片材材料加工单元和用于评估对准的方法与流程

1.本发明涉及一种片材材料加工单元，特别是用于加工包装用的纸张、硬纸板片材或塑料片材。该片材材料加工单元包括框架、上部工具和下部工具，其中上部工具和下部工具配置为彼此相互作用以便加工片材材料。该上部工具和下部工具通过各自的上部对准单元和各自的下部对准单元安装在框架上，用于使上部工具和下部工具相对于彼此和相对于待加工的片材材料对准。上部工具包括第一开口。此外，摄像单元被布置成使得其能够同时捕获包括第一开口的上部工具的一部分和位于第一开口后面的下部工具的一部分，用于对准上部工具和下部工具。
2.本发明还涉及一种用于评估如上所述的片材材料加工单元的上部和下部工具相对于彼此对准的方法。
3.此外，本发明涉及一种用于评估如上所述类型的片材材料加工单元的上部工具相对于布置在其中的片材材料对准的方法。


背景技术：

4.这种片材材料加工单元和相应的方法是已知的。在本文中，片材材料加工单元也可以称为片材材料加工站。示例性的片材材料加工单元或站是用于从切割的片材材料去除废料的剥离站或用于从切割的片材材料去除相应坯件的下料站。
5.为了可靠地交付期望质量的产品，上部工具和下部工具需要相对于彼此对准。该对准确保上部工具和下部工具以期望的方式相互作用。因此，对准的相关配置是在上部工具和下部工具相互作用或接合的时候。上部工具和下部工具相对于彼此的对准也避免了对这些工具的不期望的磨损。
6.此外，这些工具，即上部工具和下部工具，需要相对于待加工的片材材料对准，以便能够精确地加工片材材料。
7.该对准是由连接到上部工具的上部对准单元和连接到下部工具的下部对准单元完成的。两个对准单元配置为用于调整相应工具在加工平面内的位置，该加工平面基本对应于片材材料在加工过程中所在的平面。有时这种调整被指定为x方向和y方向的调整。此外，对准单元配置为旋转方向对准相应的工具，即工具可以在预定间隔内围绕z方向旋转。z方向垂直于x方向和y方向。z方向也垂直于加工平面。这种对准单元是已知的。
8.显然的是，在片材材料加工开始之前需要进行对准。这意味着对准至少在当其中一个工具被更换和/或在新作业开始之前是必要的。当然，也有可能出现所谓的中间对准，即与工具更换或作业变更无关的对准。
9.第一开口设置在上部工具上。应当理解的是，位于第一开口后面的下部工具仅能够在从片材材料加工单元中移除片材材料的情况下才能够被摄像单元捕获。这种配置适用于将上部工具和下部工具相对于彼此对准。如果片材材料存在于片材材料加工单元中(即在上部工具和下部工具之间)，摄像单元只能捕获上部工具和片材材料的图像。这种配置对于将工具相对于待加工的片材材料对准来说是必要的。
10.由于对准是基于摄像单元捕获的图像，对准精度取决于图像的质量。图像质量涉及到用于使用图像准确评估该对准的图像的适用性。图像质量包括清晰度、分辨率和对准标记和/或边缘的可见度。图像质量在一定程度上取决于工具表面和/或被捕获而进行对准的片材材料的表面的光学特性。


技术实现要素：

11.因此，本发明的目标是通过增强图像质量普遍提高对准精度。特别是减少对在捕获图像中涉及到的表面的光学特性的依赖性。
12.本发明的另一个目标是提高图像过程的稳定性和可重复性，从而提高对准评估的可重复性。
13.该问题是通过如上所述的类型的片材材料加工单元来解决的，该片材材料加工单元包括第一组光源和第二组光源，第一组光源包括用于照亮待捕获部分的至少一个光源，第二组光源包括用于照亮待捕获部分的至少一个光源。第一和第二组光源彼此不同，并且被配置为先后照亮待捕获部分。光源是例如led(发光二极管)。通过照亮上部工具、下部工具和/或片材材料的待捕获部分，相应图像的质量得到改善。此外，至少就照明而言，实现了不受环境条件的影响。因此，可以实现高精度对准。当使用两组不同的光源先后照亮待捕获部分时，即首先只使用第一组光源照射待捕获部分，然后只使用第二组光源照射待捕获部分，图像质量可以被进一步增强。当在每种上述照明条件下捕获图像并将包含在两种图像中的信息结合时，更是如此。这样做，可以补偿例如非常光泽的表面的不期望的反射。在给定的位置，这种反射可能仅出现在在一种照明条件下。因此，可以从至少两个图像的组合中检测到以其他方式无法检测到的捕获图像的特征。因此，进一步提高了对准的精度。
14.优选地，第一组和第二组光源彼此不相交(或相当于分开)，即它们没有任何共同的光源。
15.本发明的基本思想可以概括为将在给定照明条件下捕获的单个图像替换为在不同的、专门创建的照明条件下捕获的至少两个图像。将包含在至少两个图像中的信息组合。不同的照明条件尤其导致至少两个图像中光和阴影的不同分布。通过组合这些图像，不期望的反射或偏转的影响得到补偿。
16.当然，在其他变体中，可以使用两组以上不同(或不相交)的光源，例如四组光源。每组光源用于创建特定的照明条件，每种照明条件下捕获一张图像。然后，将包含在图像中的信息进行组合。
17.在本文中，摄像单元被理解为用于捕获图像的系统。因此，摄像单元还可以包括附加的光学部件，例如透镜或反光镜。该反光镜特别适用于倾斜光轴，以便摄像单元可以安装在有限空间。
18.在优选实施方式中，这些组光源布置在摄像单元上。因此，摄像单元和这些组光源形成结构单元，该结构单元紧凑而且可以不费力地安装在片材材料加工单元内。
19.进一步优选的，上部工具和下部工具均为可更换的工具，即上部工具和下部工具均可以替换为用于执行其他作业的其他工具。因此，片材材料加工单元可以用于执行多种作业。
20.优选地，在位于第一开口后面的下部工具的部分上设置第一标记。第一标记优选
地实现为下部工具表面上的特征，该特征可以被摄像单元容易地检测到。这允许快速和精确的对准，因为对准依赖标记而不是不太突出的表面特征。
21.摄像单元通过线性驱动单元可移动地支撑在框架上，使得摄像单元沿上部工具的宽度方向是可移置的。该宽度可对应于片材材料加工单元的横向方向，即垂直于待加工的片材材料的移动方向定位的方向。因此，摄像头可以移动到合适的位置以捕获用于对准的图像。因此，图像质量和对准精度得到提高。该可移动支撑的摄像单元还使片材材料加工单元相对于其中使用的不同工具具有灵活性。不同种类的工具可以在不同的位置提供相应的第一开口。摄像单元总是可以移动到可以捕获高质量图像的位置。
22.根据一个实施方式，在包括第一开口的上部工具上设置第二开口。摄像单元可以通过线性驱动单元移动，使其能够同时捕获包括第二开口的上部工具的一部分和位于第二开口后面的下部工具的一部分。因此，上部工具包括两个开口，即第一开口和第二开口。为使上部工具和下部工具相对于彼此对准，以及用于使上部工具相对于待加工片材材料对准，摄像单元可以在分别对应第一开口和第二开口的两个位置捕获图像。这导致了对准精度的提高。特别地，在两个位置捕获图像允许上部工具和下部工具相对于彼此或相对于待加工的片材材料的枢轴对准，例如围绕z方向旋转。当只使用在一个位置捕获的图像时，只有沿x方向和y方向的位置能够被测量。在这种情况下，只能假设没有枢轴的错位。
23.也可以在位于第二开口后面的下部工具的部分上设置第二标记。此外，第二标记优选地实现为可以被摄像单元容易地检测到的在下部工具表面上的特征。这允许快速和精确的对准，因为对准依赖标记而不是不太突出的表面特征。
24.如前所述，当上部工具和下部工具相互作用或接合时，上部工具和下部工具相对于彼此的对准是至关重要的。然而，在作业变更过程中，上部和下部工具必须在被使用前(即在相互作用或接合之前)对准。根据本发明的一个方面，提供了一种使用校准标记的校准方法。该校准允许通过当上部工具和下部工具分离时上部工具相对于下部工具的位置来计算当上部工具和下部工具接合时上部工具相对于下部工具的位置。换句话说，该校准可以通过上部工具在位于其上部分离位置时的位置来预测上部工具在位于其下部接合位置时的位置。在机器的设置阶段执行该校准方法。
25.在没有校准数据可用的情况下，假设在上部分离位置测量的上部工具沿x方向和沿y方向的位置等于上部工具在下部接合位置的x和y位置。
26.根据一种变体，校准标记位于上部工具上或与上部工具相连的相应的工具架上。校准标记可被摄像单元检测到，特别是其中校准标记的表面由以漫反射方式反射光的材料制成。在其他变体中，使用多个校准标记，例如四个校准标记分布在上部工具上。以漫反射方式反射光的材料比其他材料产生更少干扰反射。因此，摄像单元捕获的图像的质量得到了提高。
27.校准标记与可移动用于加工片材材料的上部工具相关联。
28.由于校准标记，当捕获上部工具和下部工具在分离位置的相应图像时，可以实现上部工具和下部工具在接合位置的对准。上部工具在分离时处于上部位置，在接合时处于下部位置。为此，首先移动上部工具和下部工具使其相互作用或接合，并捕获校准标记的图像。然后，将上部工具和下部工具移动到用于校准的位置，并再次捕获校准标记的图像。在分析校准标记的两个图像时，相对于在其处进行对准的工具的位置，可以准确地知道工具
的接合位置的坐标。这些坐标，或者更一般的校准结果，可以用于对准。因此，校准标记具有高的对准精度。
29.根据一种变体，校准使用第一校准图像和第二校准图像，第一校准图像中上部工具位于其上部位置，第二校准图像中上部工具位于中间位置。上部工具的上部位置对应于用于对准方法的位置。中间位置低于上部位置，但仍高于接合位置。通过使用与处于其上部位置的上部工具的x-y位置结合的上部、中间、下部位置的相应高度(即z位置)，可由处于中间位置的上部工具的x、y位置外推得到位于接合位置的上部工具的x、y坐标。为保证足够的精度，上部工具在上部位置和中间位置之间的(垂直的)行程应为上部位置与下部位置之间总行程的至少30％，优选是80％。
30.校准标记可以包括按照预先定义的布局排列的多个标记元素。标记元素是例如点或其他相对简单的几何元素。例如，它们以已知网格尺寸的矩形阵列被布置。在优选的示例中，36个标记元素以6乘6标记的方形阵列被布置。对于这样的校准标记，在三维空间中的位置很容易被摄像单元检测到。如果摄像单元的位置是已知的，则可以从校准标记在图像中的位置推导出校准标记在检测平面内的位置。通过分析图像中网格尺寸与已知网格尺寸的偏差，可以推导出校准标记沿垂直于检测平面的方向z的位置。换句话说，分析了标记的缩放因子或比例。因此，校准标记允许精确地检测相关工具的位置。
31.可以提供盖子，用于选择性地覆盖和揭开校准标记。这一措施避免了标记被灰尘或其他不希望的颗粒覆盖。通过保持标记尽可能清洁，检测的准确性和速度可以保持在高的水平。
32.上部工具包括至少一个校准标记，但优选为多个校准标记。
33.有利的是，上部工具连接到垂直驱动单元，下部工具基本上固定在框架内，以便上部工具相对于下部工具沿垂直方向可移动以加工片材材料。工具的这种配置已被证明非常适合加工片材。在本文中，下部工具是固定的事实是针对片材材料加工单元的操作状态。这意味着固定的工具为了对准的目的仍然是可移动的。
34.根据优选的实施方式，第一组光源由单一光源组成，第二组光源由单一光源组成。这种组光源结构简单而坚固。
35.此外，该问题是通过一种用于评估根据本发明的板材材料加工单元的上部工具和下部工具相对彼此对准的方法来解决的，该方法包括以下步骤：
36.a)定位摄像单元，使其能够同时捕获包括第一开口的上部工具的一部分和位于第一开口后面的下部工具的一部分；
37.b)激活包括至少一个光源的第一组光源，而剩余组的光源未被激活，捕获包括第一开口的上部工具的一部分和位于第一开口后面且包括第一标记的下部工具的一部分的第一图像，
38.c)激活包括至少一个光源的第二组光源，而剩余组的光源未被激活，捕获包括第一开口的上部工具的一部分和位于第一开口后面且包括第一标记的下部工具的一部分的第二图像，
39.d)通过结合地分析第一图像和第二图像确定第一开口的至少两个边缘的位置，并从至少两个边缘的位置推导出包括第一开口的上部工具的位置，
40.e)通过结合地分析第一图像和第二图像确定第一标记的位置，从第一标记的位置
推导出包括第一标记的下部工具的位置，和
41.f)计算上部工具的位置与下部工具的位置之间的位置偏移。
42.可以理解的是该方法是在片材材料没有存在片材材料加工单元中(特别是在上部工具和下部工具之间)的情况下执行的。第一组光源和第二组光源的激活产生了不同的照明条件。待捕获部分的某些特征在一种照明条件下比在另一种照明条件下可以更好地可见或可检测。因此，能够以高的精度和可靠性来识别至少两个边缘的位置和第一标记的位置。因此，也能够以高的精度和可靠性推导上部工具和下部工具的位置。因此，可以高精度地确定作为对准的质量指标的位置偏移。此位置偏移可用于决定是否应移动工具中的一个以提高对准。由于对准定义了上部工具和下部工具相对于彼此的相对方向，工具之一配备对准单元在技术上就足够了。然而，正如后面要解释的那样，优选的是这两个工具都配备对准单元。在每次更换工具时，当工具组静止时执行该方法。这么做确保了上部工具和下部工具相对于彼此的正确的对准。该方法可以以完全自动化的方式执行。这些工具的后续的对准也可以是全自动化的。
43.此外，该问题是通过一种用于评估根据本发明的片材材料加工单元的上部工具相对于布置在其中的片材材料的对准的方法来解决的，该方法包括以下步骤：
44.a)定位摄像单元，使其能够同时捕获包括第一开口的上部工具的一部分和位于第一开口后面的片材材料的一部分，
45.b)激活包括至少一个光源的第一组光源，而剩余组的光源未被激活，捕获包括第一开口的上部工具的一部分和位于第一开口后面且包括片材标记的片材材料的一部分的第一图像，
46.c)激活包括至少一个光源的第二组光源，而剩余组的光源未被激活，捕获包括第一开口的上部工具的一部分和位于第一开口后面且包括片材标记的片材材料的一部分的第二图像，
47.d)通过结合地分析第一图像和第二图像确定第一开口的至少两个边缘的位置，并从至少两个边缘的位置推导出包括第一开口的上部工具的位置，
48.e)通过结合地分析第一图像和第二图像确定片材标记的位置，并从片材标记的位置推导片材材料的位置，和
49.f)计算包括第一开口的上部工具的位置与片材材料的位置之间的位置偏移。
50.可以理解的是，该方法只能在片材材料存在于片材材料加工单元中的情况下执行。片材标记可以是被切割、冲压或印刷的。优选地，片材标记是被切割的。第一组光源和第二组光源的激活产生了不同的照明条件。待捕获部分的一些特征在一种照明条件下比在另一种照明条件下能够更好地可见或可检测。因此，能够以高的精度和可靠性来识别至少两个边缘的位置和片材标记的位置。因此，也能够以高的精度和可靠性来推导出上部工具的位置。这同样适用于片材材料的位置。因此，可以高精度地确定作为对准的质量指标的位置偏移。此位置偏移可用于决定是否应相对于片材材料移动工具以提高对准。为此，上部工具和下部工具都配备了各自的对准单元，对准单元适合用于相对于片材材料移动工具而不需要使工具相对于彼此移动。在每次更换工具时，当工具组静止时执行该方法。这样做保证了上部工具和下部工具相对于片材材料的正确的对准。该方法可以以完全自动化的方式执行。工具的后续的对准也可以是全自动化的。
51.在第一开口的边缘是直的情况下，识别至少两个边缘的位置具有的优点是能够确定沿x方向的位置和沿y方向的位置。可以通过识别单个弯曲边缘来实现同样的结果，即沿x方向的位置和沿y方向的位置。因此，在本技术的意义上说，弯曲的边缘的两个部分被认为是两个边缘。
52.两种方法都可以在上部工具位于其上部分离位置时执行，其中使用校准结果计算与上部工具的下部接合位置有关的上部工具的对准。正如已经对结合根据本发明的片材材料加工单元阐述的那样，校准结果基本包括上部工具的下部位置相对于其上部位置的坐标。换句话说，校准结果包括上部位置和下部位置之间的空间差异或矢量。因此，通过使用校准结果可以从在上部位置评估的对准容易地推导出与下部位置相关联的对准。特别地，通过采用以下方法步骤生成校准结果。
53.优选地，在激活状态下，包括至少一个光源的第一组光源和/或包括至少一个光源的第二组光源照亮上部工具和下部工具或片材材料，使第一开口的至少一个边缘在位于第一开口下方的部分上投影。因此，边缘能够被高精度地检测到。这是因为：直接相邻于边缘产生的阴影在捕获图像中显示为黑暗区域，而与包括第一开口的相应工具的边缘相邻的部分在捕获图像中显示为明亮区域。可替代地，照明也可以配置为使得两个边缘在位于第一开口下方的部分上投影。这样的边缘优选的是相邻的边缘。在这两种替代方案中，边缘和因此相应工具的位置能够被高精度地检测到。
54.在一种变体中，在包括第一开口的上部工具上设置第二开口，并且当摄像单元被定位成使得其能够同时捕获包括第二开口的上部工具的一部分和位于第二开口后面的一部分时执行该方法。优选地，结合这样的第二开口，在位于第二开口后面的下部工具的部分上设置第二标记和/或在位于第二开口后面的片材材料上设置进一步的片材标记。第二开口提供了已经结合第一开口所阐述的基本上相同的效果和优势。然而，当使用第一和第二开口来评估上部工具和下部工具相对于彼此的对准或用于评估上部工具相对于片材材料的对准时，检测的准确性可以被进一步提高。换句话说，当使用第一开口和第二开口时，在两个不同的位置评估该对准。
55.根据本发明的片材材料加工单元可以被校准，特别是在执行步骤a)之前，校准包括以下步骤：
56.a)将上部工具移动到其上部位置，通过摄像单元捕获与上部工具相关联的校准标记，其中校准标记包括按照预定义布局布置的多个标记元素，
57.b)计算与上部工具的上部位置相关联的校准标记在水平面中的第一位置，
58.c)将上部工具移动到其中间位置，通过摄像单元捕获与上部工具相关联的校准标记，
59.d)计算与上部工具的中间位置相关联的校准标记在水平面中的第二位置，和
60.e)计算包括连接第一位置和第二位置的矢量的校准结果。
61.已经结合根据本发明的片材材料加工单元详细的解释了与校准标记相关联的上部工具的位置的计算。因此，可以在三维空间中检测校准标记的位置。结合片材材料加工单元提到的效果和优点也适用于用于校准的方法步骤。
62.在此基础上，还可以计算出上部工具的中间位置和上部位置之间的实际运动方向偏离摄像头的光轴的角度。如前已经解释的，当在上部位置和中间位置捕获校准标记的图
像时，可以计算这些位置之间的空间差异或矢量。该空间差异也可以被称为校准结果。如果已知上部工具的上部位置，该校准结果可用于预测上部工具的下部位置。
63.在已经安装片材材料加工单元后，可进行校准。优选地，也应根据需要时常(例如定期地)进行校准，以确保片材材料加工单元的平稳运行。
64.优选地，在摄像单元的多个位置处执行校准，其中为每个位置设置校准标记。例如，校准使用四个、六个或九个校准标记，并在四个、六个或九个相应的位置处执行校准。这样做进一步提高了校准的精度。
附图说明
65.有利的是，上部工具的中间位置是上部工具的下部位置。换句话说，中间位置对应于在其中上部工具和下部工具处于接合的位置。现在参考所附附图对本发明进行描述。在图中，
[0066]-图1示意性地示出了根据本发明的片材材料加工单元的部分剖面侧视图，其中其上部工具表示在上部位置，其中片材材料布置在片材材料加工单元内，其中上部工具在片材材料上投影，
[0067]-图2示意性地示出了根据本发明的片材材料加工单元的部分剖面侧视图，其中其上部工具携带校准标记，其中上部工具的下部位置和上部位置之间的实际运动方向间的角度不能与摄像单元的光轴区分，
[0068]-图3示意性地示出了图2的片材材料加工单元，其中，为了说明的目的，夸大了上部工具的下部位置和上部位置之间的实际运动方向z'与摄像单元的光轴之间的未对准，
[0069]-图4以俯视图示意性地示出了图1的片材材料加工单元，其中片材材料已被去除，
[0070]-图5以单独的表示示出了图1至图4的片材材料加工单元的校准标记，
[0071]-图6示出了在第一照明条件下图1至图4的片材材料加工单元的上部工具的一部分和下部工具的一部分，
[0072]-图7示出了在第二照明条件下图1至图4的片材材料加工单元的上部工具的一部分和下部工具的一部分，
[0073]-图8示出了在第三照明条件下图1至图4的片材材料加工单元的上部工具的一部分和下部工具的一部分，
[0074]-图9示出了在第四照明条件下图1至图4的片材材料加工单元的上部工具的一部分和下部工具的一部分，
[0075]-图10示出了图1至图4的片材材料加工单元的上部工具的一部分和下部工具的一部分的组合图像，其中已组合了第一至第四照明条件，和
[0076]-图11示出了根据替代实施方式的片材材料加工单元的上部工具的一部分和下部工具的一部分。
具体实施方式
[0077]
图1至图4示出了片材材料加工单元10，其在本实施例中为用于纸板片材的剥离站。
[0078]
片材材料加工单元10包括框架12。
[0079]
下部工具14通过下部对准单元16安装在框架上。
[0080]
除了由对准单元16引起的可能的移动外，下部工具14固定在框架12内。
[0081]
此外，上部工具18通过上部对准单元20安装在框架12上。
[0082]
上部工具18进一步连接到垂直驱动单元22，使得上部工具18相对于下部工具14沿垂直方向24可移动，用于加工放置在下部工具14上的示例性片材材料26(参见图1)。
[0083]
在图2和图3中，上部工具18和相关部件表示在上部位置和下部位置。为了辨别这两个位置，位于其上部位置的部件用后缀u来表示，位于其下部位置的部件用后缀l来表示。
[0084]
上部工具18和下部工具14被配置为彼此相互作用以加工片材材料26，在本实施例中以执行剥离操作。由于剥离本身在本领域是众所周知的，因此将省略详细的描述。
[0085]
上部工具18和下部工具14可以相对于彼此并相对于片材材料26对准。为此，可以使用对准单元16、20，对准单元16、20允许在预定义的间隔内沿x方向和y方向移动各自的工具14、18。此外，对准单元16、20允许各自的工具14、18围绕z方向旋转。
[0086]
此外，上部工具18包括具有基本矩形形状的第一开口28(参见图4)。
[0087]
此外，在上部工具18上设置第二开口30。第二开口30也具有与第一开口28的形状基本相同的基本矩形的形状。然而，第二开口30相对于第一开口28沿y方向移动(参见图4)。
[0088]
当处于上部工具18上方时，可以透过第一开口28和第二开口30看见下部工具14。
[0089]
在位于第一开口28后面的下部工具14的一部分上设有第一标记32。
[0090]
在位于第二开口30后面的下部工具14的一部分上设有第二标记34。
[0091]
第一标记32和第二标记34均为光学可检测的标记。
[0092]
在所示的实施例中，第一标记32和第二标记34形成为十字形。
[0093]
校准标记36基本上为方形，并包括按照预定义布局排列的多个标记元素38。在所示的实施例中，校准标记36包括九个标记元素38，九个标记元素38按照恒定网格尺寸布置成方形阵列。为了更好的易读性，仅一些标记元素38标示有附图标记(参见图5)。
[0094]
此外，校准标记的表面由以漫反射方式反射光的材料制成。
[0095]
片材材料加工单元10还包括摄像单元40，其通过线性驱动单元42可移动地支撑在框架12上(参见图4)，使得摄像单元40沿上部工具18和下部工具14的宽度可移位，该宽度对应于y方向。
[0096]
在本实施方式中，摄像单元40包括反光镜40a，用于将基本沿垂直方向24定向的入射光束重新定向到透镜40b上。
[0097]
透镜40b在基本上水平的方向上邻近反光镜40a定位。图像探测器40c定位在透镜后面并接收由透镜40b透射的光束。
[0098]
正如将关于对准方法解释的那样，摄像单元40布置为使得其能够同时捕获包括第一开口28的上部工具18的一部分和位于第一开口28后面包括第一标记32的下部工具14的一部分。
[0099]
此外，摄像单元40可以被移动到在其处摄像单元40能够同时捕获包括第二开口30的上部工具18的一部分和位于第二开口30后面且包括第二标记34的下部工具14的一部分的位置。
[0100]
此外，校准标记36可以被摄像单元40检测到。
[0101]
进一步地，片材材料加工单元10包括四组不相交的光源，每组光源恰好包含用于
照亮待被摄像单元40捕获的部分的一个光源44a、44b、44c、44d。
[0102]
下文中，光源44a、44b、44c、44d中的每一个将代表相应组的光源。
[0103]
请注意，在本实施例中我们使用不相交组的光源，但我们通常可能会使用四组不同的光源，每组都与其相邻组共用一些光源。实际上，当使用led环时这种情况可能会发生，其中每个照明代表略多于四分之一环(同样的道理适用于将环作为两组光源时)。
[0104]
光源44a、44b、44c、44d配置为先后照亮这些部分，即它们不在同一时间被激活。将参考根据本发明的方法在下文中对此加以说明。
[0105]
为了得到高质量的加工结果，即为了精确地和可靠地剥落片材材料26，当上部工具18处于其下部位置时，上部工具18和下部工具14需要被精确地对准。只有在这个位置，上部工具18和下部工具14才彼此相互作用。而且，上部工具18和下部工具14需要小心地与待加工的片材材料26对准。
[0106]
然而，已经发现当上部工具18位于其上部位置时比位于其下部位置时更方便地评估对准。
[0107]
如果片材材料加工单元10被正确地校准，这是可行的。
[0108]
为此，将上部工具18移动到中间位置，该中间位置在所示示例中对应于其下部位置，校准标记36的图像被摄像单元40捕获。
[0109]
由于摄像单元40的位置是已知的，可以通过分析捕获的图像计算出校准标记36在x方向和y方向延伸的平面内的位置。
[0110]
此外，可以通过分析捕获的图像并结合摄像单元的已知位置和已知的预定义布局，计算出校准标记36的垂直位置，即校准标记36在z方向的位置。由于布局是已知的，可以通过分析图像来计算缩放因子，并且可以从缩放因子推导出沿z方向的位置。
[0111]
随后，将上部工具18移动到其上部位置，校准标记36的图像被摄像单元40捕获。
[0112]
同样在上部工具18的这个位置，通过分析捕获的图像并结合摄像单元40的已知位置，可以计算出校准标记36在x方向和y方向延伸的平面内的位置。
[0113]
与上文一样，也可以通过分析捕获的图像并结合摄像单元已知的位置和已知的预定义模式计算出校准标记36在z方向上的位置。
[0114]
使用上述位置，可以计算出上部工具18的上部位置和下部位置之间的空间差异。空间差异可以用矢量的形式表示。
[0115]
通过评估上述位置，也可以计算出上部工具18的下部位置和上部位置之间的实际运动方向z'偏离光轴25的角度α(参见图3)。
[0116]
由于该校准，可以根据上部工具18的已知的上部位置来计算上部工具18的下部位置。
[0117]
可以理解的是，在本实施例中只设置了一个校准标记36，因此仅在摄像单元40的一个位置上执行校准。然而，可以理解的是，也可以在摄像单元40的多个位置上执行上述校准步骤，其中为每个位置均设置了校准标记36。
[0118]
一旦校准完成，当上部工具18位于其上部位置时，可以评估上部工具18和下部工具14相对于彼此的对准。如上文已经解释过的，可以通过使用上述校准结果计算出上部工具18的下部位置。对校准而言，下部位置实际上是相关的。
[0119]
摄像单元40被定位成使得其能够同时捕获包括第一开口28的上部工具18的一部
分和位于第一开口28后面的下部工具14的一部分。下部工具14的该部分包括第一标记32。
[0120]
然后激活第一光源44a，而剩余光源44b、44c、44d未被激活。因此，第一光源44a照亮上部工具18和下部工具14，使得第一开口28的一个边缘46a在位于第一开口28下方的下部工具14的一部分上投下阴影48a(参见图6)。
[0121]
摄像单元40捕获第一图像，第一图像包括第一开口28和位于第一开口28下方且包括第一标记32的下部工具14的一部分。
[0122]
随后，激活第二光源44b，而剩余光源44a、44c、44d未被激活。因此，第二光源44b照亮上部工具18和下部工具14，使得第一开口28的一个边缘46b在位于第一开口28下方的下部工具14的一部分上投下阴影48b(参见图7)。
[0123]
摄像单元40捕获第二图像，第二图像包括第一开口28和位于第一开口下方且包括第一标记32的下部工具14的一部分。
[0124]
然后，激活第三光源44c，而剩余光源44a、44b、44d未被激活。因此，第三光源44c照亮上部工具18和下部工具14，使得第一开口28的一个边缘46c在位于第一开口28下方的下部工具14的一部分上投下阴影48c(参见图8)。
[0125]
摄像单元40捕获第三图像，第三图像包括第一开口28和位于第一开口28下方且包括第一标记32的下部工具14的一部分。
[0126]
最后，激活第四光源44d，而剩余光源44a、44b、44c未被激活。因此，第四光源44d照亮上部工具18和下部工具14，使得第一开口28的一个边缘46d在位于第一开口28下方的下部工具14的一部分上投下阴影48d(参见图9)。
[0127]
摄像单元40捕获第四图像，第四图像包括第一开口28和位于其下方且包括第一标记32的下部工具14的一部分。
[0128]
然后结合地分析四个图像，确定第一开口28的边缘46a、46b、46c、46d的相应位置。图10示出了组合了如上所述的四个图像的图像。
[0129]
从该图中可以看出，由于四个光源44a、44b、44c、44d的连续照明，边缘46a、46b、46c、46d可以被清晰地识别为上部工具18的相对较亮的区域和投射阴影48a、48b、48c、48d的相对较暗的区域之间的边界线。
[0130]
因此，可以从这些图像中推导出第一开口28的位置。
[0131]
由于第一开口28在上部工具18内的位置是已知的，上部工具18的位置也是可容易推导的。
[0132]
此外，同样通过结合地分析如上所述的四个图像，可以高精度地识别出第一标记32的位置。
[0133]
由于第一标记32相对于下部工具14的位置是已知的，因此下部工具14的位置是容易推导的。
[0134]
使用上部工具18的位置和下部工具14的位置，可以计算出工具14、18之间的位置偏移。
[0135]
该位置偏移是上部工具18和下部工具14相对于彼此对准的指标。
[0136]
在进一步的步骤中，摄像单元40被定位成使得其能够同时捕获包括第二开口30的上部工具18的一部分和位于第二开口30后面的下部工具14的一部分。下部工具14的该部分包括第二标记34。
[0137]
为此，使用线性驱动单元42沿y方向移动摄像单元40。
[0138]
此后，重复如已经结合与第一开口28相关的摄像单元40的位置所解释的先后激活四个光源44a、44b、44c、44d的步骤。请参考上述解释。
[0139]
在此基础上，计算出工具14、18之间的另一个位置偏移量。
[0140]
如果一个或两个位置偏移量位于所期望范围之外，则可以通过由各自的对准单元16、20移动工具14、18中的一个或移动工具14、18，来调整工具14、18的对准。
[0141]
因此，上部工具18和下部工具14相对彼此对准。
[0142]
现在可以评估上部工具18和下部工具14相对于片材材料26的对准。值得注意的是，在本文中，工具14、18相对于彼此的对准不再改变。换句话说，保持工具14、18的相对位置。
[0143]
为了解决这一任务，需要将片材材料26放置在上部工具18和下部工具14之间。因此，当从上部工具18的上面观察时，下部工具14被片材材料26覆盖，在第一开口28和第二开口30后面分别是片材材料26的相应部分，每个部分都包括片材标记50。
[0144]
由于对上部工具18和下部工具14相对于片材材料26的对准的评估与对上部工具18和下部工具14相对于彼此的对准的评估非常相似，因此将再次参考图6至图10。在图6至图10中，片材材料26表示为下部工具14的替代，片材标记中的一个表示为第一标记32的替代。
[0145]
摄像单元40被定位成使得其能够同时捕获包括第一开口28的上部工具18的一部分以及位于第一开口28后面的片材材料26的一部分。片材材料26的该部分包括片材标记50。
[0146]
然后，激活第一光源44a，而剩余光源44b、44c、44d未被激活。因此，第一光源44a照亮上部工具18和片材材料26，使得第一开口28的一个边缘46a在位于第一开口28下方的片材材料26的一部分上投下阴影48a(参见图6)。
[0147]
摄像单元40捕获第一图像，第一图像包括第一开口28和位于第一开口28下方且包括片材标记50的片材材料26的一部分。
[0148]
随后，激活第二光源44b，而剩余光源44a、44c、44d未被激活。因此，第二光源44b照亮上部工具18和片材材料26，使得第一开口28的一个边缘46b在位于第一开口28下方的片材材料26的一部分上投下阴影48b(参见图7)。
[0149]
摄像单元40捕获第二图像，第二图像包括第一开口28和位于第一开口28下方且包括片材标记50的片材材料26的一部分。
[0150]
然后，激活第三光源44c，而剩余光源44a、44b、44d未被激活。因此，第三光源44c照亮上部工具18和片材材料26，使得第一开口28的一个边缘46c在位于第一开口28下方的片材材料26的一部分上投下阴影48c(参见图8)。
[0151]
摄像单元40捕获第三图像，第三图像包括第一开口28和位于第一开口28下方且包括片材标记50的片材材料26的一部分。
[0152]
最后，激活第四光源44d，而剩余光源44a、44b、44c未被激活。因此，第四光源44d照亮上部工具18和片材材料26，使得第一开口28的一个边缘46d在位于第一开口28下方的片材材料26的一部分上投下阴影48d(参见图9)。
[0153]
摄像单元40捕获第四图像，第四图像包括第一开口28和位于其下方且包括片材标
记50的片材材料26的一部分。
[0154]
然后结合地分析四个图像，确定第一开口28的边缘46a、46b、46c、46d的相应位置。图10示出了组合了如上所述的四个图像的图像。
[0155]
从图中可以看出，由于四个光源44a、44b、44c、44d的连续照明，边缘46a、46b、46c、46d可以被清晰地识别为上部工具18的相对较亮的区域和投射阴影48a、48b、48c、48d的相对较暗的区域之间的边界线。
[0156]
因此，可以从这些图像中推导出第一开口28的位置。
[0157]
由于第一开口28在上部工具18内的位置是已知的，因此也可以很容易地推导出上部工具18的位置。
[0158]
此外，同样通过结合地分析如上所述的四个图像，可以高精度地识别出片材标记50的位置。
[0159]
由于片材标记50相对于片材材料26的位置是已知的，因此很容易地推导出片材材料26的位置。
[0160]
使用上部工具18的位置和片材材料26的位置，可以计算出相应的位置偏移量。
[0161]
该位置偏移量是上部工具18和下部工具14相对于片材材料26的对准的指标。
[0162]
在下一步骤中，摄像单元40定位成使得其能够同时捕获包括第二开口30的上部工具18的一部分和位于第二开口30后面的片材材料26的一部分。片材材料26的该部分还包括片材标记50中的一个。
[0163]
为此，使用线性驱动单元42沿y方向移动摄像单元40。
[0164]
此后，重复如已经结合摄像单元40与第一开口28相关的位置所解释的先后激活四个光源44a、44b、44c、44d的步骤。请参考上述解释。
[0165]
在此基础上，计算出上部工具18与片材材料26之间的另一个位置偏移量。
[0166]
如果一个或两个位置偏移量位于所期望范围之外，则可以通过使用各自的对准单元16、20共同地移动工具14、18来调整工具14、18相对于片材材料26的对准。
[0167]
因此，上部工具18和下部工具14相对于片材材料26对准。
[0168]
图11示出了根据可替代的实施方式的片材材料加工单元10。
[0169]
该变型与前面所述的实施方式不同在于只提供了两组互不相交的光源44a、44b，每组光源恰好包括一个光源。
[0170]
其第一光源44a配置为用于照亮包括第一开口28的上部工具18的一部分和位于第一开口28下方的下部工具14的一部分或位于第一开口28下方的片材材料26的一部分，使得两个边缘46a、46c同时在下部工具14或片材材料26上投下阴影48a、48c。
[0171]
其第二光源44b配置为用于照亮包括第一开口28的上部工具18的一部分和位于第一开口28下方的下部工具14或片材材料26的一部分，使得两个边缘46b、46d同时在下部工具14或片材材料26上投下阴影48b、48d。
[0172]
对于其余的特征以及相应的效果和优点，请参考图1至图10所示的实施方式。
[0173]
要注意的是，在所有上述实施方式中，第一开口28和第二开口30设置在上部工具18中，摄像单元40定位在上部工具18之上。显然该解决方案也可以是运动学上相反的，使得第一开口28和第二开口30设置在下部工具14上，摄像单元40布置在下部工具14的下方。

技术特征：
1.一种用于加工包装用的纸张片材、硬纸板片材或塑料片材的片材材料加工单元(10)，包括框架(12)，上部工具(18)和下部工具(14)，其中所述上部工具(18)和所述下部工具(14)配置为彼此相互作用以加工片材材料(26)，所述上部工具(18)和所述下部工具(14)通过相应的上部对准单元(20)和相应的下部对准单元(16)安装在所述框架(12)上，所述上部对准单元(20)和所述相应的下部对准单元(16)用于使上部工具(18)和下部工具(14)相对于彼此以及相对于待加工的片材材料(26)对准，其中所述上部工具(18)包括第一开口(28)，摄像单元(40)，其布置成使得其能够同时捕获包括第一开口(28)的上部工具(18)的一部分和位于第一开口(28)后面的下部工具(14)的一部分，用于对准所述上部工具(18)和所述下部工具(14)，和第一组光源，其包括用于照亮待捕获部分的至少一个光源(44a、44b、44c、44d)，第二组光源，其包括用于照亮待捕获部分的至少一个光源(44a、44b、44c、44d)，其中所述第一组光源和所述第二组光源彼此不同并且被配置用于先后照亮所述待捕获部分。2.根据权利要求1所述的片材材料加工单元(10)，其特征在于，在位于所述第一开口(28)后面的所述下部工具(14)的一部分上设置第一标记(32)。3.根据权利要求1或2所述的片材材料加工单元(10)，其特征在于所述摄像单元(40)通过线性驱动单元(42)可移动地支撑在框架(12)上，使得摄像单元(40)沿所述上部工具(18)的宽度可移位。4.根据权利要求3所述的片材材料加工单元(10)，其特征在于在包括第一开口(28)的所述上部工具(18)上设置第二开口(30)，其中所述摄像单元(40)能够通过线性驱动单元(42)移动，使得摄像单元(40)能够同时捕获包括第二开口(30)的所述上部工具(18)的一部分和位于所述第二开口(30)后面的所述下部工具(14)的一部分。5.根据权利要求4所述的片材材料加工单元(10)，其特征在于在位于所述第二开口(30)后面的所述下部工具(14)的一部分上设置第二标记(34)。6.根据前述权利要求中任一项所述的片材材料加工单元(10)，其特征在于校准标记(36)定位在所述上部工具(18)上或定位在所述上部工具(18)所附接的相应工具架上，所述校准标记(36)可被摄像单元(40)检测到，特别是其中校准标记(36)的表面由以漫反射方式反射光的材料制成。7.根据权利要求6所述的片材材料加工单元(10)，其特征在于所述校准标记(36)包括按照预先定义的布局布置的多个标记元素(38)。8.根据前述权利要求中任一项所述的片材材料加工单元(10)，其特征在于所述上部工具(18)连接到垂直驱动单元(22)并且所述下部工具(14)基本上固定在框架(12)内，以便所述上部工具(18)相对于所述下部工具(14)沿垂直方向(24)可移动以加工片材材料(26)。9.根据前述权利要求中任一项所述的片材材料加工单元(10)，其特征在于所述第一组光源由单个光源(44a、44b、44c、44d)组成，所述第二组光源由单个光源(44a、44b、44c、44d)组成。10.一种用于评估根据权利要求1至9中任一项所述的片材材料加工单元(10)的上部工
具(18)和下部工具(14)相对于彼此对准的方法，包括以下步骤：a)定位摄像单元(40)使得其能够同时捕获包括第一开口(28)的上部工具(18)的一部分和位于第一开口(28)后面的下部工具(14)的一部分，b)激活包括至少一个光源(44a)的第一组光源，而剩余组的光源未被激活，捕获包括第一开口(28)的所述上部工具(18)的一部分和位于第一开口(28)后面且包括第一标记(32)的下部工具(14)的一部分的第一图像，c)激活包括至少一个光源(44b)的第二组光源，而剩余组的光源未被激活，捕获包括第一开口(28)的所述上部工具(18)的一部分和和位于第一开口(28)后面且包括第一标记(32)的所述下部工具(14)的一部分的第二图像，d)通过结合地分析第一图像和第二图像确定第一开口(28)的至少两个边缘(46a、46b、46c、46d)的位置，并从至少两个边缘(46a、46b、46c、46d)的位置推导出包括第一开口(28)的上部工具(18)的位置，e)通过结合地分析第一图像和第二图像确定第一标记(32)的位置，从所述第一标记(32)的位置推导出包括第一标记(32)的下部工具(14)的位置，和f)计算所述上部工具(18)的位置与所述下部工具(14)的位置之间的位置偏移量。11.一种用于评估根据权利要求1至9中任一项所述的片材材料加工单元(10)的上部工具(18)相对于布置在其中的片材材料(26)的对准的方法，包括以下步骤：a)定位摄像单元(40)使得其能够同时捕获包括第一开口(28)的上部工具(18)的一部分和位于第一开口(28)后面的片材材料(26)的一部分，b)激活包括至少一个光源(44a)的第一组光源，而剩余组的光源未被激活，捕获包括第一开口(28)的上部工具(18)的一部分和位于第一开口(28)后面且包括片材标记(50)的所述片材材料(26)的一部分的第一图像，c)激活包括至少一个光源(44b)的第二组光源，而剩余组的光源未被激活，捕获包括第一开口(28)的所述上部工具(18)的一部分和位于第一开口(28)后面且包括片材标记(50)的所述片材材料(26)的一部分的第二图像，d)通过结合地分析第一图像和第二图像确定第一开口(28)的至少两个边缘(46a、46b、46c、46d)的位置，并从所述至少两个边缘(46a、46b、46c、46d)的位置推导出包括第一开口(28)的上部工具(18)的位置，e)通过结合地分析第一图像和第二图像确定片材标记(50)的位置，并从片材标记(50)的位置推导出片材材料(26)的位置，和f)计算所述上部工具(18)的位置与所述片材材料(26)的位置之间的位置偏移量。12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述方法在所述上部工具(18)处于其上部位置的情况下执行，其中使用校准结果来计算所述上部工具(18)的与其下部位置相关联的对准。13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，在激活状态下，包括至少一个光源(44a)的所述第一组光源和/或包括至少一个光源(44b)的第二组光源照亮上部工具(18)、下部工具(14)或片材材料(26)，使得第一开口(28)的至少一个边缘(46a、46b、46c、46d)在位于第一开口(28)下方的部分上投下阴影(48a、48b、48c、48d)。14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其特征在于，在上部工具(18)上设置第
二开口(30)，当摄像单元(40)定位成使得其能够同时捕获包括第二开口(30)的上部工具(18)的一部分和位于第二开口(30)后面的部分时，执行根据权利要求10至13中任一项所述的方法。15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其特征在于，根据权利要求1至9中任一项所述的片材材料加工单元(10)被校准，特别是在执行步骤(a)之前被校准，所述校准包括以下步骤：a)将上部工具(18)移动到其上部位置，并且通过摄像单元(40)捕获与上部工具(18)相关联的校准标记(36)，其中所述校准标记(36)包括根据预定义布局布置的多个标记元素(38)，b)计算所述校准标记(36)位于与上部工具(18)的上部位置相关联的水平面中的第一位置，c)将上部工具(18)移动到其中间位置，并通过摄像单元(40)捕获与上部工具(18)相关联的校准标记(36)，d)计算校准标记(36)在与所述上部工具(18)的中间位置相关联的水平平面中的第二位置，和e)计算包括连接所述第一位置和所述第二位置的矢量的校准结果。16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述上部工具(18)的中间位置是上部工具(18)的下部位置。

技术总结
描述了片材材料加工单元(10)。其包括上部工具(18)和下部工具(14)，其中上部工具(18)和下部工具(14)配置成彼此相互作用以便加工片材材料(26)。此外，设置摄像单元(40)，摄像单元(40)布置成使得其能够同时捕获包括第一开口(28)的上部工具(18)的一部分和位于第一开口(28)后面的下部工具(14)的一部分，以对准工具(14、18)。片材材料加工单元(10)另外包括第一组光源和第二组光源，第一组光源和第二组光源彼此不同并且被配置为用于先后照亮待捕获部分。此外，提出了用于评估上部工具(18)相对于下部工具(14)和相对于片材材料(26)的对准的方法。方法。方法。


技术研发人员：F
受保护的技术使用者：鲍勃斯脱梅克斯股份有限公司
技术研发日：2021.10.01
技术公布日：2023/7/22