Bin Picking auf den Punkt gebracht: Grundlagenstatement von Ronald Müller

  • Ronald MüllerRonald Müller

Bin Picking hat sich als fester Begriff im Materialhandling, der Robotik und der Industriellen Bildverarbeitung etabliert. Doch was ist damit tatsächlich gemeint? Ronald Müller erläutert in seinem Statement Anwendungsfelder und Lösungswege.

In Fertigungsanlagen für diskrete Erzeugnisse, wie z.B. Schrauben, Bolzen, oder Biegebleche, muss innerhalb mehrerer Prozessschritte jedes Teil einzeln bearbeitet werden. Will man solche Anlagen automatisieren, lässt sich diese Herausforderung in 2 Hauptbereiche aufteilen: die Automatisierung der Materialbearbeitung und die Automatisierung des Materialflusses.
Bei Letzterem stehen Prozessingenieure häufig vor einem großen Problem: Wie können Rohlinge ihren Bearbeitungsmaschinen mit der notwendigen Präzision und Geschwindigkeit zugeführt werden? Traditionell verzichtete man hier mangels technischer Lösungen auf eine Automation und setzte Arbeiter im Schichtbetrieb ein. Die Kern-Arbeitsanweisung ließ sich in einer Zeile zusammenfassen: „Nimm (engl. „pick“) Rohlinge aus der Kiste (engl. „bin“) und platziere sie wie definiert auf der Zuführungsvorrichtung der Maschine“.

Seit vielen Jahr beschäftigen sich nun Forscher und Entwickler mit der Automation dieses „Bin Picking“. Bin Picking Systeme bestehen gewöhnlich aus folgenden Komponenten:

  • Mechanik zur Platzierung der Transport-Kiste bei der Anlieferung
  • Optisches 3D-Erfassungssystem zur Lokalisation der Rohlinge in der Transport-Kiste, zur Bestimmung ihrer Lage, um mögliche Greifpunkte für den Roboter zu identifizieren und ggf. zur Erkennung, wie ein Roboter ein bestimmtes Teil wirklich gegriffen hat.
  • Roboter, meist ein 6D-Roboterarm samt Steuerungs-PC
  • Greifer an der Spitze des Roboterarms, der z.B. per Zangengriff oder durch Unterdruck Rohlinge heben und platzieren kann.
  • Mechanik (z.B. Schablonen) zur definierten Ablage der Rohlinge auf Maschinenseite.

Die Übersicht der benötigten Komponenten verdeutlicht bereits, dass Systementwickler ursprünglich eine große Breite an Kompetenzen benötigten, nämlich aus den Bereichen Optik, Bilderfassung, 3D-Bildverarbeitung, Robotersteuerung und Mechanik.

Dadurch gelang es in den Anfangsjahren nur selten Bin-Picking Probleme erfolgreich zu lösen.

Mittlerweile sind jedoch verschiedene Anbieter am Markt, die Kernprobleme bereits robust im Griff haben. Viele 3D-Machine-Vision-Systeme liefern selbst bei spiegelnden oder sehr gleichförmigen Bauteiloberflächen robuste 3D-Punktwolken. In Kombination mit einem 3D-CAD-Modell der Bauteile lassen sich daraus zuverlässig Position, Lage und Greifpunkte berechnen. Softwarelösungen können den Bewegungspfad eines Roboterarms von einem Greifpunkt bis zu einem Ablagepunkt automatisch generieren und dabei Kollisionen des Roboters mit der Kiste und anderen Objekten vermeiden. Mithilfe neuer Modellierungssoftware sollen Nutzer nun ihre eigene Bin-Picking-Lösung inklusive 3D-Vision-System, Roboter, und Greifer spezifizieren können…
Was so einfach klingt, erzeugt in der Praxis oft immer noch Kopfschmerzen: Die Variantenvielfalt aus verschiedensten Bauteilformen, -größen, -gewichten, -materialien und -oberflächen in Kombination mit den entsprechend benötigten Greifern, Roboterarmen und Limitationen der 3D-Vision-Einheiten erschwert die universelle Modellierung.

Sobald für typische Anwendungen kein ausgewiesener Bin Picking Experte mehr notwendig ist, um zu testen, zu spezifizieren und um Lösungen zusammenzubauen, steht dieser Technologie weltweit ein Milliarden-Markt offen.

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