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Bin-Picking-System ermöglicht Robotern räumliches Sehen

Vision Guided Robotics mit GigE Vision Mako und Prosilica GT Kameras

Vision-Systeme und Robotik kommen in unterschiedlichsten industriellen Anwendungen zusammen. Kommt ein Roboter ohne ein zugehöriges Bildverarbeitungssystem zum Einsatz, muss die Arbeitsumgebung fest definiert sein. Da der Roboter immer eine vorgegebene Position einnehmen muss, ist der Einsatz von hochpräzisen Ortungssystemen erforderlich.
Allied Visions Vertriebspartner Infaimon hat ein Vision Guided Robotics System (VGR) entwickelt, das es ermöglicht, die Position eines beliebigen Objekts im Raum mit extremer Präzision zu bestimmen. Hierzu werden Allied Visions Mako und Prosilica GT GigE Vision Kameras eingesetzt.

 

Die Herausforderung

Erkennung und Lokalisierung von zufällig gestapelten Objekten

In der Robotik und bei Bildverarbeitungssystemen bezieht sich Picking auf den kombinierten Prozess der Identifizierung eines Objekts mit Hilfe eines Bildverarbeitungssystems, der Bestimmung seiner Position im Raum und seiner anschließenden Entnahme und Übergabe an den Zielpunkt mit Hilfe eines robotisierten Systems. Von allen Picking-Anwendungen ist die bekannteste wohl das sogenannte "Pick and Place". Dabei geht es in der Regel um die Bestimmung der Lage eines Objekts auf einer Ebene und dessen anschließende Entnahme. Diese Anwendungen zielen oft darauf ab, die Lage eines Objekts auf einem Förderband zu bestimmen.

Die Lösung

Stereovision

Infaimon hat eine Lösung entwickelt, die nicht nur Objekte identifiziert, die auf einem ebenen Förderband liegen. Sie ermöglicht auch die gezielte Auswahl und Entnahme von zufällig in einem Behälter gestapelten Teilen.  Das Bin-Picking-System basiert auf Stereo-Vision mit zwei hochauflösenden Kameras, die in das Kernstück des Roboters integriert sind. Zwei synchronisierte Bilder ermöglichen die Erstellung einer sehr präzisen, dreidimensionalen Karte aller Objekte, um den besten Kandidaten für die Entnahme mit großer Genauigkeit zu lokalisieren.

Zwei der GigE Vision-Kameras von Allied Vision wurden als die beiden "künstlichen Augen" ausgewählt, die das Stereobild liefern, so wie es auch menschliche Augen tun würden. Je nach den speziellen Anforderungen der Anwendung wird entweder die kleine und kostengünstige Mako G-125 oder die leistungsstärkere Prosilica GT1290 eingesetzt. Um die genaue Funktion eines Robotersystems zu gewährleisten, ist es entscheidend, möglichst wenig Kabel zu verwenden, damit der Roboterarm nicht zu sehr eingeschränkt wird. Die ausgewählten GigE Vision-Kameras ermöglichen eine Stromversorgung per "Power over Ethernet" (PoE), so dass sowohl die Stromversorgung als auch die Datenübertragung mit einem einzigen Kabel erfolgen kann.

Der Nutzen

Kein Zeitverlust

Die beiden Kameras Mako G oder Prosilica GT, die im Kopfteil neben dem Roboterarm angebracht sind, liefern ein 3D-Bild der identifizierten Objekte. Dies ist jedoch nicht die einzige Funktion der Kameras. Während sich der Roboter in einer vordefinierten Bewegungsbahn im 3D-Raum bewegt, werden hunderte von Bildern aufgenommen, die ein dreidimensionales Abbild der Umgebung erzeugen. Ansichten aus verschiedenen Positionen machen versteckte Objekte oder Zonen sichtbar, indem das System eine detaillierte Karte der gesamten Umgebung erstellt.

Zwei Kameras gleichzeitig im Einsatz zu haben, hat verschiedene Vorteile. Mit Stereovision können Produktionsprozesse schneller und flexibler gestaltet werden. Die Objekte müssen nicht mehr exakt und gleichmäßig gestapelt werden, sondern können nach dem Zufallsprinzip in einen Behälter gefüllt werden. Es geht keine Zeit verloren, um sie zu sortieren und auszurichten, bevor sie in die Produkte integriert werden. Selbst hochkomplexe, strukturierte Teile können leicht identifiziert werden. Mit anderen Technologien ist es schwierig, diese Art von Teilen in einem Haufen zu erkennen. Der Einsatz eines Stereokopfes hilft, eine sichere und schnelle Identifikation zu ermöglichen.

Mit Stereovision können Produktionsprozesse schneller und flexibler werden.

Die Kameras: Mako G-125 oder Prosilica GT1290

Synchronisierte Bilder, von klein bis hochauflösend

Mako G-125 ist eine ultrakompakte (29 x 29 mm) industrielle GigE-Kamera mit dem CCD-Sensor ICX445 von Sony und verschiedenen Montageoptionen. Die Mako-Kameras sind so klein und leicht, dass sie problemlos in den Roboterkopf integriert werden können, was die Bedienbarkeit des Systems weiter vereinfacht. Für echtes Stereosehen muss das Kamerapaar synchronisierte Bilder erfassen und übertragen. Da die Kamera über verschiedene Ein- und Ausgangsoptionen verfügt, kann sie einfach an einen externen Computer angeschlossen werden, der einen präzisen Trigger sendet.

Für anspruchsvolle Anwendungen, die perfekt synchronisierte Bilder bei schnelleren Auslesezeiten erfordern, kann das Bin Picking System auch mit der leistungsstarken 1,2 Megapixel GigE Vision Prosilica GT1290 Kamera ausgestattet werden. Diese Kamera verfügt über Precision Time Protocol (PTP), das die Synchronisation der Kameras innerhalb von 2 Mikrosekunden über ein Ethernet-Netzwerk gewährleistet.

Highlights auf einen Blick

  • Mit Stereovision können Produktionsprozesse schneller und flexibler werden.
  • Es geht keine Zeit für das Sortieren und Ausrichten der Objekte verloren.
  • Die Kosten für die Hardware sind im Vergleich zu anderen 3D-Systemen, die auf Lasertriangulation, Musterprojektion und Flugzeit basieren, sehr attraktiv.