Adaptief automatiseren met 3D-data

Robots waren tot nu toe “blinde” ontvangers van bevelen, die voorgeprogrammeerde en vaste paden volgden. Met 3D-gegevens kunnen robots zich flexibel aanpassen aan de situatie en kunnen ze reageren op hun omgeving. Een belofte wordt realiteit. Robots worden autonome medewerkers.  Voordelen: snelle omsteltijden, zeer gevarieerde werkstukken, eenvoudig inleren, vereenvoudigde toevoer van onderdelen met een consistente hoge automatiseringsgraad.

Iedere stap in het proces goed doordacht, alle eventualiteiten uitgesloten. Dankzij automatisering kunnen op zeer efficiënte wijze grote aantallen worden geproduceerd. Een hoge mate van specialisatie verbetert die efficiëntie nog verder. Deze gespecialiseerde maar dure apparatuur presteert echter niet goed op het gebied van flexibiliteit en snel omstellen. Het loont niet om snel een kleine serie alternatieve onderdelen te produceren. Daarvoor zou iedere processtap moeten worden aangepast. Kleine aantallen worden dan ook vaak moeizaam met de hand geproduceerd. Dat is flexibel en bespaart kosten, maar het proces is langzaam en niet stabiel.

Robots passen zich aan de situatie aan
De ontwikkeling van 3D-camera’s en 3D-software biedt de sector nieuwe mogelijkheden voor het ontwikkelen van gloednieuwe technologieën voor machinaal zien. Met 3D-visie kunnen nieuwe taken worden opgelost die niet realiseerbaar zijn met 2D.

Een robot haalt veilig en betrouwbaar ongesorteerde en overlappende T-stukken voor een buis rechtstreeks uit een kleine transportdoos. Een andere robot neemt grote aluminium onderdelen van een pallet en legt ze meteen op een lopende band. Zijn robuuste grijpers zijn fijngevoelig en hebben een goede grip. Meteen bij de eerste poging, zonder dat het werkstuk ook maar even wordt geraakt. En dat ondanks het feit dat de onderdelen op de gebruikte of vieze pallets vaak gedraaid staan, of scheef door achtergebleven aluminium deeltjes. Voor dit binpicking en in de juiste positie neerzetten van onderdelen was aanzienlijk geavanceerdere robotica nodig. De systeemintegrator isys vision uit Freiburg heeft hiervoor een oplossing ontwikkeld met de naam “MIKADO Adaptive Robot Control” (afgekort: ARC). Een configureerbare robotbesturing met eigen padplanning en botsingscontrole.

De gebruiker kan met Mikado ARC gemakkelijk de volgorde van de processtappen veranderen

Met een eigen omgekeerde kinematica worden de scharnierhoeken van de robotarmen voor grijpposities of verplaatsingen berekend. Uitgangspunt voor de complexe berekeningen zijn 3D-gegevens, zoals de vorm, positie en locatie van het werkstuk of een virtuele afbeelding van de omgeving. Een groot aantal commercieel verkrijgbare robots kunnen via MIKADO ARC worden aangestuurd, wat tijdrovend programmeren overbodig maakt. Onderdelen kunnen snel worden verwisseld, zodat ook kleine series kunnen worden geproduceerd met deze door robots ondersteunde goederenbehandeling.

 

3D-camera’s registreren de situatie
Voor optimale besturing van de robots zijn de uitgangsgegevens essentieel. Afhankelijk van het project en de toepassing kiest de integrator de meest geschikte 3D-cameratechnologie. Daarbij spelen naast de algemene geschiktheid van een methode ook kosten, precisie, snelheid en betrouwbare gegevensverzameling een rol.

De klassieke methodes zoals time-of-flight (ToF), stereovisie en lasertriangulatie kunnen alleen als voorselectie tegen elkaar worden afgewogen. Veel van de huidige 3D-camera’s zijn namelijk hybride systemen waarin kenmerken van meerdere methoden worden gebruikt, zodat een breder toepassingsspectrum kan worden gedekt en betere resultaten worden bereikt.

isys vision gebruikt voor binpicking en goederenbehandeling 3D-stereovisiecamera’s van Ensenso. Deze bestaan uit twee areascancamera’s die werken volgens het principe van stereovisie, in combinatie met een krachtige patroonprojector waarmee zelfs van werkstukken met moeilijke oppervlakken robuuste 3D-gegevens kunnen worden verkregen. De compacte camera’s uit de N-serie zijn vooral geschikt voor korte afstanden en worden meestal rechtstreeks als mobiel oog op de kop van de robot gebruikt. Het nieuwe 3D-systeem uit de X-serie kan dankzij de flexibele baseline zeer variabel met verschillende camera’s van IDS Imaging Development Systems GmbH vanaf grote afstanden grote volumes registreren, en is optimaal geschikt voor ongesorteerde goederenbehandeling uit grote gaasboxen. Dankzij het vermogen van 100 W genereert het ledlicht van de projector ook bij een grote werkafstand van 5 m nog zeer gedetailleerde texturen op het oppervlak van het werkstuk. Daardoor is het systeem niet afhankelijk van omgevingslicht en zijn korte belichtingstijden mogelijk. Al met 1-2 beeldparen zijn 3D-resoluties van enkele millimeters mogelijk. Met korte belichtingstijden, een klein aantal beelden en extreem snelle algoritmen voor het matchen van stereobeelden zijn de 3D-gegevens al na zo’n 500 ms klaar voor verdere verwerking. Op die manier zijn zeer hoge cyclustijden mogelijk bij de goederenbehandeling.

Met een variabele baseline en een textuurprojector van 100 W kunnen met  stereovisiecamera’s uit de Ensenso X-serie werkafstanden tot circa 5 meter worden gerealiseerd en kunnen objecten met een volume van meerdere kubieke meters worden geregistreerd, zoals hoog beladen pallets of hele ruimtes

De overige voordelen van het gebruik van twee areascancamera’s liggen voor de hand. Naast het verzamelen van 3D-gegevens via stereovisie kunnen met het ruwe beeldmateriaal van de areascancamera’s ook referentiekenmerken van een scène worden geregistreerd, die vervolgens kunnen worden gebruikt voor constante aanpassing van het machinaal zien. De procesresultaten zijn altijd constant en robuust. Herhaalde controles en tijdrovend opnieuw kalibreren van het stereovisiesysteem zijn niet meer nodig.

Met mogelijkheden zoals binpicking en toevoer van onderdelen in de juiste positie kan robotica in combinatie met MIKADO ARC en Ensenso 3D-camera’s het gat met adaptive automation dichten. Zelfs de productie van kleine series kan eenvoudig en rendabel worden geautomatiseerd.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *