Bildverarbeitung und Robotik

Transkript

1 Bildverarbeitung und Robotik Wirtschaftliche Robotertechnik für Kleinserien wie Bildverarbeitung unterstützen kann CLK GmbH Zur Steinkuhle Altenberge cruse@clkgmbh.de Tel.: Dr. Carsten Cruse Folie

2 Die CLK GmbH Gegründet Mitarbeiter DIN ES ISO 9001:2008 zertifiziert Schwerpunkt: Automatisierung mittels Bildverarbeitung & Robotik CLK GmbH Zur Steinkuhle Altenberge info@clkgmbh.de Tel.: Folie

3 Aktuelles Mitglied bei Netzwerk Robotik für KMU einzige teilnehmende Firma aus dem Kreis Steinfurt Auszeichnung Deutschland Land der Ideen Highlights 2016/17 Silbermedaille DLG: SmaArt Silbermedaille DLG: BvL beste Masterarbeit des Fachbereichs Informatik der FH Münster/ Steinfurt beste Bachelorarbeit des Fachbereiches Mechatronik der FH Gelsenkirchen/Bocholt Patentanmeldungen: Bewertung der Innereien beim Schwein Bewertung von Geflügel Brustfilets Folie

4 Lohnt sich Bildverarbeitung für einen industriellen Roboter? Diese Frage anders gestellt: Was ist der Unterschied zwischen einem Sehenden und einem Blinden im industriellen Alltag? Folie

5 Was ist der Unterschied zwischen einem Sehenden und einem Blinden im industriellen Alltag? Ein Sehender kann: Positionen schnell erkennen und ausgleichen Qualität bewerten Wenn man nicht sehen kann: muss die Position exakt definiert werden: viel Aufwand kann die Qualität kaum bestimmt werden: großes Risiko Die Frage ist also eher: Warum hat heutzutage nicht jedes Robotersystem eine Bildverarbeitung? Folie

6 Bildverarbeitung früher Kameras waren sehr teuer; Rechner nicht leistungsfähig Software war sehr empfindlich von Randbedingungen abhängig Nur wenig konnte automatisiert erkannt werden Softwareerstellung war sehr teuer Folie

7 Bildverarbeitung heute Im Vergleich zum Mensch Höhere Auflösung als das Auge Schnellere Bildauswertung Konstante und objektive Qualitätsbewertung; unabhängig von Emotionen Präzise 3D Auswertung bis zu wenigen 1/1000 mm Messungen im Wärme-, Infrarot- und UV- Bereich möglich Chemische Analyse online Mittels maschinellem Lernen ist die Erkennungssicherheit oft besser als die menschliche Aber Bildverarbeitung kostet Geld Wann ist es wirtschaftlich? Folie

8 Industrielle Bildverarbeitung heute Einfache Umsetzung: Vermessen Erkennen Lokalisieren Nicht so einfache Umsetzung: Qualitätsprüfung (Vermessen u.a.) Erkennen Lokalisieren Bei Exakt hergestellten Objekten, Die exakt ausgerichtet sind Bei unregelmäßigenobjekten, Die ungenau positioniert sind Folie

9 Dichtigkeitskontrolle von Verpackungen Luftzieher haben eine andere Faltenstruktur Früher: Heute: Kontrolle durch menschliche Arbeitskräfte verursacht einen hohen Arbeitsaufwand und ist fehlerbelastet. Maschine erkennt automatisch die Fehler. Dicht - Hinterseite Undicht - Hinterseite Folie

10 Zuckerrübenbewertung Automatisierte Bewertung in unterschiedliche Qualitätsklassen Klasse 2 Klasse 3 Klasse 4 Folie

11 Apfelblüten: optimale Reduzierung Folie

12 Tierschutz: Geflügel Bildaufnahme: Modulares System aus Kamera, LED- Beleuchtung, Trigger und Hintergrundplatte Individuell an jeden Standort anpassbar für optimale Ausleuchtung und Bewertung PC mit Auswertungssoftware und digitaler Schnittstellenkarte Hohe Schutzklasse für extreme Bedingungen: IP 68 Kamera, IP 67 Beleuchtung Mehr als Haken pro Stunde auswertbar Folie

13 Tierschutz: Geflügel Klassifizierung von Hühnerfüßen: Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Klasse 4 Folie

14 Wie kann dieses Know-how mit der Robotik verbunden werden? Folie

15 Roboter mit und ohne Bildverarbeitung Objektvorbereitung für Roboter mit Bilderverarbeitung Undefinierte Ablage der Teile Ungenaue Teile Viele unterschiedliche Teile Objektvorbereitung für Roboter ohne Bildverarbeitung Objekte müssen exakt liegen Teile müssen exakt sein Nur wenige Typen Schweißen von Gitterrosten mit Bildverarbeitung Palettieren von Kisten ohne Bildverarbeitung Folie

16 Schweißen von Gitterrosten Sämtliche Prozessschritte vollständig automatisiert: Scannen des Bauteils Vergleich mit CAD Bestimmung der Bearbeitungsorte Folie

17 Schweißen von Gitterrosten Integrierte Qualitätskontrolle Optimierung von Schweißstandards Reduzierung von Durchlaufzeiten Steigerung der Overall Equipment Effectiveness (OEE) um 32% Erhöhung der Akzeptanz bei den Mitarbeitern Quelle: Lichtgitter GmbH Folie

18 Kamera am Roboter Bestehend aus: Kamera Laser Farbkamera Schutzglas Folie

19 Flexible Robotik durch Bildverarbeitung Schweißroboter Greifroboter Schneideroboter Entnahmeroboter Folie

20 Schweißen von Wärmetauschern Bearbeiten von Kleinserien ohne Programmierung Folie

21 Schweißen von Wärmetauschern Gesamter Scan eines Bauteils Detailansicht Aufgabe: vieler Teiletypen Arbeitsbereich 800mm x 800mm Genauigkeit ca. 1/10mm Kein Programmieren, keine Einspannvorrichtung Auch bei Neuteilen Lösung: Roboter mit CLK Bildverarbeitung Folie

22 Ausblick Einfacher Umgang mit Robotern durch Bildverarbeitung Drei Mechanismen stehen im Fokus - Einfache Eingabe von Aufgaben - Kollaborierende Roboter - Maschinelles Lernen Folie

23 Einlernen durch Zeichnen Bauteil mit erkannten Markierungen Kontrastbild für rote Farbe Teachen durch Zeichnen Zu schweißende Stellen farbig markieren Anhand von CAD-Modell die möglichen Schweißnähte / Schweißpunkte finden Am realen Objekt per Bildverarbeitung verifizieren, ob diese farbig markiert sind Mit Hilfe der benutzten Farbe die Schweißparameter festlegen Folie

24 Kollaborierende Roboter Vorteile Direkte Zusammenarbeit mit dem Menschen Keine Sicherheitsvorkehrungen notwendig Kostengünstig und platzsparend Bildverarbeitung ermöglicht einfaches Handling Beispiele: Maschinenbestückung Montage Fügen Bearbeiten Aus- und Verpacken Laborautomation Quelle: Universal Robots Bildverarbeitung ist eine wesentliche Komponente Folie

25 Wann lohnt sich Maschinelles Lernen? Klassische Herangehensweise: Ingenieur überlegt sich was in einem Kamerabild ausgewertet werden soll Eine Vermessungsvorschrift (Algorithmus) wird implementiert Maschinelles Lernen: Es ist nicht einfach erkennbar, was genau ausgewertet werden muss, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten Leistungsstarke Software analysiert automatisch vorliegende Kamerabilder Die Software schlägt selbst einen Lösungsalgorithmus vor Der Entwickler versteht die vorgeschlagene Lösung und passt diese ggf. an Diese Techniken werden bei CLK täglich eingesetzt und weiterentwickelt. Folie

26 Zusammenfassung Bildverarbeitung ist der natürliche Partner der Robotik wie das menschliche Sehen zur Bewegung Bildverarbeitung ist den Kinderschuhen entwachsen allerdings zu einfache Systeme führen oft nicht zum Ziel Bildverarbeitung eine sehr enge Kooperation der Sensorik und Robotik ist notwendig Bildverarbeitung bekommt durch geeignetes maschinelles Lernen nochmal einen gewaltigen Aufschwung Folie

27 Zu sehen sind in der Pause und während der Präsentation: Halle ABB-Picker mit Bildverarbeitung (Martin Freund) Kuka zum dran gewöhnen (jeder darf mal bedienen) (Sebastian Belz) Autonomes Schweißen gesteuert durch Bildverarbeitung (Dr. Thomas Wiederkehr) Labor & Besprechungsraum & Eingang Diverse Bildverarbeitungsanwendungen (Vermessung, Multispektral, 3D) (Hendrik Ostkamp, Dr. Hendrik Dirks) Folie

28 Intelligente Bildverarbeitung ermöglicht flexible Robotik und schafft in der Handhabung und Bearbeitung neue Möglichkeiten und somit einen echten Mehrwert. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Folie