System depalettiert Zylinderköpfe automatisch

  • Abb.1: Die Zylinderköpfe werden in der Gitterbox angeliefert.Abb.1: Die Zylinderköpfe werden in der Gitterbox angeliefert.
  • Abb.1: Die Zylinderköpfe werden in der Gitterbox angeliefert.
  • Abb. 2: Ein typisches Bauteil, welches eine Breite von 620 mm, eine Tiefe von 265 mm und eine Höhe von 80 mm aufweist. Die Befestigungsbohrungen liegen unterhalb der Zylinderbohrungen und unterscheiden sich kaum von der restlichen Struktur – sie sind also auch optisch schwer zu erfassen. Die Genauigkeitsanforderungen liegen bei unter 0,5 mm, bedingt durch das anzuwendende Greifwerkzeug des Roboters.
  • Abb. 3: Die Algorithmen machen sich ein Koordinaten-System zu Nutze.
  • Abb. 4: Prüfresultat: Pattern- Matching und Kalman-Filter
  • Abb. 5: Die Software erkennt auch, wo die Ölstutzen liegen – und somit kann sie genau einschätzen, wie sie sie packen und drehen kann.

Wenn in einem Paket etwas kreuz und quer liegt, ist das für einen Menschen kein Problem: Falls es nicht zuviel wiegt, kann er es trotzdem auspacken. Für einen Roboter hingegen stellt es eine Herausforderung dar, da ein Bildverarbeitungssystem ganze Arbeit leisten muss, um den Inhalt richtig zu identifizieren und ihn so anzupacken, dass er sich transportieren lässt und nicht beschädigt wird. Eine Pforzheimer Firma hat dafür eine Lösung gefunden.

Will man Motoren bauen, braucht man Zylinderköpfe. Die erhalten Firmen meist in Gitterboxpaletten, die bisher Arbeiter entladen mussten, damit sie mit anderen Bauteilen zu einem kompletten Motor zusammengefügt werden konnten. Leider ging das bisher nicht ohne Personal – denn die Bauteile lagen ungeordnet in den Gitterboxen, Menschen mussten die Teile per Hand auf das Förderband wuchten. Das dauerte zu lange, weshalb eine leistungsfähige Bildverarbeitung die Sortierung der Zylinderköpfe übernehmen soll.

Standard, daher zuverlässig

CTMV nahm die Herausforderung an und automatisierte die monotone und anstrengende manuelle Entladung. Dabei verwendeten die Bildverarbeitungsspezialisten hauptsächlich Standard-Komponenten von National Instruments, um die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit zu maximieren. Die Basis für das BV-System bildet das modulare Hard- und Softwarekonzept von National Instruments. Das Systemkonzept sieht einen IPC vor, ausgestattet mit einem IEEE-1394 Host-Adapter zum Anschluss von FireWire-Kameras sowie einer digitalen I/O-Schnittstellenkarte zur Basiskommunikation mit der Anlagensteuerung.

Gut ausgeleuchtet

Der IPC und die I/O-Schnittstelle bilden allerdings das Herzstück des Inspektionssystems. Für die Bildaufnahme wurde jeweils eine hoch auflösende Firewire-Kamera mittig über den Gitterboxpaletten positioniert. Das Sichtfeld einer Kamera deckt dabei den gesamten Raum einer Palette ab.

Der Erfolg der anschließenden Analyse liegt maßgeblich im Kontrast und der homogenen Ausleuchtung der komplexen Bauteile in den Gitterboxen, so dass man über den zwei Prüfstationen geeignete Beleuchtungseinheiten anbrachte. Aufgrund der hohen Intensität verhindert diese gleichzeitig Störeinflüsse aus der Umgebung. Filterung inklusive Die Anlagensteuerung startet jeweils die optische Prüfung der entsprechenden Station. Die Kamera nimmt ein Bild einer Lage (Ebene) auf und ermittelt die exakten Positionen/ Drehlagen der einzelnen Zylinderköpfe. Sie nutzt dazu einen intelligenten Suchalgorithmus. Im ersten Schritt wird dabei über ein Pattern-Matching-Verfahren nach den sechs signifikanten Zylinderbohrungen, die zueinander in einem fest definierten Abstand stehen, gesucht. Da aufgrund von starken Reflexionen mit Fehl-Matches gerechnet werden muss, wird im Anschluss eine zusätzliche, spezielle Filterung nach der Kalman-Methode durchgeführt, um im Folgenden tatsächlich sicher zu sein, nur die sechs Zylinderbohrungen pro Teil zu betrachten.

Reise zum Mittelpunkt

Die optische Inspektion führt das System parallel an zwei Gitterboxpaletten durch, die von einem Roboter im Wechsel bearbeitet werden. Auf diese Weise entstehen keine Wartezeiten. Dann folgt eine Feinvermessung der Befestigungsbohrungen, in die der Roboter seinen Greifarm senkt. Aus den Mittelpunkten aller Befestigungsbohrungen eines Bauteils wird im Anschluss jeweils der Gesamtschwerpunkt errechnet. Die Position eines Zylinderkopfes ist damit präzise erfasst. Die Ergebnisse stehen zunächst als Pixelkoordinaten zur Verfügung und werden mit Hilfe geeigneter Kalibriermethoden in das Koordinatensystem des Roboters überführt, der auf diese Weise präzise Daten über die Lage mit einer Genauigkeit von 0,2 mm erhält und die Bauteile sauber greifen und entnehmen kann.

Gewusst wo

Für das Ermitteln der Drehlage ist ein weiterer signifikanter Bezugspunkt nötig. Die auf den Bauteilen befindlichen Öleinlassstutzen bieten sich hier geradezu an und werden vom BV-System ebenfalls präzise in der Position erkannt, so dass im Anschluss der Drehwinkel des Teils, bezogen auf den zuvor errechneten Schwerpunkt, ermittelt werden kann. Anschließend dreht der Roboter das Bauteil in die richtige Position.

Fazit

Der bislang manuelle Prozess konnte also wie geplant voll automatisiert werden. Die Nutzung von Standardkomponenten der Firma National Instruments, gebündelt mit dem Expertenwissen der CTMV, erlaubte zudem die Umsetzung der Lösung in sehr kurzer Zeit, was maßgeblich Einfluss auf den Nutzen und die Wirtschaftlichkeit hatte und letztlich zur Entscheidung führte. Heute ist die Anlage Tag für Tag im Einsatz. Ein voller Erfolg!

Kontakt: National Instruments Tel.: 089 7413130 Fax: 089/7146035 ni.germany@ni.com http://digital.ni.com/worldwide/ germany.nsf

 

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