Optimierung der Genauigkeit beim Bestücken: Die entscheidende Rolle der Hintergrundbeleuchtung.

Genauigkeit beim Bestücken: Die Rolle der Hintergrundbeleuchtung

• Stabiles, reproduzierbares Licht bildet die Grundlage für eine zuverlässige Posenschätzung.
• Silhouetten bei Hintergrundbeleuchtung liefern zuverlässige 2D-Positions- und Orientierungsdaten.
• Ring-, Stab- und 3D-Ausführungen sind für Zuführungen, Förderbänder und Behälter erhältlich.
• Die Umgebungslichtunterdrückung sorgt für stabile Ergebnisse über alle Schichten hinweg.
• Dies gilt für die Produktfamilien Roder Vision DL8, DL6, DL1 und DL2.

Die Roboterführung erfordert eine genaue und wiederholbare Posenschätzung bei Produktionsgeschwindigkeit. Vor allem sieht die Kamera nur das, was das Licht offenbart. Daher führt eine ungleichmäßige Beleuchtung zu mehrdeutigen Bildern und Platzierungsfehlern. In der Praxis ist die Auswahl der richtigen LED-Beleuchtung ebenso wichtig wie die Wahl der Kamera und des Objektivs. Auf dieser Seite werden die Beleuchtungsoptionen für Pick-and-Place-Anwendungen erläutert und Links zu den passenden RODER-Produkten bereitgestellt.

Drei Anwendungsarten dominieren diesen Sektor. Erstens: „Pick-and-Place“-Anwendungen, bei denen aus einem definierten Zuführer oder einer Halterung entnommen wird. Zweitens: „Bin-Picking“-Anwendungen, bei denen zufällig gestapelte Teile gehandhabt werden. Und schließlich: Kobot-Führung in gemeinsam genutzten Arbeitsbereichen. Folglich stellt jeder Anwendungsfall unterschiedliche Anforderungen an die Beleuchtung hinsichtlich Entfernung, Geometrie und Sicherheit.

Warum eine gleichmäßige Beleuchtung für die Posenschätzung von entscheidender Bedeutung ist

Pose-Algorithmen berechnen Position und Ausrichtung anhand von Bildmerkmalen. Daher sind sie von Kontrast, Schärfe und Wiederholbarkeit abhängig. Zudem hat die Beleuchtung direkten Einfluss auf alle drei Faktoren. Folglich bestimmt das Licht die Qualität jeder einzelnen Auswahlentscheidung.

Jede Abweichung zwischen Kalibrierung und Produktion verändert die Bildmerkmale. Infolgedessen steigt die Lokalisierungsunsicherheit, und es kommt vermehrt zu Fehlgriffen. Tatsächlich ist die häufigste Ursache für Instabilität bei der Robotersicht nicht der Algorithmus. Vielmehr sind es Lichtabweichungen oder Störungen durch Umgebungslicht.

Hintergrundbeleuchtung zur Verbesserung der Genauigkeit bei 2D-Posenbestimmung

Bei flachen Teilen auf einem Zuführer oder Förderband ist die Hintergrundbeleuchtung oft die beste Option. Da dabei eine Silhouette abgebildet wird, erscheint das Teil als geschlossene Form vor einem hellen Hintergrund. Daher kann der Algorithmus die Mitte und den Winkel problemlos ermitteln. Infolgedessen bleibt die Entnahme auch bei reflektierenden oder öligen Teilen präzise.

Direktes Licht dient zudem der 2D-Ausrichtung. Hier sorgt ein ringförmiges Ringlicht, das koaxial zur Linse angebracht ist, für einen wiederholbaren Kantenkontrast. Im Gegensatz dazu hebt Licht aus einem flachen Einfallswinkel das Oberflächenrelief bei Logos und Markierungen hervor. Bei großen Sichtfeldern sorgen Balkenbeleuchtungen oder Matrixpanels für eine gleichmäßige Ausleuchtung über den gesamten Bereich.

3D-Führung und Bin-Picking

Für einige Aufgaben ist die vollständige 3D-Position des Bauteils erforderlich. Daher ermitteln Sensoren für strukturiertes Licht oder aktive Stereosensoren die Position und Neigung. In diesen Systemen sorgt ein leistungsstarker, stabiler Projektor für den zur Rekonstruktion erforderlichen Kontrast. Darüber hinaus filtern Nahinfrarot-Beleuchtungseinheiten mit einem angepassten Filter das Umgebungslicht heraus.

Das Bin-Picking stellt den schwierigsten Anwendungsfall für die Beleuchtung dar. Die Teile liegen in zufälligen Winkeln, sind teilweise verdeckt und befinden sich in unterschiedlichen Höhen. Folglich verursachen metallische Oberflächen Blendeffekte, und sich überlappende Teile werfen komplexe Schatten. Aus diesem Grund kombinieren Systemintegratoren verschiedene Verfahren: Ein 3D-Scan lokalisiert das Teil, während ein Diffusor oder eine kuppelförmige Lichtquelle Spiegelungsartefakte reduziert.

Montage und Umgebungslichtunterdrückung

Die Beleuchtungseinheit kann am Roboterarm angebracht werden oder fest in der Zelle montiert bleiben. Bei der Montage am Roboterarm bleibt die Geometrie über alle Positionen hinweg konstant. Dies erfordert jedoch kompakte, leichte Einheiten, die das zulässige Nutzlastlimit nicht überschreiten. Im Gegensatz dazu ermöglicht die feste Montage den Einsatz größerer, leistungsstärkerer Beleuchtungseinheiten für definierte Entnahmezonen.

Umgebungslicht stellt nach wie vor eine ständige Gefahr dar. Deckenleuchten, Schweißlichtbögen und Oberlichter führen allesamt zu Bildstörungen. Daher greifen Ingenieure auf verschiedene Schutzmaßnahmen zurück. So überlagert beispielsweise ein hochintensives Blitzlicht das Umgebungslicht während der Belichtung. Darüber hinaus filtert schmalbandiges Licht mit einem Bandpassfilter oder NIR (Nahes Infrarot) im Bereich von 850 bis 940 nm Streulicht wirksam heraus.

Geschwindigkeit, Stroboskop und Durchsatz

Pick-and-Place-Zellen arbeiten mit hoher Geschwindigkeit, daher ist das Timing entscheidend. Da sich das Bauteil bewegt, ist eine kurze Belichtungszeit unerlässlich. Aus diesem Grund arbeitet die Beleuchtung in der Regel im Blitzmodus, synchronisiert mit der Kamera. Dadurch wird die Bewegung eingefroren und das Bild bleibt scharf.

Stabilität gewährleistet die Kontinuität des Zyklus über einen längeren Zeitraum hinweg. Darüber hinaus sorgt ein stromstabilisierter Treiber dafür, dass jeder Blitz identisch ausfällt. Folglich bleibt das Ergebnis der Positionsbestimmung vom ersten bis zum millionsten Durchlauf konstant. Dies führt wiederum zu einem Anstieg des Durchsatzes und einem Rückgang der Fehlauswertungen.

RODER Vision-Produkte für diese Anwendung.

Bei der Bestückungstechnik kommen Module mit Hintergrundbeleuchtung für die Positionsbestimmung sowie Leisten und Module für 2D-Felder zum Einsatz. Daher sind die folgenden vier Baureihen die empfohlenen Modelle. Jedes dieser Modelle bietet eine stabile Stromregelung und robuste Gehäusekörper.

DL8-Serie – OEM-Panels mit sehr hoher Dichte

Modulares OEM-Panel mit sehr hoher Pixeldichte und MCCD©- sowie HTTM©-Technologie. Dadurch bietet es die gleichmäßige Hintergrundbeleuchtung, die für eine zuverlässige Silhouetten-Schätzungsmethode erforderlich ist.

DL6-Serie – LED-Panels mit hoher Pixeldichte

Modulares LED-Matrix-Panel mit Hochintensitäts-LEDs, ausgestattet mit einem MCCD©-Treiber und HTTM©-Technologie. Dadurch sorgt es für eine gleichmäßige Direkt- oder Hintergrundbeleuchtung über große Auslesebereiche hinweg.

DL1-Serie – LED-Beleuchtungseinheiten

Hochintensitäts-LED-Leiste mit integrierter Optik für die gerichtete 2D-Führung. Darüber hinaus decken Anordnungen mit einer, zwei oder vier Leisten große Bereiche ohne schattenbedingte Asymmetrie ab.

DL2-Serie – LED-Beleuchtungseinheiten

LED-Balkenmatrix zur Direktbeleuchtung und zur 2D-Positionsbestimmung. Dadurch bietet sie einen reproduzierbaren Kantenkontrast für den Vorlagenabgleich an Zuführungen und Förderbändern.

Für die koaxiale Bauteilortung bietet RODER zudem LED-Ringbeleuchtungseinheiten an, während LED-Punktbeleuchtungseinheiten für fokussierte oder NIR-Projektion geeignet sind. Über die Katalogoptionen hinaus bietet Roder Vision technische Unterstützung bei der OEM-Integration. In der Praxis verwandelt die richtige Kombination aus Hintergrundbeleuchtung, Geometrie und Umgebungsunterdrückung eine sich bewegende Szene in eine stabile Pose. Legen Sie daher zunächst das Bauteil und den Bildgebungsmodus fest und wählen Sie anschließend die passende DL-Beleuchtungseinheit aus. Dadurch erzielt die Bestückungszelle wiederholbare Positionen, eine höhere Genauigkeit und geringere Fehlgreifraten.

Häufig gestellte Fragen

Möchten Sie Hilfe bei der Auswahl des richtigen Produkts?

Sprechen Sie mit einem Ingenieur