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Der Griff in die Kiste

Den heute in der Montage üblichen Zuführsystemen mangelt es an Flexibilität. Forscher des Fraunhofer- Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) haben ein Verfahren entwickelt, das automatisiertes Greifen völlig ungeordneter Bauteile mittels Roboter ermöglicht.

Von Ira Effenberger, Jens Kühnle, Martin Stotz

Die Zuführung von Werkstücken von einem Prozessschritt zum nächsten geschieht heute in aller Regel so: Die Teile oder Baugruppen werden entweder in Spezial-Ladungsträgern zugeführt oder in Form von Schüttgut bereitgestellt. Ladungsträger erlauben eine geordnete Lagerung der Einheiten (Lage ist genau bekannt) oder eine halbgeordnete Lagerung (nur grobe Lageausrichtung ist bekannt), was die anschließende Handhabung vereinfacht. Jedoch sind diese Ladungsträger speziell an die zu lagernden Teile angepasst. Variationen hinsichtlich der geometrischen Form erfordern demzufolge zwangsläufig auch eine Anpassung der meist sperrigen Ladungsträger. Bei der Verwendung von Schüttgut liegen die Einheiten hingegen völlig ungeordnet vor.

Als Behälter lassen sich nahezu beliebige Ladungsträger beispielsweise Gitterboxen verwenden. Das Problem hierbei: Um Schüttgut handhaben oder einer Montagestation zuführen zu können, müssen die Einheiten wieder geordnet werden. Dies geschieht heute – wenn nicht manuell – mit Hilfe aufwendiger mechanischer Vorrichtungen wie Wendelförderern, Schikanen, Bändern oder Vereinzelungen. Auch diese sind speziell an die geometrische Form der zuzuführenden Einheiten angepasst. Ändert sich die Form der Werkstücke, sind nicht selten teure mechanische Anpassungen dieser komplexen Zuführtechnik die Folge.

 

3D-4-Robots-Demonstrator am Fraunhofer IPA. Die Roboterzelle dient nicht nur Forschungszwecken. Unternehmen, die an einer Automatisierung ihrer Handhabungssysteme interessiert sind, können diese Zelle auch als Plattform für Machbarkeitsuntersuchungen

Eine alternative Methode der Zuführung zwischen verschiedenen Prozessschritten ist der „Griff in die Kiste“ – also das Greifen von Objekten direkt aus den Transportbehältern mit Hilfe eines Roboters. Dabei müssen die Objekte weder geordnet noch halbgeordnet sein, sondern können als völlig ungeordnetes Schüttgut vorliegen.

Der Griff in die Kiste setzt allerdings zuverlässige, computergestützte Systeme zur Objektlageerkennung voraus. Stand der Technik sind Methoden, die typischerweise auf Photogrammetrie-Verfahren basieren. Solche 2D-Bildverarbeitungsverfahren verwenden identifizierbare Merkmale, um Objektlagen zu erkennen: zum Beispiel Kreise, die auf der Oberfläche durch Bohrungen entstehen, oder Linien an Objektkanten. Sofern die zu erkennenden Objekte geordnet oder halbgeordnet vorliegen und gut zu identifizierende Merkmale aufweisen, können 2D-Methoden deren Lage zuverlässig erkennen. Bei ungeordneten Objekten hingegen mit nur schlecht identifizierbaren Merkmalen gelingt dies häufig nicht.

In der Wissenschaft und Forschung werden deshalb mehr und mehr Algorithmen beschrieben, die auf 3D-Information beruhen. Üblicherweise vergleichen diese Verfahren die wahrgenommene Szene mit Objektmodellansichten, die vorher angefertigt und in einer Datenbank hinterlegt wurden. Dies verursacht große Datenmengen, die es zu speichern und verarbeiten gilt, was letztlich zu einem erheblichen Bedarf an Speicherplatz und auch Rechenzeit führt. Zudem hängt die Genauigkeit der Lageerkennung von der Anzahl der Ansichten ab, die dem Objektmodell zugrunde liegen. Deshalb ist beispielsweise die Orientierung von Werkstücken oft nur auf ±3 Grad genau bestimmbar.