DE3408100A1 - Verfahren und vorrichtung zum erkennen und positionieren eines flachen gegenstands, insbesondere bei der herstellung von bekleidungsstuecken - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erkennen und positionieren eines flachen gegenstands, insbesondere bei der herstellung von bekleidungsstuecken

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DE3408100A1 DE19843408100 DE3408100A DE3408100A1 DE 3408100 A1 DE3408100 A1 DE 3408100A1 DE 19843408100 DE19843408100 DE 19843408100 DE 3408100 A DE3408100 A DE 3408100A DE 3408100 A1 DE3408100 A1 DE 3408100A1
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Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig Patentanwälte
European Pate··1. An; r-v-.-i eifL-le: ..: α-
Di D^i. G herxe Mvr-;'!·.■-·:
H Uö I UU Dr re- r,a: L Fee.M..·..1 · ■
Dip:-i^g W Ha-ct- f«'./ .':■ ι Dipi -Fnys K h Mf'ig [-€■-.· Dr Ing A Bute':&cnon B-f.-1-
Mohlstiaße 37
D80ööMunc(.c-:80
Te! O 8ä 98 20 85 87 Telex 05298C2nnkla Telegramme eiipsod
240,878
6. März 1984 Hz/wa/gs
PRESIDENT AND FELLOWS OF HARVARD COLLEGE
Cambridge, Mass., V.St.A.
Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen und
Positionieren eines flachen Gegenstands, insbesondere bei der Herstellung von Bekleidungsstücken
-JC-
Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen und Positionieren eines flachen Gegenstands, insbesondere bei der Herstellung von Bekleidungsstücken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen und Positionieren eines flachen Gegenstands, insbesondere bei der Herstellung von Bekleidungsstücken. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die automatische Ausrichtung oder Positionierung flacher Gegenstände, speziell von Gewebe-Zuschnitten für die Herstellung von Bekleidungsstücken oder von Papier-, Blech- oder Kunststoff-Zuschnitten für die anschließende Verwendung.
Bei der Herstellung von Bekleidung wird Gewebe (Stoff Λ oder Tuch) in mehreren Lagen übereinandergelegt, worauf einzelne Stücke oder Zuschnitte nach einem Muster zur gewünschten Form geschnitten werden. Die Zuschnitte mehrerer solcher Stapel werden sodann gegeneinander an·^ gesetzt und miteinander verbunden. Bei den bisherigen Verfahren dieser Art erfolgt der größte Teil der Positionierung durch Bedienungspersonen mittels visueller Ausrichtung. Bei bisherigen Versuchen zur automatischen Positionierung der Zuschnitte wurden entweder die Zuschnitte gegen einen mechanischen Anschlag zur Anlage gebracht (US-PS 3 544 098) oder die Lage einer Kante erfaßt bzw. festgestellt (US-PS 3 378 257).
-ζ- j
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum automatischen Erfassen oder Erkennen der Formen und der Orientierung von flachen Gegenständen zwecks anschließender Positionierung derselben.
Dabei sollen insbesondere Stoff- oder Tuch-Zuschnitte ohne Verformung derselben positionierbar sein.
Die genannte Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale und Maßnahmen gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Vorrichtung zur automatischen Abtastung der Form eines in einem Sichtfeld befindlichen flachen Gegenstands, Erkennung der Form durch Identifizierung mindestens eines Moments bzw. Merkmals (z.B. erstes Moment: Oberfläche; zweites Moment: Trägheitsprodukte; oder ein höheres Moment), Berechnung des Flächenschwerpunkts (centroid) und des Neigungswinkels einer Hauptachse sowie zur anschließenden Bewegung des Gegenstands zu einer gewünschten Stelle mit gewünschter Orientierung. In bevorzugter Ausgestaltung wird der Gegenstand durch eine Positioniervorrichtung bewegt oder überführt, welche den Gegenstand abnimmt und längs zweier Achsen in waagerechter Richtung läuft, den Gegenstand um seinen Flächenschwerpunkt herum dreht und dann den Gegenstand in gewünschter Lage und mit gewünschter Orientierung ablegt. Zur Erfassung der Form des Gegenstands wird eine photoelektrische Abtasteinheit benutzt, während eine Unterdruck-Saugeinheit zum Ergreifen des Gegenstands dient.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematisehe perspektivische Darstellung
einer Formerkennungs- und Gegenstand-Positioniervorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine graphische Darstellung einer für die Er-. kennung des Gegenstands benutzten Abtastmatrix und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines erfin- IQ dungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen der Form
eines flachen Gegenstands und zu seiner Positionierung.
Fig. 1 veranschaulicht eine Formerkennungs- und Positionier-Vorrichtung 10 mit einem Leuchttisch 12, einem photoelektrischen Betrachter 14, einer Steuereinheit 16, einer Positioniereinheit 18 und einer Arbeitsstation Der eine X- und eine Y-Achse besitzende Leuchttisch 12 weist eine flache, durchsichtige Oberseite 22 und eine darunter angeordnete Lichtquelle (nicht dargestellt) auf. Auf der Oberseite 22 befindet sich ein Bekleidungs-Zuschnitt 24 mit Flächenschwerpunkts-Achsen X , Y und einer Hauptachse 26. Ein gleicher Zuschnitt 24* befindet sich in der Arbeitsstation 2O, derart, daß sein Flächenschwerpunkt auf die Koordinaten X-,, Y, ausgerichtet ist und seine Hauptachse 26' die gewünschte Orientierung besitzt. Die Positioniereinheit 18 umfaßt einen Unterdruck-Kasten 30, der in seiner flachen Unterseite eine Vielzahl kleiner Bohrungen aufweist, die mit
eg einer nicht dargestellten, durch die Steuereinheit 16 gesteuerten Unterdruckquelle kommunizieren. Der Kasten 30 ist durch eine Einrichtung 32 hochfahrbar und ablaßbar und durch eine Dreheinheit 36 um eine Welle 34
mit einer Achse mit Koordinaten X , Y drehbar. Der Kasten 30 ist mittels Rollen 37, 39 längs I-Trägern 38
bzw. 40 in X- und Y-Richtung verfahrbar. Die Bewegung des Kastens in allen drei Richtungen und seine Drehung werden durch die Steuereinheit 16 gesteuert.
Fig. 2 veranschaulicht eine XY-Matrix (m = 1000, η = 1000) entsprechend beiden diskreten Flächen oder Bereichen (/^X:^Y) auf der Oberseite 22 und einer Anordnung von optischen Zellen im Betrachter 14.
Jede Zelle oder diskrete Fläche c.. kann durch zwei Indizes i und j identifiziert werden, welche die Zeile bzw. die Spalte angeben. Der Betrachter (Abtaster) ist so ausgebildet, daß beim Vorliegen einer dunklen Zelle ein Digitalsignal erzeugt wird, welches das Vorhandensein eines Teils des Zuschnitts (Gegenstands) in einem diskreten Bereich des Sichtfelds angibt. Anhand dieser Signale werden die Fläche (A), die Flächenschwerpunkts-Koordinaten (X , Y), die zweiten Trägheits-
momente (I ,1 ), das Trägheitskreuzungs-Vektorproxx yy
dukt (I ) und der Neigungswinkel (Θ) der X- oder Y-Achse zur Hauptachse durch den Flächenschwerpunkt des Gegenstands durch die Steuereinheit 16 (z.B. einen Mikroprozessor) nach an sich bekannten Techniken unter Heranziehung der folgenden Definitionen bestimmt:
ir.
A = Σ
c . AxAy; Λ:-: Ay ■- dA
in
T. C . .dA
LLy Z C.,d,
rn
yy
- y,
σ: c. .d 1J
I = E xy 4·.
L IiAy - y ) j j Δχ - χ ) C, dA
-21
θ = 1/2 arc tan
xv
yy
■#6-
Im folgenden ist anhand von Fig. 3 die Arbeitsweise der Vorrichtung 10 beschrieben. Im Betrieb wird der Gegenstand oder Zuschnitt 24 so, daß seine Hauptachse innerhalb von 45 zur gewünschten Orientierung 26' liegt, aufgelegt und durch den Betrachter 14 abgetastet. Die Steuereinheit 16 bestimmt dann die Fläche des Gegenstands 24 und vergleicht sie mit der Fläche des gewünschten oder Soll-Zuschnitts. Wenn keine Flächenübereinstimmung vorliegt, erzeugt die Steuereinheit ein Abweichungs- oder Fehlersignal (default signal) zur Anzeige dieses Zustands. Es ist zu beachten, daß beim Flächenvergleichsvorgang auch dann ein Fehlersignal erzeugt werden kann, wenn ein vorgesehener Gegenstand bei der Betrachtung versehentlich gefaltet oder umgeschlagen ist, so daß seine scheinbare Fläche, vom Betrachter gesehen, von der des Soll-Zuschnitts verschieden ist; dies ist ebenfalls dann der Fall, wenn die tatsächliche oder Ist-Fläche von der Soll-Fläche verschieden ist. Dies stellt ein vorteilhaftes Merkmal insofern dar, als hierdurch sichergestellt wird, daß der Gegenstand bei seiner Positionierung flach und ungefaltet ist. Wenn die Ist-Fläche mit der Soll-Fläche übereinstimmt, werden die Flächenschwerpunkts-Koordinaten X , Y sowie die Momente und Produkte der Trägheit I , I und I bestimmt,
xx yy xy
und das Produkt (total) aus I + I wird mit der Summe der Trägheitsprodukte des vorgesehenen oder Soll-Zuschnitts verglichen. Wenn diese Summen nicht innerhalb bestimmter Grenzen (Toleranzen) übereinstimmen, liefert die Steuereinheit 16 ein entsprechendes Fehlersignal. Anderenfalls wird der Neigungswinkel der Hauptachse zusammen mit den Differenzen X, - X , Yd - Y , Y- Xr und Yc - Yr bestimmt. Die Steuereinheit 16 bewirkt dann durch Bewegung des Kastens
längs Xc - Xr und längs Yc - Yr längs der Träger 38,
-Τ ι die Ausrichtung der Achse X , Y der Welle 34 auf X , Y , worauf der Kasten 30 abgelassen und die Unterdruckquelle betätigt werden. Wenn der Kasten 30 mit dem Zuschnitt 24 in Berührung gelangt, wird letzterer an den Kasten 30 angesaugt; anschließend wird der Kasten durch die Einrichtung 32 hochgefahren und längs der Träger 38, 40 über Strecken X-, - X bzw. Y, - Y ver-
d c d c
fahren. Hierbei gelangt der Flächenschwerpunkt des Gegenstands oder Zuschnitts 24 über die Koordinaten X·,, Y , worauf die Dreheinheit 36 den Kasten 30 über
d
den Winkel θ zuzüglich des Winkels zwischen X- oder Y-Achse und Achse 26' dreht, so daß die Hauptachse in eine vorgesehene Orientierung, d.h. Lage, gelangt (nämlich in die Lage 26'). Die Einrichtung 32 senkt danach den Kasten 30 auf die Arbeitsstation 20 ab, und die Unterdruckquelle wird deaktiviert, so daß der Zuschnitt 24 (24* in Fig. 1) freigegeben wird.
Abwandlungen des beschriebenen Ausführungsbeispiels dürften für den Fachmann offensichtlich sein. Beispielsweise können andere Betrachter (Abtasteinheiten) , etwa eine Matrix aus Luftschaltern oder Kontaktschaltern am Leuchttisch 12, zur Bestimmung des Vorhandenseins des Zuschnitts 24 über diskreten Bereichen des Leuchttisches verwendet werden. Weiterhin ist die Erfindung neben Stoff- oder Tuch-Zuschnitten auch auf andere flache Gegenstände anwendbar; es können nur die Fläche oder höhere (d.h. 3., 4. usw.) Trägheitsmomente für die Erkennung der Formen
gO benutzt werden; mehrere derartige Vorrichtungen können in Verbindung miteinander zum Ausrichten einer Anzahl verschiedener Zuschnitte an einer gemeinsamen Arbeitsstation verwendet werden; eine einzige Vorrichtung kann zur Beschickung mehrerer Arbeitsstationen eingesetzt werden; oder die Positionierung kann mittels
—Sf—
einer andersartigen Vorrichtung erfolgen.
Bei der beschriebenen Vorrichtung ist es zudem erforderlich, daß der Gegenstand oder Zuschnitt 24 innerhalb von 45° der gewünschten oder Soll-Orientierung abgelegt wird. Dies ist deshalb der Fall, weil bei einer 90 Drehung des Gegenstands 24 keine Änderung im Vektorprodukt (cross-product) der Trägheit I vorliegt. Diese Einschränkung bezüglich des Ablegens kann durch Anwendung anderer Hauptachsen-Identifizierungsverfahren vermieden werden. Beispielsweise kann die Form in Quadranten unterteilt werden, dividiert durch die Hauptachse und eine zu dieser senkrechte, durch den Flächenschwerpunkt verlaufende Achse; die innerhalb jedes Quadranten liegenden Flächen können dann berechnet und mit bekannten Größen verglichen werden, um die zugehörige Achse θ zu bestimmen. Wahlweise können die auf den Flächenschwerpunkt bezogenen Schnittpunkte der Hauptachse mit dem Perimeter des Bilds mit denen der Soll-Orientierung werden.

Claims (12)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Vorrichtung zum Erkennen und Positionieren eines flachen Gegenstands, insbesondere eines flachen Stoffoder Tuch-Zuschnitts, der in einem interessierenden Feld mit senkrechten Koordinatenachsen abgelegt ist, speziell bei der Herstellung von Bekleidungsstücken, gekennzeichnet durch ein Element (12) mit einer flachen Betrachtungs- oder Sichtfläche (22) zur Aufnahme des Gegenstands (24), einen Betrachter (14) zur Erzeugung von Bildsignalen entsprechend dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Gegenstands (24) in diskreten Flächen oder Bereichen des genannten Felds, wobei die diskreten Flächen oder Bereiche längs der Achsen in Zeilen und Spalten unterteilt sind,
    eine Einrichtung (16) zur Verarbeitung der Bildsignale zwecks Lieferung von Momentsignalen, die für mindestens ein Moment des Gegenstands repräsentativ sind,
    eine erste Einrichtung zum Identifizieren des Gegenstands (24) durch Vergleichen der Momentsignale mit Signalen für ein entsprechendes Moment einer endliehen Zahl bekannter Gegenstandsformen mit unterschiedlichen Momenten,
    eine Einrichtung · zum Verarbeiten der Bildsignale zwecks Lieferung von Signalen, die für den Flächenschwerpunkt (centroid) des Gegenstands (24) und den Winkel zwischen seiner Hauptachse und einer
    — ο _
    der Feldachsen repräsentativ sind, und eine auf die Flächenschwerpunkts- und Winkelsignale ansprechende Positioniereinrichtung (18) zur Bewegung des Gegenstands (24) in eine gewünschte Lage und Orientierung durch Ausrichtung des Flächenschwerpunkts auf einen gewünschten oder Soll-Punkt und Drehen des Gegenstands um den Flächenschwerpunkt über den genannten Winkel zuzüglich des Winkels zwischen der einen Feldachse und der Hauptachse des Gegenstands in seine gewünschte oder Soll-Orientierung.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß das genannte Moment das erste Moment (Fläche) ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zweite Einrichtung zum Identifizieren des Gegenstands durch Erzeugung von Signalen, die für die Summe aus den Trägheitsprodukten (I ,1 ) des Gegenstands repräsentativ sind, und zum Vergleichen der Summierung mit einer Summierung entsprechender Signale für eine endliche Zahl bekannter Gegenstandsformen mit unterschiedlichen Summierungen der Trägheit sproduk te .
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine weitere Verarbeitungseinrichtung, die bei Nichterzeugung eines Fehlersignals (default signal) Signale ableitet, welche den Winkel zwischen der Hauptachse des Gegenstands und einer der Feldachsen angeben, und durch eine auf die Jetztgenannten Signale ansprechende Einrichtung zur Verbringung des Gegenstands in eine gewünschte oder Soll-Lage.
  5. 5. Vorrichtung zum Erkennen eines flachen Gegenstands,
    insbesondere eines flachen Stoff- oder Tuch-Zuschnitts, der in einem interessierenden Feld mit senkrechten Koordinatenachsen abgelegt ist, speziell bei der Herstellung von Bekleidungsstücken, gekennzeichnet durch
    ein Element (12) mit einer flachen Betrachtungsoder Sichtfläche (22) zur Aufnahme des Gegenstands (24) ,
    einen Betrachter (14) zur Erzeugung von Bildsignalen entsprechend dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Gegenstands (24) in diskreten Flächen oder Bereichen des genannten Felds, wobei die diskreten Flächen oder Bereiche längs der Achsen in Zeilen und Spalten unterteilt sind, eine Einrichtung zur Verarbeitung der Bildsignale zwecks Lieferung von abgelesenen (observed) Signalen, die für das erste Moment (Fläche) und das zweite Moment (Summe der Trägheitsprodukte I , I ) des
    ^C Λ. γ y
    Gegenstands repräsentativ sind, eine Einrichtung zur Erzeugung von gewünschten bzw. Soll-Signalen für die entsprechenden ersten und zweiten Momente eines gewünschten oder Soll-Gegenstands und
    eine Einrichtung zur Erzeugung eines Fehlersignals, wenn eine Differenz zwischen den abgelesenen Signalen und den Soll-Signalen eine bestimmte Grenze überschreitet.
  6. 6. Verfahren zum Erkennen und Positionieren eines flachen Gegenstands, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand auf einer Sichtfläche innerhalb eines interessierenden Felds mit senkrechten Koordinatenachsen abgelegt wird,
    Bildsignale entsprechend dem Vorhandensein oder NichtVorhandensein des Gegenstands in diskreten; längs
    der Achsen in Zeilen und Spalten angeordneten Flächen oder Bereichen des Felds erzeugt werden, die Bildsignale zur Ableitung von für mindestens ein Moment des Gegenstands repräsentativen Moment-Signalen verarbeitet werden,
    der.Gegenstand durch Vergleich der Momentsignale mit Signalen für ein entsprechendes Moment einer endlichen Zahl bekannter Gegenstandsformen unterschiedlicher Momente identifiziert wird, die Bildsignale zur Lieferung von Signalen verarbeitet werden, welche für den Flächenschwerpunkt des Gegenstands und die Winkel zwischen seiner Hauptachse und einer der Feldachsen repräsentativ sind, und
    der Gegenstand in einer gewünschten Lage und Orientierung positioniert wird, indem der Flächenschwerpunkt auf einen gewünschten oder Soll-Punkt ausgerichtet und der Gegenstand um den Flächenschwerpunkt über den genannten Winkel zuzüglich des Winkels zwischen der einen Feldachse und der Hauptachse des Gegenstands in seiner gewünschten oder Soll-Orientierung gedreht wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Positioniervorgang der Gegenstand erfaßt, in lotrechter Richtung angehoben, in zwei waagerechten Richtungen verlagert, abgesenkt und freigegeben wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildsignalerzeugung mittels eines photoelektrischen Betrachters durchgeführt wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, gg daß das genannte Moment das erste Moment (Fläche) ist.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die für erstes und zweites Moment repräsentativen Signale im Verarbeitungsschritt gewonnen und im Identifizierungsschritt verglichen werden.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall, daß kein Fehlersignal erzeugt wird, zusätzlich die Bildsignale zur Lieferung von Signalen verarbeitet werden, die für den Winkel zwischen der Hauptachse des Gegenstands und einer der Feldachsen repräsentativ sind, und der Gegenstand nach Maßgabe dieser letztgenannten . Signale in eine gewünschte oder Soll-Lage verbracht wird.
  12. 12. Verfahren zum Erkennen eines flachen Stoff- oder Tuch-Zuschnitts, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschnitt auf einer Sichtfläche innerhalb eines interessierenden Felds mit senkrechten Koordinatenachsen abgelegt wird,
    Bildsignale entsprechend dem Vorhandensein oder NichtVorhandensein des Zuschnitts in diskreten, längs der Achsen in Zeilen und Spalten angeordneten Flächen oder Bereichen des Felds erzeugt werden, die Bildsignale zur Lieferung von abgelesenen (observed) Signalen verarbeitet werden, die für das erste Moment (Fläche) und das zweite Moment (Summe der Trägheitsprodukte 1,1) des Zuschnitts repräsentativ sind,
    gewünschte oder Soll-Signale für die betreffenden ersten und zweiten Momente eines gewünschten oder Soll-Zuschnitts erzeugt werden, der Zuschnitt durch Vergleichen der abgelesenen Momentsignale mit den Soll-Momentsignalen identifiziert wird und
    ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn eine Differenz zwischen den abgelesenen Signalen und den Soll-Signalen eine bestimmte Grenze übersteigt.
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