ビンピッキングの自動化におけるマシンビジョンの活用
ロボットによる正確な物体認識・位置特定・把持作業を実現
ロボットを使用してビンピッキングを自動化する場合、容器内にバラ積みされたワークを正確に取り出すため、マシンビジョンによるナビゲーションが欠かせません。以下では、製造の効率化とサイクルタイムの短縮を目的として、3Dカメラとスマートなソフトウェアモジュールを活用し、ロボットによる物体認識・位置特定・把持作業の精度を向上させる方法について解説します。
3D CADMatch：衝突を回避しながら、リアルタイムな把持を実現
ロボットによるビンピッキングでは、容器内のワークの種類・密度・向きや、周囲の照明環境が把持精度に大きく影響します。ワークに重なり・もつれ・明暗差・光沢があると、物体認識が困難になり、把持位置を上手く決定できません。
3D CADMatchは、カメラの撮影画像とワークのCADデータに基づき、物体認識と把持位置の決定をサポートするAIベースのソフトウェアモジュールです。容器内にある同種のワークであれば、位置・向き・重なり・回転対称性にかからず、素早く正確に検出することができます。
ワークの位置特定＆優先順位付け
3D CADMatchには 学習済みのCADデータがテンプレートとして保存されています。このCADテンプレートとステレオカメラで生成したポイントクラウドを比較することで、重なりや不明瞭な部位があっても、容器内のワークを識別できます。しかも、XYZ座標に基づいてワークの位置・向きを特定したうえで、正確な把持計画を作成するため、重なりのない最も把持しやすいワークから優先して作業することが可能です。
把持位置の決定による柔軟なビンピッキング
3D CADMatchは、ワークの位置、CADデータ、グリッパー種別（2爪グリッパー／吸着グリッパー）、把持の安定性、把持のしやすさを総合的に考慮したうえで、最適な把持位置（1か所または複数）を決定します。さらに、オプションのCollision Check機能を活用すれば、ポイントクラウドの形状などに基づき、グリッパーと容器の衝突を回避することも可能です。
なお、一度決定した把持位置は、CADテンプレートに保存され、オンラインプラットフォーム上で必要に応じて調整できます。このようにして、3D CADMatchはワークごとの把持位置をリスト化したうえで、最適な把持姿勢をロボットに自動的に伝達します。
正確な把持計画の作成によるロボットの衝突回避
ロボットがワークを把持する際にグリッパーが容器など周囲の物体に衝突すると、ダウンタイムやシステムの損傷につながります。Collision Checkは、このような事態を防止するためのオプション機能です。この機能では、座標情報に基づいて把持姿勢をロボットに伝達した後、ホスト側または上流のコントローラー側で軌道計画と動作コマンドを生成し、衝突を回避します。
プログラミング不要の直感操作による設定確認・調整
3D CADMatchのオンラインプラットフォームでは、以下の設定確認・調整が可能です。
CADテンプレートの選択と保存済みの把持位置の確認
容器と作業範囲（ROI：関心領域）の設定
Collision Checkの有効化とグリッパーモデルの選択
グリッパー種別の設定（2爪グリッパー／吸着グリッパー）
なお、実際の作業では、ロボットがワークを把持した後に再度画像を取得し、ポイントクラウドを更新するため、ワークが滑落しても作業を継続できます。
また、事前にCADテンプレートを設定しておけば、ワークを変更した場合でも、新規の把持作業を簡単にセットアップできます。
3D CADMatch：ビンピッキングに求められる性能を完備
高精度：形状の複雑さや密着度合いにかからず、バラ積みワークの正確な把持をサポート
高効率：ワークの向きやグリッパー種別に基づき、最適な把持位置をリアルタイムに決定することで、サイクルタイムを短縮しながら、廃棄や手直しを削減
プラグアンドプレイ対応：ブラウザー上で動作する直感操作のオンラインプラットフォームを採用。Baslerステレオカメラのオンボードソフトウェアモジュールとして、専門知識がなくてもセットアップや把持位置の設定・調整が行えるため、迅速な運用立ち上げが可能
簡単導入：pylon Software Suiteを介して既存のロボットシステムにスムーズに導入可能
3D CADMatchには、2つのCADテンプレートが標準付属しています。ご要望に応じてCADテンプレートを追加することも可能ですので、お気軽にお問い合わせください。
ビンピッキング向け3Dビジョン製品
Baslerでは、3D CADMatchに加え、3D撮影と奥行き情報の取得に最適なステレオカメラ（Stereo visard、Stereo ace）と関連アクセサリーもワンストップでご提供しています。
サイクルタイムの短縮に貢献するトータルソリューション
Basler 3Dビジョン製品は、簡単セットアップと優れた互換性を大きな特長としており、ビンピッキングに最適なビジョンシステムをスムーズに構築できます。
ステレオカメラ：オンアーム（ロボットアームに取り付け）のStereo visardと、オフアーム（容器上部に取り付け）のStereo aceの2種類をご用意。オンボードソフトウェアモジュールがプリインストールされており、プラグアンドプレイで迅速に運用できます。
3D Camera Cube：3D CADMatchの画像処理に必要不可欠なエッジコンピューターとして、最大4台（モデルによって異なります）のステレオカメラを接続できます。
ランダムドットプロジェクター： ドットパターンを投影し、平滑面に質感を追加することで、奥行き情報の取得をサポート。Stereo aceの内蔵パターンプロジェクターのみでは不十分な場合や、Stereo visardの外部プロジェクターが必要な場合にオプションで追加いただけます。
照明：用途に応じて幅広い照明を選択可能。反射光を抑えながら、ワークの輪郭を強調できます。
各種ロボットに簡単に取り付け可能
ロボットを正確かつ効率的に運用するには、ビジョンシステムにロボットコントローラーを取り付ける必要があります。
イーサネットインターフェース搭載のStereo visardを活用し、高速かつ安定したデータ転送と既存システムへのスムーズな取り付けを実現
ABB社、ファナック社、Franka Robotics社、fruitcore robotics社、をはじめ、幅広いロボットメーカーのソフトウェアインターフェースによるカメラ制御が可能
ソフトウェアインターフェースを介してLARD Vacuum Gripperなどを使用した特殊なグリッピングシステムの構築にも対応
Baslerステレオカメラ：高品質＆高精度
高画質・低ノイズ・優れた色忠実性を特長とするBaslerステレオカメラは、厳しい撮影条件下でもエッジ部や微細な構造物を捉えられるなど、3D CADMatchとの組み合わせに最適です。
Stereo visard
オンアーム（ロボットアームに取り付け）
プロジェクターなし＆奥行き画像のオンボード処理に対応
低画素（1.2MP程度）
基線長が短く、狭い範囲や短距離の撮影に最適
最大深度解像度0.04mm（撮影距離0.2m時）
オンボードソフトウェアモジュールによりビンピッキングをサポート
まとめ：ロボットアームにカメラを取り付けて短距離撮影（＜1m）を行う場合は、Stereo visardがおすすめです。
Stereo ace
オフアーム（容器上部に取り付け）
プロジェクターあり＆アクティブステレオ方式
高画素（5MP程度)
基線長が長く、広い範囲や長距離の撮影に最適
最大深度解像度1.8mm（撮影距離5m時）
まとめ：中型・大型容器を長距離から撮影し、ワーク識別のために高解像度が求められる場合は、Stereo aceがおすすめです。ロボットがワークを把持している間に次のワークの把持位置を決定できます。
3Dカメラとスマートなソフトウェアモジュールにより、正確な物体認識とリアルタイムな把持位置決定を実現すれば、サイクルタイムを短縮しながら、システムの性能を最大限に引き出し、厳しい撮影条件下でもビンピッキングの精度を向上させることができます。
ビンピッキング向け3Dビジョン製品
ご紹介したソリューションの導入には、以下の製品が最適です。
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製品・サービスに関するご不明点やご相談等がございましたら、お気軽にお問い合わせください。
ビンピッキング向けビジョンソリューションのメリット
安定した3D物体認識：奥行き情報とCADデータに基づき、ワークを正確かつリアルタイムに認識。反射光や重なりにかかわらず、ミスの少ない把持が可能です。
高効率：人間が行っていた作業を自動化。高速データ処理によりサイクルタイムを短縮します。
優れた拡張性：幅広いワーク形状・容器・ロットサイズに対応いたします。
専門知識不要：AIに関する専門知識は必要ありません。ワークのCADデータをご支給いただければ、Baslerがデータを取りまとめたうえで、AIモデルの学習を行います。
短工期＆低コスト：学習済みのCADテンプレートを再利用することで、開発コストを削減。多くの用途において、従来の3D撮影手法（レーザー三角測量、構造化光など）を上回るコストパフォーマンスを実現します。
Baslerロボット向けアプリケーションソフトウェア
用途に応じてさまざまなモジュールを自由に組み合わせ可能。直感的な操作方法を採用し、各種インターフェースを介してBaslerステレオカメラに簡単に接続できます。このほか、カメラの運用性を向上させる追加のハードウェアもご用意しています。
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