CH630189A5

CH630189A5 - Verfahren und einrichtung zur identifizierung von gegenstaenden.

Info

Publication number: CH630189A5
Application number: CH1213877A
Authority: CH
Inventors: Rolf Dr Karg; Otto Dipl Ing Lanz
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1977-10-04
Filing date: 1977-10-04
Publication date: 1982-05-28
Also published as: SE444238B; DE2749682C2; SE7810318L; FR2405517A1; IT7828381A0; NL7809855A; GB2005408A; GB2005408B; FR2405517B1; IT1100831B; DE2749682A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung von Gegenständen, bei dem durch Abtasten eines Gegenstandsbildes und Vergleich der so gewonnenen Gegenstands-Abtastdaten mit Bezugsdaten eine Zuordnung zu einem Bezugsgegenstand vorgenommen wird. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Die automatische Identifizierung von Gegenständen, d. h. die Zuordnung zu einem bestimmten Referenzgegenstand oder Referenzmuster ist ein wesentliches Problem in zahlreichen Gebieten der Technik u. a. beim Sortieren von ungeordnet anfallenden Werkstücken zwecks selektiver Zuführung zu Arbeitsmaschinen sowie insbesondere als Eingangsstufe von Systemen zur automatischen Werkstückhandhabung (Handhabungs-Roboter, Manipulatoren und dergleichen). Dabei handelt es sich oft um eine Mehrzahl von Bezugsgegenständen, denen die zu identifizierenden Gegenstände selektiv zuzuordnen sind. Weiterhin ist die Identifizierung Voraussetzung für automatische Messvorgänge, insbesondere dimensioneile Messvorgänge wie Drehlagebestimmung u. ä., wie sie z. B. Gegenstand der deutschen Offenlegungsschrift P 27 49 682.8 ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Identifizierung von Gegenständen und einer entsprechenden Einrichtung, die sich durch vergleichsweise einfachen Ablauf bzw. Aufbau bei grosser Unterscheidungssicherheit auch im Hinblick auf eine grössere Anzahl von Gegenstandsmustern auszeichnet. Die erfindungsgemässe Lösung dieser

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Aufgabe kennzeichnet sich hinsichtlich des Verfahrens durch zugeordneten Eingang eines Komparators Ci, während die die im Patentanspruch 1 und hinsichtlich der Einrichtung durch Referenz-Kenngrösse Y zu einer entsprechenden Mehrzahl die im Patentanspruch 5 angegebenen Merkmale. von Referenzdatenspeichern RSpi... RSPn gelangen, und zwar

Das erfindungsgemässe Verfahren beruht demnach auf der über einen Referenzumschalter SR, der beim Einspeichern der Anwendung von vier unterschiedlichen Identifizierungskrite- s Kenngrössen in Übereinstimmung mit der Vorlage und Abtarien in - je nach Anwendungsfall - wählbarer Kombination stung der verschiedenen Referenzgegenstände Ri bis Rn durch oder Aufeinanderfolge. Die Übereinstimmung des durch Inte- eine Handsteuerung H und beim noch zu besprechenden Ausle-gration oder Summierung der Abtastdaten erhaltenen Flächen- sen der Referenz-Kenngrössen von der Programmsteuerung inhaltes als erste Gegenstands-Kenngrösse mit einer entspre- PSt über einen Steuereingang sr zyklisch über alle Speicheranchenden Referenz-Kenngrösse stellt dabei ein vergleichsweise io Schlüsse durchgeschaltet wird. Jedem speicherseitigen unempfindliches Kriterium dar, das zwar eine rasche Vorsortie- Anschluss des Referenzgegenstandsumschalters SR ist ausser-rung ermöglicht, wie sie für manche Zwecke ausreichend ist, dem einer der je einem Referenzgegenstand zugeordneten jedoch Gegenstände mit wenig verschiedenem Bildflächenin- Ausgänge Ai bis An sowie einer der ebenfalls je einem Refe-halt, die stark unterschiedliche Konturformen aufweisen, nicht renzgegenstand zugeordneten Kenngrössenumschalter SKi oder nur unsicher zu unterscheiden vermag. Die Kombination is bis SKn nachgeschaltet, so dass aufeinanderfolgend jede Kenn-mit einer zweiten Kenngrösse, z. B. dem Radius des kleinsten grössenart für alle Referenzgegenstände zyklisch abgerufen umschreibenden Abtastkreises bezüglich des Bildschwerpunk- werden kann.

tes, bringt dann eine wesentliche Verbesserung der Selektivität In derj enigen Stellung des Gegenstands-Referenzumschal-hinsichtlich der Konturform. Dieses zweite Kriterium zeichnet ters SGR, bei welcher der Kenngrössenumschalter SKk mit sich durch rasche und einfache Gewinnung aus. Für anspruchs- 20 dem Komparator Ci verbunden ist, liegt der umzuschaltende vollere Selektionsaufgaben kommt dann - in Kombination mit Anschluss des Referenzumschalters SR an einem zweiten Emden vorgenannten Kenngrössen oder auch für sich - eine gang des Komparators Ci und führt diesem die zyklisch aufein-Anwendung der beiden letzten Kenngrössen mit Zählung der anderfolgenden Kenngrössen der Referenzgegenstände zu. Abtastwechsel bzw. Verhältnisbildung zwischen dem Integral Der Ausgang dieses Komparators führt über eine noch zu über die Abtastdaten und der Gesamtabtastweglänge in 25 besprechende Toleranzsteuerschaltung TSt zu einer Zuord-Betracht. nungslogik ZL, die eingangsseitig ausserdem an die Ausgänge Die Erfindung wird weiter anhand des in den Zeichnungen Ai bis An angeschlossen ist und deren Ausgänge somit jeweils veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierin zeigt: beim Auftreten eines Übereinstimmungssignals zwischen einer Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Einrichtung zur Gegen- Gegenstandskenngrösse X und der entsprechenden Referenzstandserkennung und 30 kenngrösse Y den entsprechenden Referenzgegenstand als mit

Fig. 2 ein zweidimensionales Abtastschema zur Erläuterung dem vorliegenden Gegenstand kongruent kennzeichnen, der Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 1. Zwecks Erzeugung eines geeigneten Übereinstimmungssignals

Die in Fig. 1 wiedergegebene Schaltung umfasst einen opto- hat die Toleranzsteuerschaltung TSt das in der Blockdarstel-elektronischen Bildwandler V, der einen vorgelegten Gegen- lung in Fig. 1 schematisch angedeutete Eingangs-Ausgangsdia-stand G oder einen Referenzgegenstand R in ein elektrostati- 35 gramm. Innerhalb eines über Eingänge tst steuerbaren Tole-sches Bild B für eine Elektronenstrahlabtastung mittels der ranzbereiches für das vom Komparator Ci kommende Diffe-Abtastvorrichtung AV umsetzt. An den Signalausgang des Bild- renzsignal X-Y führt der Ausgang von TSt ein binäres wandlers V ist ein Trigger TR zur Umsetzung der amplituden- «1 »-Signal, sonst ein «0»-Signal. Bei einer Abweichung von X verschiedenen Abtastsignale in binäre Abtastdaten sG bzw. sR gegenüber Y, die innerhalb des Toleranzbereiches liegt, wird angeschlossen. Vom Gegenstandsbild abgetastete Daten wer- 40 also Übereinstimmung zwischen Gegenstand und Referenzge-den im folgenden als Gegenstandssignale und abgetastete genstand angezeigt, ansonsten Nichtübereinstimmung.

Daten, die nicht vom Gegenstandsbild stammen, als Nicht- Ein der Zuordnungslogik ZL nachgeordneter Auswerte-

Gegenstandssignale bezeichnet. Der Übergang zwischen Speicher ASp hält auftretende Übereinstimmungssignale fest,

Gegenstands- und Nicht-Gegenstandssignalen im Verlauf eines bis jeweils ein Vergleichszyklus über die Referenzgegenstände die Bildkontur schneidenden Abtastweges wird als Abtast- 45 Ri bis Rn durchlaufen ist. Der beim Ende eines solchen Zyklus Wechsel w bezeichnet. vorhandene Speicherinhalt, d. h. ein an einem Eingang anste-

Die Abtastdaten sG, sR gelangen zu einem Bilddatenspei- hendes Übereinstimmungssignal, ist jeweils gültig. Um beim eher BSp und werden hier geordnet für einen wahlfreien Auftreten einer Mehrfachzuordnung, die eine fehlerhafte

Zugriff abgespeichert. Dieser Zugriff erfolgt unter der Wir- Mehrdeutigkeit der Identifizierung darstellt, eine gültige kung einer Datenabrufsteuerung DSt jeweils in einer solchen 50 Anzeige auszuschliessen, ist ein vorrangiger Löscheingang asp Reihenfolge, dass am Ausgang des Speichers seriell Abtastda- des Auswertespeichers an den Ausgang eines zweiten Kompa-ten entsprechend vorgegebenen Abtastkurven erscheinen, vor- rators Cz angeschlossen, der bei Auftreten einer vorgebbaren zugsweise entsprechend Abtastkreisen mit unterschiedlich vor- Anzahl von Übereinstimmungen z > 1 ein binäres «1 »-Aus-gegebenen Radien. Entsprechend werden von DSt Abrufsteu- gangssignal für die Anzeigelöschung liefert. Die Anzahl der ersignale entsprechend dem Abtastradius r und dem Abtast- 55 Übereinstimmungen wird in Form eines Zählsignals z vom Auswinkel cp (Polarkoordinaten) an den Bilddatenspeicher gege- gang des Komparators Ci bzw. der Toleranzsteuerschaltung ben. TSt über einen Zähler Z gewonnen.

Es folgt ein Kenngrössenbildner K, der an einem Ausgangs- Das die Mehrdeutigkeit anzeigende Löschsignal von C2 vielfach die eingangs erwähnten Gegenstands-Kenngrössen gibt weiterhin über die UN D-Logik U das von der Programm-X1 bis X4 für einen Gegenstand G sowie Referenz-Kenngrös- 60 steuerschaltung PSt kommende Fortschaltsignal für die Kenn-sen Yl 1„ bis Y4i... „ gemäss den vier vorerwähnten Kenngrös- grössenumschalter SKi bis SKn der Referenzdatenspeicher senarten und jeweils für einen von n Referenzgegenständen Ri sowie SKk des des Kenngrössenbildners K frei, wodurch ein bis Rn bildet. Das Ausgangsvielfach von K ist an einen Kenn- Vergleichszyklus mit der nächsten Referenz-Kenngrösse, vor-grössenumschalter SKk angeschlossen, der über eine UND- zugsweise mit einer solchen von stärkerer Selektivität, ausge-Logik U von einer Programmsteuerschaltung PSt geschaltet 65 löst wird. Gegebenenfalls zusätzlich oder auch nach Durchlau-wird. Über einen Gegenstands-Referenzumschalter SGR, der fen mehrerer Vergleichzyklen mit verschiedenen Referenz-von einer Lernsteuerung L, gegebenenfalls auch von Hand Kenngrössen wird im Fall bestehender Mehrdeutigkeit der betätigt wird, gelangen die Gegenstandskenngrössen X zum Zuordnung von Komparator C2 über die Steuereingänge tst

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eine Verstellung der Toleranzsteuerschaltung TSt im Sinne eines engeren Toleranzbereiches ausgelöst. Auch hierdurch ergibt sich die Möglichkeit einer schärferen Selektion mit eindeutiger Identifizierung auch in kritischen Anwendungsfällen.

In Fig. 2 ist symbolisch der Inhalt des Bilddatenspeichers BSp mit einem beispielsweise dreieckförmigen Gegenstandsbild B angedeutet. Es erfolgt beispielsweise eine kreisförmige Abtastung um den Bildschwerpunkt S mit um die Differenz Ar abnehmenden Abtastradius ro, n ..wobei die Abtastung mit n unter Berücksichtigung einer Ansprechschwelle ao für die geringste, noch detektierbare Abtastlinienlänge mit einem noch auftretenden Gegenstandssignal als umschreibender

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Abtastradius eine entsprechende Kenngrösse liefert. Weiterhin können die Abtastweglängen a innerhalb der aufeinanderfolgenden Abtastkreise summiert und durch Verhältnisbildung mit der Gesamt-Abtastweglänge zu einer Kenngrösse verarbei-

5 tet werden. Beim Übergang der Abtastung an der Bildkontur ergeben sich jeweils Wechsel zwischen Gegenstandssignalen und Nicht-Gegenstandssignalen, die in Fig. 2 mit w bezeichnet sind. Die Gesamtzahl dieser Abtastwechsel für eine vorgegebene Anzahl von Abtastkreisen bzw. eine Gesamt-Abtastweg-

10 länge ergibt wiederum eine auswertbare Kenngrösse für die Identizierung.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

630 189 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Identifizierung von Gegenständen, bei dem durch Abtasten eines Gegenstandsbildes und Vergleich der so gewonnenen Gegenstands-Abtastdaten mit Bezugsdaten eine Zuordnung zu einem Bezugsgegenstand vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstands-Abtastdaten (sG) gespeichert werden und dass wenigstens ein Teil dieser gespeicherten Daten mindestens einem der folgenden Verarbeitungsschritte unterzogen wird:

a) durch Integration der Gegenstands-Abtastdaten (sG)

über eine das Gegenstandsbild (B) umfassende Integrationsfläche wird der Flächeninhalt des Gegenstandsbildes als Kenn-grösse (XI), im folgenden erste Kenngrösse (XI) genannt, ermittelt;

b) durch aufeinanderfolgendes Abrufen von gespeicherten Gegenstands-Abtastdaten (sG), die, beginnend mit einer das Gegenstandsbild (B) umfassenden Abtastkurve, jeweils aufeinanderfolgenden Abtastkurven mit inkremental abnehmendem Abtastradius (r) oder einer Abtastkurve mit kontinuierlich abnehmenden Abtastabstand bezüglich des Bildschwerpunktes (S) entsprechen, wird der dem zuerst auftretenden Gegenstandssignal zugeordnete Abtastradius (ro) als Kenngrösse (X2), im folgenden zweite Kenngrösse (X2) genannt, ermittelt;

c) durch nach einanderfolgendes Abrufen von gespeicherten Gegenstands-Abtastdaten (sG), die, beginnend mit einer das Gegenstandsbild (B) umfassenden Abtastkurve, jeweils Abtastkurven mit inkremental abnehmendem Abtastradius (r) oder einer Abtastkurve mit kontinuierlich abnehmendem Abtastabstand entsprechen und Zählen der Abtastwechsel zwischen Gegenstandssignalen und Nicht-Gegenstandssignalen in Bezug auf die zugehörige, vom ersten Abtastwechsel aus gemessene Abtastweglänge (a) wird eine spezifische Abtastwechselzahl als Kenngrösse (X3), im folgenden dritte Kenngrösse (X3) genannt, ermittelt;

d) durch aufeinanderfolgendes Abrufen von gespeicherten Gegenstands-Abtastdaten (sG), die, beginnend mit einer das Gegenstandsbild (B) umfassenden Abtastkurve, jeweils Abtastkurven mit inkremental abnehmendem Abtastradius oder einer Abtastkurve mit kontinuierlich abnehmendem Abtastabstand entsprechen, und Integration der Gegenstandssignale über die Abtastweglänge in Bezug auf die Gesamtabtastweglänge wird eine spezifische Abtastschnittlänge als Kenngrösse (X4), im folgenden vierte Kenngrösse (X4) genannt, bestimmt;

weiter dadurch gekennzeichnet, dass jede der so gebildeten Gegenstands-Kenngrössen (XI... X4) mit einer in entsprechender Weise gewonnenen Kenngrösse (Y1... Y4) mindestens eines Bezugsgegenstandes (Ri... Rn) verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kenngrösse (XI) eines zu identifizierenden Gegenstandes nacheinanderfolgend mit einer entsprechenden Kenngrösse (Y 1 ) einer Mehrzahl von Referenzgegenständen (Ri... Rn) verglichen wird und dass bei Auftreten einer Übereinstimmung der ersten Gegenstands-Kenngrösse (XI) mit der entsprechenden Kenngrösse mehr als eines Referenzgegenstandes (Ri... Rn) eine zweite Gegenstands-Kenngrösse (X2) gebildet und mit einer entsprechenden Kenngrösse (Y2) der Referenzgegenstände verglichen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kenngrösse (XI) eines zu identifizierenden Gegenstandes nacheinanderfolgend mit einer entsprechenden Kenngrösse (Yl) einer Mehrzahl von Referenzgegenständen (Ri... R„) verglichen wird und dass bei Auftreten einer Übereinstimmung innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereichs der ersten Gegenstands-Kenngrösse (XI) mit der entsprechenden Kenngrösse mehr als eines Referenzgegenstandes ein weiterer Vergleich derselben Kenngrössen mit einem verminderten Toleranzbereich durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Referenz-Kenn-grösse (Y) durch Abtasten eines Referenzgegenstandsbildes und Speicherung sowie Verarbeitung der so erhaltenen Referenz-Abtastdaten erzeugt und anschliessend zum Wiederabrüf für den Kenngrössenvergleich gespeichert wird.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein optoelektronischer Bildwandler (V) zur Erzeugung eines Gegenstands- bzw. Referenzgegenstandsbildes (B) sowie eine Abtastvorrichtung (AV) und ein an den Bildwandler angeschlossener Trigger (TR) zu Erzeugung von binären Abtastdaten (sG, sR) und ein nachfolgender Bilddatenspeicher (BSp) mit einer Datenabrufsteuerung (DSt) und ein an dem Datenausgang des Bilddatenspeichers angeschlossener Kenngrössen-bildner (K) vorgesehen sind, dass ferner eine Mehrzahl von je einem Referenzgegenstand (Ri... Rn) zugeordneten Referenzdatenspeichern (RSpi... RSpn) mit einem entsprechenden Referenzgegenstandsumschalter (SR) vorgesehen ist und dass ein einerseits an den Kenngrössenbildner (K) und andererseits an den Referenzumschalter (SR) angeschlossener Komparator (Ci) zur Detektion einer Übereinstimmung zwischen Gegenstands-Kenngrössen (X) und Referenz-Kenngrössen (Y) vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Datenausgang des Kenngrössenbildners (K) ein Gegenstands-Referenzumschalter (SGR) mit zwei alternativ aktivierbaren Ausgängen angeschlossen ist, deren einer mit dem Gegenstands-Kenngrösseneingang des Komparators (Ci) und deren anderer über den Referenzumschalter (SR) mit den Referenzdatenspeichern (RSpi... RSpn) verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kenngrössenbildner (K) und jeder der Referenzdatenspeicher (RSpi... RSpn) eine Mehrzahl von je einer Kenngrössenart (XI... Xn; Yl... Yn) zugeordneten Datenausgängen bzw. Dateineingängen sowie je einen Mehrfach-Kenn-grössenumschalter (SKk; SKi... SK„) aufweist.