3D-Snapshot-Kameras

Andreas Mühlbauer,

Behälter sicher im Blick

Bei der Warenvereinzelung von der Palette in andere Gebinde oder auf eine Fördertechnik sollte jeder Griff sitzen. Wird das Depalettieren von einem Roboter ausgeführt, ist dieser auf bestmögliche Sehkraft angewiesen, um einzelne Behälter in unterschiedlichen Drehrichtungen und Ebenen sicher zu greifen.

Zentrales Element der Depalettierungslösung ist ein Knickarmroboter mit dem 3D-Vision-Sensor Visionary-T von Sick. © Sick

Der 3D-Snapshot-Sensor Visionary-T von Sick ermöglicht es Robotern zur Warenvereinzelung, die Teile optisch zu erfassen. 3D-Snapshot bezeichnet ein Bildaufnahmeverfahren, bei dem Kameras in einem einzigen Moment nicht nur ein komplettes Abbild ihres Sichtbereichs aufnehmen, sondern auch die Distanz zwischen Kamera und aufgenommenen Objekten bestimmen. Die größten Vorteile dieses Verfahrens sind unter anderem die vollständige und scharfe Darstellung beliebiger Objekte und eine hohe Tiefenauflösung der 3D-Bilder, die einer präzisen Roboterführung in besonderem Maße zugutekommt. Bei der Einführung der Technik bei einem tschechischen Automobilhersteller war neben Sick mit dem 3D-Snapshot-Sensor Visionary-T auch der portugiesische Vision-Integrator Neadvance mit der eigens entwickelten 3D-Bildverarbeitungslösung zur Lage- und Positionsbestimmung von Kisten und Kartons an der Umsetzung der robotergestützten Depalettierung beteiligt.

Die Robustheit des Visionary-T gewährleistet eine hohe Ausfallsicherheit bei geringem Wartungsaufwand. © Sick

Die übergeordnete Aufgabe bestand darin, den Wareneingang des Automobilherstellers handhabungs- und datentechnisch an das Hochregallager und die Produktion anzubinden und so eine intralogistische Gesamtlösung zu schaffen. Vor der Einführung des automatischen Wareneingangssystems wurden Bauteile wie Schrauben, Spiegel oder Armaturenelemente nach dem Entladen aus den Lastwagen händisch von der Palette genommen, datentechnisch erfasst und auf ihren Weg zu einem Lagerort oder direkt in die Fahrzeugproduktion geschickt. Dieses Depalettieren und Umsetzen der angelieferten Bauteile auf eine Förderstrecke sollte mit Hilfe eines Knickarmroboters gelöst werden. Dafür war es notwendig, den Depalettierroboter so auszustatten, dass er die Position der einzelnen Pakete auf einer angelieferten Palette auch bei unterschiedlichen Beladungsmustern und Verpackungseinheiten oder transportbedingten Positionsveränderungen auf der Palette selbstständig erkennt und dadurch sicher greifen kann.

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Informationen zu Form, Ausrichtung und Abstand

Gelöst wurde diese anspruchsvolle Aufgabe mit dem 3D-Snapshot-Sensor Visionary-T. Die Streaming-Kamera versorgt die Robotersteuerung mit Messwerten zu Form, Ausrichtung und Abstand von Objekten auf der Palette. Der Visionary-T ermittelt Abstands- und Größeninformationen von Objekten durch 3D-Lichtlaufzeitmessung (3D Time-of-Flight, 3DToF). Hierfür sendet der Sensor Infrarotlicht aus, welches an den Objekten in der Umgebung reflektiert wird. Aus der Phasenverschiebung zwischen Licht und Lichtremission berechnet der Sensor die Distanz zur Palettenoberfläche, das heißt zu den einzelnen Kartons oder Kisten, und stellt diese in einer dreidimensionalen Punktwolke dar. Die Algorithmen von Neadvance nutzen die dreidimensionalen Bildinformationen, um für jedes einzelne Pixel Tiefen- und Intensitätsinformationen zu generieren und so die Form, Ebene und Ausrichtung von Kisten und Kartons zu bestimmen. Dies ermöglicht es der Robotersteuerung zu erkennen, welcher Behälter sich als nächstes kollisionsfrei anfahren und am besten greifen lässt, und die entsprechenden Zielkoordinaten für die automatische Bahnführung des Roboters zu berechnen.

Der 3D-Snapshot-Sensor ist in dieser Applikation direkt am Knickarmroboter montiert. Wenn dieser sich über die Palette bewegt, nimmt der Sensor in der Bewegung Aufnahmen der Palettenoberfläche auf. Der robuste Sensoraufbau – widerstandsfähiges Metallgehäuse, keine beweglichen Teile im Inneren – gewährleistet eine hohe Ausfallsicherheit bei zugleich geringem Wartungsaufwand. Die hohe Wiederholrate von bis zu 50 Bildern pro Sekunde stellt zudem sicher, dass auch während der dynamischen Beschleunigungen und Reversierbewegungen des Roboters sowie bei reflektierenden Oberflächen oder anderen schwierigen Bedingungen die messtechnische Präzision und Zuverlässigkeit für die Roboterführung erhalten bleibt. Der Roboter fährt die Palette an, nimmt mit seiner speziellen Greifvorrichtung die Ware sicher auf und legt die Kiste oder den Karton auf dem Förderband ab. Für das Greifen der nächsten Kiste startet der Ablauf von vorn. Die Dynamik des Roboters und die Schnelligkeit der 3D-Erfassung der Palettenoberfläche haben den Depalettierungsprozess wesentlich beschleunigt, den Durchsatz im Wareneingang signifikant erhöht und die Mitarbeiter von einer wiederkehrenden Tätigkeit entlastet.

Gemeinsames Engineering für beste Performance

Die 3D-Snapshot-Technologie von Sick und die enge Zusammenarbeit mit Neadvance während des Engineeringprozesses führten zu einer zukunftssicheren Lösung der robotergeführten Warenvereinzelung. Die präzisen 3D-Messdaten und Punktwolken, die der Sensor generiert, erlaubten es, Beladungsszenarien genauer zu erfassen und die komplexen Greifprozesse weiter zu verfeinern – auch während der Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb. Die neue Depalettierungslösung arbeitet so zuverlässig und effizient, dass der Automobilhersteller plant, sie auch in anderen Werken einzusetzen. 

Moritz Vogt, Applications Engineer 3D Compact Systems, und Darko Klinec, Product Manager 3D Compact Systems, Sick

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