Bin Picking – der Griff in die Zukunft

Der Anfang von Industrie 4.0

Bin Picking Anlage
Bin-Picking-Zelle 2019

Viele Betriebe haben einen Großteil der Produktion automatisiert. Dennoch werden die Rohteile noch immer sehr oft von Mitarbeitern aus der Kiste in den Produktionsprozess eingebracht. Dies gilt speziell dann, wenn die Teile für  mechanische Transportsysteme, wie z.B. Rütteltöpfe,  zu empfindlich sind. Oder wenn es für die Typenvielfalt noch keine mechanische Lösung gibt. In vielen dieser Fälle ist Bin Picking, also „der Griff in die Kiste“ immer häufiger eine sehr gute Lösung. Mehr dazu.

Bei den meisten Bin Picking Anwendungen, geht es um das Be- und Entladen im Umfeld von Produktionsprozessen. Dabei werden zum Beladen von Maschinen, chaotisch liegende Teile aus Gitterboxen oder Schäferkisten entnommen. Die Teile werden dann entweder einer Maschine direkt oder einem Tray zugeführt. In beiden Fällen müssen die Teile lagerichtig zugeführt werden. Und genau in dieser Umsetzung von chaotisch zu lagerichtig, liegt die Kernaufgabe der Bin Picking Lösung.

Eine solche Bin Picking Anlage kennt das 3D Modell der Teile! Nur so können diese später von der Kamera mit Erfolg gesucht und deren Lage erkannt werden. Der von der Kamera erkannte Ort und die Lage eines Teiles wird dann an den Roboter übermittelt.

Diese Informationen nutzt die Steuerung des Roboters, um mit seinem Greifer das Teil in idealer Weise zu greifen. Die Bahnplanung ist ein ganz zentrales Element, für das Funktionieren einer Bin Picking Anlage. Sie prüft zunächst, wie die Teile an der erkannten Stelle zu greifen sind. Insbesondere prüft sie, ob Hindernisse auf dem Weg zum Teil den Zugriff verhindern. Wenn der Zugriff möglich ist, fährt der Roboter in die Kiste und holt sich das Teil. Entsprechend der Aufgabe wird dieses dann an den nächsten Arbeitsschritt wie Teileträger, Band oder Maschine übergeben.

Auge, Hirn und Hand des Bin Picking

Das ist hier recht simpel in ein paar Sätzen beschrieben. In Wirklichkeit ist es ein sehr komplexer Prozess.

Einen großen Schritt hat die Verbesserung der 3D Kameras gebracht. So ist die Auflösung  heute 20 x besser als vor 6 Jahren und weitere Verbesserungen stehen kurz vor der Marktreife.

Damit betrachten viele die komplexe Aufgabe beim Bin Picking als gelöst. Durch die Umsetzung in die Praxis, entdecken wir jedoch, dass jede Anwendung neue Herausforderungen mit sich bringen. Diese liegen häufig in den Oberlfächen oder den Geometrien der Teile.

Ein aktuelles Bin Picking Projekt

Bei einem aktuellen Projekt, gab es ein spannendes Problem. Die Greifpunkte des Teils sind weit vom Schwerpunkt entfernt. Dies hat zur Folge, dass der Roboter die Teile nicht mit ausreichender Stabilität zum Ziel verfahren kann. Durch die Optimierung der Greifer und der Software, konnte dieses Problem sehr gut gelöst werden. Dieses Zusammenspiel, findet für jede Situation den richtigen Greifwinkel. Es überrascht nicht, dass bei Beginn neuer Entwicklungen vor allem die Kombination von Hardware und Software große Potentiale freilegt.

Deshalb muss es unbedingt gelingen, die Komponenten wie:

  • 3D Kamera
  • Bildverarbeitung
  • Bahnplanung
  • Roboter und
  • Greifer

zu einer leistugstarken Einheit zu verbinden.

Mensch schlägt Roboter

Prozesse die automatisiert werden sollen, zeigen oft erst nach der Automatisierung, welche Fehler zuvor im manuellen Prozess durch die Menschen ausgeglichen werden. Dies ist einem Roboter heute so (noch) nicht möglich. Nehmen wir als Beispiel die Abweichung von Toleranzen bei Rohteilen.

Eine Anlage wird zunächst davon ausgehen, dass die übermittelte geometrische Form exakt eingehalten wird. Das ist bei Gussteilen nicht immer die Realität. Dies wird spätestens dann deutlich, wenn der Greifer das Teil nicht sauber greifen kann. Der Mensch kann solche Unschärfen völlig problemlos und ohne neue Programmierung ausgleichen. Damit moderne Anlagen dies ähnlich realisieren könnten, bräuchte es eine selbstlernende Intelligenz. Diese ist noch 5 oder mehr Jahre entfernt.

Oft werden diese Abweichungen erst im Projekt bemerkt und es müssen Lösungstrategien erarbeitet werden. Dabei ist es wichtig, dass alle Komponenten optimiert werden können, da sie eng miteinander verbunden sind. In dem oben genannten Fall wurden maßliche  Abweichungen von Rohlingen festgestellt, die die Toleranzvorgaben um ein mehrfaches überschritten haben. Ohne eine Anpassung der Software wäre dieser Fall nicht zu lösen gewesen.

Bin Picking – Jonglieren mit 5 Bällen

Aber nicht immer sind es die  Besonderheiten der Teile. Auch die Komponenten wie Kamera, Roboter, Bahnplanung, Greifer usw. haben Eigenheiten die mit einer intelligenten Software ausgeglichen werden.

Durch moderne Bin Picking Anlagen, ist es möglich die Menschen mit attraktiveren Arbeiten zu betrauen. Sie müssen nun nicht mehr rund um die Uhr stumpfsinnig Teile aus einer Box herausnehmen und wie eine Maschine dem Produktionsprozess zuführen. Das machen jetzt Roboter mit modernen Kameras als Augen.

Trotz der hohen Komplexität und der hohen Investiotion, haben diese Anlagen oft einen ROI (return on investment) von weniger als 2 Jahren, mitunter sogar weniger als 1 Jahr.       

Wenn Sie mehr über Bin Picking erfahren wollen, dann schauen Sie doch hier.  

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