Części na wizji

Co się dzieje, kiedy za wybranie odpowiedniego przedmiotu spośród setki innych dla robota pick and place odpowiada wibracyjny podajnik bębnowy z systemem wizyjnym? Produktywność wzrasta o 20 procent.

Przedmioty są prezentowane na tacy podajnika (lewa dolna część zdjęcia; nie było możliwe pokazanie na zdjęciu przedmiotów faktycznie biorących udział w procesie, wobec czego wykorzystano cukierki o podobnych rozmiarach)
Użycie wibracyjnego podajnika bębnowego to ekonomiczna i niezawodna metoda podawania małych elementów z żądaną orientacją. Niestety jego główną słabością jest zastosowanie mechanicznych kanałów i prowadnic do orientowania części. Ogranicza to użycie tej metody do podawania jednej części lub podobnych części należących do tej samej rodziny. Ładowanie do prasy przeznaczonych dla lotnictwa elementów złącznych wydaje się idealnym zadaniem do zautomatyzowania przy użyciu wibracyjnego podajnika bębnowego i robota typu „pobierz i ułóż” (pick and place). Problematyczne byłoby jednak sortowanie 415 wykorzystywanych w tym procesie detali, ponieważ wymagałoby to zastosowania kilkudziesięciu podajników.
Na szczęście postępy w dziedzinie szybkości, dokładności i niezawodności systemów wizyjnych pozwoliły zastąpić kanały i prowadnice czujnikiem wizyjnym. Jak zapewnia Stephen Harris, prezes firmy Rixan Associates, w ten sposób skonstruowano uniwersalny wibracyjny podajnik bębnowy. – Rozwiązanie to może obsługiwać praktycznie nieskończoną liczbę przedmiotów w określonym przedziale wielkości – przekonuje Stephen Harris.
Zgłoszony do opatentowania elastyczny system wibracyjnego podajnika bębnowego Rixan RFS-1000 kosztuje 45 tys. USD, ale za to przynosi 20-procentowy wzrost produktywności. Umożliwia on także skierowanie jednego operatora do innych zadań, dzięki czemu w większości zakładów inwestycja ta zwraca się w czasie krótszym niż jeden rok. Zasada działania tego systemu polega na wykorzystaniu wibracyjnego podajnika bębnowego do losowego prezentowania w dowolnej orientacji znajdujących się w bębnie elementów. Gdy system wizyjny „zobaczy” odpowiedni detal w prawidłowym położeniu, zatrzymuje podajnik i wysyła współrzędne detalu do robota, który następnie ładuje wskazany przedmiot do prasy.
Skąd wzięła się idea takiego rozwiązania? Producent części dla przemysłu lotniczego chciał zautomatyzować proces pobierania i układania części. Było to konieczne z uwagi na potencjalne niebezpieczeństwo związane z pracą operatora przy prasie do tłoczenia. Ponadto powtarzalny charakter tego zadania oraz ryzyko urazów rąk i nadgarstków wymuszały częste przerwy w pracy operatora, co ograniczało produktywność.
Inżynierowie Rixan Associates, pod kierownictwem dyrektora technicznego Marka Battistiego, przygotowali projekt specjalnego, uniwersalnego podajnika. Wykorzystano w nim tor w bębnie wibracyjnym o średnicy 60 cm, pozbawionym przeszkód i wycięć.
Każdy przedmiot docierający do górnej części bębna jest prezentowany na podniesionej półprzezroczystej tacy. Jednocześnie zamontowany powyżej system wizyjny rozpoznaje rodzaj poszczególnych detali wraz z ich orientacją. Odpowiednie elementy są następnie pobierane przez robota, a pozostałe są przemieszczane z powrotem do bębna.
Projektanci Rixan Associates wybrali system wizyjny Cognex In-Sight 5401 oraz robota Mitsubishi Electric RV-6SL-S11. Urządzenia te zintegrowano w ramach wspólnych prac firm Cognex i Mitsubishi Electric. Z kolei oprogramowanie Mitsubishi Melfa-Vision obejmuje system programowania robotów oraz program Cognex In-Sight Explorer, co umożliwia jednoczesne konfigurowanie robota i systemu wizyjnego.

Wybór robota padł na model Mitsubishi Electric RV-6SL-S11 ze względu na jego duży zasięg (97+380+425=902 mm) oraz prędkość do 6 metrów na sekundę. Według danych technicznych tego sześcioosiowego robota cykl pobrania i ułożenia trwa 0,37 s, czyli krócej niż w przypadku większości robotów typu SCARA. Z kolei wybór systemu wizyjnego Cognex In-Sight 5401 był podyktowany blisko siedmiokrotnie większą mocą obliczeniową w porównaniu z innymi modelami, a także możliwością uzyskiwania do 60 w pełni 8-bitowych obrazów na sekundę.
W celu przygotowania aplikacji inżynierowie Rixan Associates wykonali następujące czynności:

  • Uruchomienie kreatora Melfa-Vision do skalibrowania robota względem podajnika.
  • Umieszczenie detalu w chwytaku robota w położeniu idealnym do pobrania.
  • Przemieszczenie robota nad podajnikiem i ustawienie detalu na tacy. W procesie tym robot uczy się pobierać detal w określonej orientacji w konkretnym punkcie na tacy.
  • Wybór kreatora Melfa-Vision uruchamiającego narzędzie do lokalizacji obiektów Cognex PatFind i narysowanie prostokąta wokół detalu na ekranie. Narzędzie PatFind rozpoznaje detal w orientacji pod kątem zerowym. Proces ten (trwający zaledwie kilka minut) ma na celu zaprogramowanie podajnika do podawania jednego detalu.

W przypadku przedmiotów wymagających rozpoznawania wzoru stosuje się oświetlenie górne. Pewne rodzaje przedmiotów wymagają światła białego, a inne światła spolaryzowanego, pozwalającego unikać odblasków. Omawiany system podajnika działa nieco wolniej niż operator pracujący z maksymalną szybkością, ale za to bez przerwy. Dzięki temu ma on zapewniać produktywność o 20% większą niż w przypadku pracy człowieka. Ponadto, jak przekonuje Stephen Harris, system wizyjny eliminuje ewentualne błędy przy ręcznym podawaniu, mogące skutkować uszkodzeniem oprzyrządowania i przestojem.
Artykuł pod redakcją Michała Andrzejczaka