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Pick-and-Place Roboter in einer Großbäckerei

Das Problem

In einer industriellen Großbäckerei wird eine breite Vielfalt an Backwaren produziert und verpackt. Die Kommissionierung der verpackten Backwaren soll automatisiert werden, um die Mitarbeiterressourcen effizienter einzusetzen und die Kommissionierungskapazitäten besser planen zu können.

Die Herausforderungen für das bildgeführte Robotik-System sind dabei hoch:

  • Die Produktvielfalt ist groß und die Backwaren unterscheiden sich in Form und Größe, so dass es schwierig ist, die Lage und Ausrichtung der Beutel auf dem Förderband zu bestimmen.
  • Die transparenten Kunststoffverpackungen sind wegen des geringen Kontrasts und der Reflexionen schwer mit optischen Sensoren zu erfassen.
3D bildgeführter Pick-and-Place Roboter
3D bildgeführter Pick-and-Place Roboter

Die Lösung

KINE Robotics, Anbieter von schlüsselfertigen Robotiklösungen, hat zusammen mit Baslers Vertriebspartner OEM Finland ein System für die Förderband-Verfolgung entwickelt, das einen Pick-and-Place-Roboter befähigt, die verpackten Backwaren unterschiedlicher Größe und Form auf dem Förderband sicher zu greifen und in Transportboxen abzulegen. Die bislang manuell durchgeführte Kommissionierung der Backwaren wurde so durch die 3D Vision-gesteuerte Roboterlösung ersetzt, um das System effizienter und weniger fehleranfällig zu gestalten.

Bevor der Roboter die Packungen greift, werden sie von einer über dem Förderband installierten Basler blaze-101 3D-Kamera als Punktwolke mit über 300.000 XYZ-Koordinaten mit dem Time-of-Flight-Verfahren (ToF) aufgenommen. Die Software Matrox Design Assistant X wandelt die Punktwolke sodann in eine Tiefenkarte um, die mit 2D-Vision-Tools analysiert wird, um die Greifpunkte für den Roboter zu bestimmen. Der Roboter selbst ist ein vierachsiger Stäubli TS2-60 SCARA Roboter. Dieser kommuniziert über das Transmission Control Protocol (TCP) mit der Stäubli VALtrack-Software, welche die Pick-Koordinateninformationen aus der industriellen Bildverarbeitung mit dem Trigger- und Encodersignal vom Förderband kombiniert.

Anstelle der traditionellen kontrastbasierten 2D-Analyse werden die Backwaren-Packungen mittels 3D Vision anhand ihrer Position und Ausrichtung auf dem Förderband detektiert und die XYZ-Koordination als Punktwolken aufgenommen. Dies macht die Anwendung viel robuster und weniger empfindlich gegenüber Farbschwankungen der Packungen.

3D Punktwolke einer Brotpackung
3D Punktwolke einer Brotpackung

Ihre Vorteile

  • Präzise, licht- und kontrastunabhängige 3D-Bildgebung mittels des Time-of-Flight-Verfahrens
  • Geeignet für bewegte Objekte dank einer maximalen Bildrate von 30 fps
  • Einfache Hardwareinstallation durch bereits in die Kamera integrierte Beleuchtung und vorkalibrierte Optik
  • Störungsfreies Arbeiten durch für den Menschen unsichtbares Wellenlängenspektrum von 940nm im NIR-Bereich
  • Industriebewährte und langlebige Kamerahardware mit IP67 Gehäuse-Schutzklasse
  • Leichte Systemintegration der Kamera dank herstellerübergreifender Kommunikationsprotokolle GigE Vision und GenICam (GenTL)

Das gesamte System für die Förderband-Verfolgung fügt sich nahtlos in die automatisierten Prozesse der Verpackungslinie ein. Aufgrund der kompakten Basler blaze Kamera mit ToF-Technologie konnte KINE Robotics auf eine zusätzliche Lichtquelle verzichten und dadurch ein schlankes und schnelles System mit reduzierten Gesamtsystemkosten aufbauen. Im Ergebnis lassen sich nun 25 bis 30 Packungen pro Minute per Robotergriff abarbeiten. So profitiert die Großbäckerei von einem gesteigerten Warendurchfluss und einem kosteneffizienten Produktionsprozess.

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