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Bildverarbeitung Intelligent gerüttelt: Effizientes Tandem aus Vision-Sensor und Vibrationsfeeder

| Autor / Redakteur: Dr. Klaus Berdel, Aymeric Simonin* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Die lagerichtige Zuführung von Teilen ist für eine effektive Montage entscheidend. Ein Vibrationsfeeder in Kombination mit einem bildverarbeitenden Vision-Sensor stellt eine sehr flexible Automatisierungslösung dar, die sich insbesondere beim Handling komplexer oder variantenreicher Teilefamilien bewährt.

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Komplexe Teile lassen sich mit einem Vibrationsfeeder effizient vereinzeln. Ein Vision-Sensor (oben)erkennt die Lage von Teilen und Agglomeraten und sorgt für eine entsprechende Ansteuerung des Feeders (unten).
Komplexe Teile lassen sich mit einem Vibrationsfeeder effizient vereinzeln. Ein Vision-Sensor (oben)erkennt die Lage von Teilen und Agglomeraten und sorgt für eine entsprechende Ansteuerung des Feeders (unten).
(Bild: Sensopart)

Bei der automatisierten Montage eines Produkts liegt die Herausforderung oft in der positions- und lagerichtigen Teilebereitstellung: So müssen bei der ungeordneten Zuführung in einem Vibrationswendelförderer bei jeder Änderung der Teilegeometrie mechanische Führungshilfen – sogenannte Schikanen – angepasst werden, wodurch zusätzliche Konstruktions- und Rüstzeiten anfallen. Zudem sind solche Vorrichtungen erfahrungsgemäß störanfällig, wodurch es immer wieder zu Maschinenstillständen kommt.

Durch den Einsatz von bildverarbeitenden Vision-Sensoren, die Teile und ihre Lage anhand eines Bildes erkennen und bewerten, lassen sich die Rüstzeiten bei Produktwechseln auf einen Bruchteil reduzieren. Bei der Zuführung von Teilen mit komplexen Geometrien, die sich leicht ineinander verhaken können oder empfindlich gegen mechanische Reibung sind, bietet sich anstelle des Vibrationswendelförderers der Einsatz eines Vibrationsfeeders an, bei dem die Vereinzelung teileschonend auf einer ebenen, vibrierenden Plattform stattfindet. Zudem ist die Vorausrichtung der Teile durch den Einsatz von speziell strukturierten Plattformen (Rillen oder Nester zur Aufnahme des Teils) möglich.

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Kamerageführte Vibrationen

Wie die Kombination aus Vibrationsfeeder und Vision-Sensor funktioniert, wird im Folgenden anhand entsprechender Produkte des Schweizer Anbieters von Zuführsystemen Asyril und des südbadischen Sensorherstellers Sensopart dargestellt.

Der Vision-Sensor identifiziert alle Teile mit einer bestimmten Geometrie oder Lage (im Bild grün dargestellt) und übermittelt die Daten an den Robotergreifer.
Der Vision-Sensor identifiziert alle Teile mit einer bestimmten Geometrie oder Lage (im Bild grün dargestellt) und übermittelt die Daten an den Robotergreifer.
(Bild: Sensopart)

Der prinzipielle Ablauf ist in der Abbildung veranschaulicht: Alle Teile liegen, ungeordnet angeliefert von einem Teilebunker, zunächst auf einer Seite der Feeder-Plattform. Durch exakt dosierte Vibrationen werden sie gleichmäßig über die Fläche verteilt. Dabei ermöglicht die intelligente Verknüpfung mehrerer dreidimensional wirkender Aktoren das Vereinzeln, Wenden, Verteilen und Entwirren selbst komplexer Komponenten – praktisch unabhängig von der Teilegeometrie. Die 3-Achsen Vibrationstechnologie ermöglicht zudem die freie Bewegung der Teile in alle Richtungen, was beispielsweise das Entleeren der Plattform ermöglicht. Durch Variation der Vibrationsparameter lässt sich das System, das mit drei Plattformgrößen für Teile von <0,1 bis 40 mm Durchmesser angeboten wird, flexibel an verschiedene Anwendungen anpassen.

Der Vision-Sensor ist oberhalb der Feeder-Plattform montiert, sodass er die gesamte Fläche im Blick hat. Bei der Identifikation der Teile unterstützt ihn die integrierte Hintergrundbeleuchtung des Feeders. Der Sensor erkennt die Positionen der bereits korrekt ausgerichteten Teile und liefert sie an den Roboter; liegen Teile mit verschiedenen Geometrien vor, können diese sortiert werden. Auch verbliebene Agglomerate sowie andere nicht aufnehmbare Teile werden erkannt und entsprechende Signale an die übergeordnete Steuerung gesandt, die den Feeder entsprechend „nachrütteln“ lässt. Wenn schließlich alle Teile vereinzelt und aufgenommen wurden, sendet der Sensor ein entsprechendes Signal an die Steuerung, dass der Feeder nachgefüllt werden kann.

Neben sensortypischen Schaltausgängen verfügen aktuelle Vision-Sensoren über in der Industrieautomation gebräuchliche Kommunikationsschnittstellen (Ethernet, Profinet, Ethernet IP, RS422, RS232), sodass eine Datenübermittlung an die Steuerung oder auch direkt an andere Komponenten (z.B. Roboter, Schütte) auf einfache Weise realisierbar ist.

Komplexe Auswertung – einfache Bedienung

Um anspruchsvolle Bilderkennungsaufgaben wie die hier beschriebenen zu bewältigen, bieten Vision-Sensoren dem Anwender eine große Vielfalt vorkonfigurierter Auswertealgorithmen (sogenannte Detektoren) an, beispielsweise zur Erkennung von Mustern, Kanten und Konturen, zur Ermittlung von Kontrast- oder Farbunterschieden oder zur Vermessung von Objekten. Besonders interessant für die Vereinzelung und Lagerkennung im Zusammenspiel mit dem Vibrationsfeeder ist dabei der sogenannte Blob-Detektor (Binary Large Object). Er ermöglicht es, wesentliche Merkmale komplexer Teile – beispielsweise Position, Drehlage, Fläche, Umfang, Exzentrizität – zu erfassen und auch übereinander liegende oder ineinander verhakte Teile zu erkennen (Abb.).

Der Visor kann nicht nur Teile mit verschiedenen Geometrien (im Bild hellgrün bzw. dunkelgrün) unterscheiden, sondern erkennt auch Agglomerate (rot).
Der Visor kann nicht nur Teile mit verschiedenen Geometrien (im Bild hellgrün bzw. dunkelgrün) unterscheiden, sondern erkennt auch Agglomerate (rot).
(Bild: Sensopart)

Bei asymmetrischen Teilen ist sogar eine Bauch-/Rückenlagenerkennung möglich. Trotz der umfangreichen Funktionalität lässt sich eine Blob-Auswertung mit wenigen Mausklicks in der Visor-Konfigurationssoftware einrichten.

Effiziente Vereinzelung erhöht Durchsatz

Vision-Sensoren sind kompakt, robust und kostengünstig und lassen sich auch von nicht einschlägig vorgebildeten Mitarbeitern ohne weiteres einrichten. Auch die Programmierung des Vibrationsfeeders setzt kein Spezialwissen voraus. Bei komplizierten Geometrien oder zahlreichen Varianten der Teile ist es daher in jedem Fall einfacher, Kamera und Feeder zu konfigurieren als eine mechanische Schikane zu entwickeln und zu erproben. Insbesondere bei kleinen und häufig wechselnden Chargen lassen sich die Rüstzeiten so auf einen Bruchteil reduzieren. Durch das intelligente Zusammenspiel von Vibrationsfeeder und Vision-Sensor geht zudem keine Zeit durch ungeordnete und ineffektive Vibrationen verloren, mit deutlich positiven Auswirkungen auf die mittlere Zykluszeit und den Durchsatz. Infolge dieser Produktivitätsgewinne amortisiert sich die Investition in die Kombination aus Vibrationsfeeder und Vision-Sensor in der Regel binnen weniger Monate.

* *Dr.-Ing. Klaus Berdel, Projektmanager Vision, Sensopart Industriesensorik, Gottenheim bei Freiburg; Aymeric Simonin, Produktmanager, Asyril SA, Villaz-St-Pierre, Schweiz

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