Ordnung für den Griff ins Chaos

Automatisierung - Die sichere Erkennung der Lage unterschiedlicher Objekte in einem ungeordneten Verband ist eine der anspruchsvollsten Aufgaben der Fertigungsautomatsierung. Moderne Software eröffnet jetzt Lösungen für den Griff in die Kiste.

02. August 2007

Eine der schwierigsten Automatisierungsaufgaben in der Industrie ist der so genannte »Griff in die Kiste«, also die korrekte automatische Entnahme einzelner Werkstücke aus einem ungeordneten Verband oder unterschiedlichen Gebinden. Probleme bereiten bei dieser Aufgabenstellung nicht nur die Komplexität und Unterschiedlichkeit der Objekte mit verschiedensten Oberflächen, sondern auch die Erkennung der Behälter, die mögliche Existenz von Zwischenlagen, Fremdobjekten und Störkonturen sowie Störungen durch wechselnde Lichtverhältnisse.

Perfekt für jeden Sensor

Erste Lösungen dieser Aufgabe für die verschiedensten Industriebereiche hat jetzt der Weinheimer Bildverarbeitungsspezialist VMT vorgestellt. Im Blickpunkt bei der Entwicklung stand vor allem die Strategie, für jede Prüfung den jeweils optimalen Sensor einsetzen zu können. Das VMT-System bietet damit die Möglichkeit, für das jeweilige Einsatzgebiet die am besten geeigneten Sensoren zu nutzen und an die Software anzubinden. Zur Wahl stehen neben üblichen Flächen- und Zeilenkameras auch Triangulations- und Laserlichtschnittsensorik, Laserlaufzeit- oder Ultraschallsensoren. Derartige Sensoren arbeiten zum einen weitgehend unabhängig von Fremdlicht und erfüllen zudem die notwendigen Anforderungen an Geschwindigkeit und Genauigkeit. Außerdem stehen damit zusätzliche Informationen wie zum Beispiel Stapelhöhe und Fremdkörpererkennung zur Verfügung, auf die bei der klassischen Bildverarbeitung oft verzichtet werden muss.

Einfache Bedienung

Das eigentliche Herz des Systems ist die Software VMT IS, die in mehr als 600 Projekten permanent weiterentwickelt wurde. Hohen Wert legten die Entwickler dabei auf eine einfache und intuitive Bedienerführung, die es dem Anwender schon nach wenigen Tagen ermöglicht, die Prüfungen selbstständig durchzuführen. Die Bedienung und Einrichtung des Systems erfolgt komplett ohne Programmierung über die grafische Oberfläche und ist einheitlich für unterschiedlichste Anwendungen wie Robotersichtführung, Vollständigkeitsprüfung oder Klarschriftlesen.

Der Bildverarbeitungsrechner basiert auf einem leistungsfähigen Industrie-PC mit dem Betriebssystem Windows XP. Als mögliche Koppelung zur Robotersteuerung oder zur SPS bietet das System nahezu alle in der Industrie eingesetzten Schnittstellen an. Dazu zählen serielle und digitale I/Os, Interbus, Profibus, TCP/IP und CAN-Bus. Das komplette System inklusive der Visualisierung über einen TFT-Bildschirm passt in einen PC-Schrank.

Realisiert haben die Weinheimer Spezialisten zum Beispiel bei einem Automobilhersteller die robotergestützte Entnahme unbehandelter Bremsscheiben aus einem offenen Behälter. Bei dieser Anwendung bieten die Werkstücke ein sehr variables Erscheinungsbild, von unterschiedlichen Verschmutzungen bis zu Rostflecken und unterschiedlichen Oberflächen. Zudem lassen sich inkorrekt liegende Bremsscheiben mechanisch nicht greifen. Erschwerend kommt hinzu, dass die Behälter unterschiedliche Farben besitzen und ungleichmäßig gefüllt sein können sowie häufig beschädigt sind, sodass das System auch mögliche Kollisionspunkte mit der Behälterwandung erkennen muss. Außerdem können die Behälter weitere Gegenstände enthalten, die nicht vorgesehen sind und dadurch eine Kollisionsgefahr mit dem Robotergreifer darstellen.

Am Anfang der Lösung steht ein Laserlaufzeitsensor, der an einer Linearachse oberhalb des Behälters verfährt und alle in der obersten Behälterschicht befindlichen Objekte als 3D-Datensätze erfasst. Das VMT-Bildverarbeitungssystem ermittelt dabei die Lage der Objekte im Raum sowie ihre Zugänglichkeit und stellt diese Daten dem Roboter über eine standardisierte Schnittstelle zur Verfügung. Der Roboter führt entsprechend dieser Daten eine Lagekorrektur durch und entnimmt das jeweils oberste Objekt aus dem Behälter.

Messung ohne Zeitverlust

Weil hierdurch die restlichen Bremsscheiben verrutschen können, wird die Messung in jedem Zyklus wiederholt. Die Messung selbst ist dabei jedoch nicht taktzeitrelevant, da sie während der Zeit erfolgt, in der der Roboter das gegriffene Objekt dem Verarbeitungsprozess zuführt. Bei jeder Messfahrt prüft das System zugleich die Form des Behälters und integriert die Daten zur Kollisionsvermeidung in die Kommunika­tion mit Roboter oder Handlingseinheit. Findet das System in den Behältern unerwünschte Gegenstände, sendet es sofort eine Meldung an die Steuerung, um einen Bedienereingriff zu ermöglichen.

Eine zweite realisierte Anwendung ist die automatisierte Depalettierung unsortierter Felgentypen und deren Zuführung zu einem nachgeschalteten Produktionsprozess. Bei dieser Anwendung erkennt das System die auf einer Palette in mehreren Schichten befindlichen Felgen unterschiedlichen Typs mit dem oben beschriebenen Verfahren und ermittelt die Lagekorrekturen für den Roboter bzw. die Handlingseinheit. In beiden App­likationen kommen spezielle von VMT patentierte Verfahren und Tools zum Einsatz, die sehr komplexe Aufgabenstellungen und Randbedingungen erlauben.

Andreas Tarnoki, VMT/bt

Erschienen in Ausgabe: DIGEST/2007