at the new location to the environment, i. The axis of rotation would have to be relocated together with the robot.
Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von Winkelcodierern zum Ausrichten von Gegenständen besteht darin, dass für eine Ausrichtung eines Gegenstandes in eine beliebige räumliche Richtung durch Drehen des Gegenstandes um drei zueinander senkrechte Drehachsen drei Winkelcodierer benötigt werden, nämlich einer pro Drehachse.A further disadvantage of using angular encoders for aligning objects is that three angular encoders are needed to align an object in any spatial direction by rotating the object about three mutually perpendicular axes of rotation, one per axis of rotation.
Technische Aufgabe:Technical task:
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Ausrichten eines Gegenstandes zu schaffen, welches diese Nachteile nicht aufweist und ohne die Verwendung eines Winkelcodierers auskommt.The invention is therefore based on the object to provide a method for aligning an object, which does not have these disadvantages and manages without the use of a Winkelcodierers.
[A1] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Ausrichten eines Gegenstandes, wie Roboter, Arm eines Roboters oder Laser, durch Drehen des Gegenstandes um wenigstens eine Drehachse, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Kamera ein Marker erfasst und als Markerbild abgebildet wird, wobei entweder die Kamera an der Drehung teilnimmt und der Marker richtungsfest ist oder umgekehrt, so dass bei Drehen des Gegenstandes um die Drehachse eine Relativdrehung zwischen dem Marker und der Kamera erfolgt, die Ist-Orientierung, welche zwischen Kamera und Marker vor der Drehung vorliegt, entweder aus der Orientierung, welche das Markerbild vor der Drehung im Bildfeld der Kamera aufweist, oder aus der linearen[A1] This object is achieved by a method for aligning an object, such as robot, arm of a robot or laser, by rotating the object about at least one axis of rotation, characterized in that a marker is detected with a camera and imaged as a marker image, wherein either the camera participates in the rotation and the marker is directionally fixed or vice versa, so when turning the object relative rotation between the marker and the camera takes place about the axis of rotation, the actual orientation which exists between the camera and the marker before the rotation, either from the orientation which the marker image has before the rotation in the field of view of the camera, or from the linear
Ausdehnung, welche das Markerbild vor der Drehung im Bildfeld der Kamera aufweist, mittels elektronischer Bildverarbeitung abgeleitet und das Ergebnis dazu herangezogen wird, einen Soll-Drehwinkel zu bestimmen, um welchen der Gegenstand zur Herbeiführung einer vorgegebenen Soll-Orientierung zwischen Kamera und Marker und somit zum Ausrichten des Gegenstandes in eine bestimmte Zielrichtung um die Drehachse zu drehen ist, und danach der Gegenstand um den Soll-Drehwinkel um die Drehachse gedreht und somit in die Zielrichtung ausgerichtet wird.Extension, which has the marker image before rotation in the field of view of the camera, derived by electronic image processing and the result is used to determine a target rotation angle by which the object to achieve a predetermined target orientation between the camera and marker and thus to Aligning the object is to be rotated in a certain direction about the rotation axis, and then the object is rotated about the target rotation angle about the rotation axis and thus aligned in the target direction.
[A2] Gemäß einer Variante des Verfahrens werden folgende Schritte durchgeführt: a) der Marker wird in der Umgebung des Gegenstandes richtungsfest angeordnet, b) die Kamera wird an dem Gegenstand so angeordnet, dass sie an der Drehung des Gegenstandes teilnimmt, ihre optische Achse parallel oder schräg zur Drehachse verläuft und der Marker im Erfassungsbereich der Kamera liegt und somit von derselben als innerhalb ihres Bildfeldes liegendes Markerbild abgebildet wird, c) mittels elektronischer Bildverarbeitung wird aus der Orientierung des Markerbildes im Bildfeld der Kamera die Ist-Orientierung der Kamera relativ zu dem Marker abgeleitet und mit der Soll-Orientierung der Kamera relativ zu dem Marker verglichen, d) das Ergebnis des Schrittes c) wird dazu herangezogen, den SoII- Drehwinkel zu bestimmen, e) der Gegenstand wird um den Soll-Drehwinkel um die Drehachse gedreht, so dass nach dem Schritt e) die vorgegebene Soll-Orientierung zwischen Kamera und Marker vorliegt und somit der Gegenstand in der Zielrichtung ausgerichtet ist. Vorzugsweise wird die Kamera im Schritt b) starr an dem Gegenstand angeordnet.[A2] According to a variant of the method, the following steps are carried out: a) the marker is fixed in the surroundings of the object, b) the camera is arranged on the object so that it participates in the rotation of the object, its optical axis parallel or runs obliquely to the axis of rotation and the marker is in the detection range of the camera and is thus imaged by the same as lying within their image field marker image, c) by means of electronic image processing of the orientation of the marker image in the image field of the camera, the actual orientation of the camera relative to the Derived from the marker and compared with the target orientation of the camera relative to the marker, d) the result of step c) is used to determine the SoII rotation angle, e) the object is rotated about the desired rotation angle about the axis of rotation, so that after the step e) the predetermined target orientation between camera and marker is present and thus de The object is oriented in the target direction. The camera is preferably arranged rigidly on the object in step b).
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass auf die Verwendung eines Winkelcodierers mit all seinen nachteilen verzichtet werden kann.The inventive method is characterized in particular by the fact that it can be dispensed with the use of an angle encoder with all its disadvantages.
[A3] Wenn die Orientierung zwischen dem Gegenstand und der Kamera bekannt ist, kann aus der Orientierung zwischen Kamera und Marker sofort die Orientierung zwischen Gegenstand und Marker bestimmt werden. Die Orientierung zwischen dem Gegenstand und der Kamera kann von vornherein bekannt sein. Gemäß einer Variante wird die Orientierung zwischen dem Gegenstand und der Kamera ermittelt, z.B. durch Einmessung.[A3] If the orientation between the object and the camera is known, the orientation between the object and the marker can be determined immediately from the orientation between the camera and the marker. The orientation between the object and the camera can be known in advance. According to a variant, the orientation between the object and the camera is determined, e.g. by measurement.
Sofern die Orientierung des Markers gegenüber der Außenwelt bzw. Umgebung des Gegenstandes bekannt oder eingemessen ist, folgt aus der Orientierung des Gegenstandes relativ zum Marker sofort die absolute Orientierung des Gegenstandes bezüglich der Außenwelt bzw. Umgebung. Beispielsweise kann die Orientierung des Markers gegenüber der Nord-Süd-Richtung eingemessen sein. A12 Gemäß einer Verfahrensvariante wird daher die Orientierung des Markers gegenüber der Außenwelt ermittelt und die absolute Orientierung des Gegenstandes bezüglich der Außenwelt aus der Orientierung des Gegenstandes relativ zum Marker und der Orientierung des Markers gegenüber der Außenwelt oder gegenüber der Umgebung des Gegenstandes bestimmt.If the orientation of the marker relative to the outside world or environment of the object is known or measured, the orientation of the object relative to the marker immediately follows the absolute orientation of the object with respect to the outside world or surroundings. For example, the orientation of the marker relative to the north-south direction can be measured. A12 According to a variant of the method, therefore, the orientation of the marker relative to the outside world is determined and the absolute orientation of the object with respect to the outside world determined from the orientation of the object relative to the marker and the orientation of the marker relative to the outside world or to the environment of the object.
Gemäß einer anderen Verfahrensvariante wird die Orientierung des Markers gegenüber der Umgebung des Gegenstandes ermittelt und die absolute Orientierung des Gegenstandes bezüglich der Umgebung des Gegenstandes aus der Orientierung des Gegenstandes relativ zum Marker und der Orientierung des Markers gegenüber der Außenwelt oder gegenüber der Umgebung des Gegenstandes bestimmt. [A4] Gemäß einer Variante werden folgende Schritte durchgeführt: a') der Marker wird an dem Gegenstand so angeordnet, dass der Marker an der Drehung des Gegenstands teilnimmt, b1) die Kamera wird in der Umgebung des Gegenstandes richtungsfest so angeordnet, dass ihre optische Achse parallel oder schräg zur Drehachse verläuft und der Marker im Erfassungsbereich der Kamera liegt und somit von derselben als innerhalb ihres Bildfeldes liegendes Markerbild abgebildet wird, c') mittels elektronischer Bildverarbeitung wird aus der Orientierung des Markerbildes im Bildfeld der Kamera die Ist-Orientierung des Markers relativ zu der Kamera abgeleitet und mit der Soll-Orientierung des Markers relativ zu der Kamera verglichen, d1) das Ergebnis des Schrittes c1) wird dazu herangezogen, den Soll- Drehwinkel zu bestimmen, e1) der Gegenstand wird um den Soll-Drehwinkel um die Drehachse gedreht, so dass nach dem Schritt e1) die vorgegebene Soll-Orientierung zwischen Marker und Kamera vorliegt und somit der Gegenstand in der Zielrichtung ausgerichtet ist.According to another variant of the method, the orientation of the marker relative to the surroundings of the object is determined and the absolute orientation of the object with respect to the environment of the object is determined from the orientation of the object relative to the marker and the orientation of the marker to the outside world or to the environment of the object. [A4] According to a variant, the following steps are carried out: a ') the marker is placed on the object so that the marker participates in the rotation of the object, b 1 ) the camera is placed in the environment of the object directionally so that its optical axis is parallel or oblique to the axis of rotation and the marker is within the detection range of the camera and thus is imaged by the same as lying within their image field marker image, c ') by means of electronic image processing is the orientation of the marker image in the image field of the camera, the actual orientation of Markers relative to the camera derived and compared with the target orientation of the marker relative to the camera, d 1 ) the result of step c 1 ) is used to determine the desired rotation angle, e 1 ) the object is the target Rotation angle rotated about the axis of rotation, so that after step e 1 ) the predetermined target orientation between marker and camera before and thus the object is aligned in the target direction.
Mit der Orientierung zwischen Kamera und Marker, d.h. mit der Ist-Orientierung der Kamera relativ zum Marker oder umgekehrt, ist diejenige Orientierung gemeint, welche die Projektion der Kamera auf eine zur Drehachse senkrechte Ebene relativ zur Projektion des Markers auf diese Ebene aufweist.With the orientation between camera and marker, i. with the actual orientation of the camera relative to the marker or vice versa, that orientation is meant, which has the projection of the camera on a plane perpendicular to the axis of rotation relative to the projection of the marker on this plane.
[A5] Wenn die Orientierung zwischen dem Gegenstand und dem Marker bekannt ist, kann aus der Orientierung zwischen Marker und Kamera sofort die Orientierung zwischen Gegenstand und Kamera bestimmt werden. Die Orientierung zwischen dem Gegenstand und dem Marker kann von vornherein bekannt sein. Gemäß einer Variante wird die Orientierung zwischen dem Gegenstand und dem Marker ermittelt, z.B. durch Einmessung.[A5] Once the orientation between the object and the marker is known, the orientation between the marker and the camera can be used to instantly determine the orientation between the object and the camera. The orientation between the object and the marker can be known in advance. According to a variant, the orientation between the object and the marker is determined, e.g. by measurement.
Mit der Orientierung zwischen Gegenstand und Marker ist diejenige Orientierung gemeint, welche die Projektion des Gegenstandes auf eine zur Drehachse senkrechte Ebene relativ zur Projektion des Markers auf diese Ebene aulweist. Vorzugsweise wird die Kamera im Schritt b) oder im Schritt b1) so angeordnet, dass ihre optische Achse der Kamera parallel zur Drehachse verläuft oder ist gegen diese um einen Winkel von höchstens 85°, vorzugsweise um einen Winkel von höchstens 60°, besonders bevorzugt um einen Winkel von höchstens 30° oder um einen Winkel von höchstens 15° geneigt ist.The orientation between the object and the marker means that orientation which the projection of the object on to the axis of rotation vertical plane relative to the projection of the marker on this plane. Preferably, the camera in step b) or in step b 1 ) is arranged so that its optical axis of the camera is parallel to the axis of rotation or against these by an angle of at most 85 °, preferably at an angle of at most 60 °, particularly preferred is inclined at an angle of at most 30 ° or at an angle of at most 15 °.
[A6] Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden folgende Schritte durchgeführt: A) der Marker wird an dem Gegenstand so angeordnet, dass der Marker an der Drehung des Gegenstands teilnimmt,[A6] According to a further variant of the method according to the invention, the following steps are carried out: A) the marker is placed on the article such that the marker participates in the rotation of the article,
B) die Kamera wird in der Umgebung des Gegenstandes richtungsfest so angeordnet, dass ihre optische Achse senkrecht oder schräg zur Drehachse verläuft und der Marker im Erfassungsbereich der Kamera liegt und somit von derselben als innerhalb ihres Bildfeldes liegendesB) the camera is directionally fixed in the vicinity of the object arranged so that its optical axis is perpendicular or oblique to the axis of rotation and the marker is in the detection range of the camera and thus from the same as lying within their image field
Markerbild abgebildet wird,Marker image is displayed,
C) mittels elektronischer Bildverarbeitung wird aus der linearen Ausdehnung, welche im Bildfeld der Kamera das Markerbild senkrecht zur Richtung des Bildes der Drehachse aufweist, die Ist-Orientierung des Markers relativ zu der Kamera abgeleitet und mit der Soll-Orientierung des Markers relativ zu der Kamera verglichen,C) by means of electronic image processing, the actual orientation of the marker relative to the camera is derived from the linear extent, which has in the image field of the camera, the marker image perpendicular to the direction of the image of the axis of rotation, and with the desired orientation of the marker relative to the camera compared,
D) das Ergebnis des Schrittes C) wird dazu herangezogen, den Soll- Drehwinkel zu bestimmen,D) the result of step C) is used to determine the desired angle of rotation,
E) der Gegenstand wird um den Soll-Drehwinkel um die Drehachse gedreht, so dass nach dem Schritt E) die vorgegebene Soll-Orientierung zwischen Marker und Kamera vorliegt und somit der Gegenstand in der Zielrichtung ausgerichtet ist.E) the object is rotated about the desired rotation angle about the axis of rotation, so that after step E) the predetermined desired orientation between marker and camera is present and thus the object is aligned in the target direction.
Da die Drehachse kein sichtbarer, physischer Körper ist, sondern eine gedachte Linie, ist selbstverständlich das Bild der Drehachse kein reales, sichtbares Bild im Bildfeld der Kamera, sondern ebenfalls eine gedachte Linie. Mit der Richtung des Bildes der Drehachse ist die Richtung dieser gedachten Linie im Bildfeld der Kamera gemeint. Vorzugsweise wird die Kamera im Schritt B) so angeordnet, dass ihre optische Achse der Kamera senkrecht zur Drehachse verläuft oder ist gegen diese um einen Winkel von mindestens 5°, vorzugsweise um einen Winkel von mindestens 30°, besonders bevorzugt um einen Winkel von mindestens 60° oder um einen Winkel von mindestens 85° geneigt ist.Since the axis of rotation is not a visible, physical body, but an imaginary line, it goes without saying that the image of the axis of rotation is not a real, visible image in the image field of the camera, but also an imaginary line. The direction of the image of the axis of rotation means the direction of this imaginary line in the field of view of the camera. Preferably, the camera is arranged in step B) so that its optical axis of the camera is perpendicular to the axis of rotation or against this by an angle of at least 5 °, preferably by an angle of at least 30 °, more preferably by an angle of at least 60th ° or inclined at an angle of at least 85 °.
[A7] Gemäß einer Verfahrensvariante ist der Gegenstand entlang einer Bahn oder auf oder parallel zu einer Lauffläche verfahrbar, wobei im Schritt a) eine Mehrzahl oder Vielzahl von Markern entlang der Bahn oder auf der Lauffläche angeordnet werden, der Gegenstand nacheinander an verschiedene Standorte verfahren wird, welche so gewählt sind, dass an jedem der Standorte wenigstens einer der Marker von der Kamera erfasst und abgebildet wird, und die Schritte b) bis e) für jeden der Standorte separat ausgeführt werden.[A7] According to a variant of the method, the object is movable along a path or on or parallel to a tread, wherein in step a) a plurality or multiplicity of markers are arranged along the path or on the tread, the object is successively moved to different locations which are selected such that at each of the locations at least one of the markers is detected and imaged by the camera, and steps b) to e) are performed separately for each of the locations.
D.h., anstelle nur eines Markers werden gemäß dieser Variante mehrere Marker nacheinander benutzt, wobei der Gegenstand zunächst mit Hilfe des ersten Markers ausgerichtet wird, dann an einem anderen Standort mit Hilfe des zweiten Markers, usw.. [A8] Bevorzugt ist hierbei jeder Marker von allen übrigen Markern verschieden und mittels der Kamera und Bildverarbeitung individuell identifi- zierbar.That is, instead of only one marker several markers are used in succession according to this variant, wherein the object is aligned first with the aid of the first marker, then at another location by means of the second marker, etc .. [A8] Here, each marker of All other markers different and individually identifiable by means of the camera and image processing.
[A9] Als Marker kann z.B. ein Codeträger oder ein Zeichen oder eine Zeichenfolge oder ein Bildmuster oder Punktmuster verwendet werden, wobei der Marker eine Information trägt, die mittels der Kamera und Bildverarbeitung ausgelesen wird. Diese Information kann z.B. zur individuellen Identifizierbarkeit des Markers dienen und/oder den Standort des betreffenden Markers angeben.[A9] As a marker, e.g. a code carrier or character or string or pattern or dot pattern is used, the marker carrying information read by the camera and image processing. This information may e.g. serve for the individual identifiability of the marker and / or specify the location of the marker in question.
[A10] Als Codeträger kann z.B. ein eindimensionaler Barcode verwendet werden. Gemäß einer anderen Variante wird als Codeträger ein zweidimensionaler Barcode oder ein Data-Matrix-Code verwendet.[A10] As the code carrier, e.g. a one-dimensional barcode can be used. According to another variant, a two-dimensional bar code or a data matrix code is used as the code carrier.
[A11] Bevorzugt trägt jeder Marker eine Information über seine eigene Absolutposition entlang des Fahrweges oder über die Absolutposition seiner Projektion auf die Lauffläche jeweils bezüglich eines vorgegebenen Referenzpunktes, wobei diese Information mittels der Kamera und Bildverarbeitung ausgelesen wird. Auf diese Weise können die Marker bzw. die Informationen, welche die Marker tragen, zur Lokalisierung des Gegenstandes entlang der Bahn oder Lauffläche per Bildverarbeitung herangezogen werden.[A11] Each marker preferably carries information about its own absolute position along the route or about the absolute position of it Projection on the tread each with respect to a predetermined reference point, this information is read out by means of the camera and image processing. In this way, the markers or the information carrying the markers can be used to locate the object along the path or tread by image processing.
[A12] Gemäß einer weiteren Variante des Verfahrens wird die Orientierung des Markers (M) gegenüber der Außenwelt oder gegenüber der Umgebung des Gegenstandes (R) ermittelt, wobei die absolute Orientierung des Gegenstandes (R) bezüglich der Außenwelt oder bezüglich der Umgebung (R) des Gegenstandes (R) aus der Orientierung des Gegenstandes (R) relativ zum Marker (M) und der Orientierung des Markers (M) gegenüber der Außenwelt oder gegenüber der Umgebung des Gegenstandes (R) bestimmt wird.[A12] According to another variant of the method, the orientation of the marker (M) with respect to the outside world or to the environment of the object (R) is determined, wherein the absolute orientation of the object (R) with respect to the outside world or with respect to the environment (R) the object (R) is determined from the orientation of the object (R) relative to the marker (M) and the orientation of the marker (M) relative to the outside world or to the environment of the object (R).
Kurzbeschreibung der Zeichnung, in welcher anhand bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung schematisch zeigen:Brief description of the drawing, in which schematically show by means of preferred embodiments of the invention:
Figur 1 eine Draufsicht auf einen durchsichtig dargestellten Roboter, welcher auf einer Lauffläche steht und um eine vertikale Drehachse drehbar ist, wobei an der Unterseite des Roboters eine ebenfalls durchsichtig dargestellte Kamera angeordnet ist und sich unter demFigure 1 is a plan view of a robot shown in a transparent, which is on a tread and is rotatable about a vertical axis of rotation, wherein on the underside of the robot, a camera is also shown transparent and arranged under the
Roboter ein Marker befindet, welcher auf die Lauffläche aufgeklebt ist und von der Kamera erfasst und abgebildet wird, Figur 2 das Bildfeld der Kamera in der Situation von Figur 1 ,Robot is a marker, which is glued to the tread and is detected and imaged by the camera, Figure 2 shows the field of view of the camera in the situation of Figure 1,
Figur 3 den wiederum durchsichtig dargestellten Roboter von Figur 1 in Draufsicht nach der Drehung um einen gemäß einer erstenFIG. 3 shows the robot of FIG. 1, once again shown in a transparent manner, in plan view after rotation about one according to a first embodiment
Erfindungsvariante ermittelten Soll-Drehwinkel, Figur 4 das Bildfeld der Kamera in der Situation von Figur 3,4 shows the image field of the camera in the situation of FIG. 3,
Figur 5 eine weitere Draufsicht auf den Roboter von Figur 1 , wobei die hier nicht dargestellte Kamera oberhalb des Roboters angeordnet ist und der Marker auf die Oberseite des Roboters aufgeklebt ist und von der Kamera erfasst und abgebildet wird,FIG. 5 shows a further top view of the robot of FIG. 1, wherein the camera not shown here is arranged above the robot and the marker is glued to the top side of the robot and is detected and imaged by the camera,
Figur 6 das Bildfeld der Kamera in der Situation von Figur 5, Figur 7 den Roboter von Figur 5 in Draufsicht nach der Drehung um einen gemäß einer zweiten Erfindungsvariante ermittelten Soll-Drehwinkel,FIG. 6 shows the image field of the camera in the situation of FIG. 5, FIG. 7 shows the robot of FIG. 5 in plan view after the rotation about one determined according to a second variant of the invention variant rotational angle,
Figur 8 das Bildfeld der Kamera in der Situation von Figur 7,FIG. 8 shows the image field of the camera in the situation of FIG. 7,
Figur 9 eine weitere Draufsicht auf den Roboter von Figur 1 , wobei die hier ebenfalls nicht dargestellte Kamera oberhalb des Roboters angeord- net ist und der Marker auf die Oberseite des Arms des Roboters aufgeklebt ist und von der Kamera erfasst und abgebildet wird, Figur 10 das Bildfeld der Kamera in der Situation von Figur 9, Figur 11 das Bildfeld der Kamera nach Schwenkung des Roboterarms um eine Schwenkachse nach oben um einen gemäß einer dritten Erfindungsvariante ermittelten Soll-Drehwinkel,FIG. 9 shows a further plan view of the robot of FIG. 1, wherein the camera likewise not shown here is arranged above the robot and the marker is glued to the upper side of the arm of the robot and is detected and imaged by the camera, FIG 11 shows the image field of the camera after pivoting of the robot arm about a pivot axis upward about a desired rotation angle determined according to a third variant of the invention, FIG.
Figur 12 den Roboter von Figur 9 in Draufsicht nach Drehen des Roboterarms um seine Längsachse nach links um einen ebenfalls gemäß der dritten Erfindungsvariante ermittelten Soll-Drehwinkel Figur 13 das Bildfeld der Kamera in der Situation von Figur 12, und Figur 14 das Bildfeld der Kamera in einer Situation, in welcher der Arm des Roboters gegenüber der Situation von Figur 9 sowohl nach oben geschwenkt als auch nach links gedreht ist.FIG. 12 shows the robot of FIG. 9 in a plan view after turning the robot arm about its longitudinal axis to the left about a target rotational angle likewise determined according to the third variant of the invention FIG. 13 shows the image field of the camera in the situation of FIG. 12, and FIG a situation in which the arm of the robot is both upwardly pivoted and counterclockwise with respect to the situation of FIG.
Die Figuren 1 , 3, 5, 7, 9 und 12 zeigen jeweils einen Roboter R, welcher mittels eines nicht gezeigten Antriebs um eine Drehachse V, nämlich um die Vertikalachse V des Roboters R, drehbar ist. Der Roboter R kann auf einer Lauffläche F Die Drehachse V verläuft im vorliegenden Beispiel senkrecht zur Lauffläche F.Figures 1, 3, 5, 7, 9 and 12 each show a robot R, which is rotatable about a rotational axis V, namely about the vertical axis V of the robot R by means of a drive, not shown. The robot R can on a tread F The axis of rotation V runs in the present example perpendicular to the tread F.
Der Roboter R weist einen Arm A auf, welcher über ein Winkelstück W an dem Roboter angeordnet ist. Das Winkelstück W ist mitsamt dem Arm A um eine Schwenkachse S schwenkbar, wodurch der Roboter den Arm A heben und senken kann. Der Arm A ist ferner um eine Rotierachse RA, welche mit der Längsachse RA des Arms A zusammenfällt, rotierbar, wodurch der Roboter R den Arm A um dessen Längsachse RA drehen kann.The robot R has an arm A, which is arranged on the robot via an angle W. The angle W is pivotable together with the arm A about a pivot axis S, whereby the robot can raise and lower the arm A. The arm A is further rotatable about a rotation axis RA, which coincides with the longitudinal axis RA of the arm A, whereby the robot R can rotate the arm A about its longitudinal axis RA.
Am Arm ist in dessen vom Winkelstück W abgewandten Endbereich ein Laser L angeordnet, mittels welchem der Roboter R z.B. Punktschweißungen an Werkstücken vornehmen kann. Die Längsachse des Lasers L verläuft senkrecht zur Rotationsachse RA. Wenn der Arm A um seine Längsachse RA gedreht wird, ändert sich also die Ausrichtung des Lasers L. Durch Drehen des Roboters R um die Vertikalachse V, durch Drehen bzw. Schwenken des Arms um die Schwenkachse S und durch Drehen des Arms um seine Längsachse RA kann der Laser L somit in jede beliebige Raumrichtung ausgerichtet werden.On the arm, a laser L is arranged in its end portion facing away from the angle W, by means of which the robot R can make spot welds on workpieces, for example. The longitudinal axis of the laser L is perpendicular to the axis of rotation RA. Thus, when the arm A is rotated about its longitudinal axis RA, the orientation of the laser L changes. By rotating the robot R about the vertical axis V, by pivoting the arm about the pivot axis S and rotating the arm about its longitudinal axis RA The laser L can thus be aligned in any spatial direction.
Nachfolgend werden vier Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Figuren erläutert. In den nachfolgenden Erläuterungen zur ersten und zur zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist generell - mit der Orientierung eines Objekts (z.B. Marker M) relativ zu einem anderen Objekt (z.B. Kamera K1 Roboter R), oder, was dasselbe ist, mit der Orientierung des Objektes bezüglich des anderen Objekts, oder, was ebenfalls dasselbe ist, mit der Orientierung zwischen diesen beiden Objekten, jeweils diejenige Orientierung gemeint, welche die Projektion des Objekts auf eine zur Vertikalachse V senkrechte Ebene relativ zur Projektion des anderen Objekts auf diese Ebene aufweist.Four variants of the method according to the invention will be explained below with reference to the figures. In the following explanations of the first and the second variant of the method according to the invention is generally - with the orientation of an object (eg marker M) relative to another object (eg camera K 1 robot R), or, which is the same, with the orientation of the Object with respect to the other object, or, which is also the same, with the orientation between these two objects, in each case the orientation meant, which has the projection of the object on a plane perpendicular to the vertical axis V relative to the projection of the other object on this plane.
Die Figuren 1 bis 4 veranschaulichen eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Variante dient zum Ausrichten des Roboters R durch Drehen desselben um die Vertikalachse V und umfasst die folgenden Schritte:Figures 1 to 4 illustrate a first variant of a method according to the invention. This variant is used to align the robot R by rotating it around the vertical axis V and comprises the following steps:
Schritt a): Der Marker M wird in der Umgebung des Roboters R1 nämlich im vorliegenden Beispiel auf der Lauffläche F unter dem Roboter R, ortsfest und richtungsfest angeordnet, z.B. aufgeklebt. Der Marker M ist im vorliegenden Beispiel ein eindimensionaler Barcode M, auf welchen zur besseren Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Marker- Koordinatensystem Mx1My mit den parallel zur Lauffläche F ausgerichteten Achsen Mx1My bezogen ist, wobei die Mx-Achse parallel und die My-Achse senkrecht zu den Balken des Barcodes M verläuft. Auf den Informationsgehalt des Barcodes M kommt es hier nicht an. In der Situation von Figur 1 ist der Roboter R auf der Lauffläche F so ausgerichtet, dass die Schwenkachse S in einer Anfangsrichtung Z1 und in einem Winkel φ1 zur Mx-Achse verläuft. Der Winkel φ1 ist daher ein Maß für die Ist- Orientierung des Roboters R bezüglich des Markers M, welche in der Situation von Figur 1 vorliegt.Step a): The marker M is in the vicinity of the robot R 1 namely in the present example on the tread F under the robot R, arranged stationary and directionally fixed, eg glued. The marker M in the present example is a one-dimensional barcode M, on which for better illustration of the method according to the invention a marker coordinate system Mx 1 My with the parallel to the tread F aligned axes Mx 1 My based, the Mx-axis parallel and the My -Axis perpendicular to the bars of the bar code M runs. The information content of the bar code M does not matter here. In the situation of Figure 1, the robot R is aligned on the tread F so that the pivot axis S is in an initial direction Z1 and at an angle φ1 to the Mx axis. The angle φ1 is therefore a measure of the actual orientation of the robot R with respect to the marker M, which is present in the situation of FIG.
Schritt b): An dem Roboter R wird eine in Figur 1 ebenfalls durchsichtig dargestellte CCD-Kamera K so angeordnet, dass die Kamera K an jeder Drehbewegung des Roboters R teilnimmt, von oben nach unten auf die Lauffläche F blickt, ihre optische Achse parallel zur Drehachse V verläuft und der Marker M im Erfassungsbereich E der Kamera K liegt und somit von derselben als innerhalb ihres Bildfeldes BF liegendes Markerbild M1 abgebildet wird (Figur 2).Step b): On the robot R, a CCD camera K also shown transparent in Figure 1 is arranged so that the camera K takes part in each rotational movement of the robot R, looking from top to bottom on the tread F, their optical axis parallel to The axis of rotation V runs and the marker M lies in the detection range E of the camera K and is thus imaged by the same as within its image field BF lying marker image M 1 (Figure 2).
Auf die Kamera K ist ein Kamera-Koordinatensystem Kx1Ky bezogen, dessen zueinander senkrechte Achsen Kx1Ky jeweils parallel zur Lauffläche F und jeweils parallel zu einer Begrenzungslinie des Bildfeldes BF der Kamera K verlaufen. Die Achsen Kx1Ky spannen die Ebene des Bildfeldes BF auf.The camera K is referenced to a camera coordinate system Kx 1 Ky whose mutually perpendicular axes Kx 1 Ky each extend parallel to the running surface F and in each case parallel to a boundary line of the image field BF of the camera K. The axes Kx 1 Ky span the plane of the image field BF.
Die Kx-Achse schneidet die Schwenkachse S unter einem Winkel ß, bzw. die Projektion der Kx-Achse auf eine zur Vertikalachse V senkrechte Ebene schneidet die Projektion der Schwenkachse S auf diese Ebene unter dem Winkel ß (Figur 1). Der Winkel ß ist somit ein Maß für die Orientierung zwischen Kamera K und Roboter R. Da die Kamera K an jeder Drehung des Roboters teilnimmt, ändert sich der Winkel ß bei Drehung des Roboters R nicht, sondern bleibt konstant.The Kx axis intersects the pivot axis S at an angle β, or the projection of the Kx axis onto a plane perpendicular to the vertical axis V intersects the projection of the pivot axis S onto this plane at the angle β (FIG. 1). The angle β is thus a measure of the orientation between camera K and robot R. Since the camera K takes part in each rotation of the robot, the angle β does not change during rotation of the robot R, but remains constant.
In der Situation von Figur 1 ist der Roboter R auf der Lauffläche F so ausgerichtet, dass die Kx-Achse in einem Winkel α1 zur Mx-Achse verläuft. Der Winkel α1 ist somit ein Maß für die Ist-Orientierung der Kamera K bezüglich des Markers M, welche in der Situation von Figur 1 vorliegt. Es gilt φ1 =α1+ß.In the situation of Figure 1, the robot R is aligned on the tread F so that the Kx axis is at an angle α1 to the Mx axis. The angle α1 is thus a measure of the actual orientation of the camera K with respect to the marker M, which is present in the situation of FIG. We have φ1 = α1 + β.
Figur 2 zeigt das Bildfeld BF, welches die Kamera K in der Situation von Figur 1 liefert. Der Marker M wird von der Kamera K im Bildfeld BF als Markerbild M1 abgebildet. Der im Erfassungsbereich E der Kamera K liegende Teil der Lauffläche F wird als Laufflächenbild F1 abgebildet. Die Achse Mx wird im Bildfeld BF als Achsenbild Mx' abgebildet. Ebenso wird die Achse My im Bildfeld BF als Achsenbild My1 abgebildet. Die Schwenkachse S wird im Bildfeld BF als Achsenbild S' abgebildet. Selbstverständlich sind alle Achsenbilder Mx'.My'.S' keine realen, sichtbaren Bilder im Bildfeld BF, sondern ebenso wie Achsen Mx1My1S nur gedachte Linien und in Figur 2 (ebenso in Figur 4, auf weiche unten noch Bezug genommen wird) lediglich zur besseren Veranschaulichung der Erfindung eingezeichnet.FIG. 2 shows the image field BF which supplies the camera K in the situation of FIG. The marker M is used by the camera K in the image field BF as marker image M 1 displayed. The lying in the detection range E of the camera K part of the tread F is shown as a tread image F 1 . The axis Mx is represented in the image field BF as an axis image Mx '. Likewise, the axis My in the image field BF is depicted as an axis image My 1 . The pivot axis S is imaged in the image field BF as an axis image S '. Of course, all the axis images Mx'.My'.S 'are not real, visible images in the image field BF, but just like axes Mx 1 My 1 S only imaginary lines and in Figure 2 (also in Figure 4, on soft below still referred to ) only for better illustration of the invention.
Die Kamera K liefert ein seitenrichtiges und aufrechtes Bild, wobei der Abbildungsmaßstab in Kx-Richtung, in Ky-Richtung und in alen Zwischenrichtungen gleich ist, d.h. das Bild der Kamera K ist unverzerrt und somit winkeltreu. Daher verlaufen in Figur 2 die Balken des Markerbildes M1 im Bildfeld BF der Kamera K ebenfalls im Winkel α1 zur Kx-Achse, d.h. der Winkel α1 ist ein Maß auch dafür, wie in der Situation von Figur 2 das Markerbild M1 im Bildfeld BF orientiert ist.The camera K provides a right-angled and upright image, wherein the magnification in the Kx direction, in the Ky direction and in all intermediate directions is the same, ie the image of the camera K is undistorted and thus angle-faithful. Therefore, in FIG. 2, the bars of the marker image M 1 in the image field BF of the camera K likewise run at an angle α1 to the Kx axis, ie the angle α1 is also a measure of how the marker image M 1 in the image field BF is in the situation of FIG is oriented.
Schritt c): Zunächst wird in diesem Schritt die Orientierung, welche das Markerbild M1 im Bildfeld BF der Kamera K aufweist, mittels elektronischer Bildverarbeitung festgestellt. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass die Richtung der Balken des Markerbildes M1 im Bildfeld BF durch ein Bildverarbeitungsprogramm, welches diese Balken im Bildfeld BF zu erkennen imstande ist, festgestellt und daraus der Winkel α1 bestimmt wird.Step c): First of all, in this step, the orientation which the marker image M 1 has in the image field BF of the camera K is determined by means of electronic image processing. This can be achieved, in particular, by determining the direction of the bars of the marker image M 1 in the image field BF by an image processing program which is able to recognize these bars in the image field BF, and from this the angle α1 is determined.
Danach wird im Schritt c) die Ist-Orientierung der Kamera K relativ zum Marker M abgeleitet. Da die Kamera K im vorliegenden Beispiel ein seitenrichtiges, aufrechtes und unverzerrtes Bild liefert, ist der Winkel, um den die Balken des Markerbildes M1 im Bildfeld BF gegen die Kx-Achse geneigt sind, genauso groß wie der Winkel, um den die Balken des Markers M selbst gegen die Kx-Achse geneigt sind. Dieser Winkel ist gegeben durch α1 , d.h. die Ist-Orientierung der Kamera K relativ zum Marker M ist durch den Winkel α1 bestimmt. Nun wird die so gefundene Ist-Orientierung der Kamera K relativ zum Marker M mit einer vorgegebenen Soll-Orientierung zwischen Kamera K und Marker M verglichen, d.h. die Abweichung zwischen Soll- und Ist-Orientierung zwischen Kamera K und Marker M wird festgestellt. Die Soll-Orientierung der Kamera K relativ zum Marker M ist im vorliegenden Beispiel durch einen Winkel α2 definiert (Figur 3). Damit ist der Schritt c) abgeschlossen.Thereafter, the actual orientation of the camera K relative to the marker M is derived in step c). Since the camera K in the present example provides a true-to-the-page, upright and undistorted image, the angle at which the bars of the marker image M 1 in the BF field are tilted against the Kx axis is the same as the angle about which the bars of the Markers M are inclined even against the Kx axis. This angle is given by α1, ie the actual orientation of the camera K relative to the marker M is determined by the angle α1. Now, the thus found actual orientation of the camera K relative to the marker M is compared with a predetermined desired orientation between camera K and marker M, ie the deviation between the target and actual orientation between camera K and marker M is detected. The desired orientation of the camera K relative to the marker M is defined in the present example by an angle α2 (FIG. 3). This completes step c).
Schritt d): Nun wird aus der im Schritt c) gefundenen Abweichung ein Soll- Drehwinkel φ (Figur 3) bestimmt, um welchen der Roboter R zur Herbeiführung der vorgegebenen Soll-Orientierung zwischen Kamera K und Marker M und somit zum Ausrichten des Roboters R in eine bestimmte, vorgebbare Zielrichtung um die Drehachse V zu drehen ist.Step d): Now, from the deviation found in step c), a target rotational angle φ (FIG. 3) is determined, by which the robot R is to bring about the predetermined target orientation between camera K and marker M and thus for aligning the robot R in a certain, specifiable target direction to rotate about the axis of rotation V is.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist abgeschlossen, wenn die vorgegebene SoII- Orientierung zwischen Kamera K und Marker M erreicht ist, denn dann ist der Roboter R in der Zielrichtung ausgerichtet. Der Soll-Drehwinkel φ ist also durch die Abweichung der Ist-Orientierung zwischen Kamera K und Marker M von der Soll-Orientierung zwischen Kamera K und Marker M vorgegeben und wird erfindungsgemäß per Bildverarbeitung ermittelt.The inventive method is completed when the predetermined SoII orientation between camera K and marker M is reached, because then the robot R is aligned in the target direction. The target rotational angle φ is thus predetermined by the deviation of the actual orientation between camera K and marker M from the desired orientation between camera K and marker M and is determined according to the invention by image processing.
Schritt e): Nun wird der Roboter R um den im Schritt d) bestimmten Soll- Drehwinkel φ um die Drehachse V gedreht. Figur 3 zeigt den Roboter R von Figur 1 nach der Drehung um den Soll-Drehwinkel φ. Figur 4 zeigt das Bildfeld BF, welches die Kamera K in der Situation von Figur 4 liefert. Diese Drehung ist in Figur 1 durch gekrümmte Pfeile angedeutet. Durch diese Drehung geht die Richtung der Schwenkachse S von der Anfangsrichtung Z1 in die Zielrichtung Z2 über, wodurch der Roboter R erfindungsgemäß in eine bestimmte Richtung ausgerichtet wird.Step e): Now, the robot R is rotated about the rotation angle V by the target rotation angle φ determined in step d). FIG. 3 shows the robot R of FIG. 1 after the rotation about the desired rotation angle φ. FIG. 4 shows the image field BF which supplies the camera K in the situation of FIG. This rotation is indicated in Figure 1 by curved arrows. As a result of this rotation, the direction of the pivot axis S changes from the initial direction Z1 to the target direction Z2, as a result of which the robot R is aligned in a specific direction according to the invention.
Die Balken des Markers M verlaufen nach der Drehung in einem Winkel α2 zur Kx-Achse; die Schwenkachse S verläuft nun in einem Winkel φ2 zu den Balken des Markers M, wobei φ = α1-α2 = φ1-φ2 und φ2 = α2+ß gilt. Somit ist der Roboter nach dem Schritt e) in einer bestimmten, vorgegebenen Richtung relativ zu dem Marker M ausgerichtet, nämlich im vorliegenden Beispiel so, dass die Schwenkachse S im Winkel φ2 zu den Balken des orts- und richtungsfesten Markers M verläuft.The bars of the marker M extend after rotation at an angle α2 to the Kx axis; the pivot axis S now extends at an angle φ2 to the bars of the marker M, where φ = α1-α2 = φ1-φ2 and φ2 = α2 + β. Thus, after step e), the robot is oriented in a specific, predetermined direction relative to the marker M, namely in the present example such that the pivot axis S extends at an angle φ2 to the bars of the position and direction marker M.
Die Zielrichtung Z2 braucht nicht notwendigerweise vorgegeben zu sein. Sofern die Orientierung ß zwischen Roboter R und Kamera K bekannt ist, folgt die Orientierung des Roboters R unmittelbar aus der Orientierung der Kamera K. Dann folgt aus der Ist-Orientierung α1 zwischen Kamera K und Marker M die Anfangsrichtung Z1 und aus der Soll-Orientierung α2 zwischen Kamera K und Marker M die Zielrichtung Z2 als vorgebbare Soll-Zielrichtung.The target direction Z2 does not necessarily have to be predetermined. If the orientation β between robot R and camera K is known, the orientation of the robot R follows directly from the orientation of the camera K. Then follows from the actual orientation α1 between camera K and marker M, the initial direction Z1 and from the target orientation α2 between camera K and marker M, the target direction Z2 as a predetermined target target direction.
Nun wird auf die Figuren 5 bis 8 Bezug genommen, welche eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulichen. Auch diese zweite Variante dient zum Ausrichten des Roboters R durch Drehen desselben um die Vertikalachse V und umfasst die folgenden Schritte:Reference is now made to Figures 5 to 8, which illustrate a second variant of the method according to the invention. This second variant also serves to align the robot R by rotating it about the vertical axis V and comprises the following steps:
Figur 5 zeigt den Roboter R von Figur 1 erneut, wobei dieser in Figur 5 ebenso ausgerichtet ist wie in Figur 1 , nämlich so, dass die Schwenkachse S in der Anfangsrichtung Z1 verläuft.FIG. 5 again shows the robot R of FIG. 1, whereby it is aligned in FIG. 5 as well as in FIG. 1, namely in such a way that the pivot axis S runs in the initial direction Z1.
Die unter Bezug auf die Figuren 5 bis 8 erläuterte Variante des Verfahrens dient zum Ausrichten des Roboters R relativ zur Kamera K und umfasst anstelle der obigen Schritte a) bis e) die folgenden Schritte a1) bis e1):The variant of the method explained with reference to FIGS. 5 to 8 serves to align the robot R relative to the camera K and, instead of the above steps a) to e), comprises the following steps a 1 ) to e 1 ):
Schritt a1): Der bereits in Figur 1 gezeigte Marker M wird, anders als in der oben erläuterten ersten Variante, nicht auf die Lauffläche F, sondern auf die Oberseite des Roboters R aufgeklebt, so dass der Marker M an jeder Drehung des Roboters R teilnimmt. Auf den Marker M ist das Marker-Koordinatensystem Mx1My mit den parallel zur Lauffläche F ausgerichteten Achsen Mx1My bezogen.Step a 1 ): Unlike in the first variant explained above, the marker M already shown in FIG. 1 is not glued to the running surface F but to the top side of the robot R, so that the marker M on each rotation of the robot R participates. On the marker M, the marker coordinate system Mx 1 My is related to the parallel to the tread F aligned axes Mx 1 My.
Die Mx-Achse schneidet die Schwenkachse S bzw. deren Projektion auf die von der Mx-Achse und der My-Achse aufgespannte Ebene unter einem Winkel ε. Der Winkel ε ist somit ein Maß für die Orientierung zwischen Marker M und Roboter R. Da der Marker an jeder Drehung des Roboters R teilnimmt, ändert sich der Winkel ε bei Drehung des Roboters R nicht, sondern bleibt konstant.The Mx axis intersects the pivot axis S or its projection on the plane spanned by the Mx axis and the My axis at an angle ε. Of the Angle ε is thus a measure of the orientation between marker M and robot R. Since the marker participates in every rotation of the robot R, the angle ε does not change during rotation of the robot R, but remains constant.
Schritt b1): Die in den Figuren 5 und 7 nicht dargestellte Kamera K wird, anders als in der oben erläuterten ersten Variante, nicht am Roboter R angeordnet, sondern über demselben so angeordnet, dass die Kamera von oben nach unten auf den Roboter R und den Marker M blickt, ihre optische Achse parallel zur Drehachse V verläuft und der Marker M im Erfassungsbereich E der Kamera liegt und somit von derselben als innerhalb ihres Bildfeldes BF liegendes Markerbild M1 abgebildet wird (Figur 6). Die Kamera wird hierbei richtungsfest angeordnet, so dass sie nicht an Drehbewegungen des Roboters R teilnimmt.Step b 1 ): The camera K, not shown in FIGS. 5 and 7, unlike in the first variant explained above, is not arranged on the robot R, but arranged above it in such a way that the camera is directed from top to bottom onto the robot R and the marker M views, their optical axis is parallel to the axis of rotation V and the marker M is in the detection range E of the camera and thus of the same as within their image field BF lying marker image M 1 is shown (Figure 6). The camera is arranged directionally fixed so that it does not participate in rotational movements of the robot R.
Auf die Kamera ist das Kamera-Koordinatensystem Kx1Ky bezogen, dessen zueinander senkrechte Achsen Kx1Ky jeweils parallel zur Lauffläche F und jeweils parallel zu einer Begrenzungslinie des Bildfeldes BF der Kamera K verlaufen. Die Achsen Kx1Ky spannen die Ebene des Bildfeldes BF auf.The camera is based on the camera coordinate system Kx 1 Ky, whose mutually perpendicular axes Kx 1 Ky extend parallel to the running surface F and parallel to a boundary line of the image field BF of the camera K, respectively. The axes Kx 1 Ky span the plane of the image field BF.
In der Situation von Figur 5 ist der Roboter R auf der Lauffläche F so ausgerichtet, dass die Kx-Achse in einem Winkel δ1 zur Mx-Achse und in einem Winkel φ1 zur Schwenkachse S verläuft (bzw. die Projektion der Kx-Achse auf eine zur Vertikalachse V senkrechte Ebene im Winkel δizur Projektion der Mx- Achse auf diese Ebene und im Winkel φ1 zur Projektion der Schwenkachse S auf diese Ebene verläuft). Der Winkel 61 ist ein Maß für die in der Situation von Figur 5 vorliegende Ist-Orientierung des Markers M bezüglich der Kamera. Ebenso ist der Winkel φ1 ein Maß für die in der Situation von Figur 1 vorliegende Ist- Orientierung des Roboters R bezüglich der Kamera. Hierbei gilt φ1 =δ1+ε.In the situation of FIG. 5, the robot R is oriented on the running surface F such that the Kx-axis extends at an angle δ1 to the Mx-axis and at an angle φ1 to the pivoting axis S (or the projection of the Kx-axis onto a to the vertical axis V vertical plane at an angle δizur projection of the Mx axis to this plane and at an angle φ1 for the projection of the pivot axis S on this plane extends). The angle 61 is a measure of the actual orientation of the marker M in the situation of FIG. 5 with respect to the camera. Similarly, the angle φ1 is a measure of the present in the situation of Figure 1 actual orientation of the robot R with respect to the camera. Here, φ1 = δ1 + ε.
Figur 6 zeigt das Bildfeld BF, welches die Kamera K in der Situation von Figur 5 liefert. Der Marker M wird von der Kamera im Bildfeld BF als Markerbild M1 abgebildet. Der im Erfassungsbereich E der Kamera K liegende Teil der Oberseite des Roboters R wird als Roboterbild R1 abgebildet. Da die Kamera K ein seitenrichtiges, aufrechtes und unverzerrtes Bild liefert, verlaufen in Figur 6 die Balken des Markerbildes M' im Bildfeld BF ebenfalls im Winkel 61 zur Kx-Achse, d.h. der Winkel δ1 ist ein Maß auch dafür, wie in der Situation von Figur 6 das Markerbild M1 im Bildfeld BF orientiert ist.FIG. 6 shows the image field BF which supplies the camera K in the situation of FIG. The marker M is imaged by the camera in the image field BF as marker image M 1 . The part of the upper side of the robot R lying in the detection area E of the camera K is imaged as a robot image R 1 . Since the camera K delivers a correct, upright and undistorted image, in FIG. 6 the bars of the marker image M 'in the image field BF also run at an angle 61 to the Kx axis, ie the angle δ1 is also a measure of this, as in the situation of FIG 6, the marker image M 1 is oriented in the image field BF.
Schritt c1): Dieser Schritt unterscheidet sich von dem oben erläuterten Schritt c) nur dadurch, dass an die Stelle des Winkels α1 nun der Winkel δ1 tritt, durch welchen die Ist-Orientierung des Markers M relativ zu der Kamera K gegeben ist. Analog zum Schritt c) wird auch im Schritt c1) die Abweichung der Ist-Orientierung zwischen Kamera und Marker M festgestellt von einer vorgegebenen Soll- Orientierung festgestellt, welche im vorliegenden Beispiel durch einen δ2 Winkel definiert ist (Figur 7).Step c 1 ): This step differs from the step c) explained above only in that the angle δ1, by which the actual orientation of the marker M relative to the camera K is given, now occurs at the location of the angle α1. Analogously to step c), the deviation of the actual orientation between camera and marker M determined by a predetermined desired orientation is also determined in step c 1 ), which in the present example is defined by a δ 2 angle (FIG. 7).
Schritt d1): Nun wird in völliger Analogie zum oben erläuterten Schritt d) aus der im Schritt c1) gefundenen Abweichung ein Soll-Drehwinkel φ (Figur 7) bestimmt, um welchen der Roboter R zur Herbeiführung der gewünschten Soll-Orientierung zwischen Kamera und Marker M und somit zum Ausrichten des Roboters R so um die Drehachse V zu drehen ist, dass die Schwenkachse S in der Richtung Z3 verläuft.Step d 1 ): Now, in complete analogy to step d) explained above, a desired rotation angle φ (FIG. 7) is determined from the deviation found in step c 1 ), about which the robot R determines the desired target orientation between the camera and marker M, and thus to align the robot R so as to rotate about the rotation axis V, that the pivot axis S is in the direction Z3.
Schritt e1): Schließlich wird der Roboter R um den im Schritt d1) bestimmten Soll- Drehwinkel φ um die Drehachse V gedreht. Figur 7 zeigt den Roboter R von Figur 1 nach dieser Drehung. Figur 8 zeigt das Bildfeld BF, welches die Kamera in der Situation von Figur 7 liefert. Diese Drehung ist in Figur 5 durch gekrümmte Pfeile angedeutet. Durch diese Drehung geht die Richtung der Schwenkachse S von der Anfangsrichtung Z1 in die Zielrichtung Z3 über, wodurch der Roboter R erfindungsgemäß in eine bestimmte Richtung ausgerichtet wird. Die Balken des Markers M verlaufen nach der Drehung in einem Winkel δ2 zur Kx-Achse; die Schwenkachse S verläuft nun in einem Winkel φ2 zur Kx-Achse, wobei φ = δ1-δ2 = φ1-φ2 und φ2 = δ2+ε gilt. Somit ist der Roboter R nach dem Schritt e1) in einer bestimmten, vorgegebenen Richtung relativ zu der Kamera ausgerichtet, nämlich im vorliegenden Beispiel so, dass die Schwenkachse S im Winkel φ2 zur Kx-Achse verläuft.Step e 1 ): Finally, the robot R is rotated about the rotational axis V by the target rotational angle φ determined in step d 1 ). Figure 7 shows the robot R of Figure 1 after this rotation. FIG. 8 shows the image field BF which the camera supplies in the situation of FIG. This rotation is indicated in Figure 5 by curved arrows. As a result of this rotation, the direction of the pivot axis S changes from the initial direction Z1 to the target direction Z3, as a result of which the robot R is aligned in a specific direction according to the invention. The bars of the marker M run after rotation at an angle δ2 to the Kx axis; the pivot axis S now extends at an angle φ2 to the Kx axis, where φ = δ1-δ2 = φ1-φ2 and φ2 = δ2 + ε. Thus, after step e 1 ), the robot R is oriented in a specific, predetermined direction relative to the camera, namely in the present example such that the pivot axis S extends at an angle φ2 to the Kx axis.
Nun wird auf die Figuren 9 bis 11 Bezug genommen, welche eine dritte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulichen.Reference is now made to Figures 9 to 11, which illustrate a third variant of the method according to the invention.
Da es in der dritten Variante nicht um eine Drehung um die Vertikalachse V geht, sondern um eine Drehung um die Schwenkachse S, ist in den nachfolgenden Erläuterungen zur dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens generell mit der Orientierung eines Objekts (z.B. Marker M) relativ zu einem anderen Objekt (z.B. Kamera), oder, was dasselbe ist, mit der Orientierung des Objektes bezüglich des anderen Objekts, - oder, was ebenfalls dasselbe ist, mit der Orientierung zwischen diesen beiden Objekten, jeweils diejenige Orientierung gemeint, welche die Projektion des Objekts auf eine zur Schwenkachse S senkrechte Ebene relativ zur Projektion des anderen Objekts auf diese Ebene aufweist.Since in the third variant it is not about a rotation about the vertical axis V, but about a rotation about the pivot axis S, in the following explanations to the third variant of the inventive method is generally with the orientation of an object (eg marker M) relative to a another object (eg camera), or what is the same, with the orientation of the object with respect to the other object, or, which is also the same, with the orientation between these two objects, in each case that orientation meant, which the projection of the object on having a plane perpendicular to the pivot axis S relative to the projection of the other object on this plane.
Die dritte Verfahrensvariante kann insbesondere zusätzlich oder gleichzeitig zur ersten Verfahrensvariante ausgeführt werden und dient nicht zum Ausrichten des Roboters R selbst, sondern zum Ausrichten Arms A des Roboters R relativ zur Kamera K durch Drehen bzw. Schwenken des Arms A um die Schwenkachse S, und umfasst die folgenden Schritte A) bis E):The third variant of the method can be carried out additionally or simultaneously to the first variant of the method and serves not to align the robot R itself, but to align arm A of the robot R relative to the camera K by rotating or pivoting the arm A about the pivot axis S, and comprises the following steps A) to E):
Schritt A): Figur 9 zeigt den Roboter R von Figur 1 erneut. Der bereits in Figur 1 gezeigte Marker M wird gemäß Schritt A) nicht auf den Roboter R selbst, sondern auf die Oberseite des Arms A des Roboters R aufgeklebt, so dass der Marker M an jeder Drehung und Schwenkung des Arms A teilnimmt.Step A): FIG. 9 shows the robot R of FIG. 1 again. The marker M already shown in FIG. 1 is not glued to the robot R itself but to the top of the arm A of the robot R according to step A), so that the marker M participates in each rotation and pivoting of the arm A.
Schritt B): Die in Figur 9 nicht dargestellte Kamera K wird so angeordnet, dass die Kamera von oben nach unten auf den Arm A und den Marker M blickt, ihre optische Achse senkrecht zur Schwenkachse S verläuft und der Marker M im Erfassungsbereich E der Kamera liegt und somit von derselben als innerhalb ihres Bildfeldes BF liegendes Markerbild M1 abgebildet wird (Figur 12). Die Kamera wird hierbei richtungsfest angeordnet, so dass sie nicht an Drehbewegungen des Arms A teilnimmt.Step B): The camera K (not shown in FIG. 9) is arranged so that the camera looks at the arm A and the marker M from top to bottom optical axis perpendicular to the pivot axis S and the marker M in the detection range E of the camera is located and thus from the same as within their image field BF lying marker image M 1 is shown (Figure 12). The camera is arranged directionally fixed so that it does not participate in rotational movements of the arm A.
Auf die Kamera ist das Kamera-Koordinatensystem Kx1Ky bezogen, dessen zueinander senkrechte Achsen Kx1Ky jeweils parallel zur Lauffläche F und jeweils parallel zu einer Begrenzungslinie des Bildfeldes BF der Kamera K verlaufen. Die Achsen Kx1Ky spannen die Ebene des Bildfeldes BF auf.The camera is based on the camera coordinate system Kx 1 Ky, whose mutually perpendicular axes Kx 1 Ky extend parallel to the running surface F and parallel to a boundary line of the image field BF of the camera K, respectively. The axes Kx 1 Ky span the plane of the image field BF.
Eine mögliche Anordnung des Roboters R, seines Arms A und des Markers M nach Ausführung der Schritte A) und B) ist in Figur 9 als Beispiel gezeigt. In der Situation von Figur 9 ist der Roboter R auf der Lauffläche F so ausgerichtet, dass die Kx-Achse parallel und die Längsachse RA des Arms A senkrecht zur Schwenkachse S verläuft, wobei der Arm A des Roboters R leicht gegen die Horizontale angehoben ist. Eine derartige Ausrichtung ist jedoch nicht Voraussetzung für die Durchführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.A possible arrangement of the robot R, its arm A and the marker M after carrying out steps A) and B) is shown in FIG. 9 as an example. In the situation of Fig. 9, the robot R is aligned on the tread F so that the Kx axis is parallel and the longitudinal axis RA of the arm A is perpendicular to the pivot axis S, with the arm A of the robot R slightly raised against the horizontal. However, such an orientation is not a prerequisite for the feasibility of the method according to the invention.
Figur 10 zeigt das Bildfeld BF1 welches die Kamera K in der Situation von Figur 9 liefert. Der Marker M wird von der Kamera im Bildfeld BF als Markerbild M' abgebildet. Der im Erfassungsbereich E der Kamera K liegende Teil des Arms A wird als Armbild A1 abgebildet. Das Winkelstück W wird als Winkelstückbild W abgebildet.FIG. 10 shows the image field BF 1 which supplies the camera K in the situation of FIG. The marker M is imaged by the camera in the image field BF as a marker image M '. The lying in the detection range E of the camera K part of the arm A is shown as Armbild A 1 . The angle W is shown as an angle piece image W.
Schritt C): Das Bild S1 der Schwenkachse S verläuft in Figur 10 von rechts nach links. Selbstverständlich ist das Achsenbild S1 keine reale, sichtbare Linie im Bildfeld BF1 sondern ebenso wie die Schwenkachse S selbst nur eine gedachte Linie und in den Figuren 2, 4, 6, 8, 10, 11 , 13 und 14 lediglich zur besseren Veranschaulichung der Erfindung jeweils als strichpunktierte Linie dargestellt (dasselbe gilt auch für das Bild RA1 der Rotierachse RA). Senkrecht zur Richtung des Achsenbildes S1 besitzt das Markerbild M1 im Bildfeld BF eine bestimmte lineare Ausdehnung y1 (Figur 10). Diese Ausdehnung ändert sich bei Drehung bzw. Schwenkung des Arms A um die Schwenkachse S auf Grund der sich ändernden perspektivischen Verzerrung. Die Ausdehnung yi ist daher ein Maß für den Winkel, unter dem die optische Achse der Kamera die Längsachse RA des Arms A schneidet, bzw. unter dem die Projektion der optischen Achse der Kamera auf eine zur Schwenkachse S senkrechte Ebene die Projektion der Längsachse RA auf diese Ebene schneidet. Mit anderen Worten ist die Ausdehnung y1 ein Maß für die in der Situation von Figur 10 vorliegende Ist- Orientierung des Arms A (und damit des Markers M) relativ zur Kamera.Step C): The image S 1 of the pivot axis S extends in Figure 10 from right to left. Of course, the axis image S 1 is not a real, visible line in the image field BF 1 but just like the pivot axis S itself only an imaginary line and in Figures 2, 4, 6, 8, 10, 11, 13 and 14 only for a better illustration of Invention each shown as a dotted line (the same applies to the image RA 1 of the rotation axis RA). Perpendicular to the direction of the axis image S 1 , the marker image M 1 in the image field BF has a certain linear extent y1 (FIG. 10). This expansion changes upon rotation of the arm A about the pivot axis S due to the changing perspective distortion. The extension yi is therefore a measure of the angle at which the optical axis of the camera intersects the longitudinal axis RA of the arm A, or below the projection of the optical axis of the camera on a plane perpendicular to the pivot axis S projection of the longitudinal axis RA this plane intersects. In other words, the extent y1 is a measure of the actual orientation of the arm A (and thus of the marker M) present in the situation of FIG. 10 relative to the camera.
Im Schritt C) wird nun mittels elektronischer Bildverarbeitung aus der linearen Ausdehnung y1 die Ist-Orientierung des Markers M relativ zu der Kamera K abgeleitet und mit einer vorgegebenen Soll-Orientierung des Markers M relativ zu der Kamera K verglichen.In step C), the actual orientation of the marker M relative to the camera K is now derived by means of electronic image processing from the linear expansion y1 and compared with a predetermined desired orientation of the marker M relative to the camera K.
Sofern sich der Marker M in der Soll-Orientierung relativ zu der Kamera K befindet, besitzt die lineare Ausdehnung, welche im Bildfeld BF der Kamera K das Markerbild M1 senkrecht zur Richtung des Achsenbildes S1 aufweist, im vorlie- genden Beispiel den Wert y2 (Figur 11). Im Schritt C) wird daher einfach der Wert y1 per Bildverarbeitung ermittelt und mit dem vorgegebenen Wert y2 verglichen.If the marker M is in the desired orientation relative to the camera K, the linear extent which has the marker image M 1 perpendicular to the direction of the axis image S 1 in the image field BF of the camera K has the value y 2 in the present example (Figure 11). In step C), therefore, the value y1 is simply determined by image processing and compared with the predetermined value y2.
Schritt D): Nun wird aus der im Schritt C) gefundenen Abweichung y1-y2 ein Soll- Drehwinkel bestimmt, um welchen der Arm A zur Herbeiführung der gewünschten Soll-Orientierung zwischen Kamera und Marker M um die Schwenkachse S zu drehen ist.Step D): Now, from the deviation y1-y2 found in step C), a desired rotational angle is determined by which the arm A is to be rotated about the pivot axis S in order to bring about the desired target orientation between camera and marker M.
Schritt E): Schließlich wird der Arm A um den im Schritt D) bestimmten Soll- Drehwinkel um die Schwenkachse S gedreht. Figur 11 zeigt das Bildfeld BF der Kamera nach dieser Drehung. Der Arm A ist nun stärker gegen die Horizontale angehoben als in der Situation von Figur 9. Durch diese Drehung geht die Längsrichtung des Arms A in eine bestimmte Zielrichtung über, wodurch der Arm A erfindungsgemäß in diese Zielrichtung ausgerichtet wird. Somit ist der Arm A nach dem Schritt E) in einer bestimmten, vorgegebenen Richtung relativ zu der Kamera ausgerichtet, nämlich im vorliegenden Beispiel so, dass die lineare Ausdehnung, welche das Markerbild M1 im Bildfeld BF der Kamera senkrecht zur Richtung Achsenbildes S1 aufweist, den Wert y2 annimmt.Step E): Finally, the arm A is rotated about the predetermined in step D) rotational angle about the pivot axis S. FIG. 11 shows the image field BF of the camera after this rotation. The arm A is now more strongly raised against the horizontal than in the situation of Figure 9. By this rotation, the longitudinal direction of the arm A is in a certain direction, whereby the arm A is inventively aligned in this direction. Thus, the arm A after the step E) in a certain predetermined direction is aligned relative to the camera, namely in the present example so that the linear extent, which has the marker image M 1 in the image field BF of the camera perpendicular to the direction axis image S 1 , which assumes value y2.
Prinzipiell kann die lineare Ausdehnung, welche das Markerbild M1 im Bildfeld BF der Kamera senkrecht zur Richtung Achsenbildes S1 aufweist, auch dadurch vom Wert y1 auf den Wert y2 gebracht werden, dass der Arm A nicht gegen die Horizontale abgehoben, sondern abgesenkt wird. Denn auch in diesem Fall gibt es eine Orientierung des Armes A relativ zur Kamera, bei welcher diese lineare Ausdehnung den Wert y2 annimmt. Ebenso gibt es zwei Orientierungen des Arms A relativ zur Kamera, bei welchen die lineare Ausdehnung, welche das Markerbild M1 im Bildfeld BF der Kamera senkrecht zur Richtung Achsenbildes S1 aufweist, den Wert y1 annimmt. Völlig entsprechendes gilt auch für jeden anderen Wert der lineare Ausdehnung, welche das Markerbild M1 im Bildfeld BF der Kamera senkrecht zur Richtung Achsenbildes S1 aufweist.In principle, the linear extent which the marker image M 1 has in the image field BF of the camera perpendicular to the direction of the axis image S 1 can also be brought from the value y1 to the value y2 by the arm A not being raised against the horizontal, but lowered. Because even in this case, there is an orientation of the arm A relative to the camera, in which this linear expansion takes the value y2. Similarly, there are two orientations of the arm A relative to the camera, in which the linear extent which the marker image M 1 has in the image field BF of the camera perpendicular to the direction of the axis image S 1 assumes the value y1. The same applies to every other value of the linear extent which the marker image M 1 has in the image field BF of the camera perpendicular to the direction of the axis image S 1 .
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung wird diese Mehrdeutigkeit durch geeignete Maßnahmen beseitigt. Beispielsweise kann hierzu bei der Drehung des Arms A um die Schwenkachse S zwischen Vorwärts- und Rückwärtsdrehung unterschieden werden, so dass überwacht wird, ob z.B. der Wert y1 oder ein anderer bestimmter Wert der linearen Ausdehnung, welche das Markerbild M1 im Bildfeld BF der Kamera senkrecht zur Richtung Achsenbildes S1 aufweist, durch Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung des Arms A um die Schwenkachse S erreicht wurde.According to a preferred variant of the invention, this ambiguity is eliminated by suitable measures. For example, this can be distinguished during the rotation of the arm A about the pivot axis S between forward and backward rotation, so that it is monitored whether, for example, the value y1 or another specific value of the linear extent which the marker image M 1 in the image field BF of the camera perpendicular to the direction of axis image S 1 has been achieved by forward or reverse rotation of the arm A about the pivot axis S.
Eine andere Möglichkeit zur Vermeidung von Mehrdeutigkeit besteht darin, dass die Grob-Ausrichtung des Arms durch eine andere Methode festgestellt wird, z.B. durch Verwendung eines Tasters, einer Lichtschranke, eines Winkelcodierers, eines Kompasses oder einer Wasserwaage, und mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Fein-Ausrichtung vorgenommen wird. Die Ablesung des Kompasses oder der Wasserwaage können ebenfalls mittels der Kamera und Bildverarbeitung automatisch erfolgen. Zahlreiche weitere Methoden zur Beseitigung der genannten Mehrdeutigkeit sind möglich.Another possibility for avoiding ambiguity is that the coarse alignment of the arm is determined by another method, for example by using a probe, a light barrier, an angle encoder, a compass or a spirit level, and by means of the method according to the invention. Alignment is made. The reading of the compass or spirit level can also be done automatically by means of the camera and image processing. Numerous other methods for eliminating the mentioned ambiguity are possible.
Diese Ausführungen zur Mehrdeutigkeit und ihrer Beseitigung sind völlig analog auch zutreffend für die Orientierungen, welche sich aus den nachfolgend erläuterten Werten x1 und x2 ergeben.These remarks on the ambiguity and its elimination are analogously also true for the orientations which result from the values x1 and x2 explained below.
Nun wird erneut auf Figur 10 sowie zusätzlich auf die Figuren 12 und 13 Bezug genommen, welche eine vierte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulichen.Referring again to Figure 10 and additionally to Figures 12 and 13, which illustrate a fourth variant of the method according to the invention.
Da es in der vierten Variante nicht um eine Drehung um die Vertikalachse A oder um die Schwenkachse S geht, sondern um eine Drehung um die Rotationsachse RA, ist in den nachfolgenden Erläuterungen zur vierten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens generell mit der Orientierung eines Objekts (z.B. Marker M, Arm A) relativ zu einem anderen Objekt (z.B. Kamera), oder, was dasselbe ist, mit der Orientierung des Objektes bezüglich des anderen Objekts, - oder, was ebenfalls dasselbe ist, mit der Orientierung zwischen diesen beiden Objekten, jeweils diejenige Orientierung gemeint, welche die Projektion des Objekts auf eine zur Rotationsachse RA senkrechte Ebene relativ zur Projektion des anderen Objekts auf diese Ebene aufweist.Since in the fourth variant it is not about a rotation about the vertical axis A or about the pivot axis S, but about a rotation about the axis of rotation RA, in the following explanations to the fourth variant of the method according to the invention is generally with the orientation of an object (eg M, arm A) relative to another object (eg camera), or what is the same, with the orientation of the object with respect to the other object, or, which is also the same, with the orientation between these two objects, respectively that orientation meaning, which has the projection of the object on a plane perpendicular to the axis of rotation RA relative to the projection of the other object on this plane.
Die vierte Verfahrensvariante kann insbesondere zusätzlich oder gleichzeitig zur ersten und zur dritten Verfahrensvariante ausgeführt werden und dient zum Ausrichten des Lasers L relativ zur Kamera K durch Drehen des Arms A um die Rotationsachse RA, und umfasst die folgenden Schritte A1) bis E'). Diese Schritte unterscheiden sich von den Schritten A) bis E) der dritten Verfahrensvariante nur dadurch, dass die Rotation um die Rotationsachse RA und nicht um die Schwenkachse S erfolgt, und daher an die Stelle der Linearausdehnungen y1 und y2 die nachfolgend erläuterten Linearausdehnungen x1 und x2 treten. Schritte A1) und B1): Diese Schritte sind identisch mit den obigen Schritten A) und B). Figur 9 zeigt als Beispiel eine mögliche Anordnung des Roboters R1 seines Arms A mit dem Laser L und des Markers M nach Ausführung der Schritte A1) und B1). Figur 10 zeigt das Bildfeld BF, welches die Kamera in der Situation von Figur 9 liefert. Im Schritt A1) wird der Marker M indirekt, nämlich über den Arm A, am Laser L angeordnet, so dass der Marker M an jeder Drehung des Lasers L teilnimmt.The fourth variant of the method can be carried out additionally or simultaneously to the first and the third variant of the method and serves to align the laser L relative to the camera K by rotating the arm A about the axis of rotation RA, and comprises the following steps A 1 ) to E '). These steps differ from the steps A) to E) of the third variant of the method only in that the rotation takes place about the axis of rotation RA and not about the pivot axis S, and therefore to the position of the linear expansions y1 and y2 the linear expansions x1 and x2 explained below to step. Steps A 1 ) and B 1 ): These steps are identical to the above steps A) and B). FIG. 9 shows as an example a possible arrangement of the robot R 1 of its arm A with the laser L and the marker M after execution of steps A 1 ) and B 1 ). FIG. 10 shows the image field BF which supplies the camera in the situation of FIG. In step A 1 ), the marker M is indirectly, namely arranged on the arm A, the laser L, so that the marker M takes part in each rotation of the laser L.
Schritt C): Das Bild RA1 der Rotationsachse R verläuft in Figur 10 von oben nach unten.Step C): The image RA 1 of the rotation axis R extends from top to bottom in FIG.
Senkrecht zur Richtung des Achsenbildes RA1 besitzt das Markerbild M1 im Bildfeld BF eine bestimmte lineare Ausdehnung x1 (Figur 10). Diese Ausdehnung ändert sich bei Drehung des Arms A um die Rotationsachse RA auf Grund der sich ändernden perspektivischen Verzerrung. Die Ausdehnung x1 ist daher ein Maß für die Ausrichtung des Arms A bezüglich seiner eigenen Längsachse RA. Mit anderen Worten ist die Ausdehnung x1 ein Maß für die in der Situation von Figur 10 vorliegende Ist-Orientierung des Arms A (und damit des Markers M) relativ zur Kamera.Perpendicular to the direction of the axis image RA 1 , the marker image M 1 in the image field BF has a specific linear extent x 1 (FIG. 10). This expansion changes as the arm A rotates about the axis of rotation RA due to the changing perspective distortion. The extent x1 is therefore a measure of the orientation of the arm A with respect to its own longitudinal axis RA. In other words, the extent x1 is a measure of the actual orientation of the arm A (and thus of the marker M) present in the situation of FIG. 10 relative to the camera.
Im Schritt C) wird mittels Bildverarbeitung aus der linearen Ausdehnung x1 die Ist-Orientierung des Markers M relativ zu der Kamera K abgeleitet und mit einer vorgegebenen Soll-Orientierung des Markers M relativ zu der Kamera K verglichen.In step C), the actual orientation of the marker M relative to the camera K is derived by means of image processing from the linear extent x1 and compared with a predetermined desired orientation of the marker M relative to the camera K.
Sofern sich der Marker M in der Soll-Orientierung relativ zu der Kamera K befindet, besitzt die lineare Ausdehnung, welche das Markerbild M1 im Bildfeld BF senkrecht zur Richtung des Achsenbildes RA1 aufweist, im vorliegenden Beispiel den Wert x2 (Figur 13). Im Schritt C) wird daher einfach der Wert x1 per Bildverarbeitung ermittelt und mit dem vorgegebenen Wert x2 verglichen.If the marker M is in the desired orientation relative to the camera K, has the linear extent, which has the marker image M 1 in the image field BF perpendicular to the direction of the axis image RA 1 , in the present example, the value x2 (Figure 13). In step C), therefore, the value x1 is simply determined by image processing and compared with the predetermined value x2.
Schritt D1): Nun wird aus der im Schritt D) gefundenen Abweichung x1-x2 ein Soll- Drehwinkel bestimmt, um welchen der Arm R zur Herbeiführung der gewünschten Soll-Orientierung zwischen Kamera und Marker M um die seine Längsachse RA zu drehen ist.Step D 1 ): Now, from the deviation x1-x2 found in step D), a desired angle of rotation is determined by which the arm R is to produce the desired Target orientation between camera and marker M to rotate about its longitudinal axis RA.
Schritt E1): Schließlich wird der Arm A um den im Schritt D') bestimmten SoII- Drehwinkel um die Drehachse S gedreht. Figur 12 zeigt den Roboter R mit dem Arm A1 dem Laser L und dem Marker M nach dieser Drehung. Figur 13 zeigt das Bildfeld BF1 welches die Kamera in der Situation von Figur 12 liefert.Step E 1 ): Finally, the arm A is rotated around the rotation axis S by the SoII rotation angle determined in step D '). Figure 12 shows the robot R with the arm A 1 the laser L and the marker M after this rotation. FIG. 13 shows the image field BF 1 which supplies the camera in the situation of FIG.
Auf Grund dieser Drehung ist der Arm A in Figur 12 gegenüber Figur 10 nach links gedreht. Durch diese Drehung geht die Ausrichtung des Lasers L in eine bestimmte Zielrichtung über, wodurch der Laser L erfindungsgemäß in diese Zielrichtung ausgerichtet wird.Due to this rotation, the arm A in FIG. 12 is turned to the left with respect to FIG. As a result of this rotation, the orientation of the laser L changes into a specific target direction, as a result of which the laser L is aligned in this direction in accordance with the invention.
Somit ist der Laser L nach dem Schritt E1) in einer bestimmten, vorgegebenen Richtung relativ zu der Kamera ausgerichtet, nämlich im vorliegenden Beispiel so, dass die lineare Ausdehnung, welche das Markerbild M1 im Bildfeld BF der Kamera senkrecht zur Richtung Achsenbildes RA1 aufweist, den Wert x2 annimmt.Thus, the laser L is aligned relative to the camera after the step E 1) in a certain predetermined direction, namely in the present example so that the linear expansion which the marker image M1 in the image field BF of the camera perpendicular to the direction of axis of the image RA 1 has the value x2.
Figur 14 zeigt das Bildfeld der Kamera in einer Situation, welche sich ausgehend von der Situation von Figur 9 dadurch ergibt, dass zunächst die Schritte A) bis E) und danach die Schritte A1) bis E') ausgeführt werden. Figur 14 veranschaulicht, dass der Laser L mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Überlagerung von Rotationen um die Drehachsen V, S und RA in eine beliebig vorgebbare räumliche Ausrichtung gebracht werden kann, wobei die erforderlichen Soll- Drehwinkel alle durch Verwendung ein- und desselben Marker M und ein- und derselben Kamera K automatisch per elektronischer Bildverarbeitung ermittelt werden können.FIG. 14 shows the field of view of the camera in a situation which results from the situation of FIG. 9 in that first steps A) to E) and then steps A 1 ) to E ') are carried out. Figure 14 illustrates that the laser L can be brought by the superposition of rotations about the axes of rotation V, S and RA in an arbitrary predetermined spatial orientation with the inventive method, the required target rotation angle all by using one and the same marker M and one and the same camera K can be determined automatically by electronic image processing.
Der Barcode M trägt eine Information. Diese Information kann z.B. den Standort des Markers M auf der Lauffläche F enthalten und während der Durchführung des Verfahrens eingelesen werden. Die Verwendung eines Barcodes als Marker M ist daher sehr vorteilhaft. Die Drehachse braucht nicht durch den Marker zu verlaufen. Daher braucht bei der Anbringung des Markers auf der Lauffläche F (Schritt a) oder am Roboter R (Schritt a1) oder am Arm R (Schritte A bzw. A1) keine Sorgfalt darauf verwendet zu werden, den Marker M mit hoher Präzision an einer bestimmten Stelle zu platzieren, wodurch Aufwand und Kosten gespart werden; ebenso kann daher der Ort des Markers in weiten Grenzen an die jeweils vorliegenden Platzverhältnisse angepasst werden.The bar code M carries information. This information may for example contain the location of the marker M on the tread F and be read in during the execution of the method. The use of a barcode as a marker M is therefore very advantageous. The rotation axis does not need to run through the marker. Therefore, when attaching the marker on the tread F (step a) or the robot R (step a 1 ) or the arm R (steps A or A 1 ), care is not taken to use the marker M with high precision to place in a specific location, which saves effort and costs; also, therefore, the location of the marker can be adjusted within wide limits to the space available in each case.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbare Genauigkeit der Ausrichtung in die Zielrichtung ist nur durch die Auflösung der Kamera K begrenzt. Das Verfahren erlaubt daher selbst bei Verwendung einer preisgünstigen CCD-Kamera als Kamera K eine sehr präzise Ausrichtung in eine beliebige Raumrichtung. Das erfindungemäße Verfahren weist somit gegenüber dem Stand der Technik erheblich Vorteile auf.The achievable with the inventive method accuracy of alignment in the target direction is limited only by the resolution of the camera K. The method therefore allows even when using a low-cost CCD camera as the camera K a very precise orientation in any direction in space. The method according to the invention thus has considerable advantages over the prior art.
Gewerbliche Anwendbarkeit:Industrial Applicability:
Die Erfindung ist gewerblich anwendbar z.B. im Bereich der Logistik, derThe invention is industrially applicable e.g. in the field of logistics, the
Lagerhaltung, der industriellen Fertigung und der Robotik.Warehousing, industrial manufacturing and robotics.
Liste der Bezugszeichen:List of reference numbers:
A Arm von RA arm of R
A' Bild des innerhalb von E liegenden Teils von AA 'Image of the part of A lying within E
BF Bildfeld von K V Vertikalachse von RBF image field of K V vertical axis of R
E Erfassungsbereich von KE detection range of K
F BewegungsflächeF movement area
F1 Bild des innerhalb von E liegenden Teils von FF 1 Image of the part of F within E
K CCD-Kamera Kx, Ky x-Achse, y-Achse des Kamera-KoordinatensystemsK CCD camera Kx, Ky x-axis, y-axis of the camera coordinate system
Kx1, Ky1 Bilder von Kx, KyKx 1 , Ky 1 Pictures of Kx, Ky
L LaserL laser
L1 Bild von L M BarcodeL 1 Picture of L M barcode
Mx, My x-Achse, y-Achse des Marker-KoordinatensystemsMx, My x-axis, y-axis of the marker coordinate system
Mx1, My1 Bilder von Mx, MyMx 1 , My 1 pictures by Mx, My
M1 Bild von M R RoboterM 1 image of MR robot
R' Bild des innerhalb von E liegenden Teils von RR 'image of the part of R inside E
RA Rotierachse von ARA rotation axis of A
RA1 Bild von RARA 1 image from RA
S Schwenkachse S1 Bild von SS swivel axis S 1 Picture of S
W Winkelstück von RW elbow of R
W Bild des innerhalb von E liegenden Teils von W x1 ,x2 lineare Ausdehnungen in BF senkrecht zu RA1 y1 ,y2 lineare Ausdehnungen in BF senkrecht zu S1 Z1 AnfangsrichtungW image of the part of W x1 lying within E, x2 linear expansions in BF perpendicular to RA 1 y1, y2 linear expansions in BF perpendicular to S 1 Z1 initial direction
Z2.Z3 Zielrichtungen α1 Orientierung zwischen K und M vor der Drehung um φ α2 Orientierung zwischen K und M nach der Drehung um φ ß Orientierung zwischen S und K bei richtungsfestem Marker φ Soll-Drehwinkel bei richtungsfestem Marker φ1 Orientierung zwischen S und M vor der Drehung um φ φ2 Orientierung zwischen S und M nach der Drehung um φZ2.Z3 Aiming directions α1 Orientation between K and M before rotation by φ α2 Orientation between K and M after rotation by φ ß Orientation between S and K with directionally fixed marker φ Target rotation angle with directionally fixed marker φ1 Orientation between S and M before Rotation by φ φ2 Orientation between S and M after rotation by φ
61 Orientierung zwischen M und K vor der Drehung um φ61 Orientation between M and K before rotation by φ
62 Orientierung zwischen M und K nach der Drehung um φ φ Soll-Drehwinkel bei richtungsfester Kamera φ1 Orientierung zwischen S und K vor der Drehung um φ φ2 Orientierung zwischen S und K nach der Drehung um φ ε Orientierung zwischen S und M bei richtungsfester Kamera 62 Orientation between M and K after rotation by φ φ Target rotation angle with directionally fixed camera φ1 Orientation between S and K before rotation by φ φ2 Orientation between S and K after rotation by φ ε Orientation between S and M with directional camera

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Verfahren zum Ausrichten eines Gegenstandes (R1A1L), wie Roboter (R), Arm (A) eines Roboters (R) oder Laser (L), durch Drehen des Gegenstands (R1A1L) um wenigstens eine Drehachse (V1S1RA), dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Kamera (K) ein Marker (M) erfasst und als Markerbild (M') abgebildet wird, wobei entweder die Kamera (K) an der Drehung teilnimmt und der Marker (M) richtungsfest ist oder umgekehrt, so dass bei Drehen des Gegenstandes (R1A1L) um die Drehachse (V1S1RA) eine Relativdrehung zwischen dem Marker (M) und der Kamera (K) erfolgt, die Ist-Orientierung (α1 ,δ1), welche zwischen Kamera (K) und Marker (M) vor der Drehung vorliegt, entweder aus der Orientierung, welche das Markerbild (M1) vor der Drehung im Bildfeld (BF) der Kamera (K) aufweist, - oder aus der linearen Ausdehnung (y1 ,x1), welche das MarkerbildA method of aligning an object (R 1 A 1 L) such as a robot (R), arm (A) of a robot (R) or laser (L) by rotating the object (R 1 A 1 L) around at least one Axis of rotation (V 1 S 1 RA), characterized in that a marker (M) is detected with a camera (K) and imaged as a marker image (M '), whereby either the camera (K) takes part in the rotation and the marker ( M) is fixed in direction or vice versa, so that upon rotation of the object (R 1 A 1 L) about the axis of rotation (V 1 S 1 RA) takes place a relative rotation between the marker (M) and the camera (K), the actual orientation (α1, δ1), which exists between camera (K) and marker (M) before the rotation, either from the orientation, which the marker image (M 1 ) before the rotation in the image field (BF) of the camera (K), or from the linear extension (y1, x1) representing the marker image
(M1) vor der Drehung im Bildfeld (BF) der Kamera (K) aufweist, mittels elektronischer Bildverarbeitung abgeleitet und das Ergebnis dazu herangezogen wird, einen Soll-Drehwinkel (φ,φ) zu bestimmen, um welchen der Gegenstand (R,A,L) zur Herbeiführung einer vorgegebenen Soll-Orientierung (α2,δ2) zwischen Kamera (K) und Marker (M) und somit zum Ausrichten des Gegenstandes (R1A1L) in eine bestimmte Zielrichtung (Z2.Z3) um die Drehachse (V1S1RA) zu drehen ist, und danach der Gegenstand (R1A1L) um den Soll-Drehwinkel (φ,φ) um die Drehachse (V1S1RA) gedreht und somit in die Zielrichtung (Z2.Z3) ausgerichtet wird.(M 1 ) before rotation in the image field (BF) of the camera (K), derived by means of electronic image processing and the result is used to determine a desired rotation angle (φ, φ), around which the object (R, A , L) for bringing about a predetermined target orientation (α2, δ2) between camera (K) and marker (M) and thus for aligning the object (R 1 A 1 L) in a specific target direction (Z2.Z3) about the axis of rotation (V 1 S 1 RA) is to be rotated, and then the object (R 1 A 1 L) by the target rotational angle (φ, φ) about the axis of rotation (V 1 S 1 RA) is rotated and thus in the target direction (Z2 .Z3) is aligned.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden: a) der Marker (M) wird in der Umgebung des Gegenstandes (R) richtungsfest angeordnet, b) die Kamera (K) wird an dem Gegenstand (R) so angeordnet, dass sie an der Drehung des Gegenstandes (R) teilnimmt, ihre optische Achse parallel oder schräg zur Drehachse (V) verläuft und der Marker (M) im Erfassungsbereich (E) der Kamera (K) liegt und somit von derselben als innerhalb ihres Bildfeldes (BF) liegendes Markerbild (M') abgebildet wird, c) mittels elektronischer Bildverarbeitung wird aus der Orientierung (α1) des Markerbildes (M1) im Bildfeld (BF) der Kamera (K) die Ist-Orientierung (α1) der Kamera (K) relativ zu dem Marker (M) abgeleitet und mit der Soll- Orientierung (α2) der Kamera (K) relativ zu dem Marker (M) verglichen, d) das Ergebnis des Schrittes c) wird dazu herangezogen, den SoII- Drehwinkel (φ) zu bestimmen, e) der Gegenstand (R) wird um den Soll-Drehwinkel (φ) um die Drehachse (V) gedreht, so dass nach dem Schritt e) die vorgegebene Soll-Orientierung (α2) zwischen Kamera (K) und Marker (M) vorliegt und somit der Gegenstand (R) in der Zielrichtung (Z2) ausgerichtet ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the following steps are carried out: a) the marker (M) is arranged directionally fixed in the environment of the article (R), b) the camera (K) is at the object (R) so arranged to participate in the rotation of the object (R), its optical axis extends parallel or obliquely to the axis of rotation (V) and the marker (M) lies in the detection area (E) of the camera (K) and thus is imaged by the same as a marker image (M ') within its image field (BF), c ) by means of electronic image processing, the orientation (α1) of the marker image (M 1 ) in the image field (BF) of the camera (K), the actual orientation (α1) of the camera (K) relative to the marker (M) and derived with the Target orientation (α2) of the camera (K) relative to the marker (M) compared, d) the result of step c) is used to determine the SoII rotation angle (φ), e) the object (R) is rotated by the desired rotational angle (φ) about the axis of rotation (V), so that after step e) the predetermined target orientation (α2) between the camera (K) and marker (M) is present and thus the object (R) in the target direction (Z2) is aligned.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung (ß) zwischen dem Gegenstand (R) und der Kamera (K) bekannt ist oder ermittelt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the orientation (ß) between the object (R) and the camera (K) is known or determined.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden: a') der Marker (M) wird an dem Gegenstand (R) so angeordnet, dass er an der Drehung desselben teilnimmt, b1) die Kamera (K) wird in der Umgebung des Gegenstandes (R) richtungsfest so angeordnet, dass ihre optische Achse parallel oder schräg zur Drehachse (V) verläuft - und der Marker (M) im Erfassungsbereich (E) der Kamera (K) liegt und somit von derselben als innerhalb ihres Bildfeldes (BF) liegendes Markerbild (M1) abgebildet wird, c1) mittels elektronischer Bildverarbeitung wird aus der Orientierung (61) des Markerbildes (M1) im Bildfeld (BF) der Kamera (K) die Ist-Orientierung (δ1) des Markers (M) relativ zu der Kamera (K) abgeleitet und mit der Soll- Orientierung (δ2) des Markers (M) relativ zu der Kamera (K) verglichen, d') das Ergebnis des Schrittes c') wird dazu herangezogen, den SoII- Drehwinkel (φ) zu bestimmen, e1) der Gegenstand (R) wird um den Soll-Drehwinkel (φ) um die Drehachse (V) gedreht, so dass nach dem Schritt e1) die vorgegebene Soll-Orientierung (δ2) zwischen4. The method according to claim 1, characterized in that the following steps are carried out: a ') the marker (M) is arranged on the object (R) so that it participates in the rotation thereof, b 1 ) the camera (K) is in the vicinity of the object (R) directionally arranged so that their optical axis parallel or oblique to the axis of rotation (V) - and the marker (M) in the detection range (E) of the camera (K) and thus of the same as within its image field (BF) lying marker image (M 1 ) is mapped, c 1 ) by means of electronic image processing is from the orientation (61) of Marker image (M 1 ) in the image field (BF) of the camera (K) the actual orientation (δ1) of the marker (M) relative to the camera (K) derived and with the desired orientation (δ2) of the marker (M) relative to the camera (K), d ') the result of the step c') is used to determine the SoII rotation angle (φ), e 1 ) the object (R) is changed by the desired rotation angle (φ) rotated the rotation axis (V), so that after the step e 1 ) the predetermined target orientation (δ2) between
Marker (M) und Kamera (K) vorliegt und somit der Gegenstand (R) in der Zielrichtung (Z3) ausgerichtet ist.Marker (M) and camera (K) is present and thus the object (R) in the target direction (Z3) is aligned.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung (ε) zwischen dem Gegenstand (R) und dem Marker (M) bekannt ist oder durch Einmessung ermittelt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the orientation (ε) between the object (R) and the marker (M) is known or determined by measurement.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden: A) der Marker (M) wird an dem Gegenstand (A,L) so angeordnet, dass er an der Drehung desselben teilnimmt,A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the following steps are carried out: A) the marker (M) is placed on the object (A, L) so as to participate in its rotation,
B) die Kamera (K) wird in der Umgebung des Gegenstandes (A1L) richtungsfest so angeordnet, dass ihre optische Achse senkrecht oder schräg zur Drehachse (S, RA) verläuft und der Marker (M) im Erfassungsbereich (E) der Kamera (K) liegt und somit von derselben als innerhalb ihres Bildfeldes (BF) liegendes Markerbild (M') abgebildet wird,B) the camera (K) is in the vicinity of the object (A 1 L) fixed direction arranged so that its optical axis perpendicular or oblique to the axis of rotation (S, RA) and the marker (M) in the detection range (E) of the camera (K) is located and thus imaged by the same as within its image field (BF) lying marker image (M '),
C) mittels elektronischer Bildverarbeitung wird aus der linearen Ausdehnung (y1 ,x1), welche im Bildfeld (BF) der Kamera (K) das Markerbild (M1) senkrecht zur Richtung des Bildes (S1, RA1) der Drehachse (S1RA) aufweist, die Ist-Orientierung des Markers (M) relativ zu der Kamera (K) abgeleitet und mit der Soll-Orientierung des Markers (M) relativ zu der Kamera (K) verglichen,C) by means of electronic image processing is from the linear extent (y1, x1), which in the image field (BF) of the camera (K) the marker image (M 1 ) perpendicular to the direction of the image (S 1 , RA 1 ) of the rotation axis (S 1 RA), the actual orientation of the marker (M) relative to the camera (K) derived and with the desired orientation of the marker (M) relative to the camera (K) compared,
D) das Ergebnis des Schrittes C) wird dazu herangezogen, den Soll- Drehwinkel zu bestimmen,D) the result of step C) is used to determine the desired angle of rotation,
E) der Gegenstand (A1L) wird um den Soll-Drehwinkel um die Drehachse (S1RA) gedreht, so dass nach dem Schritt E) die vorgegebene Soll-Orientierung zwischen Marker (M) und Kamera (K) vorliegt und somit der Gegenstand (A1L) in der Zielrichtung ausgerichtet ist.E) the object (A 1 L) is rotated by the desired rotational angle about the axis of rotation (S 1 RA), so that after step E) the predetermined target orientation between marker (M) and camera (K) is present and thus the object (A 1 L) is aligned in the target direction.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (R) entlang einer Bahn oder auf oder parallel zu einer7. The method according to claim 2, characterized in that the article (R) along a path or on or parallel to a
Lauffläche (F) verfahrbar ist, im Schritt a) eine Mehrzahl oder Vielzahl von Markern entlang der Bahn oder auf der Lauffläche (F) angeordnet werden, der Gegenstand (R) nacheinander an verschiedene Standorte verfahren wird, welche so gewählt sind, dass an jedem der Standorte wenigstens einer der Marker von der Kamera (K) erfasst und abgebildet wird, und die Schritte b) bis e) für jeden der Standorte separat ausgeführt werden.Running surface (F) is movable, in step a) a plurality or plurality of markers along the path or on the tread (F) are arranged, the object (R) is moved sequentially to different locations, which are selected so that at each the locations of at least one of the markers are detected and imaged by the camera (K), and steps b) to e) are performed separately for each of the locations.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Marker von allen übrigen Markern verschieden und mittels der Kamera (K) und Bildverarbeitung individuell identifizierbar ist.8. The method according to claim 7, characterized in that each marker is different from all other markers and individually identifiable by means of the camera (K) and image processing.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Marker (M) entweder ein Codeträger (M) oder ein Zeichen oder eine Zeichenfolge oder ein Bildmuster oder Punktmuster verwendet wird, wobei der Marker (M) eine Information trägt, die mittels der Kamera (K) und Bildverarbeitung ausgelesen wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as a marker (M) either a code carrier (M) or a character or a string or a pattern or dot pattern is used, wherein the marker (M) carries information that by means of the camera (K) and image processing is read out.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Codeträger ein eindimensionaler Barcode (M) verwendet wird, oder als Codeträger ein zweidimensionaler Barcode oder ein Data-Matrix-Code verwendet wird.10. The method according to claim 9, characterized in that a one-dimensional bar code (M) is used as a code carrier, or as a code carrier, a two-dimensional bar code or a data matrix code is used.
11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 sowie nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Marker (M) eine Information über seine eigene Absolutposition entlang des Fahrweges oder über die Absolutposition seiner Projektion auf die Lauffläche (F) jeweils bezüglich eines vorgegebenen Referenzpunktes trägt, und diese Information mittels der Kamera (K) und Bildverarbeitung ausgelesen wird.11. The method of claim 7 or 8 and claim 9 or 10, characterized in that each marker (M) information about its own absolute position along the track or on the absolute position of its projection on the tread (F) in each case with respect to a predetermined reference point carries, and this information by means of the camera (K) and image processing is read out.
12. Verfahren Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung des Markers (M) gegenüber der Außenwelt oder gegenüber der Umgebung des Gegenstandes (R) ermittelt und die absolute Orientierung des Gegenstandes (R) bezüglich der Außenwelt oder bezüglich der Umgebung (R) des Gegenstandes (R) aus - der Orientierung des Gegenstandes (R) relativ zum Marker (M) und der Orientierung des Markers (M) gegenüber der Außenwelt oder gegenüber der Umgebung des Gegenstandes (R) bestimmt wird. 12. The method claim 2 or 3, characterized in that the orientation of the marker (M) relative to the outside world or the environment of the object (R) determined and the absolute orientation of the object (R) with respect to the outside world or with respect to the environment (R ) of the object (R) from - the orientation of the object (R) relative to the marker (M) and the orientation of the marker (M) relative to the outside world or relative to the environment of the object (R) is determined.
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