Die Erfindung betrifft einen Zentrierkörper, ein Verfahren zu dessen relativer

Ausrichtung, eine Anordnung mit einem Zentrierkörper, und einen Industrieroboter. Der Zentrierkörper, die Anordnung und das Verfahren sind insbesondere zur besonders schonenden Aufnahme von Bauteilen geeignet.

Aus dem Gebiet der Qualitätssicherung bei der Montage von Einzelteilen und

Baugruppen im Fahrzeugbau ist die sogenannte Referenz-Punkt-Systematik bekannt. Die Referenz-Punkt-Systematik ist ein Konzept mit festgelegten Regeln für einheitliche Gestaltung, Benennung und Darstellung von Bezugspunkten und

Bauteilbezugssystemen an Bauteilen im gesamten Entstehungsprozess eines Fahrzeuges. Die Referenz-Punkt-Systematik sowie die Form- und Lagetoleranzen bilden die methodischen Grundlagen für die geometrische Präzision im

Karosseriebau und der Fahrzeugmontage. Mithilfe der Referenz-Punkt-Systematik können Bauteile in eine definierte geometrische Lage gebracht werden.

Das Referenz-Punkt-System gewährleistet eine eindeutige und reproduzierbare Positionierung von Einzelteilen, Baugruppen oder Systemen im gesamten

Entstehungsprozess eines Fahrzeugs. Die Lagebeziehungen der montierten und noch zu montierenden Bauteile werden zueinander eindeutig definiert. Die

Referenzpunkte, beispielsweise RPS-Aufnahmelöcher, bilden die erforderlichen Bezüge für eine Form- und Lageorientierung. Somit können die Toleranzen der einzelnen Bauteile über den gesamten Fertigungs- und Prüfprozess genau beschrieben werden. Das Referenz-Punkt-System dient als Grundlage für die Toleranzkonzepte im Toleranzmanagement.

Eine Beschädigung von RPS-Aufnahmelöchern muss während des

Produktionsprozesses - insbesondere beim Einsatz von Industrierobotern wie zum Beispiel Montagerobotern - grundsätzlich vermieden werden. Ansonsten kommt es zu Qualitätseinbrüchen. Solche Beschädigungen sind allerdings nach dem Stand der Technik nicht auszuschließen. Die Aufnahmeposition, also die Relativlage, unter der ein Industrieroboter ein Bauteil ergreift, ist dem betreffenden Roboter fest

vorgegeben. Selbst bei einer Routine„Suche Bauteil“ erfolgt nur eine relativ ungenaue Lagebestimmung des aufzunehmenden Bauteils beispielsweise mittels 3D-Antastens unter Nutzung von Reflexlichtschranken oder dem optischen

Detektieren von Abmaßen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die Schäden an Referenzöffnungen von Bauteilen, insbesondere RPS- Aufnahmelöchern, reduzieren oder gar gänzlich vermeiden bzw. Vorschädigungen erkennen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen

Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Der Zentrierkörper dient zum Einstecken in eine Referenzöffnung, beispielsweise in ein RPS-Aufnahmeloch, eines Bauteils. Dabei wird der Zentrierkörper entlang einer Achse in die Referenzöffnung eingesteckt.

Erfindungsgemäß weist der Zentrierkörper eine Objektivlinse auf, deren optische Achse mit der Längsachse des Zentrierkörpers zusammenfällt.

Unter einem Zentrierkörper wird eine erhabene Struktur verstanden, die im

Zusammenwirken mit einer entsprechend gestalteten Gegenstruktur zur Ausrichtung von Zentrierkörper und Gegenstruktur dient. Insbesondere kann der Zentrierkörper stiftförmig, d.h. im Wesentlichen zylindrisch mit einer sich verjüngenden Spitze, ausgestaltet sein. Eine Gegenstruktur ist insbesondere eine Referenzöffnung, wobei diese lediglich zur Aufnahme von Abschnitten des Zentrierkörpers ausgebildet sein muss. Eine Referenzöffnung kann ein Loch, aber auch eine entsprechend gestaltete Vertiefung sein.

Kern der Erfindung ist es, den Zentrierkörper mit einer Objektivlinse sowie den zugehörigen lichtleitenden und optional strahlformenden optischen Elementen auszurüsten. Dabei befindet sich mindestens die Objektivlinse auf der Längsachse des Zentrierkörpers. Auf diese Weise sind vorteilhaft die optische Achse der

Objektivlinse und die Längsachse, entlang der die Bewegung des Zentrierkörpers erfolgt, auf einen gemeinsamen Punkt gerichtet.

Es ist vorteilhaft, wenn der Zentrierkörper einen rotationsymmetrischen oder einen symmetrischen Querschnitt aufweist, so dass die Längsachse zugleich eine

Symmetrieachse des Zentrierkörpers ist. Ein derart gestalteter Zentrierkörper muss im rotationssymmetrischen Falle nicht und im symmetrischen Falle nur hinsichtlich einer zulässigen Rotationsposition um die Längsachse angesteuert werden. Eine zulässige Rotationsposition liegt vor, wenn die aktuelle Ausrichtung des

Zentrierkörpers ein Einstecken in die Referenzöffnung erlaubt. Eine störungsfreie Einfahrt des Zentrierkörpers in die jeweilige Referenzöffnung ist ein wesentliches und qualitätsbestimmendes Kriterium während der Aufnahme eines Bauteils durch beispielsweise einen Industrieroboter.

Der erfindungsgemäße Zentrierkörper weist in einer möglichen Ausführung die Objektivlinse und optional eine lichtleitende Struktur wie einen Tubus oder eine Lichtleitfaser auf. Eine Kamera zur Erfassung der Bilddaten, wie beispielsweise eine CCD-Kamera, kann innerhalb oder außerhalb des Zentrierkörpers vorhanden sein. Die Objektivlinse bildet von einem Objekt ausgehendes Licht auf den Sensor der Kamera ab, wobei der Lichtweg von der Objektivlinse zum Sensor durch die lichtleitende Struktur führt. In einer kompakten Ausführungsform des Zentrierkörpers ist die Kamera in oder an dem Zentrierkörper angeordnet. Die Objektivlinse und der Tubus können ein Kameraobjektiv bilden. Das Kameraobjektiv kann neben der Objektivlinse weitere, insbesondere strahlformende und/oder strahlumlenkende, optische Elemente umfassen. Die Objektivlinse bzw. das Kameraobjektiv und die Kamera können integriert miniaturisiert vorliegen. Eine solche miniaturisierte

Kamera-Anordnung wird nachstehend teilweise auch als„Mini-Kamera“ bezeichnet. Die Mini-Kamera ist beispielsweise mit einem Durchmesser von 3 mm bis 22 mm gewählt. In einer besonders bevorzugten Konfiguration ist die Mini-Kamera stiftförmig mit einem Außendurchmesser von 3,2 mm. Der Zentrierkörper kann einen

symmetrischen, insbesondere rotationssymmetrischen Kopfteil umfassen. In dem Kopfteil kann apikal die Objektivlinse und die Kamera angeordnet sein. Bevorzugt weist der Kopfteil eine zentrale Bohrung auf, in die die Kameraanordnung eingelassen ist, derart, dass die Längsachse der Kameraanordnung mit einer

Längsachse des Kopfteils zusammenfällt. Bevorzugt ist ein Aufnahmekörper vorgesehen, der eine zentrale Bohrung aufweist, in die die Kameraanordnung formschlüssig eingebaut, beispielsweise eingeschraubt oder eingeklebt ist. Der Aufnahmekörper selbst ist dann zur festen und formschlüssigen Verbindung mit dem Kopfteil eingerichtet. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der

Aufnahmekörper in die zentrale Bohrung des Kopfteils eingeschoben und fixiert wird, beispielsweise mit dem Kopfteil verschraubt oder verklebt wird. In dem Kopfteil oder dem Aufnahmekörper kann eine Justierstelle vorgesehen sein, die eine Ausrichtung der Kameraanordnung vor ihrer Fixierung, insbesondere in Bezug auf die

Längsachse des Kopfteils oder Aufnahmekörpers, ermöglicht. Die Kameraanordnung kann zu diesem Zweck mit einer (Justier-) Markierung versehen sein. Die

Justiermarke kann eine Ausrichtung der Kameraanordnung in Bezug auf ihre optische Achse vorgeben. Die Justiermarke kann eine mechanische Markierung sein, die eine Ausrichtung der Kameraanordnung in Bezug auf das Kopfteil bzw. den Aufnahmekörper ermöglicht, beispielsweise eine Azimutmarkierung. Bevorzugt ist die Markierung ein maschinenlesbarer Code, beispielsweise ein RFID- oder QR-Code, der Kalibrierungsdaten der Kamera, beispielsweise einen Versatz der optischen Achse der Kameraanordnung in Bezug auf eine Längsachse der Kameraanordnung, kodiert. Die Kalibrierungsdaten können dann genutzt werden zur Justage der

Kamera. Alternativ kann vorgesehen sein, dass vor der Fixierung der

Kameraanordnung in dem Kopfteil oder Aufnahmekörper kein gesonderter

Justageschritt erfolgt, sondern dass die auf dem maschinenlesbaren Code kodierten Kalibrierungsdaten der Kameraanordnung eingelesen und an eine Kamerasoftware übermittelt werden, die dann bei der Bilderfassung und/oder Bildauswertung die Kalibrierungsdaten und somit mögliche Bildfehler der Kameraanordnung

berücksichtigt. Damit kann die Genauigkeit der Bildauswertung erhöht werden. In einer Abwandlung kann die Justiermarke an der Kameraanordnung als Montagehilfe, beispielsweise als ein individuelles Passstück, das einen individuellen

Ausrichtungsfehler der Kameraanordnung korrigiert, ausgebildet sein. Die

Kameraanordnung oder die Anordnung umfassend die Kamera und den

Aufnahmekörper oder umfassend die Kamera und den Kopfteil können wechselbar ausgebildet sein. Der Kopfteil des Zentrierkörpers kann von einem Mittelteil abgegrenzt sein. Die Abgrenzung kann beispielsweise durch eine umlaufende Verdickung gebildet sein, die als Einfahrbegrenzer wirken kann. An den Mittelteil oder den Kopfteil kann ein Befestigungsteil anschließen, das eine (Schnell-)

Aufnahme, insbesondere zur Befestigung des Zentrierkörpers an einen Roboterarm, und einen elektrischen Anschluss, insbesondere zur Weitergabe von

Kamerabilddaten (z.B. 4 poliger Anschluss für MPEG Stream) bzw. zum Empfang von Steuerungsdaten, umfassen kann.

Die Kamera kann beispielsweise über einen industrietauglichen Einplatinen-PC, auf welchem die Bildverarbeitungssoftware (BVSW) ausgeführt wird, und sich eine Schnittstelle zur einer Netzwerkeinbindung befindet, direkt mit einer Auswerteeinheit und einer Steuereinheit kommunizieren. Die Steuereinheit dient vorzugsweise der Ansteuerung einer Stellvorrichtung, mittels welcher der Zentrierkörper gesteuert bewegt werden kann. Eine solche Stellvorrichtung kann ein Roboter, insbesondere ein Industrieroboter, sein.

Vorteilhaft weist der Zentrierkörper mindestens ein bezüglich der Längsachse radial verstellbares Fixierelement auf. Ein solches Fixierelement kann beispielsweise ein Vakuumsauger und/oder eine Spannvorrichtung, die Innen- oder Außenbacken aufweisen kann, sein. Beispielsweise kann ein solcher Zentrierkörper in eine

Referenzöffnung einfahren und in dieser definierten Position Bauteile wie zum Beispiel Werkstücke oder Halbzeuge ergreifen. So können zum Beispiel Formteile definiert aufgenommen oder abgesetzt werden. Dabei ist es möglich, dass als Referenzöffnung eine Vertiefung, ein Durchbruch oder eine Bohrung in dem zu ergreifenden oder abzusetzenden Bauteil dient. Nach dem Einfahren des

Zentrierkörpers in eine solche Referenzöffnung kann beispielsweise mittels

Außenbacken das betreffende Bauteil gespannt und arretiert oder transportiert werden.

Um eine Ausrichtung des Zentrierkörpers zu ermöglichen, ist vorteilhaft eine

Anordnung umfassend einen erfindungsgemäßen Zentrierkörper sowie mindestens einen Detektor, beispielsweise eine (CCD-)Kamera, zur Erfassung von Bilddaten unter Nutzung der Objektivlinse vorhanden. Weiterhin ist eine Auswerteeinheit vorhanden, die zur Auswertung der Bilddaten und zur Ermittlung einer Außenform der Mündung der Referenzöffnung konfiguriert ist. Anhand der ermittelten Außenform kann ein aktueller Mittelpunkt der Referenzöffnung und dessen Lage relativ zur optischen Achse ermittelt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung wird

nachfolgend auch als„Smart-Measure-Anordnung“ bezeichnet.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Smart-Measure-Anordnung ein

Kamerasystem aufweisen, das mehrere Kameras umfasst, wobei mindestens eine der mehreren Kameras in dem Zentrierkörper angeordnet ist. Beispiele eines derartigen Kamerasystems sind 2D- oder 3D-Kamerasysteme. Unter Verwendung verschiedener Algorithmen aus der Bildverarbeitung kann beispielsweise, wie weiter unten noch ausführlich beschrieben wird, die Referenzöffnung detektiert und ein Versatz der Öffnung in Bezug auf die optische Achse der Kamera bzw. der

Längsachse des Zentrierkörpers und/oder der Position der Öffnung im Raum relativ zur apikalen Spitze des Zentrierkörpers (d.h. relativ zu dessen sogenannten„tool center point - TCP“) berechnet werden.

Mit einem 2D-Kamerasystem werden typischerweise nur zwei der drei Koordinaten, beispielsweise die x- und y-Koordinate, eines kartesischen Koordinatensystems erfasst. Das Fehlen der z-Koordinate kann jedoch auf anderem Wege ausgeglichen werden.

Insbesondere kann die Kameraanordnung einen Fokus aufweisen, der vorteilhaft zur Bestimmung der z-Koordinate herangezogen werden kann. Der Fokus kann ein fixer Fokus sein. Auch andere Wege zur (optionalen) Bestimmung der z-Koordinate sind denkbar, beispielsweise mit Hilfe zusätzlicher Einrichtungen wie eines Laser- Distanzmesssystems.

Das 3D-Kamerasystem kann beispielsweise das Prinzip einer Stereokamera zur Aufnahme von Abbildungen nutzen. Besonders bevorzugt ist eine„Mini- Stereokamera-Anordnung“ in der oben bereits beschriebenen Art und Weise in den Zentrierkörper integriert. Die Mini-Stereokamera-Anordnung umfasst mindestens zwei nebeneinander angeordnete Objektivlinsen, eine Kamera, sowie ein schaltbares optisches Element, dass abwechselnd in schneller zeitlicher Folge (z.B. mit einer Frequenz von 50 Hertz) von den beiden Objektivlinsen kommendes Licht auf den Bildsensor der Kamera leitet. In manchen Ausführungen ist jeder der beiden Objektivlinsen eine eigene Kamera zugeordnet. Ein Umschalten der optischen Kanäle und damit ein zusätzliches schaltbares optisches Element erübrigt sich in diesem Fall.

Das 3D-Kamerasystem kann eine erste Kameraanordnung umfassen, die in den Zentrierkörper integriert ist und eine weitere Kameraanordnung, die außerhalb (neben) des Zentrierkörpers angeordnet ist. Die weitere Kamera ist bevorzugt in einem spitzen Winkel von <90° zu dem Zentrierkörper angeordnet. Die weitere Kamera kann ein abweichendes (insbesondere größeres) Bildfeld aufweisen, als die innerhalb des Zentrierkörpers angeordnete Kamera.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ausrichtung eines Zentrierkörpers und einer Referenzöffnung eines Bauteils relativ zueinander gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein

erfindungsgemäßer Zentrierkörper in eine Erfassungsposition (auch als„Vorposition“ bezeichnet) gebracht wird, aus der mittels einer Kamera und unter Nutzung der Objektivlinse Bilddaten des Bauteils erfasst werden. Anhand der Bilddaten wird mindestens ein aktueller Mittelpunkt der Referenzöffnung ermittelt, indem eine Außenform der Mündung der Referenzöffnung virtuell an eine Kreisform und/oder an die Form einer Ellipse angepasst und der Mittelpunkt eines auf diese Weise aufgefundenen Kreises beziehungsweise einer auf diese Weise aufgefundenen Ellipse ermittelt wird. Dabei werden virtuell ein Kreis beziehungsweise eine Ellipse gesucht, die eine aktuell erkannte Außenform der Mündung der Referenzöffnung möglichst gut approximieren. Jeder ermittelte aktuelle Mittelpunkt der

Referenzöffnung wird mit der aktuellen Lage der optischen Achse verglichen. Dabei wird untersucht, an welcher Stelle die optische Achse die Mündung der

Referenzöffnung virtuell durchstößt. Es wird also ein virtueller Durchstoßpunkt der optischen Achse ermittelt.

Anhand von Abweichungen der Lage der optischen Achse, also des

Durchstoßpunktes, und des mindestens einen aktuellen Mittelpunkts werden

Steuerbefehle erzeugt und bereitgestellt. Die Steuerbefehle dienen zur Ansteuerung einer Stellvorrichtung, mittels der die Lage von optischer Achse und aktuellem Mittelpunkt bei Überschreiten einer vorgegebenen Toleranzschwelle einander angenähert werden, so dass die optische Achse durch den aktuellen Mittelpunkt verläuft. Zum Annähern kann der Zentrierkörper und/oder die Basis mit dem Bauteil entsprechend bewegt werden. Die vorgegebene Toleranzschwelle ist so bemessen, dass ein Unterschreiten dieser eine vertretbare Abweichung von virtuellem

Durchstoßpunkt und aktuellem Mittelpunkt darstellt. Sind die Abweichungen von virtuellem Durchstoßpunkt und aktuellem Mittelpunkt so groß, dass ein vorgegebener kritischer Schwellwert erreicht ist, bei dessen Überschreiten eine Annäherung der Lage der optischen Achse und aktuellem Mittelpunkt unmöglich ist, wird ein

Warnsignal ausgelöst. Dieses kann in einem Warnton, einem optischen Warnsignal und/oder in einem Abbruch des Ausrichtevorgangs bestehen. Stimmen die Lagen der optischen Achse und des aktuellen Mittelpunkts hinreichend überein, kann aufgrund eines weiteren Steuerbefehls der Zentrierkörper in die Referenzöffnung eingefahren werden.

In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt zwingend je eine virtuelle Anpassung der Außenform der Referenzöffnung an eine Kreisform und an die Form einer Ellipse und Ermittlung des jeweiligen aktuellen Mittelpunkts. Es folgt die Bildung einer Differenz zwischen den Koordinaten der ermittelten aktuellen Mittelpunkte. Die gebildete Differenz wird mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Wird der Schwellwert eingehalten, erfolgt das Erzeugen eines Steuerbefehls zur

Lageanpassung von optischer Achse und aktuellem Mittelpunkt. Dabei kann einer der aktuellen Mittelpunkte ausgewählt werden oder die Koordinaten der aktuellen Mittelpunkte werden gemittelt und die Koordinaten eines resultierenden Mittelpunkts werden verwendet. Wird der Schwellwert überschritten, dann weichen die aktuellen Mittelpunkte zu stark voneinander ab und es wird ein Warnsignal ausgelöst.

Beispielsweise ist dies der Fall, wenn die betreffende Referenzöffnung stark deformiert ist. Ein Warnsignal wird auch ausgelöst, wenn die Referenzöffnung teilweise oder ganz verdeckt ist.

Erfolgt gemäß einem der möglichen Ausgestaltungen des Verfahrens ein Annähern der Lagen von optischer Achse (Durchstoßpunkt) und aktuellem Mittelpunkt, kann durch ein Wiederholen der Verfahrensschritte des Ermittelns des aktuellen

Mittelpunkts, der Differenzbildung und dem Vergleich der Differenz mit einem vorgegebenen Schwellwert nach der erfolgten Lageanpassung von optischer Achse und aktuellem Mittelpunkt kontrolliert werden, ob die Lageanpassung erfolgreich war. Sind die Lagen von optischer Achse und aktuellem Mittelpunkt noch zu weit voneinander entfernt, kann erneut ein Steuerbefehl erzeugt werden, um die

Lageanpassung fortzusetzen.

Die Ansteuerung der Vorrichtung beziehungsweise des Roboters kann so erfolgen, dass der Zentrierkörper der Erfassungsposition zugestellt wird. Beim Erreichen der Erfassungsposition wird die Erfassung von Bilddaten, insbesondere in Form einer Bild- oder Videoaufnahme, aktiviert und gleichzeitig die Geschwindigkeit der

Zustellbewegung stark reduziert. Die Anpassung der Außenform der Mündung der Referenzöffnung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass virtuell ein idealer Kreis auf den Hell-Dunkel-Übergang der Referenzöffnung, zum Beispiel des RPS- Aufnahmelochs, gelegt wird.

Bei der Anpassung einer Ellipse wird beispielsweise der kürzeste Durchmesser der Mündung als kurze Achse der Ellipse detektiert, um dann mittig auf dem

Durchmesser und dazu rechtwinklig die große Achse der Ellipse festzulegen.

Die Differenzen der mittels der Anpassung an eine Kreisform und der Anpassung an die Form einer Ellipse Messung ermittelten Koordinaten der aktuellen Mittelpunkte gehen im Normalfall gegen Null. Bei einer Differenz von beispielsweise größer 0,1 mm oder 0,5 mm ist von einem Störfall, d.h. im Falle eines RPS-Aufnahmeloches insbesondere von einer Beschädigung dieses RPS- Aufnahmeloches, auszugehen und ein (optisches und/oder akustisches Warnsignal und/oder ein Interrupt wird ausgelöst. Der bekannte Durchmesser der jeweiligen Referenzöffnung bzw. des Aufnahmelochs wird als Sollwert beispielsweise in der Auswerteeinheit hinterlegt. Es ist außerdem möglich, anhand eines ermittelten Durchmessers und/oder Umfangs Informationen zum Abstand von Zentrierkörper und Referenzöffnung abzuleiten.

Die Auswertung der Bilddaten und die Erzeugung der Steuerbefehle kann in Echtzeit erfolgen, um die Regelungszeiten zu reduzieren. Auf die Auswerteeinheit kann optional via Remote zugegriffen werden, um im Störfall die Ursache schnell ermitteln zu können. Der erfindungsgemäße Zentrierkörper, die Anordnung sowie das erfindungsgemäße Verfahren finden insbesondere bei einem von einem Roboter ausgeführten Handling von Bauteilen mit Referenzöffnungen in Form von RPS-Aufnahmelöchern

Anwendung. Dabei können zwei Anwendungsfälle unterschieden werden. Einerseits kann eine Entnahme des Bauteils aus einem definierten Entnahmeplatz erfolgen. Andererseits kann eine Entnahme aus mehreren, verschiedenen Plätzen oder Positionen erfolgen, wie dies beispielsweise beim automatisierten Suchen eines Bauteils und dessen Entnahme aus einem Bauteil-Rack erforderlich sein kann. Bei der Entnahme von variablen Entnahmeplätzen eines Bauteil-Racks, kann

beispielsweise ein Laser-Distanzsensor die Abstandsinformation für die

Erfassungsposition bereitstellen.

Die Vorteile der Erfindung liegen in der Möglichkeit des definierten und

verschleißarmen Positionierens des Zentrierkörpers relativ zu der Referenzöffnung. Damit ist die Voraussetzung gegeben, den Zentrierkörper in die Referenzöffnung einzustecken, ohne diese zu beschädigen. Normale Prozessschwankungen, wie zum Beispiel die Toleranzschwankungen des Bauteils, einer Bauteilaufnahme und/oder der Bauteillage sowie temperaturbedingte Abweichungen können detektiert und kompensiert werden. Durch die Kombination verschiedener Algorithmen zur

Berechnung eines Lochmittelpunktes können nicht nur eventuell bereits vorhandene Beschädigungen des RPS-Aufnahmeloches erkannt, sondern auch Crashs bei auftretenden Störfällen vermieden werden. Beispielsweise sind Störungen durch falsch und/oder nicht passgenau eingelegte Bauteile, welche bisher zwangsläufig immer zu einem Crash mit meist sehr unangenehmen Folgen führen, generell vermeidbar. Aber auch Störungen wie ein nicht vorhandenes, ein teilweise oder vollständig bedecktes RPS-Aufnahmeloch werden erkannt und ein Crash oder eine ungenaue Bauteilaufnahme infolge solcher Störungen ist somit ebenfalls

ausgeschlossen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zentrierkörpers in einem Längsschnitt; Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zentrierkörpers in einer Explosionsdarstellung;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 4 ein erstes Beispiel der Ermittlung eines aktuellen Mittelpunkts durch Anpassen einer Kreisform;

Fig. 5 ein erstes Beispiel der Ermittlung eines aktuellen Mittelpunkts durch Anpassen einer Form einer Ellipse;

Fig. 6 ein zweites Beispiel der Ermittlung eines aktuellen Mittelpunkts durch

Anpassen einer Kreisform; und

Fig. 7 ein zweites Beispiel der Ermittlung eines aktuellen Mittelpunkts durch

Anpassen einer Form einer Ellipse.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zentrierkörpers 1 ist schematisch in Fig. 1 in einem Längsschnitt dargestellt. Der Zentrierkörper 1 ist

rotationssymmetrisch um seine Längsachse 3 ausgebildet und verläuft sich verjüngend zu einer Seite zu. Die Spitze des Zentrierkörpers 1 ist offen. Im Inneren befindet sich eine Objektivlinse 2, deren optische Achse 3 mit der Längsachse 3 zusammenfällt. Außerdem ist im Inneren des Zentrierkörpers 1 eine Kamera 4 angeordnet, mittels der unter Nutzung der Objektivlinse 2 Bilddaten erfasst werden können. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 umfasst der Zentrierkörper außerdem eine Spannvorrichtung 10. In dem Beispiel der Fig. 1 umfasst die Spannvorrichtung 10 drei bezüglich der Längsachse radial verstellbare Außenbacken, die radial gleich verteilt an dem Zentrierkörper angeordnet sind. Der Zentrierkörper 1 kann so in eine Referenzöffnung eingefahren werden, um in dieser definierten Aufnahmeposition Bauteile wie zum Beispiel Werkstücke oder Halbzeuge schonend zu ergreifen und an einer Zielposition wieder abzusetzen.

Die Fig. 2 zeigt eine weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Zentrierkörpers 1. Der Zentrierkörper umfasst eine miniaturisierte Kameraanordnung 4 (vorliegend auch als Minikamera bezeichnet), die einen Bildsensor 4.2 und ein Kameraobjektiv aufweist. Im einfachsten Fall ist das Kameraobjektiv durch die Objektivlinse 2 gebildet. Die Mini-Kamera 4 ist stiftförmig mit einem

Außendurchmesser von 3,2 mm. Die Minikamera 4 weist ferner eine Justiermarke 4.3 auf. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die Justiermarke 4.3 eine Kerbe, die in einen umlaufende Kragen 4.3 des Gehäuses 4.1 der Mini-Kamera 4 gearbeitet ist.

Die Position der Kerbe 4.2 auf dem Kragen 4.3 und die Tiefe der Kerbe 4.2 ist abhängig von den Kalibrierungsdaten der Mini-Kamera 4, die durch eine vorherige optische Vermessung der Mini-Kamera 4 ermittelt wurden.

Der Zentrierkörper 1 umfasst weiterhin einen rotationssymmetrischen Kopfteil 1.1. Der Kopfteil 1.1 weist eine zentrale Bohrung 1.1.1 auf, die passend zu dem äußeren Gehäusedurchmesser der stiftförmigen Kameraanordnung 4 gefertigt ist. Das

Kopfteil 1.1 weist an seinem rückwärtigen (proximalen) Ende eine Nase 1.1.2 auf.

Die Minikamera 4 wird in die Bohrung 1.1.1 des Kopfteils gesteckt und so

ausgerichtet, dass die Nase 1.1.2 des Kopfteils 1.1 in die Kerbe 4.2 an dem Kragen 4.3 des Kameragehäuses 4.1 eingreift. Derart ausgerichtet wird die Kamera 4 an den Kopfteil 1.1 mit einem Schraubring fixiert. In einer alternativen Ausführung (in Fig. 2 nicht gezeigt) sind die Kalibrationsdaten in einer Datenbank abgelegt und können mittels eines maschinenlesbaren Codes 4.2, der an dem Kameragehäuse 4.1 angebracht ist, ausgelesen und an die Kamerasoftware übergeben werden, die dann bei der Bilderfassung und/oder Bildauswertung die Kalibrierungsdaten und somit mögliche Bildfehler der Kameraanordnung 4 berücksichtigt. An den Kopfteil 1.1 schließt im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ein Befestigungsteil 1.2 an, das eine Schnellaufnahme zur Befestigung des Zentrierkörpers an einen Roboterarm, und einen elektrischen Anschluss zur Weitergabe von Kamerabilddaten umfasst.

Eine Anordnung eines Zentrierkörpers 1 mit Objektivlinse 2 und Kamera 4 ist in Fig. 2 schematisch gezeigt. Die Kamera 4 ist außerhalb des Zentrierkörpers 1 angeordnet und erhält Bilddaten über eine nur andeutungsweise dargestellte

Lichtleitfaser. Die optische Achse 3 ist auf ein Bauteil 5 gerichtet, das eine

Referenzöffnung 6 in Form eines RPS-Aufnahmelochs aufweist. Die Kamera 4 ist mit einer Auswerteeinheit 7 verbunden. Diese ist dazu konfiguriert, um anhand der erhaltenen Bilddaten Koordinaten mindestens eines aktuellen Mittelpunkts M (siehe Fig. 3 bis 6) der Referenzöffnung 6 zu ermitteln und Koordinaten ermittelter aktueller Mittelpunkte M zu vergleichen. Eine Steuereinheit 8 dient zur Erzeugung von

Steuerbefehlen in Abhängigkeit der Ergebnisse der Auswerteeinheit 7. Mittels der Steuerbefehle wird eine Stellvorrichtung 9 angesteuert, mittels der die Lage der optischen Achse 3 und eines aktuellen Mittelpunkts M zueinander angenähert werden kann.

In der Fig. 3 ist beispielhaft die Ermittlung eines aktuellen Mittelpunkts M gezeigt. An die Außenform der Mündung der Referenzöffnung 6 wird virtuell eine Kreisform angepasst, indem ein Kreis an den Hell-Dunkel-Übergang der Referenzöffnung 6 approximiert wird. Der Mittelpunkt des so gefundenen Kreises ist der aktuelle Mittelpunkt M der Referenzöffnung 6. Außerdem wird virtuell ein Durchstoßpunkt DP der optischen Achse 3 (nicht gezeigt) ermittelt, in dem diese die Referenzöffnung 6 durchstoßen würde. Für den aktuellen Mittelpunkt M und den Durchstoßpunkt DP werden die jeweiligen Koordinaten, beispielsweise als X- und Y-Koordinaten eines kartesischen Koordinatensystems, ermittelt. Anhand der Differenz der Koordinaten des aktuellen Mittelpunkts M und des Durchstoßpunkts DP können Steuerbefehle generiert und der Durchstoßpunkt DP an den aktuellen Mittelpunkt M, oder umgekehrt, angepasst werden.

Um die Außenform der Mündung der Referenzöffnung 6 an die Form einer Ellipse anzupassen, wird der kleinste Durchmesser der Außenform als kleine Achse einer Ellipse anhand der Bilddaten ermittelt. Ausgehend von der Mitte der kleinen Achse wird orthogonal dazu eine große Achse der Ellipse ermittelt. Der aktuelle

Mittelpunkt M der Ellipse wird ermittelt und wie oben beschrieben mit dem

Durchstoßpunkt DP verglichen.

Es können auch die Koordinaten der mittels der beiden Vorgehensweisen ermittelten aktuellen Mittelpunkte M, miteinander verglichen werden. Weist die

Referenzöffnung 6 die gewünschte Form und Größe auf, liegen die Koordinaten der aktuellen Mittelpunkte M im Falle runder Referenzöffnungen 6 sehr nahe

beieinander. Eine solche Situation ist in der Tabelle unter den Fig. 3 und 4 gezeigt. Die

Koordinaten weichen in X- beziehungsweise in Y-Richtung nur sehr gering voneinander ab. Auch die Abweichung der ermittelten Durchmesser liegt unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts und wird als tolerierbar angesehen.

Entsprechend ist die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Situation. Allerdings ist die Referenzöffnung 6 teilweise verdeckt. Insbesondere der mittels Anpassung an die Form einer Ellipse ermittelte aktuelle Mittelpunkt M ist deutlich nach oben

verschoben (Fig. 6). Im Vergleich der Koordinaten der mit den beiden

Verfahrensweisen ermittelten aktuellen Mittelpunkte M treten erhebliche

Abweichungen auf, die oberhalb eines vorgegebenen kritischen Schwellwerts liegen (siehe Tabelle unter den Fig. 5 und 6). Infolge dieser Abweichungen wird ein Warnsignal ausgelöst.

Bezuqszeichen

1 Zentrierkörper

1.1 Kopfteil

1.1.1 Bohrung

1.1.2 Nase

1.2 Befestigungsteil

2 Objektivlinse, Kameraobjektiv 3 optische Achse, Längsachse

4 Kameraanordnung, Mini-Kamera

4.1 Kameragehäuse

4.2 Bildsensor

4.3 Justiermarke, Code, Nase 4.4 Kragen

5 Bauteil

6 Referenzöffnung

7 Auswerteeinheit

8 Steuereinheit

9 Stellvorrichtung

DP Durchstoßpunkt

M aktueller Mittelpunkt