Präzises Bin Picking: Hand-Auge-Koordination für fortschrittliche Roboterautomatisierung nutzen

Bin Picking, also das robotergestützte Greifen von Objekten mit zufälligen Posen aus einem Behälter, ist eine der häufigsten robotischen Aufgaben, stellt aber auch eine der größten technologischen Herausforderungen dar. Ein Roboter muss mit außergewöhnlicher Vision und robotischer Intelligenz ausgestattet sein, um jedes Teil im Behälter zu lokalisieren, ohne Kollision mit Umgebung oder anderen Teilen dorthin zu navigieren, es zu greifen und sicher an einem anderen Ort in ausgerichteter Position abzulegen.

Es gibt zwei Arten, ein 3D-Vision-System in der Roboterzelle zu montieren, jeweils mit eigenen Vorteilen und jeweils besser für bestimmte Anwendungen geeignet:

A. Extrinsische Kalibrierung

B. Hand-Auge-Kalibrierung

Extrinsische Kalibrierung

Extrinsische Kalibrierung wird in Setups verwendet, bei denen der Scanner in einer festen, stationären Position in der Roboterzelle montiert ist, üblicherweise über dem Behälter. Der Scanner darf nach der Kalibrierung nicht in Bezug auf den Roboter bewegt werden, muss aber nicht stationär in Bezug auf die Roboterzelle sein.

Photoneo bietet fünf Modelle des PhoXi 3D Scanners (XS – XL), die jeweils unterschiedliche Scanvolumen von 16 Zentimetern bis 4 Metern bieten. Als Faustregel gilt: Je mehr Raum für die Bin-Picking-Anwendung benötigt wird – einschließlich Platz für Roboterbewegung, Behälter- und Teilgröße etc. – desto größer muss das Modell des PhoXi 3D Scanners sein.

Extrinsische Kalibrierung erfolgt mit jedem geeigneten Ball, der am Endpunkt des Roboterarms oder am Greifer befestigt ist. Der Ball muss aus einem Material bestehen, das für das Scannen geeignet ist, also glatt und nicht zu reflektierend.

Extrinsische Kalibrierung: Der 3D-Scanner ist stationär montiert.

Hand-Auge-Greifen

Hand-Auge-Kalibrierung ermöglicht es Ihnen, das 3D-Vision-System direkt auf den Roboterarm zu montieren. Für eine erfolgreiche Kalibrierung muss der Scanner hinter dem allerletzten Gelenk montiert sein (z. B. am Greifer). Jegliche Änderungen an der Scannerposition nach der Kalibrierung machen die Kalibrierungsmatrix ungültig, und der gesamte Kalibrierungsvorgang muss wiederholt werden.

Hand-Auge-Kalibrierung erfolgt mit einem Marker-Pattern – einem flachen Blatt Papier (oder anderem Material) mit einem speziellen Muster, das von Photoneo PhoXi 3D-Scannern erkannt wird.

Hand-Auge-Kalibrierung: Der 3D-Scanner ist am Roboterarm montiert.

Vorteile des Hand-Auge-Greifens

Hand-Auge-Greifen bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem traditionellen Setup. Wenn Sie einen großen Behälter und einen darüber fest montierten Scanner haben, können Sie den Behälter nicht mit einem kleinen Scanner scannen. Wenn Sie einen kleinen Scanner direkt am Roboterarm montieren, können Sie mit dem Scanner näher an den Inhalt des Behälters heran und auswählen, welchen Teil des Behälters gescannt werden soll.

Ein weiterer Vorteil des Hand-Auge-Bin-Pickings tritt auf, wenn Sie zwei Behälter haben. Ein fest montierter Scanner kann nicht beide Behälter scannen – dies würde mindestens zwei Scanner erfordern. Im Gegensatz dazu bewegt sich ein am Roboterarm montierter Scanner von einem Behälter zum anderen und scannt deren Inhalt aus 적절한 Distanz und Winkel. Er kann so einen größeren Bereich abdecken als die extrinsische Kalibrierung.

Hand-Auge-Bin-Picking kann auch die Notwendigkeit beseitigen, den Raum abzudunkeln, in dem die Roboterzelle steht. Umgebungslicht von einem Fenster könnte ernste Herausforderungen für das eingesetzte 3D-Vision-System darstellen und oft speziellen Aufwand erfordern, den gesamten Raum abzudunkeln. Ein am Roboter montierter Scanner kann zuerst Scans einer Behälterseite und dann der anderen machen, wodurch die Notwendigkeit spezieller Umgebungsanpassungen minimiert wird.

Es kann auch vorkommen, dass das 3D-Vision-System selbst Schatten auf den Behälter wirft und eine hochwertige Erfassung der Szene verhindert. Dieses Problem wird normalerweise durch einen Kompromiss gelöst, indem die optimale Position des Scanners in Bezug auf den Behälter gefunden wird, oder indem Teile im Behälter manuell umsortiert werden, damit das Vision-System sie am Ende alle erfasst. Hand-Auge-Bin-Picking eliminiert dieses Problem, da es dem Scanner ermöglicht, die Szene aus jedem Winkel und von jeder Position zu „betrachten“.

Ebenso ist der Hand-Auge-Ansatz eine optimale Lösung für das Greifen von Teilen, die nah an den Behälterwänden platziert sind. Die Wände – und sogar die Teile selbst – können Schatten werfen und die Erkennung der Teile behindern, sodass die Montage des Vision-Systems am Roboterarm es ermöglicht, die Teile aus einem geeigneten Winkel anzufahren und zu greifen.

Während Hand-Auge-Bin-Picking zahlreiche Vorteile gegenüber der extrinsischen Kalibrierung bietet, ist es auch fair zu sagen, dass ein am Roboterarm befestigter Scanner die Bewegungen des Roboters einschränken kann. Dies im Hinterkopf behaltend, ist es ratsam, einen kleineren Scanner zu wählen. Im Fall der Photoneo PhoXi 3D Scanner-Familie sind die geeigneten Modelle XS, S, M und L, die einen Scanbereich von 16 cm bis 2 m abdecken.

Ein weiterer wichtiger Fakt ist, dass der Roboter während der Scan-Erfassung stillstehen muss, was die Zykluszeit verlängern kann. Daher ist der Hand-Auge-Ansatz nicht für zeitkritische Anwendungen geeignet.

Wenn Sie Ihre Anwendung automatisieren möchten, aber unsicher sind, welcher Bin-Picking-Lösungstyp am besten für Ihr Projekt geeignet ist, kontaktieren Sie uns und lassen Sie uns darüber sprechen. Wir helfen Ihnen gerne.