Robotski vid v industrijskih procesih

Avtor: Dr. Francelj Trdič, FDS RESEARCH d.o.o.

Robotski vid je tehnologija, ki omogoča robotom gibanje na osnovi vizualno izraženih veličin izdelkov ali okolice. V ta namen so na robote dograjene optične glave, ki vsebujejo kamere, sisteme osvetljevanja in ustrezno optiko. V drugih primerih so optične glave postavljene statično v delovnem področju robota. V tretjih primerih gre za kombinacijo prvega in drugega.

Optična glava lahko že sama vsebuje procesno enoto ali je pa povezana na zunanjo procesno enoto. Procesna enota robotskega vida skrbi za obdelavo vizualno zaznanih veličin in komunikacijo s krmilnikom robota. Takrat, ko je robotski vid uporabljen za pozicioniranje robota bo procesna enota robotskega vida pošiljala podatke ali celo neposredne točke, kamor se mora premakniti robot, v krmilnik robota. V drugih primerih procesna enota robotskega vida bere trenutne absolutne položaje robota iz njegovega krmilnika in jih bo uporabljala na primer za zajemanje slik iz izdelka.

Komunikacija med procesnimi enotami strojnega vida in krmilniki robota poteka najpogosteje preko Ethernet ali ProfiBus komunikacijskih vmesnikov. Časovnih odziv takih komunikacij se pričenja v rangu od nekaj deset milisekund naprej. Ključni razlog za to je čas internega cikla v krmilniku robota in dalje čas, ki ga porabi posamezna oblika komunikacije ter priprave komunikacijskih podatkov. Iz tega naslova se roboti v večini primerov ustavljajo na točkah, kjer morajo optične glave vršiti zajem slik, da je tako zagotovljena absolutna natančnost oziroma sinhronizacija pri zajemu slike.

Uporaba robotskega vida

Robotski vid ima zelo širok spekter uporabnosti, to je na področjih vodenj robotov, paletizaciji in depaletizaciji, merilnih sistemih, sistemih kontrole optične ustreznosti in tako naprej. Primer: Zabojnik vsebuje izdelke, ki zaradi transporta in drugih dejavnikov niso več na svojih originalnih mestih. Posledica je, da robot ne more pravilno prijeti izdelka, ali ga celo sploh ne more prijeti. Tehnologija robotskega vida omogoča razpoznavanje položaja in orientacije izdelka v zabojniku, podatke o položaju pošlje robotu, nakar robot lahko prime izdelek z zahtevano točnostjo.

Zelo podoben postopek je prisoten pri sistemih montaže in strege. Strojni vid podaja robotu informacijo o položaju vstopnih sestavnih delov, robot prime izdelek, nakar strojni vid poda robotu podate o položaju mesta za odlaganje oziroma vstavljanja sestavnega dela. Tipičen primer je, ko robot prime avtomobilski sedež in ga sam vstavi v avtomobil na točno določeno mesto, s tem, da je točen položaj sedeža bil določen optično in ravno tako točen položaj avtomobila oziroma mesta za vstavljanje sedeža. Kontrola geometrijsko zahtevnih površin je naslednje področje, kjer je strojni vid s statično postavitvijo kamer oziroma sistema osvetljevanja tako rekoč neuporaben. Gre za to, da je robot izvrsten manipulator, ki lahko izdelek ali optične glave postavlja v optično najbolj ugodne položaje, tako kot človek. Rezultat je doseganje optično najbolj ugodnih pogojev v odvisnosti od geometrije površine izdelka. Tak primer je na primer površinska kontrola parabole avtomobilskega žarometa, kateremu površino sestavlja zelo veliko število majhnih sferičnih odsekov. Kontrola vsakega takega odseka zahteva pozicioniranje optične glave v točno določene položaje.

Vodenje robota pri procesih varjenja ali nanašanje tesnilnih mas na izdelke; primer, tesnilo avtomobilske šipe, je področje kjer je robotski vid zopet osnova za pozicioniranje samega robota. Pri takih postopkih mora strojni vid podajati robotu podatke o položaju izdelka v realnem času, oziroma neposredno med gibanjem robota. Naslednje področje je kontrola prisotnosti po opravljeni montaži. Na primer, avtomobilski motor vsebuje na površinah množico vstavljenih ali privitih elementov, ki so lahko neustrezni po tipu, položaju ali pa sploh niso prisotni. V takih primerih se robot premika z optično merilno glavo po vseh površinah in izvede kontrolo ustreznosti sestavnih delov.

Dimezijska kontrola z metodami strojnega vida izgleda na prvi pogled preprosta. Dejansko je pa v industrijskih procesih dimenzijska kontrola vse prej kot to. Za zanesljivo in točno dimenzijsko kontrolo je potrebna točno določena lega optike in sistemov osvetljevanja relativno glede na izdelek. V večini primerov to pomeni skoraj absolutno paralelnost optičnih osi s posameznimi ravninami na izdelku. Položaji izdelkov so v serijskih pogojih proizvodnje dokaj nestacionarni, nemalokrat že zaradi svoje dimenzijske neenakosti.

Robot nudi možnost pozicioniranja optike relativno na izdelek in sicer tako, da najprej detektira orientacijske točke na izdelku, nato pa na osnovi pričakovane geometrije izdelka izvede pozicioniranje kamer ali pa tudi izdelka v najbolj ustrezne položaje za izvedbo optične meritve.

Kaj je doprinos robotskega vida

Robotski vid preprečuje zastoje ali celo strojelom, saj v primeru, ko je izdelek neustrezno pozicioniran zaradi njegove dimenzijske napake, lahko to strojni vid detektira in prepreči nadaljnji gib robota. Robotski vid pogostokrat omogoča detekcijo položaja izdelka, ki ga z drugimi detekcijskimi metodami sploh ni mogoče detektirati. Primer je naključno nasut zabojnik z izdelki, ki se nahajajo v poljubnih legah in je potrebno vršiti praznjenje zabojnika. Optični kontrolni sistemi, ki temeljijo na tehnikah robotskega vida omogočajo, da robot po končani kontroli avtomatično sortira izdelke na ustrezne in neustrezne ter ustrezne vstavlja neposredno v transportne zabojnike. Na ta način odpadejo sistemi za paletizacijo izdelkov. Ključnih doprinos sistemov z robotskim vidom je izjemno velika fleksibilnost rešitve. Ena redkih slabosti je pa, da so v večini primerov pri robotskih sistemih daljši kontrolnih cikli, kot pa cikli, ki jih lahko dosežejo namensko zgrajeni manipulatorji, prirejeni neposredno značilnostim izdelka.

Robotski vid prihodnosti

V robotski vid prihodnosti spadajo med drugim sistemi streg in montaž, kjer se izdelki na montažnih linijah gibljejo s hitrostmi nekaj 100 mm na sekundo in se vrši montaža brez ustavljanja izdelka. Položaj takega izdelka na montažni liniji je nemalokrat variabilen, kar pomeni, da ga ni mogoče slediti neposredno z odjemalci položaja ali hitrosti linije in ta podatek uporabiti kot dodatno os za robota. Primer take montažne faze je vijačenje vijaka med gibanjem pozicijsko variabilnega izdelka. Za to je potrebno natančno sledenje hitrosti in položaja med gibanjem, kar je možno doseči z robustnim robotski vidom ter izjemno hitro komunikacijo med segmentom strojnega vida ter krmilnikom robota. Praktičen doprinos takih aplikacij je eliminacija postaj za ustavljanje in pozicioniranje izdelka, hitrejši cikel montažne faze in s tem neposredno zmanjšanje stroškov.