Präzise Augen für den Roboter – Automatisierung in der Lebensmittelindustrie

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Die Anlagenbau Habeck GmbH & Co. KG hat eine roboterbasierte Pick and Place-Maschine für die Lebensmittelindustrie auf Basis von Machine Vision entwickelt. Dank der Bildverarbeitungssoftware MERLIC der MVTec Software GmbH greift der Roboter unterschiedlich geformte Gegenstände von einem Förderband sicher auf.

Ungeordnet liegende Produkte dank Machine Vision sicher greifen

Die Anlagenbau Habeck GmbH & Co. KG hat eine Pick and Place Roboter-Applikation für ein breites Kundenspektrum aus der Lebensmittelindustrie entwickelt, die flexibel zur Bearbeitung der verschiedensten Waren eingesetzt werden kann. In der Lebensmittelindustrie gleicht häufig kein Produkt dem anderen, beispielsweise bei Kartoffeln. Die Aufgabe des Roboters ist es, nicht ausgerichtete Produkte aus der Lebensmittelindustrie mit möglichst hoher Taktleistung sicher zu greifen und für den weiteren Produktionsprozess präzise abzulegen. Aufgrund der Varianz der Produkte sind keine festen und wiederholbaren Programmierungen, wie etwa wiederkehrende Verfahr-Bewegungen, für diese Prozesse geeignet. Mit Machine Vision jedoch können die Pick and Place-Maschinen komplex strukturierte oder ungeordnet liegende Objekte erkennen, lokalisieren und greifen. Hierbei kommt die easy-to-use Bildverarbeitungssoftware MERLIC von der MVTec Software GmbH zum Einsatz.

roboter merlic software
Der Delta-Roboter in der Mitte der Zelle erkennt dankt der Bildverarbeitungssoftware MVTec MERLIC die über das Förderband zugeführten Teile.

Pick and Place-Maschine erkennt unsortierte Lebenmittel

In der Lebensmittelindustrie liegen Produkte wie Kartoffeln oder Schokoriegel üblicherweise unsortiert auf dem Förderband, wenn sie dem Roboter-Packbereich zugeführt werden. Dabei variiert die Anzahl der Objekte von null bis 20, wobei abhängig von der Losgröße auch eine höhere Menge möglich ist. Die Lebensmittel werden mit gleichbleibender Geschwindigkeit auf dem Transportband in den Arbeitsbereich des Pick and Place-Roboters befördert. In einem von Fremdlicht abgeschirmten Turm ist die Kamera und die LED-Panel-Beleuchtung installiert. Der Roboter aktiviert synchron zum Bandvorlauf den Bildeinzug. So ist sichergestellt, dass die komplette Fläche des laufenden Bandes und jedes Produkt mindestens einmal von der Bildverarbeitungssoftware MERLIC erfasst wird. Durch einen am Gurtförderband verbauten Inkremental-Geber kann das Roboterprogramm die fortlaufende Bandposition in Millimetern mitzählen.

pick and place
Außenansicht der kompakten Pick-and-Place-Applikation mit Unterstützung von industrieller Bildverarbeituung.

Automatisiertes Handling nach dem First-in/First-out-Prinzip

In der Pick and Place-Anwendung kommuniziert das Machine-Vision-System via User Datagram Protocol (UDP) mit dem installierten Deltaroboter: Es übermittelt die präzisen Positionsdaten über ein eigens entwickeltes Plugin, welches das Kommunikationsprotokoll mit dem Roboter abbildet. Sobald die Lebensmittel in dessen Arbeitsbereich gelangen, beginnt es mit dem Handling nach dem First-in/First-out-Prinzip: Die Pick and Place-Maschine nimmt das Produkt, welches sich in Bandlaufrichtung am weitesten vorne befindet, als erstes auf und deponiert es am Ablageort. Dabei werden die Koordinatensysteme von MERLIC und des Roboters aufeinander abgestimmt. So entsprechen die Vision-Koordinaten exakt dem eingelernten Arbeitsbereich des Roboters. Zudem wird der Abstand zwischen dem Nullpunkt vom Machine-Vision-System zum Pick and Place-Roboter einmalig während der Installation der Anlage ausgemessen. 

pick and place
Der Roboter greift nach dem Prinzip “First-in/First-out-Prinzip” die Teile. Die Bauteile, unterscheiden sich auch in der Oberflächenbeschaffenheit.

Machine Vision als Augenersatz für Pick and Place-Roboter

„Eine besondere Herausforderung bei der Umsetzung des Projekts bestand darin, starre Strukturen wie etwa Industrie-Roboter und statisch programmierte Steuerungssysteme mit dynamischen Datenquellen wie Machine-Vision-Lösungen nahtlos zu kombinieren“, erklärt Johannes Großehagenbrock, Projektleiter bei Anlagenbau Habeck. Der Anlagenbauer hat sich schließlich für die easy-to-use Bildverarbeitungssoftware MERLIC von MVTec entschieden, welche als Augenersatz für den Roboter dient. Mit der Machine-Vision-Software erhalten die Roboter die notwendigen präzisen Informationen über die Position und Ausrichtung der zu bearbeitenden Lebensmittel. Zum Einsatz kommt dabei das MERLIC Tool „Mit Matching lokalisieren“. Dieses findet Objekte präzise, robust und schnell, auch unter erschwerten Bedingungen. Dank der Matching-Technologie kann der Pick and Place-Roboter flexibel auf sich ändernde Variablen in der Umgebung reagieren, etwa wenn Konturen rotiert, skaliert, perspektivisch verzerrt, teilweise überdeckt oder außerhalb des Bildes liegen.

Automatisierte Prozesse in der Lebensmittelindustrie dank Machine Vision

Seit April 2022 ist die Pick & Place-Anwendung von Anlagenbau Habeck fertig entwickelt. Damit lässt sich der Projektierungs-Aufwand bei der Einrichtung einer zukünftigen Kundenanlage inklusive Machine-Vision-System deutlich reduzieren. „Gerade die intuitive Kombination aller relevanten Bestandteile der industriellen Bildverarbeitung bei MERLIC vom Bildeinzug über Visualiserung bis hin zur Kommunikation bietet dem Kunden die größtmögliche Benutzerfreundlichkeit“, resümiert Johannes Großehagenbrock.

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