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DE69514735T2 - Verfahren und vorrichtung zur identifizierung der orientierung eines punkt-matrix-kodes auf einem gegenstand - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur identifizierung der orientierung eines punkt-matrix-kodes auf einem gegenstand

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DE69514735T2
DE69514735T2 DE69514735T DE69514735T DE69514735T2 DE 69514735 T2 DE69514735 T2 DE 69514735T2 DE 69514735 T DE69514735 T DE 69514735T DE 69514735 T DE69514735 T DE 69514735T DE 69514735 T2 DE69514735 T2 DE 69514735T2
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Identifizierung der Orientierung eines Punkt-Matrix-Codes auf einem Gegenstand.
  • Es ist oft erforderlich Komponenten individuell zu identifizieren, wenn sie eine Reihe von Herstellungsstufen durchlaufen, so daß ein Werdegang ihrer Herstellung zur Information verfügbar ist. Ein bekanntes Verfahren der Identifizierung ist in unserem GB-Patent Nr. 2 201 808 beschrieben.
  • Derartige Komponenten oder Werkstücke sind gewöhnlich mit einer Punkt-Matrix-Identifikations-Markierung versehen, und die Punkt- Matrix wird unter Benutzung eines optischen Lesegerätes ausgelesen. Der Punkt-Matrix-Code umfaßt mehrere Zeilen und Spalten, auf denen die Codes, welche die Kodierungsmarkierung bilden, angeordnet sind. Das Lesegerät erzeugt einen Ausgang, der durch einen Prozessor in eine digitale Form umgesetzt wird. Ein weiterer Prozessor bestimmt die Orientierung und Position des Punkt-Matrix-Codes aus dem digitalisierten Bild. Der weitere Prozessor berechnet die äußeren Grenzen des Punkt-Matrix-Codes aus den einzelnen Punkten im digitalisierten Bild. Dies bedeutet, daß der Rand des Punkt-Matrix-Codes eine vernünftige Zahl von Punkten aufweisen muß, und jeder Punkt muß genau angeordnet werden. Jedoch erfüllen nicht alle Punkt-Matrix-Codes diese Forderungen, weil die Ränder gewisser Punkt-Matrix-Codes sehr wenige Punkte aufweisen und in gewissen Fällen ist die Bildverarbeitung, die durchgeführt wird um die Punkte zu lokalisieren, ungenügend, um sämtliche Punkte zu lokalisieren. Diese beiden Faktoren kombinieren sich und verursachen in vielen Fällen Fehler beidem Versuch, die Orientierung und Lage des Punkt-Matrix-Codes zu bestimmen.
  • Die GB-A-2 218 240 beschreibt eine Vorrichtung zum Auslesen eines durch eine Maschine lesbaren Binär-Codes. Der Code umfaßt zwei massive dunkle Seiten, die einen Teil des Perimeters des Codes bilden und eine Anzahl schwarzer und weißer Quadrate. Die Orientierung des Codes wird bestimmt durch Aufsuchen einer massiven dunklen Seite und nach Auffinden derselben wird der Schnitt der dunklen Seiten bestimmt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, womit die Identifizierung der Orientierung einer Punkt-Matrix-Markierung auf einem Gegenstand einfacher ermöglicht wird.
  • Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Identifizierung der Orientierung eines Punkt-Matrix-Codes auf einem Gegenstand relativ zu einer Bezugslinie, wobei der Punkt- Matrix-Code mehrere Zeilen und Spalten aufweist, auf denen Punkte vorhanden sind, die den Code bilden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
  • a) es wird ein digitalisiertes Bild des Punkt-Matrix-Codes erstellt,
  • b) es wird der Abstand zwischen jedem Punkt auf dem digitalisierten Bild gemessen,
  • c) es wird der fundamentale Zwischenpunktabstand bestimmt, wobei die durch den fundamentalen Zwischenpunktabstand getrennten Punkte in der gleichen Zeile oder Spalte angeordnet sind,
  • d) es wird der Winkel zwischen den Punkten in einer der Zeilen und der Bezugslinie bestimmt,
  • e) es wird der Winkel zwischen den Punkten in einer der Spalten und der Bezugslinie bestimmt,
  • f) es wird die Orientierung des Punkt-Matrix-Codes des Gegenstandes aus den Winkeln bestimmt.
  • Vorzugsweise umfaßt die Erzeugung des digitalisierten Bildes eine Betrachtung des Punkt-Matrix-Codes.
  • Vorzugsweise umfaßt die Erzeugung des digitalisierten Bildes eine Beleuchtung des Punkt-Matrix-Codes.
  • Vorzugsweise wird das digitalisierte Bild des Punkt-Matrix- Codes in einem Speicher gespeichert, und das Verfahren umfaßt weiter eine spanabhebende Bearbeitung des Gegenstandes und eine Neumarkierung des Gegenstandes gemäß dem digitalisierten Bild des Punkt-Matrix-Codes im Speicher. Vorzugsweise wird der Mittelpunkt eines jeden Punktes in dem digitalisierten Bild lokalisiert. Vorzugsweise wird ein Histogramm, d. h. eine Säulendarstellung, der Abstände zwischen jedem Punkt, der im digitalisierten Bild lokalisiert ist, erzeugt, und aus dem Histogramm wird der fundamentale Zwischenpunktabstand bestimmt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Identifizierung der Orientierung eines Punkt-Matrix-Codes auf einem Gegenstand relativ zu einer Bezugslinie, wobei der Punkt-Matrix-Code mehrere Zeilen und Spalten aufweist, auf denen die den Code bildenden Punkte angeordnet sind, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist: Mittel zur Erzeugung eines digitalisierten Bildes des Punkt-Matrix-Codes, Mittel zum Messen des Abstandes zwischen jedem Punkt der im digitalisierten Bild vorhanden ist, Mittel zur Bestimmung des fundamentalen Zwischenpunktabstandes, wobei die Punkte, die durch den fundamentalen Zwischenpunktabstand getrennt sind, in der gleichen Zeile oder Spalte liegen, Mittel zur Bestimmung des Winkels zwischen den Punkten in einer der Zeilen und der Bezugslinie, Mittel zur Bestimmung des Winkels zwischen den Punkten in einer der Spalten und der Bezugslinie und Mittel zur Bestimmung der Orientierung des Punkt-Matrix-Codes des Gegenstandes unter Benutzung dieser Winkel.
  • Vorzugsweise umfassen die Mittel zur Erzeugung eines digitalisierten Bildes Mittel zur Betrachtung des Punkt-Matrix-Codes.
  • Vorzugsweise bestehen die Mittel zur Erzeugung eines digitalisierten Bildes aus einer Vorrichtung zur Beleuchtung des Punkt-Matrix-Codes.
  • Vorzugsweise sind weiter die folgenden Mittel vorgesehen: Mittel zur Speicherung des digitalisierten Bildes des Punkt- Matrix-Codes, Mittel zur spanabhebenden Bearbeitung des Gegenstandes und Mittel zur Neumarkierung des Gegenstandes gemäß dem digitalisierten Bild des Punkt-Matrix-Codes im Speicher.
  • Vorzugsweise bestehen die Mittel zum Auslesen aus einer Video-Kamera.
  • Vorzugsweise ist die Video-Kamera eine CCD-Kamera.
  • Vorzugsweise ist die Beleuchtungs-Vorrichtung so angeordnet, und ausgebildet, daß Licht unter einem kleinen Einfallswinkel auf den Punkt-Matrix-Code auf dem Gegenstand gerichtet wird.
  • Vorzugsweise ein Display vorgesehen, um anzuzeigen, ob die Orientierung und Lokalisierung des Punkt-Matrix-Codes erreicht wurde.
  • Vorzugsweise sind Mitte vorgesehen, um die Mitte eines jeden Punktes im digitalisierten Bild zu lokalisieren.
  • Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um ein Histogramm bzw. ein Säulendiagramm, der Abstände zwischen jedem Punkt im digitalisierten Bild zu erzeugen, wobei die Mittel zur Bestimmung des fundamentalen Zwischenpunktabstandes das Histogramm benutzen, welches durch die Mittel zur Erzeugung des Histogramms erzeugt wurde.
  • Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in der Zeichnung zeigen:
  • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • Fig. 2 ist ein Diagramm der Zwischenpunktabstände.
  • Fig. 3 ist ein Diagramm eines Kamerabildes,
  • Fig. 4 ist ein Histogramm der Zwischenpunktabstände.
  • Eine Vorrichtung 12 zur Identifizierung der Orientierung eines Punkt-Matrix-Codes eines Gegenstandes 10 weist eine Lampe 14 zur Beleuchtung eines vorher existierenden Punkt-Matrix-Codes auf dem Werkstück 10 und eine Video-Kamera 18, beispielsweise eine CCD-Kamera, auf, um den beleuchteten Punkt-Matrix-Code auf dem Werkstück 10 zu betrachten. Die Lampe 14 ist an eine Spannungsquelle 16 angeschlossen und so angeordnet, daß das Licht mit einem geringen Einfallswinkel auf die Oberfläche des Werkstücks 10 gerichtet wird, damit der Kontrast der Punkte im Punkt-Matrix-Code erhöht wird.
  • Die Video-Kamera 18 erzeugt ein Ausgangssignal entsprechend dem Punkt-Matrix-Code auf dem Werkstück 10. Das Ausgangssignal wird einem Personal-Computer 20 oder einer geeigneten anderen Vorrichtung zugeführt, die eine Bildfangschaltungskarte 22 aufweist, um ein digitalisiertes Bild des Punkt-Matrix-Codes zu erzeugen. Der Personal-Computer 20 besitzt Mittel 24, um den Mittelpunkt eines jeden Punktes in dem digitalisierten Bild zu lokalisieren. Der Personal-Computer 20 besitzt außerdem Mittel 26, um den Abstand zwischen jedem Punkt im digitalisierten Bild zu messen. Außerdem besitzt der Personal-Computer Mittel 28, um ein Histogramm der Abstände zwischen jedem Punkt im digitalisierten Bild zu erzeugen. Der Personal- Computer weist ferner Mittel 30 auf, um den fundamentalen Zwischenpunktabstand D vom Histogramm zu bestimmen. Die Punkte in dem Punkt-Matrix-Code sind allgemein in Zeilen und Spalten angeordnet und gewöhnlich sind die Zeilen und Spalten senkrecht zueinander angeordnet, obgleich es auch möglich sein kann, die Zeilen und Spalten unter anderen Winkeln anzuordnen. Die Punkte, die durch den fundamentalen Zwischenpunktabstand D getrennt sind, liegen in der gleichen Zeile X oder Spalte Y. Der Winkel α zwischen einer Zeile X und einer Spalte Y wird mit 90º angenommen, obgleich auch andere Winkel denkbar sind. Der Personal-Computer weist Mittel 32 auf, um die Winkel β und γ zu bestimmen, die zwischen den Punkten in den Zeilen X bzw. Spalten Y des Punkt-Matrix-Codes und einer horizontalen Spalte Z der Kamera liegen. Dadurch wird die Orientierung und Lokalisierung des Punkt-Matrix-Codes bestimmt.
  • Demgemäß ist der Personal-Computer mit Mitteln versehen, um das digitalisierte Bild des Punkt-Matrix-Codes zu analysieren. Die Mittel umfassen vorzugsweise Algorithmen in Form von Software.
  • Die Schritte in dem Verfahren bestehen darin, daß der ungefähre Mittelpunkt eines jeden Punktes im digitalisierten Bild lokalisiert wird. Die Abstände zwischen jedem Punkt im digitalisierten Bild wird gemessen, und dann wird ein Histogramm dieser Abstände erzeugt. Das Histogramm wird so verarbeitet, daß die Spitzen mit niedrigem Pegel entfernt werden, die von schlecht markierten Punkten oder von Störungen herrühren, welche während der Bildverarbeitung eingeführt wurden. Der fundamentale Zwischenpunktabstand D wird aus dem Histogramm bestimmt. Der Winkel α zwischen den Punkten, die durch diesen fundamentalen Abstand D getrennt sind, beträgt 90º, oder es ist ein anderer geeigneter Winkel gewählt. Die Winkel α entsprechen dem Winkelabstand zwischen den Zeilen X und den Spalten Y des Punkt-Matrix-Codes. Der Winkel β zwischen den Zeilen X und der horizontalen Bezugslinie Z der Kamera wird gemessen und es wird ebenfalls der Winkel γ zwischen den Spalten Y und der horizontalen Bezugslinie Z der Kamera gemessen. Dann wird ein Verbindungsrechteck dem Punkt-Matrix-Code aufgeprägt, indem dieser Code gedreht wird und er wird skaliert, unter Benutzung des fundamentalen Zwischenpunktabstands D, der aus dem Histogramm entnommen wird.
  • Die Fig. 2A bis 2C zeigen drei typische Punkt-Matrix-Codes. Die Figuren zeigen auch die gemeinsamen Abstände innerhalb der Punkt-Matrix-Codes, und D ist der fundamentale Zwischenpunktabstand und die anderen Zwischenpunktabstände a, b, c, d and e sind für diese Punkt-Matrix-Codes dargestellt. Die Punkte, die durch den fundamentalen Zwischenpunktabstand D getrennt sind, liegen in der gleichen Zeile X oder der gleichen Spalte Y. Der Winkel α zwischen den Zeilen X und Spalten Y wird, wie oben erwähnt, mit 90º angenommen.
  • Fig. 3 zeigt ein mögliches Kamera-Bild. Die Zeilen und Spalten X, Y sind gegenüber der horizontalen Kamera-Bezugslinie Z in einem Winkel β bzw. γ versetzt.
  • Fig. 4 ist ein typisches Histogramm der Zwischenpunktabstände für einen Punkt-Matrix-Code. Das Histogramm gilt für einen Punkt-Matrix-Code mit einem fundamentalen Zwischenpunktabstand von 8 Pixeln. Dies liefert Spitzen bei 0, 8, 16, 24, 11,3 und 22,6. Der Algorithmus überprüft diese Spitzen um ihre Wahl des fundamentalen Zwischenpunktabstands zu bestätigen. Diese Prüfung bedeutet, daß Ergebnisse von anderen Markierungen oder Störungen aus der Bildverarbeitung das Endresultat nicht beeinflussen.
  • Es ist außerdem eine Punkt-Markierungsmaschine 34 vorgesehen, um das Werkstück 10 erneut zu markieren, wenn der spanabhebende Bearbeitungsprozeß, der am Werkstück 10 durchgeführt wurde, den Punkt-Matrix-Code entfernt hatte.
  • Es ist außerdem ein Display 36 vorgesehen, um anzuzeigen, ob die Orientierung und Lage des Punkt-Matrix-Codes erreicht wurde. Das Display 36 kann eine Lampe sein, die aufleuchtet, wenn die Orientierung und Lokalisierung erreicht wurde, oder es können unterschiedlich gefärbte Lampen vorgesehen werden, um Erfolg oder Mißerfolg anzuzeigen.
  • Die Vorrichtung kann für jeden Punkt-Matrix-Code benutzt werden, ohne Kenntnis der äußeren Abmessungen oder des Zwischenpunktabstands. Die Vorrichtung erfordert keine hohe Qualität der Eingangsdaten, wie dies beim Stand der Technik notwendig war, der auf S. 1 diskutiert wurde.
  • Die Erfindung benutzt den fundamentalen Zwischenpunktabstand, der eine Konstante darstellt, welche durch die Markierungsmaschine fixiert ist, und nicht durch die äußeren Ränder und Abmessungen des Punkt-Matrix-Codes. Hierdurch werden größere Informationen für die Verarbeitung verfügbar und daher kann das Ergebnis schneller erhalten werden.
  • Obgleich gemäß der vorstehenden Beschreibung eine Kamera mit horizontaler Bezugslinie benutzt wurde, können auch andere geeignete Kamera-Bezugslinien benutzt werden, beispielsweise Kameras mit vertikaler Bezugslinie.

Claims (16)

1. Verfahren zur Identifizierung der Orientierung eines Punkt-Matrix-Codes auf einem Gegenstand relativ zu einer Bezugslinie (Z), wobei der Punkt-Matrix-Code mehrere Zeilen (X) und Spalten (Y) aufweist, auf denen die Punkte, die den Markierungs-Code bilden, angeordnet sind, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
a) es wird ein digitalisiertes Bild des Punkt-Matrix-Codes erzeugt,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
b) es werden die Abstände zwischen jedem Punkt in dem digitalisierten Bild gemessen,
c) es wird der fundamentale Zwischenpunktabstand D bestimmt, wobei die Punkte durch diesen fundamentalen Zwischenpunktabstand getrennt in der gleichen Zeile oder Spalte angeordnet sind,
d) es wird der Winkel γ zwischen den Punkten in einer Zeile (X) und der Bezugslinie (Z) bestimmt,
e) es wird der Winkel β zwischen den Punkten in einer Spalte (Y) und der Bezugslinie (Z) bestimmt,
f) es wird die Orientierung des Punkt-Matrix-Codes des Gegenstandes aus diesen Winkeln heraus bestimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Erzeugung des digitalisierten Bildes eine Betrachtung des Punkt-Matrix-Codes umfaßt.
3. Verfähren nach Anspruch 2, bei welchem die Erzeugung des digitalisierten Bildes eine Beleuchtung des Punkt-Matrix-Codes umfaßt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem digitalisierte Bild des Punkt-Matrix-Codes in einem Speicher gespeichert wird, und das Verfahren weiter eine spanabhebende Bearbeitung des Werkstücks umfaßt, wobei das Werkstück gemäß dem digitalisierten Bild des Punkt-Matrix-Codes im Speicher erneut markiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Mittelpunkte eines jeden Punktes im digitalisierten Bild lokalisiert werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem ein Histogramm der Abstände zwischen jedem Punkt, der im digitalisierten Bild lokalisiert ist, erzeugt wird, und bei welchem der fundamentale Zwischenpunktabstand aus dem Histogramm erzeugt wird.
7. Vorrichtung zur Identifizierung der Orientierung eines Punkt-Matrix-Codes eines Gegenstandes (10) relativ zu einer Bezugslinie (Z), wobei der Punkt-Matrix-Code mehrere Zeilen (X) und Spalten (Y) aufweist, auf denen die Punkte, die die Code-Markierung bilden angeordnet sind, und wobei die Vorrichtung Mittel (14, 18, 22) aufweist, um ein digitalisiertes Bild des Punkt-Matrix-Codes zu erzeugen, gekennzeichnet durch Mittel (26) zur Messung des Abstandes zwischen jedem Punkt im Bild, durch Mittel (30) zur Bestimmung des fundamentalen Zwischenpunktabstands, wobei die Punkte, die durch den fundamentalen Zwischenpunktabstand (D) getrennt sind, in der gleichen Zeile (X) oder Spalte (Y) liegen, durch Mittel (32) zur Bestimmung des Winkels (β) zwischen den Punkten in einer der Zeilen (X) und der Bezugslinie (Z), durch Mittel (32) zur Bestimmung des Winkels (γ) zwischen Punkten in einer Spalte (Y) und der Bezugslinie (Z) und durch Mittel zur Bestimmung der Orientierung des Punkt-Matrix-Codes des Gegenstandes aus diesen Winkeln.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Mittel (14, 18, 22) zur Erzeugung eines digitalisierten Bildes eine Einrichtung (18) umfassen, um den Punkt- Matrix-Code zu betrachten.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die Mittel (14, 18, 22) zur Erzeugung eines digitalisierten Bildes eine Einrichtung (14) umfassen, um den Punkt- Matrix-Code zu beleuchten.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, welche Mittel aufweist, um das digitalisierte Bild des Punkt- Matrix-Codes zu speichern, und Mittel zur spanabhebenden Bearbeitung des Gegenstandes, und ferner Mittel (34), um den Gegenstand gemäß dem digitalisierten Bild des Punkt-Matrix- Codes im Speicher erneut zu markieren.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die Mittel (18) zur Betrachtung des Punkt-Matrix- Codes eine Video-Kamera umfassen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher die Kamera (18) eine CCD-Kamera ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die Mittel (14) zur Beleuchtung des Punkt-Matrix- Codes derart angeordnet sind, daß das Licht mit einem kleinen Einfallswinkel auf den Punkt-Matrix-Code auf dem Gegenstand (10) gerichtet wird.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, bei welcher ein Display (36) vorgesehen ist, um anzuzeigen, ob eine Orientierung und Lokalisierung des Punkt-Matrix-Codes erreicht wurde.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, welche Mittel (24) aufweist, um den Mittelpunkt eines jeden Punktes im digitalisierten Bild zu lokalisieren.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, welche Mittel (28) aufweist, um ein Histogramm des Abstandes zwischen jedem Punkt im digitalisierten Bild zu erzeugen, wobei die Einrichtung (30) zur Bestimmung des fundamentalen Zwischenpunktabstands (D) das Histogramm benutzt, das durch die Einrichtung (28) zur Erzeugung des Histogramms erzeugt wurde.
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