29.06.2020 • Bildverarbeitung / Optische Messtechnik

Baumer: Robotergeeignete VeriSens-Sensoren XF900 und XC900

Die robotergeeigneten VeriSens® Sensoren XF900 und XC900 ermöglichen einen automatischen Koordinatenabgleich mit Universal Robots ohne übliche manuelle „Hand-Auge-Kalibrierung“. Grundlage ist das zum Patent angemeldete Baumer SmartGrid mit einem im Schachbrettmuster aufgebrachten intelligenten Bitmuster. Bereits ein Ausschnitt aus dem SmartGrid genügt, damit der Vision Sensor seine Position ermitteln kann. Da der Cobot seine Position kennt, erfolgt über intelligente Algorithmen und wenige Bewegungsschritte ein automatischer Koordinatenabgleich. Zusätzlich nutzt VeriSens® das SmartGrid als Basis zur entfernungsabhängigen Koordinatenskalierung, Bildentzerrung und zur Umrechnung in Weltkoordinaten.

Innovation: Bildverarbeitung ist ein Schlüsselelement, um die Funktionalität eines Roboters wirksam zu erweitern. So ausgerüstete Roboter können auch frei abgelegte Objekte jenseits festgelegter Wegpunkte greifen, da sie mittels Vision Sensor deren Koordinaten ermitteln. Zusätzlich ermöglicht diese Technologie noch viel mehr wie das Prüfen auf freien Ablageplatz, Platz für den Greifer und Objektüberlagerung. Sogar das Sortieren nach Qualitäts- oder Identifikationsmerkmalen wie Codes lässt sich so mit Roboter einfach lösen.

Nutzbar ist Bildverarbeitung jedoch nur, wenn sie für viele Nutzer beherrschbar ist. VeriSens® Vision Sensoren sind dafür ideal, da sie ein komplettes Bildverarbeitungssystem in einem kompakten Gehäuse darstellen. Die robotergeeigneten VeriSens® XF900 und XC900 sind über die VeriSens® URCap Schnittstelle in Universal Robots integriert. Nur zwei zusätzliche Kommandos (Knoten) eröffnen den Zugang zu den vielfältigen Bilderverarbeitungsmöglichkeiten und 21 leistungsstarken Merkmalsprüfungen. Die Bildverarbeitungsaufgabe selbst wird komplett und wie gewohnt über die VeriSens® Application Suite parametriert – unabhängig vom Cobot in der dafür am besten geeigneten Umgebung.

Die Funktionen des VeriSens® URCaps sind generisch und adressieren so alle denkbaren Applikationen einschließlich mitgeführter oder stationärer Anordnung des Vision Sensors. Das bedeutet hohe Transparenz und einfache Bedienbarkeit für Jedermann. Jedoch liegt eine der großen Herausforderungen darin, dass Cobot und Vision Sensor in ihren eigenen Koordinatensystemen arbeiten. Die meisten Produkte lösen dies mit einer manuellen „Hand-Auge-Kalibrierung“, die in mehreren Schritten – dazu auch noch von Hand – in einem festen Schema durchgeführt werden muss. Das ist oft aufwändig und fehleranfällig. Mit dem zum Patent angemeldeten SmartGrid geht Baumer deswegen einen neuen Weg und ermöglicht so einen Quantensprung beim Koordinatenabgleich. Erstmals ist eine automatische Kalibrierung möglich, was die Einrichtung des Cobots auf wenige Minuten verkürzt und sogar noch genauer als die manuelle Kalibrierung ist. Der Clou liegt im intelligenten Bitmuster, das sich im üblichen Schachbrett-Format versteckt. Es liefert wertvolle Zusatzinformationen, die VeriSens® als intelligentes Bildverarbeitungsgerät lesen kann. Eine dieser Informationen ist die Position des Vision Sensors über dem Muster. Da der Cobot seine Koordinaten immer kennt, genügen wenige Linear- und Rotationsbewegungen, um die Koordinatensysteme automatisch miteinander abzugleichen. Diese Prozedur ist nicht nur sehr genau und frei von manuellen Fehlern – sie ist auch ganz einfach am Touchscreen des Cobots durchführbar.

Das Finden von Objekten ist aus Sicht der Koordinaten damit gelöst. Per SmartGrid wird jedoch viel mehr erreicht: VeriSens® nutzt das Raster auch, um ein ideales Bild zu lernen. Die Vision Sensoren können anschließend aufgenommene Bilder in Echtzeit entzerren, um u.a. die Objektiv-Verzeichnung zu korrigieren. Da das Bitmuster auch Daten zur Größe vom jeweilig verwendeten SmartGrid liefert, liegen für VeriSens® nun alle Informationen zur Skalierung vor. Eine Umrechnung in Weltkoordinaten ist damit bereits automatisch eingestellt. Das SmartGrid unterstützt zusätzlich eine halbautomatische Z-Kalibrierung, mit der VeriSens® seine Position im Raum lernt und die Daten aus der Bildentzerrung auch im Raum anwenden kann. Damit wird eine letzte Herausforderung für Vision Guided Robotics gelöst: Der 2D-Vision Sensor muss einem 3D-Roboter Daten liefern. Es wäre nicht sehr nutzerfreundlich nur die Koordinaten einer einzigen Ebene, der Bildebene, nutzen zu können. Gerade ein Roboter benötigt auch Koordinaten in anderen Ebenen der Z-Achse, z.B. für den Greifer-Zugriff oder zur Erkennung wichtiger Markierungen. Dank Z-Kalibrierung ist die automatische Anpassung der Koordinaten in anderen „Höhen“ möglich.

Mit diesem innovativen Ansatz des automatischen Koordinatenabgleichs, der automatisieren Echtzeit-Bildentzerrung, der Umrechnung in Weltkoordinaten und Z-Kalibrierung, sind Vision Guided Robotics Anwendungen nun für viele Anwender viel einfacher realisierbar.

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Baumer Group

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