Vision Sensor Zielsichere Lagebestimmung

Redakteur: Andreas Leu

Vision Sensor von Balluff: Mit den errechneten Positionsdaten kann der Roboter exakt zugreifen.

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Der BVS Universal von Balluff kontrolliert nicht nur gängige Sensoraufgaben in einem Durchgang, er kann gleichzeitig auch Positionen und Helligkeit prüfen, Kontraste vergleichen, Kanten zählen, Muster erkennen und sehr schnell Codes lesen.
Der BVS Universal von Balluff kontrolliert nicht nur gängige Sensoraufgaben in einem Durchgang, er kann gleichzeitig auch Positionen und Helligkeit prüfen, Kontraste vergleichen, Kanten zählen, Muster erkennen und sehr schnell Codes lesen.
(Bild: Balluff)

Die Spielzeugautos mit ihrem charakteristischen Zinkdruckgussgehäuse waren und sind für viele Jungen und immer mehr Mädchen fester Bestandteil ihrer Kindheit. Siku ist eine Marke mit hohem Wiedererkennungswert, die Fahrzeugmodelle sind mit ihren wesentlichen Form- und Designmerkmalen eng an das Original angelehnt. Mit 16,5 Millionen Fahrzeugen pro Jahr ist Siku der grösste Automobilhersteller der Welt in Klein. Bei den grossen Vorbildern ist der Modellautohersteller durchaus anerkannt, beginnt doch der Marken- und Imageaufbau im Kinderzimmer.

Das 1921 gegründete Unternehmen mit Stammsitz in Lüdenscheid und Produktionsstätten in Polen und China beschäftigt insgesamt rund 700 Mitarbeiter, davon 200 in Lüdenscheid. Die grosse Typen-, Teile- und Variantenvielfalt sind charakteristisch für die Modellbaubranche: Siku führt dauerhaft rund 500 unterschiedliche Artikel in den Massstäben 1:32, 1:43, 1:50 und 1:87. Allein das Modell des VW-Busses T5 ist in sieben unterschiedlichen Ausführungen erhältlich. Noch immer wird ein grosser Teil der Aufgaben in Handarbeit erledigt, standardisierte Automatisierungskonzepte greifen hier in aller Regel nicht. «Wir sind gezwungen, unsere Fertigungsprozesse in weiten Teilen zu optimieren, wenn wir als Premiummarke auch künftig am Weltmarkt konkurrenzfähig bleiben und weiterhin unseren hohen Qualitätsansprüchen gerecht werden wollen», sagt Dr. Christian Kuwer, Technischer Leiter bei Siku. Das Unternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, einen grossen Teil der manuellen Tätigkeiten durch automatisierte Verfahren zu ersetzen.

Grosse Modellvielfalt als Herausforderung

Wie aber lassen sich die sehr unterschiedlichen Verfahren, Prozesse und logistischen Abläufe bei Siku optimieren? «Hier gibt es leider nicht die Standardlösung. Man muss zunächst die Prozesse sehr genau analysieren, um unterschiedliche Optimierungspotenziale ausloten und bewerten zu können», sagt Detlef Dahl, Geschäftsführer von IIS Automation. Das Unternehmen mit Sitz in Meinerzhagen verfügt über langjährige Erfahrung in der Maschinen-, Steuerungs- und Automatisierungstechnik und ist bei Siku mit der Entwicklung und Umsetzung effizienter Produktionslösungen betraut. Der Automatisierungsspezialist bietet Komplettlösungen von der Konstruktion, Fertigung, Montage, Softwareerstellung aus einer Hand.

Konkret lautete der Auftrag für die Ingenieure von IIS Automation im Jahr 2012, eine Bedruckungsstation für unterschiedliche Fahrzeugmodelle zu automatisieren. Bis dahin wurden die zu bedruckenden Modelle von Hand eingelegt und wieder entnommen, was auf lange Sicht selbst am chinesischen Standort zu aufwendig und zu teuer ist. Gefordert war eine Lösung, die der grossen Modellvielfalt Rechnung trägt, bei anstehenden Modellwechseln rasch umgerüstet und steuerungstechnisch einfach umkonfiguriert ist. Insbesondere die Aufnahme und Übergabe der Druckgussmodelle an eine Rundtisch-Bedruckungsstation stellten eine besondere Herausforderung dar: Die Modelle sind nicht nur unterschiedlich gross, sie sind in den angelieferten Kisten auch unterschiedlich ausgerichtet. Insgesamt also keine Standardaufgabe für ein Handhabungssystem.

Optimales Preis-Leistungs-Verhältnis

«Zunächst dachten wir an spezielle Werkstückträger für jedes Modell, um einem Pick-and-place-System somit klare Positionen vorgeben zu können. Wir mussten aber rasch feststellen, dass die Herstellung mehrerer Dutzend typspezifischer Blister viel zu teuer geworden wäre», betont Winfried Neumann, Leiter der Arbeitsvorbereitung bei Siku. Gemeinsam mit IIS Automation entwickelte man schliesslich eine Handling-Lösung, die Robotik, Steuerung und Sensorik intelligent miteinander verknüpft. Das Unternehmen hat dabei auf den neuen Vision Sensor von Balluff zurückgegriffen. «Der Vision Sensor von Balluff mit seiner 680 x 400-Pixel-Kamera bot uns im Verbund mit dem Handling-Roboter und der von uns entwickelten Software einfach das beste Preis-Leistungs-Verhältnis», stellt Detlef Dahl fest.

Die Funktionsweise der neu entwickelten Bedruckungszelle ist überzeugend: Sobald das Referenzbild des jeweiligen Modells eingeteacht ist (am Beispiel des VW-Busses T5 genügt dazu die Ansicht der charakteristischen Frontscheiben- und Bugpartie von oben), die Normkisten mit den Fahrzeugmodellen in der Bedruckungszelle an der vorgegebenen Stelle stehen und die Schutztür geschlossen ist, kann die Bedruckungsstation gestartet werden. Der Sechsachs-Roboter mit dem angedockten Vision Sensor Universal von Balluff fährt auf eine vorgegebene Referenzposition über der Kiste: Anhand des eingelesenen Referenzbildes erkennt die Kamera das Modell vor der Linse. Der Vision Sensor vergleicht nun seine Ist-Position mit der tatsächlichen Position und Lage des avisierten Modells. Innerhalb von Millisekunden berechnet der Vision Sensor die Abweichung entlang der X- und Y-Achse sowie die Winkeldifferenz zur Referenzlage. Seine Erkenntnis gibt er direkt an die Steuerung weiter: Der Roboter weiss nun genau, wie er mit seiner Greifapplikation das Bauteil anfahren und aufnehmen muss, um dieses dann exakt und zuverlässig an die vorgesehene Aufnahme der aus vier Stationen bestehenden Rundtisch-Druckanlage zu übergeben. Weil jede Station doppelt ausgelegt ist, nimmt er auf dem Rückweg das auf der gegenüberliegenden Seite bereits fertig bedruckte Modell mit und positioniert es in der gegenüberliegenden Kiste. Die automatisierte Bedruckungsstation arbeitet bis zu 15 bereitgestellte Kisten selbstständig ab, pro Stunde lassen sich mit dieser Anlage 250 Modelle bedrucken.

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