Best Practice Forschungsprojekte

TakeIT – Verfahrensentwicklung für die Roboter-gestützte Objektentnahme mittels multisensoraler 3D-Messtechnik

Themenstellung 

Ein zentrales Problem der Automatisierungstechnik besteht darin, Roboter in die Lage zu versetzen, ungeordnet in einem Behälter liegende Objekte erkennen und greifen zu können („bin picking“). Um Roboter dazu zu befähigen, benötigen sie eine möglichst eindeutige, genaue und vollständige räumliche Beschreibung der zu greifenden Objekte.

Trotz der weit fortgeschrittenen Messtechnik ist dies ein bis heute nicht zufriedenstellend gelöstes Problem, da die bislang eingesetzten Messverfahren nicht gleichzeitig die nötige Geschwindigkeit, Genauigkeit und Vollständigkeit in der Erfassung von 3D-Oberflächen besitzen. Neuerdings verfügbare 3D-Messkameras können mit ihrer hohen Messfrequenz zur Lösung dieser Problemstellung beitragen.

Um die Schwächen aktueller 3D-Kameras hinsichtlich ihres höheren Messrauschens, ihrer geringeren Auflösung und der mangelnden morphologischen Präzision an Kanten zu kompensieren, werden die 3D-Datensätze mit hochauflösenden Bildern einer simultan eingesetzten Industriekamera ergänzt.

Aktivitäten

Das Messsystem, bestehend aus einer höher aufgelösten monochromen 2D-Kamera und einer mobilen 3D-Kamera, setzt für die Ausschöpfung des Potenzials der Messsensoren und die Möglichkeit der konformen Nutzung eine gemeinsame Kalibrierung und Kenntnis der gegenseitigen Orientierung voraus.

In einer sogenannten „Simultankalibrierung“ werden diesbezüglich für beide Systeme die Kameraparameter sowie deren relative Orientierung über einen Ausgleichungsprozess mitbestimmt. Diese feste relative Beziehung zwischen beiden Sensoren ermöglicht die Korrespondenzwiederherstellung zwischen Bild und 3D Messungen.Dies ermöglicht das Zusammenspiel beider Sensoren im Hinblick auf die robuste Generierung eines 3D-Gesamtmodells durch die Registrierung einzelner Aufnahmen.

Aus dem Gesamtmodell wird in einem weiteren Verarbeitungsschritt die Position und Ausrichtung  der einzelnen zu entnehmenden Objekte detektiert und an den Roboter übertragen. Die Ermittlung der Positionen erfolgt dabei über Segmentierungsalgorithmen, angewendet auf den 3D-Datensatz, kombiniert mit Verfahren aus der Bildanalyse.

Anwendung

Die Projektergebnisse kommen zunächst einmal primär den Projektpartnern Metronom Automation GmbH und Hirata Engineering Europe GmbH zugute. Beide Unternehmen haben ihre Tätigkeit in der Fabrikautomation und robotergestützten Fertigung bzw. Qualitätskontrolle. Perspektivisch gesehen wird TakeIT in deren zentralen Anwendungsfeldern zum Einsatz kommen können.

Auf einen Blick

Projektleitung:

Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs
(Fachbereich Technik / i3mainz - Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik)

Beteiligte Personen:

Mathias Burger, M.Sc.
Songül Polat, M.Sc.

Laufzeit:

3 Jahre (Beginn 2009)

Finanzierung:

Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation

Kooperationspartner:

Metronom Automation GmbH
Hirata Engineering Europe GmbH

Kontakt:

i3mainz@hs-mainz.de

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