Kamerageführte Robotik

Problem der Kalibrierung
Verbindungsprobleme zwischen Industrierobotern und Bildverarbeitungssystemen
Anforderungen an die Weiterbildung von Mitarbeitern

Die Entwicklung von Industrierobotern hat wesentlich zur Steigerung der Produktionseffizienz beigetragen. Werkzeugwechsel und andere Aufgaben haben dagegen in den letzten 10 Jahren mit diesem Trend kaum Schritt halten können. Werker müssen immer noch Vorrichtungen wechseln oder Einstellungen vornehmen, das System kalibrieren, testen und anpassen, bevor die Produktion wieder anlaufen kann.

Per Bildverarbeitung gesteuerte Roboter (Machine Vision) und entsprechende Technologien rücken immer weiter ins Zentrum der Aufmerksamkeit. Sie gelten als mögliche Ansätze zeitaufwändige, bislang als unvermeidbar geltende Arbeiten überflüssig werden zu lassen. Zudem unterstützen sie die Erreichung einer hohe Produktivität, ohne Verzögerung durch Rüstzeiten. Auf der folgenden Seite werden die Grundlagen der Robotersteuerung per Bildverarbeitung vorgestellt und was bei ihrer Implementierung zu beachten ist.

Bildverarbeitungsbasierte Steuerung von Robotern in hochkomplexen Abläufen

Hinweise zur Implementierung von Robotersteuerungen per Bildverarbeitung

Unter dem Begriff der Robotersteuerung per Bildverarbeitung werden alle bildgestützten Verfahren und Systeme zusammengefasst, die für die Positionserkennung und Prüfung mit Industrierobotern eingesetzt werden. Für die richtige Auslegung einer derartigen Anlage sind unterschiedliche Faktoren zu berücksichtigen. Dazu zählen die Kompatibilität zwischen den Industrierobotern und den aktuell verwendeten (oder in Betracht gezogenen) Bildverarbeitungssystemen, der Einsatzzweck bzw. der Anwendungsfall, die Skalierbarkeit, um auch andere Produkttypen abdecken zu können sowie die Flexibilität, um auf künftige Änderungen im Werk reagieren zu können. Im folgenden Abschnitt werden die Punkte vorgestellt, die zu beachten sind, wenn Sie die Implementierung einer per Bildverarbeitung gesteuerten Roboteranlage in Betracht ziehen.

Kompatibilität mit Roboterherstellern

Es gibt zahlreiche Hersteller von Industrierobotern und sie alle haben ihre eigenen Steuerungsprogramme entwickelt. Vor der Auswahl eines Roboters muss sichergestellt werden, dass das vorhandene Bildverarbeitungssystem mit dem Steuerungsprogramm des Industrieroboters kompatibel ist. Doch selbst wenn ein System kompatibel ist, sollte man bedenken, dass die Einrichtung sehr zeitaufwändig und mühsam sein kann.

Die Bildverarbeitungssysteme der Modellreihen XG-X und CV-X von KEYENCE können einfach per Anwahl des Herstellers im „Global Setting“-Auswahlbildschirm direkt mit den Industrierobotern von Herstellern aus der ganzen Welt verbunden werden. Es spielt also kaum eine Rolle, welchen Hersteller man verwendet. Auch wenn ein Roboter durch eine andere Marke ersetzt wird, kann das bildgestützte Verfahren ohne Unterbrechung weiter eingesetzt werden. Da die Programmiersprachen der meisten Hersteller unterstützt werden, lässt sich der Betriebsablauf ganz leicht anhand des Beispielprogramms einrichten.

Einfache Konfiguration

Sind Ihnen in Ihren Überlegungen zur Einführung einer bildgestützten Roboteranlage je die folgenden Fragen in den Sinn gekommen?

Sind die erforderlichen Einstellarbeiten zu aufwändig?
Wird es aufgrund der Komplexität der Bedienung sehr lange dauern, meine Mitarbeiter zu schulen?
Müssen wir neue, entsprechend spezialisierte Mitarbeiter einstellen?

Bildgestützte Roboteranlagen werden in der Regel eingeführt, um die Produktionseffizienz zu steigern oder die Kosten zu senken. Die Einführung macht keinen Sinn, wenn dafür mehr Zeit und Arbeitsstunden erforderlich sind. Damit ist die einfache Konfigurierbarkeit ein weiterer Faktor, den es zu berücksichtigen gilt.

Die Modellreihen XG-X und CV-X sind mit einer speziellen Schnittstelle für bildgestützte Roboteranlagen ausgestattet. Darin sind Standardeinstellungen wie Aufnehmen, Ablegen und Greiferkorrektur vorprogrammiert. Lediglich die Auswahl des Herstellers, Verschlussgeschwindigkeit, Empfindlichkeit, Sucheinstellungen sowie ggf. Abhilfemaßnahme muss manuell getroffen werden. Eine integrierte Anleitung der vorangegangenen Schritte unterstützt Sie bildgestützte Roboteranlangen mit minimalen Aufwand zu implementieren.

Automatische Kalibrierung

Bislang musste der Bediener eines Industrieroboters die Koordinaten manuell über ein Teachpanel eingeben. Eine Neuanpassung war jedes Mal erforderlich, wenn sich das Objekt oder das Werkzeug änderte, auch schwankte die Genauigkeit je nach Mitarbeiter. Bildgestützte Roboteranlagen mit automatischer Kalibrierung werden einfach per Knopfdruck und ohne manuellen Eingriff kalibriert. An den bildgestützten Roboteranlagen von KEYENCE wurden zeitaufwändige Tätigkeiten wie Kalibrierung und Berechnung automatisiert.

Bisher eingesetzte Industrieroboter

Selbstkalibrierender Roboter

Stabile Suche dank robuster Auslegung

Wenn man die geforderte Genauigkeit nicht erreicht, ist die Einführung einer bildgestützten Roboteranlage bedeutungslos und erhöht nur den Arbeitsaufwand bei der Endabnahme. ShapeTrax von KEYENCE ist ein Suchtool, mit dem sich Messobjekte selbst unter schwierigen Bedingungen sehr schnell und hochpräzise extrahieren lassen. Dank Funktionen wie Korrektur von Fehlausrichtungen, Eliminierung von Überlappungen und Verzeichnungskorrektur sorgt es für robuste Abläufe. Bildaufbereitungsfilter zur Schattierungskorrektur und Rauschisolierung sorgen für präzise Erkennung und Unterscheidungen. Außerdem unterstützt ein System von KEYENCE weitere Prozesse wie die Qualitätskontrolle/ Dimensionsprüfung und die OCR-basierte Zeichenerkennung.

Unterschiedliche Objektive und Beleuchtungssysteme ermöglichen die Implementierung in jeder Umgebung. LumiTrax, das von KEYENCE entwickelte System zur Integration einer sehr schnellen Kamera und Teilausleuchtung, sorgt dabei für eine noch zuverlässigere und passendere Bilderzeugung. LEDs können schnell aus unterschiedlichen Richtungen zugeschaltet und Bildaufnahmen bei sehr hoher Geschwindigkeit wiederholt werden. So wird eine stabile Inspektion ohne Beeinträchtigung durch die Umgebung ermöglicht.

Wie LumiTrax stabile Bilderfassung ohne Beleuchtungsauswahl ermöglicht

Zur universellen Bildverarbeitungsplattform

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Praktische Anwendungen

Im folgenden Abschnitt werden Beispiele von bildgestützten Roboterlösungen mithilfe von Bildverarbeitungssystemen vorgestellt. Bildgestützte Roboteranlagen werden für unterschiedliche Aufgaben eingesetzt wie die Prüfung von Qualitätsmerkmalen, Dimensionsprüfungen und Zählungen sowie für das Aufnehmen und Ablegen. Die Möglichkeit, mehrere Vorgängen wie das Aufnehmen und Prüfen von Qualitätsmerkmalen in einem einzelnen Prozess gleichzeitig durchzuführen, ist ein weiterer erheblicher Vorteil von bildgestützten Roboteranlagen.

Positionierung an einem Bestückungsroboter von Pralinenschachteln

Aufnehmen und Ablegen sind Vorgänge, bei denen bildgestützte Roboteranlagen häufig eingesetzt werden. Das Einlegen von Pralinen in Schachteln erfolgt häufig noch von Hand. Der Prozess lässt sich aber mithilfe eines Bildverarbeitungssystems, das Position und Ausrichtung erkennt, automatisieren.

Prüfpunkt

Pralinenschachteln wurden häufig von Hand bestückt; dieser Prozess konnte jedoch dank der Einführung von Bildverarbeitung und Robotern zunehmend automatisiert werden.

Aufnehmen durch den Roboter

Per Bildverarbeitung gesteuerte Roboter können den Aufwand für das Aufnehmen reduzieren. Dabei kommt ein bildgebendes Verfahren zum Einsatz, das die Position der Objekte erfasst und die Positionsdaten an den Roboter übermittelt, der das Aufnehmen ohne Einsatz einer Positionierungspalette vornimmt. Darüber hinaus kann auch eine Prüfung in den Prozess integriert werden. Mühsame Kalibrierungen können automatisiert werden, was den Aufwand bei der Inbetriebnahme erheblich verringert.

Prüfpunkt

Dank einer Kombination aus Roboter und Kamera kann das Aufnehmen flexibler gestaltet werden. Was zuvor umständlich programmiert werden musste, geht jetzt schnell von der Hand, was den Aufwand bei der Inbetriebnahme erheblich reduziert.