Bin Picking für automatisierte Maschinenbestückung

Automatisiertes Machine Tending erfordert zuverlässige Lösungen zur Handhabung ungeordneter Bauteile. Eine Schlüsseltechnologie hierfür ist das robotergestützte Bin Picking, bei dem Komponenten zufällig aus Behältern entnommen werden. Basler adressiert diese Herausforderung mit einer Vision-Lösung, die 3D-Stereokameras mit CAD-basierter Erkennungssoftware kombiniert.

Im Zentrum der Lösung steht das Softwaremodul 3D CADMatch, das eine präzise Lokalisierung und Greifpunktberechnung auf Basis von 3D-Bilddaten und hinterlegten CAD-Modellen ermöglicht. Ziel ist eine stabile und reproduzierbare Teileentnahme auch unter schwierigen Bedingungen wie dichter Schüttung, Überlagerungen oder ungünstigen Lichtverhältnissen.

CAD-basierte Erkennung ungeordneter Bauteile
In typischen Bin-Picking-Szenarien liegen Teile häufig überlappend, verdreht oder teilweise verdeckt im Behälter. Klassische bildbasierte Verfahren stoßen hier schnell an ihre Grenzen. 3D CADMatch vergleicht daher ein trainiertes CAD-Modell des Zielbauteils mit der vom 3D-Kamerasystem erzeugten Punktwolke.

Auf diese Weise können einzelne Teile auch bei starker Überlagerung identifiziert werden. Für jedes erkannte Bauteil berechnet die Software die exakte Position entlang der X-, Y- und Z-Achse sowie die räumliche Orientierung. Anschließend werden bevorzugt frei zugängliche und nicht verdeckte Teile priorisiert.

Greifpunktberechnung mit Kollisionsprüfung
Auf Basis der ermittelten Bauteilpositionen berechnet 3D CADMatch geeignete Greifpunkte für den Roboter. Dabei werden sowohl im CAD-Modell definierte Greifzonen als auch die hinterlegten Greifermodelle berücksichtigt, etwa Zweifinger- oder Sauggreifer.

Optional kann eine Kollisionsprüfung aktiviert werden, die sicherstellt, dass der Greifer beim Anfahren des Greifpunkts nicht mit dem Behälter oder umliegenden Geometrien kollidiert. Die Software stellt dem Robotersystem kollisionsfreie Greifposen zur Verfügung, während die Bahnplanung und Bewegungssteuerung im Robotercontroller oder einer übergeordneten Steuerung erfolgen.

Parametrierung statt Programmierung
Die Inbetriebnahme erfolgt über eine browserbasierte Weboberfläche, wodurch aufwendige Programmierung weitgehend entfällt. Anwender wählen das passende CAD-Template, definieren den Arbeitsbereich und den Ladungsträger, legen den Greifertyp fest und aktivieren bei Bedarf die Kollisionsprüfung.

Greifpunkte werden einmalig im CAD-Modell definiert und können im Betrieb überprüft und angepasst werden. Nach jedem Greifvorgang wird eine neue Punktwolke erzeugt, sodass der Roboter auch bei Lageveränderungen der Teile zuverlässig weiterarbeiten kann.

Hardware- und Softwarearchitektur
Die Vision-Lösung basiert auf den Stereo-Kameras von Basler. Die Stereo-visard-Kamera kann direkt am Roboterarm montiert oder stationär über dem Behälter eingesetzt werden, während die Stereo-ace-Kamera für flexible, hostbasierte Konfigurationen vorgesehen ist. Beide Kameras liefern präzise Tiefendaten für die CAD-basierte Auswertung.

Die notwendige Rechenleistung stellt der 3D Camera Cube als Edge-Computer bereit. Optional können Projektoren und zusätzliche Beleuchtung integriert werden, um die Tiefenerfassung bei glatten oder reflektierenden Oberflächen zu verbessern.

Integration in Robotersysteme
Die Anbindung an Robotersysteme erfolgt über Ethernet-Schnittstellen. Software-Interfaces stehen für zahlreiche Robotermarken zur Verfügung, darunter ABB, FANUC, KUKA, Universal Robots und Yaskawa Motoman. Auch spezielle Greifsysteme können integriert werden.

Durch die Wiederverwendung trainierter CAD-Modelle lassen sich neue Bin-Picking-Aufgaben mit reduziertem Engineering-Aufwand realisieren. Die Lösung ist damit skalierbar für unterschiedliche Bauteilgeometrien, Behältergrößen und Losgrößen.

Mit der Kombination aus 3D-Stereovision, CAD-basierter Objekterkennung und kollisionssicherer Greifpunktplanung unterstützt Basler robuste und produktive robotische Bin-Picking-Anwendungen in der industriellen Automatisierung.

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