Bislang war in dem Chemie- und Pharmaunternehmen die Zuführung von chemischen Stoffen in die nachgeschaltete Anlage Zeit manuell organisiert: Mitarbeiter mussten bis zu 25 kg schwere Säcke von Paletten heben und die Inhalte für die weiteren Produktionsschritte vorbereiten – ergonomisch wie wirtschaftlich keine gute Lösung.
Da die Inhalte der Säcke zudem überwiegend als Gefahrenstoffe eingestuft waren, entschied sich das Unternehmen diesen Anlagenteil so weit wie möglich zu automatisieren. Diese Aufgabe übernahm ein Firmen-Duo aus ASA Automation (Mainhausen; Robotik) und Vision On Line (Langenselbold, Bildverarbeitung).
„ASA Automation und Vision On Line arbeiten schon seit einiger Zeit immer wieder bei geeigneten Projekten zusammen, weil sich beide Firmen technisch gut ergänzen und zudem nur wenige Kilometer voneinander entfernt angesiedelt sind“, erläutert Vision On Line-Geschäftsführer Andreas Schaarschmidt. „Das ermöglicht schnelle Absprachen und ein agiles Management bei der Realisierung gemeinsamer Lösungen, was am Ende natürlich vor allem den Kunden zugutekommt.“
Greifgenauigkeit ist entscheidend
Für das Handling der Chemikalien-Säcke hatten ASA Automation und Vision On Line eine Reihe von Herausforderungen zu bewältigen. Für ASA Automation-Geschäftsführer Mario Krämer war zwar schnell klar, dass das Aufnehmen der Säcke von der Bereitstellungsposition auf einer Palette mit einem Vakuum-Sauggreifer an einem Roboter realisiert werden musste.
Der Teufel steckte jedoch im Detail. „Je nach Inhalt und Beschaffenheit der Säcke hingen diese nach dem Aufnehmen unterschiedlich stark durch. Um sie prozesssicher greifen zu können, mussten wir einen anwendungsspezifischen Sauggreifer entwickeln und fertigen. Erschwerend kam hinzu, dass Säcke, die nicht exakt im Mittelpunkt aufgenommen werden, beim Anheben oder während der nachfolgenden Bewegung aufreißen können. Wir mussten daher ein besonderes Augenmerk auf eine hohe Genauigkeit bei der Ermittlung der Greifpositionen legen.“
Schwieriges Erkennen der Position
Das genaue Erkennen von Objektpositionen ist zwar eine typische Aufgabe in der industriellen Bildverarbeitung, doch in diesem speziellen Fall waren Standardlösungen nicht ausreichend, erinnert sich Schaarschmidt: „Die Säcke liegen teilweise verdreht auf den Paletten oder hängen über deren Rand hinaus. Zudem sind sie vor allem in den unteren Lagen häufig so eng nebeneinander oder sogar überlappend angeordnet, dass kein klarer Spalt als Abgrenzung dazwischen vorhanden ist. Dass die Objekte darüber hinaus nicht immer die gleiche Kontur aufweisen, weil sie teilweise eingedellt oder gestaucht sind, und dass Reflexionen und Fremdlichtprobleme bei den umhüllenden Kunststoffen auftreten können, erschwert die Randbedingungen für die Bildverarbeitung zusätzlich.“
Mit KI zur Lösung
Den mechanischen Teil der Anlage realisierte ASA Automation über einen 6-Achs-Roboter mit einer zusätzlichen siebten Achse für den Verfahrweg in X-Richtung. Durch dieses Setup war sichergestellt, dass die über entsprechende Förderelemente auf einen definierten Stellplatz positionierten Paletten und die darauf liegenden Säcke in Reichweite des speziell entwickelten Vakuum-Sauggreifers sind und der nachgeschalteten Anlage positionsgenau zugeführt werden können.
Für die exakte Bestimmung des Greifpunkts empfahl Vision On Line die 3D-Picking-Lösung EyeT+ Flex seines italienischen Partners IT+ Robotics: Schaarschmidt: „Für diese Aufgabe war EyeT+ Flex prädestiniert, denn es deckt neben weiteren Werkzeugen auch die Möglichkeit ab, Objekte mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz einzulernen.“ Wegen der geometrischen Varianz der Säcke, ihrer Positionen sowie der unterschiedlichen Materialien schieden klassische Bildverarbeitungsverfahren als Lösungsmöglichkeit aus. Die KI-Option von EyeT+ Flex war somit ein wichtiges Merkmal für die Realisierung der Anlage.
Kamera macht zwei 3D-Scans
Als Auge des Robots dient eine am Roboterarm installierte Kamera, die zwei 3D-Scans der mit Säcken belegten Paletten durchführt. Grund dafür ist der geringe Abstand zwischen Kamera und den Objekten, der sich aus der geringen Raumhöhe und der relativ hohen Stapelhöhe ergab, erläutert Schaarschmidt: „Weitwinkelaufnahmen in nur einem Scan waren aufgrund der Verzerrung nicht machbar, und auch der Einsatz eines Höhensensors kam nicht in Frage, weil damit die Gefahr bestand, die Objekthöhe fälschlicherweise an tieferliegenden Rändern der Säcke zu messen. Dies hätte zu Kollisionen zwischen Greifer und den Säcken führen können, was auf jeden Fall vermieden werden musste.“
Mit zwei 3D-Aufnahmen der Kamera und der Auswertung der Bilddaten via Software konnte Vision On Line jedoch auch diese Schwierigkeit meistern. Schaarschmidt und sein Team mussten dabei ein Optimum aus Genauigkeit, Rechenleistung und Geschwindigkeit finden, denn die erforderlichen hochgenauen Scans liefern große Datenmengen, was die Anforderungen an die Rechenleistung enorm ansteigen und damit das Gesamtsystem langsamer werden lässt.
Der Anwender aus der Chemie- und Pharmaindustrie ist mit dem inzwischen realisierten Robot-Vision-System mehr als zufrieden: „Beim Handling von Chemikalien ist absolute Sicherheit oberstes Gebot, insbesondere dann, wenn diese Chemikalien als Gefahrenstoffe eingestuft sind. Mit der Lösung von ASA Automation und Vision On Line können wir nun auf eine absolut zuverlässige Anlage vertrauen, die unsere wirtschaftlichen Vorgaben erfüllt und zudem die Gesundheit unserer Mitarbeiter schont. Unser Ziel für dieses Projekt wurde damit vollständig erreicht.“
Vision On Line GmbH
ASA Automation GmbH
KI-basierte 3D-Vision: Picken und Sortieren mit EyeT+ Flex
EyeT+ Flex von IT & Robotik ist ein KI-basiertes 3D Vision-System, das Aufgaben zum automatisierten Picken und Sortieren unter anderem im Logistik-Bereich schnell und effizient löst. Mit Hilfe dieses Systems ist es möglich, Schachteln, Pakete, Umschläge oder sonstige Objekte verschiedener Größen auch auf eng gepackten Paletten schnell und effizient zu erkennen, sichere Greifpositionen zu berechnen und deren Koordinaten an Roboter zu übergeben, um die Objekte anschließend aufzunehmen und nachfolgende Sortier- und Handling-Vorgänge durchzuführen.
Dank des integrierten KI-Algorithmus ist kein Einlernen von CAD-Daten erforderlich: Die Objekt-Erkennung erfolgt mit Hilfe von leistungsfähiger 2D- und 3D-Bildverarbeitung. Das 3D Picking-System mit Künstlicher Intelligenz ist in zwei unterschiedlichen Varianten für eine oder mehrere Paletten, mit fest installierter oder am Roboterarm mitfahrender Kamera sowie für einen oder mehrere Behälter verfügbar. Es lässt sich somit je nach Anwendungsfall individuell und flexibel anpassen. Vision On Line ist Vertriebspartner von IT & Robotik für deren 3D Vision-Systeme und unterstützt Anwender bei der Konfiguration und Realisierung.
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