DE2531682A1 - Position recognition system using optical sensor - determines location and orientation of objects by means of circular optical scanning - Google Patents
Position recognition system using optical sensor - determines location and orientation of objects by means of circular optical scanningInfo
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Abstract
Description
Optische Sensoren zur Erfassung vereinzelter Werkstücke mit Industrierobotern Die meisten der heute bekannten, praktisch eingesetzten Industrieroboter besitzen keine optischen Sensoren; sie sind deshalb auf eine definierte und bekannte Umwelt angewiesen. Die vorliegende Erfindung betrifft einen flexiblen optischen Sensor, der die Erfassung von zuvor vereinzelten Werkstücken,2ekannter Art oder von Werkzeugen ermöglicht.Optical sensors for detecting individual workpieces with industrial robots Most of the now known, practically used industrial robots own no optical sensors; they are therefore on a defined and known environment reliant. The present invention relates to a flexible optical sensor, the detection of previously separated workpieces, known types or tools enables.
Für viele Anwendungsfälle von Industrierobotern genügen mechanische Vorrichtungen, einfache optische An- Abwesenheitskontrollenoder Lagevermessungen, um den Arm des Roboters mit dem Greifer oder Werkzeug in der gewünschten Weise zu steuern. Für einige wichtige Aufgaben der Mittel-und Kleinserienfertigung, der Montage und der Kontrolle reichen diese Sensoren nicht aus; um beispielsweise Werkstücke zu ordnen oder zu positionieren, sind ihre Winkelorientierung und ihre Lagekoordinaten zu erfassen.For many applications of industrial robots, mechanical ones are sufficient Devices, simple optical presence checks or position measurements, around the arm of the robot with the gripper or tool in the desired way steer. For some important tasks in medium and small series production, assembly and these sensors are not sufficient for control; around workpieces, for example to be ordered or positioned are their angular orientation and their position coordinates capture.
Mit Verfahren der künstlichen Intelligenz" wird deshalb versucht, die sensorischen Fähigkeiten des Menschen nachzubilden /1/; der nach dem heutigen Stand der Rechentechnik erforderliche Aufwand an Rechenzeit und Speicherplatzbedarf verhindern einen praktischen Einsatz dieser Verfahren.With methods of artificial intelligence "the attempt is therefore made to to simulate the sensory abilities of humans / 1 /; the one after today State of the art of computing, required expenditure of computing time and storage space requirements prevent the practical use of these procedures.
Die schwierige sensorische Aufgabe wird vereinfacht, wenn die Zahl der Freiheitsgrade, die ein Werkstück oder ein Werkzeug#annehmen kann, reduziert wird und wenn die Werkstücke dem Sensor vereinzelt angeboten werden.The difficult sensory task is simplified when the number the degrees of freedom that a workpiece or a tool # can assume will and when the workpieces may be offered to the sensor in individual cases.
Mit inkohärent-optischen Methoden, z.B. durch optische Korrelation oder durch Maskenvergleich /2/, und durch Einsatz von Fernsehverfahren mit Auswahl von wenigen, informationstragenden Zeilen /3/ gelingt es, Werkstücke zu erfassen, die vereinzelt auf einer Ebene liegen und gegen einen mechanischen Anschlag geführt werden. Durch den Anschlag wird insbesondere der Drehfreiheltsgrad eingeschränkt.With incoherent optical methods, e.g. through optical correlation or by mask comparison / 2 /, and by using television methods with selection from a few lines of information / 3 / it is possible to capture workpieces, which are occasionally on one level and guided against a mechanical stop will. In particular, the degree of freedom of rotation is restricted by the stop.
Die Verwendung von mechanischen Anschlägen ist unerwünscht, da dadurch beispielsweise die flexible Umstellung des Sensors bei Werkstückwechsel beeinträchtigt wird und da außerdem nicht alle Werkstücke durch einen Anschlag in definierte Lagen gebracht werden können.The use of mechanical stops is undesirable because it does this for example, the flexible adjustment of the sensor when changing workpieces is impaired and because, in addition, not all workpieces are in defined positions by a stop can be brought.
Es wurde deshalb die Realisierung des uneingeschränkten Griffes auf den Tisch" vorgeschlagen /4/, indem zunächst das Werkstück mit einer Fernsehkamera abgetastet und das absetastete Bild in einem Digitalrechner gespeichert wird; anschließen'd wird der Schwerpunkt der durch die Umrißlinie gebildeten Fläche errechnet, rechnerisch ein Kreis von geeignetem Radius um den Schwerpunkt gelegt und aus der Lage der Schnittpunkte dieses Kreises mit der Umrißlinie auf die Form der Umrißlinie, d.h. die Art der Auflage des Werkstiickes auf dem Tisch, und auf die Winkelorientierung geschlossen. Der bei diesem Verfahren entstehende Bedarf an Speicherplatz und Rechenzeit ist hoch.It was therefore the realization of the unrestricted grip on the table "proposed / 4 / by first placing the workpiece with a television camera scanned and the scanned image is stored in a digital computer; afterward the center of gravity of the area formed by the outline is calculated arithmetically a circle of suitable radius placed around the center of gravity and from the location of the intersection points of this circle with the outline on the shape of the outline, i.e. the type of The workpiece is placed on the table and the angular orientation is closed. The storage space and computing time required for this process is high.
Erfindungsgemäß wird deshalb ein Verfahren vorgeschlagen, das schon bei der Abtastung des Bildes des Werkstückes, d.h. bei der optisch-elektrischen Wandlung, eine starke Informationsreduktlon durchführt und damit den uneingeschränkten Griff auf den Tisch" mit vertretbarem Aufwand ermöglicht. Das Verfahren arbeitet in zwei Schritten: Zunächst werden beim ersten Abtasten des Bildes die Koordinaten des Schwerpunktes der von der Umrißlinie des Werkstückes gebildeten Fläche bestimmt; anschließend wird als zweite Abtastkurve ein Kreis um den Schwerpunkt mit geeignetem Radius verwendet und aus den Zeitpunkten, zu denen diese Abtastbewegune die Umrißlinie schneidet, auf die Art der Auflage des Werkstückes auf dem Tisch und auf die Winkelorientierung geschlossen.According to the invention, a method is therefore proposed that already in the scanning of the image of the workpiece, i.e. in the opto-electrical Transformation, a strong information reduction and thus the unrestricted Grip on the table "made possible with reasonable effort. The process works in two steps: first, when the image is first scanned, the coordinates the center of gravity of the area defined by the outline of the workpiece; then a circle around the center of gravity with a suitable Radius used and from the times at which these scanning movements the contour line cuts, on the type of support of the workpiece on the table and on the Angular orientation closed.
Das vorgeschlagene Verfahren verwendet also die gleichen Bildmerkmale wie /4/, ist aber, durch die erfindunqsaemäße Durchführung des Verfahrens wesentlich weniger aufwendig.The proposed method therefore uses the same image features like / 4 /, but is essential due to the inventive implementation of the method less laborious.
Ein Beispiel dient zur genaueren Erläuterung der beiden Schritte.An example serves to explain the two steps in more detail.
In Bild 1 ist ein Werkstück 1 dargestellt, das in einer der durch seine Form ermöglichten Auflagearten auf der Tischfläche 2 liegt. Ein nach einem Zeilenraster abtastender Bildwandler tastet das Gesichtsfeld 3 ab.In Figure 1, a workpiece 1 is shown, which is in one of the its shape made possible types of support on the table surface 2 lies. One after one Image converter scanning a line raster scans the field of view 3.
Im weiteren gilt: x- Koordinate in Zeilenrichtune, y- Koordinate senkrecht zur Zeilenrichtung N1 die Nummer der ersten Zeile, die die Umrißlinie schneidet, N2 die Nummer der letzten Zeile, die die Umrißlinie schneidet, n die Nummer einer beliebigen Zeile xni> Xn2 die Koordinaten der Schnittpunkte der zeile mit der Umrißlinie; bei mehr als zwei Schnittpunkten treten entsprechende weitere Glieder auf s der Abstand zweier Zeilen.Furthermore, the following applies: x-coordinate in line direction, y-coordinate vertical for line direction N1 the number of the first line that intersects the outline, N2 is the number of the last line that intersects the outline, n is the number of one any line xni> Xn2 the coordinates of the intersections of the line with the Outline; if there are more than two points of intersection, there are corresponding additional links on s is the distance between two lines.
Die Koordinaten des Schwerpunkts der durch die Umrißlinie 4 umschlossenen Fläche ergeben sich damit zu Die in diese Beziehungen eingehenden Größen sind bei einer Abtastung nach einem Fernsehraster in bekannter Weise mit Hilfe von Dinitalzahlern und einem Taktfrequenzgenerator leicht zu messen, indem aus dem Abtastsignal beim Schneiden der Zeile mit der Umrißlinie Start-Stop-Signale für die Zähler abqeleitet werden.The coordinates of the center of gravity of the area enclosed by the outline 4 thus result in The quantities involved in these relationships can easily be measured when scanning according to a television grid in a known manner with the aid of numerical counters and a clock frequency generator by deriving start-stop signals for the counters from the scanning signal when the line with the outline is cut.
Entweder werden die Produkte in den Zählern der beiden Bruchstriche während eines Zeilendurchganqs errechnet oder werden die den Koordinaten der Schnittpunkte entsprechenden Zählerstände qespeichert und anschließend die Größen x5 und y5 errechnet. Der dazu erforderliche Bedarf an Speicherplatz und Rechenzeit ist qering.Either the products are in the counters of the two fraction lines calculated during a line run or the coordinates of the intersection points corresponding counter readings are stored and then the values x5 and y5 are calculated. The storage space and computing time required for this is qering.
Die zweite Abtastuna verwendet einen Bildwandler oder eine punktförmige Beleuchtunqseinrichtung (flying spot), mit der ein Kreis um den zuvorcemessenen Schwerpunkt (xs) Ys) mit vorgegebenem Radius und Startpunkt beschrieben wird. In Bild 2 ist der Schwerpunkt 5 und ein Abtastkreis 6 eingezeichnet, der am Punkt 7 seine Bewegung zum Zeitpunkt = n beginnt und für einen Umlauf die Zeit T benötigt. Der Abtastkreis tritt in die von der Umrißlinie umschlossene Fläche an den Punkten 8, 10 und 12 ein und an den Punkten 9, 11 und 13 aus; die dazugehörenden Zeiten sind tR, tlo und t12 beziehungsweise tgs t11 und t13. Die Zeiten t8, t10 - t8, t12 - t8 bzw.The second scan uses an image converter or a punctiform one Lighting device (flying spot) with which a circle around the previously measured Center of gravity (xs) Ys) is described with a given radius and starting point. In Figure 2 shows the center of gravity 5 and a scanning circle 6, which is at point 7 its movement begins at time = n and takes time T for one revolution. The scanning circle enters the area enclosed by the outline at the points 8, 10 and 12 on and off at points 9, 11 and 13; the associated times are tR, tlo and t12 and tgs t11 and t13, respectively. The times t8, t10 - t8, t12 - t8 or
t11 tgs tl3 -t9 werden mit Dinitalzëhlern, die ihre Start-Stop-Signale vom Abtastsignal erhalten, in bekannter Weise gemessen. Diese Zeitfolgen können mit der Zeit T periodisch fortaesetzt werden.t11 tgs tl3 -t9 are used with dinital counters that send their start-stop signals obtained from the sampling signal, measured in a known manner. These time sequences can be continued periodically with time T.
Mit den so gemessenen Größen können die Art der Auflage des Werkstückes auf dem Tisch, die inkelorientieruna und die Laqekoordinaten in einfachen Rechenschritten ermittelt werden. In einer vorauseeganaenen Lernphase wurde dazu das Werkstück vom bedienenden Menschen in jeder möglichen Auflageart mit einer bekannten Winkelorientierung nach einer bekannten Lage den beiden Abtastarten unterworfen; dabei wurde unter Verwendung eines Monitors außerdem ein geeigneter Radius des Abtastkreises gewählt. Die sich dabei erqebenden Schwerpunktkoordinaten und leitfolaen wurden qespeichert (optisches "teach in").With the sizes measured in this way, the type of support of the workpiece on the table, the angle orientation and the position coordinates in simple arithmetic steps be determined. In a preliminary learning phase, the workpiece was dated from serving people in every possible type of support with a known angular orientation subjected to the two types of scanning according to a known position; it was under Use of a monitor also a suitable radius of the scanning circle chosen. The resulting center of gravity coordinates and guidelines were qstored (optical "teach in").
In der Arbeitsphase wird nach den beiden Abtastunoen zunächst durch Veraleich der gemessenen Zeitfolgen mit den nespeicherten Zeitfolqen die Art der Auflage und die Winkelorientierunq, bezogen auf die Winkelorientieruna in der Lernphase, ermittelt. Anschließend werden mit der Kenntnis der Art der Auflage und der Lage des Flächenschwerpunktes die Laqekoordinaten des Werkstückes bestimmt.In the working phase, after the two scans, the first step is through Compare the measured time sequences with the nesstored time sequences the type of Support and the angular orientation, based on the angular orientation in the learning phase, determined. Subsequently, with the knowledge of the type of edition and the location of the surface center of gravity determines the position coordinates of the workpiece.
Falls die mit einem Abtastkreis gewonnene Information zur Erfassung des Werkstückes nicht ausreicht, werden zusätzliche Abtastkreise mit anderen Radien verwendet.If the information obtained with a scanning circle for detection of the workpiece is not sufficient, additional scanning circles with different radii are required used.
Für die Realisierung der beiden hintereinander erfolgenden Abtastschritte stehen verschiedene technische Möglichkeiten sur Verfügung. Neben Fernsehaufnahmeröhren kommen flyina spot-Scanner und ladungsgekoppelte Photodiodenanordnungen (CCD), letztere z.B. auch in Kreisform, in Frage.For the implementation of the two consecutive scanning steps There are various technical options available. In addition to television tubes come flyina spot scanners and charge coupled photodiode arrays (CCD), the latter e.g. also in circular form, in question.
Literatur: /1/ Fischlein, 0. Intelligent machines are on the Fischler, M.A. way.Literature: / 1 / Fischlein, 0. Intelligent machines are on the Fischler, M.A. way.
Coles, L.S. IEEE Spectrum 11, July 1974, Tenenbaum, J.M. S. 41 48. Coles, L.S. IEEE Spectrum 11, July 1974, Tenenbaum, J.M. P. 41 48.
Dort weitere Literatur /2/ Deutsche Patentanmeldung P 2426 199.2 Verfahren zum Greifen von Werkstücken mittels eines automatisch steuerbaren Handhabungsgerätes. There further literature / 2 / German patent application P 2426 199.2 Method for gripping workpieces by means of an automatically controllable handling device.
/3/ Deutsche Patentanmeldung P 2513 655.4 Sensorsystem zur Steueruna ven automatischen Handhabungssystemen mittels Fernsehkamera./ 3 / German patent application P 2513 655.4 Sensor system for control ven automatic handling systems using a television camera.
/4/ Heainbotham, W.B. The Nottinqham 'Sirch' Assembly Gatehouse, D.W. Robot./ 4 / Heainbotham, W.B. The Nottinqham 'Sirch' Assembly Gatehouse, D.W. Robot.
Pugh, A. 1. Conference on Industrial Robot Kitchin, P.W. Technology, University of t!otting-Page, C.A. ham, U.K. March 27 th - 29 th, 1973. Pugh, A. 1st Conference on Industrial Robot Kitchin, P.W. Technology, University of t! Otting-Page, C.A. ham, U.K. March 27th - 29th, 1973.
Claims (3)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752531682 DE2531682A1 (en) | 1975-07-16 | 1975-07-16 | Position recognition system using optical sensor - determines location and orientation of objects by means of circular optical scanning |
DE19752552927 DE2552927A1 (en) | 1975-07-16 | 1975-11-26 | Component recognition by industrial robots - determines angular position of component by scanning for centre of area and determining dia. of circle tangential to profile |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19752531682 DE2531682A1 (en) | 1975-07-16 | 1975-07-16 | Position recognition system using optical sensor - determines location and orientation of objects by means of circular optical scanning |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE2531682A1 true DE2531682A1 (en) | 1977-02-03 |
Family
ID=5951598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19752531682 Pending DE2531682A1 (en) | 1975-07-16 | 1975-07-16 | Position recognition system using optical sensor - determines location and orientation of objects by means of circular optical scanning |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2531682A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2405460A1 (en) * | 1977-10-04 | 1979-05-04 | Bbc Brown Boveri & Cie | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE ANGULAR POSITION OF OBJECTS |
DE4304991C1 (en) * | 1993-02-18 | 1994-10-20 | Optel Mestechnik Gmbh | Device for measuring the position and orientation of large-area workpieces |
-
1975
- 1975-07-16 DE DE19752531682 patent/DE2531682A1/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2405460A1 (en) * | 1977-10-04 | 1979-05-04 | Bbc Brown Boveri & Cie | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE ANGULAR POSITION OF OBJECTS |
DE4304991C1 (en) * | 1993-02-18 | 1994-10-20 | Optel Mestechnik Gmbh | Device for measuring the position and orientation of large-area workpieces |
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