Programmierbare Kamera steuert Roboterarm und -finger

Berühren anstatt drücken

In einer der weltweit modernsten Fabrik zur Herstellung von Geschirrspülern setzt die BSH Hausgeräte GmbH im Prüflabor für die Lebensdauererprobung der Geschirrspülerblenden einen vollautomatischen Roboter ein, den eine programmierbare Kamera aktiv steuert. Der Roboter übernimmt die komplette Bedienung und entlastet somit das Prüfpersonal.

Im Prüflabor für die Lebensdauererprobung von Geschirrspülblenden übernehmen mobile Robotersysteme die kompletten Testzyklen. (Bild: Sick AG)

Der Geschirrspüler gehört zu den traditionellsten Küchen- und Haushaltsgeräten hierzulande. 2015 besaßen 63 Prozent aller Haushalte Geschirrspülmaschinen. Neue Modelle passen sich auch in Sachen Funktionalität und Design den Trends in der Küchengestaltung an. Ein verändertes Design erfordert eine Anpassung der Produktionsparameter und wirkt sich u.a. auch auf die Qualitätskontrolle aus. Die neue Generation der Geschirrspüler von BSH hat keine herkömmliche Blende mit beweglichen Tasten, sondern ein bedrucktes TFT-Display. Zum Bedienen der Spülmaschine genügt ein Antippen der Programmsymbole auf dem Display. Um deren Dienst über die gesamte Lebensdauer zuverlässig gewährleisten zu können, müssen Lebensdauertests für die Nullserien der Blenden entwickelt werden, in denen sie hunderte aufwendiger Testzyklen durchlaufen. Zur Entlastung des Personals während der Tests setzt BSH ein mobiles Robotersystem ein, das in kompletten Testzyklen die Blenden der Maschinen auf ihre Usability prüft.

Der Roboter prüft mit dem Prüffinger an seinem Arm jede einzelne Taste der Spülmaschinenblende. (Bild: Sick AG)

Lebensdauerertest von Geschirrspülerblenden

„Das Labor für die Prüfung der Lebensdauer von Geschirrspülerblenden benötigt verschiedenste Technologien u.a. für das Betätigen von bestimmten Bedientasten. In diesem Fall ist das eine neue Technologie, die über einen Berührungssensor funktioniert. Und dort ist es eben sehr wichtig, dass man die Position der Taste wiederholbar genau und präzise trifft“, beschreibt Hans Peter Maurer, Leiter Erprobung, Qualitätsmanagement, Produktbereich Geschirrspüler BSH, die Herausforderung. „Wir wollen die Signale während der Tastenbetätigung sehr genau vermessen. Wir möchten sehen, ob sich diese Kenngrößen tatsächlich über die Lebensdauer hinweg verändern. Deswegen muss man die Einflussparameter, die sich beim Prüfen ergeben, möglichst gering halten und ein wichtiger Parameter ist das exakte Positionieren des Betätigungselementes.“ Als Integrator entschied sich Attentra, für die Steuerung des Roboters die programmierbare 2D-Kamera Inspector-P65x einzusetzen und über eine entsprechende Applikationssoftware (s. Kasten) zu programmieren. Als Machine-Vision-Spezialist entwickelt Attentra Komplettlösungen für die industrielle Bildverarbeitung und Industrieautomation.

Der Roboter prüft mit dem Prüffinger an seinem Arm jede einzelne Taste der Spülmaschinenblende. (Bild: Sick AG)

Lösung mit programmierbarer Kamera

„Der Roboter war schon vorhanden und wir haben die Sensor-App so programmiert, dass die Kamera die Blende im Raum anhand eines immer wiederkehrenden Merkmals findet. In diesem Fall konnte ein gutes und stabiles Merkmal für die Bildverarbeitung gefunden werden. Aus diesem Merkmal können wir dann die Position bestimmen, wo sich die Tasten befinden, d.h. wir nehmen ein Bild auf, die App sucht und vermisst die Position und gibt die resultierenden Offsetwerte an den Roboter, der dann wiederholgenau an die Stelle hinfährt.“, erklärt Christian Vollrath, Geschäftsführer der Attentra GmbH. Die Prüfanlage hat eine Aufnahmekapazität von 16 Blenden. Der Roboter arbeitet diese Blenden automatisch ab.

Prüflabor für die Lebensdauererprobung von Geschirrspülblenden: Mobiles Robotersystem übernimmt komplette Testzyklen. (Bild: Sick AG)

Die Prüfung

Wenn neue Blenden oder Varianten zur Prüfung anstehen, werden sie zunächst einzeln in Prüfslots bestückt und dann mit einem Laptop verbunden. Anschließend wählt der Bediener am Bedienpanel des Roboters eine Blendenvariante aus und führt entsprechende Einstellungen durch. Damit weiß der Roboter, wo die einzelnen Tasten der jeweiligen Blendenvariante liegen. Nach dem Start des Testprozesses führt der Roboter die Kamera zur ersten Referenzposition, wo sie ein Bild aufnimmt und die Positionsdaten des detektierten Zeichens ermittelt und an die Robotersteuerung weiterleitet. Diese richtet damit den Roboterarm aktiv auf das Referenzbild aus, sodass er sich zentral über dem Referenzbild befindet. Der Roboter prüft nun mit dem Prüffinger an seinem Arm jede einzelne Taste. Auf dem Bildschirm des Laptops sieht man jeweils das aktuelle Kamerabild, wobei ein grünes Symbol die richtige Erkennung des Referenzmerkmals anzeigt. Wenn alle Tasten einer Blende getestet sind, bewegt der Roboter die Kamera zur nächsten Blende und der Vorgang beginnt von neuem. So werden vor der Serienfreigabe im Labor bis zu 50 Blenden einer Variante geprüft und statistisch ausgewertet, bis die Variante schließlich freigegeben werden kann. Für die zeitgeraffte Prüfung bezüglich der erwarteten Produktlebensdauer verwendet die Prüfabteilung beschleunigende Einflüsse wie beispielsweise Temperatur oder Feuchtigkeit, um die Bauteile einer bestimmten Belastung auszusetzen. „Durch die Kamera wird der Roboterarm mit dem Prüffinger perfekt auf die Bedienblende ausgerichtet, sodass unser Prüffinger genau die einzelnen Tasten trifft. Ein Vorteil des Inspector-P65x ist, dass er aktiv unseren Roboter steuert und die ganze Nacht automatisch durchläuft. Damit steigen die Effizienz und der Durchsatz durch diese Kamera enorm. Wichtig ist auch, dass durch die Kamera die Präzision enorm gestiegen ist. Mit Augenmaß und Mechanik hätten wir das nicht hinbekommen“, resümiert Hans Peter Maurer.