3-D-Scanner

Schubert: Effizienter verpacken mit räumlicher Objekterkennung

Der 3-D-Scanner wird über einem Transportband platziert, das der TLM-Anlage zum Beispiel die zu verpackenden Produkte, die Bestandteile für einen Kombi-Pack oder die Elemente für die Montage einer mehrteiligen Verpackung zuführt. Anhand der Bilddaten des Scanners erstellt das TLM-Vision-System eine dreidimensionale Form der einzelnen Produkte beziehungsweise Gegenstände.

Qualitätskontrolle

(Foto: Gerhard Schubert GmbH )
(Foto: Gerhard Schubert GmbH )
Das TLM-Vision-System kann mit der Information des 3-D-Scanners das Volumen und das Gewicht jedes Produkts ermitteln. Auch für die Stapelhöhe beziehungsweise für die Stapellänge bei Hochkant-Ablage in Schachteln, ist der Soll/Ist-Abgleich möglich: Nach jedem Ablagevorgang wird die aktuell erreichte Höhe oder Länge mitprotokolliert. Eine TLM-Anlage, die den neuen Scanner integriert, kann 3-D-Defekte wie eine gesprungene Glasur detektieren und diese Produkte automatisch ausschleusen.

Neue Möglichkeiten für Pick-und-Place

Ein weiterer Anwendungsbereich des 3-D-Scanners ist die Priorisierung der Produktaufnahme. Das TLM-Vision-System stellt zum Beispiel fest, wo sich überlappende Produkte befinden. Die ersten Roboter einer Pickerlinie nehmen bevorzugt die obenliegenden Produkte auf. Im Ergebnis steigt die Effizienz des Pick-und-Place-Vorgangs.

Die Information über das Volumen und das Gewicht dient als Grundlage für einen hochwertigen Gruppiervorgang. Die Roboter können die einzelne Produktformation so vervollständigen, dass sie innerhalb eines definierten Gewichtsbereichs liegt. Die Produkte der Formation können auch nach ihrer Größe, insbesondere nach der Höhe angeordnet werden.

Bei Verwendung des 3-D-Scanners toleriert das Vision System Bandverschmutzungen, solange sie unterhalb einer gewissen Höhenschwelle liegen. Produkte werden darüber hinaus auch in kontrastarmen Umgebungen besser als bisher detektiert. In dieser Weise erschwerte Bedingungen stellen somit keinen Hinderungsgrund mehr für die Bilderkennung dar.

3-D-Scanner im Einsaz bei Süßwaren

Die erste TLM-Pickerlinie mit 3-D-Scanner ging bei einem Süßwarenhersteller in Belgien in Betrieb, um Gebäck zu kontrollieren. Der eingesetzte 3-D-Scanner mit einer Länge von 1.200 mm verfügt über sieben Zeilenkameras und sechs Lichtprojektoren im Abstand von 100 mm. Damit erreicht er eine Höhenauflösung von 0,5 mm in einem Messbereich von 60 mm Höhe. Bei dieser Anwendung kam es darauf an, trotz Krümel und Schokoladenreste auf dem Transportband, die Erkennung der Produkte sicherzustellen.

Funktionsweise und Technologie des Schubert-3-D-Scanners

Die Entwicklung des 3-D-Scanners basiert auf dem stereoskopischen Ansatz, das heißt der Scanner nimmt von jedem Produkt zwei Ansichten aus verschiedenen Sichtwinkeln auf. Das berechnete Höhenprofil beinhaltet die Höhe jedes in beiden Ansichten erfassten Punktes im Raum. Das Transportband stellt dabei die Null-Höhe dar. Der Schubert 3-D-Scanner ist also ein Stereo-3-D-Scanner.

Im Sinne der modularen Bauweise werden mehrere Farbzeilensensoren in einem definierten Abstand nebeneinander angeordnet. Die Sichtfelder der Farbzeilensensoren ragen jeweils bis zur optischen Achse der beiden benachbarten Sensoren links und rechts heraus. Jeder physikalische Punkt der Produkte, aber auch des Transportbands, der von zwei benachbarten Sensoren gesehen wird, trägt unmittelbar zur Erstellung des Höhenprofils der Szene bei. Aus dem Höhenprofil rekonstruiert das Vision System anschließend die 3-D-Bilder.

Zwischen jeweils zwei Sensoren befindet sich ein Lichtprojektor, der leicht überlappende Lichtstreifen auf die Sichtfelder beider Sensoren projiziert. Das Lichtmuster obliegt einer bestimmten Gesetzmäßigkeit, die eine eindeutige Zuordnung der Bildpunkte in den Stereoansichten ermöglicht. Um in den Überlappungsbereichen den Projektionswinkel des Lichtmusters zu orten, verwendet der 3-D-Scanner abwechselnd zwei verschiedene Farben (zum Beispiel Rot und Blau).

Der 3-D-Scanner verfügt zusätzlich über eine Weißlichtbeleuchtung für Farbbildaufnahmen. Die Farbbilder werden aus den Stereoaufnahmen verzerrungsfrei und ohne Parallaxe rekonstruiert. Sowohl die farbigen Lichtstreifen als auch die weiße Beleuchtung können abwechselnd ein und ausgeschaltet werden, um unerwünschte Wechselwirkungen zu vermeiden.

(mns)
Über die Firma
Gerhard Schubert GmbH
Crailsheim
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