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Stand der Technik:
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Fanuc Robotics bietet optional zu den Industrierobotern auch ein eigenes Bildverarbeitungssystem an. Durch verschiedene Softwaretools lassen sich je nach Applikation auch besondere Funktionen für die Automatisierungstechnik mit Industrierobotern realisieren.
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Nach eigenen Recherchen sind derzeit keine Produkte am Markt erhältlich, mit denen mobile Werkstückträger mit einem 2D-Kamerasystem erkannt und automatisiert mit Werkstücken Be- oder Entladen werden können. Viele Hersteller setzen stattdessen auf Schubladensysteme, die fest vor dem Roboter fixiert werden. Die enthaltenen Teile sind meist in produktspezifische Inlays eingebettet, um die Position grob zu definieren und übereinanderliegende Teile zu vermeiden. Der Transport der Werkstücke zu den Zellen ist dabei entweder gar nicht oder nur über festgelegte Wege möglich. Je nach geforderter Genauigkeit kommt dann zusätzlich ein Bildverarbeitungssystem zum Einsatz, um die genaue Position der Werkstücke innerhalb der Inlays zu erkennen.
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Beschreibung der Erfindung:
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Gegenstand für den Gebrauchsmusterschutz ist eine Roboterzelle, die mobile Werkstückträger räumlich, also in allen Freiheitsgraden, vermessen und darin enthaltene Werkstücke anschließend vereinzeln kann. Alternativ ist es auch möglich, die vermessenen Werkstückträger mit Werkstücken zu beladen. Sowohl der Roboter als auch das Werkstückträgersystem kann frei zueinander angeordnet werden. Als Werkstückträger können dabei verschiedenste Systeme eingesetzt werden, wie z. B. Schubladensysteme oder sogenannte KLT-Stapelboxen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 1 bis 3 erläutert. Es zeigen:
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1 den Beispielaufbau einer Zelle,
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2 das Grundprinzip des Bildverarbeitungsprozesses „3D-Tri-View”,
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3 ein Anwendungsbeispiel als Strukturdiagramm
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Einzelheiten des neuen Produkts:
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Die beschriebene Roboterzelle ist dem Fanuc eigenen Bildverarbeitungssystem „iR-Vision 2DV” ausgestattet. Zusätzlich wird die Softwareoption „3D Tri-View” verwendet. Die Softwareoption „3D Tri-View” ermöglicht es, dass verwendete 2D Bildverarbeitungssystem zur Vermessung von Objekten in 3D zu nutzen. (siehe auch 2)
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Im Folgenden wird der Ablauf dieser Vermessung beschrieben:
Das 3D Tri-View Verfahren bietet die Möglichkeit, mit einem 2D-Bildverarbeitungssystem ein Objekt im dreidimensionalen Raum zu erkennen und die Position zu bestimmen. Dazu werden drei geometrisch markante Punkte, sogenannte Targets, aus drei unterschiedlichen Kamerapositionen aufgezeichnet. Es können sowohl 3 einzelne Kameras in verschiedenen Positionen als auch eine Kamera mit unterschiedlichen Ausrichtungen verwendet werden. (siehe auch 1 + 2).
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Die Targets können entweder durch die Geometrie des Werkstückträgers gegeben oder zusätzlich angebracht werden, z. B. durch aufkleben. Zusätzlich muss der Software die genaue Position der Targets bekannt gegeben werden. Nach dem Einlernen (Teachen) der Referenzpositionen errechnet die Software die geometrische Form des Dreiecks, das zwischen den drei Targets liegt. Die Form dieses Dreiecks ist fest definiert, da sich die relative Position der Targets zueinander nicht ändert. Wird der Prozess nun mit einer Verschiebung der Targets ausgeführt, bildet die Software jeweils die Sichtlinien ausgehend von der Kamera durch den Center Point des jeweiligen Targets. Das zuvor errechnete Dreieck wird dann in diese drei Sichtlinien ”eingepasst”. Dabei gibt es nur eine Position, in der das Dreieck genau in diese Sichtlinien passt. Aus dieser Position lässt sich anschließend die Verschiebung bezüglich der Referenz berechnen. Die Targets dürfen sich dabei in allen Freiheitsgraden bewegen. In der Automobilindustrie wird diese Funktion z. B. verwendet, um Karosserieteile zu vermessen bzw. die Position zu bestimmen.
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Durch die Vermessung der Werkstückträger ist es der Roboterzelle anschließend möglich, die im Werkstückträger enthaltene Werkstücke zu entnehmen, oder auch Werkstücke darin abzulegen. Die Position für die einzelnen Werkstücke kann sowohl fest vorgegeben sein, als auch mit der Kamera nochmals ermittelt werden. Je nach Werkstückträger kann der Ablauf dabei stark variieren, wird z. B. ein Werkstattwagen mit Schubladensystem verwendet, muss der Roboter zuerst eine Schublade öffnen, kann dann die darin enthaltenen Werkstücke mittels Bildverarbeitung erkennen und diese dann zu entnehmen. Der Roboter ist dabei in der Lage, sowohl einzeln liegende Werkstücke, als auch aufeinandergestapelte Werkstücke zu erkennen und zu entnehmen. Die Aufnahme mittels Greifer oder Sauger hängt von den Werkstücken selbst ab.
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Vorteile des neuen Produkts:
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Die Roboterzelle ist in der Lage, die relative Position der Werkstückträger zum Roboter voll automatisiert zu vermessen. Da die Position Roboter zu Werkstückträger nicht festgelegt ist, entstehen folgende Vorteile:
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Teileträger können nach Kundenwunsch gewählt sein/Teilespektrum ist sehr vielfältig:
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Da die Erkennung der Werkstückträger nicht abhängig von der Geometrie o. ä. ist, können diese anwendungsspezifisch gewählt werden. Grundsätzlich gibt es hier keine Einschränkungen. Dadurch ist es möglich, für viele verschiedene Werkstücke einen geeigneten Werkstückträger zu verwenden. Zusätzlich können Kundenwünsche umgesetzt werden, wenn z. B. bereits bestimmte Wagen oder ähnliches zum manuellen Transport der Werkstücke verwendet werden.
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Hohe Flexibilität für Prozesse/Anlagen/Werkstücke:
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Die freie Positionierung der Werkstückträger ermöglicht eine unabhängige Lösung zur Werkstückbereitstellung. Kunden- bzw. prozessbedingte Gegebenheiten sind dabei nicht relevant. Die Roboterzelle ist z. B. nicht abhängig vom Anlagenlayout, dem Produktionsprozess oder der Art der Werkstücke. Zudem ist es möglich, äußerst flexibel auf Änderungen der Bedingungen zu reagieren. Eine Änderung des Anlagenlayouts bzw. der Position, des Produktionsprozesses oder der verwendeten Werkstücke kann problemlos umgesetzt werden.
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Erweiterbarkeit:
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Auch eine Erweiterung der eingesetzten Roboterzellen oder Werkstückträger, z. B. durch Hinzufügen einer weiteren Produktionslinie, ist problemlos möglich. Auch der Einsatz verschiedener Werkstückträger z. B. zur Nutzung verschiedener Werkstücke ist möglich.
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Wirtschaftlichkeit:
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Durch die Flexibilität der Roboterzelle und dem universellem Einsatz, sowie der Verwendung auch bereits genutzter Transportmittel kann ein Kostenreduzierung und Produktivitätssteigerung erreicht werden.
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Anwendungsbeispiel:
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Durchgängige Lösung zum Transport der Werkstücke:
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Durch die Verwendung mobiler Werkstückträger kann ein durchgängiges System zum Transport der Werkstücke innerhalb des Fertigungsprozesses erreicht werden. Bei 3 aufeinander folgenden Produktionsprozessen kann z. B. Roboterzelle 1 die unbearbeiteten Werkstücke aus Werkstückträger 1 in die Maschine einlegen und nach der Bearbeitung in Werkstückträger 2 ablegen. Werkstückträger 2 kann dann vom Bediener zur nächsten Maschine transportiert und dort zum Entladen abgestellt werden. Gleichzeitig wird Werkstückträger 3 zur Beladung zu Roboterzelle 1 transportiert Roboterzelle 2 kann dann die teilweise bearbeiteten Werkstücke entnehmen und in Maschine 2 einlegen. Nach der Bearbeitung kann Roboterzelle 2 dann die fertig bearbeiteten Werkstücke in Werkstückträger 4 ablegen usw. Die genaue Position der verschiedenen Maschinen spielt dabei keine Rolle. Dieses Beispiel wird in 3 als Strukturdiagramm dargestellt.
