18.11.2020

Autonomer Depalettier-Roboter mit 3D-Snapshot-Kamera

Griffsicher

Bei der Warenvereinzelung von der Palette in andere Gebinde oder auf eine Fördertechnik sollte jeder Griff sitzen. Wird das Depalettieren von einem Roboter ausgeführt, ist dieser auf perfekte Bilder angewiesen, um einzelne Objekte in unterschiedlichen Drehrichtungen und Ebenen sicher zu greifen. Ein namhafter tschechischer Automobilhersteller löst diese Aufgabe mit dem 3D-Snapshot-Sensor Visionary-T von Sick.


Bild: Sick AG

3D-Snapshot bezeichnet ein Bildaufnahmeverfahren, bei dem Kameras in einem einzigen Moment nicht nur ein komplettes Abbild ihres Sichtbereichs aufnehmen, sondern auch die Distanz zwischen Kamera und aufgenommenen Objekten bestimmen. Die größten Vorteile dieses Verfahrens sind unter anderem die vollständige und scharfe Darstellung beliebiger Objekte und eine hohe Tiefenauflösung der 3D-Bilder, die einer präzisen Roboterführung zugutekommt. Neben Sick war auch der portugiesische Vision-Integrator Neadvance mit einer eigens entwickelten 3D-Bildverarbeitungslösung zur Lage- und Positionsbestimmung von Kisten und Kartons an der Umsetzung der robotergestützten Depalettierung beteiligt.

Automatisierte Warenwirtschaft

Die übergeordnete Aufgabe bestand darin, den Wareneingang des Automobilherstellers handhabungs- und datentechnisch an das Hochregallager und die Produktion anzubinden und so eine ganzheitliche, intralogistische Gesamtlösung zu schaffen. Vor der Einführung des automatischen Wareneingangssystems wurden Bauteile wie Schrauben, Spiegel oder Armaturenelemente nach dem Entladen aus den Lastwagen händisch von der Palette genommen, datentechnisch erfasst und auf ihren Weg zu einem Lagerort oder direkt in die Fahrzeugproduktion geschickt. Dieses Depalettieren und Umsetzen der angelieferten Bauteile auf eine Förderstrecke sollte mit Hilfe eines Knickarmroboters gelöst werden. Dafür war es notwendig, den Depalettierroboter so auszustatten, dass er die Position der einzelnen Pakete auf einer angelieferten Palette auch bei unterschiedlichen Beladungsmustern und Verpackungseinheiten oder transportbedingten Positionsveränderungen auf der Palette selbstständig erkennt und sicher greifen kann.

3D-Snapshots für Form, Ausrichtung und Abstand

Gelöst wurde diese Aufgabe mit dem 3D-Snapshot-Sensor Visionary-T. Die Streaming-Kamera versorgt die Robotersteuerung mit Messwerten zu Form, Ausrichtung und Abstand von Objekten auf der Palette. Der Sensor ermittelt Abstands- und Größeninformationen von Objekten durch 3D-Lichtlaufzeitmessung (Time-of-Flight, ToF). Hierfür sendet der Sensor Infrarotlicht aus, welches an den Objekten in der Umgebung reflektiert wird. Aus der Phasenverschiebung zwischen Licht und Lichtremission berechnet der Sensor die Distanz zur Palettenoberfläche, d.h. zu den einzelnen Kartons oder Kisten, und stellt diese in einer 3D-Punktwolke dar. Die Algorithmen von Neadvance nutzen die 3D-Bildinformationen, um für jedes einzelne Pixel Tiefen- und Intensitätsinformationen zu generieren und so die Form, Ebene und Ausrichtung von Kisten und Karton zu bestimmen. Dies ermöglicht es der Robotersteuerung zu erkennen, welcher Behälter als nächstes kollisionsfrei angefahren und am besten gegriffen werden kann und die entsprechenden Zielkoordinaten für die automatische Bahnführung des Roboters zu berechnen.

Direkt in Roboterkinematik integriert

Der Visionary-T ist in dieser Applikation direkt am Knickarmroboter montiert. Wenn dieser sich über die Palette bewegt, nimmt der Sensor in der Bewegung Aufnahmen der Palettenoberfläche auf. Der robuste Sensoraufbau gewährleistet eine hohe Ausfallsicherheit bei zugleich geringem Wartungsaufwand. Die Bildwiederholrate von bis zu 50fps stellt zudem sicher, dass auch während der dynamischen Beschleunigungen und Reversierbewegungen des Roboters sowie bei reflektierenden Oberflächen oder anderen schwierigen Bedingungen die messtechnische Präzision und Zuverlässigkeit für die Roboterführung erhalten bleibt. Der Roboter fährt die Palette an, nimmt mit einer speziellen Greifvorrichtung die Ware sicher auf und legt die Kiste oder den Karton auf dem Förderband ab. Für das Greifen der nächsten Kiste startet der Ablauf von vorn. Die Dynamik des Roboters und die Schnelligkeit der 3D-Erfassung der Palettenoberfläche haben den Depalettierungsprozess wesentlich beschleunigt und den Durchsatz im Wareneingang signifikant erhöht. Die neue Depalettierungslösung arbeitet so zuverlässig und effizient, dass der Automobilhersteller plant, sie auch in anderen Werken einzusetzen.

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