Der ‚Griff in die Kiste‘ – also das Greifen von ungeordnet liegenden Bauteilen durch einen Roboter – ist alles andere als trivial und stellt trotz enormer Fortschritte sowohl in der Robotik als auch in der Bildverarbeitung nach wie vor eine große Herausforderung dar. Die Gründe dafür liegen auf der Hand: Bevor ein Roboter ein Bauteil greifen kann, muss ein Bildverarbeitungssystem dieses zunächst sicher erkennen und seine Orientierung errechnen, um dem Roboter dann Position und Orientierung der Greifpunkte zu kommunizieren. Liegen die zu greifenden Bauteile chaotisch durcheinander und verdecken sich dabei auch noch teilweise, wird das sichere und schnelle Greifen von Einzelteilen oft zu einem langsamen Vorgang. In konventioneller Technologie führt dieser mehrstufige Prozess vom Erkennen über das Greifen zum korrekten Ablegen und dann zum Greifen mit korrekter Orientierung. 

Asyril begegnet dieser in der Industrie häufig anzutreffenden Aufgabenstellung mit einem neuen Ansatz. Das Schweizer Unternehmen baut Zuführsysteme für Pick&Place-Roboter und arbeitet dabei mit einem auf den ersten Blick einfachen, aber im Detail innovativen Trick: Die neben- und übereinander in einer Kiste liegenden Schüttgut-Objekte werden über einen Beschickungstrichter auf eine Vibrationsplattform geleitet, auf dieser vereinzelt und in eine Lage gebracht, die einen einfachen Zugriff durch den Roboter ermöglicht.

Vibration in drei Achsen

Die Grundidee der Schweizer geht dabei über herkömmliche mechanische Systeme wie zum Beispiel Rütteltöpfe hinaus, erklärt Asyril-Produktmanager Aymeric Simonin: „Die Besonderheit unserer Hochleistungs-Zuführsysteme besteht darin, dass die Ergebnisse eines integrierten Bildverarbeitungssystems dazu verwendet werden, die Vibrationen der Plattform gezielt so zu steuern, dass die Objekte vereinzelt werden. Das spezialisierte Vision-System liefert die dazu notwendigen Daten nahezu in Echtzeit und sorgt so dafür, dass die Teile isoliert und in eine für den Roboter optimale Greiflage gebracht werden.“

Nach dem Vereinzeln durch ‚intelligente Vibrationen‘ kommuniziert das Bildverarbeitungssystem die Daten von Position und Orientierung von optimal zu greifenden Bauteilen an den Pick&Place-Roboter, für den der Zugriff dann ein Leichtes ist. Um die Geschwindigkeit der Objekterkennung zu optimieren, sendet das System die Informationen über die ersten erkannten, gut platzierten Bauteile bereits an den Roboter, bevor das gesamte Bild ausgewertet ist.

Kernstück des in den aktuellen ‚Asycube‘-Feedern eingesetzten Bildverarbeitungssystems bildet eine Kamera aus der Exo-Serie von SVS-Vistek, die auf den ­‚Pregius 2‘-CMOS-Sensoren von Sony basiert.

© SVS-Vistek

Technische Grundlage für diese Vorgehensweise sind flexible Feeder namens ‚Asycube‘. Die Aktuatoren der patentgeschützten 3-Achsen-Vibrationstechnologie versetzen eine Vibrationsplattform in Schwingungen, die sich in Bezug auf die Stärke, die Frequenz und die Dauer steuern lassen und dadurch eine schnelle und präzise Bewegung der Bauteile auf der Vibraonsplattform ermöglichen.

Zweites Kernelement der Feeder-Lösung ist das integrierte Vision-System ‚Smartsight‘, das die Qualität der Vereinzelung beurteilt und mit dem Wissen über die Möglichkeiten des Robotergreifers die Positionen der nächsten optimal liegenden Teile bestimmt. Asyril entschied sich nach ersten Systemen auf Basis von ‚Eco‘-Kameras von SVS-Vistek für Kamera-Modelle aus der ‚Exo‘-Serie mit Auflösungen zwischen 1,6 und 12 MP, da diese neben der Bildaufnahme die Steuerung des Lichts übernehmen und so einen zusätzlichen Strobe-Controller unnötig machen. Dadurch ließen sich zum einen die Hardware-Kosten für das Gesamtsystem reduzieren; zum anderen besteht nun die Möglichkeit, Auflicht und Durchlicht mit kurzen Blitzzeiten direkt aus den Power-Ausgängen der Kamera zu bedienen. Das Timing für Licht und Belichtung kommt direkt aus der Kamera, die die elektrischen Abläufe und den integrierten vierkanaligen LED-Treiber mit seinem Sequenzer steuert. Die Steuerung von Licht, Sequenzer und Kamera erfolgt über ein einziges Programmier-Interface.

Insgesamt eignet sich die Technologie für lose Teile und Komponenten aller Geometrien mit Größen von <0,1 bis 150 mm. Die Feeder ermöglichen eine teileschonende Zuführung, was je nach Anwendungsfall ein entscheidendes Kriterium darstellen kann. Dank dem modularen Aufbau lassen sich die Feeder flexibel an die Eigenschaften der Objekte anpassen. Für diese Flexibilität in der Konfiguration sorgt neben leicht auswechselbaren Hardware-Modulen die einfach zu bedienende, PC-basierte Bildverarbeitung. Bei der Umstellung auf andere Produkte zeigen sich die ­Vorteile eines programmierbaren Feeders deutlich: Die Konfiguration erfolgt per Software und spart teure Hardware-Rüstzeiten, was insbesondere in Märkten mit sehr kurzen Product-Life-Cycles oder kleinen Serien vorteilhaft ist. 

Für die Realisierung des in die ‚Asycube‘-Feeder integrierten Vision-Systems ‚Smartsight‘ arbeitet Asyril mit der Firma Fabrimex zusammen, die als Partner von SVS-Vistek deren Kameratechnik zu maßgeschneiderten optischen Lösungen aus einer Hand komplettieren.

Autor:
Stefan Waizmann ist Mitarbeiter im Technical Marketing bei SVS-Vistek in Seefeld.