Vision und Roboter in der Lebensmittelindustrie

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1 CLK GmbH Vision und Roboter in der Lebensmittelindustrie Dr. Carsten Cruse Zur Steinkuhle Altenberge CLK GmbH Folie 1

2 CLK GmbH Inhalt 1. Einleitung 2. Kameratechnik für die Lebensmittelindustrie: Farbe und 2D 3. Kameratechnik für die Lebensmittelindustrie: Farbe und 3D 4. Roboter in der Lebensmittelindustrie 5. Ausblick CLK GmbH Folie 2

3 CLK GmbH Einführung CLK GmbH Unternehmensgründung: 1996 Mitarbeiter: 14 DIN EN ISO 9001:2008 Schwerpunkt: Automatisierung in der Lebensmittelindustrie (Bildverarbeitung & Robotik) CLK GmbH Folie 3

4 CLK GmbH Einleitung Typische Aufgaben der Bildverarbeitung in der Lebensmittelindustrie Qualitätskontrolle Zählen Aufdruck (Zahlen, Barcode, DMC) Dichtigkeit Bewertung von Tieren und Pflanzen Wachstumsfortschritt (Größe, Menge) Zuschnitte Roboteransteuerung 2D Wegplanung (Picker, Scara) 3D bzw. 6D Wegplanung Kollisionsvermeidung CLK GmbH Folie 4

5 CLK GmbH Einleitung Physikalische Anforderungen an Kamerasysteme Ärgste Feinde: in der Produkltion: - Nebel (während der Bildaufnahme) - Hochdruck, Säure, Laufe (während der Reinigung) - Verschmutzung durch Blut, etc. Auf dem Feld - Sonne, Regen, Nebel, Dreck, Hitze, Vibration, Lösungsansätze: - Edelstahlgehäuse - Luftstrom über das Kamerafenster - Abschottung des Kamerafensters während der Reinigung - Kühlung / Heizung - Regelmäßige Abfrage von Sensoren (Temp., Feuchtigkeit) - Auswahl von Wellenlängenbereichen CLK GmbH Folie 5

6 CLK GmbH Farbe & 2D Wellenlänge filtern, um störende Hintergründe zu vermeiden Auswahl spezifischer Farben (z. B. Rot für reife Tomaten) Nutzung von Kombinationen (z. B. NDVI für gesunde Vegetation) Grauwertbild mit viel Hintergrundstörung durch Bodenreflexion Relevant ist nur die rote Tomate NDVI Bild: nur die Gesunde Vegetation ist sichtbar [Selbeck, J.; ATB] CLK GmbH Folie 6

7 CLK GmbH Farbe & 2D Online-Bewertung von Gemüse Online Vermessung des Stielanteils von Spinat Geschwindigkeit der Blätter: ca. 5 m/sek. CLK GmbH Folie 7

8 CLK GmbH Farbe & 2D Geflügelbewertung Fuß, Knie Vorteile: Tierwohl & Effektivere Verwertung Anforderungen - Bis zu Fußpaare / h - Hohe Erkennungssicherheit trotz Störungen - Erkennung der Störungen (Orientierung, viele Füße pro Haken, Nebel, Schmutz...) CLK GmbH Folie 8

9 CLK GmbH Farbe & 2D Dichtigkeitsprüfung Kontrolle von Schrumpfbeuteln (Klassifikation in IO/NIO) IO NIO CLK GmbH Folie 9

10 CLK GmbH Farbe & 2D Herausforderungen Käse nicht immer an der gleichen Position und nicht gleichförmig Verschiedene Beuteltypen, Farben und Formen Ergebnis Anlagen können menschliche Bewerter sehr gut ersetzen IO IO NIO NIO CLK GmbH Folie 10

11 CLK GmbH Farbe & 3D 3D-Farbkamera Umsetzung nach Anforderung Objektgröße vs. Bildausschnitt Bilder/Sekunde vs. Genauigkeit Kameratechnik - Farbstereo (Matrixkamera) - Farb3D Zeilenkamera Bewegungsart Genauigkeit Farbe Genauigkeit Tiefe Farbstereo Unabhängig von Bewegung Hohe Farbauflösung (bis 5MP); Grobe Tiefenauflösung (bis 1mm) Farb3D Zeilenkamera Exakt gleichmäßig Sehr hohe Farbauflösung (über 5 MP); Genaue Tiefenauflösung (bis 0,01mm) CLK GmbH Folie 11

12 CLK GmbH Farbe & 3D Griff in die Kiste mit 3D-Farbkamera Messgenauigkeit +/- 1 mm Schutzklasse IP 65 Sichtfeld 1000 x 500 mm Bis 100 Verpackungen / min Entpacker: Höhenkontrolle Sortenkontrolle Takt: 100 Vp/min CLK GmbH Folie 12 Chaotische Lage

13 CLK GmbH Farbe & 3D 3DF Auswertung ermöglicht - detaillierte Erkennung - Berechnung von Beulengrößen CLK GmbH Folie 13

14 CLK GmbH Farbe & 3D Zuckerrüben Bewertung 2D: nur vereinzelte Rüben können ausgewertet werden 3DF: Mengen von Rüben können ausgewertet werden => erhebliche Vereinfachung des Maschinenbaus CLK GmbH Folie 14

15 CLK GmbH Farbe & 3D 3D Farb Zeilenkamera Beispiel: Patty Kontrolle - Fremdkörper (Farbe) - Form (Form, Löcher, Erhöhungen) - 30Teile /Sek - Alle Daten werden gespeichert CLK GmbH Folie 15

16 CLK GmbH Robotik Robotik in der Lebensmittelindustrie Besonderheiten gegenüber der Automobilindustrie - alle Objekte sind unterschiedlich - (keine CAD-Zeichnungen der Produkte) - Bahnplanung für jedes Objekt neu zu berechnen - Großer Aufwand, um Objekte in stabiler Lage zu halten - Objekte sind typisch sehr empfindlich - Erhebliche Schutzanforderungen - Bewegungsbegrenzung durch Schutzanzug CLK GmbH Folie 16

17 CLK GmbH Robotik Kontrolle von Süßwaren Qualitätsprüfung Größe Farbe Lage-Erfassung Drehung Ort Zusammen mit emt, LMD CLK GmbH Folie 17

18 CLK GmbH Robotik Automatische Zerlegung: Anschneiden des Kotelettstranges Neuartige 3D-Farbkamera: 2D-Kurve auf Farbbild => 6D-Bahnkurve für Roboter CLK GmbH Folie 18

19 CLK GmbH Automatisches Aussortieren von defekten, unsauberen, zu großen & zu kleinen Eiern CLK GmbH Folie 19 Robotik

20 CLK GmbH Ausblick ToDo s, um neue Aufgaben schneller zu lösen. Bildverarbeitung und Robotik für den Anwender vereinfachen - Flexibles Einlernen von BV Aufgaben - Schnelle und präzise 3DFarbauswertung - flexible Wegplanung Modularisierung der Aufgaben im Produktionsprozess - Erarbeitung von detaillierten Arbeitsschritten - Erarbeitung von Werkzeugen Steuerung von 2 Arm Robotik durch Sensorik/Vision CLK GmbH Folie 20

21 CLK GmbH Ausblick Wünschenswert für flexible Automatisierung Fixierung des Objektes durch mechanische Führung (z. B. Robo1) - Bearbeiten durch Roboter (Robo2) - Flexible, leicht einlernbare Sensorik Robo 1 Robo 2 CLK GmbH Folie 21

22 CLK GmbH Intelligente Bildverarbeitung ermöglicht flexible Robotik und schafft in der Lebensmittelindustrie neue Möglichkeiten und somit einen echten Mehrwert CLK GmbH Folie 22