Produktion optimieren mit Bin-Picking-Automatisierung: Wichtige Erfolgsfaktoren

Warum Sie diesen Artikel lesen sollten: Bin Picking gehört seit Jahren zu den anspruchsvollsten Prozessen in der Automatisierung. Zwar kann die Technologie die Produktion auf vielfältige Weise optimieren, doch manche Aufgaben sind nach wie vor zu komplex für sie. Dieser Artikel zeigt, welche Prozesse sich durch Bin Picking automatisieren lassen, welche Herausforderungen bestehen und wie diese gelöst werden können.

Was ist Bin Picking?

Ziel des Bin Pickings ist es, ähnliche, zufällig im Behälter liegende und orientierte Objekte mithilfe eines Vision-Systems, eines Roboters und eines Greifers zu entnehmen. Das Vision-System führt typischerweise einen 3D-Scan des Objekts durch, erzeugt dessen Punktwolke (Menge von Punkten im Raum, die das Objekt bilden) und erkennt es so.

Anschließend fährt der Roboter in den Behälter, greift das Objekt, bewegt sich heraus und transportiert es zum Ablageziel – meist eine Kiste oder eine andere Vorrichtung.

Herausforderungen und Lösungen beim robotischen Teil des Bin-Picking-Prozesses

Manche Objekte sind schwer zu erreichen

Ein Hauptproblem beim Bin Picking ist die Unfähigkeit des Roboters, alle Stücke aus dem Behälter zu entnehmen. Das Greifen von 80 bis 85 Prozent der Teile ist machbar, da das Vision-System den Roboter anweist, die leicht zugänglichen Objekte zu greifen (z. B. die oben liegenden).

Die Schwierigkeit besteht darin, die letzten, miteinander verkeilten oder in einer Ecke des Behälters liegenden Teile zu erfassen. Dies lässt sich auf zwei Arten lösen: Erstens durch Neugestaltung des Behälters mit einer praxisgerechteren Form. Ein kegelförmiger Behälter hält beispielsweise alle Teile dauerhaft in der Mitte. Zweitens durch Schütteln des Behälters (z. B. automatisch per Motor), wodurch sich Lage und Orientierung der Teile neu ordnen und nicht mehr vermischt sind. Die Kamera kann sie anschließend leichter erkennen.

Greifer können die entnommenen Objekte beschädigen

Ein weiteres Problem ist die Kollision des Greifers mit den übrigen Objekten beim Greifversuch. Die Greifstrategie muss präzise sein, um Beschädigungen der verbleibenden Teile – insbesondere empfindlicher Werkstücke – zu vermeiden.

Eine Lösung ist ein präziser Pfadplanungsalgorithmus mit Hindernisvermeidung. Pfadplanung in der Robotik bedeutet, den optimalen, kontinuierlichen Weg von Punkt A nach Punkt B zu finden. Wird Hindernisvermeidung integriert, gelingt dies ohne Kollisionen.

Fällen, in denen die Objekte im Behälter unterschiedliche Formen oder Beschaffenheiten aufweisen (z. B. Äpfel und Orangen), kann ein weicher Greifer oder ein Vakuumgreifer mit Saugnäpfen eingesetzt werden, der sich jeder Größe und Form anpasst.

Herausforderungen und Lösungen beim Vision-Teil des Bin-Picking-Prozesses

Das Vision-System einer Bin-Picking-Lösung kann entweder 2D- oder 3D-Kameras umfassen. Selbstverständlich sind 3D-Kameras (Dualkameras, die ein 3D-Bild erzeugen) teurer, aber auch effektiver. Außerdem können 3D-Laserscanner verwendet werden, die die erwähnten Punktwolken erzeugen.

Beleuchtung, Okklusion und Kantenerkennung erschweren den Prozess

Wiederkehrende Probleme in der Bildverarbeitung sind Beleuchtung, Okklusion und Kantenerkennung. Sie betreffen sowohl 2D- als auch 3D-Vision-Systeme.

Beleuchtung: Schatten werden von jedem Objekt auf die anderen geworfen, sodass die Kamera Schwierigkeiten hat, sie zu erkennen. Dies lässt sich durch zusätzliche Beleuchtung der Szene lösen, die neben der Kamera oder am Handgelenk des Roboters angebracht werden kann.

Okklusion: Tritt auf, wenn ein Objekt für die Kamera nicht vollständig sichtbar ist, weil ein anderes Objekt darauf liegt. Auch hier kann das Schütteln des Behälters helfen, damit das Objekt leichter erkannt wird.

Kantenerkennung: Die Herausforderung besteht darin, den Umriss (die Kanten) eines Objekts zu bestimmen. Dies wird noch schwieriger, wenn viele Objekte nebeneinander liegen, wie beim Bin Picking. Die Lösung hängt von der verwendeten Software und den Methoden ab.

Potenzial für Bin-Picking-Automatisierung in Ihren Prozessen erkennen

Wenn Sie überlegen, Prozesse in Ihrem Unternehmen durch Bin Picking zu automatisieren, deuten folgende Punkte auf Automatisierungspotenzial hin:

• Hohe Anzahl kleiner Teile: Bei korrektem Setup kann der Roboter diese Teile (z. B. Schrauben oder Unterlegscheiben) schnell und robust greifen.
• Ungeordnete Objekte: Prozesse, bei denen es nicht möglich ist, Objekte strukturiert von einem Vorprozess oder Zulieferer zu erhalten. In den meisten Fällen ist es effektiver, eine strukturierte Anlieferung zu vereinbaren und Bin Picking damit ganz zu vermeiden.
• Matte Oberflächen: Sind Teile hochreflektierend (z. B. bearbeitete Metallteile), können Beleuchtungsprobleme auftreten. Die meisten Kamerasysteme haben dann Schwierigkeiten, die Objekte zu finden.
• Zykluszeit über ca. 10 Sekunden: Ein Bin-Picking-System benötigt Zeit, um jedes Objekt zu finden und zu greifen. Ein Puffer für entnommene Teile ist vorteilhaft.

Fazit

Für Entwickler ist Bin Picking der „heilige Gral“. Für Kunden nicht unbedingt. Oft ist es ratsam, Bin-Picking-Lösungen zu vermeiden, indem man stattdessen sicherstellt, dass die Anlieferung der Objekte geordnet erfolgt – nicht zufällig im Behälter.

Das verursacht meist etwas Mehrkosten, ist aber oft günstiger und ermöglicht schnellere Prozesse als Bin Picking.

In Fällen, wo dies nicht möglich oder zu teuer ist, bietet Bin Picking jedoch eine wertvolle Lösung.

Erfüllt ein Prozess alle vier genannten Kriterien, ist er gut für Bin Picking geeignet. Bei der Lösungswahl ist zu beachten, dass manche Ansätze noch sehr experimentell sind, während andere über Jahre gereift sind und ihre Robustheit bewiesen haben.