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INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2022

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INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2022

MACHINE-VISION IN DER

MACHINE-VISION IN DER INTRALOGISTIK AUTOMATISIERT DEPALETTIEREN Bildverarbeitung in Kombination mit Robotik eignet sich optimal für den internen Warentransport. Welche Vorteile sich dadurch ergeben, zeigt das Beispiel eines vollständig automatisierten Kommissionierprozesses bei einem spanischen Hersteller von Reinigungsmitteln. Das Ergebnis: eine Produktivitätssteigerung von rund 50 Prozent. Ein gut durchdachter innerbetrieblicher Warentransport ist ein wesentlicher Faktor für eine effiziente Intralogistik. Die Intralogistik ist geprägt von anspruchsvollen Prozessen, angefangen bei der Warenannahme über die Lagerung und Kommissionierung bis hin zur Auslieferung. Für sämtliche dieser Prozessschritte leistet die industrielle Bildverarbeitung (Machine Vision) wertvolle Dienste. Als „Auge der Logistik“ bieten moderne Bildverarbeitungssoftwares alle notwendigen Methoden und Technologien zum Lesen von Zeichen, Codes und Symbolen. Auch Kommissionierungsprozesse lassen sich mit Machine-Vision- Systemen mitunter vollständig automatisieren. Ein Beispiel, wie Prozesse mit Machine Vision optimiert werden können, liefert das Unternehmen Cretec Cybernetics. Das Unternehmen mit Sitz in Büdingen (Deutschland) und Mataró (Spanien) hat sich auf bildverarbeitungsbasierte Automatisierungslösungen und mehrdimensionale Bildverarbeitung spezialisiert. Im Auftrag von KH Lloreda, einem spanischen Hersteller von Reinigungsmitteln, hat Cretec Cybernetics mit Unterstützung der MVTec Halcon Bildverarbeitungssoftware eine roboterbasierte Depalettierungslösung in der Kommissionierung entwickelt. Das optimale Zusammenspiel von Robotik und Bildverarbeitungssoftware innerhalb der Anwendung ermöglicht es, die unterschiedlichen Positionen von Kartons auf Paletten zu identifizieren und diese anschließend zu depalettieren. Der gesamte Prozess ist vollständig automatisiert. NORMABWEICHUNGEN ERKENNEN Cretec Cybernetics konnte bei KH Lloreda mit der Umsetzung der Applikation auf bestehende Technologien und Infrastruktur aufbauen. „Der Palettierungsprozess von KH Lloreda war bereits mit einem Laserlinien-Profiler automatisiert, welcher eine Relativbewegung zwischen dem Sensor und der Produktlage durchführte. Daraus resultierten jedoch hohe Taktzeiten, wodurch nicht das Optimum an Leistung und Produktivität erreicht wurde. Daher war eine Umstellung auf ein Machine-Vision-System unumgänglich,“ erklärt Irene Vázquez Martín, Junior Application Engineer bei Cretec Cybernetics. Ziel der Umstellung auf eine Machine Vision basierende Lösung war es, die Produktivität zu steigern und neue Use Cases abzudecken. „Bildverarbeitung in Kombination mit Robotik eignet sich optimal für den internen Warentransport. Damit der Kunde von den Vorteilen profitieren konnte, mussten wir bei der Umsetzung einige Herausforderungen meistern. Zu nennen wäre hier vor allem das sich dynamisch ändernde und nie gleiche Arbeitsumfeld der Roboter“, sagt Vázquez Martín. Gerade beim Kommissionieren ist der Roboter mit ständig neuen Gegebenheiten konfrontiert. Das heißt, nicht jede Palette ist identisch beladen und Kartons können in ihrer Positionierung und Größe stark variieren, was es für einen Roboter schwierig macht, einzelne, von der Norm abweichende, Pakete zu greifen. Darüber hinaus erschweren schlechte Lichtverhältnisse in Lagerhallen die Aufnahme hochauflösender Bilder, die für eine Bildverarbeitungsanwendung unerlässlich sind. Daraus ergibt sich der Bedarf an robuster Hardware und Bildverarbeitungssoftware, um diese Anforderungen zu meistern. LEISTUNGSSTARKE ALGORITHMEN In der roboterbasierten Applikation kommt die Software MVTec Halcon der MVTec Software GmbH, internationaler Softwareanbieter für die industrielle Bildverarbeitung, zum Einsatz. MVTec Halcon ist eine umfassende Machine Vision Standardsoftware und verfügt über eine integrierte Entwicklungsumgebung (HDevelop) und eine Image Processing Library mit einer Vielzahl an modernen Bildverarbeitungstechnologien. „Wir haben uns für Halcon entschieden, weil es uns die Software erlaubt, robuste und zuverlässige Algorithmen in sehr kurzer Zeit zu entwickeln“, sagt Vázquez Martín. Die von Cretec Cybernetics entwickelte Applikation in der Kommissionierung verläuft wie folgt: Nach Bestelleingang beginnt die Integration des automatisierten Depalettierungsprozesses. Im Zentrum dieser Anwendung steht ein Roboter, an dessen Arm ein 3D-Sensor angebracht ist. Der Roboter empfängt die Anfrage für einen neuen Auftrag und verfährt zu der dazu bereitgestellten Produktpalette. Dort stoppt er, und der Sensor nimmt ein Bild des Layouts der obersten Lage der aktuellen Palette auf. Die Machine 76 INDUSTRIELLE AUTOMATION 2021/05 www.industrielle-automation.net

01 Die Paletten werden Schicht für Schicht depalettiert 01 02 Die Bildverarbeitungssoftware ermöglicht es, die Kartons jeder Schicht zu segmentieren 02 Vision Software Halcon verarbeitet die Informationen zu der Anzahl der Kartons sowie die entsprechenden Koordinaten und sendet diese an den Roboter zurück. Anschließend depalettiert der Roboter Schicht für Schicht. Anschließend palettiert er die Kartons auf die leere Palette für den aktuellen Auftrag. Dieser Vorgang wird für jede Station mit den verschiedenen Produkten wiederholt, bis der Auftrag abgeschlossen ist. Während dieses Vorgangs ist kein Benutzereingriff, etwa bei Produktwechseln zwischen den Stationen, erforderlich. PRÄZISE EXTRAKTION VON KOORDINATEN Damit die Depalettierungsapplikation ohne Schwierigkeiten im Tagesgeschäft des KH Lloreda-Werks eingesetzt werden kann, wurde auf die Bildverarbeitungstechnologien Maximally Stable Extremal Regions (MSER) und 3D-Transformation gesetzt. Die Bildver arbeitung findet auf XYZ-Bildern statt. Durch die Verwendung der Halcon-Bibliotheken und der anwenderspezifischen Kali brierungsplatte hat Cretec Cybernetics den Hand-Augen- Kalibrierungsprozess an die spezifischen Bedürfnisse des Nutzers angepasst. Mithilfe des Kalibrierungsassistenten der Anwendung müssen nur einige wenige Aufnahmen in verschiedenen Positionen um die Kalibrierungsplatte herum gemacht werden, damit die Anwendung die endgültige Hand-Augen-Kalibrierung berechnen kann. Die Technologien kommen hintereinander und entsprechend den geforderten Tätigkeiten zum Einsatz. Im ersten Schritt wird der MSER-Algorithmus auf dem Z-Bild angewandt, das bedeutet, dass aus der Gesamtheit der Kartons, einzelne Komponenten, segmentiert werden. Diese Komponenten entsprechen den einzelnen Kartons. Anschließend werden, basierend auf den Informationen aus den XYZ-Bildern, die Lage und Ausrichtung der MILLISEKUNDEN zum Ergebnis VIS-VISION für die QS www.optometron.de Kisten auf der Palette berechnet. Hierbei handelt es sich um eine starre 3D-Transformation im Kamerakoordinatensystem. Mittels der Hand-Auge-Kalibrierung ist es damit möglich, diese Transformation im Roboterkoordinatensystem umzurechnen. Nun „weiß“ der Roboter, wo und in welcher Größe die einzelnen Kartons auf der Palette gestapelt sind. Anzeige FAZIT Die von Cretec Cybernetics entwickelte Applikation wird mittlerweile seit Juli 2021 erfolgreich in der Intralogistik von KH Lloreda eingesetzt. Dank der integrierten Technologie stellte das Unternehmen schnell eine erhebliche Steigerung der Produktivität fest. „Wir erreichen eine Produktivitätssteigerung von ca. 50 %. Wir haben das geschafft, indem wir die Taktzeit und die Dynamik deutlich reduzieren konnten“, berichtet Vázquez Martín und ergänzt: „Die Kombination von Robotik und Machine Vision bietet noch viel Potenzial. Daher werden wir weiter das Ziel verfolgen, Kunden bessere, schnellere und zuverlässige Lösungen zu liefern.“ Bilder: Aufmacher Ideeah Studio – stock.adobe.com; sonstige MVTec www.mvtec.com UNTERNEHMEN MVTec Software GmbH Arnulfstraße 205, 80634 München Tel.: 089/457 695 0 Fax: 089/457 695 55 E-Mail: info@mvtec.com AUTOR Mario Bohnacker, Technical Product Manager HALCON, MVTec, München www.industrielle-automation.net INDUSTRIELLE AUTOMATION 2021/05 77