Bildverarbeitung ist bei Fanuc Robotern schon immer integraler Bestandteil

Intelligent sehen

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Reizvolle Möglichkeiten eröffnet die Kombination aus Bildverarbeitung und künstlicher Intelligenz. Gut, wenn dazu das Paket Roboter/Visionsystem aus einer Hand kommt – wie bei Fanuc seit fast 40 Jahren. Zur EMO sind eine Reihe von Neuerungen im Segment Visiontechnik angekündigt.

Autor: Bernhard Foitzik

Roboter lernen sehen“ titelte kürzlich eine durchaus angesehene technische Fachzeitung zu einem Artikel der Uni Bayreuth über die Möglichkeiten, die man mit einer Kombination von Roboter und Visiontechnik hat – mit ansprechenden Ergebnissen. In der Praxis, jedenfalls bei Fanuc, ist die Zusammenarbeit von Roboter und Visionsystem längst gang und gäbe. „Aber“, sagt Nico Hermann, Technical Manager Robotics im Tec Center von Fanuc Deutschland, „es ist ja nicht nur die Kamera.“

Warum also nicht auf Errungenschaften neuer Technologien zurückgreifen? Warum nicht künstliche Intelligenz nutzen? Schon die erste Deep-Learning-Präsentation von Fanuc auf der CeBit vor zwei Jahren zeigte, in welche Richtung die Entwicklung gehen wird. In dieser Zelle stehen zwei Roboter mit Area Vision Sensor an einer Kiste mit Teilen, die die Roboter, ohne eigens geteacht zu werden, aus der Kiste holen sollen.

Roboter teilen Erfahrungen

Die dabei gemachten Erfahrungen speichert jeder Roboter in der internen, Fog genannten Cloud. Dort stehen diese Informationen auch dem anderen Roboter zur Verfügung. Arbeiten beispielsweise vier Roboter an dieser Kiste, profitieren sie von den Erfahrungen der anderen Roboter und räumen die Kiste entsprechend schneller. Die Lernkurve beeindruckt: Nach 1000 Versuchen hat der Roboter eine Erfolgsquote von 60%, nach 5.000 Versuchen kann er schon 90% aller Teile greifen – ohne dass eine einzige Zeile Programm-Code geschrieben werden muss.

Bereits in dieser Zelle demonstrierte Fanuc integrierte Bildverarbeitung kombiniert mit künstlicher Intelligenz – bei Fanuc als Artificial Intelligence mit AI abgekürzt. Nico Hermann: „Der nächste Schritt wird sein, dass wir dem System die CAD-Daten der zu greifenden Teile mitgeben.“ Damit ist der Robotersteuerung die Geometrie der Teile bekannt, das von der Kamera gemachte Bild wird mit diesen Daten verglichen und so die optimale Greifposition ermittelt.

Erstes Visionsystem schon 1984

Ein bisschen Technikgeschichte gefällig? Roboterhersteller hatten schon Anfang der 80er-Jahre Hoffnungen auf die Visiontechnik gesetzt. Doch die Bildverarbeitung war zu diesem Zeitpunkt noch keine Plug&Play-Technik. Und so gaben viele die Entwicklung wieder auf. Fanuc bewies jedoch einen langen Atem und präsentierte 1984 ein erstes Visionsystem.

Anfang der 90er-Jahre gab es einen Prospekt, in dem das Visionsystem Insight vorgestellt wurde. Eine der wichtigsten Botschaften: „Das Visionsystem ist integriert in die Robotersteuerung. Und durch seine Bildverarbeitungssoftware wird die Programmierung so einfach wie noch nie.“ Daran hat sich im Prinzip bis heute nichts verändert. Ausdruck der tiefen Integration ist auch, dass die Visiontechnik bei Fanuc gar keine eigene Sparte ist. Sie zählt mit Kraft-Momenten-Sensoren zu den „Intelligent Features“ der Roboter.

Warum ein Roboterhersteller wie Fanuc auf die Visiontechnik setzt, erläutert Nico Hermann: „Bei manchen Aufgaben ist der Einsatz eines Visionsystems nicht nur Teil der Automatisierung; das Visionsystem ist sogar der Teil, ohne den sich eine Automation überhaupt nicht wirtschaftlich darstellen lässt.“ Das hat Fanuc schon frühzeitig erkannt – nicht zuletzt aufgrund der Erfahrungen in der eigenen Fertigung. „Wir müssen bei einer Aufgabenstellung, bei der Bildverarbeitung eine technische Lösung verspricht, nicht lange probieren, ob das tatsächlich machbar ist“, so Nico Hermann.

Bildverarbeitung in Bewegung

Mit dem neuen 3D Vision Sensor hat Fanuc ein neues Kapitel in der Entwicklung aufgeschlagen. Das integrierte Leistungspaket umfasst außer dem Sensor selbst auch Software und Kabel. Vorteil aller Visionsensoren von Fanuc: Alle Schnittstellen zur Automation sind bereits vorhanden, erforderliche Hardware zur Bildverarbeitung bereits in der Robotersteuerung integriert. Seine Stärken spielt der 3D Vision Sensor vor allem dort aus, wo Werkstücke mit glänzenden und spiegelnden Oberflächen zu detektieren sind.

Der neue 3D Vision Sensor 3DV/400 arbeitet in einem Sichtfeld bis etwa 450 x 530 mm mit einer Auflösung von 950 x 1204 Pixel und damit noch einmal deutlich genauer als der leistungsfähige 3D Area Sensor. Kann man mit dem Sensor nahe ans Objekt, hat man eine sehr gute Auflösung. Bei größeren Abständen zum Objekt ist noch Luft nach oben. Wer Fanuc kennt, kann davon ausgehen, dass der Arbeitsbereich des Sensors auf absehbare Zeit nach oben erweitert wird.

Aber was kann der 3DV-Sensor wirklich? Nico Hermann: „Die neue Robotersteuerung R-30iB Plus bringt sowohl von der Performance als auch von den Speichermöglichkeiten her beste Voraussetzungen für den Betrieb des 3D Vision Sensors mit.“ Eine Lösung zur roboterbasierten 3D-Bildverarbeitung gibt es mit dem Sensor 3DL bereits; diese Lösung erfordert zur 2D-Kamera jedoch einen zusätzlichen Lasersensor und liefert lediglich einen einzigen Punkt zur Erkennung.

3D-Sensor erzeugt Punktewolke

Der neue 3D Vision Sensor erzeugt dagegen eine Punktewolke. Die Bildinformationen der beiden zueinander geneigten Kameras im Gehäuse des Sensors 3DV/400 werden direkt an die CPU des Robotercontrollers geschickt und dort ausgewertet. Unter idealen Bedingungen dauert dies nur ca. 100 ms, unter widrigen Bedingungen, wenn Aufnahmen mit unterschiedlichen Belichtungszeiten erforderlich sind, auch nur 300 ms.

Der 3D-Sensor ist – wie schon der 2D Vision Sensor – in der Lage, während der Roboterbewegung Bilder aufzunehmen (Snap-in-motion). Der Zeitpunkt der Aufnahme wird getriggert, das Bild erstellt und in der Steuerung die Positionsdaten errechnet. Nico Hermann: „So bekommen wir auch während der Bewegung des Roboters eine exakte Positionsbestimmung.“

Der Vorteil liegt im Zeitgewinn. Der Roboter muss während der Aufnahme nicht mehr stoppen. Da Sensor und Roboter mit einer Steuerung arbeiten, läuft die Synchronisierung sehr schnell, was nicht zuletzt eine Folge der hohen Integration der einzelnen Komponenten ist. Im Prinzip kehrt Fanuc damit eine Technik um, die bereits von der Softwareoption iRPickTool bekannt ist und sich in zahlreichen Pick-Applikationen bewährt hat. Beim 3D Vision Sensor bewegt sich der Roboter und das zu erfassende Werkstück liegt still. Beim Einsatz von iRPickTool bewegt sich ein Förderband mit den zu greifenden Werkstücken und die Roboter-Kamera-Einheit ist fest montiert.

Ein-Kabel-Lösung

Über das Coax-Kabel wird beim 3D Vision Sensor gleichzeitig zur Bildübertragung die Spannungsversorgung sichergestellt. Diese Ein-Kabel-Lösung hat für den Anwender den Vorteil, nicht mit unterschiedlichen Kabeln oder Steckern arbeiten zu müssen. Selbst bei der Variante mit zusätzlicher LED-Beleuchtung ist kein zusätzliches Kabel erforderlich. Zudem ist die Lagerhaltung einfacher. Hermann: „Jetzt gibt es nur noch ein Standardkabel und eine einheitliche Belegung der Stecker.“

Montiert wird der 3D Vision Sensor nach der sechsten Achse, also zwischen Handgelenk und Greifer. Bei einer Applikation mit erhöhter Kollisionsgefahr kann der Sensor auch in einen Greifer integriert werden. Die Masse von 1,1 kg (0,9 kg ohne LED) bewältigt selbst ein LR Mate 200iD zusätzlich zum Werkstück und zum Greifer. Gegen äußere Einflüsse ist der 3D Vision Sensor in Schutzart IP67 geschützt.

Sensor ist ab Werk kalibriert

Der 3D Vision Sensor ist ab Werk kalibriert. Nico Hermann: „Das ist bei der Inbetriebnahme und beim Einlernen neuer Aufgaben ein wirklicher Zeitgewinn.“ Damit der Roboter exakte Positionsangaben liefert, muss lediglich über ein Punktemuster eine Orientierung des Roboter-Sensor-Systems erfolgen. Daraus errechnet die Steuerung das aktuelle Koordinatensystem.

Mit dem neuen 3D Vision Sensor 3DV/400 erweitert Fanuc das Angebot im Segment Bildverarbeitungssysteme also um ein sehr praktikables und einsteigerfreundliches System. Einsetzbar ist der 3D Vision Sensor in einer Vielzahl von Applikationen, beispielsweise in der Montage, wenn es darum geht, ein Montageband zu beschicken, oder in der Logistik beim Abstapeln einer Palette. Außerdem ist der Sensor für Bin-Picking-Aufgaben ebenso geeignet wie für die Erkennung oder Detektion von ansonsten schwer erkennbaren, weil wenig kontrastreichen Objekten oder überhaupt für die Anwesenheitskontrolle von Teilen oder Werkstücken.

Fanuc Deutschland GmbH

www.fanuc.de

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