Industrielle Bildverarbeitung in der Robotik – intelligente Cobots dank 3D-Technologie
Die Zusammenarbeit von Menschen und Robotern nimmt immer weiter zu. Mit einem 3D-gesteuerten Robotersystem von LMI Technologies und Universal Robots machen die Experten von STEMMER IMAGING es möglich, dass kollaborative Roboter auch anspruchsvolle Pick-and-Place-Aufgaben übernehmen können. Mit Hilfe von Bildverarbeitung können die Cobots unterschiedlichste Objekte greifen und kollisionsfrei an einen Zielpunkt bewegen – und das gemeinsam mit ihren menschlichen Kollegen.
Die Aufgabe
Kollaborativen Robotern (Cobots) mit Hilfe eines Bildverarbeitungssystems das „Sehen“ ermöglichen und die Ausführung von Pick-and-Place-Aufgaben im gemeinsamen „Arbeitsraum“ mit Menschen gewährleisten.
Die Herausforderung
Die Cobots müssen in wechselnden Produktionsumgebungen 3D-Objekte lokalisieren und visualisieren, auf Basis dieser Informationen Steuerungsentscheidungen treffen sowie präzise mechanische Bewegungen ausführen – und das zuverlässig ohne Kollision mit den menschlichen Kollegen.
Die Lösung
Durch den Einsatz eines innovativen 3D-Bildverarbeitungssystems, das optimal auf die leistungsstarken Cobots von Universal Robots abgestimmt ist, wurde die direkte Anbindung von 3D-Snapshot-Sensoren an die Roboter ohne zusätzliche Software oder PC möglich. So entstand eine leistungsstarke Robotiklösung, die auf Basis von 3D-Daten auch komplexe Pick-and-Place-Aufgaben in automatisierten Bestückungs- und Montageprozessen zuverlässig ausführen kann.
"Die Anforderungen an die Flexibilität und Sicherheit des Systems sind extrem hoch. Die Cobots müssen einerseits zuverlässig Objekte identifizieren können, die in drei Dimensionen (d.h. X-Y-Z) beliebig positioniert sind und die 3D-Ausrichtung jedes Objekts genau erkennen. Zum anderen müssen sie im gemeinsamen Arbeitsraum mit Menschen hundertprozentig sicher agieren können ohne Personen zu gefährden."
Peter Keppler, Senior Director International Sales Enablement, STEMMER IMAGING
Zusammenarbeit zwischen Robotern und Menschen bei Pick-and-Place-Anwendungen
Der Einsatz von kleinen bis mittelgroßen kollaborativen Robotern in der industriellen Automatisierung nimmt rapide zu. Viele dieser Anwendungen sind Pick-and-Place-Aufgaben – das Robotersystem benötigt also intelligente Bildverarbeitung, um die Produktionsumgebung zu visualisieren, die zu verarbeitenden Objekte zu lokalisieren sowie die Informationen zu verarbeiten und auf dieser Basis Steuerungsentscheidungen für eine präzise Ausführung der entsprechenden mechanischen Bewegungen zu treffen.
Die maßgeschneiderte Lösung: Intelligente 3D-Bildverarbeitungssysteme mit direkter Roboteranbindung
Da 2D-gesteuerte Systeme Objekte nur auf einer ebenen Fläche relativ zum Roboter lokalisieren können, wurde ein intelligentes 3D-Robotersystem entwickelt. Mit Hilfe von 3D-Bildverabeitungssystemen mit direkter Anbindung an die Cobots können diese auch Objekte identifizieren, die in drei Dimensionen (d. h. X-Y-Z) beliebig positioniert sind und die 3D-Ausrichtung jedes Objekts genau erkennen. Dies ist eine Schlüsselfunktion für effektives robotergestütztes Pick-and-Place.
Das Robotersystem – präzise und hocheffizient
Das hocheffiziente Robotersystem basiert auf 3D-Bildverarbeitungskomponenten von LMI Technologies und Cobots von Universal Robots (UR). LMI Technologies hat dafür ein spezielles Plugin entwickelt, das die direkte Anbindung der Gocator 3D-Snapshot-Sensoren an die Roboter von Universal Robots (UR) ermöglicht. Der 3D-Snapshot-Sensor kann mit Hilfe des Gocator URCap Plugins über Ethernet mit dem Roboter verbunden werden. Das 3D-Koordinatensystem des Gocators wird dann direkt auf das Roboter-Koordinatensystem übertragen, was das 3D-gesteuerte Robotersystem einfach und besonders effizient macht – es wird weder zusätzliche Software noch ein PC benötigt.
Moderne 3D-Technologie als Erfolgsfaktor für die industrielle Bildverarbeitung in der Robotik
Die für die zuverlässige Bereitstellung von 3D-Daten eingesetzten Gocator-Snapshot-Sensoren verwenden Streifenlichtprojektion mit blauem strukturiertem LED-Licht in Kombination mit einer Vielzahl von integrierten 3D-Messwerkzeugen und Entscheidungslogik. Jedes Objektmerkmal wird mit Stop/Go-Motion bei Geschwindigkeiten von bis zu 6 kHz gescannt und geprüft.
Die blaue LED projiziert dafür ein oder mehrere kontrastreiche Lichtmuster auf das Objekt. Aus den Scandaten wird mit Hilfe des Stereo-Kameradesigns eine genaue 3D-Punktwolke erstellt, die auch in schwierigen Lichtverhältnissen eine hervorragende Fremdlichtsicherheit bietet und dem System kontinuierlich hochpräzise 3D-Daten liefert.
Die Erfolgsfaktoren der eingesetzten Lösung
Leistungsstarke Snapshot-Sensoren
Die Gocator-Snapshot-Sensoren von LMI liefern zuverlässige und wiederholbare Daten – dank hoher Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungslicht auch bei schwierigen Lichtverhältnissen – und sind in der Lage, hochauflösende Messungen in berührungslosen Online-Inspektionsanwendungen durchzuführen.
Direkte Roboteranbindung
Über das Gocator URCap Plugin kann der 3D-Snapshot-Sensor über Ethernet direkt mit dem Roboter verbunden werden. Für die Umsetzung wird weder zusätzliche Software noch ein PC benötigt, was das gesamte System kompakt, einfach und höchst effizient macht.
Flexible Anwendungsmöglichkeiten
Mit Hilfe von Gocator-Tools wie “Bounding Box” und “Height bzw. Part Matching” lassen sich verschiedenste Pick-and-Place-Anwendungen einfach und ohne zusätzliche Programmierung lösen. Objekte werden zufällig oder systematisch auf bewegten Förderbändern, in gestapelten Behältern oder Paletten platziert.
"Die Anwendungsmöglichkeiten sind sehr variabel. Neben dem Pick-and-Place von Rohmaterialien oder Baugruppen auf einem Transportsystem wie z. B. einem Förderband oder Paletten ist auch das zufällige Aufnehmen und Positionieren von Objekten von / auf einem Förderband oder das Positionieren von Endprodukten / Baugruppen in entsprechend konzipierten Behältern möglich.”
Peter Keppler, Chief Marketing Officer (CMO) ,STEMMER IMAGING
Weitere Erfolgsprojekte aus der Industrie-Automatisierung
Hundertprozentige Qualitätskontrolle bei manuellen Montageprozessen
Im Auftrag von Kautex Textron entwickelten STEMMER IMAGING und Envisage Systems gemeinsam eine automatisierte Inspektionslösung, mit deren Hilfe die manuellen Montageprozesse des Automobilzulieferers signifikant optimiert werden konnten. Durch die vollständige Integration eines intelligenten Bildverarbeitungssystems in den Montageprozess wurde eine 87%ige Reduzierung der Montagefehler erreicht und die 100%ige Qualitätskontrolle aller Produkte sichergestellt.
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Bei Fragen zu Ihren zukünftigen Projekten können Sie sich jederzeit an unsere Experten bei STEMMER IMAGING wenden. Selbstverständlich bieten wir Ihnen auch eine große Auswahl an Kameras, Optiken, Beleuchtungen und Software für Ihre individuelle Bildverarbeitungslösung.