Kamerové systémy Fanuc – iR Vision
Průmyslové roboty vznikly jako pomocníci pro stále se opakující a náročné činnosti již před mnoha desítkami let hlavně pro potřeby automobilového průmyslu. V současné době však dochází k jejich masivnímu rozšíření ve všech dalších výrobních odvětvích, jako je potravinářství, farmacie, elektrotechnika a v mnohých dalších.
Nově vznikající aplikace vyžadují od robotů ne¬jen zvýšenou rychlost, ale také to, aby robot byl schopen určit polohu dílů umístěných ná¬hodně na pohybujících se dopravnících nebo uložených v zásobnících či na paletách nebo volně uložených v bednách.
Obecně platí, že čím jednodušší je zařízení, tím menší je i pravděpodobnost poruchy. Pokud tedy lze díly mechanicky srovnat a orientovat, je to často jednodušší a spolehlivější řešení. Jsou však případy, kdy je např. větší počet typů dílů, což znamená několik různých typů zásobníků nebo vibračních podavačů. V tu chvíli se nabízí možnost lokalizace dílů pomocí kamery, která je flexibilnější, méně náročná na prostor, ale i ekonomičtější. Pokud se díly nacházejí na nějaké ploše, kde známe Z-souřadnici, lze si vystačit s běžným 2D kamerovým systémem, jehož výstupem je souřadnice posunutí ve vodorovných směrech a rotace kolem svislé osy. U všech kamerových systémů je ale nutné brát ohled na stabilní světelné podmínky, tedy řešit buď zakrytování, či dodatečné osvětlení, nebo kombinaci obojího. To je vždy základní předpoklad fungující kamerové aplikace.
Dalším rozhodnutím je použití statické kamery nebo její umístění na robotické rameno. Obě řešení mají své výhody i nevýhody. Kamera na rameni umožní měnit pozici focení, a tedy např. pro vyšší přesnost najíždět přímo nad díl, ale pak ztrácíme čas potřebný pro najetí kamery na pozici focení, což může být problém v aplikacích s velmi krátkou dobou cyklu. U statické kamery jste naopak omezeni neměnným zorným polem, ale snímek lze pořídit a zpracovat v době, kdy robot manipuluje s dílem a nedojde tak k jeho zpomalení. Samotná doba zpracování obrazu je různá a závisí na okolních podmínkách (rozlišení kamery, doba otevření závěrky) a také na počtu a parametrech matematických algoritmů, které jsou použity pro danou aplikaci zpracování obrazu.
Koncept 2D kamery je použit i na dopravnících v pohybu. Ty jsou doplněny enkodérovým systémem, díky kterému si robot po vyfocení aktualizuje poziční offset, synchronizuje se na rychlost jedoucího dopravníku a díl odebírá následně ve svém pracovním dosahu. Takto lze propojit i více robotů, kde data z jedné kamery slouží jako zdroj pro více ramen a větší počet robotů pak umožní dosáhnout mnohem většího taktu.
Vyšší úrovní je pak 3D kamerové vidění, kde je výstupem kompletní souřadnice a rotace v jednotlivých osách, tedy X, Y, Z a rotace W, P, R. Existuje více přístupů, přičemž společnost Fanuc nabízí kombinaci 2D kamery a promítání laserového kříže (systém 3DL) nebo plnohodnotné vytvoření 3D mapy pomocí projektoru a následného snímání dvěma kamerami (systémy 3DV a 3DAS). Tyto systémy je pak možné využít pro složité aplikace bin-picking (vybírání sypaných dílů z bedny). I to má však svá omezení. Díly musí být tvarově vhodné a je potřeba dbát na materiál povrchové úpravy. Příkladem mohou být např. velmi lesklé leštěné díly, které mají sice vhodný tvar, ale díky povrchové úpravě vytváří odlesky znemožňující vytvořit kvalitní 3D mapu. Proto je vhodné k takovýmto aplikacím přistupovat individuálně a provést funkční test. Je také nutné upozornit na to, že lokalizace dílu v bedně je jedna věc, ale samotné vybrání dílu je další úkol. Představte si např. bednu s pružinami, které jsou do sebe zaklesnuty. Na 3D mapě jsou sice dobře viditelné, ale když pak robot jednu uchopí a vytáhne, můžou na ní viset tři další a s tím si robot těžko poradí. Často se také využívá koncept, kdy je díl z bedny vybrán, následně přeložen na mezistanoviště, kde se mechanicky či pomocí kamerové korekce srovná a zorientuje na vyšší přesnost pro potřebu přesného založení do stroje či pracovní stanice.
Japonská společnost Fanuc je dlouholetým výrobcem průmyslových robotů včetně inteligentního příslušenství, jako jsou vlastní silové senzory a kamerové systémy. Koncept kamerových systémů iR Vision vyvíjený přes 30 let je takový, že téměř všechna robotická ramena od společnosti Fanuc mají přípravu na připojení kamery, ať už 2D nebo 3D, a vlastní SW zpracování obrazu běží přímo v kontroleru robotu bez nutnosti posílat data z/do nějaké externí řídicí jednotky. Stačí se pouze připojit s PC přes Internet Explorer na web server daného robotu, a přes interface nastavit a vyladit předpřipravené vision procesy, které jsou pak volány v programu robotu.
Radek Burdilák, Fanuc Foto: Fanuc