Bildverarbeitungslösung zum Depalettieren von Zylinderköpfen

Author(s):
Axel Telljohann - CTMV Consulting Team Machine Vision

Industry:
Automotive

Products:
Vision, LabVIEW

The Challenge:
In der Motorenfertigung eines Automobilzulieferers werden gegossene Zylinderköpfe in Gitterboxpaletten angeliefert, die manuell entladen und der weiteren Bearbeitung zugeführt werden. Im Zuge der Prozessautomatisierung soll die Entnahme zukünftig durch einen Roboter übernommen werden, was eine automatische, präzise Positionserkennung der Zylinderköpfe mit einschließt. Die Verwendung mehrerer Lasertaster zur Lageerkennung scheiterte, so dass die Firma CTMV als Systemanbieter optischer Inspektionssysteme beauftragt wurde, eine Lösung zur Roboterführung zu entwickeln.

The Solution:
Es wird eine Bildverarbeitungslösung auf Basis der Vision - Plattform von National Instruments realisiert. Über dem Palettenplatz ist mittig eine IEEE-1394 (Firewire) -Kamera mit Beleuchtungseinheiten installiert. Nach einem Startsignal vom Roboter wird ein Bild der gesamten Lage aufgenommen und die exakten Positionen der Zylinderköpfe über einen speziellen Suchalgorithmus ermittelt.

Ein Mustervergleich (Pattern-Matching) kombiniert mit einem spezifischen Kalmanfilter sucht jeweils die sechs signifikantesten Bohrlöcher auf den Zylinderköpfen, die zueinander in einem fest definierten Abstand stehen. Im Anschluss folgt eine Feinvermessung, um alle Mittelpunkte der Löcher – aus denen letztlich der Schwerpunkt des gesamten Bauteils errechnet wird – präzise zu bestimmen.

Unter Berücksichtigung der Position des Öleinlassstutzens wird schlussendlich noch der Drehwinkel des Bauteils bezogen zum Mittelpunkt errechnet. Die Ergebnisse stehen zunächst als Pixelkoordinaten zur Verfügung und werden mit Hilfe der in der NI-Vision-Plattform zur Verfügung stehenden Kalibriermethoden in das Koordinatensystem des Roboters überführt, der auf diese Weise präzise Positionsdaten mit einer Genauigkeit von 0,2 mm erhält und die Bauteile greifen und entnehmen kann.

Ist die Lage leer, wird diese von einem separaten X-Y-Linearsystem mit Sauggreifer entnommen und der beschriebene Vorgang wiederholt sich mit der nächsten Lage. Die unterschiedlichen Höhen der Bauteillagen konnten bereits bei der Inbetriebnahme in die Kalibrierung mit einbezogen werden, zusätzliche kleinere Höhentoleranzen sind in der Praxis vernachlässigbar. Bei fehlerhaft eingelegten Bauteilen wird die Entladung der Box automatisch gestoppt.

Die Basis für das Bildverarbeitungssystem bildet ein Standard-PC, ausgestattet mit einem IEEE-1394-Host-Adapter (NI PCI-8252) zum Anschluss von IIDC-konformen FireWire®-Kameras sowie einer Digital-I/O-Schnittstellenkarte (NI PCI-6515) zur Kommunikation mit der Anlagensteuerung. Die Positionsdaten werden zwischen Bildverarbeitungssystem und Roboter über die serielle Schnittstelle ausgetauscht. Die Software wurde mit Hilfe von NI LabVIEW und den Bildverarbeitungsbibliotheken von National Instruments – NI Vision Development Module – entwickelt.

Kundennutzen:
Die leistungsfähige NI-Vision-Plattform ermöglichte es, durch die beliebige Kombination von Hardwarekomponenten und über die in der Software verfügbaren Standardfunktionen in Verbindung mit eigenen spezifisch entwickelten Auswertealgorithmen, in kurzer Zeit eine Lösung zu finden, die im Dreischichtbetrieb zuverlässig arbeitet. Die monotone und anstrengende manuelle Entladung konnte erfolgreich automatisiert werden.

Browse All Case Studies »