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Stereo-3D-Kameras helfen beim Griff in die Kiste

Bin-Picking-System erreicht Taktzeiten von unter 10 Sekunden
Stereo-3D-Kameras helfen beim Griff in die Kiste

In der Bin-Picking-Roboterzelle von BS Automatisierung arbeiten zwei Stereo-3D-Kameras Ensenso von IDS
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3D-Vision gilt als Schlüsseltechnologie, denn anspruchsvolle Montageprozesse oder auch der berühmte Griff in die Kiste lassen sich nur mit einer exakten dreidimensionalen Positionsbestimmung zufriedenstellend lösen. Für ein überaus flinkes Bin-Picking setzt der Systemintegrator BSAutomatisierung die Stereo-3D-Kamera Ensenso von IDS ein.

Nach wie vor zählt der Griff in die Kiste zu den schwierigsten Robotik-Aufgaben. Um unsortierte Teile aus einer Gitterbox zu greifen, müssen Form, Größe, Position und Orientierung der Objekte zuverlässig erkannt werden, um eine kollisionsfreie Roboterbahn zu generieren. Doch neben einer hinreichenden Genauigkeit und Vollständigkeit sind dabei auch hohe Taktraten und Prozessstabilität gefordert.

Die Stereo-3D-Kamera Ensenso N10 bringt diese Ansprüche unter einen Hut. Die industrietaugliche USB-Kamera integriert nicht nur zwei Global Shutter CMOS-Sensoren mit WVGA-Auflösung samt Software in einem kompakten Gehäuse, sondern auch einen Infrarot-Patternprojektor. Dieser wirft ein zufälliges Punktmuster auf das Objekt, womit auf dessen Oberfläche nicht oder schwach vorhandene Strukturen hervorgehoben werden. So lässt sich selbst dann ein vollflächiges und detailreiches 3D-Bild generieren, wenn relativ monotone Bauteile in der Kiste aufgenommen werden. Und das Ganze in wenigen Millisekunden.
Diese Schnelligkeit nutzen die Rosenfelder in ihren Bin-Picking-Roboterzellen. Mit diesen lassen sich in Kisten chaotisch liegende Teile automatisiert vereinzeln und nachfolgenden Fertigungsprozessen zuführen – und das mit Taktzeiten von unter 10 Sekunden, was mit herkömmlichen Ansätzen wie dem Lichtschnittverfahren nicht zu realisieren wäre.
Je nach Anwendung und Kundenanforderung werden die Zellen mit klassischem Mehr- achs-Roboter oder einem Linearportalroboter angeboten. Sie sind modular aufgebaut, können an verschiedene Behältergrößen angepasst werden und sind für einen oder bis zu vier Kisten ausgelegt.
Dabei wird jede Kiste von zwei stationär montierten Kameras beäugt. Im Gegensatz zu einer direkt am Roboterarm installierten Kamera hat dieser Aufbau zwei wichtige Vorteile.
  • 1. Zum einen kann eine höhere Taktrate des Systems realisiert werden. Während aus der einen Kiste gegriffen wird, kann in der anderen Kiste die Objekterkennung schon wieder gestartet werden. Selbst wenn in der Anlage nur aus einer Kiste gegriffen werden soll, kann der Suchprozess beginnen, während der Roboter das gegriffene Teil ablegt.
  • 2. Da die Kamerasoftware für den Mehrkamerabetrieb ausgelegt ist, lässt sich das Bildfeld durch den gleichzeitigen Einsatz von zwei oder mehr Kameras erweitern, die eine Szene synchron von verschiedenen Seiten aufnehmen. Auch die Genauigkeit kann durch die Anzahl der Kameras nahezu beliebig skaliert werden. Außerdem ermöglicht die Kamera-Software nicht nur die Kombination mehrerer Stereo-Kameras, sondern auch deren Einsatz mit herkömmlichen Industriekameras, um beispielsweise zusätzliche Farbinformationen oder Barcodes zu erfassen.
Nachdem die erfassten Bilder ausgewertet wurden, werden die Zielkoordinaten der Teile sowie ein Abbild des restlichen Kisteninhalts als dynamisches Hindernis an ein Softwaremodul weitergeleitet, das daraus zusammen mit den CAD-Daten der Zelle, des Roboters und des Greifers eine kollisionsfreie Roboterbahn generiert.
Aufgrund von Ungenauigkeiten, Fehlerkennungen und verrutschenden Teilen kann es dazu kommen, dass der Greifversuch fehlschlägt. Über Sensoren im Greifer und über eine Kollisionsüberwachung zwischen Greifer und Flansch erkennt der Roboter dies, fährt aus der Kiste und versucht es an anderer Stelle erneut. Ein menschlicher Eingriff ist nicht nötig. Der ganze Vorgang wird von einer SPS gesteuert. Sie ist es auch, die dem Bildverarbeitungssystem sagt, wann in welcher Kiste nach welcher Art von Teilen gesucht werden soll.
IDS Imaging Development Systems GmbH www.ids-imaging.de
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