3D-4-Robots: Greifen ungeordneter Bauteile

In der industriellen Fertigung durchlaufen Produkte häufig mehrere Prozess­schritte. Die Produkte werden dabei von Prozessschritt zu Prozessschritt entweder in geeigneten auf das Produkt abgestimmten Behältern geordnet zwischengelagert oder als Schüttgut, also ungeordnet, aufbewahrt.

Bei der häufig anzutreffenden ungeordneten Lagerung müssen die Produkte vor der Weiterbearbeitung vereinzelt und ggf. lagerichtig zugeführt werden. Diese Zuführung erfolgt, wenn nicht manuell, durch platzaufwändige, an das Produkt angepasste Vorrichtungen wie z. B. Wendelförderer, Schikanen, Bänder oder Vereinzelungen. Dies macht die Lösung gegenüber Bauteiländerungen unflexibel und entsprechende Anpassungen sind teuer.

Um auf diese aufwändigen Zuführsysteme verzichten zu können, bietet sich als Alternative das direkte Greifen der ungeordneten Objekte, am besten aus ihrem Transportbehälter, mit einem Roboter an. Dies setzt jedoch eine automatische Lageerkennung voraus. Für flache oder vereinzelt liegende Bauteile existieren bereits auf dem Markt etablierte Verfahren aus der 2-D-Bildverar­beitung. Mit diesen Verfahren lässt sich jedoch die räumliche Lage von vollkommen ungeordneten Bauteilen für eine automatische Handhabung („Griff in die Kiste“) nicht bestimmen.

Daher wurde am Fraunhofer IPA ein industrie­taugliches 3-D-Objekt- und Lageerkennungssystem für ungeordnete Bauteile (Schüttgut) entwickelt und einschließlich der Handhabung mit einem Roboter umgesetzt. Den Kern des Verfahrens bildet die Besteinpassung (Best-Fit) von regelgeometrischen Elementen wie z. B. Zylindern oder Kegeln. Die zu erkennenden Objekte sind dabei aber keinesfalls auf reine Zylinder oder Kegel be­schränkt. Es können auch deutlich komplexere Werkstücke erkannt werden, die lediglich regelgeometrische Elemente enthalten müssen.

Die praktische Einsetzbarkeit des Verfahrens zur 3-D-Lageerkennung konnte anhand von Demonstratoren erfolgreich getestet werden. So wird auf der Automatica 2008 ein System zu sehen sein, mit dem völlig ungeordnete industrielle Werkstücke aus Kisten gegriffen werden (Bild 1).

Mit dem Verfahren des Fraunhofer IPA können Erkenn­ungszeiten von deutlich unter einer Sekunde erzielt werden, wenn es sich um rein zylindrische Bauteile wie Rohre handelt. Für komplexere Objekte sind ähnliche Taktzeiten möglich, wenn zur Erkennung ein markantes regelgeometrisches Element ausreicht. Sind mehrere regelgeometrische Elemente zur exakten Lagebe­stim­mung notwendig, wobei in den meisten Fällen zwei ausreichend sind, kann die Erkennung in etwa einer Sekunde durchgeführt werden. Weiterhin zeichnet sich die Lösung durch ihre äußerst präzise Positionsbestimmung aus, die praktisch nur von der Genauigkeit des eingesetzten Sensors zur 3-D-Datenaufnahme abhängt.

Das vorgestellte System zur 3-D-Objekt- und Lageerkennung für die Roboter­handhabung ermöglicht Industriekunden eine schnelle und flexible Teilezuführung im Fertigungsprozess und damit eine erhebliche Einsparung von Platz, Zeit und Kosten. Besuchen Sie uns auf der Automatica in Halle B3, Stand 530 und verschaffen Sie sich selbst einen Eindruck von unserem Demonstrationssystem.