Beleuchtung für Maschinelles Sehen in der Robotik und Automatisierung
- Stabile, wiederholbare Bildgebung für eine zuverlässige Positionsbestimmung und Ausrichtung der Teile.
- Eine Stroboskop-Synchronisation, die den hohen Anforderungen an die Zykluszeiten von Robotern gerecht wird.
- Aufgaben von der Roboterführung bis hin zu Pick-and-Place-, Belade- und Zuführvorgängen.
- Hintergrundbeleuchtung und gleichmäßige Frontbeleuchtung als zentrale Bausteine.
- Jeder Anwendungshinweis enthält einen Link zu den entsprechenden RODER-Produkt- und Technologieseiten.
Die bildgesteuerte Robotik ist vollständig auf eine stabile, wiederholbare Bildgebung angewiesen. Der Roboter muss die Position und Ausrichtung von Bauteilen zuverlässig ermitteln, und zwar innerhalb einer knappen Zykluszeit. Zudem ändert sich die Bildsituation ständig, da sich die Bauteile bewegen und drehen. Daher ist die Beleuchtung kein nebensächliches Detail, sondern eine zentrale Designentscheidung. Dieser Branchen-Hub stellt die Beleuchtungsaufgaben in der Robotik und Automatisierung vor. Zudem verknüpft er jeden Anwendungshinweis mit der empfohlenen Technik und den passenden Roder Vision-Produkten.
Warum die Robotervision eine sorgfältige Beleuchtung erfordert
Die Zykluszeit stellt die erste Einschränkung dar. Da sich Roboter schnell bewegen, müssen die Belichtungszeiten kurz sein, um Unschärfe zu vermeiden. Daher arbeitet die Beleuchtung häufig im Stroboskop- oder Impulsmodus, synchronisiert mit der Kamera. Auf diese Weise bleibt jedes Bild auch bei schnellen Bewegungen scharf.
Die Wiederholbarkeit stellt die zweite Einschränkung dar. Ein Leitsystem vergleicht jedes Bild mit den erlernten Modellen. Allerdings ändern sich Umgebungslicht und Reflexionen von Bild zu Bild. Aus diesem Grund muss eine starke, kontrollierte Beleuchtung die Szene dominieren und Streulicht ausschließen.
Vielfalt stellt die dritte Herausforderung dar. Teile kommen in vielen Formen, Farben und Ausrichtungen vor und liegen manchmal in einem Behälter übereinander. Da der Kontrast bei allen Teilen zuverlässig bleiben muss, wird häufig eine robuste Silhouette bevorzugt. Daher ist die Hintergrundbeleuchtung ein bevorzugtes Hilfsmittel für die Roboterführung.
Die wichtigsten Aufgaben der Robotervision
Dieser Bereich umfasst mehrere wiederkehrende Aufgaben. Zunächst lokalisiert und orientiert die Roboterführung Teile auf Förderbändern und in Fertigungszellen. Anschließend ermittelt das „Pick-and-Place“-Verfahren die Lage jedes einzelnen Teils, bevor sich der Greifer bewegt. Darüber hinaus erweitert das „Bin-Picking“ diesen Ansatz auf dreidimensional überlappende Teile.
Die Zuführung und die Beschickung runden das Bild ab. Hier führen Vibrationsförderer Kleinteile zu, die vor dem Einsatz korrekt ausgerichtet werden müssen. Darüber hinaus werden bei der Maschinenbeschickung Rohlinge präzise ausgerichtet in CNC- oder Montagestationen eingelegt. Abschließend stellen Anwesenheits- und Ausrichtungsprüfungen sicher, dass der Greifer das richtige Teil hält.
Empfohlene Beleuchtungstechniken
Jede Aufgabe ist einer bestimmten Geometrie zugeordnet. Bei der Posenschätzung an unübersichtlichen oder reflektierenden Bauteilen sorgt die Hintergrundbeleuchtung für eine klare, robuste Silhouette. Auf ebenen Oberflächen und beim Code-Lesen bietet ein Ringlicht einen symmetrischen, ausrichtungsunabhängigen Kontrast. Bei größeren Zellen decken Balkenbeleuchtungen mit einstellbarem Winkel große Bereiche ab.
In der Robotik ist die Betriebsart entscheidend. Da die Arme schnell beschleunigen, arbeitet die Beleuchtung in der Regel im Stroboskop- oder Überlast-Stroboskop-Modus. Daher muss sie synchron zur Kamera ausgelöst werden. Zudem filtert eine Monochromatische Lichtquelle mit Filter das Umgebungslicht rund um die Zelle heraus.
Auch die Befestigung prägt das Design. An einem beweglichen Arm muss die Beleuchtungseinheit kompakt, leicht und robust sein. Daher sind Ringlichter mit ausgerichteten Linsen und kleine Leuchtfelder an Endeffektoren weit verbreitet. Zudem sorgt ein stabiler Treiber dafür, dass die Helligkeit konstant bleibt, während der Roboter seine Position ändert.
Empfohlene VISIOTRONIX-Beleuchtungen
Vier Beleuchtungsserien decken die meisten Prüfaufgaben in Robotik und Automatisierung ab. Die folgende Tabelle verweist auf die jeweilige Produktseite und nennt die Aufgabe, die die Serie in der Linie übernimmt.
| Serie | Beleuchtungsfamilie | Typischer Einsatz | |
|---|---|---|---|
 | DL8-Serie | LED-Flächenbeleuchtungen | Rahmenlose Matrix, die in enge Roboterzellen passt und dennoch eine große Abstrahlfläche bietet |
 | DL6-Serie | LED-Flächenbeleuchtungen | Hochdichtes Direktlicht für Teilelokalisierung und Greiferführung |
 | DL5-Serie | LED-Flächenbeleuchtungen | Hohe Spitzenintensität im Blitzbetrieb für Teile, die sich unter schnellen Robotern bewegen |
 | DL1-Serie | LED-Balkenbeleuchtungen | Kompakte Barrenmatrix für Seitenbeleuchtung in beengten Zellen |
Bei den meisten Roboteraufgaben kommt eine ausgewählte Gruppe von Beleuchtungseinheiten zum Einsatz. Für die Silhouettenführung und die Ausrichtung von Zuführvorrichtungen wählen Sie LED-Hintergrundbeleuchtungen. An Endeffektoren und runden Teilen verwenden Sie LED-Ringleuchten. Für breite Zellen und Förderbänder sollten Sie LED-Balkenleuchten oder LED-Flächenleuchten in Betracht ziehen.
Für blendfreie Aufnahmen an glänzenden Teilen sind LED-Flat-Dome-Beleuchtungen eine gute Wahl. Über die Katalogprodukte hinaus bietet VISIOTRONIX technische Unterstützung für OEM- und Cobot-Integration. In der Praxis macht die richtige Kombination aus Geometrie, Blitztiming und Montage aus einer bewegten Szene ein stabiles Bild. Gehen Sie daher von der Applikationsschrift aus, die zu Ihrer Aufgabe passt, und folgen Sie anschließend den Links zu den Technologie- und Produktseiten.
Kobots, Sicherheit und OEM-Integration
Kollaborative Roboter stellen neue Anforderungen. Da Menschen in unmittelbarer Nähe arbeiten, muss die Beleuchtung sicher, kompakt und blendfrei sein. Daher eignen sich flache, gut diffundierende Beleuchtungseinheiten besonders gut für Kobot-Zellen. Zudem beschleunigen eine einfache Verkabelung und eine schnelle Montage den flexiblen Umbau.
Ebenso wichtig ist die OEM-Integration. Maschinenbauer benötigen Beleuchtungseinheiten, die in kompakte, mitunter raue Gehäuse passen. Daher gewährleisten robuste Gehäusekörper und stabile Treiber eine konstante Leistung über lange Betriebszeiten hinweg. Auf diese Weise lassen sich dieselben Beleuchtungsprinzipien von einem einzelnen Kobot bis hin zu einer vollautomatisierten Fertigungslinie skalieren.
Anwendungshinweise zu Robotik und Automatisierung
Die folgenden Anwendungshinweise beschreiben konkrete Roboter-Bildverarbeitungsanlagen. In jedem Fall erläutert der Hinweis die Problemstellung, die empfohlene Beleuchtung sowie die entsprechenden RODER-Produkte.
Roboterführung auf Förderbändern
Direkt- und Hintergrundbeleuchtungseinheiten sorgen für eine synchronisierte, gleichmäßige Ausleuchtung der Förderbänder. Dadurch können Roboter Teile bei jeder Produktionsgeschwindigkeit präzise lokalisieren und ausrichten.
SCARA-Silhouettenerkennung
Eine LED-Hintergrundbeleuchtung erzeugt kontrastreiche Silhouetten komplexer Bauteile. Dadurch können SCARA-Roboter Formen erkennen und eine vollständige Greifgenauigkeit erreichen.
Cobot-Bildverarbeitungsbeleuchtung
Zellen in kollaborativen Systemen benötigen eine sichere, kompakte und flexible Beleuchtungseinheit. Daher eignen sich kleine, linsenausgerichtete Beleuchtungseinheiten besonders gut für die Bildverarbeitung bei Kobots und lassen sich leicht integrieren.
Maschinenbeladung
Einheitliche, hochintensitäts-LED-Matrizen unterstützen die Beladung mit Teilen von OEM (Originalgeräteherstellern). Dadurch werden die Teile durch das Maschinelle Sehen zuverlässig erkannt, und die Zykluszeiten bleiben auch in kompakten Maschinen kurz.
Genauigkeit beim Bestücken
Eine gleichmäßige Beleuchtungsstärke bildet die Grundlage für die Pick-and-Place-Vision beim Bestückungsprozess. Darüber hinaus bestimmen die Geometrie und die Umgebungslichtunterdrückung die Genauigkeit – von der 2D-Lagebestimmung bis hin zum 3D-Bin-Picking.
Ausrichtung des Schwingförderers
Eine äußerst gleichmäßige Hintergrundbeleuchtung sorgt für eine einheitliche Ausrichtung der Teile in Vibrationszuführern. Dadurch verschwinden Schatten, und die Anzahl der Fehlausweisungen sinkt bei Hochgeschwindigkeits-Zuführsystemen.
Häufig gestellte Fragen
Die Hintergrundbeleuchtung erzeugt eine kontrastreiche Silhouette, die Oberflächenfarben und Reflexionen außer Acht lässt. Da die Umrisse über viele Teile hinweg stabil bleiben, wird die Posenschätzung robuster. Dadurch erzielen Roboter eine zuverlässige Greifgenauigkeit bei unübersichtlichen oder glänzenden Bauteilen.
Verwenden Sie eine leistungsstarke, einfarbige Beleuchtungseinheit mit einem passenden Bandpassfilter am Objektiv. Der Filter filtert den Großteil des Umgebungslichts heraus, sodass die kontrollierte Beleuchtungseinheit das Bild dominiert. Dadurch bleibt das Ergebnis der Bildführung auch bei Verschiebungen stabil.
In Kobot-Zellen werden kompakte, flache und blendfreie Beleuchtungseinheiten bevorzugt. Daher eignen sich kleine, linsenausgerichtete Ringleuchten oder diffuse Leuchtpaneele besonders gut. Darüber hinaus ermöglichen eine einfache Verkabelung und das geringe Gewicht einen schnellen und sicheren Einsatz in der Nähe der Bediener.
In der Regel ja. Da sich Roboterarme schnell bewegen, friert ein kurzer, synchronisierter Blitz die Bewegung ein und verhindert Unschärfe. Zudem sorgt die Beleuchtungseinheit dafür, dass sie für einen kurzen Moment heller leuchtet, was den Kontrast verbessert, ohne dass es zu einer Überhitzung kommt.
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RODER Bildverarbeitungs-Abteilung : www.rodervision.com
RODER Abteilung Messinstrumente : www.innovacheck.com
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