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    • 专利摘要:
    Es wird ein Verfahren zum Positionieren wenigstens einer Komponente (7) eines optischen Systems bezüglich eines Objekts (2) sowie ein optisches System zur Ausführung des Verfahrens beschrieben. Das Verfahren verwendet ein mathematisches Modell des Objekts (2) und von dessen Umgebung (1). Dabei wird die Umgebung (1) des Objekts (2) in Teilbereiche (8) aufgeteilt und es wird die Eignung jedes der Teilbereiche (8) zum Positionieren der Komponente (7) anhand des Modells bewertet. Teilbereiche (8) mit der besten Eignung werden ausgewählt. Schließlich werden die ausgewählten Teilbereiche (8) als optimaler Positionierbereich (25) der Komponente (7) identifiziert und die Komponente (7) wird in dem optimalen Positionierbereich (25) positioniert.
    公开号:DE102004016077A1
    申请号:DE200410016077
    申请日:2004-03-30
    公开日:2005-10-27
    发明作者:Marc Michael Dipl.-Ing. Ellenrieder；Claus Dipl.-Ing. Lörcher
    申请人:DaimlerChrysler AG；
    IPC主号:G03B5-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren wenigstens einerKomponente eines optischen Systems bezüglich eines Objekts sowie ein Systemzur Ausführungdes Verfahrens. Bei dem optischen System kann es sich beispielsweiseum ein Bildverarbeitungssystem handeln. Das System kann aber auchTeil einer Anordnung zur Untersuchung oder Bearbeitung bzw. Verarbeitungvon Werkstückensein. Unter anderem kann das System Teil eines ortsfesten oder mobilenRoboters sein.
    [0002] Insolchen Systemen besteht ganz allgemein die Schwierigkeit, Komponentendes Systems bezüglichdes Objekts optimal zu positionieren. Handelt es sich bei der Komponentebeispielsweise um ein Beleuchtungselement wie eine Lampe, so kanneine optimale Positionierung derselben bezüglich des Objekts für eine ausreichendeAusleuchtung des Objektes und eine gute Erkennbarkeit aller seinerrelevanten Merkmale erforderlich sein. Falls es sich bei der Komponentedagegen um eine Bildsensor handelt, so muss diese zur richtigenErfassung eines oder mehrerer Merkmale des Objektes gegenüber dem Objektoptimal positioniert werden. Nach gegenwärtigem Stand der Technik werdensolche Komponenten manuell anhand von Erfahrungswerten oder durch grobesAbschätzenpositioniert. Die optimale Position wird hierbei mittels Translations-und/oder Rotationsbewegungen erreicht, wobei die optimale Positionder Komponente anhand deren Position im Raum, deren optischer Achseund durch den Drehwinkel um die optische Achse der Komponente definiertist. Es liegt auf der Hand, dass es bei ei nem solchen Verfahrenin den seltensten Fällengelingen wird, die Komponente auf Anhieb in optimalen Positionierbereichenzu positionieren, und wenn, dann meist nur durch Zufall. Häufig wirderst nach Aufnahme des Betriebs des optischen Systems festgestellt,dass die Komponente tatsächlichan einer ungünstigenStelle positioniert worden ist. Der Betrieb des Systems muss daraufhinunterbrochen werden, um die Komponente aufs neue positionieren zukönnen,was dann abermals mehr oder weniger auf gut Glück geschieht. Nachträgliche Korrekturender Position von Komponenten des Systems sind aber zeitraubend undkostentreibend.
    [0003] Ausder WO 00/38414 ist ein Verfahren zur Positionierung einer Kameraeines optischen Systems bekannt. Dabei nimmt die Kamera zunächst eineMehrzahl von Bildern des Objektes und seiner Umgebung auf. DurchAuswerten und Vergleich dieser Bilder werden das Objekt sowie Merkmaledes Objektes auf den Bildern erkannt, und es wird ein optimalerPositionierbereich der Kamera zur Aufnahme des Objektes ermittelt.Zwar erfolgt die Positionierung der Kamera gemäß diesem Verfahren automatisiert,doch wird vor der endgültigenFestlegung der optimalen Positionierung eine Vorpositionierung wie obenbeschrieben vorgenommen. Zudem ist das Verfahren wegen des Aufwandes,der zum Aufnehmen der Bilder betrieben werden muss, sowie wegender anschließendenziemlich rechenaufwändigenAuswertung der Mehrzahl aufgenommener Bilder nachteilig.
    [0004] Ganzallgemein ist es daher wünschenswert, dieKomponente schnell und ohne großenAufwand, vor allem ohne manuelle Vorpositionierung, automatisiertoptimal positionieren zu können.
    [0005] Aufgabeder Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Positionieren einerKomponente eines optischen Systems bezüglich eines Objektes sowie einoptisches System zur Ausführungdes Verfahrens anzugeben, mit denen die Komponente unter Umgehung deroben genannten Nachteile automatisiert positioniert werden kann.
    [0006] DieseAufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und durch das optischeSystem mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
    [0007] Nachdem erfindungsgemäßen Verfahren wirdder optimale Positionierbereich für die Komponente anhand einesmathematischen Modells des Objekts und von dessen Umgebung bestimmt.Das Modell lässtsich beispielsweise besonders einfach aus CAD-Geometriedaten des Objekts und seiner Umgebungerstellen. Mit einem solchen Modell sind vollautomatische Berechnungengeometrischer Eigenschaften durchführbar. Auf der Grundlage dieses Modellswird der optimale Positionierbereich bestimmt, indem im Schritt(a) die Umgebung des Objekts in Teilbereiche aufgeteilt wird, imSchritt (b) die Eignung jedes einzelnen Teilbereichs zum Positionierender Komponente anhand des Modells bewertet wird, im Schritt (c)die Teilbereiche mit der besten Eignung ausgewählt werden, und im Schritt(d) werden die ausgewähltenTeilbereiche als optimaler Positionierbereich für die Komponente identifiziert.Im Schritt (e) wird die Komponente schließlich in dem optimalen Positionierbereichpositioniert.
    [0008] Während imoben zitierten Stand der Technik der optimale Positionierbereichnur unter einer kleinen Zahl von darüber hinaus unter Zeitaufwandtatsächlichangefahrenen und durch Aufnehmen eines Bildes getesteten Positionenausgewähltwerden kann, entfallen beim erfindungsgemäßen Verfahren das Anfahrender Positionen und die Bildverarbeitung. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren erheblichschneller als das Verfahren gemäß der obengenannten Schrift. Die Positionierung der Komponente erfolgt nachdem erfindungsgemäßen Verfahrenvollautomatisch mit vergleichsweise geringem Rechenaufwand. Durchdas systematische Vorgehen bei der Bestimmung des optimalen Positionierbereichesentfallen zudem eventuell notwendige nachträgliche Korrekturen der Positionder Komponente; die Komponente lässtsich rasch und verlässlichin einem automatischen Arbeitsgang ohne manuelle Vorpositionierungpositionieren. Ferner ist es dank der Erfindung beispielsweise möglich, einenoptimalen Positionierbereich fürdie Komponente zu bestimmen und diese in diesem Positionierbereichzu positionieren, noch bevor ein Objekt überhaupt an dem zu seiner Untersuchungmit Hilfe des optischen Systems vorgesehenen Ort vorhanden ist.Ein weiterer Vorteil lässtsich aus der Bestimmung des optimalen Positionierbereiches für die Konstruktioneines die Umgebung des Objektes darstellenden Arbeitsbereiches, indem das Objekt untersucht und be- bzw. verarbeitet werden soll,ziehen. Die Kenntnis des optimalen Positionierbereiches kann indie Entwurfs- und Planungsphase für den Arbeitsbereich einfließen und dieseerheblich erleichtern.
    [0009] Beider Bewertung im Schritt (b) lassen sich unterschiedliche Kriterienberücksichtigen.Beispielsweise kann die geometrische Sichtbarkeit wenigstens einesMerkmals des Objekts von dem jeweiligen Teilbereich aus berücksichtigtwerden. Es kann aber auch berücksichtigtwerden, ob aus einer Mehrzahl von Merkmalen des Objekts mindestenszwei oder mehr Merkmale von dem jeweiligen Teilbereich aus sichtbarsind.
    [0010] Ebensokann der Abstand des Teilbereichs vom Objekt einen Einfluss aufdie Eignung des Teilbereichs haben. Beispielsweise kann es im Falleeines zu positionierenden Bildsensors als Komponente erforderlichsein, den Bildsensor möglichstnahe an dem Objekt zu platzieren, damit mit dem Bildsensor auchDetails des Objektes erkannt werden können.
    [0011] Eineandere Möglichkeitist, im Schritt (b) bei der Bewertung die im jeweiligen Teilbereichvorherrschende Temperatur zu berücksichtigen.Dies bietet sich an, wenn das Objekt oder dessen Umgebung Gebietemit stark erhöhtenTemperaturen aufweisen, wie zum Beispiel dann, wenn das Objekt einglühendes Werkstück ist oderaber ein Brennofen in der Umgebung des Objekts vorhanden ist. Alsgeeignet werden beispielsweise ausschließlich Teilbereiche mit solchenTemperaturen bewertet, die unterhalb einer Grenztemperatur liegen,um eine Beschädigungder Komponente bei Positionieren im jeweiligen Teilbereich zu vermeiden.
    [0012] Beider gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrenpositionierten Komponente kann es sich um ein Beleuchtungselementoder um einen Bildsensor handeln. Neben 2D-Bildsensoren wie z.B. CCD-CMOS- und IR-Kameraskann es sich hierbei auch um 3D-Bildsensoren,beispielsweise Laser-Scanner, Radare oder auch um Ultraschallsensorenhandeln. Ganz allgemein kann es sich bei dem Beleuchtungselementum eine beliebige Lichtquelle bzw. um ein beliebiges Element, vondem Licht ausgeht, handeln. Dieses kann selbstleuchtend wie z. B. eineLampe oder nicht selbstleuchtend wie z. B. ein Reflektor sein. Mitder Positionierung eines Beleuchtungselementes im optimalen Positionierbereich nachdem erfindungsgemäßen Verfahrenkann eine optimale Ausleuchtung des Objektes erreicht werden. Handeltes sich bei der Komponente dagegen um einen Bildsensor, so kannder optimale Positionierbereich für den Bildsensor je nach Bedarfein Bereich sein, in dem der Bildsensor das Objekt als Ganzes oderaber Teile bzw. bestimmte Merkmale des Objektes erfassen kann. Zusätzlich zurreinen Sichtbarkeit bestimmter Merkmale des Objektes werden zurBestimmung des optimalen Positionierbereichs weitere Randbedingungenberücksichtigt,welche in Abhängigkeitdes jeweiligen Prüfprozesseseinzuhalten sind. Beispielsweise ist in Verbindung mit einem Algorithmuszur Erkennung von Barcodes neben der reinen Sichtbarkeit des Barcodesauch eine bestimmte Ortsauflösungerforderlich.
    [0013] Beider Bewertung der Teilbereiche lässtsich auch die Helligkeit eines Merkmals des Objekts berücksichtigen.Sofern die zu positionierende Komponente ein Beleuchtungselementist, könnenanhand des Modells diejenigen Teilbereiche be rechnet werden, beidenen eine Verbesserung der Ausleuchtung bzw. der Helligkeit desMerkmals eintritt, wenn die Komponente in diesen Teilbereichen positioniert wird.Die Eignung dieser Teilbereiche wird dann im Schritt (b) entsprechendhöher bewertetals die Eignung derjenigen Teilbereiche, bei denen eine solche Verbesserungder Ausleuchtung nicht eintritt, wenn die Komponente in ihnen positioniertwird.
    [0014] AlsMerkmal des Objektes kann eine Kante oder eine Textur oder eineOberflächedes Objektes verwendet werden. Ganz allgemein kann es sich bei demMerkmal um ein beliebiges Merkmal im Sinne der Bildverarbeitungoder im Sinne des CAD handeln.
    [0015] Bevorzugterweisewerden im Schritt (b) zur Bewertung der Eignung der Teilbereicheanhand des Modells fürjeden Teilbereich Werte von die Eignung beeinflussenden Parameternberechnet. Ist zum Beispiel zum Positionieren eines Bildsensorsals Komponente in einem Teilbereich gefordert, dass aus dem Teilbereichein bestimmtes Merkmal des Objekts sichtbar sein soll, kann im einfachstenFall der entsprechende Parameter für jeden Teilbereich zwei Werteannehmen, je nachdem, ob das Merkmal von diesem Teilbereich aussichtbar oder nicht sichtbar ist. wenn das Merkmal eine endlicheAusdehnung hat, dann kann als ein die Sichtbarkeit des Merkmals beschreibenderParameterwert anhand des Modells für jeden Teilbereich berechnetwerden, wie groß der vondiesem Teilbereich aus sichtbare Anteil des Merkmals im Verhältnis zuseiner Gesamtausdehnung ist. Dann kann der betreffende Parameterrealzahlige Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Oder aber es wird alsParameterwert die Größe der Fläche berechnet,die die Abbildung des Merkmals in einem von dem Bildsensor erzeugtenBild einnimmt. Ein Teilbereich ist demnach hinsichtlich der Sichtbarkeit desMerkmals umso geeigneter, je höherder Parameterwert dieses Parameters für den jeweiligen Teilbereichist, d.h. je größer dersichtbare Anteil des Merkmals oder seine Abbildung im Bild ist.Auf analoge Weise lassen sich zusätzliche Parameter für die Sichtbarkeitanderer relevanter Merkmale einführen, wobeifür jedenTeilbereich und jeden Parameter ein Parameterwert anhand des Modellsberechnet wird. Auch die Bewertung der Teilbereiche hinsichtlichihres Abstands vom Objekt oder der Helligkeit eines Merkmals oderihrer Temperatur lässtsich auf diese Weise mittels Parametern, für die zu den jeweiligen Teilbereichenentsprechende Parameterwerte anhand des Modells berechnet werden,erreichen.
    [0016] NachBerechnung der Parameterwerte werden diese für jeden Teilbereich in eineskalarwertige Eignungsfunktion umgerechnet. Eine solche Eignungsfunktionkann nach Zweckmäßigkeitsgesichtspunktenunterschiedlich definiert sein. In einfachen Beispielen für die skalarwertigeEignungsfunktion werden fürjeden Teilbereich alle Parameterwerte dieses Teilbereiches miteinanderzu einem skalaren Wert verknüpft,z.B. summiert oder multipliziert. Die geeignetsten Teilbereichesind dann solche mit einem minimalen oder maximalen skalaren Wert,je nachdem wie die Eignungsfunktion definiert ist. Um die unterschiedlicheRelevanz einzelner Parameter zu berücksichtigen, können diejeweiligen Parameterwerte in der Eignungsfunktion darüber hinausder jeweiligen Relevanz entsprechend mit Gewichtungsfaktoren versehensein.
    [0017] Vorzugsweisewird in Schritt (a) die Umgebung in jeweils gleich große Teilbereichegerastert. Im einfachsten Fall werden Würfel mit jeweils gleicher Kantenlänge alsTeilbereiche gewählt,in welche die Umgebung des Objektes aufgeteilt wird.
    [0018] Zwischenden Schritten (d) und (e) ist es möglich, die im Schritt (c) ausgewählten Teilbereiche imSchritt (a) abermals in Teilbereiche aufzuteilen und die Schritte(b) bis (d) mit den so erhaltenen Teilbereichen zu wiederholen.Die wiederholte Anwendung der Schritte (b) bis (d) auf die im Schritt(c) ausgewähltenTeilbereiche führtzu einer Verfeinerung des optimalen Positionierbereiches.
    [0019] Dasoptische System zur Ausführungdes erfindungsgemäßen Verfahrenskann entweder ortsfest ausgeführtsein, es kann aber auch mobil ausgeführt sein. Beispielsweise kannes sich bei dem System um einen ortsfesten oder einen mobilen Roboterhandeln. Dieser kann einen schwenkbaren Roboterarm umfassen, aufdem Roboterarm kann die Komponente befestigt sein. Oder der Robotergreift mit dem Roboterarm die Komponente, um sie zu Positionieren. Soferndas System mobil ist, steuert die Steuereinheit bevorzugterweiseeine Bewegung des Systems, so dass auf zusätzliche Steuereinheiten für diesen Zweckverzichtet werden kann.
    [0020] Nachfolgendwird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
    [0021] Eszeigen:
    [0022] 1 eineschematische Darstellung eines Prüfstandes mit einer Kamera;
    [0023] 2 einFlussdiagramm fürdas erfindungsgemäße Verfahren;
    [0024] 3 denPrüfstandaufgeteilt in Teilbereiche;
    [0025] 4 einenSichtbarkeitsbereich eines ersten Merkmales des Objektes;
    [0026] 5 einenSichtbarkeitsbereich eines zweiten Merkmales des Objektes;
    [0027] 6 einenSichtbarkeitsbereich eines dritten Merkmals des Objektes;
    [0028] 7 einenSchutzbereich um eine heiße Stelledes Objektes;
    [0029] 8 ausgewählte Teilbereiche;
    [0030] 9 dieSituation nach Beendigung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
    [0031] 10 einFlussdiagramm eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens.
    [0032] 1 zeigtin schematischer Darstellung einen Prüfstand für Werkstücke 2. Der Prüfstand umfassteinen Arbeitsbereich 1, in welchem das Werkstück 2 zurPrüfungplatziert wird. Neben dem Werkstück 2 sindim Arbeitsbereich 1 Bearbeitungsmittel sowie Haltevorrichtungenfür dasWerkstück 2 angeordnet,die in 1 der Einfachheit halber alle zu einem Sichthindernis 6 zusammengefasstsind. Eine Kamera 7 eines optischen Systems zur Überwachungder Bearbeitung des Werkstückes,mit dem bestimmte Merkmale des Werkstücks 2 erfasst werdensollen, ist ebenfalls im Arbeitsbereich 1 angeordnet. DieKamera 7 ist individuell innerhalb des Arbeitsbereiches 1 positionierbar.Sie ist Teil eines ortsfesten oder mobilen Roboters und ist aufeinem beweglichen Roboterarm angeordnet, mit welchem der Roboterdie Kamera 7 in eine gewünschte Position bringt.
    [0033] DasWerkstück 2 weistals Merkmale beispielsweise eine Kante 3, eine Schrägfläche 4 sowie eineStelle 5 mit stark erhöhterTemperatur auf. Zur erfolgreichen Überwachung der Bearbeitungmuss die Kamera 7 sowohl die Kante 3 als auchdie Schrägfläche 4 unddie Stelle 5 gleichzeitig erfassen können. Es ist also notwendig,die Kamera 7 im Arbeitsbereich 1 diesem Zweckentsprechend optimal zu positionieren.
    [0034] DieKamera 7 wird erfindungsgemäß nach einem vollautomatischenVerfahren optimal positioniert. Dieses Verfahren zeigt die 2 inForm eines Flussdiagramms. Mit dem Schritt S1 wird das Verfahrengestartet. Im Schritt S2 wird anhand von CAD-Geometriedaten desWerkstückes 2 unddes Sichthindernisses 6 ein mathematisches Modell des Werkstückes 2 sowiedes Arbeitsbereiches 1 erstellt. Mit dem Modell werdendie geo metrischen Gegebenheiten des Arbeitsbereiches, also geometrische Formvon Werkstück 2 undSichthindernis 6, sowie deren Anordnung innerhalb des Arbeitsbereiches 1, erfasst.
    [0035] Mitdem Schritt S3 wird der Arbeitsbereich 1 in räumliche,würfelförmige Teilbereichegleicher Größe gerastert.Dies ist in 3 durch eine Vielzahl quadratischerTeilbereiche 8 angedeutet.
    [0036] Essind vier Parameter P3, P4, P5, T vorgesehen, welche für die Eignungeines Teilbereiches 8 relevant sind. Der Parameter P3 repräsentiertdie Sichtbarkeit der Kante 3, der Parameter P4 repräsentiertdie Sichtbarkeit der Schrägfläche 4 undder Parameter P5 repräsentiertdie Sichtbarkeit der heißen Stelle 5.Der Parameter T steht fürdie Temperatur.
    [0037] ImSchritt S4 werden fürjeden einzelnen Teilbereich 8 spezifische Werte für die ParameterP3, P4, P5, T berechnet.
    [0038] EineRegion, aus der die kante 3 sichtbar ist, ist in 4 mit 9 bezeichnet.Anhand der CAD-Geometriedaten des mathematischen Modells wird für jedenTeilbereich 8 ermittelt, ob die Kante 3 aus demjeweiligen Teilbereich 8 sichtbar ist, wenn die Kamera 7 indiesem Teilbereich 8 positioniert ist. Aus den Teilbereichen 8 derRegion 9 ist die Kante sichtbar, so dass für dieseTeilbereiche P3 den Wert 1 erhält.Aus außerhalbder Region 9 befindlichen Teilbereichen 8 istdie Kante 3 nicht oder nicht vollständig sichtbar; in ihnen wirdP3 der Wert 0 zugewiesen. Analog sind in 5 alle Teilbereiche 8 hervorgehoben,die in eine Region 10 fallen, aus der heraus die Schrägfläche 4 sichtbarist. Alle diese Teilbereiche 8 bekommen für P4 denWert 1 zugewiesen; fürdie anderen Teilbereiche ist P4 = 0. Ebenfalls analog sind in 6 alle Teilbereiche 8 hervorgehoben,die in eine Region 11 fallen, aus der die heiße Stelle 5 sichtbarist. Fürdiese Teilbereiche ist P5 = 1, füralle anderen Teilbereiche 8 ist P5 = 0.
    [0039] 7 zeigteinen Schutzbereich 12 rund um die heiße Stelle 5. Der Schutzbereich 12 wirdbegrenzt durch den geringsten zulässigen Abstand der Kamera 7 vonder heißenStelle 5, bei dem eine Beschädigung der Kamera 7 aufgrundzu hoher Temperaturen noch ausgeschlossen werden kann. Für alle inden Schutzbereich 12 fallenden Teilbereiche 8 bekommtder vierte Parameter T im Schritt 4 den Wert 0, bei allen außerhalbdes Schutzbereichs 12 befindlichen Teilbereichen 8 erhält der ParameterT den Wert 1.
    [0040] NachBerechnung der Parameterwerte im Schritt S4, bei der jeder einzelneTeilbereich 8 mit einem Satz von vier spezifischen Parameterwertenfür jedeneinzelnen der vier Parameter versehen worden ist, erfolgt die Umrechnungder Parameterwerte in einer Eignungsfunktion E. Die EignungsfunktionE hat hier die Form E = T(P3 + P4 + P5). Am Ende des Schrittes S4steht daher eine Bewertung der Eignung jedes Teilbereiches 8 inForm eines skalaren Zahlenwertes. Da der vierte Parameter T alsFaktor in die Eignungsfunktion eingeht und für alle in den Schutzbereich 12 fallendenTeilbereiche 8 den Wert 0 hat, wird die Eignung aller Teilbereiche 8 imSchutzbereich 12 mit 0 bewertet. T fungiert als ein Ausschussparameter:ist sein Wert ungeeignet, so wird der betreffende Teilbereich alsungeeignet bewertet, unabhängigdavon, welche Werte die anderen Parameter haben.
    [0041] DieSumme (P3 + P4 + P5) kann die ganzzahligen Werte 0 bis 3 annehmen;sie gibt an, wie viele der interessierenden Merkmale 4, 5, 6 auseinem gegebenen Teilbereich 8 sichtbar sind.
    [0042] Jenach Wert der Eignungsfunktion kann man den Untersuchungsbereichin Regionen 12, bis 19 unterteilen. Die Region 12 istder Schutzbereich, in dem E = 0 ist, weil T = 0 ist. In der Region 13 istE = P3 + P4 + P5 = 3. In den Regionen 14, 15 istE = 2, weil die Schrägfläche 4 nichtsichtbar ist. In den Regionen 16, 17, 18 istE = 1, weil jeweils nur eines der Merkmale 3, 4, 5 sichtbarist, und in Region 19 ist E = 0, weil kein Merkmal sichtbarist.
    [0043] ImSchritt S5 erfolgt eine Auswahl derjenigen Teilbereiche 8 mitder besten Eignung zum Positionieren der Kamera 7, d.h.der Teilbereiche 8 mit dem höchsten Wert der EignungsfunktionE. Es sind dies wie oben dargelegt diejenigen Teilbereiche 8,die innerhalb der Region 13 befindlich sind. Diese sindin 8 hervorgehoben.
    [0044] Nachdemim Schritt S5 diejenigen Teilbereiche 8 mit der bestenEignung zum Positionieren der Kamera 7 ausgewählt wordensind, werden diese im folgenden Schritt S6 als optimaler Positionierbereich 25 für die Kamera 7 identifiziert.Der auf diese Weise identifizierte optimale Positionierbereich 25 istin 9 dargestellt. Wie man aus einem Vergleich der 8, 9 mitden 4 bis 7 erkennen kann, handelt essich bei dem optimalen Positionierbereich 25 erwartungsgemäß um dieTeilbereiche 8 der Region 13, bei der es sichwiederum um einen Schnitt zwischen den Regionen 9, 10, 11 abzüglich desSchutzbereiches 12 handelt.
    [0045] Schließlich wirddie Kamera 7 im Schritt S7 im auf diese Weise ermitteltenoptimalen Positionierbereich 25 positioniert. Das Verfahrenschließtmit dem Schritt S8. 9 zeigt die im optimalen Positionierbereich 25 positionierteKamera 7 nach Abschluss des Verfahrens. Die Kamera 7 kannaus dieser Position alle drei Merkmale des Werkstückes 2, nämlich Kante 3,Fläche 4 undStelle 5, erfassen, und befindet sich gleichzeitig in sicheremAbstand von der heißenStelle 5.
    [0046] Umeine verfeinerte Auswahl des optimalen Positionierbereiches 25 treffenzu können,lässt sich daserfindungsgemäße Verfahrendurch Wiederholen der Schritte S3 bis S6 erweitern, wie in 10 gezeigt.Der Ablauf zwischen den Schritten S1 bis zum Schritt S6 stimmt dabeimit dem Ablauf des zuvor beschriebenen Verfahrens überein.Beim Verfahren der 10 ist jedoch vorgesehen, denim Schritt S6 identifizierten Bereich 25 im Schritt S3abermals zu rastern und dadurch noch weiter zu verfeinern. Dies istinsbesondere dann zweckmäßig, wennbei der vorhergehenden Durchführungdieser Schritte kein Teilbereich gefunden wurde, in dem die Eignungsfunktionihren maximal möglichenWert erreicht, insbesondere weil von keinem der Teilbereiche ausalle interessierenden Merkmale sichtbar sind. Eine höher aufgelöste Untersuchung,die sich sinnvollerweise auf die zuvor als bestgeeignet ermitteltenTeilbereiche beschränkenkann, kann dann dazu führen,dass doch noch ein besser geeigneter Teilbereich gefunden wird.Dazu kann, wenn n eine ganze Zahl ist, eine bis zu n-fache Wiederholungder Schritte S3 bis S6 vorgesehen werden. Im Anschluss an den Schritt S6erfolgt im Schritt S9 jeweils eine Abfrage nach der Anzahl der Wiederholungender Schritte S3 bis S6. Wenn diese noch nicht n-mal wiederholt wurdenund noch kein Teilbereich mit der höchstmöglichen Eignung gefunden wurde,so springt das Verfahren zum Schritt S3 zurück und teilt die zuvor im SchrittS6 identifizierten Teilbereiche 8 neuerlich auf. Mit diesen werdenjetzt die nächstfolgendenSchritte S4 bis S6 auf die beschriebene Weise durchgeführt. Wirdein optimal geeigneter Teilbereich gefunden, so bricht die Schleifeab und die Kamera wird in Schritt 57 in diesem Teilbereichpositioniert. Wenn nach n Wiederholungen noch kein optimal geeigneterTeilbereich gefunden wurde, wird angenommen, dass es einen optimalgeeigneten Teilbereich nicht gibt. In diesem Fall sind wenigstenszwei Aufnahmen aus verschiedenen Perspektiven erforderlich, um alleinteressierenden Merkmale des Werkstücks 2 zu erfassen. Einegeeignete Kameraposition fürjede dieser Aufnahmen kann dann gefunden werden, indem die Mengeder interessierenden Merkmale geteilt werden, und das oben beschriebeneVerfahren fürjede Teilmenge von interessierenden Merkmalen wiederholt wird.
    [0047] Diedie Sichtbarkeit der interessiernden Merkmale beschreibenden ParameterP3, P4, P5 könnenanstelle der oben beschriebenen diskreten Wert 0 und 1 auch reelleWerte haben, die z. B. füreinen gegebenen Teilbereich 8 angeben, wie groß der ausdem betreffenden Teilbereich sichtbare Anteil des Merkmals im Verhältnis zuseiner Gesamtausdehnung, etwa der Länge der Kante 3 oderder Flächeder Stelle 5, ist. Ein solcher Parameter kann insbesonderebeliebige Werte zwischen 0 und 1 einschließlich annehmen, wobei der Wert0 für Nichtsichtbarkeitund der Wert 1 fürvollständigeSichtbarkeit des Merkmals steht.
    [0048] Alternativkann auch die Größe der Abbildungjedes Merkmals im von der Kamera 7 erhaltenen Bild alsParameter herangezogen werden, wobei dann beispielsweise die Eignungeines Teilbereichs um so höherbewertet wird, je größer dievon dort aus erhaltene Abbildung eines interessierenden Merkmalsist. Da jedes Merkmal eines zu betrachtenden Objekts bestimmte Eigenschaftenbesitzt, welche sich auf die Bildaufnahme und den sich anschließenden Prüfprozessunterschiedlich auswirken, sind auch andere Parameter zur Bestimmungder optimalen Position denkbar. Beispielsweise eine minimale Auflösung proLängeneinheitoder ein maximaler Betrachtungswinkel unter dem ein bestimmtes Merkmal desObjekts mit dem Prüfprozessausgewertet werden kann. Auch könnenphysikalische Einwirkungen wie die Hitzeeinwirkung auf den Sensorvon Bedeutung sein. Beispielsweise ist die Temperatur ein wichtigerParameter bei der Bestimmung der Sensorposition im Zusammenhangmit Schweißapplikationen.
    [0049] DieseEigenschaften resultieren dabei vorzugsweise in skalarwertigen Funktionen,welche von der Sensorposition und dessen Richtung sowie der Beleuchtungspositionund deren Richtung abhängen. DasAuffinden der optimalen Sensorposition kann dabei auch über einnumerisches Optimierungsverfahren erfolgen, welches die skalarwertigenFunktionen anhand einer Kostenfunktion auswertet. Da Position desSensors auch von der Position der Beleuchtung abhängt, können Merkmalevon Objekten unter unterschiedlichen Beleuchtungswinkeln untersucht werden.
    权利要求:
    Claims (16)
    [1] Verfahren zum Positionieren wenigstens einer Komponente(7) eines optischen Systems bezüglich eines Objekts (2)unter Verwendung eines mathematischen Modells des Objekts (2)und von dessen Umgebung (1), bei dem (a) die Umgebung(1) des Objekts (2) in Teilbereiche (8)aufgeteilt wird; (b) die Eignung jedes Teilbereichs (8)zum Positionieren der Komponente (7) anhand des Modellsbewertet wird; (c) Teilbereiche (8) mit der bestenEignung ausgewähltwerden; (d) die ausgewähltenTeilbereiche (8) als optimaler Positionierbereich (25)der Komponente (7) identifiziert werden; (e) die Komponente(7) in dem optimalen Positionierbereich (25) positioniertwird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass im Schritt (b) bei der Bewertung die geometrische Sichtbarkeitwenigstens eines Merkmals (3; 4; 5) desObjekts (2) im jeweiligen Teilbereich (8) berücksichtigtwird.
    [3] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass im Schritt (b) bei der Bewertung der Abstanddes jeweiligen Teilbereichs (8) vom Objekt (2)berücksichtigtwird.
    [4] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass im Schritt (b) bei der Bewertung die im jeweiligenTeilbereich (8) vorherrschende Temperatur berücksichtigtwird.
    [5] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass ein Bildsensor (7) als Komponente(7) im optimalen Positionierbereich (25) positioniertwird.
    [6] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass ein Beleuchtungselement, insbesondere eineLampe oder ein Reflektor, als Komponente (7) im optimalenPositionierbereich (25) positioniert wird.
    [7] Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass im Schritt (b) bei der Bewertung die Helligkeit wenigstenseines Merkmals (3; 4; 5) des Objekts(2) berücksichtigtwird.
    [8] Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 7, dadurch gekennzeichnetdass als Merkmal (3; 4; 5) eine Kante(3) oder eine Textur oder eine Oberfläche des Objekts (2)verwendet wird.
    [9] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass im Schritt (b) anhand des Modells für jedenTeilbereich (8) Werte von die Eignung beeinflussenden Parameternberechnet werden.
    [10] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass im Schritt (a) die Umgebung (1) injeweils gleich großeTeilbereiche (8) gerastert wird.
    [11] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass zwischen den Schritten (c) und (d) wenigstenseinmal die im Schritt (c) ausgewähltenTeilbereiche (8) im Schritt (a) abermals in Teilbereicheaufgeteilt werden und die Schritte (b) bis (e) mit den so erhaltenenTeilbereichen wiederholt werden.
    [12] Optisches System zur Ausführung eines Verfahrens nacheinem der vorhergehenden Ansprüche, mitwenigstens einer auf verschiedenen Positionen positionierbaren Komponente(7), dadurch gekennzeichnet, dass das System eine das VerfahrenausführendeSteuereinheit umfasst.
    [13] System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Komponente (7) ein Beleuchtungselement oder einBildsensor (7) ist.
    [14] System nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,dass das System ortsfest ist.
    [15] System nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,dass das System mobil ist.
    [16] System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass die Steuereinheit eine Bewegung des Systems steuert.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004016077B4|2008-05-08|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-10-27| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-05-03| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
    2008-01-17| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
    2008-11-06| 8364| No opposition during term of opposition|
    2016-10-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410016077|DE102004016077B4|2004-03-30|2004-03-30|Positionieren einer Komponente eines optischen Systems|DE200410016077| DE102004016077B4|2004-03-30|2004-03-30|Positionieren einer Komponente eines optischen Systems|
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