Robotik revolutionieren: Fortschrittliche Hand-Auge-Vision-Systeme für verbesserte Bewegung

In der Robotik bezeichnet ein Hand-Auge-System eine Konfiguration, bei der ein Vision-System direkt am Roboterarm montiert ist, im Allgemeinen hinter dem allerletzten Gelenk. Anders ausgedrückt: Das Vision-System bewegt sich zusammen mit dem Roboterarm. Dieser Ansatz ist in der Robotik noch relativ neu und bietet eine Alternative zur traditionellen festen Montage des Vision-Systems, üblicherweise über dem Arbeitsvolumen des Roboters. Zwar kann der Hand-Eye-Ansatz vielen Anwendungen nützen, sein Potenzial war bisher jedoch weitgehend durch Standard-Vision-Systeme begrenzt. Photoneo liefert die ultimative Lösung, die diesen vision-basierten Beschränkungen endgültig ein Ende setzt.

Vorteile des Hand-Auge-Ansatzes

Der Hand-Eye-Ansatz ist in spezifischen Anwendungen sehr nützlich, da er eine Reihe von Vorteilen gegenüber der Fest-Vision-System-Methode bietet. Erstens kann er ein viel größeres Scanvolumen abdecken, da er gezielt auf den Interessenbereich ausgerichtet werden kann und deutlich mehr Flexibilität als der letztere Ansatz bietet. Das Vision-System ist somit nur durch die Reichweite des Roboters begrenzt, nicht durch sein eigenes Scanvolumen.

Da der Scannabstand einer der Hauptparameter ist, die die Scangenauigkeit bestimmen, kann ein Hand-Auge-Vision-System mit kürzerer Scanreichweite ein viel höheres Detailniveau bieten als ein festes Vision-System mit großer Scandistanz. Wenn ein Kunde einen großen Behälter mit kleinen Teilen hat, wird das höchste Detailniveau durch einen kleinen Scanner mit kurzer Scanreichweite erreicht, der am Roboterarm montiert ist. Der Roboter kann sich so den Behälterinhalt mit dem Scanner aus optimaler Distanz nähern und die einzelnen Teile aus verschiedenen Winkeln und Perspektiven scannen. Wenn jedoch ein festes Vision-System ein zufriedenstellendes Detailniveau liefert (wie der Photoneo PhoXi 3D Scanner XL), ist der Fest-Vision-System-Ansatz ratsam.

Ein Hand-Auge-System ist auch vorteilhaft, wenn eine Anwendung zwei oder mehr Behälter umfasst. Ein Standard-Setup mit festem Vision-System würde entweder eine Lineareinheit über den Behältern oder mehrere Vision-Systeme erfordern. Ein Hand-Auge-System kommt mit einem Scanner aus, der mit dem Roboterarm von einem Behälter zum anderen bewegt wird.

Die Fähigkeit, Behälterinhalte aus kurzer Distanz und aus beliebiger Perspektive zu scannen, beseitigt effektiv Herausforderungen im Zusammenhang mit Schatten. Behälterwände oder ein fest montiertes Vision-System über dem Behälter können Schatten auf bestimmte Bereiche des Behälters werfen, was die ordnungsgemäße Scan-Erfassung einiger Teile verhindert. In solchen Fällen muss ein Kompromiss für die optimale Scannerposition in Bezug auf den Behälter gefunden werden, und manchmal müssen Teile manuell umsortiert werden. Der Hand-Eye-Ansatz kann diese Herausforderung leicht überwinden.

Schließlich können einige Anwendungen spezielle Anpassungen des Raums erfordern, in dem die Roboterzelle platziert ist – besonders bei der Reduzierung von Umgebungslicht. Die Möglichkeit, den Behälter aus verschiedenen Ansichten zu scannen, minimiert die Notwendigkeit, den gesamten Raum abzudunkeln, indem zuerst eine Seite des Behälters und dann eine andere erfasst wird.

Hand-Auge-Systeme stellen einen modernen Ansatz mit wachsender Beliebtheit dar, der in einer zunehmenden Zahl robotischer Anwendungen Fuß fasst. Seine Vorteile werden mit dem Aufkommen kollaborativer Robotik noch wichtiger. Allerdings sollte man bedenken, dass der Einsatz des Hand-Auge-Ansatzes nur in spezifischen Anwendungstypen wirklich Sinn ergibt.

Wichtige Überlegungen vor dem Einsatz des Hand-Auge-Ansatzes

Die Wahl des Hand-Auge-Ansatzes sollte immer sorgfältiger Abwägung der Anforderungen und Feinheiten einer gegebenen Anwendung vorausgehen. Zwar bietet diese Art von Setup zahlreiche Vorteile, doch es gibt bestimmte Faktoren, die vor der Entscheidung für den Hand-Eye-Ansatz berücksichtigt werden müssen.

Hand-Auge-Systeme erfordern eine schwierigere Installation als Setups mit festem Vision-System. Es ist auch schwieriger, einen optimalen Weg für die Kabel zu finden, die das eingesetzte Vision-System mit Strom versorgen.

Zusätzlich, weil der Scanner am Roboterarm befestigt ist, kann er die Bewegungen des Roboters einschränken. Daher ist es ratsam, ein kleineres Vision-System zu verwenden. Die am besten geeigneten Modelle der Photoneo PhoXi 3D Scanner-Familie sind XS, S, M und der MotionCam-3D Modelle S, S+ und M, die zusammen einen Scanbereich von 16 Zentimetern bis 1,5 Metern abdecken.

Ein weiterer Nachteil von Hand-Auge-Systemen ist ein höheres Risiko, mit dem Sensor zu kollidieren und mögliche Schwierigkeiten, die optimale Position am Roboterarm für das Vision-System zu finden, besonders wenn es größer ist. Ein weiterer großer Nachteil ist, dass Roboterbewegungen Vibrationen verursachen, die Standard-Hochgenauigkeits-Area-Scan-Vision-Systeme nicht bewältigen können. Daher muss der Roboterarm während der Scan-Erfassung stillstehen, was die Zykluszeit verlängern kann. Folglich ist der Hand-Eye-Ansatz nicht die richtige Lösung für zeitkritische Anwendungen.

In vielen Fällen ist es besser, den Fest-Vision-System-Ansatz mit einem hochwertigen 3D-Vision-System mit großem Scanvolumen wie dem Photoneo PhoXi 3D Scanner XL zu wählen, statt sich für ein Hand-Auge-System mit schwieriger Einrichtung/Installation zu entscheiden.

Natürlich gibt es Anwendungen, in denen das Hand-Auge-Setup die beste Option ist und die stark von diesem Ansatz profitieren. In diesen Fällen können die oben beschriebenen Nachteile von Hand-Auge-Systemen mit Photoneos revolutionärer „Parallel Structured Light“-Technologie überwunden werden – dem einzigen 3D-Sensing-Ansatz, der Vibrationen effektiv widerstehen kann und somit hochwertiges 3D-Scannen bewegter Objekte ohne Bewegungsartefakte ermöglicht.

Hand-Auge-Koordination in Bewegung

Die „Parallel Structured Light“-Technologie, implementiert in der Photoneo 3D-Kamera MotionCam-3D, ermöglicht Hand-Auge-Koordination ohne Kompromisse. MotionCam-3D ist das einzige 3D-Vision-System, das hochwertige Scans selbst während der Bewegung des Roboterarms liefert. Die Kamera ist hochgradig vibrationsresistent und erfordert kein Anhalten des Roboters.

Da die Technologie die Erfassung von Objekten ermöglicht, die sich mit bis zu 144 Kilometern pro Stunde bewegen, haben die durch die Bewegung des Roboterarms verursachten Vibrationen keine Auswirkung auf die Qualität der 3D-Punktwolkendaten. Die Kamera bietet eine Auflösung von 0,9 Mpx und eine Genauigkeit von 300–1250 µm über die fünf verfügbaren Modelle (S, S+, M, M+, L). Im statischen Modus werden die Parameter noch höher: Auflösung von 2 Mpx und Genauigkeit von 150–900 µm.

Der größte Vorteil ist, dass der Roboter nicht anhalten muss, um einen Scan zu machen, was die Zykluszeit im Vergleich zu allen anderen auf dem Markt verfügbaren Technologien drastisch verkürzt. Dies öffnet die Tür zu neuen Anwendungen wie der instantanen Verfolgung der Objektposition.

Dieses Argument bleibt auch im Kontext kollaborativer Robotik relevant, die generell stark durch die Nachteile standardmäßiger Methoden limitiert war. Kollaborative Roboter sind per se langsamer als Industrieroboter, und in Kombination mit dem Hand-Auge-Ansatz verlängern sich die Zykluszeiten noch weiter. MotionCam-3D überwindet diese Limitation und funktioniert perfekt, auch wenn es am Arm eines kollaborativen Roboters montiert ist.

MotionCam-3D ist in fünf Modellen erhältlich – am besten für Hand-Auge-Anwendungen geeignet sind Modelle S, S+ und M. Das kleinste Modell S eignet sich gut für einen Scanbereich zwischen 366–558 mm, während Modell S+ mit denselben Gehäuseabmessungen (80 x 68 x 307 mm) einen erweiterten Sichtfeld mit Scanbereich zwischen 630–1574 mm bietet. Modell M ist die richtige Wahl für eine Scandistanz von 497 bis 939 mm.

MotionCam-3D kommt als ultimative Lösung für jede Art robotischer Aufgaben – ob statische oder dynamische Szenen involviert sind. Vision-System-basierte Limitationen des Hand-Auge-Ansatzes sind nun ein Problem der Vergangenheit. MotionCam-3D bietet die beste Auflösung und Genauigkeit für Scannen bei hoher Geschwindigkeit, effektive Vibrationsresistenz und kürzere Zykluszeiten als je zuvor.

Wenn Sie den Einsatz eines Hand-Auge-Ansatzes in Ihrer Anwendung erwägen, zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren. Wir beraten Ihr Projekt gerne und schlagen Ihnen die beste Lösung vor.