EFFENBERGER, Ira (Mozartstrasse 7, Waldenbuch, 71111, DE)
HÜTTEL, Markus (Stuttgarter Strasse 65, Filderstadt, 70794, DE)
DUNKER, Thomas (Lydiastrasse 5, Essen, 45131, DE)
STOTZ, Martin (Obere Zeiselbergstrasse 39, Schwäbisch Gmünd, 73525, DE)
EFFENBERGER, Ira (Mozartstrasse 7, Waldenbuch, 71111, DE)
HÜTTEL, Markus (Stuttgarter Strasse 65, Filderstadt, 70794, DE)
DUNKER, Thomas (Lydiastrasse 5, Essen, 45131, DE)
Patentansprüche
1. Verfahren zum Behandeln von mindestens einem in einem begrenzten Bereich in einer Anordnung angeordneten Objekt, das durch ein oder mehrere in Beziehung zueinander stehende regelgeometrische Elemente beschreibbar ist, und dessen Lage und
Position durch Anordnungsparameter beschreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zunächst ein Objekt ausgewählt wird, indem zumindest die folgenden zwei Schritte ausgeführt werden, wobei
im ersten Schritt dreidimensionale Daten, welche die Anordnung der Objekte abbilden, von einem Teil des Bereichs oder dem ganzen Bereich aufgenommen werden und
im zweiten Schritt die Anordnungsparameter des auszuwählenden Objektes dadurch bestimmt werden, dass zumindest ein Teil der das auszuwählende Objekt beschreibenden regelgeometrischen Elemente als eine Repräsentation des auszuwählenden Objektes gemeinsam unter Berücksichtigung der im auszuwählenden Objekt vorliegenden Beziehung der entsprechenden regelgeometrischen Elemente in die dreidimensionalen Daten eingepasst werden
und dass im Anschluss an die Auswahl des Objek- tes eine Behandlungsvorrichtung anhand der das ausgewählte Objekt beschreibenden Anordnungsparameter gesteuert wird.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, da- durch gekennzeichnet, dass nach dem ersten und vor dem zweiten Schritt der Teil der das auszuwählende Objekt beschreibenden regelgeometri- schen Elemente, welcher im zweiten Schritt in die dreidimensionalen Daten eingepasst wird, als die Repräsentation des auszuwählenden Objektes durch zumindest die folgenden drei Teilschritte ausgewählt wird, wobei
im ersten Teilschritt regelgeometrische Elemente in die im ersten Schritt aufgenommenen dreidimensionalen Daten eingepasst werden,
im zweiten Teilschritt eines der im ersten Teilschritt eingepassten regelgeometrischen Elemente als Startelement ausgewählt wird, und
im dritten Teilschritt anhand der im auszuwählenden Objekt vorliegenden Beziehung der regel- geometrischen Elemente zueinander jene der im ersten Teilschritt eingepassten regelgeometrischen Elemente als Repräsentation des auszuwählenden Objektes ausgewählt werden, welche Bestandteil desselben Objektes sein können wie das Startelement .
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Teilschritt und dem dritten Teilschritt regelgeometrische Elemente aus den im ersten Teil- schritt eingepassten regelgeometrischen Elemen- ten ausgewählt werden, welche in der Nähe des Startelementes liegen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt die dreidimensionalen Daten mit Hilfe eines Lichtschnittverfahrens, einer Streifenprojektion und/oder einem Time-Of-Flight-Sensor aufgenommen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da- durch gekennzeichnet, dass im ersten Teilschritt die regelgeometrischen Elemente mittels eines Best-Fit-Verfahrens in die dreidimensionalen Daten eingepasst werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da- durch gekennzeichnet, dass im ersten Teilschritt
Form-, Positions-, Lage- , Rotations- und/oder Anordnungsparameter der regelgeometrischen Elemente mittels eines Best-Fit-Verfahrens bestimmt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teilschritt das Einpassen der regelgeometrischen Elemente durch Krümmungsdaten der Oberfläche unterstützt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Teilschritt das Startelement anhand von zusätzlicher Information über das auszuwählende Objekt oder mit Hilfe von Tiefenbildern der Anordnung der Objekte ausgewählt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Teil- schritt die regelgeometrischen Elemente, welche Bestandteil desselben Objektes sein können wie das Startelement, anhand der Anzahl, des Typs, der Form, anhand von Anordnungsparametern und/oder anhand von Lageparametern der regelgeometrischen Elemente ausgewählt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beziehungen der regelgeometrischen Elemente zueinander im auszuwählenden Objekt automatisch bestimmt werden.
11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Beziehungen der regelgeometrischen Elemente zueinander im auszu- wählenden Objekt anhand eines CAD-Modells bestimmt werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beziehungen der regelgeometrischen Elemente zueinander durch Anordnungsparameter ausgedrückt werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einpassung im zweiten Schritt mittels eines Best-Fit- Verfahrens erfolgt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem zweiten Schritt aus den im zweiten Schritt bestimmten Anordnungsparametern des auszuwählenden Objektes Informationen abgeleitet werden, anhand derer die Behandlungsvorrichtung gesteuert wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behand- lungsvorrichtung das ausgewählte Objekt greift, umformt, bedruckt, vermisst, analysiert, überprüft und/oder seine Lage erfasst.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsvorrichtung der Greifarm eines Roboters ist.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifarm mit einer Ansaugvorrichtung ausgestattet ist.
18. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifarm das auszuwählende Objekt im Anschluss an die Auswahl greift und/oder ansaugt.
19. Vorrichtung, geeignet zum bearbeiten von mindestens einem in einem begrenzten Bereich in einer Anordnung vorliegenden Objekt, das durch ein o- der mehrere in Beziehung zueinander stehende regelgeometrische Elemente beschreibbar ist,
gekennzeichnet durch
ein Auswahlmittel zum Auswählen eines Objektes, wobei das Auswahlmittel aufweist:
1) eine Aufnahmevorrichtung, geeignet zur Aufnahme dreidimensionaler Daten von einem Teil des Bereichs oder dem ganzen Bereich, welche die Anordnung der Objekte abbilden,
2) eine Bestimmungsvorrichtung, geeignet zur Bestimmung der Anordnungsparameter des auszuwählenden Objektes dadurch, dass zumindest ein Teil der das auszuwählende Objekt beschreibenden regelgeometrischen Elemente als eine Repräsentation des auszuwählenden Objektes gemeinsam unter Berücksichtigung der im auszuwählenden Objekt vorliegenden Beziehung der entsprechenden regel- geometrischen Elemente in die dreidimensionalen Daten eingepasst werden
und einer aufgrund der das ausgewählte Objekt beschreibenden Anordnungsparamter steuerbaren
Behandlungsvorrichtung .
20. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter aufweist :
eine Einpassungsvorrichtung, geeignet zur Einpassung regelgeometrischer Elemente in die durch die Aufnahmevorrichtung aufgenommenen dreidimensionalen Daten,
eine erste Auswahlvorrichtung, geeignet zur Aus-
I wähl eines der durch die Einpassungsvorrichtung eingepassten regelgeometrischen Elemente als Startelement,
eine zweite Auswahlvorrichtung, geeignet um anhand der im auszuwählenden Objekt vorliegenden Beziehung der regelgeometrischen Elemente zueinander jene der durch die Einpassungsvorrichtung eingepassten regelgeometrischen Elemente als
Repräsentation des auszuwählenden Objektes auszuwählen, welche Bestandteil desselben Objektes sein können wie das Startelement,
21. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 ausgebildet ist. |
Verfahren zur automatisierten 3D-Objekterkennung und
Lagebestimmung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automati- sehen Erkennung von dreidimensionalen Objekten sowie eine Vorrichtung zur Behandlung von einzelnen Objekten, die in einer komplexen Umgebung vorliegen.
In vielen Bereichen der Technik, wie z.B. in der Au- tomatisierungstechnik, besteht die Aufgabe, die räumliche Lage von beliebig im Raum orientierten Objekten wie z.B. Werkstücken oder Bauteilen zu bestimmen. Die Lage der Objekte ist unbekannt und es muss ihre Position und Orientierung im Raum bestimmt werden, um beispielsweise geeignete Greifpositionen für einen Roboter ermitteln zu können. In der Problemstellung enthalten ist immer die Forderung nach einer weitgehenden Automatisierung der Objekterkennung und Lagebestimmung.
Eine Erschwerung des Problems entsteht durch weitere Objekte in der Umgebung der zu greifenden Objekte. Ein in der Praxis häufiger Fall sind z.B. in Kisten aufbewahrte Werkstücke, die als vollkommen ungeordne- tes Schüttgut oder in beliebiger Packordnung vorliegen. Hierbei ist jedes einzelne Objekt von einer Vielzahl anderer Objekte umgeben.
Das zugrunde liegende technische Problem der Erfin- düng gliedert sich in folgende Teilaspekte:
• Das zu erkennende Objekt muss vom Hintergrund absegmentiert werden, d.h. alle Punkte der Punktwolke, die nicht zum Objekt gehören, müs- sen von den Punkten, die zum Objekt gehören, getrennt werden. Im Beispiel von ungeordneten Teilen in Kisten muss unter den vielen (gleichen) Teilen erst ein überhaupt zum Greifen in Frage kommendes, d.h. voraussichtlich frei zu- gängliches, Objekt gefunden werden.
• Die exakte Lage im Raum des Objektes muss mit Ihren Parametern, wie Position und Richtung, bestimmt werden. Im Fall von zu greifenden Teilen kann daraus dann die Greifposition bestimmt werden.
Nach dem Stand der Technik werden hierzu beispielsweise photogrammetrische Methoden, wie „3D Robot Vision" von ISRA VISION SYSTEMS AG verwendet. Hierbei ist es allerdings notwendig, dass auf den Objekten Merkmale vorhanden sind, die es erlauben, photogrammetrische Verfahren anzuwenden. Es ist darüber hinaus bekannt, beispielsweise aus CAD-Modellen eine große Anzahl von Bildern aus ver- schiedenen Ansichten, die das Modell abbilden, zu generieren. Hierbei müssen jedoch 4000 bis 12000 Bilder
eingelernt werden, was mit einem großen Aufwand an Rechenleistung, Zeit und Speicherplatz verbunden ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, welches die Erkennung und Lagebestimmung von Objekten und eine Behandlung der Objekte ermöglicht, ohne dass auf den Objekten besondere Merkmale angebracht sein müssen und ohne, dass ein detailliertes CAD-Modell von dem zu erkennenden Objekt existieren muss.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Wei- terbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Objekte, die sich durch regelgeometrische Elemente wie z.B. Ebenen, Zylinder oder Kegel beschreiben lassen oder die sich zumindest teilweise durch regelgeometrische Elemente beschreiben lassen und anhand dieser identifiziert werden können.
Um die Erkennungsprozedur durchführen zu können, wird die Szene, in der die Objekte erkannt werden müssen, mit Hilfe eines geeigneten Erfassungssystems digitalisiert. Als Erfassungssystem kommt zum Beispiel eine 2,5D- oder 3D-Datenerfassungseinheit , wie z.B. Lichtschnitt, Streifenprojektion oder Time of Flight (ToF) in Frage. Diese Systeme liefern Tiefenbilder bzw. Punktwolken. Im Folgenden werden solche Daten immer als 3D-Daten bezeichnet. Die entsprechende Auswertung
kann mit einem Rechnersystem durchgeführt werden.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung und Lagebestimmung beliebig komplexer Ob- jekte, die nicht nur aus einem regelgeometrischen E- lement bestehen müssen, sondern aus verschiedenen regelgeometrischen und freigeformten Bereichen aufgebaut sein können, beschrieben. Unter „regelgeometrischen" Elementen werden solche Elemente verstanden, deren Form bzw. deren Geometrie durch geschlossene
Formeln beschreibbar ist, d.h. zum Beispiel durch parametrische oder implizite Formeln. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird auf Basis einer automatisierten Erkennung einzelner regelgeometrischer Elemente unter Einhaltung bestimmter geometrischer Bedingungen, was die Form- und Lageparameter der einzelnen Objekte betrifft, eine 3D-Objekterkennung und Lagebestimmung im Raum realisiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Manipulieren und/oder Vermessen, allgemeiner dem Behandeln, von mindestens einem in einem begrenzten Bereich in einer Anordnung vorliegenden Objekt, das durch ein oder mehrere in Beziehung, vorzugsweise in bestimmter und/oder bekannter Beziehung, zueinander stehende regelgeometrische Elemente beschreibbar ist und dessen Lage und Position durch Anordnungsparameter beschreibbar ist. Die Anordnungsparameter können zum Beispiel Koordinaten, Drehwinkel, Tangentialität , Or- thogonalität , Parallelität und/oder Winkel zu Objekten enthalten oder sein. Auch die Abmessungen der Objekte können darin beschrieben werden. Das Behandeln kann beispielsweise in einem Greifen, im Bewegen, a- ber auch im Verändern des Objektes selbst bestehen. So kann das Objekt beispielsweise auch umgeformt werden. Erfindungsgemäß ist aber auch, das Objekt nur zu
vermessen. Der begrenzte Bereich ist hierbei im Wesentlichen durch den Einflussbereich der Behandlungs- vorrichtung gegeben. Er kann aber beispielsweise auch in einer Kiste bestehen, in welcher die zu behandeln- den, auszuwählenden oder zu vermessenden Objekte untergebracht sind.
Erfindungsgemäß muss nun zunächst das zu behandelnde Objekt ausgewählt werden. Beim Vorliegen von mehreren Objekten im begrenzten Bereich bedeutet das Auswählen zunächst die Bestimmung eines Objektes unter den mehreren, für welches dann anschließend Daten bestimmt werden, die die Form und die Lage des Objektes beschreiben. Die Aufnahme von das Objekt und seine Lage beschreibenden Daten wird hier auch zur Auswahl des Objektes gezählt .
Im ersten Schritt ist es hierbei notwendig, Daten aufzunehmen, welche die Anordnung der Objekte abbilden. Solche Daten können vom gesamten begrenzten Bereich oder von einem Teil dieses Bereichs aufgenommen werden. Sie sind vorzugsweise dreidimensionale Daten, welche die Objekte für jeden Punkt des Raumes be- schreiben. Die 3D-Messdaten werden unter Einsatz eines entsprechenden 3D-Sensors aufgenommen. Hierbei kann jeglicher Sensor verwendet werden, der dichte 3D-Punktwolken erzeugt.
In einem optionalen ersten Teilschritt können nun regelgeometrische Elemente in die dreidimensionalen Daten eingepasst werden, durch welche das auszuwählende Objekt beschreibbar ist. Vorzugsweise werden in den 3D-Messdaten einzelne regelgeometrische Elemente un- ter Verwendung eines Best-Fit-Verfahrens automatisch eingepasst und dadurch eine erste Segmentierung vor-
genommen. Als Ergebnis dieses Teilschritts enthält man auch die Form-, Positions-, Rotations- und/oder Anordnungsparameter der einzelnen regelgeometrischen Elemente und/oder die jeweils zum Element zugehörigen 3D-Punkte.
In einem (optionalen) zweiten Teilschritt, welcher auf den optionalen ersten Teilschritt folgt, kann nun in den im ersten Teilschritt eingepassten regelgeo- metrischen Elementen ein regelgeometrisches Element als Startelement ausgewählt werden. Die Anordnungsparameter dieses regelgeometrischen Elementes können automatisch bestimmt werden oder sind bekannt. Es kann also in den bereits durch den ersten Teilschritt vorsegmentierten Bereichen regelgeometrischer Einzelelemente ein Startelement ausgewählt werden.
Es können nun optional regelgeometrische Elemente in der Nähe des Startelementes ausgewählt werden, die zu dem auszuwählenden Objekt gehören könnten. Dadurch kann das Verfahren beschleunigt werden. Durch diese regelgeometrischen Elemente, lässt sich zumindest ein Teil des auszuwählenden Objektes darstellen. Bei dieser Suche nach weiteren Elementen in der Umgebung des Startelements, die zum zu findenden Objekt gehören könnten, werden u.a. zunächst Kriterien wie Anzahl und Typ der jeweiligen Elemente überprüft. Weiterhin kann gegebenenfalls anhand der im ersten Teilschritt ermittelten Form- und/oder Lageparameter analysiert werden, welche einzelnen regelgeometrischen Elemente zum zu findenden Objekt gehören können.
In einem (optionalen) dritten Teilschritt, welcher auf den optionalen zweiten Teilschritt folgt, kann dann anhand der Beziehung der regelgeometrischen Elemente zueinander im auszuwählenden Objekt entschieden
werden, welche der im ersten Teilschritt oder gegebenenfalls bei der Auswahl in der Nähe der Startteilmenge gefundenen regelgeometrischen Elemente Bestandteil desselben Objekts sind, wie das Startelement.
Im zweiten Schritt wird dann das auszuwählende Objekt als Ganzes in alle oder einen Teil jener regelgeometrischen Elemente kombiniert eingepasst, welche das auszuwählende Objekt beschreiben und/oder von welchen in den optionalen ersten bis dritten
Teilschritten gefunden wurde, dass sie Bestandteil desselben Objektes sind. Hierzu werden die Anordnungsparameter des auszuwählenden Objektes, wie zum Beispiel seine Lage und seine Orientierung, dadurch bestimmt, dass die das Objekt beschreibenden regelgeometrischen Elemente oder die im dritten Teilschritt ausgewählten regelgeometrischen Elemente gemeinsam unter Berücksichtigung der Beziehungen der entsprechenden regelgeometrischen Elemente im auszuwählenden Objekt in die dreidimensionalen Daten eingepasst werden.
Von dem zu findenden Objekt kann bekannt sein oder ermittelt werden, welche regelgeometrischen Elemente zum Objekt gehören und in welcher räumlichen Beziehung diese untereinander stehen. Anhand dieser Informationen können die entsprechenden Bedingungen für die kombinierte Einpassung generiert werden. Die Einpassung des gesamten auszuwählenden Objektes kann al- so unter Berücksichtigung der geometrischen Nebenbedingungen durchgeführt werden, welche sich aus der Information über die zum Objekt gehörenden regelgeometrischen Elemente und ihrer Lage zueinander ergeben. Es wird dabei das aus den einzelnen regelgeometrischen Elementen „kombinierte" Objekt als Ganzes eingepasst. Auf diese Weise wird das
auszuwählende Objekt endgültig identifiziert und ein qualitativ besseres Einpassungsergebnis erzielt. Hierdurch kann eine ausreichend genaue Positions- und LagebeStimmung des Werkstücks erreicht werden.
Es liegen im Anschluss an die oben beschriebene Auswahl des Objektes Daten vor, welche das ausgewählte Objekt beschreiben. Diese Daten können, wie beschrieben, Anordnungsparamter wie Lage- und Positionsparameter und/oder die Form des Objektes enthalten. Anhand dieser Daten kann nun eine Behandlungsvorrichtung gesteuert werden. Diese Behandlungsvorrichtung kann ein Greifer, eine Saugvorrichtung zum Ansaugen eines Objektes oder auch eine andere Vorrichtung zum Verändern oder Erfassen des Objektes sein. Auch eine Vorrichtung zur Untersuchung von Objekten ist möglich.
Erfindungsgemäß kann das Verfahren auf verschiedene Weise variiert oder erweitert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann zur Beschleunigung des optionalen ersten Teilschritts des oben beschriebenen Verfahrens, in welchem regelgeo- metrische Elemente in die dreidimensionalen Daten eingepasst werden, d.h. wo eine Besteinpassung der einzelnen regelgeometrischen Elemente vorgenommen wird, zunächst ein Startsegment der 3D-Messdaten festgelegt und abgeteilt werden. Diese Festlegung kann beispielsweise unter Verwendung von Höheninformationen oder, falls vorhanden, einer Vorsegmentierung im Tiefenbild erfolgen. Höheninformationen und ein Tiefenbild lassen sich beispielsweise aus den dreidimensionalen Daten ableiten oder mit einem ge- eigneten Sensor aufnehmen.
Der optionale erste Teilschritt des Verfahrens lässt sich weiterhin dadurch beschleunigen, dass vor der Besteinpassung eine Krümmungsanalyse in den 3D-Daten durchgeführt wird. In jedem Punkt wird die Krümmung näherungsweise ermittelt und anschließend eine Unterteilung in Bereiche verschiedener Krümmung als Vorsegmentierung durchgeführt. Nun wird in den vorsegmentierten Teilen eine Besteinpassung einzelner regelgeometrischer Elemente durchgeführt.
Wie beschrieben, werden einzelne regelgeometrische Elemente dem auszuwählenden Objekt dadurch zugeordnet, dass Informationen darüber hinzugezogen werden, welche regelgeometrischen Elemente zum Objekt gehören und in welcher räumlichen Beziehung diese untereinander stehen. Erfindungsgemäß können diese geometrischen Bedingungen, also die Anordnungsparameter (z.B. bezüglich Form und Lage der im zu findenden Objekt vorhandenen regelgeometrischen Elemente) , automatisch ermittelt werden. Dies ist beispielsweise anhand eines CAD-Modells möglich, aus welchem für die Erkennung und Lagebestimmung charakteristische Merkmale ermittelt werden, die eine eindeutige Lagebestimmung des Objektes im Raum erlauben, unabhängig davon, wie das Objekt in dem abgegrenzten Bereich (z.B. der Kiste oder im Raum) liegt.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Auswahl des Startelementes im optionalen zweiten Teilschritt durch die Verwendung zusätzlicher Informationen unterstützt werden, die beispielsweise aus einer Vorverarbeitung unter Verwendung von Tiefenbildern resultieren können.
Generell gilt, dass das erfindungsgemäße Verfahren auf einem System ausgeführt werden kann, welches eine
2,5D- oder 3D-Datenerfassungseinheit, z.B. Licht- schnitt, Streifenprojektion oder Time of Flight (ToF) , enthält, welche die Teile aus einer oder mehreren Ansichten aufnimmt und digital zur Verfügung stellt. Darüber hinaus kann das System einen Rechner aufweisen, auf welchem das Auswertungsverfahren implementiert ist.
Im Folgenden werden das erfindungsgemäße Verfahren und seine Implementierung in einer Manipulationsvorrichtung anhand einiger Beispiele beschrieben.
Als erstes Beispiel wird ein System beschrieben, mit welchem ungeordnete Teile, die aus mehreren regelgeo- metrischen Elementen bestehen, in ihrer Lage identifiziert werden können und mit welchem für diese Greifpunkte bestimmt werden können. Solche Teile können beispielsweise Gussteile wie Gerüsthalter sein. Es wird folgendes Auswerteverfahren umgesetzt.
Zunächst werden die 3D-Daten in verschiedene Regionen unterteilt und eine Startregion ausgewählt. In der Startregion werden nun die einzelnen regelgeometrischen Objekte automatisch eingepasst, für einen Ge- rüsthalter beispielsweise Zylinder und Ebenen. Als Ergebnis erhält man die Form- und Lageparameter der einzelnen regelgeometrischen Elemente. Es wird nun ein gefundenes regelgeometrisches Element als Startelement ausgewählt, beispielsweise das am weitesten oben liegende, also am besten zugängliche. Ausgehend von diesem Element wird in einer Umgebung nach zum Objekt gehörigen weiteren regelgeometrischen Objekten gesucht, also im Fall eines Gerüsthalters nach umliegenden Zylindern und Ebenen. Dabei dienen als schnei- Ie Kriterien zunächst z.B. der Typ und die Anzahl der in der Nähe des Startelements liegenden regelgeome-
trischen Einzelelemente. Sind auf diese Weise mögliche zum Objekt gehörige regelgeometrische Einzelelemente gefunden worden, wird anhand der Form- und Lageparameter die ObjektZugehörigkeit genauer bestimmt. Schließlich wird in die zu den einzelnen regelgeometrischen Elementen gehörenden Punkte eine Besteinpassung unter Einhaltung geometrischer Nebenbedingungen durchgeführt, um die Lage im Raum möglichst gut ermitteln zu können. Die geometrischen Nebenbedingungen werden anhand der Geometrie des zu erkennenden Objekts vorab so festgelegt, dass die Lage des Objekts dadurch auch aus verschiedenen Ansichten bestimmt werden kann. Für den Gerüsthalter können diese geometrischen Bedingungen sich beispielsweise auf drei Ebenen beziehen, die zueinander senkrecht stehen müssen oder auf Zylinder mit gleichem Radius und parallelen Achsen, die senkrecht zur Grundebene liegen.
In einem zweiten Beispiel ist derselbe Ablauf vorge- sehen, allerdings erfolgt die Festlegung der geometrischen Nebenbedingungen automatisch anhand eines vorhandenen CAD-Modells oder indem ein Objekt vorab gescannt wird und anhand dieser Scan-Daten eine automatische Festlegung der geometrischen Bedingungen zwischen einzelnen regelgeometrischen Elementen erfolgt. Es wird sukzessive ermittelt, welche und wie viele Elemente notwendig sind, um die Lage des zu erkennenden Objekts eindeutig bestimmen zu können.
In einem weiteren Beispiel wird das Startelement mit Hilfe von Tiefenbildinformationen ausgewählt. Hier kann z.B. eine Vorsegmentierung mit einem Regiongro- wing-Verfahren in Kombination mit der Höheninformation hilfreich sein.
Weiterhin kann zunächst im Startsegment der 3D-Mess-
daten eine KrümmungsanaIyse durchgeführt werden. Für jeden Punkt wird näherungsweise die Krümmung berechnet und es werden dann Bereiche mit ähnlicher Krümmung zusammengefasst und absegmentiert. Erst in den auf diese Weise vorsegmentierten Daten erfolgt die automatische Besteinpassung einzelner regelgeometrischer Elemente. Dadurch wird das Verfahren beschleunigt und eine zu große Ausdehnung der einzelnen regelgeometrischen Elemente verhindert. Der weitere Ab- lauf entspricht dem im ersten Beispiel beschriebenen.
Die Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens reichen vom Greifen von ungeordneten Objekten über die 3D-Szenenanalyse bis hin zu messtech- nischen Anwendungen (z.B. Form- und Lageprüfung), welche hier neben anderen Anwendungen unter dem Begriff des Behandeins zusammengefasst sind.
Next Patent: METHOD FOR DETERMINING THE POSITION OF OBJECTS IN THREE-DIMENSIONAL SPACE