Der Weg von der Bildverarbeitung
zur Optimierung der Fertigung

Produktion, Logistik oder Verpackung sind Bereiche, in denen eine Automatisierungslösung die Größe von Objekten und deren Lage im Raum erkennen muss. Ein weiteres, typisches Beispiel ist die Vollständigkeitskontrolle in der Verpackungstechnik. Hierbei muss die Steuerung erkennen, ob etwa ein Karton mit der richtigen Anzahl von Tetra-Paks gefüllt ist oder ob in einer Getränkekiste alle Flaschen vorhanden sind. Eine Lösung, bei der einzelne Sensoren jeweils ein Objekt erkennen, ist wenig flexibel. Ändert sich die Gebindegröße oder die Art der verpackten Objekte, muss in der Regel ein mechanischer Umbau der Sensorik erfolgen.

Deutlich flexibler ist eine Bildverarbeitungslösung mit einem 3D-Sensor. Der Sensor arbeitet mit der so genannten PMD-Technologie, die für jeden der 23.000 Bildpunkte den Abstand zum Sensor berechnet. Mit Hilfe dieser Abstandswerte lassen sich Objekte wie die Tetra-Paks sicher erkennen. Das Verfahren ist ebenso flexibel wie robust – der 3D-Sensor kann die Tetra-Paks in einem Karton unabhängig von ihrer Farbe ebenso gut erkennen, wie Flaschen in einer Getränkekiste. Ein Umbau der Sensorik ist dafür nicht notwendig. Lediglich in der Software müssen Anpassungen vorgenommen werden. Damit funktioniert das Umschalten verschiedener Produktions-Chargen auf Knopfdruck. Eine zusätzliche Lagernachführung kann Positionsvariationen ausgleichen.

Insbesondere die Software hat in der Vergangenheit viele Anwender von Bildverarbeitungslösungen vor Probleme gestellt. Die Verarbeitung der Rohdaten zu den Bildpunkten, die Parametrierung sowie die Mustererkennung beziehungsweise die Entwicklung entsprechender Algorithmen setzen ein hohes Maß an Know-how in der Bildverarbeitung voraus. Mit den 3D-Sensoren schlägt Ifm einen neuen Weg ein: In so genannten Apps sind die Algorithmen für jeweils eine Anwendung bereits vollständig programmiert. Das Einrichten der App auf die jeweiligen Rahmenbedingungen ist sehr einfach – Kenntnisse über Bildverarbeitung sind nicht notwendig. Auch die optimalen Grenzwerte der Messungen legt die App während der Konfiguration selbstständig fest. Damit wird die Verwendung eines 3D-Sensors fast so einfach, wie die eines herkömmlichen optischen Abstandssensors mit Teach-In-Funktion. In insgesamt drei Minuten ist die Konfiguration der App abgeschlossen und der Betrieb der Anlage kann starten.

Bei einer Vollständigkeitskontrolle in der Getränkeindustrie beispielsweise gibt der 3D-Sensor ein Schaltsignal aus, das signalisiert, ob das Gebinde vollständig ist oder nicht. Aktuell sind bereits zwei Apps fertig implementiert und werden mit dem 3D-Sensor ausgeliefert. Neben der Vollständigkeitskontrolle ist noch die Volumenbestimmung von quaderförmigen Objekten für die Lager- und Fördertechnik möglich. Der Algorithmus ermittelt Höhe, Breite und Länge des Objekts und leitet die Werte an das WMS- oder ein ERP-System weiter. Damit lassen sich dann die in der Logistik wichtigen Größen wie Volumen und Gurtmaß bestimmen. In einem automatisierten Lager kann die Kamera so erkennen, ob ein Parameter außerhalb der voreingestellten Grenzwerte liegt.

Im Lauf der nächsten Monate folgen weitere Apps. Ziel ist es, die Anwendungen, die am häufigsten von den Kunden benötigt werden, in Form von Apps zur Verfügung zu stellen. Mit dem so genannten Experten-Modus ist es auch möglich, eigene Apps zu entwickeln. Der Anwender mit entsprechendem Know-how in der Bildverarbeitung kann direkt auf die Messdaten des Sensors zugreifen und diese mit den mitgelieferten Algorithmen verarbeiten.

Das Konzept des 3D-Sensors mit fertig programmierten Apps erinnert sehr stark an aktuelle Elektronikgeräte aus dem Konsumbereich. Auch beim Smartphone steht eine ausgereifte Hardware zur Verfügung, die mit Hilfe entsprechender Apps die gewünschte Funktionalität zur Verfügung stellt. Nicht nur bei diesem Konzept orientiert sich Ifm an aktuellen Konsumprodukten – auch die gesamte User Experience soll vergleichbar sein.

Mit dem neuen 3D-Sensor O3D und dessen innovativem Konzept können heute bereits die Standard-Anwendungen Vollständigkeitskontrolle und Volumenbestimmung mit 3D-Bildverarbeitung realisiert werden. Die Anwender profitieren dabei von der hohen Flexibilität des Systems. In den nächsten Monaten werden neue Apps hinzukommen, mit denen sich weitere Standard-Anwendungen realisieren lassen.

Interview mit Mike Gonschior, Produktmanager ifm electronic