Robotyzacja wspierana systemami wizyjnymi

Na halach produkcyjnych pojawiają się stanowiska kontrolne, które wyręczają ludzi w żmudnym procesie sprawdzania jakości produktu. W przypadkach, gdy taka kontrola wymaga manipulacji obiektami, funkcję tę przejmuje manipulator. Systemy wizyjne, pracując przez 24 godziny na dobę, w sposób obiektywny sprawdzają detale oraz na bieżąco sporządzają statystyki, pozwalając na szybką i dokładną detekcję miejsca powstawania braków, np. rozregulowania maszyn produkcyjnych czy zużycia narzędzi, co przekłada się na zmniejszenie liczby odpadów i obniżenie kosztów produkcji. Systemy wizyjne mogą być stosowane zarówno do kontroli międzyoperacyjnej, jak i do końcowej kontroli jakości gotowych wyrobów.

Nowe możliwości robotów

Do niedawna funkcje systemów wizyjnych ograniczały się do sprawdzania poprawności wykonania części: kontroli wymiarów, rozstawu otworów, jakości krawędzi, struktury, sprawdzania poprawności montażu, czyli kompletności i poprawności montowanych części, kontroli jakości połączeń spawanych oraz identyfikacji detali, tj. odczytu napisów, kodów kreskowych i kodów Data Matrix.

W ostatnim czasie pojawił się nowy kierunek rozwoju systemów wizyjnych. Powoli kamera staje się integralną częścią wyposażenia robotów przemysłowych. Roboty nie są już tylko zaprogramowanymi maszynami, powtarzającymi wyuczone ruchy. Potrafią patrzeć i samodzielnie (oczywiście w ramach napisanego programu) podejmować decyzje oraz nadzorować wykonywane przez siebie czynności. Bardzo dokładne pozycjonowanie mechaniczne detali wydaje się powoli odchodzić w przeszłość. Klasyczne systemy wizyjne (2D) pozwalają np. na określanie orientacji detali luźno poruszających się na taśmie transportera, a następnie na przesyłanie współrzędnych do programu sterującego robota i podjęcie ramieniem detalu w trakcie ruchu.

Korzyści z systemów wizyjnych

Połączenie robotów przemysłowych z systemami wizyjnymi 3D pozwala na pobieranie części składowanych np. z kontenerów. Eliminuje to konieczność ich rozładunku i mechanicznego pozycjonowania detali. Takie skrócenie drogi transportowej to znakomita oszczędność zarówno czasu, środków, jak i miejsca na hali oraz zaangażowania pracowników. 

Dzięki połączeniu robotów przemysłowych z systemami wizyjnymi wzrasta także elastyczność linii produkcyjnych. Do zmiany asortymentu nie jest już konieczne projektowanie nowych elementów pozycjonujących – wystarcza zmiana programu wizyjnego i ewentualna wymiana osprzętu, chwytaka robota. Taka operacja znacznie skraca czas oraz obniża koszty przezbrajania linii produkcyjnej.

Coraz śmielej systemy wizyjne odnajdują się również na trudnym dla nich polu zrobotyzowanych aplikacji spawalniczych. Potrafią na bieżąco, w trakcie procesu, nadzorować wykonywaną przez robota operację spawania. Kontrolują np. linię łączenia dwóch elementów i potrafią w razie potrzeby korygować trajektorię spawania.

Oprogramowanie Kuka Vision

Wzmożone zainteresowanie robotami przemysłowymi, wyposażonymi w system wizyjny, zaowocowało współpracą firmy KUKA, producenta robotów przemysłowych, z jednym z czołowych producentów kamer inteligentnych – firmą Cognex (dawniej DVT). Powstało nawet specjalne oprogramowanie Kuka Vision, które zainstalowane jest na komputerze sterującym robotem i umożliwia bezpośrednie podłączenie kamery do systemu sterującego robota. Pozwala to na łatwe podłączenie kamer firmy Cognex do dowolnego typu robota firmy Kuka. Również roboty innych czołowych marek są wyposażone w łatwo konfigurowalne zestawienie robota i kamery.

Szybkie programowanie robota

Obecnie trwają prace nad stworzeniem systemu wizyjnego, służącego do programowania robotów odtwarzających trajektorię ruchu, generowaną ludzką ręką ze znacznikiem. Zadaniem tego systemu ma być zarejestrowanie trajektorii narzędzia poruszanego przez operatora i przekształcenie jej na program robota. Jest to możliwe dzięki wyposażeniu instalacji w kamery i narzędzia w specjalne znaczniki. Taki system wizyjny pozwoli w przyszłości na zrobotyzowanie operacji wykonywanych dla detali wytwarzanych w małych seriach, a także na wyeliminowanie długotrwałego procesu programowania robota, który obecnie stanowi główną przeszkodę w robotyzacji produkcji krótkoseryjnych.

W tym samym czasie, gdy robot pracuje, będzie istniała możliwość opracowywania programu robota dla następnego detalu, z wykorzystaniem omawianego systemu, i szybkie jego wgranie już do manipulatora. System ten jest tworzony z myślą o zrobotyzowaniu procesu spawania detali, wykonywanych w małych seriach. Jednak w przyszłości zakres możliwości tego systemu najpewniej znacznie się zwiększy, pozwalając na jego użycie np. w aplikacjach malowania, paletyzacji i wielu innych.

mgr inż. Łukasz Wojtczak

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

źródło: PAR 11/2014