Roboty chwytają palety w cyfrowej technologii czujników 3D

Cyfrowa transformacja przemysłu w Polsce nie zwalnia tempa. Proces technologicznej industrializacji czwartej generacji jest w naszym kraju coraz bardziej zaawansowany. Zarządzający fabrykami czy zakładami produkcyjnymi w naszej części Europy zdali sobie sprawę z faktu, że innowacje wprowadzane od lat w krajach zachodnich dają wymierne korzyści i znaczną przewagę w konkurowaniu na wielu rynkach oraz w poszczególnych sektorach przemysłowych. Algorytmy sztucznej inteligencji wykorzystywane w biznesie to dziś fundament, zwłaszcza w dynamicznie zmieniającej się rzeczywistości gospodarczej. Wymusza ona elastyczne podejście do korygowania rodzaju, szybkości i jakości wytwarzanych produktów podczas rewolucyjnych zmian, zachodzących w produkcji przemysłowej niemal co roku.

Trudno wyobrazić sobie funkcjonowanie fabryk zgodnie z założeniami Przemysłu 4.0 bez systemów zrobotyzowanych. Z danych zebranych przez International Federation of Robotics można wywnioskować, że w obecnych czasach właściwie niemożliwe jest istnienie fabryk w oparciu o Przemysł 4.0 bez zrobotyzowanych systemów z dziedziny smart manufacturing i smart factory. Tylko w ciągu jednego pięciolecia liczba robotów pracujących w różnego rodzaju fabrykach i zakładach produkcyjnych na świecie wzrosła niemal dwukrotnie – do ponad 3 mln w 2020 r., z 1,8 mln w 2016 r. Najwięcej – około 923 000 robotów – wykazano w przemyśle motoryzacyjnym.

Naturalna efektywność

Z raportu Polskiego Stowarzyszenia Budownictwa Ekologicznego „Zrównoważone magazyny”, stworzonego w kooperacji z praktykami branżowymi, wynika, że z perspektywy generalnego wykonawcy inwestycji, realizującego ideę zrównoważonego rozwoju, organizacja procesu budowy magazynu czy hali produkcji musi przebiegać w taki sposób, aby minimalizować jej negatywny wpływ na środowisko. I to jest jedno z kluczowych wyzwań. „Aby pracować jak najefektywniej i jednocześnie z poszanowaniem zasobów naturalnych, należy dobierać materiały i technologie, które zapewniają najwyższą jakość i jednocześnie są przyjazne środowisku. Niezwykle istotna jest optymalizacja zamówień, z uwzględnieniem skrupulatnego wyliczenia liczby niezbędnych materiałów i ich gabarytów. Wszystko po to, by maksymalnie niwelować ilość odpadów” – czytamy w opracowaniu analityków PSBE.

Fotoelektryczne sensory 3D nadają się do wielu różnych zastosowań, jak detekcja objętości, odległości i poziomu. Mierzą one odległość między czujnikiem i najbliższym punktem na powierzchni, z zastosowaniem zasady impulsowej ToF. Czujniki oświetlają widok za pomocą wewnętrznego lub zewnętrznego źródła światła podczerwonego i obliczają odległość, wykorzystując impuls światła odbitego od powierzchni. – Czujniki przemysłowe są przydatne w zastosowaniach, w których jest monitorowana kompletność, są wyznaczane objętości czy obiekty są sortowane i depaletyzowane, ale też przy nawigowaniu robotów. Tak jest m.in. podczas zrobotyzowanego podnoszenia i odkładania przedmiotów w halach produkcyjnych czy magazynowych. W tego typu zastosowaniach świetnie sprawdzą się czujniki 3D do elastycznej automatyzacji zrobotyzowanych chwytaków. Innowacyjne urządzenia, przeznaczone dla robotów przemysłowych i lekkich robotów współpracujących, odpowiadają za wskazanie położenia obiektów przesuniętych. Jednocześnie mogą wykrywać różne kształty i odczytywać kilka położeń obiektów – mówi Aleksandra Banaś, prezes zarządu spółki ifm electronic, globalnego lidera automatyki przemysłowej, który swoje polskie przedstawicielstwo ma w Katowicach.

Bezbłędna nawigacja

Najemcy decydują się na  zastosowanie automatyki i robotyki dla usprawnienia operacji wewnątrz magazynu. Pomagają w  tym automatyczne sortery skanujące produkty po kodach QR czy koboty – współpracujące roboty samodzielnie kompletujące przesyłkę. Aby wszystko działało sprawnie, budynek musi być dostosowany do  automatyki procesów – podkreślają analitycy z Polskiego Stowarzyszenia Budownictwa Ekologicznego.

Fotoelektryczny czujnik 3D jest odpowiedni do chwytaków hydraulicznych, pneumatycznych i elektrycznych, ponieważ pozwala na niezwykle precyzyjne i praktycznie bezbłędne nawigowanie chwytakiem. Sensor 3D wykrywa położenie obiektów – nawet, gdy są one w ruchu – i przekazuje dane do sterowania chwytakiem robota. System może wykrywać prostokątne, okrągłe i nieregularne kształty oraz przesyłać do sterownika nie tylko informację o położeniu ich środka ciężkości, ale także ich liczbie czy wymiarach.

Typowe przedmioty to pudełka, opakowania kartonowe, wiadra, beczki, puszki, torby, koła lub bagaże. Dzięki automatycznemu dopasowaniu układów współrzędnych robotów przeładunkowych i czujnika 3D, gwarantowana jest redukcja czasu i kosztów podczas instalacji oraz optymalizacja procesów logistycznych. Jest to możliwe za sprawą niezależnego od siły roboczej i organizacji pracy zmianowej przepływu materiałów.

Maksymalna wydajność

Branżowi specjaliści jednym tchem wymieniają szereg korzyści płynących z zastosowania tego typu czujników. – Zautomatyzowane systemy chwytaków zwiększają wydajność wielu zastosowań, ponieważ monotonne etapy produkcji realizują szybciej i bardziej równomiernie niż człowiek. Ponadto żmudne przenoszenie ciężkich przedmiotów jest szkodliwe dla zdrowia pracowników i prowadzi do częstych absencji. Kiedy roboty przejmują ciężką pracę fizyczną, maksymalizuje to czas pracy urządzenia i pozwala na przesunięcie pracowników do zadań, do wykonywania których są lepiej przystosowani – wyjaśnia Piotr Szopiński, kierownik działu technicznego ifm electronic.

Kolejna wartość dodana to integracja w systemach automatyki przez cyfrowe wejścia i wyjścia lub interfejs procesowy Ethernet, które mogą wysyłać ostrzeżenia o błędzie, np. sygnalizując brak znalezienia danego obiektu. Oprócz danych do sterowania robotem, interfejs procesowy Ethernet dostarcza informacji do oprogramowania zarządzającego gospodarką materiałową i całym magazynem. – Niezależnie od tego, czy będą to ciężkie kartony lub inne pudła wypełnione materiałami opakowaniowymi, które są sporadycznie transportowane do zakładów pakujących lub do mieszalni materiałów budowlanych, gleby kwiatowej lub nawozów, gdzie surowce są często transportowane w workach, a następnie ponownie w nie pakowane – często wiąże się to z uciążliwymi czynnościami fizycznymi, które mogą być zautomatyzowane dzięki czujnikowi 3D i robotowi przeładunkowemu – dodaje Piotr Szopiński.

Precyzyjna depaletyzacja

Ułatwiona depaletyzacja całej warstwy lub jednolitych opakowań jednostkowych to następna z wielu zalet, jakie niesie ze sobą implementacja fotoelektrycznych czujników 3D w polskich halach magazynowych i produkcyjnych. Tego typu sensory ułatwiają także wykrywanie arkuszy przekładkowych oraz oszacowanie liczby sztuk pozostałych do dalszego przeniesienia czy rozpakowania. Dodatkowo automatyczna kalibracja współrzędnych kamery robota oraz ekonomiczność i ergonomia pośrednio przekładają się na zintegrowane unikanie kolizji podczas wielu czynności i prac, prowadzonych w jednym czasie. Zdaniem ekspertów efekt bezpośredni to optymalizacja procesów logistycznych.

Automatyczna depaletyzacja opakowań tej samej wielkości, np. kartonów, skrzynek, opakowań zewnętrznych lub pojemników, optymalizuje procesy logistyczne przez dynamiczne podawanie. Czujnik 3D wykrywa przesunięte ładunki i rozwiązuje błędy pozycjonowania między systemami depaletyzacji. Wskazanie pozycji umożliwia w pełni zautomatyzowaną depaletyzację warstw lub pojedynczych opakowań, niezależnie od założonego czy zaprogramowanego wzorca paletyzacji.

Dzięki ergonomicznie zoptymalizowanym warunkom pracy, zautomatyzowane systemy depaletyzacji zapewniają wyraźny wzrost wydajności z zastosowaniem narzędzi ekonomicznych i zmniejszają obciążenie pracowników.

Inteligentna oszczędność

– Wielu operatorów maszyn zastanawia się, jak funkcjonowanie takiego trójwymiarowego czujnika wygląda w praktyce i czy rzeczywiście przynosi to oszczędność czasu. Odpowiedź jest prosta, bo dzięki inteligentnemu czujnikowi O3D można wykrywać kolejny ładunek, podczas gdy robot jest jeszcze na etapie odkładania poprzedniego opakowania. Rezultat wdrożenia takiego rozwiązania to redukcja czasu i kosztów podczas instalacji, dzięki automatycznemu dopasowaniu układów współrzędnych robotów przeładunkowych i czujnika 3D – wymienia Aleksandra Banaś.

Do tego dochodzi optymalizacja procesów logistycznych ze zintegrowanym systemem unikania kolizji przez podawanie produktów niezbędnych do procesu, zgodnie z aktualnym zapotrzebowaniem. W tym przypadku również możliwa jest integracja w systemach automatyki dzięki cyfrowym wejściom i wyjściom lub interfejsowi Ethernet, przesyłającemu ostrzeżenia o błędach – np. w postaci detekcji nieoczekiwanego obiektu. Sensor precyzyjnie wykrywa też papierowe lub kartonowe warstwy przekładkowe, służące do oddzielenia produktów lub stabilizacji palety. Zarządzanie gospodarką materiałową i magazynem jest możliwe dzięki otrzymywanym danym do oprogramowania sterowania robotem, również z interfejsu procesowego Ethernet.

Niezależnie od tego, czy chodzi o depaletyzację pojedynczych elementów, czy całej warstwy, czujnik dostarcza współrzędne opakowań x, y, z oraz kąty obrotu alfa, beta, gamma do zrobotyzowanego chwytaka. Wymiary wyszukiwanych obiektów mogą być przesyłane do czujnika przez Ethernet. Sensor może przesyłać konfigurację ładunku palety i stany błędów do systemu gospodarki magazynowej. W przypadku pudeł dokładność mieści się w granicach 15 mm przy częstotliwości pomiarowej 1 Hz.

Rozszerzona parametryzacja

W rozszerzonym trybie ustawiania parametrów można zdefiniować modele do monitorowania poziomu i odległości oraz kontroli jakości. Różne interfejsy mogą być przypisane do wyjścia wartości pomiarowych zgodnie ze specyfikacjami użytkownika. To jeszcze jedna z wielu korzyści, jakie niesie ze sobą zastosowanie inteligentnych czujników O3D ifm electronic do rozpoznawania obiektów w przemyśle.

Bezcenne zalety to także podgląd obrazu na żywo, możliwość ustawienia maksymalnej konfigurowalnej odległości czy wyboru trybu ekspozycji. Specjaliści wymieniają też takie plusy, jak modyfikowalna docelowa liczba klatek na sekundę, możliwość wyboru różnych filtrów, definiowalne przycinanie danych 3D oraz obsługa kilku urządzeń jednocześnie dzięki różnym kanałom częstotliwości. – Czujnik 3D „patrzy” na jednostkę opakowaniową z góry i porównuje ją z modelami wprowadzonymi przez użytkownika w trybie uczenia. Sygnalizuje każde odchylenie przez wyjście przełączające. Ciągła wymiana informacji z użytkownikami i wszechstronne testy obsługi zaowocowały niezwykłą prostotą obsługi i integracji czujnika. W praktyce zapewnia to niezawodne wykrywanie niedostatecznego napełnienia lub przepełnienia, automatyczne śledzenie pozycji, zapamiętywanie wzorów różnych jednostek opakowaniowych, niezależne od koloru i odporne na światło obce dzięki technologii impulsowej ToF (PMD) oraz wyjścia przełączające i interfejs Ethernet danych procesowych – opiniuje Aleksandra Banaś.

Kompletny monitoring

Nigdy więcej niekompletnych przesyłek – ta podsumowująca temat opinia profesjonalistów korzystających z ultranowoczesnych rozwiązań ifm electronic przekonuje coraz większe rzesze odbiorców tych futurystycznych do niedawna zastosowań. Jeśli do odbiorcy dociera paleta, która ma choćby jedną niekompletną jednostkę opakowaniową, klient często zwraca wszystkie towary. Powoduje to nie tylko niezadowolenie, ale również dodatkowe koszty. Monitorowanie kompletności stanowi środek zaradczy. – Często pojedyncze czujniki są instalowane nad każdym indywidualnym położeniem jednostki opakowaniowej. Nie jest to jednak bardzo elastyczne rozwiązanie, jeśli zmienia się typ lub wielkość danego opakowania. Wtedy konieczne są zmiany. W przypadku zmiany koloru lub struktury jednostek opakowaniowych czujniki konwencjonalne osiągają granice swoich możliwości, natomiast fotoelektryczne sensory 3D traktują to jako normę – wyjaśnia Piotr Szopiński.

Wszystkie wspomniane problemy nie występują w przypadku monitorowania kompletności za pomocą czujników 3D. Kreator połączeń pomaga przy pierwszej instalacji. Prosta, wygodna i szybka konfiguracja trwa przeważnie do trzech minut, a integracja w systemach automatyki jest niezmiennie możliwa przez interfejs Ethernet lub cyfrowe wejścia i wyjścia.

Inne korzyści płynące z monitorowania kompletności to wprowadzanie różnych typów jednostek opakowaniowych i wybieranie ich bez konieczności wprowadzania zmian mechanicznych, jak np. sprawdzanie niedostatecznego napełniania lub przepełniania albo obu tych parametrów naraz. Automatyczna korekta położenia gwarantuje stabilne działanie nawet przy zmiennym położeniu obiektu, zaś impulsowa technologia (ToF) daje niezależność od koloru i odporność na światło obce.

IFM ELECTRONIC Sp. z o.o.
ul. Węglowa 7, 40-105 Katowice
tel. 32 70 56 400
e-mail: info.pl@ifm.com 
www.ifm.com/pl

źródło: Automatyka 6/2022