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Vorsprung durch Sehen in 3D

: Messe München


3D-Vision steht am Anfang einer rasanten Entwicklung – diesbezüglich sind sich Automatisierungsexperten einig. Mit zunehmender Leistungsfähigkeit und immer einfacherer Bedienung werden 3D-Vision-Systeme die Robotertechnik und ganze Automatisierungssysteme revolutionieren. Auf der internationalen Leitmesse für Automation und Mechatronik, der AUTOMATICA 2010, die vom 8. bis 11. Juni 2010 auf dem Gelände der Messe München stattfindet, sind bereits zahlreiche Praxisbeispiele für 3D-Vision zu begutachten.

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Bildverarbeitungssysteme, auch Visionsysteme oder Machine Vision genannt, haben in den letzten Jahren in verschiedensten industriellen Anwenderbranchen beachtliche Erfolge erzielt und eine weite Systemwelt ausgebildet. Noch dominieren die technisch einfacheren 2D-Systeme und Visionsensoren. Doch 3D-Anwendungen sind in der Bildverarbeitung eindeutig auf dem Vormarsch. Patrick Schwarzkopf, Leiter VDMA Industrielle Bildverarbeitung, untermauert das mit Zahlen: „Nach unserer Marktanalyse werden bereits zehn Prozent des gesamten Branchenumsatzes allein mit dreidimensionalen Messaufgaben realisiert – Tendenz steigend! Dazu kommen bereits existierende Anwendungen in der Automatisierung. Es wird also spannend auf der AUTOMATICA 2010, denn hier werden viele Neuerungen im Bereich 3D präsentiert.“

Auch für Dr. Olaf Munkelt, Vorsitzender des Vorstandes VDMA Industrielle Bildverarbeitung und Geschäftsführer der MVTec Software GmbH, ist klar: „3D-Vision steht am Anfang einer rasanten Entwicklung. Die Verschmelzung von Maschinen und Bildverarbeitungstechnologien ist vorauszusehen.“ MVTec ist ein führender internationaler Software-Hersteller für die industrielle Bildverarbeitung.

Sehen in drei Dimensionen ist für viele Aufgaben eine Notwendigkeit. Das betrifft sowohl die Menschen, als auch die industrielle Welt und die Maschinen. Mit dreidimensionalen Informationen wird es möglich, Aufgabenstellungen im Maschinenbau oder in der industriellen Produktion zu bewältigen, für die klassische 2D-Technologien nicht genügt hätten. Denn um Objekte mit 2D-Technologien erkennen zu können, muss ihre Orientierung vorgegeben sein. 3D-Vision dagegen kann Objekte erfassen, egal in welcher Raumlage sie sich befinden. Das perspektivische Matching kann selbst verkippte und verdrehte Objekte
eindeutig in ihren Raumkoordinaten erkennen. Ein Roboter wird also mit 3D-Vision quasi selbständig. Er sieht wie ein Werkstück liegt, steht oder hängt und kann zielgerichtet den berühmten „Griff in die Kiste“ tun.

3D-Vision macht Roboter flexibler

Um dreidimensionale Daten aufzunehmen, stehen grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung: Man kann die Bilder aus mehreren Kameras ermitteln (Stereometrie), oder zwei Dimensionen mit einer Kamera erfassen und die dritte Dimension über einen anderen Sensor (zum Beispiel einen Abstandssensor). Ebenso ist es möglich, einen Linienlaser, einen 3D Laser Profile Sensor oder eine Mischung all dieser Sensoren und Kameras zu nutzen. Welche Möglichkeit zum Einsatz kommt, richtet sich ganz nach der Anwendung.

Neben dem Einsatz für Messaufgaben – ein sehr erfolgreicher Anwendungsbereich – wird 3D-Vision zunehmend in der Automatisierung genutzt, vor allem in der Robotik. In diesem Sektor ist Robo3DVision, eine Abteilung des polnischen Unternehmens AIC S.A., zuhause. Für den Bedarf von AIC S.A., Entwickler und Hersteller von Qualitätswärmetauschern und Anbieter von kompletten Lösungen für die Wärmeübertragung, hat Robo3DVision ein sogenanntes Adaptive Vision System I entwickelt, das auf robotisierte dreidimensionale Rohr-Rohrboden-Schweißen spezialisiert ist. Auf der AUTOMATICA 2010 geht das Unternehmen einen Schritt weiter und stellt das neue Adaptive Vision System II vor, das erlaubt, verschiedene Roboter-unterstützte Prozesse zu steuern (u.a. Linearschweißen, Montieren, Kleben und Inspektion).

Maciej Kaniewski, Teamleiter Robo3DVision, erklärt: „Unser AVS gehört zu den sogenannten Vision-based robot guidance systems, die meiner Meinung nach die einzig echten 3D-Vision-Systeme sind.
Solche Systeme scannen die Szene, finden die Position von gesuchten Elementen und generieren den Pfad für den Roboter. Sie eignen besonders zum Greifen, Palletieren und Montieren sowie für Klebe- und Schweißeinsätze des Roboters.“ Durch die dreidimensionalen Informationen kann das Bildverarbeitungssystem des Roboters den Objekttyp identifizieren und seine Lage erkennen. Damit ist die störungsfreie Handhabung garantiert – eine wichtige Voraussetzung für automatisierten Produktionsablauf.

Die Zukunft liegt in einfacher Bedienung und hoher Flexibilität

Für Robot Vision-Fachmann Kaniewski liegt die Zukunft der Visionsysteme in hoher Flexibilität, wie sie 3D-Vision bieten kann. Er argumentiert: „Heutzutage sind Visionsysteme meist auf konkrete Aufgaben spezialisiert. Jede Änderung in der Prozessspezifikation ist kosten- und zeitintensiv. Das muss sich ändern. Die Lösung geht in Richtung 3D-Scanner, die Form, Größe, Position und Orientierung beliebiger Objekte ermitteln können und damit für verschiedene Anwendungen nutzbar sind.“ Wichtige Voraussetzung: Der Umgang mit Roboter und Visionsystem ist einfach. Dazu sollte seiner Meinung nach ein einheitliches System auf PC-Plattform entwickelt werden, das den Roboter und die Zusatzgeräte wie zum Beispiel Schweißgeräte steuert, aber auch die Vision-Algorithmen beherrscht und umsetzt.

Dr. Olaf Munkelt von MVTec hat ähnliche Zukunftsvorstellungen. Er erklärt: „Die Roboter der Zukunft werden sicherlich integrierte Geräte sein, bei denen die Bildverarbeitung, also 3D-Vision, und die Steuerungssoftware verschmelzen. Natürlich ist es wichtig, die Benutzerfreundlichkeit zu steigern und integrierte Entwicklungsumgebungen einzusetzen. Deshalb werden viele Automatisierungen zukünftig weniger auf PC sondern auf stromsparender Embedded-Hardware laufen. Dazu müssen die Softwarehersteller Standardprodukte
zur Verfügung stellen, die auf solchen Systemen ohne Umstellungsaufwand zum Einsatz kommen können. Das führt dann auch immer stärker hin zu kostengünstigeren Lösungen.“

AUTOMATICA – Plattform für Lösungen der Bildverarbeitung

Sein Partner Wolfgang Eckstein, ebenfalls Geschäftsführer der MVTec Software GmbH, weist auf die Bedeutung der AUTOMATICA für die Bildverarbeitung hin: „Diese Veranstaltung ist weltweit eine der wichtigsten Messen für die Automation und damit gerade auch für die Robotik. Bildverarbeitung wird in diesem Markt immer bedeutender. Wir glauben daher, dass die AUTOMATICA 2010 eine hervorragende Plattform bietet, um potentiellen Anwendern unsere Produkte und die Möglichkeiten mit 3D-Vision zu präsentieren.“

Die Aussteller der Industriellen Bildverarbeitung werden ihre Produkte und Neuheiten in den Hallen A2 und B2 präsentieren.

Besucher haben zusätzlich in der „Machine Vision Know-how Lounge“ in Halle B1 die Möglichkeit, sich mit Experten aus der Bildverarbeitung auszutauschen. Am 9. und 10. Juni 2010 werden dort ganztägig kostenfreie dt +englisch Technologieseminare in Kooperation mit der Vision Academy angeboten. Die Themenbereiche der Workshops sind Sensorik, Thermografie, Intelligente Kameras, Robot Vision und Software. Hier findet z.B. zum 3D-Thema der Vortrag „3D-Vision - Robotergeführte Bildverarbeitung optimiert Fügevorgänge in der Automobilproduktion“ statt, den Jürgen Schlesinger von VITRONIC Dr.-Ing. Stein Bildverarbeitungssysteme GmbH halten wird.

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