Effiziente 3D-Roboterführung einfach selbst integrieren

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Die Königsdisziplin: der Griff in die Kiste

Die Mehrliniensensoren werden zum Verbund CONact SHAPEMATCH3D zusammengefasst. SHAPESCAN3D gestattet dem Roboter das Bin Picking, also den „Griff in die Kiste“. Dreidimensional lassen sich auch unter schwierigen Beleuchtungsbedingungen die Positionen ungeordneter, zufällig verteilter Objekte in unterschiedlichen Tiefenlagen großer Behälter bestimmen. Der Roboter kann unsortierte Teile direkt aus dem Transportbehälter entnehmen und (ohne aufwendige mechanische Konstruktionen) dem Fertigungsprozess zuführen. Der direkte Griff in die Kiste bietet im Vergleich zur mechanischen Vereinzelung die Vorteile der Flexibilität im Teilespektrum und Kostenreduktion durch den deutlich geringeren Bedarf an mechanischen Zuführkomponenten.

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Dieser „Griff in die Kiste“ gehört zu den anspruchs-vollsten Roboterapplikationen. Bisher gibt es nur wenige Roboterinstallationen mit dieser Funktion, da höchste Anforderungen an die Robustheit sowie die Taktzeit gestellt werden. In modernen Fertigungsbetrieben werden Gitter- oder Euro-Palettenboxen ungeordnet beladen. Oft ist die Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Volumens so besser. Darüber hinaus würde ein geordnetes Beladen zu viel Zeit und Aufwand kosten.

Entnahme manuell, mechanisch oder per Roboter

Die Herausforderung besteht nun darin, aus den Transportverpackungen kontinuierlich ungeordnete Teile zu entnehmen und diese einer Montage- beziehungsweise Bearbeitungsanlage zuzuführen. Eine Lösung ist die manuelle Entnahme, die jedoch den Nachteil eines hohen personellen Einsatzes für eine sehr eintönige Arbeit hat, bei der keine Fehler toleriert werden können. Darüber hinaus muss die Arbeit teilweise unter schwierigen sicherheitstechnischen Bedingungen ablaufen.

Die automatisierte Entnahme von Werkstücken aus einer Kiste oder Gitterbox geschieht klassisch über Vereinzelungssysteme wie Rütteltöpfe oder Wendelförderer. Diese sind jedoch laut, platzintensiv, wenig flexibel und zudem teuer.

Geeignete Machine-Vision-Systeme ermöglichen für solche Anwendungen den Robotereinsatz. Der direkte „Griff in die Kiste“ führt zu einer hohen Flexibilität bei der Variantenvielfalt der aufzunehmenden Bauteile, da keine werkstückgebundene Sortierer benötigt werden. SHAPESCAN3D ermöglicht mit Hilfe zweier Standardkameras und einer speziellen Beleuchtung die genaue Bestimmung der Lage der einzelnen Teile in der Kiste in 3D. Mit der Auswertungsmethode des 3D Shape-Sampling werden zunächst geometrische Primitive in der Punktewolke bestimmt. Die Software setzt dann komplexere Objekte aus diesen Primitiven zusammen. So können unterschiedlich geformte Objektteile in allen Höhenlagen sicher identifiziert und deren Position bestimmt werden. Eine robuste Erkennung der Teilegeometrie auch unsortierter Objekte wird sichergestellt.

Der Sensor kann stationär über der Kiste befestigt werden; eine aufwändige Kinematik zum Verfahren des Sensors ist nicht notwendig. Standardmäßig werden Kisten mit einer Größe bis 120 cm x 100 cm x 80 cm bei einer Arbeitsentfernung von 200 cm komplett erfasst. Die Scanzeit des Gesamtvolumens beträgt etwa eine Sekunde. Die strukturierte Beleuchtung sorgt für schnelle Bildaufnahmen, ohne die Notwendigkeit einer Verschiebung von Sensor, Roboter oder Container. Der Sensor ist unempfindlich gegenüber Umgebungslicht. Außerdem erfolgen die Messungen unabhängig von der Farbe der Bauteile.

Das System liefert eine hohe Genauigkeit und kann auch verschiedene Bauteilentnahmen mit einem Scan realisieren, dadurch wird die Taktzeit deutlich verkürzt.

Schneller Datentransfer über GigE-Interface

Für alle Sensoren gilt: Der Schnittstellenstandard Gigabit-Ethernet (GigE) ermöglicht den schnellen Datenaustausch. Darüber hinaus werden viele weitere Standardkommunikationsschnittstellen, zum Beispiel Profinet und Profibus, unterstützt. Versorgen lassen sich die robusten Sensoren schnell und einfach über Power-over-Ethernet (PoE). Alle Sensoren nutzen eine neue Softwaretechnologie mit grafischer Bedienoberfläche, über die der Anwender intuitiv per Touch auf dem Bildschirm navigiert und die Anlage steuert.

Diese Art der 3D-Vision-Automation ermöglicht es den Anwendern, Bildverarbeitung deutlich einfacher in ihre Anlagen und Prozesse zu installieren und zu integrieren. Um das zu verdeutlichen, prägt der Hersteller das Schlagwort „Plug & Automate“, was bedeutet, dass die Werker nunmehr selbst ihre 3D-Roboterführung installieren und in Betrieb nehmen können. Die Software ist zusammen mit den Sensoren aber auch einzeln erhältlich. Dann bestimmen die Anwender selbst, was sie genau für ihre Anlagen benötigen. Mit einfacher Parametrierung anstelle umständlicher Programmierung wird die 3D-Roboterführung schnell und einfach umgesetzt.

Diese neue Konzept soll laut ISRA für die 3D-Machine-Vision neue Anwendungsbereiche öffnen, denn die Anwender sind nicht mehr auf Experten angewiesen, die ihre Anlagen effizient automatisieren.

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