Sehen, erkennen, greifen Leistungsfähiger Montageroboter durch Bildverarbeitungssystem

Die Gründe für die Schwierigkeiten beim Greifen ungeordneter Bauteile liegen auf der Hand: Bevor ein Roboter ein Bauteil greifen kann, muss ein Bildverarbeitungssystem dieses zunächst sicher erkennen, seine Orientierung errechnen, und dem Roboter dann Position und Orientierung der Greifpunkte kommunizieren. In konventioneller Technologie ist dies immer noch ein langsamer, mehrstufiger Prozess: Erkennen, Greifen, korrektes Ablegen, Greifen mit korrekter Orientierung. Liegen die zu greifenden Bauteile chaotisch durcheinander und verdecken sich dabei auch noch teilweise, so wird das sichere und schnelle Greifen von Einzelteilen oft zu einem komplexen und langsamen Vorgang.

Das Schweizer Unternehmen Asyril geht diese in der Indus­trie häufig anzutreffende Aufgabenstellung mit einem neuen Ansatz an: Schnelle, hoch effiziente Zuführsysteme für Pick&Place-Roboter arbeiten mit einem auf den ersten Blick einfachen, aber im Detail sehr innovativen Trick: Die neben- und übereinander in einer Kiste liegenden Schüttgut-Objekte werden über einen Beschickungstrichter auf eine Vibrationsplattform geleitet, auf dieser vereinzelt und in eine Lage gebracht, die einen einfachen Zugriff durch den Roboter ermöglicht.

Vibration in drei Achsen

Die Grundidee der Schweizer geht dabei weit über herkömmliche mechanische Systeme wie zum Beispiel Rütteltöpfe hinaus, erklärt Asyril-Produktmanager Aymeric Simonin: „Die Besonderheit unserer Hochleistungs-Zuführsysteme besteht darin, dass die Ergebnisse eines integrierten Bildverarbeitungssystems dazu verwendet werden, die Vibrationen der Plattform gezielt so zu steuern, dass die Objekte vereinzelt werden. Das spezialisierte Vision-System liefert die dazu notwendigen Daten nahezu in Echtzeit und sorgt so dafür, dass die Teile isoliert und in eine für den Roboter optimale Greiflage gebracht werden.“ Nach dem Vereinzeln durch „intelligente Vibrationen“ kommuniziert das Bildverarbeitungssystem die Daten von Position und Orientierung optimal zu greifender Bauteile an den Pick&­Place-Roboter, für den der Zugriff dann ein Kinderspiel ist. Um die Geschwindigkeit der Objekterkennung zu optimieren, sendet das System die Informationen über die ersten erkannten, gut platzierten Bauteile bereits an den Roboter, bevor das gesamte Bild ausgewertet ist.

Technische Grundlage für diese Vorgehensweise sind flexible Feeder mit der Bezeichnung Asycube. Diese patentgeschützte 3-Achsen-Vibrationstechnologie hat Asyril selbst entwickelt, fertigt sie im eigenen Hause und setzt sie in seinen Hochleistungs-Zuführsystemen ein. Die hochwertigen Aktuatoren versetzen eine Vibrationsplattform in Schwingungen, die in Bezug auf die Stärke, die Frequenz und die Dauer gesteuert werden können und dadurch eine schnelle und präzise Bewegung der Bauteile auf der Vibrationsplattform ermöglichen.

Hohe Wirtschaftlichkeit

Zweites Kernelement der flexiblen Feeder-Lösung von Asyril ist das inte­grierte Vision-System SmartSight, das die Qualität der Vereinzelung beurteilt und mit dem Wissen über die Möglichkeiten des Robotergreifers die Positionen der nächsten optimal liegenden Teile bestimmt. „Auch für diesen Teil des Gesamtsystems war uns ein ökonomischer Aufbau wichtig“, betont Aymeric Simonin. Die Schweizer entschieden sich daher nach ersten Systemen auf Basis von ECO-Kameras von SVS-Vistek für einige Kamera-Modelle aus der EXO-Serie mit Auflösungen zwischen 1,6 und 12 Megapixel, die neben der Bildaufnahme auch die Steue­rung des Lichts übernehmen und somit einen zusätzlichen Strobe-Controller unnötig machen. „Dadurch konnten wir die Hardware-Kosten für das Gesamtsystem reduzieren und haben die Möglichkeit, Auflicht und Durchlicht mit kurzen Blitzzeiten direkt aus den Power-Ausgängen der Kamera zu bedienen“, beschreibt Simonin den Bildverarbeitungsaufbau. Die Timings für Licht und Belichtung kommen dabei direkt aus der Kamera, die die elektrischen Abläufe und den integrierten vierkanaligen LED-Treiber mit seinem Sequenzer steuert. Die Steuerung von Licht, Sequenzer und Kamera erfolgt über ein einziges Programmierinterface.

„Unsere Technologie ist sehr flexibel und eignet sich für lose Teile und Komponenten aller Geometrien mit Größen von kleiner als 0,1 mm bis hin zu 150 mm“, so Simonin. Die eingesetzten Feeder ermöglichen nach seinen Worten eine extrem teileschonende Zuführung, was je nach Anwendungsfall ein entscheidendes Kriterium darstellen kann.

Durch ihren modularen Aufbau lassen sich Asycube-Feeder flexibel und schnell an die Eigenschaften der Objekte anpassen. Für diese Flexibilität in der Konfiguration sorgt neben leicht auswechselbaren Hardware-Modulen auch die einfach zu bedienende, PC-basierte Bildverarbeitung, unterstreicht Simonin: „Bei der Umstellung auf andere Produkte werden die Vorteile eines programmierbaren Feeders besonders offensichtlich: Die Konfiguration erfolgt sehr schnell per Software und spart teure Hardware-Rüstzeiten. Insbesondere in Märkten mit sehr kurzen Product-Life-Cycles oder kleinen Serien ist das ein großer Vorteil.“

Entwicklungsbeschleunigung

Für die Realisierung des in die Asycube-Feeder integrierten Vision-Systems SmartSight arbeitet Asyril mit Fabrimex aus Volketswil zusammen, die als Partner von SVS-Vistek deren innovative Kameratechnik zu maßgeschneiderten optischen Lösungen aus einer Hand komplettieren. Die Entwicklung von Asyril ermöglicht einen beschleunigten Zugriff von Robotern auf Einzelteile oder Schüttgut, was zu erheblichen Effizienzsteigerungen führt. „Wir sind in der Schweizer Uhrenindustrie mit ihren hohen Anforderungen verwurzelt, doch die Vorzüge unserer Technologie haben sich mittlerweile auch in vielen anderen Märkten wie beispielsweise der Automotive-, der Medizin- oder der Elektronik-Industrie bewährt“, freut sich Simonin. „Mit Asycube SmartSight können wir Anwendern somit eine schnelle Alternative zum immer noch langsamen, komplexen Griff in die Kiste bieten und so die Produktivität der eingesetzten Roboter erhöhen.“