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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatisierten Entnahme von Bauteilen aus Ladungsträgern, umfassend zumindest einen Roboter, wobei der Roboter zumindest ein Greifwerkzeug zur Entnahme der Bauteile und zumindest eine Verfahreinheit zur Bewegung zumindest des Greifwerkzeugs relativ zu den Ladungsträgern umfasst.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur automatisierten Entnahme von Bauteilen aus Ladungsträgern mittels eines Roboters.
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Aus dem Stand der Technik sind allgemein verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur automatisierten Entnahme von Bauteilen aus Ladungsträgern bekannt. Ein solches Verfahren zur Vereinzelung von Bauteilen aus Schüttgut mittels eines Roboters beschreibt die
DE 10 2008 025 857 A1 . Bei dem Verfahren wird eine Ist-Position zumindest eines Schüttgutteiles bestimmt, es wird ein einzelnes Schüttgutteil aus seiner Ist-Position durch ein robotisches Greifwerkzeug aufgenommen und das aufgenommene Bauteil wird in eine Soll-Position überführt und abgelegt. Zur Bestimmung der Ist-Position des Schüttgutteiles wird ein Laserscanner verwendet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zur automatisierten Entnahme von Bauteilen aus Ladungsträgern und ein verbessertes Verfahren zur automatisierten Entnahme von Bauteilen aus Ladungsträgern anzugeben.
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Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Vorrichtung zur automatisierten Entnahme von Bauteilen aus Ladungsträgern umfasst zumindest einen Roboter, wobei der Roboter zumindest ein Greifwerkzeug zur Entnahme der Bauteile und zumindest eine Verfahreinheit zur Bewegung zumindest des Greifwerkzeugs relativ zu den Ladungsträgern umfasst.
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Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zumindest eine Abstandserfassungseinheit zur Erfassung eines Abstands zwischen dem Greifwerkzeug und einem Ladungsträger, eine Auswerteeinheit zur Auswertung des von der Abstandserfassungseinheit erfassten Abstands und Erkennung eines innerhalb des Ladungsträgers angeordneten Stapels von Bauteilen anhand des Abstands, zumindest eine Bilderfassungseinheit zur optischen Erfassung des an oberster Position im Ladungsträger befindlichen Bauteils im Nahbereich, eine Bildauswerteeinheit zur Ermittlung von Soll-Koordinaten des Greifwerkzeugs für eine Entnahmeposition aus mittels der Bilderfassungseinheit erfassten Bilddaten und eine mit der Bildauswerteeinheit gekoppelte Steuereinheit zur Steuerung der Verfahreinheit zumindest in Abhängigkeit der ermittelten Soll-Koordinaten.
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Die Vorrichtung ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise, dass grobsortierte Bauteile gesteuert aus dem Ladungsträger entnommen werden können und ohne aufwändige Zwischenablage auf einem Zwischenablagetisch mittels einer einfachen und kostengünstigen Bilderfassungseinheit im Nahbereich schon innerhalb des Ladungsträgers erfasst und erkannt werden können. Dies resultiert aus dem Vorhandensein des zumindest einen Abstandssensors, aufgrund dessen das Greifwerkzeug und die zumindest eine Bilderfassungseinheit mit sehr geringem Abstand an den Bauteilen und dem Ladungsträger positionierbar sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur automatisierten Entnahme von Bauteilen aus Ladungsträgern nach dem Stand der Technik,
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2 schematisch eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatisierten Entnahme von Bauteilen aus Ladungsträgern, und
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3 schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatisierten Entnahme von Bauteilen aus Ladungsträgern.
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Einander entsprechende Bauteile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung 1 zur automatisierten Entnahme von Bauteilen 2.1 bis 2.n aus Ladungsträgern 3 nach dem Stand der Technik.
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Zur automatisierten Entnahme der insbesondere grobsortierten Bauteile 2.1 bis 2.n aus dem Ladungsträger 3 umfasst die Vorrichtung 1 einen Roboter 4 mit einem nicht dargestellten Greifwerkzeug. Um das Greifwerkzeug in der richtigen Entnahmeposition anzuordnen, umfasst die Vorrichtung 1 weiterhin eine als Kamera ausgebildete Bilderfassungseinheit 5, welche mit einer nicht näher dargestellten Bildauswerteeinheit gekoppelt ist.
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Hierbei sind die Bilderfassungseinheit 5 und die Bildauswerteeinheit sehr aufwändig zu einer dreidimensionalen Erfassung und Auswertung von Bilddaten ausgebildet, wobei ein Erfassungsbereich der Bilderfassungseinheit 5 derart groß ausgebildet ist, dass dieser den gesamten Ladungsträger 3 abdeckt. Daraus resultieren besonders hohe Kosten und ein großer Verarbeitungsaufwand.
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In 2 ist ebenfalls in vereinfachter Weise ein mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur automatisierten Entnahme von Bauteilen 2.1 bis 2.n aus Ladungsträgern 3 dargestellt. Insbesondere werden mittels der Vorrichtung 1 grobsortierte und gestapelte Bauteile 2.1 bis 2.n innerhalb eines Ladungsträgers 3 lokalisiert, erkannt mittels eines Greifwerkzeugs 6 gegriffen und aus dem Ladungsträger 3 entnommen. Dieser Vorgang wird auch als Vereinzeln bezeichnet.
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Um dies mit besonders geringem Aufwand zu realisieren, umfasst die Vorrichtung 1 eine Einheit 7 mit zumindest zwei voneinander beabstandeten und insbesondere als Laserscanner ausgebildeten Abstandserfassungseinheiten 7.1, 7.2, mittels welchen ein Abstand zwischen dem Greifwerkzeug 6 und dem Ladungsträger 3 ermittelt wird. Zur Auswertung des von den Abstandserfassungseinheiten 7.1, 7.2 erfassten Abstands und Erkennung eines innerhalb des Ladungsträgers 3 angeordneten Stapels von Bauteilen 2.1 bis 2.n ist eine Auswerteeinheit 8 vorgesehen.
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Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 eine als einfache Kamera ausgebildete Bilderfassungseinheit 5 zur optischen Erfassung des an oberster Position im Ladungsträger 3 befindlichen Bauteils 2.1 im Nahbereich und eine Bildauswerteeinheit 9 zur Ermittlung von Soll-Koordinaten des Greifwerkzeugs 6 für eine Entnahmeposition aus mittels der Bilderfassungseinheit 5 erfassten Bilddaten. Die Bildauswerteeinheit 9 umfasst dabei insbesondere eine speicherprogrammierte Steuerung, kurz SPS.
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Mit der Bildauswerteeinheit 9 ist eine Steuereinheit 10 zur Steuerung einer nicht gezeigten Verfahreinheit der Vorrichtung 1 in Abhängigkeit von ermittelten Soll-Koordinaten des Greifwerkzeugs 6 zur Entnahme der Bauteile 2.1 bis 2.n aus dem Ladungsträger 3 gekoppelt.
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Die Bilderfassungseinheit 5, das Greifwerkzeug 6, die Einheit 7 mit den Abstandserfassungseinheiten 7.1, 7.2, die Auswerteeinheit 8, die Bildauswerteeinheit 9 und die Steuereinheit 10 sind an einem Portalträger 11 angeordnet, wobei die nicht gezeigte Verfahreinheit und der Portalträger 11 derart ausgebildet sind, dass die Portalträger 11 und die an dieser angeordneten Bestandteile der Vorrichtung 1 in den horizontalen Richtungen X, Y und in vertikaler Richtung Z bewegbar ist.
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3 zeigt einen Ablauf eines möglichen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatisierten Entnahme von Bauteilen 2.1 bis 2.n aus Ladungsträgern 3, wobei das im Folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel des Verfahrens insbesondere mit dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 durchgeführt wird.
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Hierbei sind die Bauteile 2.1 bis 2.n übereinander gestapelt in einem Ladungsträger 3 angeordnet.
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Zumindest vor einer erstmaligen Inbetriebnahme der Vorrichtung 1, nach einem Umbau der Vorrichtung 1 oder nach einem Wechsel von Bestandteilen der Vorrichtung 1 erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt S1 eine Kalibrierung der Vorrichtung 1. Hierbei wird eine Platte auf einer Oberseite eines Ladungsträgers 3 angeordnet und auf der Platte werden mehrere, insbesondere vier Messkreuze angeordnet. An dem Greifwerkzeug 6 wird eine Messspitze montiert und es wird manuell ein Kalibrierprogramm mit vier Roboterpositionen abgefahren. Hierbei werden die Messkreuze zu den vier Roboterpositionen der Messspitze ausgerichtet. Anschließend wird die Bilderfassungseinheit 5 in eine Kalibrierposition bewegt, in welcher diese einen definierten Abstand zur Platte mit den Messkreuzen aufweist. Mittels der Bilderfassungseinheit 5 und der Bildauswerteeinheit 9 werden die Messkreuze vermessen und es werden Koordinaten in X- und Y-Richtung X, Y erzeugt. Diese Koordinaten der Messkreuze von der Vorrichtung 1 und der Bilderfassungseinheit 5 werden mittels eines geeigneten Datenverarbeitungsprogramms derart verarbeitet, dass aus den Werten der Koordinaten Faktoren berechnet werden. Mit diesen Faktoren ist es für die Bildauswerteeinheit 9 möglich, die insbesondere als Pixeldaten vorliegenden Koordinaten von einem erkannten Bauteil 2.1 bis 2.n in eine Maßeinheit, beispielsweise Millimeter, umzurechnen und dem Roboter 4 bereitzustellen.
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Ist die Vorrichtung 1 kalibriert, wird nach einem Start des Verfahrens in einem zweiten Verfahrensschritt S2 zunächst der Roboter 4 mit dem Greifwerkzeug 6 in einer Suchfahrt im Wesentlichen horizontal über den Ladungsträger 3 bewegt, um den Stapel der Bauteile 2.1 bis 2.n innerhalb des entsprechenden Ladungsträgers 3 zu lokalisieren. Mittels der Abstandserfassungseinheiten 7.1, 7.2 wird der Stapel erkannt.
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Die Abstandserfassungseinheiten 7.1, 7.2 sind dabei derart programmiert, dass ein Schaltfenster existiert, welches vom letzten Bauteil 2.n des Stapels bis zum ersten Bauteil 2.1 reicht. Somit ist sichergestellt, dass nur Stapel von Bauteilen 2.1 bis 2.n und nicht deren Hintergrund, wie beispielsweise ein Boden des entsprechenden Ladungsträgers 3, erkannt wird.
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Im dritten Verfahrensschritt S3 wird überprüft, ob ein Stapel erkannt und/oder gefunden wurde. Ist dies der Fall, das heißt, befindet sich ein Messwert der entsprechenden Abstandserfassungseinheit 7.1, 7.2 im Bereich des programmierten Schaltfensters, wird ein Signal erzeugt und an den Roboter 4 übertragen. Der Roboter 4 beendet daraufhin die Suchfahrt und speichert die aktuelle Position des Stapels von Bauteilen 2.1 bis 2.n und/oder des Greifwerkzeugs 6. Es folgt dann Verfahrensschritt S4.
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Wird im dritten Verfahrensschritt S3 kein Stapel erkannt, wird zum elften Verfahrensschritt S11 (ist der Ladungsträger 3 leer?) gewechselt.
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Um eine zuverlässige Bildauswertung zu ermöglichen, wird immer der gleiche Bildabstand einer Optik der Bilderfassungseinheit 5 zu jedem im jeweiligen Fall obersten Bauteil 2.1 bis 2.n des Stapels sichergestellt sein. Um dies zu erreichen, wird an der zuvor gespeicherten Position (Verfahrensschritt S4) des Stapels von Bauteilen 2.1 bis 2.n in einem fünften Verfahrensschritt S5 eine zweite Suchfahrt gestartet, bei welcher die Bilderfassungseinheit 5 und das Greifwerkzeug 6 in einer im Wesentlichen vertikalen Bewegung in Richtung des Ladungsträgers 3 und des Stapels von Bauteilen 2.1 bis 2.n bewegt werden, um das jeweils oberste Bauteil 2.1 bis 2.n auf dem Stapel zu lokalisieren. Zu diesem Zweck sind beide Abstandserfassungseinheiten 7.1, 7.2 derart programmiert, dass an einem zweiten Ausgang der Abstandserfassungseinheiten 7.1, 7.2 ein fixer Positionswert anliegt. Dabei ist der Positionswert der gleiche Wert wie bei der Kalibrierung der Vorrichtung 1.
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Ist dieser Positionswert erreicht, erzeugen die Abstandserfassungseinheiten 7.1, 7.2 ein entsprechendes Signal und senden dies an den Roboter 4 und insbesondere die nicht gezeigte Verfahreinheit. Somit ist die genaue Position für die mittels der Bilderfassungseinheit 5 durchgeführte Bildaufnahme erreicht und die vertikale Suchfahrt wird beendet.
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Anschließend wird im sechsten Verfahrensschritt S6 mit der Bilderfassungseinheit 5 im Nahbereich ein Bild des Stapels und zumindest des an oberster Stelle auf dem Stapel befindlichen Bauteils 2.1 bis 2.n erzeugt und mittels der Bildauswerteeinheit 9 derart ausgewertet, dass die Positionsdaten des entsprechenden Bauteils 2.1 bis 2.n in X-, Y- und Z-Richtung und ein Lagewinkel des Bauteils 2.1 bis 2.n ermittelt werden. Aus diesen Positionsdaten werden mittels der Bildauswerteeinheit 9 Soll-Koordinaten des Greifwerkzeugs 6 für eine Entnahmeposition ermittelt, welche an die Steuereinheit 10 gesendet werden. Da die Bilderfassungserfassungseinheit 5 in dem Nahbereich bei der Erfassung mit ihrem Erfassungsbereich nicht vollständig die Oberseite des Ladungsträgers 3 abdeckt, wird die im ersten Verfahrensschritt S1 durchgeführte Kalibrierung in einem Teilbereich des Ladungsträgers 3 durchgeführt. In der Steuereinheit 10 werden anschließend Positionsdaten des Bauteils 2.1 bis 2.n und die zuvor gespeicherte Bildposition mit der Kalibrierposition verrechnet.
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Wie in 2 näher dargestellt, werden zwei beabstandete Abstandserfassungseinheiten 7.1, 7.2 verwendet, um auch Stapel von Bauteilen 2.1 bis 2.n mit gebogenen Formen erfassen zu können. Bei Stapeln mit gebogener Form kann es vorkommen, dass ein Abschaltpunkt mit sich verringernder Stapelhöhe wandert und dass sich ein Erfassungsbereich eines der Abstandserfassungseinheiten 7.1, 7.2 nicht mehr auf der Oberfläche des entsprechenden Bauteils 2.1 bis 2.n befindet. Die Bildposition, welche normalerweise von der Oberfläche des entsprechenden Bauteils gemessen wird, kann somit nicht erreicht werden und eine Bildauswertung ist nicht fehlerfrei möglich. Mittels einer zusätzlichen Abstandserfassungseinheit 7.1, 7.2, welche insbesondere einige Zentimeter hinter der ersten angeordnet ist, wird dieses Problem umgangen. Trifft der Erfassungsbereich der ersten Abstandserfassungseinheit 7.1 nicht mehr auf die Oberfläche des Bauteils 2.1 bis 2.n, so trifft der Erfassungsbereich der zweiten Abstandserfassungseinheit 7.2 auf die Oberfläche und diese wird dann automatisch für die Anfahrt des Roboters 4 auf die Bildposition verwendet. Beide Abstandserfassungseinheiten 7.1, 7.2 sind deshalb identisch programmiert.
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Im siebten Verfahrensschritt S7 wird anschließend ermittelt, ob anhand der erfassten Bilddaten und Positionsdaten eine sichere Entnahme eines Bauteils 2.1 bis 2.n aus dem Ladungsträger 3 möglich ist. Ist dies nicht der Fall, folgt Verfahrensschritt S2.
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Ist dies der Fall, wird im achten Verfahrensschritt S8 das Greifwerkzeug 6 derart bewegt, dass dieses das Bauteil 2.1 bis 2.n positionsgenau aufnimmt. Eine Abschaltung der Bewegung in Z-Richtung erfolgt hierbei über einen Endschalter an der Führung des Roboters 4, welche insbesondere mit so genannten Proportionalventilen angesteuert wird und weichgeschaltet ist. Somit werden Beschädigungen an Bauteilen 2.1 bis 2.n vermieden.
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Ist eine sichere Entnahme eines Bauteils 2.1 bis 2.n aus dem Ladungsträger 3 nicht möglich, wird wieder zum zweiten Verfahrensschritt S2 zurückgekehrt.
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Auf den achten Verfahrensschritt S8 folgt der neunte Verfahrensschritt S9, welcher ein Ablegen des entnommenen Bauteils 2.1 bis 2.n an einer vorgegebenen Position beinhaltet.
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Anschließend werden die Verfahrensschritte S5 bis S9 insbesondere so lange iterativ wiederholt, bis sich keine Bauteile 2.1 bis 2.n mehr im Ladungsträger 3 befinden.
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Wird im zehnten Verfahrensschritt S10 festgestellt, dass sich keine Bauteile 2.1 bis 2.n mehr im ersten Stapel des Ladungsträgers 3 befinden, wird zum zweiten Verfahrensschritt S2 gewechselt, in dem der nächste Stapel gesucht wird.
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Sind alle Bauteilestapel aus dem Ladungsträger 3 ausgeräumt, wird im elften Verfahrensschritt S11 bei nunmehr leerem Ladungsträger 3 zum zwölften Verfahrensschritt S12 gewechselt, in welchem ein Ladungsträgerwechsel zum nächsten, mit Bauteilen 2.1 bis 2.m gefüllten Ladungsträger 3, durchgeführt wird. Anschließend beginnt das Verfahren mit dem zweiten Verfahrensschritt S2 am nächsten Ladungsträger 3 erneut.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008025857 A1 [0003]
