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Bild: OneTouchSpark, iStock
Vision-Sensor

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Text: Klaus Berdel, Sensopart
Die automatisierte lagerichtige Zuführung von Teilen ist für eine effektive Montage entscheidend. Als flexible und kostengünstige Alternative zu mechanischen Automatisierungslösungen, die bei jedem Produktwechsel angepasst werden müssen, bietet sich die Lagekontrolle mit einem bildverarbeitenden Vision-Sensor an.

Die Montage von Teilen und Werkstücken gehört mit zu den wichtigsten Prozessschritten bei der Herstellung komplexer Produkte. Auch an den Gesamtkosten hat der Montageprozess meist einen relevanten Anteil, so dass dem Automatisierungsgrad in diesem Bereich eine besondere Bedeutung zukommt. Bei der Auslegung von Montagesystemen liegt die Crux oft in der positions- und lagerichtigen Teile­bereitstellung: So müssen bei der ungeordneten Zuführung in einem Vibra­tions­wendelförderer bei jeder Änderung der Teilegeometrie mechanische Führungshilfen – so genannte Schikanen – angepasst werden. Das hat zunächst entsprechende Entwicklungs- und später auch Rüstzeiten zur Folge. Zudem sind diese Vorrichtungen erfahrungsgemäß störanfällig, wodurch es immer wieder zu Maschinenstillständen kommt. Entsprechendes gilt für die Anpassung der Robotergreifer in einer Kommissionierzelle. Der Trend zu individuellen Kundenlösungen und kleineren Serien führt hier zu steigenden Aufwänden, welche die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses in Frage stellen können.

Einen Ausweg aus dieser Problemlage bieten optoelektronische Zuführkontrollen mit Hilfe von Vision-Sensoren oder -Systemen. Dabei handelt es sich um vollwertige Bildverarbeitungssysteme, die jedoch in der kompakten Bauform eines Sensors integriert sind. Sie sind recht einfach zu konfigurieren und in bestehende Anlagen einzubinden. Nicht zuletzt sind sie auch deutlich kostengünstiger als rechnerbasierte IBV-Systeme.

Ein Vision-Sensor ersetzt die werkstückspezifischen Schikanen in der Zuführungsstrecke. Wird ein Teil in falscher Lage angeliefert, kann der Sensor einen Aktor ansteuern, der es in den Topf des Vibrationswendelförderers zurückbringt. Bei einem Produktwechsel muss die Zuführungsstrecke nun nicht mehr umgebaut werden; stattdessen wird einfach per Steuerbefehl eine neue Konfiguration in den Sensor geladen und der Betrieb kann nahezu unterbrechungsfrei weiterlaufen.

Mehrfacherkennung mit Blob

Vision-Sensoren wie der Visor von Sensopart bieten eine große Vielfalt von vorkonfigurierten Auswertealgorithmen, zur Erkennung von Mustern, Kanten und Konturen, zur Ermittlung von Kontrast- oder Farbunterschieden oder zur Vermessung von Objekten.

Besonders interessant für die Zuführkontrolle ist dabei der Blob-Detektor (Binary Large Object). Er ermöglicht es dem Anwender, wesentliche Merkmale komplexer Teile – wie Position, Drehlage, Fläche, Umfang, Exzentrizität – zu erfassen und die gewünschten Auswertungen mit wenigen Mausklicks zu konfigurieren. Im Unterschied zu anderen Detektoren lassen sich mit dem Blob-Detektor zudem mehrere Teile gleichzeitig, also in einem Bild, begutachten. Die Mehrfacherkennung ermöglicht auch eine Detektion übereinander liegender oder ineinander verhakter Teile – sogar jener, die von mechanischen Schikanen nicht erfasst werden.

Ferner lässt sich die Position und Orientierung jedes einzelnen Teils bestimmen. Diese kann relevant werden, wenn Teile in einer Robotik-Anwendung nur in bestimmten Winkelbereichen aufgenommen werden können. Auch eine Sortierung der Datenausgabe an die Steuerung anhand beliebiger Kriterien, etwa der Position im Bild, lässt sich auf diese Weise sehr einfach realisieren.

Die Auswahl aller gewünschten Merkmale für die Auswertung erfolgt in einer sehr übersichtlichen PC-Konfigurations-Software, mit der auch Anwender ohne Bildverarbeitungskenntnisse schnell zurechtkommen. Der PC wird dabei nur zur Konfiguration benötigt, im späteren Betrieb arbeitet der Vi­sion-Sensor autark.

Egal ob Bauch oder Rücken

Ein besonderes Merkmal, das der Visor zur Zeit als einziger Vision-Sensor auf dem Markt berechnen kann, ist ein Wert, anhand dessen die lagerich­tige Zuführung unsymmetrischer Teile mit einer einzigen einfachen Abfrage erkannt werden kann. Wird ein Teil auf der verkehrten Seite liegend angeliefert, erkennt der Sensor dies zuverlässig anhand des berechneten Ergebnisses. Die Erkennung funktioniert unabhängig von der Winkelorientierung des Objekts im Bild, denn die Methode ist rotations­invariant.

Wurde ein falsches oder verkehrt zugeführtes Teil vom Vision-Sensor erkannt, können die Informationen unmittelbar für die Anlagensteuerung nutzbar gemacht werden. Im einfachsten Fall wird eine Auswurfvorrichtung aktiviert. Einer der digitalen Ausgänge des Visor liefert sogar einen Ausgangsstrom von 100 mA, so dass er Ausblasventile oder andere Aktoren direkt – sprich ohne Umweg über eine SPS – ansteuern kann. Auch eine zeit- oder wegeverzögerte Schaltung der Ausgänge ist möglich, etwa wenn auszusortierende Teile noch eine bestimmte Strecke auf dem Fließband bis zur Auswurfposition zurücklegen müssen.

Da der Visor neben seinen Schalt­ausgängen über zahlreiche Kommunikationsschnittstellen verfügt, lassen sich auch anspruchsvolle Steuerungs­lösungen realisieren: So können die detaillierten Lagedaten an den Roboter übermittelt werden, damit dieser die zugeführten Teile mit jeweils angepasster Greifereinstellung aufnehmen kann. Analog lässt sich die Aufnahme unterschiedlicher Teile in einer vorgegebenen Reihenfolge realisieren.

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