10. DEZEMBER 2016

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Der Blick in die Box


VISIONSYSTEME - Graugußteile stellen hohe Anforderungen an die Bilderkennung für das robo-tergestützte Handling: Ihre dunkle Oberfläche bietet in der schmutzigen Industrie-Umgebung nur einen geringen Kontrast, und bei verschiedenen Zulieferern unterscheiden sich zudem auch oft die Gußqualitäten. Bei einem Automobilhersteller hat der Wiesbadener Bildverarbeitungsspezialist Vitronic eine Lösung realisiert, die mehr als 99 Prozent der Teile korrekt erkennt.

Das Stichwort „Bildverarbeitung“ im Zusammenhang mit robotergestütztem Handling bedeutet meist relativ einfache Pick-and-Place-Aufgabenstellungen, die an die Bildverarbeitung keine großen Anforderungen stellen: Typischerweise soll bei solchen Anwendungen ein Roboter gut kontrastierende Teile beispielsweise von einem Förderband aufnehmen. Die eigentliche Bildverarbeitung kann sich dabei auf Algorithmen beschränken, die beispielsweise eine kompakte Objektfläche durch Binarisie-rung erkennen, oder aber die Außenkontur des Objekts mit einem Tracking-Verfahren finden.

Weniger trivial ist die Aufgabe der Bilderkennung beim Umgang mit schweren und großvolumigen Graugußteilen, wie sie in der Automobilindustrie häufig verwendet werden: Die besondere Objektbeschaffenheit und die speziellen Umgebungsbedingungen erfordern hier den Einsatz von speziellen Algorithmen. Eine typische Aufgabe ist beispielsweise die Entnahme von Hinterachsgetriebeteilen aus Gitterboxen, die vor allem aus Gründen des Arbeitsschutzes vollautomatisch erfolgt. In der Gitterbox sind die bis zu vierzehn Kilogramm schweren schwarzen Hinterachsgetriebeteile in drei Ebenen aufgestapelt, getrennt durch dazwischen liegende Kunststoffpaletten. Die Gußteile sind daher nicht nur in ihrer Position in der Ebene undefiniert, sondern können zusätzlich seitlich gekippt in der Box vorliegen.

Damit ein Roboter die Teile exakt in eine Übergabeposition ablegen kann, muß das Bildverarbeitungssystem also sämtliche Lagevarianzen der Teile bestimmen und der Robotersteuerung übermitteln. Zudem muß das System teilbefüllte Gitterboxen als solche erkennen und die Zwischenlagen entnehmen können sowie schließlich eventuell fälschlich zugeführte Teile eines anderen Typs erkennen, um Kollisionen des Greifers zu vermeiden.

Der vollautomatische Prozeß umfaßt die Zuführung einer vollen Gitterbox, die Entnahme sämtlicher Teile und deren exakte Ablage in der weiterverarbeitenden Anlage mit einer Genauigkeit von circa einem Millimeter sowie das Entnehmen der Zwischenlage und das Ausfahren der entladenen Gitterbox. Bei einem bekannten Automobilhersteller hat Vitronic GmbH aus Wiesbaden eine solche vollautomatische Anlage realisiert. Für die Entnahme der Teile aus Gitterbox ist dabei ein Sechs-Achs-Industrieroboter im Einsatz, an dessen Arm seitlich eine Kamera sowie eine Halogenleuchte montiert sind. Die Kamera ist angeschlossen an „VIRO“, das Robot-Vision-System des Unternehmens. Mit dem Roboter-Steuerrechner kommuniziert der PC-basierte Bildverarbeitungsrechner über ein DeviceNet-CAN-Bussystem.

Zu Beginn eines Zyklus fährt der Roboter die Kamera über eine mögliche Teileposition, und das Machine Vision System analysiert, ob ein Teil vorhanden ist. Und übermittelt gegebenenfalls die Greifkoordinaten sowie die Drehlage an die Robotersteuerung. Die schwarze Teileoberfläche mit unterschiedlichen Störkonturen in der Umgebung erfordert dabei eine spezielle Anordnung von Kamera und Beleuchtung sowie eine spezielle Bildverarbeitungssoftware. Nötig ist dies, weil die glänzende Oberfläche der der zu greifenden Hinterachsgetriebeteile keine kompakte, helle Fläche für die Kamera erzeugt, die das Bildverarbeitungssystem als geschlossenes Objekt finden könnte. Der markanteste Bereich an den Getriebeteil ist seine kreisförmige Achsöffnung, deren Mittelpunktkoordinaten der Roboter zum Greifen benötigt.

Die Wiesbadener Bildverarbeitungsspezialisten entwickelten deshalb ein spezielles Verfahren, das mehrere Konturpunkte der kreisförmigen Achsöffnung mit einem zuvor eingelernten Modell des Kreises korreliert und damit den Kreismittelpunkt findet. Dieses Verfahrens erlaubt es, den gesuchten Kreismittelpunkt auch dann zu berechnen, wenn beispielsweise einige Bereiche der Öffnung wegen Verschmutzung nicht kontrastieren.

Ist der so ermittelte Kreismittelpunkt bekannt, kann das Bildverarbeitungssystem an Hand von Teilekonturen die Drehlage des Teils in der Ebene ermitteln. Mit diesen Information kann der Roboter mit seinem pneumatischen Spannbackengreifer das Getriebeteil aus der Gitterbox entnehmen. Dabei toleriert der Greifer eine leichte Neigung der Teile.

Zur Korrektur der Teileverkippung um die Längsachse präsentiert der Roboter das Gußteil einer weiteren Bildverarbeitungsstation bestehend aus einer stationären Kamera mit großflächiger Durchlichteinheit, wo das Robot-Vision-System die Ausrichtung der Teilelängsachse relativ zur Roboterhand ermittelt; es wird also geprüft wie schief das Teil gegriffen wurde. Weil bei dieser Messung um eine zweidimensionale Projektion nicht alle Kippwinkel der Längsachse erfaßt werden können, dreht der Roboter das Teil zudem um 90° um die Längsachse. Die Robotersteuerung besitzt damit Korrekturwerte zu allen sechs Freiheitsgraden in seinem Koordinatensystem. Die notwendigen Koordinatentransformationen hat dabei das Bildverarbeitungssystem vorgenommen, so daß die Robotersteuerung ausschließlich im Weltkoordinatensystem rechnen kann.

Wenn das Bildverarbeitungssystem in der Palette kein Teil findet, sucht der Roboter in einem analogen Verfahren ein Greifloch in der Zwischenpalette und entnimmt sie, um die nächsten Teile freizulegen. Die Integration des PC-Bildverarbeitungssystem in das Betriebsnetzwerk erlaubt eine Beobachtung der Anlage vom Büroarbeitsplatz aus.

Ausgabe:
aut 06/2003
Unternehmen:
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