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Bildverarbeitung trifft auf Metall
Von Sarah Sookman, Matrox Imaging
In der Bauindustrie werden viele verschiedene Teile aus Blechen geschnitten und dann auf einer großen Maschine oder einem Fahrzeug zusammengeschweißt. Bei der Positionierung der Bleche auf dem Schneidetisch treten oft Schwierigkeiten auf. Je größer und schwerer die Bleche sind, umso schlechter lassen sie sich auf dem Tisch ausrichten. Aber ohne korrekte Ausrichtung wird das Blech meistens außerhalb der Toleranzen zugeschnitten. Das hat negative Auswirkungen auf den Schweißvorgang und verursacht Ausschuß. Die exakte Positionierung wird noch problematischer, wenn die Bleche in den X-, Y- und Z-Achsen variieren.

Vor zwei Jahren wurde die schwedische Firma Sensor Control aus Västerås von einem deutschen Unternehmen der Robotertechnik, der Firma Severt Maschinenbau, kontaktiert, um diese bei der Entwicklung eines Bildverarbeitungssystems, das automatisch Metallbleche präzise schneidet, zu unterstützen. Laut Thomas Dahlén, Vizepräsident Verkauf/Marketing Firma Sensor Control, " arbeitet unser PathAdjuster gemeinsam mit einem Roboter, um das Blech auszumessen und die programmierte Bahn des Roboters für den Schneideprozeß basierend auf Position und Größe des Bleches zu bestimmen."

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Der PathAdjuster.
Das System
Der PathAdjuster verwendet 12 Sony ST50CE Kameras, die mit zwei Matrox Meteor-II/Multi-Channel Framegrabbern verbunden sind. Das System basiert auf einem 2.1 MHz Celeron Prozessor, der sich in einem 19"-Industriegehäuse befindet. 14 doppelte Leuchtstoffröhren sowie ein Laser-Line-Generator beleuchten den Arbeitsbereich. Bilderfassung und Bildverarbeitung erfolgen durch die Matrox Imaging Library (MIL). Beim Schneiden des Metallbleches folgt ein ABB Roboter der Bahn, der durch Severt Robotertechnik, der Schwesterfirma von Severt Maschinenbau, entwickelt wurde.

An der Decke über dem Schneidetisch wurden 10 Kameras installiert; zwei zusätzliche Kameras befinden sich am Endeffektor des Roboters. Auf Basis eines von allen Bildern der 10 Kameras zusammengesetzten Bildes wird mit dem Geometric Model Finder (GMF) Modul von MIL zuerst die Position des Bleches bestimmt und es dann ausgemessen. "Bei Blechen von 1200 mm x 9500 mm Größe können wir kritische Abmessungen, wie den Abstand zwischen Löchern, mit einer Genauigkeit von 2 mm erfassen," erläutert Dahlén. Mit dem Nahbereich der roboterbasierten Kameras können bei Bedarf noch höhere Genauigkeiten für kleinere Bleche oder Bleche mit speziellen Details bzw. anderen kritischen Abmessungen erreicht werden. Die neue Bahn des Roboters richtet sich nach der Abweichung von der erwarteten Position des Bleches. Hat der Roboter seine neue Bahn erhalten, wird er durch Kamera und Laser-Line-Generator so gelenkt, dass das Blech gemäß seiner aktuellen Position zugeschnitten wird.

Durch die Einbindung des PathAdjusters kann der Roboter das Material mit hoher Präzision schneiden, innerhalb einer Toleranz von 0,1 mm der angegebenen Bahn. Die Bleche haben normalerweise eine Größe zwischen 200 mm x 300 mm bis zu 1200 mm x 9500 mm und können 30 mm bis 300 mm dick sein. Darüber hinaus schneidet der Roboter häufig Bleche mit eckigen, runden, elliptischen und asymmetrischen Formen. Da die Bleche in Größe, Form und Position unterschiedlich sind, ist diese Anwendung ideal geeignet für das Geometric Model Finder Modul von MIL.

Laut Dr. Wilhelm Severt von Severt Maschinenbau, "können wir geschnittene Bleche mit sehr hoher Genauigkeit produzieren, was die Kosten für den anschließenden Schweißprozess reduziert. In der Tat kann unser Kunde einige Arbeiten doppelt so schnell ausführen wie zuvor unter Verwendung des PathAdjuster."

Anforderungen während der Entwicklung
Die Generierung des zusammengesetzten Bildes aus den 10 Einzelbildern der Kameras war einer der schwierigeren Aspekte der Anwendung. Die Kalibrierung des System wurde zu einer entscheidenden Aufgabe bei der Entwicklung des PathAdjusters, um alle Bilder abzugleichen ohne Bilddaten zu verlieren und unter Beibehaltung der Genauigkeit.

Die Steuerung des Roboters war eine Aufgabe für Sensor Control. Die Firma verfügt über umfangreiche Erfahrungen mit ABB und den Robotern dieses Unternehmens, so dass Sensor Control bestimmte Probleme verhindern konnte noch bevor diese entstanden sind, beispielsweise befinden sind die Bleche nicht in einem reinen Zustand, wenn sie auf dem Schneidetisch positioniert werden.

Das Roboterprogramm ist ziemlich kompliziert, aber bei der korrekten Neuberechnung dieses Systems profitierte Sensor Control von seiner Vergangenheit als ehemalige ABB-Firma. So wurde das Blech vor der ersten Einrichtung sandgestrahlt, um möglichst wenige unerwünschte Daten zu erhalten. Danach hat die GMF-Funktion von MIL praktisch alle Unregelmäßigkeiten des Bleches erkannt. Die Bleche werden schmutzig, rostig und teilweise mit zahlreichen Markierungen zugeführt. Der GMF lokalisiert das Blech ohne Schwierigkeiten. Eine Reinigung (Sandstrahlen) des Bleches ist nicht länger notwendig, weil die GMF-Funktion nur nach den Information des sauberen Bleches sucht.

Der Weg zum Erfolg
Die Anwender des PathAdjuster profitieren jetzt von der verbesserten Genauigkeit, weniger Ausschuß und der höheren Arbeitsgeschwindigkeit des Systems. Durch die Implementierung der geometrischen Mustererkennung kann das Blech flexibel auf dem Schneidetisch positioniert werden. "Das System wird das Blech unabhängig von der Position lokalisieren," sagt Dahlén, "und den Roboter seine vorprogrammierte Bahn verfolgen lassen."

"Für verschiedene Firmen der Automobilindustrie ist der PathAdjuster sehr wichtig, denn er kann bei Schweiß-, Versiegelungs- und Montageanwendungen eingesetzt werden," erläutert Dahlén. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt haben sowohl Severt Maschinenbau als auch Skoda Auto (gehört zu Volkswagen) den PathAdjuster in ihre Produktionsprozesse integriert. Auch weitere wichtige Unternehmen der Automobilbranche haben ihr Interesse an diesem System bekundet.

Weitere Information finden Sie bei Sensor Control unter.

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Das Geometric Model Finder (GMF) Modul der Matrox Imaging Library bestimmt die Position des Bleches und misst es aus, so dass der Roboter das Material mit hoher Genauigkeit schneiden kann - innerhalb einer Toleranz von 0,1 mm der erforderlichen Bahn.
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