Systemy wizyjne. Roboty ze zmysłem wzroku

Wzrok to król zmysłów. Mimo że ludzie korzystają z kilku zmysłów, to właśnie wzrok dostarcza naszemu mózgowi aż 80% informacji, które pozwalają nam odnaleźć się w otoczeniu, zapewnić sobie bezpieczeństwo, a także utrzymywać relacje z innymi ludźmi. Wzrok jest kluczowym analizatorem w procesach poznawczych i stanowi nieocenioną pomoc przy wykonywaniu wszystkich codziennych czynności. W świecie robotyki, która w dużej mierze stara się odwzorować zdolności człowieka, jest podobnie. Systemy wizyjne – nieodzowny element większości nowoczesnych linii produkcyjnych – pomagają robotom przemysłowym „pozyskiwać informacje o otoczeniu”. Dzięki nim roboty przestają być mechanicznymi ramionami działającymi „po omacku”, a stają się istotnymi ogniwami produkcji, które w wyniku przemyślanego i ściśle dostosowanego do sytuacji działania bezpośrednio wpływają na jakość, bezpieczeństwo i opłacalność produkcji.

FANUC iRVision – udoskonalany od ponad 30 lat

Wszystkie roboty marki FANUC mają procesor systemu wizyjnego FANUC iRVision (integrated Robot Vision) zintegrowany z systemem sterującym robota, w myśl koncepcji plug & go (podłącz i uruchom). Po podłączeniu kamery każdy robot marki FANUC „widzi” środowisko, w którym pracuje. Oznacza to, że potrafi bardzo dokładnie określić miejsce, gdzie znajduje się obiekt, który ma być przez niego chwycony i ocenić, jak bardzo jest on odsunięty od swojego pierwotnego położenia. Niezależnie od tego, gdzie i w jakiej pozycji znajduje się detal, robot potrafi go odpowiednio uchwycić, skorygować położenie i przenieść do miejsca przeznaczenia. Robot dysponujący zmysłem wzroku potrafi odczytywać kody kreskowe i informacje zamieszczone na etykietach, rozróżniać cechy i kolory poszczególnych produktów czy dobierać optymalne narzędzia do realizacji poszczególnych zadań. Umożliwia także kompensację niedokładnego chwycenia detalu, wynikającego np. z konstrukcji chwytaka.

System FANUC iRVision jest produktem w 100% złożonym z komponentów marki FANUC, opartym na stabilnym systemie operacyjnym FANUC i w pełni przygotowanym do obsługi zarówno nieruchomych, jak i poruszających się obiektów zróżnicowanych pod względem kształtu, wymiarów oraz pozycji. Co ważne, aby robot ze zmysłem wzroku mógł dobrze realizować swoje zadania, nie musi być wyposażony w dodatkowy, kosztowny sprzęt zewnętrzny, np. komputer PC. Warto również dodać, że autorski system wizyjny FANUC współpracuje z oprogramowaniem symulacyjnym FANUC ROBOGUIDE. Dzięki temu jeszcze przed dokonaniem inwestycji można przewidzieć efekty zastosowania systemu wizyjnego w określonej produkcji.

Wszechstronność i łatwa obsługa

System wizyjny FANUC iRVision jest rozwiązaniem, które sprawdzi się w każdej produkcji. Może pracować zarówno na płaszczyźnie, jak i w przestrzeni. Oferuje pełen zakres opcji wizyjnych – kompensacja 2D (losowe rozmieszczenie detali w osiach X, Y lub X, Y oraz Z – stosowana najczęściej w aplikacjach przenoszenia, montażu i obsługi maszyn), kompensacja 2½D (losowe rozmieszczenie detali w osiach X, Y lub losowe odchylenie w osiach X, Y i przesunięcie w osi Z – najczęściej wykorzystywana w procesach depaletyzacji), kompensacja 3D (losowe rozmieszczenie detali w przestrzeni – najczęściej stosowana w aplikacjach typu Bin Picking, czyli lokalizowania i pobierania detali ułożonych w pojemniku/koszu całkowicie losowo) oraz 3D Laser (niezawodne rozpoznawanie pozycji części w osiach X, Y, Z oraz orientacji W, P, R; system wykrywa obiekty za pomocą światła laserowego, co gwarantuje dobre rezultaty w przypadku płaskich powierzchni – nawet, gdy mamy do czynienia z uszkodzeniem części,
np. rdzy, wilgoci lub odbarwienia).

Rozwiązaniem najczęściej spotykanym w aplikacjach zrobotyzowanych jest system z kamerą 2D, wykorzystujący wizję do przetwarzania informacji z otoczenia. Jednak dziś, kiedy linie produkcyjne są coraz szybsze i znacznie bardziej złożone, takie systemy często stają się niewystarczające. Wychodząc naprzeciw potrzebom odbiorców, firma FANUC oferuje narzędzie wizyjne, umożliwiające detekcję obiektów w przestrzeni trójwymiarowej. iRVision 3D Area Sensor to system działający na zasadzie stereowizji. Składa się z projektora rzucającego wiązki światła na detale oraz dwóch kamer, skierowanych pod kątem do podłoża. Na zasadzie triangulacji z dwóch obrazów 2D obliczana jest mapa punktów w trzech wymiarach, a następnie określane jest położenie całego detalu w tej przestrzeni. Warto podkreślić, że zastosowany czujnik 3D Vision mierzy całą powierzchnię kosza lub pojemnika w czasie rzeczywistym. Dzięki temu może „zobaczyć” pełną mapę 3D, a następnie jednorazowo określić w niej położenie kilku lub nawet kilkunastu detali w przestrzeni trójwymiarowej. W zależności od rodzaju obiektu do wyboru jest wiele opcji, m.in. szukanie powierzchni, najwyższych punktów pozyskanej mapy 3D, płaszczyzn lub otworów.

W systemie wykorzystano narzędzia software FANUC, które nie wymagają uczenia wzorca detalu. Co równie ważne, system może pracować samodzielnie i z bardzo wysoką dokładnością, bez potrzeby instalowania dodatkowych urządzeń zewnętrznych, np. komputera PC. Kwestią wartą podkreślenia jest również bezpieczeństwo systemu. Wyznaczenie modelu kosza z detali oraz narzędzia pozwala uniknąć kolizji przy pobieraniu detalu. W razie wystąpienia takiego ryzyka system oblicza nową bezpieczną pozycję pobierania w dopuszczonych przez użytkownika granicach.

Kamera (kolorowa o rozdzielczości 640 px × 480 px lub czarno-biała o rozdzielczości 1280 px × 1024 px) współpracująca z systemem może być zamontowana na stanowisku, na ramieniu robota – na stałe lub czasowo – i swobodnie przemieszczana w zależności od bieżących potrzeb. Do jednego kontrolera robota można podłączyć maksymalnie 16 kamer, by korzystać z ponad 20 różnych procesów wizyjnych, dla których przewidziano ponad 50 różnych narzędzi ułatwiających realizację poszczególnych procesów produkcyjnych.

Mnogość funkcji – szerokie zastosowanie

System iRVision został wyposażony w szereg narzędzi wspomagających realizację poszczególnych procesów. Wśród nich warto wymienić narzędzie do automatycznego generowania trajektorii dla robota na podstawie zdjęcia obiektu, wyszukiwania jego krawędzi i określenia ich pozycji w przestrzeni. Funkcja Image-To-Points umożliwia użytkownikowi szybkie stworzenie aplikacji (np. frezowania zewnętrznego czy gratowania krawędzi) i zapewnia elastyczność systemu. Może on bowiem dostosować się do zadanych warunków geometrycznych (wymiarów i kształtów detali), nawet znacznie zróżnicowanych. Dzięki temu narzędzie obróbcze może na bieżąco przeprowadzać operację na kolejnych, różnych obiektach, nie opierając się na zdefiniowanym wcześniej „sztywnym” wzorcu detalu. Funkcja znajduje również zastosowanie we współpracy z czujnikiem siły. W tej konfiguracji, po wykonaniu zdjęcia, opcja Image-To-Points generowałaby odpowiednią dla obróbki trajektorię wzdłuż krawędzi obiektu. Prowadzone po niej narzędzie byłoby jednocześnie dociskane do obrabianego obiektu z ustaloną, stałą siłą dzięki wbudowanym funkcjom czujnika. FANUC rozwija takie rozwiązanie jako pakiet Deburring Package.

Inną dużą zaletą systemu FANUC iRVision jest funkcja iRPickTool pozwalająca wykorzystywać go do obsługi detali znajdujących się na przenośnikach taśmowych. Dzięki temu, że robot „widzi” części ułożone na taśmie w sposób losowy, mogą one być przez niego lokalizowane i pobierane w ruchu, a następnie odkładane w określone miejsce. Zastosowanie systemu wizyjnego w takiej sytuacji znacznie zwiększa możliwości przetwórcze linii. Stosunkowo nowym rozwiązaniem jest iRVision Weld Tip Inspection, który wizualnie sprawdza stan końcówek do zgrzewania punktowego i na tej podstawie wykrywa błędy. Z kolei iRVision TorchMate, przeznaczony do procesów spawania, utrzymując centralny punkt narzędzia dokładnie na jego ścieżce, zapewnia doskonałą i stałą jakość spawania. Zastosowanie systemu wizyjnego w tym procesie pozwala eliminować czynności przygotowawcze i generować znaczne oszczędności.

Warto podkreślić, że system iRVision jest intuicyjny i bardzo przyjazny użytkownikom. Diagnostyka systemu jest bardzo prosta i nie stwarza żadnych problemów nawet początkującym. Jest to możliwe dzięki temu, że użytkownik na jednym panelu widzi bieżący status stanowiska zrobotyzowanego. Nie ma potrzeby stosowania dodatkowego interfejsu. Dodatkową korzyścią dla użytkownika jest to, że w aplikacji wyposażonej w zintegrowany system wizyjny znika problem wymiany danych między systemem wizyjnym a kontrolerem robota.

Nowy wymiar wzroku robotów

Systemy wizyjne muszą nadążać za dynamicznie zmieniającymi się wymaganiami współczesnej produkcji. Dlatego oczekuje się, że będą coraz szybsze, coraz bardziej precyzyjne i wydajne, a do tego mniejsze, łatwiejsze w obsłudze i jeszcze bardziej przyjazne dla użytkownika. W związku z tym firma FANUC wprowadziła wraz z nowym kontrolerem R-30iB Plus udoskonalony system wizyjny iRVision. Najnowszy produkt FANUC jest wyposażony w nowy, szybki interfejs kamery cyfrowej. Użytkownicy wzbogaconego pakietu wizyjnego FANUC z pewnością zauważają, że zapewnia on znacznie krótsze czasy procesów wizyjnych, a także czterokrotnie szybszą transmisję danych. Jest tu również sporo udogodnień dla użytkownika. Poprawiono m.in. poziom intensywności zintegrowanego światła LED, dostęp do obiektywu w celu regulacji ostrości i przesłony, a ponadto sposób zasilania diody LED, która jest zasilana i sterowana przez standardowy kabel kamery. Uproszczono również procedurę ustawiania i kalibracji kamery. W najnowszym pakiecie wizyjnym jest również dostępne nowe narzędzie do pozyskiwania i przechowywania obrazów – iRVision Snap Tool – umożliwiające optymalne dostosowanie parametrów procesu wizyjnego (w tym kontroli światła LED) do własnych potrzeb, jak również praktyczny przewodnik po ustawieniach iRVision. Nowy system wizyjny FANUC został zaprojektowany tak, by początkujący użytkownicy mogli korzystać z niego w sposób całkowicie intuicyjny.

Widzące roboty a Przemysł 4.0

Najnowsze rozwiązanie firmy FANUC to kolejny krok na drodze do urzeczywistnienia idei Przemysłu 4.0. Fabryki przyszłości będą bazować na maszynach komunikatywnych i zdolnych do samodzielnej nauki. Do tego niezbędne są im „zmysły” umożliwiające skuteczną wymianę danych oraz współpracę z człowiekiem i innymi maszynami.

FANUC Polska Sp. z o.o.
ul. T. Wendy 2, 52-407 Wrocław
tel. 71 776 61 60
fax 71 776 61 69
www.fanuc.pl

źródło: Automatyka 5-6/2020