DEPALETTIEREN VON MASSELN
Lagebestimmung aus Höhenbildern
3D-Auswertung eines Höhenbildes ist die Basis eines Werkstückerkennungssystems, das sich für das störungsfreie Entstapeln von Masseln in rauer Gießereiumgebung bewährt hat. Das über die Lichtlaufzeit ermittelte Höhenbild wird in Kombination mit dem Remissionsbild (Grauwertbild) ausgewertet. Das zuverlässige Entstapeln ist zum kontinuierlichen Beschicken des Tiegelofens erforderlich.
Die für die Qualität der Schmelze entscheidende Temperatur im Aluminium-Schmelzofen setzt eine kontinuierliche Beschickung mit Masseln voraus. Um diese für einen hochwertigen Aluminiumguss wichtige Voraussetzung zu schaffen, installierte ein Hersteller von Metallerzeugnissen an seinem Schmelzofen ein neues Zuführsystem, das die Masseln ab Palette dem Ofen zuführt. Dieser ist rund um die Uhr an sieben Tagen in der Woche in Betrieb. Um eine konstante Füllhöhe zu gewährleisten, muss durchschnittlich alle vier Minuten eine Massel zugeführt werden. Die in der Regel auf Paletten angelieferten Standard-Masseln aus Alu-minium wiegen etwa 25 kg und ergeben bei üblicherweise 43 Masseln ein Paletten-Gesamtgewicht von etwa einer Tonne. Schon allein diese Mengen und Gewichte sowie der Beschickungstakt von etwa vier Minuten machen deutlich, dass teilautomatisierte Zuführmöglichkeiten den Mitarbeitern nicht zumutbar sind. Deswegen wurde ein Drei-Achs-Handhabungssystem installiert, das mit einem Vakuumgreifer die Masseln zum Tiegelofen fördert. Die Steuerbefehle für die Positionierung des Sauggreifers in X-, Y- und Z-Richtung sowie für eine Drehbewegung basieren auf den Ergebnissen eines Bildauswertesystems von VisionTools.
Lageerkennung aus Höhenbild und Grauwertbild
In jeder Ebene der Palette sind fünf Masseln gelagert. Die beiden äußeren und die mittlere liegen auf der Unterseite, die beiden Masseln dazwischen auf der Oberseite. Beim Entstapeln müssen die mit der Unterseite nach oben liegenden Masseln zuerst vom Stapel genommen werden. Als Erkennungsmerkmal dient die Form der Aluminium-Massel. Sie ist am Rand etwa 60 mm und in der Mitte etwa 120 mm hoch (weitere Abmessungen L x B, 730 x 150 mm). Der auf Lichtlaufzeit basierende Scanner des Bildauswertesystems tastet entlang einer Linie in X-Richtung die Massel-Oberfläche in einem vorgegebenen Bildbereich und mit konstanter Geschwindigkeit ab, der Scanner wird quer dazu mechanisch bewegt. Während dieser Bewegung liest das Auswertesystem entsprechend dem Zeilenabstand und einem vorgegebenen Raster die Bildinformationen in den Bildspeicher ein. Von jedem Bildpunkt liefert der Scanner zwei Informationen: Die Entfernung mit einer Auflösung von 0,1 mm sowie die Remission, das Auswertesystem speichert diese Informationen in einem Höhenbild und einem Grauwertbild. Dabei werden nur Bildpunkte ausgewertet, die vom höchsten Punkt im Bild einen vorgegebenen Abstand nicht überschreiten. Dadurch ist zum Beispiel im Höhenbild die Form der Aluminium-Massel gut zu erkennen.
Kalibrieren und Messen
Bei der Inbetriebnahme der Entstapeleinrichtung ist ein Kalibrierungslauf erforderlich. Dabei legt das Handhabungssystem eine Referenz-Massel an eine definierte Stelle im Bildbereich des Scanners und geht wieder in Grundstellung. Danach startet die Steuerung die Linearbewegung in der Abtastrichtung und es wird ein Bildpaar eingelesen. Aus diesem Bildpaar werden die Lage des Mittelpunktes der Massel im kartesischen Koordinatensystem (X, Y, Z) und die Drehlage, bezogen auf die horizontale Bildzeile, berechnet. Das Auswertesystem speichert diese Resultate als Referenzwerte. Relativ zu diesen Referenzwerten berechnet es dann im Messbetrieb die Verschiebeparameter für das Handlingsystem und die relative Drehung.
Daten für die Greifersteuerung
Nach dem Bildeinzug sucht das Auswertesystem anhand von zwei Mustern (eins für die Oberseite und eins für die Unterseite der Massel) die grobe Position der Massel. Nachdem eine Massel gefunden wurde, wird der Mittelpunkt (X-/Y-Koordinaten), die mittlere Höhe um den Mittelpunkt (Z-Koordinate) und die Verdrehung der Massel (C-Koordinate) berechnet. Unter Berücksichtigung der Skalierungsfaktoren (mm/Pixel) werden dann diese Werte in Weltkoordinaten umgerechnet. Die Ergebnisse haben eine Auflösung von 0,1 mm und 0,1°. Anschließend gibt das Auswertesystem diese Ergebnisse sowie die Entscheidung über „kein Fehler“, „Fehler“ und „Palette leer“ als Ausgangssignale an die Steuerung. Die übernimmt die Ergebnisse und führt den Vakuumgreifer an die richtige Position, gibt die Befehle zum Ansaugen der Massel und zum Transport an die Übergabestation. Anschließend fährt das Zuführsystem in den Ausgangszustand und wartet auf die nächste Massel-Anforderung.
Zuverlässig in rauer Umgebung
Auch unter den erschwerten Bedingungen im Umfeld einer Leichtmetallgießerei arbeitet das Bilderkennungssystem von VisionTools zur vollen Zufriedenheit des Kunden. Bei einer Verfahrgeschwindigkeit des Handlingsystems von derzeit 0,25 m/s werden etwa sechs Sekunden für die Bildaufnahme benötigt. Dank der Verarbeitungsgeschwindigkeit des Systems könnte die Verfahrgeschwindigkeit des Handlingsystems auf die maximal möglichen 0,75 m/s erhöht werden. Selbst bei dieser Geschwindigkeit werden die X-/Y- und Z-Koordinaten mit einer Genauigkeit von 0,1 mm und der Drehwinkel mit einer Genauigkeit von 0,1° bestimmt und an die Steuerung weitergeleitet. Ausgehend von der erfolgreichen Automatisierung des Tiegelofens mit der Steuerung durch das Bildauswertesystem der Firma VisionTools, plant der Anwender derzeit weitere ähnliche Einsätze.
