Visionssysteme für kollaborative Roboter: Überlegungen zur Beleuchtung bei der Kobot-Integration

Beleuchtung für die Bildverarbeitung bei kollaborativen Robotern (Kobots)

• Photobiologische Sicherheit gemäß IEC 62471 für gemeinsam genutzte Arbeitsbereiche.
• Kompakte, leichte Beleuchtungseinheiten, die an den Endeffektor des Roboters angepasst sind.
• Vibrationsbeständige Konstruktion für Arme, die ständig in Bewegung sind.
• Flexible Montage und IO-Link-Steuerung für eine schnelle Umrüstung.
• Dies gilt für die Produktfamilien Roder Vision DL8, DL6 und DL5.

Kollaborative Roboter, auch Kobots genannt, arbeiten Seite an Seite mit menschlichen Bedienern in gemeinsam genutzten Räumen. Im Gegensatz zu in Käfigen untergebrachten Robotern werden sie in offenen Produktionsbereichen eingesetzt, in denen sich Menschen aufhalten. Daher stellt die Beleuchtung in einer Kobot-Bildverarbeitungszelle Anforderungen, die eine stationäre Automatisierung niemals erfüllen kann. Insbesondere muss sie die photobiologische Sicherheit gewährleisten, kompakt sein, vibrationsfest sein und eine flexible Montage ermöglichen. Auf dieser Seite werden diese Anforderungen erläutert und die passenden RODER-Produkte vorgestellt.

Bildverarbeitungsgestützte Kobots nutzen Kameras und Licht, um Bauteile zu lokalisieren und die Montage zu überprüfen. Darüber hinaus steuern sie Greifer und prüfen Komponenten während der Bewegung. Somit wird die Beleuchtungseinheit Teil einer flexiblen, gemeinsam mit Menschen genutzten Fertigungszelle. Folglich sind ihre Sicherheit und ihre Integration ebenso wichtig wie ihre optische Leistung.

Was Kobot Vision auszeichnet

Bei der stationären Automatisierung befindet sich die Beleuchtungseinheit an einer festgelegten, unveränderlichen Position. Die Geometrie wird bei der Inbetriebnahme festgelegt und ändert sich nicht mehr. Zudem halten sich während der Produktion keine Bediener im Prüfbereich auf. Daher kann die Beleuchtung festgelegt werden, ohne dass Personen in der Nähe berücksichtigt werden müssen.

Eine Kobot-Zelle verhält sich anders. Hier kann der Arm auf einer mobilen Basis montiert sein oder sich zwischen den Arbeitszyklen bewegen. Zudem durchqueren Bediener den Arbeitsbereich regelmäßig. Häufig ist die Beleuchtungseinheit am Arm angebracht und bewegt sich mit diesem mit. Folglich werden Sicherheit, Befestigung und Vibration zu vorrangigen Aspekten bei der Konstruktion.

Photobiologische Sicherheit und IEC 62471

Die photobiologische Sicherheit bezieht sich auf das Risiko, dass Licht das Auge oder die Haut schädigen könnte. Die einschlägige Norm ist die IEC 62471. Sie definiert Risikogruppen auf der Grundlage der Emissionsmerkmale der Lichtquelle. Daher sollte jede Beleuchtungseinheit für Kobots eine bekannte Klassifizierung aufweisen.

Die Norm unterscheidet vier Gruppen: ausgenommen, RG1, RG2 und RG3. Quellen der Gruppen RG2 oder RG3 erfordern jedoch unter Umständen Abschirmungen, Beschilderungen oder Sperrzonen. Im Gegensatz dazu fallen Lichtquellen im sichtbaren Bereich mit mäßiger Intensität in der Regel unter die Kategorie „ausgenommen“ oder RG1. Darüber hinaus erfordern hochintensive blaue, UV- oder IR-Quellen besondere Beachtung.

RODER Vision bietet Optiken an, die die Winkelausbreitung des Lichtstrahls begrenzen. Dadurch konzentriert sich das Licht auf das Ziel und nicht auf den Arbeitsbereich. Infolgedessen nehmen sowohl das Streulicht als auch die Exposition des Bedieners ab. Daher sollten Ingenieure stets die IEC-62471-Klasse überprüfen, bevor sie eine Beleuchtungseinheit mit gemeinsamer Zelle spezifizieren.

Kompakt, leicht und vibrationsunempfindlich

Wenn die Beleuchtungseinheit am Endeffektor angebracht ist, spielt das Gewicht eine wichtige Rolle. Jedes zusätzliche Gramm verringert die für den Greifer und das Werkstück verbleibende Traglast. Zudem verlängert eine sperrige Einheit die Reichweite und vergrößert den Hebelarm. Daher werden kompakte, hocheffiziente Beleuchtungseinheiten nachdrücklich bevorzugt.

ROder Vision nutzt eine dichte LED-Matrix auf kleiner Fläche. Dadurch liefert das kompakte Gehäuse dennoch eine hohe Leuchtdichte. Zudem ist die Konstruktion widerstandsfähig gegen Stöße, die durch schnelle Beschleunigung und Verzögerung entstehen. Da Vibrationen in der Regel zu Ausfällen an Lötstellen oder Steckverbindungen führen, wurden genau diese Stellen bei der Konstruktion verstärkt.

Bei der Verkabelung gilt dieselbe Logik. RODER-Beleuchtungseinheiten verwenden M8- und M12-Steckverbinder mit Vibrationsfestigkeit bei der Verriegelung. Daher halten sie wiederholten Steckzyklen an einem beweglichen Arm stand. Zudem passen sie in handelsübliche Kabelschlepp- und Schleppketten, wodurch eine Ermüdung am Steckverbinder verhindert wird.

Flexible Produktion und Steuerungintegration

Kobots werden wegen ihrer schnellen Umrüstung zwischen verschiedenen Aufgaben geschätzt. So kann ein Kobot beispielsweise zunächst Steckerstifte prüfen und anschließend Etiketten überprüfen. Daher müssen Bildverarbeitungssystem und Beleuchtung rasch neu konfiguriert werden. In der Praxis ermöglichen Schnellwechsel-Endeffektoren den Austausch von Kamera und Beleuchtung innerhalb weniger Minuten und ohne Werkzeug.

Die Steuerungsintegration vervollständigt die Zelle. RODER-Beleuchtungseinheiten unterstützen sowohl den Dauerbetrieb als auch den getriggerten Blitzbetrieb. Dabei löst ein digitaler Eingang einen definierten Lichtimpuls aus, der mit dem Kameraverschluss synchronisiert ist. Darüber hinaus ermöglichen IO-Link-Treibervarianten die Fernkonfiguration über die Robotersteuerung. Dadurch lassen sich Rezepturen ändern, ohne dass ein physischer Zugriff auf die Beleuchtungseinheit erforderlich ist.

Beleuchtungsgeometrie für Kobot-Aufgaben

Die Aufgaben von Kobots umfassen verschiedene Arten von Prüfungen. Zum einen erfordert die Positionsbestimmung von Bauteilen zur Greiferführung eine gleichmäßige Beleuchtung über den gesamten Bereich. Zum anderen benötigt die Montageprüfung einen ausreichenden Kontrast, um korrekte von fehlerhaften Zuständen zu unterscheiden. Darüber hinaus erfordert die Oberflächenprüfung schräg einfallendes Licht, um Oberflächenstrukturen und Mängel sichtbar zu machen.

Ringlichter eignen sich für die robotergestützte, koaxiale Prüfung von zentrierten Bauteilen. Im Gegensatz dazu erzeugt eine Matrixleuchte mit festem Versatz ein breites, diffuses Licht, das Blendeffekte unterdrückt. Die Geometrie muss jedoch frühzeitig festgelegt und anhand realer Bauteile validiert werden. Andernfalls erfordern spätere Änderungen eine Überarbeitung der Bildverarbeitungsalgorithmen und der Kalibrierung.

RODER Vision-Produkte für diese Anwendung.

In Kobot-Zellen werden vorzugsweise kompakte Panels mit hoher Leuchtdichte für die Montage an Endeffektoren verwendet. Daher sind die drei unten aufgeführten Baureihen die empfohlenen Modelle. Jede davon bietet eine stabile Stromregelung sowie robuste, vibrationsfeste Gehäusekörper.

DL8-Serie – OEM-Panels mit sehr hoher Dichte

Modulares OEM-Panel mit sehr hoher Leuchtdichte und MCCD©- sowie HTTM©-Technologie. Dadurch vereint es hohe Leuchtdichte in einem kompakten Gehäuse, das sich ideal für die Montage an Endeffektoren eignet.

DL6-Serie – LED-Panels mit hoher Pixeldichte

Modulares LED-Matrix-Panel mit Hochintensitäts-LEDs, ausgestattet mit einem MCCD©-Treiber und HTTM©-Technologie. Dadurch liefert es ein gleichmäßiges Direktlicht zur Teileortung und zur Überprüfung der Montage.

DL5-Serie – Modulare Hochleistungs-Paneele

Modulares Hochfluss-Panel mit MCCD©-Stabilisierung und Strobe-Modus. Daher eignet es sich für schnelle Roboterzyklen und lässt sich über PNP-, NPN- oder IO-Link-Steuerung integrieren.

Für die Positionierung koaxialer Bauteile bietet RODER zudem LED-Ringbeleuchtungseinheiten an, während sich LED-Hintergrundbeleuchtungen für die Maßmessung mit Kobots eignen. Über die Katalogoptionen hinaus bietet RODER Vision technische Unterstützung bei der Integration von Endeffektoren und der Auswahl gemäß IEC 62471. In der Praxis sorgt die richtige kompakte Beleuchtungseinheit dafür, dass der Kobot sicher, leicht und zuverlässig arbeitet. Definieren Sie daher zunächst die Aufgabe und die Geometrie und wählen Sie anschließend die passende DL-Beleuchtungseinheit aus.

Häufig gestellte Fragen

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