Gerhard Schubert GmbH

Острый глаз машин TLM

Откуда знают роботы полностью автоматических упаковочных машин Schubert какой продукт, когда и как они должны захватить и опустить? Они могут видеть. Функцию человеческого глаза на установках TLM выполняет система обработки изображений.  Команда доктора Абдельмалека Назрауи, начальника отдела обработки изображений фирмы Schubert, ежедневно работает при помощи систем визуализации над тем, чтобы роботы видели все, что необходимо для эффективной и высококачественной упаковки продуктов в любой отрасли. Schubert считается пионером обработки изображений в отрасли упаковки и непрерывно совершенствует собственные технологии.

Новая система 3D камер реализует полностью автоматический захват беспорядочно расположенных сложных продуктов, находящихся в любом положении. Не сортированные, соскользнувшие или лежащие один на другом продукты – четыре камеры и два высокотехнологичных проектора 3D системы обработки изображения точно определяют положение, высоту и угол поворота подаваемых продуктов любой формы и любого цвета. Это позволяет инструменту робота точно захватывать подаваемые компоненты независимо от их формы, что исключает дорогостоящие линии сортировки и разъединения. После каждой операции робота система снова осуществляет трехмерную регистрацию объектов и при этом определяет положение следующего захватываемого продукта. Поэтому отбор продукта осуществляется надежно и тогда, когда вследствие взятия одного продукта меняется расположение других продуктов.

Новая мощная система камер за доли секунды создает 3D изображения с очень высоким разрешением. Благодаря этому можно также наряду с позицией и положением объекта быстро определять его высоту и качество. Это гарантирует, что роботы могут захватывать продукты, находящиеся в любом положении в трехмерном пространстве. Две пары камер обеспечивают лучший круговой обзор и меньше пробелов на изображении, чем обычные системы с одной 3D камерой. Кроме того, между каждой парой камер имеется по одному проектору, который направляет на продукты образец изображения. Проектирование образцов изображения и стерео обработка изображений комбинируются для создания оптимальных массивов точек. Контроль высоты и поверхности является важнейшей функцией распознавания продуктов в 3D пространстве и их качественной оценки.

Данные изображений системы визуализации и профиль высоты отображаются на панели управления. Каждый обнаруживаемый продукт характеризуется определенным набором параметров, доступ к которому оператор линии имеет из соответствующего меню. Вид и количество параметров зависят от применения и их можно изменять индивидуально. Их определяют заранее в зависимости от постановки задачи и сохраняют в системе управления. Во время работы изменять параметры невозможно.

Das neue 3D-Kamerasystem von Schubert ermöglicht eine formatfreie Komponentenzuführung dank einer implementierten „Griff in die Kiste“-Funktion für komplexe Produkte in beliebigen Lagen.

Höheres Tempo dank starken Prozessoren im 3D-Scanner

Dieses neue 3D-Kamerasystem haben die Schubert-Ingenieure auf Basis der bestehenden eigenen Bildverarbeitungssysteme entwickelt. Seit Anfang der 1980er Jahre arbeitet Schubert an der Entwicklung der Bildverarbeitung für Verpackungsroboter. Auf Durchlicht-, Auflicht- und Farbauflichtscanner folgte 2014 der 3D-Scanner, der die Produkterkennung und die Qualitätskontrolle auf ein neues Leistungsniveau hob. Auch diesen erfolgreich am Markt eingeführten 3D-Scanner haben die Spezialisten in Crailsheim entwickelt und jüngst noch weiter optimiert. Künftig liefert der 3D-Scanner eine noch höhere Auflösung. Neben der verbesserten Bildqualität überzeugt der optimierte 3D-Scanner zudem mit einem höheren Durchsatz. „Durch intelligente Hardware-Implementierungen von 3D-Bildverarbeitungsalgorithmen verarbeiten wir die großen Mengen an 3D-Bilddaten nun noch schneller“, sagt Abdelmalek Nasraoui. Der 3D-Scanner von Schubert ist weltweit einzigartig: Er liefert Farb- und Höhenbilder und ist in verschiedenen „Längen“ als kompakte Systemkomponente verfügbar, je nach Bandbreite der Anlage. Im 3D-Scanner sind alle 100 Millimeter abwechselnd hochauflösende Farbzeilenkameras und Lichtmusterprojektoren verbaut. Jede Kamera teilt ihr Sichtfeld zur Hälfte mit ihrem Nachbarn. Gemäß dem Prinzip der Stereoskopie gibt es von jedem Produkt zwei Bilder aus unterschiedlichen Sichtwinkeln. Aus diesen lässt sich die Höhe der Produkte berechnen. Ebenso werden aus den Lichtmustern Produkthöhen berechnet. Dieses redundante System bietet höchste Anlagensicherheit. Sobald die Produkte den Bereich unter dem Scanner verlassen haben, liegen die 3D-Daten vor.

Der weltweit einzigartige 3D-Scanner von Schubert: Schematische Darstellung der Sensoren und Projektoren mit den Überlappungen der Sichtfelder der Sensoren sowie den Überlappungen der angestrahlten Bereiche.

Zukunft mit KI: Künstliche Intelligenz in der Qualitätssicherung

Aktuell forschen die Bildverarbeitungsexperten bei Schubert zudem an einem intelligenten System für die Qualitätssicherung. Künstliche Intelligenz (KI) und Deep Learning sind die Stichworte: Neuronale Netze (insbesondere die CNN, Convolutional Neural Networks) sollen im Vorfeld mit mehreren Tausenden von Produktbildern trainiert werden und danach selber erkennen, ob ein bestimmtes Produkt die Qualitätskriterien erfüllt und im Verpackungsprozess weiterbearbeitet wird. „Backwaren weisen eine hohe Varianz in Form und Oberfläche auf. Zudem gibt es pro Produktklasse eine Vielfalt an möglichen Defekten. Diese beiden Faktoren machen die mathematische Beschreibung der Form- und Qualitätsmerkmale zu einer Herausforderung. Neuronale Netze werden hier zunehmend als mächtiges Instrument eingesetzt, um derartige komplexe Aufgaben zu bewerkstelligen“, sagt Abdelmalek Nasraoui. Wie bei dem 3D-Scanner und dem neuen 3D-Kamerasystem werden mit der Implementierung der Neuronalen Netze in die Verpackungsmaschinen von Schubert weitere Meilensteine der eigenen Bildverarbeitung realisiert.

Dank des neuen Kamerasystems funktioniert die Zufuhr auch dann zuverlässig, wenn sich durch die Entnahme eines Produkts die Anordnung der anderen Produkte verändert.