Pilotinstallation2Bin Picking Software erweitert die Einsatzmöglichkeiten von Comau-Robotern

Bin Picking ist eine Möglichkeit, dreidimensional ungeordnete Werkstücke in die geordneten Strukturen eines Bearbeitungsprozesses zu überführen. Wenn sich dann noch Spezialisten wie SSR-Technik als Anlagenbauer, IBW als Bildverarbeiter und Comau als Roboterhersteller mit all ihrer technologischen Kompetenz zusammen tun, sind praktische Lösungen für den »Griff in die Kiste« sozusagen »vorprogrammiert«.

Die Frage nach dem Einsatzspektrum einer Bin Picking Lösung beantwortet sich durch die Praxis. Sehr kleine Teile lassen sich kostengünstig durch Wendelförderer oder Vibrationsförderer automatisierungsgerecht vereinzeln. Bei Teilen, die für eine Kiste zu groß sind, ist keine »Griff in die Kiste«-Station erforderlich. Technisch sehr viel einfacher ist das 2D-Greifen, also das chaotische Greifen von einer Ebene. Dagegen gilt der »Griff in die Kiste« immer noch als technologisch sehr anspruchsvoll, auch wenn es inzwischen eine Reihe von Herstellern und Systemintegratoren gibt, die Bin Picking Lösungen realisiert haben. Eine Demozelle mit einem Comau-Roboter des Modells SIX 6 – 1.4 liefert ein überzeugendes Beispiel.

Unbenannt»Keimzelle« der Anlage ist die Bin Picking Software bp3TM, die IBW für entsprechende Zellen einsetzt und vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) entwickelt wird. Gebaut wurde die Demozelle von SSR-Technik mit Sitz in Blankenhain. Einem Unternehmen, das im Schaltanlagenbau ebenso aktiv ist wie in der roboterbasierten Prozessautomation. Auswahlmerkmale für den Roboter einer Bin Picking Applikation sind in erster Linie die Reichweite und die Beweglichkeit des Handgelenks. Christoph Anding, Account Manager bei Comau Robotics, hat das Projekt mit IBW begleitet: „Für Anwender ist unser breites Portfolio interessant, weil die Differenzierung der Roboter eine auf die Anwendung angepasste Auswahl erlaubt.“ Bei der SSR-Zelle steht der Roboter, ein SIX 6 – 1.4 auf einem Podest. Der Roboter hat eine Traglast von sechs Kilogramm. Die Namenserweiterung »1.4« weist auf die Reichweite hin, die horizontal bei 1.436 mm liegt. Sehr vorteilhaft für die Aufgabe: Der Roboter kann unter sich und damit nahezu senkrecht nach unten in die Kiste greifen.

Bei der Kollisionserkennung wird’s spannend

Christoph Anding lobt die Arbeit des Comau-Systemintegrators IBW: „Eine Bin Picking Lösung kann eigentlich jeder realisieren. Interessant wird es dann bei der Kollisionserkennung und den alternativen Greifstrategien. Das sind die harten Selektionskriterien.“ Denn damit ein Roboter tatsächlich ganze Nachtschichten oder auch das Wochenende autonom durcharbeiten kann, ist hier und da ein »Plan B«, sprich eine alternative Greifstrategie, erforderlich. Für einen Werker ist es beispielsweise überhaupt kein Problem, ein Werkstück aus einer Kiste zu entnehmen, auch wenn andere Werkstücke teilweise darüber liegen oder wenn er nachfassen muss, um das Teil tatsächlich sicher mit der Hand zu greifen. Solche Greifstrategien müssen beim automatisierten »Griff in die Kiste« ebenfalls abgebildet werden können, die Bin Picking Software bp3TM macht dies möglich. Standard sind Anlagen, in denen Rüttelplatten die mit Teilen gefüllten Kisten oder Behälter so lange rütteln, bis die Bildverarbeitung wieder eindeutige Werkstücklagen identifizieren und in Greifpositionen für den Roboter umrechnen kann. Nicht so bei IBW, wie Christoph Anding lobt: „Zu den Feinheiten, die das Know-how ausmachen, gehört es, dass der Roboter ein Teil auch aus einer »vertrackten« Position herauszieht und dann sicher nachgreift. Ganz so, wie es ein Werker eben auch tun würde.“ Ullrich Göllner, Applikationsingenieur bei IBW, hebt das Besondere an der erarbeiteten Lösung hervor: „Mit unserem System können wir Behälter komplett und kollisionsfrei nach einer vorgegebenen Entnahmestrategie entleeren.“ Schon eine Übereinstimmung von 60 bis 70 Prozent des gescannten Bildes mit einem hinterlegten CAD-Modell führe zu einer greiffähigen Positionsgabe für den Roboter und das innerhalb einer definierten Taktzeit.

roboter SSRIn der Testzelle wird das zu greifende Werkstück zunächst von einer Stereo-Bildaufnahmeeinheit dreidimensional erfasst. Dazu wird ein Lichtmuster auf den Kisteninhalt projiziert. Die dabei entstehende Struktur wird von zwei Kameras festgehalten und eine 3D-Punktewolke erzeugt. „Anschließend wird auf Grundlage eines hinterlegten CAD-Modells ein Bauteilmodell in die Punktewolke gefittet“, beschreibt Ullrich Göllner. Mit diesem Vorgang werden die Lagekoordinaten der Bauteile ermittelt. Diese dienen als Grundlage der Verfahrprozedur des Roboters. Die Entnahmeplanung berücksichtigt neben den Greifkoordinaten mögliche Hindernisse im Behälter und im Arbeitsraum des Roboters. Großen Einfluss auf die Objekterkennung hat Licht aus der Umgebung. Mit zunehmendem Fremdlichteinfall muss die Leistungsfähigkeit der 3D-Scaneinheit erweitert werden.

Modularität als Konzept

Die Bin Picking Zelle ist von vornherein modular ausgelegt. Zu den Basiseinheiten zählt Ullrich Göllner die 3D-Scaneinheit und die PC Plattform für die bp3TM-Software. So wie SSR die Zelle konzipiert hat, können je nach erforderlicher Reichweite und Traglast unterschiedliche Roboter eingesetzt werden. Zum Scanning stehen marktübliche Einheiten der Stereo-Bildaufnahmetechnik und der Laser-Triangulation zur Verfügung. Für die Datenaufnahme setzt IBW unterschiedliche 3D-Scanner ein. Bei der Auswahl wird zwischen den technischen Anforderungen und den Kosten abgewogen, denn kurze Taktzeiten und ein sicherer Greifprozess sind für den Betreiber einer solchen Zelle ebenso wichtig wie die Investitionskosten und ein schneller ROI.

In der Testumgebung bei IBW in Weimar stehen für Machbarkeitsstudien entsprechend ausgestattete Roboterzellen bereit. „Damit können wir in einer frühen Projektphase den gesamten Bin Picking Prozess abbilden“, betont Ullrich Göllner. Mit konkreten CAD-Daten eines Werkstücks lassen sich Aussagen treffen, ob eine Bin Picking Lösung die Aufgabe ideal löst. Sowohl SSR als auch IBW bieten hierzu entsprechende Simulationen in einer frühen Projekt Gestaltungsphase an. Die Resultate sollten eine Einschätzung über die Rentabilität und die zu erwartenden Taktzeiten geben.

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