Lagebestimmung aus Höhenbildern

Die für die Qualität der Schmelze entscheidende Temperatur im Aluminium-Schmelzofen setzt eine kontinuierliche Beschickung mit Masseln voraus, rund um die Uhr und an sieben Tagen in der Woche. Um eine konstante Füllhöhe zu gewährleisten, muss durchschnittlich alle vier Minuten eine Massel zugeführt werden. Die in der Regel auf Paletten angelieferten Standard-Masseln wiegen etwa 25 kg und ergeben bei üblicherweise 43 Masseln ein Paletten-Gesamtgewicht von etwa einer Tonne. Schon allein diese Mengen und Gewichte sowie der Beschickungstakt von etwa vier Minuten machen deutlich, dass teilautomatisierte Zuführungen den Mitarbeitern nicht zumutbar sind. Deswegen wurde ein Drei-Achs-Handhabungs-system installiert, das mit einem Vakuumgreifer die Masseln zum Tiegelofen fördert. Die Steuerbefehle für die Positionierung des Sauggreifers in X-, Y- und Z-Richtung sowie für eine Drehbewegung basieren auf den Ergebnissen eines Bildauswertesystems von VisionTools.

In jeder Ebene der Palette lagern fünf Masseln. Die beiden äußeren und die mittlere liegen auf der Unterseite, die beiden dazwischen gelagerten auf der Oberseite. Beim Entstapeln müssen die mit der Unterseite nach oben liegenden Masseln zuerst vom Stapel genommen werden. Dabei dient deren Form mit einer Grundfläche von 730 x 150 mm und einer Höhe von 60 mm am Rand und 120 mm in der Mitte als Erkennungsmerkmal.

Der auf der Lichtlaufzeit basierende Scanner des Bildauswertesystems tastet die Massel-Oberfläche entlang einer Linie in X-Richtung in einem vorgegebenen Bildbereich und mit konstanter Geschwindigkeit ab, der Scanner wird quer dazu mechanisch bewegt. Während dieser Bewegung liest das Auswertesystem entsprechend dem Zeilenabstand und einem vorgegebenen Raster die Bildinformationen in den Bildspeicher ein. Von jedem Bildpunkt liefert der Scanner zwei Informationen: Die Entfernung mit einer Auflösung von 0,1 mm sowie die Remission. Das Auswertesystem speichert diese Informationen in einem Höhen- und einem Grauwertbild. Dabei werden nur Bildpunkte ausgewertet, die vom höchsten Punkt im Bild einen vorgegebenen Abstand nicht überschreiten. Dadurch ist zum Beispiel im Höhenbild die Form der Aluminium-Massel gut zu erkennen.

Bei der Inbetriebnahme der Entstapeleinrichtung ist ein Kalibrierungslauf erforderlich bei dem das Handhabungssystem eine Referenz-Massel an eine definierte Stelle in den Bildbereich des Scanners legt und wieder in Grundstellung geht. Danach startet die Steuerung die Linearbewegung in der Abtastrichtung und es wird ein Bildpaar eingelesen. Aus diesem Bildpaar errechnet sich die Lage des Mittelpunktes der Massel im kartesischen Koordinatensystem (X, Y, Z) und die Drehlage, bezogen auf die horizontale Bildzeile. Das Auswertesystem speichert diese Resultate als Referenzwerte. Relativ zu diesen Referenzwerten berechnet es dann im Messbetrieb die Verschiebeparameter für das Handlingsystem und die relative Drehung.

Nach dem Bildeinzug sucht das Auswertesystem anhand von zwei Mustern – eines für die Ober- und eines für die Unterseite der Massel – die grobe Position der Massel. Ist eine Massel gefunden, wird der Mittelpunkt (X-/Y-Koordinaten), die mittlere Höhe um den Mittelpunkt (Z-Koordinate) und die Verdrehung der Massel (C-Koordinate) berechnet. Unter Berücksichtigung der Skalierungsfaktoren (mm/Pixel) werden diese Werte in Weltkoordinaten umgerechnet. Die Ergebnisse haben eine Auflösung von 0,1 mm und 0,1°. Anschließend gibt das Auswertesystem diese Ergebnisse sowie die Entscheidung über „kein Fehler“, „Fehler“ und „Palette leer“ als Ausgangssignale an die Steuerung. Sie führt den Vakuumgreifer an die richtige Position, gibt die Befehle zum Ansaugen der Massel und zum Transport an die Übergabestation. Anschließend fährt das Zuführsystem in den Ausgangszustand und wartet auf die nächste Massel-Anforderung.

Auch unter den erschwerten Bedingungen im Umfeld einer Leichtmetallgießerei arbeitet das Bilderkennungssystem von VisionTools zur vollen Zufriedenheit des Kunden. Bei einer Verfahrgeschwindigkeit des Handlingsystems von derzeit 0,25 m/s werden etwa sechs Sekunden für die Bildaufnahme benötigt. Dank der Verarbeitungsgeschwindigkeit des Systems könnte die Verfahrgeschwindigkeit des Handlingsystems auf die maximal möglichen 0,75 m/s erhöht werden. Selbst bei dieser Geschwindigkeit werden die X-/Y- und Z-Koordinaten mit einer Genauigkeit von 0,1 mm und der Drehwinkel mit einer Genauigkeit von 0,1° bestimmt und an die Steuerung weitergeleitet. Ausgehend von der erfolgreichen Automatisierung des Tiegelofens mit der Steuerung durch das Bildauswertesystem plant der Anwender weitere Einsätze mit den Bildauswertesystemen von VisionTools.

VisionTools Bildanalyse Systeme, Waghäusel

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