Variable Sehhilfen für Industrieroboter

Informatiker der Universität Jena entwickeln mit Industriepartnern programmierbare optische Sensoren

Ein großer Teil der stupiden Fließbandarbeit wird heutzutage von Maschinen ausgeführt. Meist verrichten die Roboter ihre Arbeit blind, doch für manche Arbeitsprozesse ist es wichtig, dass sie die Teile, die auf dem Fließband an ihnen vorbeirasen, auch erkennen und zuordnen können. Dass Greifarme sehen können wonach sie greifen, daran arbeiten Informatiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena gemeinsam mit Industriepartnern. Sie wollen einen optischen Sensor entwickeln, der nicht nur eine Art von Bauteil erkennt, sondern sich auch bei Bedarf umprogrammieren lässt und der noch dazu so platzsparend ist, dass er in einem Greifarm Platz findet. „Der nachgeschaltete Computer, wie er bei den jetzigen Sensorkonstruktionen üblich ist, soll wegfallen. Die Prozession der Daten soll direkt unter der Sensorfläche stattfinden“, erklärt Prof. Dr. Dietmar Fey. Zur Realisierung solcher Pixelsensor-Parallelprozessoren hat das Thüringer Wirtschaftsministerium dem Informatiker der Uni Jena und seinen Partnern von der Vision&Control GmbH in Suhl sowie dem Erfurter CiS Institut für Mikrosensorik gGmbH rund 255.400 Euro genehmigt.

Das neue Verbundprojekt „PIXSTACK“ baut auf vorangegangenen Arbeiten der Projektpartner auf. So ist es ihnen bereits gelungen, Sensorchips zu entwickeln, die die Kanten der Bauteile erkennen. „Bisher wird die Information jedoch noch Zeile für Zeile ausgelesen und die Verarbeitung der analogen Bilddaten in digitale Daten erfolgt in nebenan befindlichen Schaltkreisen“, erklärt Prof. Fey. Im neuen Chip sollen diese Schaltkreise direkt unter dem Sensor, also dem Auge, angebracht werden. Und jedem Bildpunkt (Pixel) wird ein Prozessorelement untergeordnet. „Wir ändern die Architektur des Chips, er wird dreidimensional aufgebaut, um das Bauteil kleiner zu machen“, nennt Fey ein Ziel. Damit wird ein Teil der Datenverarbeitung in den Chip verlagert, das beschleunigt letztendlich den „Sehprozess“ des Greifarms.

Weiterhin sollen die Roboter mit dem neuen Stapelchip-Auge nicht nur immer ein und dasselbe Bauteil rasch und sicher erkennen, sondern auch andere Bauteile. Dazu muss sich das Auge umprogrammieren lassen. „Daran arbeiten wir“, erklärt der Jenaer Professor für Technische Informatik. Gelingt es den Projektpartnern, einen umprogrammierbaren Stapelchip zu konstruieren, können die Greifarme künftig flexibler im Produktionsprozess eingesetzt werden. „Die derzeitigen optischen Sensorsysteme sind eigentlich überdimensioniert für einfache und schnell auszuführende Operationen der Bildvorverarbeitung, wie sie in Fließbandrobotern benötigt werden“, erklärt Fey. Der in der Entwicklung befindliche gestapelte Optosensor ist kompakter, wird weniger Energie verbrauchen und soll preiswerter zu produzieren sein, als seine überqualifizierten Sensorkollegen. Er wird die gleiche Leistung bringen wie sie, einzig die Bildqualität wird schlechter sein als die von Sensoren in Digitalkameras. „Aber wir wollen mit dem neuen Bauteil keine Fotowettbewerbe gewinnen, sondern dazu beitragen, dass Automaten flexibel einsetzbar werden und schnelle Reaktionen ermöglichen“, nennt Fey das Fernziel.