Robotik & Industrielle Bildverarbeitung

Robot-Vision-Lösung kommt ohne Programmierung aus

| Redakteur: Ines Stotz

Eine einfach konfigurierbare Robot-Vision-Lösung ermöglicht Teilewechsel in wenigen Minuten.
Eine einfach konfigurierbare Robot-Vision-Lösung ermöglicht Teilewechsel in wenigen Minuten. (Bild: IDS Imaging Development Systems)

Die Inbetriebnahme einer Robot-Vision-Anwendung ist komplex und zeitaufwändig. IDS‘ konfigurierbare All-in-One-Lösung kommt dagegen ganz ohne Programmierung aus. Ob das wirklich so leicht ist, beantwortet Dr. Martin Hennemann, Produktmanager für 3D Kameratechnik (Ensenso) und Robotik (Mikado) bei IDS Imaging Development Systems, im Interview mit elektrotechnik Automatisierung.

elektrotechnik Automatisierung: Herr Dr. Hennemann, welche Rolle spielt die Kameratechnik in einer Robot-Vision-Anwendung?

Dr. Martin Hennemann, Produktmanager für 3D Kameratechnik (Ensenso) und Robotik (Mikado), IDS Imaging Development Systems: „Anwender der Robotik-Vision-Lösung müssen keine Bildverarbeitungsexperten sein.“
Dr. Martin Hennemann, Produktmanager für 3D Kameratechnik (Ensenso) und Robotik (Mikado), IDS Imaging Development Systems: „Anwender der Robotik-Vision-Lösung müssen keine Bildverarbeitungsexperten sein.“ (Bild: IDS Imaging Development Systems)

Martin Hennemann: Roboter sind in erster Linie ‚blinde‘ Befehlsempfänger, die vorgegebenen und fest definierten Bahnen folgen. Bevor sie zu autonom arbeitenden Mitarbeitern werden, müssen sie ihre Umgebung adaptiv erfassen und auf jede Situation reagieren können. 3D-Kameratechnik versetzt Roboter in die Lage, ihre Umgebung zu analysieren, um selbständig auf unterschiedliche Gegebenheiten zu reagieren.

Je nach Anwendung und Größe der zu greifenden Teile müssen eventuell mehrere 3D-Kameras verwendet werden, um dem Roboter ein ausreichend großes Sichtfeld oder eine Rundumerfassung von Objekten bieten zu können. Die adaptive Robotersteuerung Mikado ARC erlaubt neben statischen Umgebungskameras auch den mobilen Betrieb einer 3D-Kamera direkt am Roboterarm. Das ermöglicht eine detailliertere Inspektion von Objekten und Umgebung aus mehreren Blickwinkeln und steigert die Qualität der Roboterarbeit. Das zeigt sich zum Beispiel in einer besseren Entleerung von Kisten und damit weniger Nacharbeit.

Neben 3D-Technik spielt auch die klassische 2D-Bildverarbeitung eine wesentliche Rolle. Wo 3D-Kameras in Grenzbereichen Schwierigkeiten aufweisen Objekte zu identifizieren, unterstützen 2D-Kameras idealerweise durch Kantendetektion, Farberkennung oder Messaufgaben. Des Weiteren erlauben 2D-Kameras auch die Erfassung zusätzlicher Informationen, wie Inhalte von Barcodes. Die Kombination beider Technologien verbessert damit signifikant die Analyse aller notwendigen Objekteigenschaften, was auch für die Fehler-Früherkennung einen wichtigen Beitrag zur Qualitätssicherung leistet.

Was muss ein Robot-Vision System wie Mikado ARC heute und künftig leisten und welche Vorteile sehen Sie darin?

Ein modernes Robotik-Vision-System sollte Automatisierern eine hohe Varianz von Werkstücken bei gleichzeitig kurzen Rüstzeiten ermöglichen. So lässt sich Mikado ARC schnell und einfach auf wechselnde Situationen anpassen. Da sich Teilewechsel vom Maschinenbediener ohne Programmieraufwand in wenigen Minuten selbst vornehmen lassen, spart das Zeit und Kosten und bringt mehr Flexibilität in die Produktionslinie. Das erlaubt eine effiziente Automatisierung im Prototypenbau und Kleinserien.

Wissen über Kommunikation und Steuerung unterschiedlicher Robotersysteme von Herstellern wie Mitsubishi, Kuka, ABB oder Fanuc ist bei Mikado ARC bereits integriert. Über vereinfacht abgebildete Kommandos wird die Roboter-Hardware abstrahiert, was weitere Vorteil mit sich bringt. Prozessabläufe sind dadurch ohne Anpassungen mit jedem Roboter ausführbar, dessen Leistung benötigt wird.

Um Kollisionen bei den Roboterfahrten und eine 100-prozentige Reproduzierbarkeit der Robotergriffe zu gewährleisten, plant Mikado vollautomatisch jeden Roboterarm-Fahrweg mit inverser Kinematik und verfügt zusätzlich über eine Lagenachführung der Greifpositionen. Durch eine robuste Objekterkennung kann es dem Roboter auch bei ungenauer Übergabeposition den korrekten Griff vorgeben.

Das klingt komplex und zeitaufwändig. Doch die Inbetriebnahme soll „so easy“ sein, wie IDS dem Anwender verspricht?

Ja, denn Mikado ARC setzt direkt bei den Anforderungen und Aufgaben des Systemintegrators und des Maschinenbedieners an. Der Umgang damit ist selbst für Anfänger ohne Vorkenntnisse in einer Zweitagesschulung erlernbar. Die Roboterzelle, die Greiferausführung und weitere Basisparameter werden mittels standardisierter Roboter-Beschreibungsdateien modelliert. So lassen sich Positionen und Dimensionen von Komponenten oder deren mögliche Bewegungen und Transformationen bis ins Detail beschreiben, ohne dabei die grundlegende Kommunikation und Programmierung des verwendeten Roboters kennen zu müssen.

Grundlagen und Basiswissen, wie die Verarbeitung und Auswertung von Bildmaterial, erledigt Mikado zudem völlig selbständig im Hintergrund. Anwender müssen dazu keine Bildverarbeitungsexperten sein. Aufwändiges Programmieren ist zu keinem Zeitpunkt notwendig.

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Und für welche Anwendungen eignet sich Ihre Lösung?

Mikado ARC ist ideal für Bin Picking, also den ‚Griff in die Kiste‘, Depalettierung und lagerichtiges Übergeben von Teilen an Folgemaschinen, Magazine oder sonstige Aufnahmen. Durch die einfache Handhabung bei der Einrichtung, im Betrieb und bei Umrüstungen lassen sich auch Arbeitsschritte im Prototypenbau oder in Kleinserien effizient automatisieren. Aber auch hochoptimierte Prozessabläufe mit minimalen Taktzeiten von rund vier Sekunden sind realisierbar.

Zudem helfen die integrierten Simulationswerkzeuge Arbeitsschritte zu optimieren, noch bevor Zeit und Geld in Prototypen investiert werden muss. Mithilfe der integrierten Physik-Engine kann der Mikado Simulator realitätsnahe Situation von Bin Picking-Szenarien mit virtuellen Boxen und Objekten beliebig oft und reproduzierbar simulieren. Dadurch genügen beispielsweise für Testläufe mit neuen Greifertypen deren CAD-Daten, um Vorhersagen über Taktzeiten und den erreichbaren Entleerungsgrad der Boxen machen zu können.

Die Robot-Vision-Komplettlösung ist damit auch für die Planung, Entwicklung und Wartung das richtige Werkzeug. Für den deutschen Hersteller ‚direkt um die Ecke‘ ist auch die Unterstützung bei kniffligen Inbetriebnahmen oder eine Sonderfeature-Entwicklung durch einfache und unmittelbare Absprache kein Problem. Mit direkter Anbindung an Maschinensteuerungen mittels Industrieprotokollen wie Profinet oder OPC-UA ist Mikado zudem schon jetzt für Industrie 4.0 gerüstet.

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Ist das Ziel der Null-Fehler-Produktion mit solchen Robot-Vision Systemen in greifbarer Nähe?

Eine ‚perfekte‘ Produktion ohne Nacharbeit und Mängel ist heute wie damals eine Idealvorstellung, die sich auch mit hohen Kosten und modernster Technologie nicht realisieren lässt. Viele Fehler basieren auf unvorhersehbaren Situationen beziehungsweise Anomalien. Die Herausforderung ist, diese frühzeitig zu erkennen und Folgefehler zu vermeiden, um Produktionsunterbrechungen entgegenzuwirken. Adaptive Systeme wie Mikado ARC und der Einsatz von Kamera- und Auswertetechnik ist damit für alle unabdingbar, die dem Ziel der Null-Fehler-Produktion einen großen Schritt näher kommen wollen.

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