In einem international renommierten Unternehmen aus der Chemie- und Pharmaindustrie war die Zuführung chemischer Stoffe zur Aufbereitung in der nachgeschalteten Anlage lange Zeit manuell organisiert: Mitarbeiter mussten bis zu 25 kg schwere Säcke von Paletten heben und die Inhalte für die weiteren Produktionsschritte vorbereiten. Aus ergonomischer, aber auch aus wirtschaftlicher Sicht war dieser Prozess keine gute Lösung. Dass die Inhalte der Säcke zudem überwiegend als Gefahrenstoffe eingestuft waren, führte zur Entscheidung des Unternehmens, diesen Anlagenteil so weit wie möglich zu automatisieren. Diese Aufgabe übernahm das Firmen-Duo ASA Automation und Vision On Line.

Die Greifgenauigkeit ist entscheidend

Für das Handling der Chemikalien-Säcke hatten ASA Automation und Vision On Line etliche Herausforderungen zu bewältigen. Für ASA Automation war zwar schnell klar, dass das Aufnehmen der Säcke von der Bereitstellungsposition auf einer Palette mit einem Vakuum-Sauggreifer an einem entsprechend ausgelegten Roboter realisiert werden musste. Aber: Je nach Inhalt und Beschaffenheit der Säcke hingen diese nach dem Aufnehmen unterschiedlich stark durch. Um sie prozesssicher greifen zu können, musste ein anwendungsspezifischer Sauggreifer entwickelt und gefertigt werden. Erschwerend kam hinzu, dass Säcke, die nicht exakt im Mittelpunkt aufgenommen werden, beim Anheben oder während der nachfolgenden Bewegung aufreißen können. Daher musste besonderes Augenmerk auf eine hohe Genauigkeit bei der Ermittlung der Greifpositionen gelegt werden. Das genaue Erkennen von Objektpositionen ist eine typische Aufgabenstellung für industrielle Bildverarbeitungssysteme. In diesem speziellen Fall jedoch waren Standardlösungen nicht ausreichend: Die Säcke liegen teilweise verdreht auf den Paletten oder hängen über deren Rand hinaus. Zudem sind sie vor allem in den unteren Lagen häufig eng nebeneinander oder auch überlappend angeordnet, so dass kein klarer Spalt dazwischen als Abgrenzung vorhanden ist. Darüber hinaus weisen die Objekte nicht immer die gleiche Kontur auf, weil sie teilweise eingedellt oder gestaucht sind. Und zu guter Letzt können Reflexionen und Fremdlichtprobleme bei den umhüllenden Kunststoffen auftreten, was die Randbedingungen für die Bildverarbeitung zusätzlich erschwert.

Mit KI zur Lösung

Zwei 3D-Scans der mit Säcken belegten Paletten werden per Software zusammengefasst und ermöglichen die exakte Berechnung der Greifposition der Säcke. © ASA Automation

Den mechanischen Teil der Anlage realisierte ASA Automation über einen 6-Achs-Roboter mit einer zusätzlichen siebten Achse für den Verfahrweg in X-Richtung. Durch dieses Setup war sichergestellt, dass die über entsprechende Förderelemente auf einen definierten Stellplatz positionierten Paletten sowie die darauf liegende Sackware in Reichweite des speziell entwickelten Vakuum-Sauggreifers sind und der nachgeschalteten Anlage positionsgenau zugeführt werden können.

Für die exakte Bestimmung des Greifpunkts empfahl Vision On Line die 3D-Picking-Lösung ‚EyeT+ Flex‘ der italienischen Firma IT+Robotics, da sie neben weiteren Werkzeugen auch die Möglichkeit abdeckt, Objekte mit Hilfe von künstlicher Intelligenz einzulernen. Aufgrund der geometrischen Varianz der Säcke, ihrer Positionen sowie der unterschiedlichen Materialien schieden klassische Bildverarbeitungsverfahren als Lösungsmöglichkeit aus.

Der Autor: Peter Stiefenhöfer ist Inhaber von PS Marcom Services in Olching. © PS Marcom Services

Als Auge des Systems dient dabei eine am Roboterarm installierte Kamera, die zwei 3D-Scans der mit Säcken belegten Paletten durchführt. Zwei 3D-Scans sind aufgrund des geringen Abstands zwischen der Kamera und den Objekten nötig, der sich aus der geringen Raumhöhe und der relativ hohen Stapelhöhe ergab: Weitwinkelaufnahmen in nur einem Scan waren aufgrund der Verzerrung nicht machbar, und auch der Einsatz eines Höhensensors kam nicht in Frage, weil damit die Gefahr bestand, die Objekthöhe fälschlicherweise an tieferliegenden Rändern der Säcke zu messen. Dies hätte zu Kollisionen zwischen Greifer und den Säcken führen können. Mit zwei Aufnahmen der Kamera und der Zusammenfassung der Bilddaten über eine geeignete Software konnte Vision On Line diese Schwierigkeit meistern.