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    • 专利摘要:

    公开号:WO1980002324A1
    申请号:PCT/DE1980/000047
    申请日:1980-04-09
    公开日:1980-10-30
    发明作者:R Karg；C Jambor
    申请人:Bbc Brown Boveri & Cie；R Karg；C Jambor；
    IPC主号:G01B11-00
    专利说明:
    [0001] Optoelektronisches Meß- und Sensorsystem.
    [0002] Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Meßund Sensorsystem und liegt auf dem Gebiet der Bild- und InformationsVerarbeitung zur optischen Erfassung und Verarbeitung von Bilddaten, beispielsweise bei industriellen Handhabungsautomaten.
    [0003] Anordnungen bzw. Verfahren zur Erkennung von Gegenständen unterschiedlichster Abmessungen sind bekannt. So werden nach Identifizierung und Lagebestimmung Steuersignale gebildet, beispielsweise für Handhabungsautomaten zur Ergreifung und Weiterverarbeitung der erkannten Gegenstände. Es wird in der DE -OS 24 43 265 gelehrt, daß ein unbekannter Gegenstand durch Abbildung auf lichtelektrische Schichten unter Verwendung lichtdurchlässiger Filter erkannt werden kann. Hinter die Filter sind lichtempfindliche Schichten gelegt, die die unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit der Filter erfassen und nach elektrischer Verknüpfung ein Steuersignal für einen Handhabungsautomaten, Industrie-Roboter oder dergl. bilden. Durch Vergleich des erkannten Objektes mit in einem Datenspeicher vorhandenen Kennwerten ist eine Vereinfachung bzw. eine Selektion bei der Erkennung und Erfassung der Gegenstände möglich.
    [0004] Bekannt ist auch ein Verfahren zur Identifizierung von Gegenständen (DE-OS 27 49 682) durch Ermittlung von Flächeninhalt, Abtastkurve vom Bildschwerpunkt aus und weiteren Abtastdaten. Durch Vergleich mit entsprechenden gespeicherten Referenz-Kenngrößen läßt sich eine Identifizierung des unbekannten Gegenstandes ermöglichen. Dabei reicht in vielen Fällen schon die Ermittlung des Flächeninhalts zu einer Vorsortierung aus. Zu einer genauen Erkennung wird dann die Abtastkurve vom Bildschwerpunkt aus herangezogen und bei sehr schwierigen Selektionsaufgaben weitere Abtastdaten.
    [0005] Bekannt ist weiter (DE-OS 27 48 604) ein Verfahren zur Drehlagebestimmung von unbekannten Gegenständen durch optoelektronische Abtastung und Feststellung der Schwerpunktläge. Durch Vergleich der Abtastdaten mit gespeicherten Daten von Bezugsgegenständen kann eine Identifikation des Gegenstandes erreicht werden.
    [0006] Ein Automatisierungssystem für die Steuerung und Überwachung einer Fertigung mittels Bildaufnehmern, Mikroprozessoren und Peripheriegeräten sowie Datenaustausch innerhalb des Systems über eine Bus-Leitung ist bisher noch nicht bekannt geworden. Ein allgemeines Datenaustauschsystem, das auch prozessorgesteuert ist, und über Daten- und Adress-Sammelleitungen verfügt, ist aus der DE-AS 26 02 459 bekannt. Die hier gezeigte Anordnung dient allerdings nicht zur optoelektronischen Bildaufnahme. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein prozessorgesteuertes Steuerungs- und Überwachungssystem für die optoelektronische Muster- und Lageerkennung, Verarbeitung, Sichtkontrolle und berührungslose Meßtechnik zu finden.
    [0007] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß an einen Meß- und Sensorbus eine Aufnahmeeinheit, ein Mikrocomputer, eine Eingabtastatur, ein Baustein zur Schwerpunktbestimmung, eine Ausgabeeinheit und eine Clock-Zentrale angeschaltet sind, daß auf einen μ-Bus ein Bildrechner und ein Bildspeicher geschaltet sind, und daß der Meß- und Sensorbus von dem μ-Bus über ein Interface entkoppelt ist.
    [0008] Ausgestaltungen des optoelektronischen Meß- und SensorSystems sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.
    [0009] Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen System ist besonders die große Einsatzbreite bei den anzuschaltenden Peripheriegeraten. So kann beispielsweise durch Zuschaltung weiterer Aufnahmekameras eine sehr schnelle Lageerkennung bei verschiedenen Prozessen im Multiplexverfahren erfolgen. Die Art der Lageerkennung ist dabei frei wählbar. Es wird also ein flexibles, problemlos umprogrammierbares und kostengünstiges Automatisierungssystem für die Steuerung und Überwachung industrieller Prozesse mit einer handelsüblichen Fernsehkamera aufgezeigt. Für das Sortieren von Fertigungsteilen oder das Erkennen von Etiketten besitzt das System zudem die Fähigkeit zu einer Mustererkennung. Das System ist weiterhin modular erweiterbar und kann dadurch speziellen Belangen bei industriellen Fertigungen angepaßt werden. Angeschaltete Rechner übernehmen die Bildanalyse, die Verarbeitung der Daten, die Systemverwaltung und die Kommunikation mit den Peripheriegeräten. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
    [0010] Ein Meß- und Sensor-Bussystem 1 und ein μ-Bussystem 2 sind durch ein Interface 3 (Entkopplungs- und Anpassungsbaustein) getrennt. Jedes dieser beiden Bussysteme kann dadurch zeitgleich und getrennt voneinander völlig unterschiedlich Aufgaben durchführen. An das μ-Bussystem 2 ist ein Bildrechner 4 und ein Bildspeicher 5 angeschaltet. Der Bildrechner 4 (beispielsweise Mikroprozessor) übernimmt die Adressierung des Bildspeichers 5. Der digitale Bildspeicher 5 nimmt die von den Fernsehkameras empfangenen Daten auf und hält sie zur weiteren Bearbeitung bereit. Eine Erkennung von Gegenständen, die auf einem Transportband an einer Kamera vorbeiziehen, ist schwierig, weil die Kamera der Bewegung des Gegenstandes folgen muß. Eine kurzzeitige Abtastung und Speicherung der Daten in dem Bildspeicher mit anschließender Auswertung vom Bildspeicher aus, ermöglicht deshalb ein schnelles Arbeiten des Systems. Der BildSpeicher 5 hält also die erfaßten Daten zur weiteren Analyse bereit und die Fernsehkamera kann auf einen neuen Gegenstand gerichtet werden.
    [0011] Der Bildrechner 4 tastet das von der Fernsehkamera aufgenommene Bild in Polarkoordinaten ab. Er kann aber auch bestimmte Helligkeitswerte beim Abtasten des Aufnahmebildes zählen. Weiterhin kann er innerhalb des Fernsehbildes Längen messen sowie Übergänge von Schwarz auf Weiß. zählen. Der Bildrechner4 dient also zur Analyse abgespeicherter oder erfaßter Bildinformationen.
    [0012] Der Meß- und Sensorbus 1 hat die Aufgabe, den Bildrechner 4 und den Bildspeicher 5 mit Informationen zu versorgen. An diesen Bus ist eine Aufnahmeeinheit 6 angeschaltet. Diese Aufnahmeeinheit kann die analogen Signale mehrerer Fernsehkameras aufnehmen und Signale für mehrere Fernsehmonitore abgeben. In einer Anpaßschaltung innerhalb der Aufnahmeeinheit 6 werden die analogen Signale der Fernsehkamera digitalisiert bzw. in Videosignale für die Monitore umgewandelt. In der Aufnahmeeinheit 6 ist weiterhin ein Fensterdiskriminator angeordnet, der nur einen bestimmten Teil innerhalb des abzutastenden Bildes durchläßt, und durch diese Reduzierung erheblichen Rechneraufwand einspart. In der Aufnahmeeinheit ist weiterhin eine Video-Verknüpfungsschaltung zum Vergleich eines aufgenommenen mit einem gespeicherten Bild angeordnet. Durch diesen Soll-Ist-Vergleich zwischen abgespeichertem Referenzbild und durch die Kamera aufgenommenem Bild und Zählung der Unterschiede läßt sich eine weitere Einsparung an Rechnerkapazität erreichen.
    [0013] An den Meß- und Sensorbus 1 ist weiterhin ein Mikrocomputer 7 über eine Anpaßschaltung gelegt. Dieser Mikrocomputer dient zur allgemeinen Kontrolle des Systems. Seine Aufgabe besteht z.B. in der richtigen Umschaltung der Kameras. An den Mikrocomputer können beispielsweise Drucker, Schnittstellen zu übergeordneten Systemen und dergl. angeschaltet werden. Weiterhin sind Anschlüsse für ein "floppy-disc" (Datenspeicherplatte) und ein externes Programmeingabegerät vorgesehen.
    [0014] Auf die Anpaßschaltung des Mikrocomputers 7 ist eine Eingabetastatur 8 für den Betrieb des gesamten Systems geschaltet. Diese Tastatur besteht aus Bedienungselementen, mit denen z.B. die Ein/Ausschaltung oder Zu- und Abschaltung der einzelnen Geräten erfolgt.
    [0015] An den Meß- und Sensorbus 1 ist ein Baustein 9 zur Schwerpunktbestimmung geschaltet. Hier werden die fundamentalen Berechnungen zur Erkennung unbekannter Gegenstände durch das Flächenmoment in x- und y-Richtung und der Fläche durchgeführt. Weiterhin ist an den Meß- und Sensorbus eine Ausgabeeinheit 10 angeschaltet. Hiermit lassen sich beispielsweise extern zuschaltbare Maschinen (Handhabeautomaten, Industrie-Roboter) steuern. Die Ausgabeeinheit weist ferner eine programmierbare Uhr für eine Zeit/Weg-Taktung auf, sowie eine zusätzliche Kontrollvorrichtung für abgehende Informationen.
    [0016] Zur Synchronisierung des gesamten Systems ist an den Meßund Sensorbus 1 eine Clock-Zentrale 11 angeschaltet. Clockoder Synchronisierimpulse dienen zur zeitgenauen Zusammenschaltung der einzelnen Systembaugruppen untereinander, aber auch die Fernsehkameras und Monitore werden mit den Synchronimpulsen beaufschlagt. Weiterhin wird von der Clock-Zentrale ein Trigger-Signal für ein extern anschließ bares Blitzlicht geliefert. Hierdurch wird der zu erkennende Gegenstand für eine kurze Zeit (Momentanaufnahme) erhellt, so daß die Fernsehkamera anschließend zellenförmig das aufgenommene Bild abtasten kann. Auf diese Weise lassen sich Unscharfen (beispielsweise bei sich bewegenden Gegenständen) bei der Bildaufnahme vermeiden. Zur externen Synchronisierung besitzt die Clock-Zentrale 11 zusätzlich noch einen Trigger-Eingang. Ein Impuls für einen derartigen Eingang kann durch eine Lichtschranke erzeugt werden. Dieser Trigger-Impuls löst beispielsweise das extern anschließbare Blitzlicht aus, wodurch der Erkennungsvorgang eingeleitet wird.
    [0017] In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems kann für eine schnelle Lagebestimmung ein weiterer Baustein zur Schwerpunktbestimmung an den Meß- und Sensorbus angeschaltet werden. Die an die Aufnahmeeinheit 6 geschalteten Fernsehkameras können ihre Informationen nur seriell an die Bausteine zwecks Weiterverarbeitung abgeben. Durch den zusätzlichen Baustein zur Schwerpunktbestimmung können von zwei Kameras gleichzeitig Informationen ausgegeben werden, wodurch sich in vorteilhafter Weise eine Beschleunigung bei der Verarbeitung mehrerer Meßstellen (Fernsehkameras) erzielen läßt. Dieser Baustein ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
    权利要求:
    ClaimsA n s p r ü c h e
    1. Optoelektronisches Meß- und Sensorsystem, dadurch gekennzeichnet, daß an einen Meß- und Sensorbus (1) eine Aufnahmeeinheit (6), ein Mikrocomputer (7), eine Eingabetastatur (8), ein Baustein (9) zur Schwerpunktbestimmung, eine Ausgabeeinheit (10) und eine Clock-Zentrale (11) angeschaltet sind, daß auf einen μ-Bus (2) ein Bildrechner (4) und ein Bildspeicher (5) geschaltet sind, und daß der Meß- und Sensorbus (1) von dem μ-Bus (2) über ein Interface (3) entkoppelt ist.
    2. Meß- und Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildrechner (4), der Bildspeicher (5) und das Interface (3) wahlweise zuschaltbar sind.
    3. Meß- und Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinheit (6) Anschlüsse für Fernsehkameras und Monitore aufweist, und daß in der Aufnahmeeinheit (6) ein Fensterdiskriminator für einen einstellbaren Bildrahmen und eine Verknüpfungseinheit zum
    Vergleich eines aufgenommenen und gespeicherten Bildes angeordnet ist.
    4. Meß- und Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Mikrocomputer (7) Drucker, Datenspeicherplatten, Programmeingabegeräte und Schnittstellen zu übergeordneten Systemen anschaltbar sind.
    5. Meß- und Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ausgabeeinheit (10) Verarbeitungssysteme, eine programmierbare Uhr für eine Zeit/Weg-Taktung und eine Kontrollvorrichtung für abgehende Informationen anschaltbar sind.
    6. Meß- und Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Clock-Zentrale (11) mehrere Synchronimpulse und ein Trigger-Signal für eine Blitzlichtauslösung abnehmbar sind und daß eine externe Triggerung der Clock-Zentrale möglich ist.
    7. Meß- und Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Bausteine zur Lagebestimmung unbekannter Gegenstände an den Meß- und Sensorbus (1) anschaltbar sind.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE2915398A1|1980-10-30|
    EP0027120A1|1981-04-22|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1980-10-30| AK| Designated states|Designated state(s): JP US |
    1980-10-30| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): FR GB SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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