Mit 3D SHAPEscan wird die Zukunft greifbar: Neuer 3D Sensor ermöglicht einfache, hochflexible Entnahme unsortierter Bauteile

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1 AUTOMATICA-Neuheit: Der Griff in die Kiste mit 3D Sensor Mit 3D SHAPEscan wird die Zukunft greifbar: Neuer 3D Sensor ermöglicht einfache, hochflexible Entnahme unsortierter Bauteile Hochkomplexe Aufgabenstellungen in der Fertigung waren schon immer eine Herausforderung für den weltweit führenden Robot Vision Hersteller ISRA VISION. Mit dem neuen Sensor 3D SHAPEscan stellt das Unternehmen nun eine hochflexible und kostengünstige Lösung für den so genannten Griff in die Kiste vor. Unsortierte Teile lassen sich direkt mit dem Roboter aus dem Transportbehälter entnehmen und direkt ohne aufwändige mechanische Konstruktionen dem Fertigungsprozess zuführen. In der Montagetechnik ist es immer wieder erforderlich, aus Transportverpackungen, zum Beispiel Gitterboxen oder Kragenpaletten, kontinuierlich Teile zu entnehmen und diese einer Montage- beziehungsweise Bearbeitungsanlage zuzuführen. Das Problem: Aufwändige Mechanik ersetzen Bisher behelfen sich Fertigungsbetriebe mit einer geordneten Anlieferung, die aber mit erheblichem logistischem Mehraufwand verbunden ist. Denn der Normalfall ist, dass die Teile zwar sortenrein geliefert werden, aber eben nicht sortiert. Eine weitere Alternative beinhaltet die manuelle Entnahme durch die Werker. Zumeist wird bisher aber in Mechanik investiert: Rüttelförderer können kleine Seite 1

2 Werkstücke sortieren. Mechanische Sortierer übernehmen die Zuführung mit aufwändigen Prozeduren. Die mechanischen Lösungen sind aber zumeist sehr kostenintensiv, inflexibel sowie verschleiß- und verschmutzungsanfällig. Außerdem entsteht viel Lärm zum Beispiel durch das Auskippen der Kisten. Der direkte Griff in die Kiste, auch als Bin Picking oder Random Bin Picking bezeichnet, bietet im Vergleich zur mechanischen Vereinzelung die Vorteile der Platzeinsparung und Kostenreduktion durch den deutlich geringeren Bedarf an mechanischen Komponenten. Die Forscher nehmen sich dieser Problematik bereits seit Mitte der 1980er Jahre an. Mehr als Lösungsansätze sind bisher aber noch nicht entwickelt worden. Die roboterbasierte Vereinzelung chaotisch bereitgestellter komplexer Objekte scheiterte bisher immer an der Bildverarbeitung. Es reicht in der Praxis nicht aus, dass der Roboter immer die gleiche Bewegung ausführt, sondern er muss auf andere Objektlagen flexibel reagieren können. Bisherige Lösungen mit 2D- Kamerasystemen bieten dabei nur sehr begrenzte Möglichkeiten. Sie scheitern oftmals an schwierigen Kontrastverhältnissen und können nicht in die Tiefe sehen. Helle Teile von hellem Hintergrund können sie z.b. nicht unterscheiden. Diese Systeme haben sich daher im Markt nicht wirklich durchgesetzt. Die Lösung: neuer 3D Sensor Als Weltneuheit präsentiert ISRA VISION nun auf der Fachmesse Automatica in München erstmals den Sensor 3D SHAPEscan, mit dem der automatisierte Griff in die Kiste perfekt gelöst wird. Dieser Sensor ermöglicht mithilfe zweier Standard-Kameras und einer speziellen Laserbeleuchtung die genaue Bestimmung der Lage der einzelnen Teile in der Kiste. Der Sensor wird stationär über der Kiste befestigt Seite 2

3 und hat standardmäßig Kisten bis etwas mehr als die Größe einer Europalette komplett im Blick. Eine aufwändige Kinematik zum Verfahren des Sensors ist nicht notwendig. Trotzdem arbeitet das System sehr schnell: Für die Abtastung einer typischen Gitterbox (ca mm x 1000 mm x 800 mm) über das komplette Volumen beträgt die Scanzeit weniger als zwei Sekunden. SHAPEscan liefert dabei eine Genauigkeit von wenigen Millimetern. Wenn andere Kistengrößen zum Einsatz kommen, kann der Abstand zwischen den beiden Kameraeinheiten des Sensors flexibel angepasst werden. Auch lässt sich der Sensor mobil am Roboter befestigen. In diesem Fall sieht der Roboter nicht mehr die gesamte Kiste auf einmal, sondern nur noch Einzelausschnitte. Aus mehreren Ausschnitten kann der Sensor aber ein genaues Gesamtbild zusammenfügen. Darüber hinaus gibt es eine Sensorvariante mit vier Kameras, die für Anwendungen mit sehr hohen Anforderungen an die Geschwindigkeit ausgelegt ist. Neue Methode: 3D Shape Sampling Die besondere Intelligenz der ISRA Sensorlösung steckt in der ausgereiften Software: Die 3D Kameras scannen die Kisten und es entsteht eine so genannte 3D Punkte-Wolke, welche die zu erfassenden Objekte in der Transportverpackung repräsentiert. Mit der neu entwickelten Auswertemethode des 3D Shape-Sampling werden nun zuerst geometrische Primitive in der Punktewolke bestimmt. Die Software setzt dann komplexere Objekte aus diesen Primitiven zusammen. So können ohne Vorkenntnisse unterschiedlich geformte Objektteile sicher identifiziert werden. Eine robuste Erkennung der Teilegeometrie auch unsortierter Objekte wird sichergestellt. Zur Bestimmung der Lage der Objektteile in der Tiefe dient die Seite 3

4 Laserlinienprojektion. Sie ermöglicht dem Sensor das Sehen in der dritten Dimension. Da gleichzeitig mehrere parallele Linien ausgewertet werden, arbeitet der Sensor deutlich schneller. Der Tiefenblick ermöglicht dem Roboter die Leerung des kompletten Transportbehälters auch ohne Zwischenlagen. Der Zugriff bleibt nicht mehr nur auf einer bestimmten Ebene begrenzt. Außerdem ist dieses Verfahren unempfindlich gegenüber Verschmutzungen. Kosten runter, Flexibilität rauf Mit dem Sensor 3D SHAPEscan präsentiert ISRA VISION eine einfach handhabbare und hochflexible Lösung für den automatisierten Griff in die Kiste nach einfachen bis hochkomplexen Teilen auch in rauer Produktionsumgebung und bei hohen Prozessgeschwindigkeiten. Produktions- und Montagebetriebe sparen mit der Sensorlösung erheblich Kosten, wertvolle Fertigungszeit und erhöhen die Flexibilität der Fertigung signifikant und dies bei nur geringsten Lärmemissionen, einfacher Installation und nahezu ohne zusätzlichen Platzbedarf. Die Ergebnisse langjähriger Forschung des Hauses ISRA VISION lassen sich unmittelbar für den industriellen Fortschritt nutzen. Fertigung und Montage profitieren von der hohen Innovationsfähigkeit des weltweit führenden Anbieters von Robot Vision Systemen: Zukunft wird greifbar. Seite 4

5 Bilder 252_1 Kosten runter, Flexibilität rauf: 3D SHAPEscan: der dreidimensionale Blick in die Tiefe! Einfache, hoch-flexible Entnahme unsortierter Bauteile aus allen Lagen 252_2 / 252_3 Für einfachste Handhabung: Exakte Positionsbestimmung ungeordneter Teile in allen Höhenlagen mit einem Scan Seite 5