Deckel drauf mit Robot-Vision

Rittal ist heute ein weltweiter Anbieter für Schaltschranksysteme, Automatisierung und Infrastruktur in zahlreichen Industriesegmenten. Die Produkte und Systeme des 1961 gegründeten Unternehmens werden in so großen Stückzahlen produziert, dass eine hochautomatisierte Fertigung zu den unausweichlichen Voraussetzungen für effiziente Herstellungsprozesse zählt. Wichtiger Partner von Rittal bei der Automatisierung der Schaltschrankfertigung ist seit vielen Jahren IBG Automation. Schwerpunkt der maßgeschneiderten Lösungen von IBG bilden kosteneffiziente Roboter- und Automationssysteme für Montage- und Prüfaufgaben.

„Unsere intensiven Erfahrungen mit diesen Technologien waren vor einigen Jahren die Basis dafür, die Prozesse in der Rahmenmontage von Schaltschränken bei Rittal mit dem automatischen Abhängen von Rahmen nach der Lackierung durch den Einsatz von Industrierobotern effektiver zu gestalten“, erläutert Carsten Emery, Software-Entwickler für die Themen Vision, Measurement und Robot Technology bei IBG. „Nach dem erfolgreichen Abschluss dieses Projekts realisierten wir in weiteren Schritten die automatische Zuführung von Rückwänden und deren Verschraubung mit den Rahmen. Mit einer aktuellen Anlage zur Montage von Deckblechen haben wir nun weitere manuelle Montageschritte bei der Produktion von Rittal-Schaltschränken automatisiert.“

Anwendung mit zahlreichen Variablen

Die zu montierenden Deckbleche der Schaltschränke werden in Stapeln auf Paletten angeliefert und sind pro Lage jeweils mit mehreren runden, 40mm hohen Abstandshaltern voneinander getrennt, um das Greifen der Bleche durch den aufnehmenden Roboter zu erleichtern. Allerdings befinden sich diese Elemente nicht an fest definierten Positionen. Voraussetzung für die korrekte Aufnahme der Deckbleche durch den eingesetzten Roboter ist also die exakte Bestimmung ihrer 3D-Position sowie der zufälligen Positionen der Distanzen, an denen die eingesetzten Sauggreifer die Bleche nicht aufnehmen können – eine typische Aufgabe für ein Bildverarbeitungssystem, für das IBG im Rahmen des Projekts eine geeignete Lösung suchte.

Die Anforderungen an das Vision-System zur Deckblech-Montage bei Rittal waren laut Emery relativ schnell klar: „Das gesamte Messvolumen beträgt 1.200×1.200×1.000mm. Innerhalb dieses Quaders sollte die Position des jeweils höchstgelegenen Deckblechs auf dem Stapel ermittelt werden. Um das exakte Greifen und spätere Positionieren der Teile zu gewährleisten, mussten dazu die x-, y- und z-Richtung sowie die Rotation um die z-Achse bestimmt werden.“ Die Vorgabe bezüglich der Genauigkeit kam dabei vom Roboter: Seine Pose musste in allen drei Raumrichtungen mit einer Genauigkeit von weniger als 3mm und beim Rotationswinkel um die z-Achse unter 0,2° erfolgen, da sonst bei einem zu ungenau gegriffenen Deckblech die Ablageposition des Bleches innerhalb der nachfolgenden Handling-Aufnahme verfehlt werden bzw. das Deckblech mit dieser Aufnahme kollidieren könnte.

Anzeige

Roboter-Werkzeugwechsler MPS35L
Neuer MPS 35L erweitert die Stäubli Werkzeugwechsler-Baureihe

Innovative Leichtbauweise & höchste Präzision: Der MPS 035L bietet flexibles Design, maximale Modularität und bis zu 500.000 Wechselzyklen. Perfekt für Maschinenbau, Kunststoffindustrie & Automation. Heben Sie Ihre Produktivität auf ein neues Niveau! ‣ weiterlesen

„Aus Taktzeitgründen sollten die Stapel nicht gescannt, sondern mit einer einzigen Bildaufnahme komplett erfasst werden“, beschreibt Emery die weiteren Vorgaben. „Außerdem sollte die Kameratechnik robotergeführt sein, weil innerhalb der Station insgesamt drei Beladeboxen existieren. Hinzu kam, dass es Deckbleche mit unterschiedlichen Formaten und Farben gibt und deshalb geprüft werden sollte, ob das korrekte Bauteil vorliegt. Spätestens mit dieser Anforderung war für uns klar, dass eine reine 2D-Messtechnik zur Lösung dieser Aufgabe nicht ausreichen würde.“

Bildverarbeitung als Roboter-Sehhilfe

IBG suchte somit nach einem robotergeführten 3D-Messsystem, das das große Messvolumen mit einer einzigen Aufnahme komplett erfassen konnte. Gleichzeitig durfte es aber auch keinen allzu großen Messabstand dafür benötigen, da dieser durch die Reichweite des Roboters beschränkt war. Bei der Lösung dieser Aufgabe half ein früheres IBG-Projekt, so Emery: „Für eine Machbarkeitsstudie zu einem anderen Projekt hatten wir uns von Rauscher die Time-of-Flight-Kamera Blaze von Basler geliehen, die diese Anforderungen genau erfüllen konnte.“

In der bisherigen Gesamtanlage war zu diesem Zeitpunkt bereits der Aurora Design Assistant von Zebra Technologies als Bildverarbeitungs-Software im Einsatz und lief dort sowohl auf lüfterlosen Embedded-Industrie-PCs der 4Sight-EV7-Serie als auch auf Smart-Kameras der Iris-GTX-Serie. Beide Hardware-Plattformen des Rauscher-Partners Zebra Technologies sind speziell für raue Umgebungsbedingungen in Produktionsstätten ausgelegt. Diese Idee konnte nach einem ersten Online-Meeting mit Rauscher und im Praxistest bei IBG anschließend innerhalb nur weniger Wochen in die Tat umgesetzt werden.

Anzeige

SMART & SMOOTH: Präzises Räderhandling

Das hybride Greifsystem E-Gripper Wheel basiert auf Know-how aus über 200 installierten Anwendungen des international tätigen Anlagenbauers Eisenmann. ‣ weiterlesen

Informationen in 2D und 3D

Der größte Unterschied zu anderen 3D-Systemen besteht aus Emerys Sicht darin, dass die ToF-Kamera Blaze keine kalibrierten 3D-Daten liefert: Nur die z-Koordinaten werden in Millimetern ausgegeben, die x- und y-Koordinaten jedoch zunächst nur in Pixeln. Damit der Roboter die Deckbleche sicher greifen kann, wird deshalb noch eine Perspektivkorrektur für die x- und y-Koordinaten über die z-Koordinaten durchgeführt. Das stellt jedoch laut Emery kein Problem dar: „Bei einem Messabstand von 1.400mm liegt die Auflösung bei ca. 2,76mm/Pixel und verhält sich über den gesamten Messbereich von 1.300 bis 1.500mm linear, sodass man die Transformation von Pixel- in Roboterkoordinaten auf der Aurora-Plattform leicht bewerkstelligen kann.“

Als weiteren Vorteil der Basler Blaze sieht der IBG-Software-Entwickler die Verfügbarkeit von 2D- und 3D-Bildinformationen. „Auf Basis dieser Daten konnten wir die verschiedenen Teilaufgaben in Kombination mit den Aurora Design Assistant-Tools sehr schnell lösen. Zusätzlich war der günstige Preis der Basler Blaze im Vergleich zu klassischen 3D-Messköpfen ein weiterer Pluspunkt bei der Auswahl des Systems.“

Die Kombination aus Blaze-Kamera und Zebra-Komponenten beim Einsatz in der Station zur Depalettierung der Deckbleche punktet laut Emery zudem durch die kleine Bauform, das große Messvolumen sowie die kurzen Messzeiten von rund 0,4s. „Das Vision-System liefert die benötigten Positionsdaten der Deckbleche und der Abstandshalter sehr zuverlässig und sorgt für einen reibungslosen Ablauf bei der inzwischen fast vollständig automatisierten Montage der Schaltschrankrahmen.“