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Bildverarbeitung Dreidimensionales Auge für die automatische Kommissionierung

| Autor / Redakteur: Alexander Lewinsky / M. A. Benedikt Hofmann

Automatisierte Pick-and-place-Vorgänge sind eine Paradedisziplin für die 3D-Bildverarbeitung. Eine schnelle und zuverlässige Teileerkennung ist die Grundlage, um Handhabungsprozesse mit dem Roboter zu lösen. Kameras erkennen dabei die Form, Größe und Lage der Objekte und geben diese Informationen weiter.

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Im Kommissionierautomaten von Magazino wird die Stereokamera an eine zentrale Position vergleichsweise nah über der zu entleerenden Großhandelskiste gefahren.
Im Kommissionierautomaten von Magazino wird die Stereokamera an eine zentrale Position vergleichsweise nah über der zu entleerenden Großhandelskiste gefahren.
(Bild: Magazino)

Um chaotisch liegende Verpackungen direkt aus der Kiste zu holen und automatisiert einzulagern, integriert Magazino eine Stereo-3D-Kamera von IDS in seine Kommissionierautomaten. Das Unternehmen mit Sitz in München entwickelt und baut Roboterlösungen für Lager- und Logistikanwendungen sowie platzsparende Pick-and-place-Systeme. Die Lösungen ermöglichen eine hocheffiziente, stückgenaue Ein- und Auslagerung bei hoher Artikelvielfalt. Im September letzten Jahres präsentierte Magazino mit dem Kommissionierautomaten Maru ein geradezu revolutionäres Konzept für Apotheken, das je nach Automatenhöhe die Lagerung von bis zu 15.000 Arzneimittelverpackungen auf einer Fläche von nur 7 m² ermöglicht. Im Vergleich zum üblichen Regallager sind das bis zu 80 % mehr Verpackungen pro Quadratmeter.

Erreicht wird diese effiziente Raumausnutzung durch die Lagerung auf runden Scheiben, was zudem auch für kurze Auslagerungszeiten sorgt. Die Packungen werden nach der Höhe sortiert auf Scheiben mit unterschiedlichen Abständen gelagert. Der Automat benötigt deutlich weniger Fläche als das klassische Schubladensystem und spart erheblich Zeit bei der Einlagerung der Medikamente und bei der Lagerpflege, ist er doch mit allen gängigen Warenwirtschaftssystemen kompatibel. Eine weitere Besonderheit: Das System kann Packungen direkt aus der vom Großhändler angelieferten Kiste übernehmen und erkennt dabei Barcodes und Verfallsdaten selbstständig. Eine innovative Kameratechnik und Greiftechnologie macht es möglich.

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Außergewöhnliches technisches Konzept

Mittels Sauggreifer – eine Eigenentwicklung von Magazino – werden die chaotisch in der Kiste liegenden Verpackungen entnommen. Dessen Steuerung erfolgt auf Basis von 3D-Bildern, die von einer Stereokamera erfasst werden. „Alternativ könnte das auch mit Streifenlichtsensoren gelöst werden, die aber deutlich teurer sind, oder mit Sheet-of-Light-Sensoren, wobei aber dort der Sensor zunächst über die Kiste bewegt werden müsste, um ein komplettes 3D-Bild zu liefern“, so Nikolas Engelhard, Entwicklungsleiter Software bei Magazino. „Wir haben uns daher für eine Ensenso-N10-Stereo-3D-Kamera von IDS entschieden.“

Das technologische Konzept der Kamera ist ebenso außergewöhnlich wie der Kommissionierautomat selbst. Die Ensenso integriert nicht nur zwei Global-Shutter-CMOS-Sensoren und eine leistungsfähige Software in einem sehr kompakten Gehäuse, sondern auch einen Texturprojektor. Dieser wirft ein zufälliges Punktmuster auf das aufzunehmende Objekt, womit auf dessen Oberfläche nicht oder schwach vorhandene Strukturen ergänzt beziehungsweise hervorgehoben werden. Denn für das Stereomatching werden prägnante Stellen im Bild benötigt. Das Objekt wird dann von den beiden Bildsensoren entsprechend dem Stereo-Vision-Prinzip erfasst und mittels der geometrischen Zusammenhänge der Triangulation werden schließlich für jeden Bildpunkt die 3D-Koordinaten rekonstruiert.

3D-Bild in wenigen Millisekunden

Selbst wenn relativ homogene Bauteile zum Beispiel in einer Kiste aufgenommen werden, lässt sich so ohne zusätzlichen technischen Aufwand und in wenigen Millisekunden ein praktisch lückenloses, vollflächiges und detailreiches 3D-Bild generieren. Erhältlich ist die Kamera sowohl mit USB 2.0 als auch mit einem Gigabit-Ethernet-Anschluss, wobei Magazino das USB-Modell N10 einsetzt. Trotz der beiden Sensoren und des eingebauten Projektors misst diese Variante der Ensenso nur circa 150 mm × 45 mm × 45 mm und wiegt kaum 400 g. Mit dem robusten Aluminiumgehäuse und einem GPIO-Konnektor für 12-bis-24-V-Hardware-Trigger, In- und Output ist sie für industrielle Einsätze gut gerüstet.

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