스테레오 3D 카메라는 로봇이 빈 피킹(bin picking)을 할 수 있도록 도와줍니다!
3D 머신 비전은 로봇 비전의 미래입니다. 로봇 공학 및 자동화된 연속 생산 분야의 많은 어플리케이션은 3차원 데이터를 사용하여 만족스럽게 구현될 수 있습니다. 이는 본딩 및 용접과 같은 까다로운 조립 프로세스와 매우 까다로운 빈 피킹 프로세스에도 동일하게 적용됩니다.
분류되지 않은 부품의 정확한 위치를 정확하게 감지하는 능력은 로봇의 신뢰할 수 있는 빈 피킹을 위해 필수적입니다. IDS의 Ensenso 스테레오 3D 카메라는 놀랍도록 정밀하고 비용 효율적이며 빠른 3D 이미지 캡처 솔루션입니다. 독일 회사 bsAutomatisierung GmbH는 이 카메라에 사용할 수 있는 새로운 옵션을 사용하여 매우 빠른 빈 피킹 솔루션을 구현하고 있습니다.
빈 피킹은 로봇-지원 생산에서 실행하기 가장 어려운 작업 중 하나입니다. 와이어 메쉬 팔레트(wire-mesh pallet) 또는 스태킹 컨테이너(stacking container)에서 분류되지 않은 부품을 집을 수 있으려면 로봇이 물체의 모양, 크기, 위치 및 정렬을 정확하게 감지할 수 있어야 합니다. 이 모든 정보는 충돌 없는 로봇 경로의 임시 생성에 필수적입니다.
그러나 정확성과 완전성 외에도 짧은 사이클 시간과 공정 안정성이 요구되기 때문에 3D 데이터를 캡처하기 시작하자마자 문제가 발생합니다. 지금까지 사용 가능한 소수의 솔루션은 너무 느리거나 연속 생산에 사용하기에 적합한 수준의 공정 안정성을 달성하지 못했습니다. 또는 그들은 너무 비쌌습니다.
IDS의 Ensenso 스테레오 3D 카메라는 로봇 비전 어플리케이션에 적용되는 사이클 시간, 가용성 및 비용 효율성에 대한 요구 사항 측면에서 모든 기반을 성공적으로 다룹니다. USB 연결 기능이 있는 산업용 카메라는 업계 최초의 제품으로, 지금과 같이, 매우 컴팩트 한 하우징에 WVGA 해상도의 두 개의 글로벌 셔터 CMOS 센서들과 강력한 소프트웨어를 통합할 뿐만 아니라 적외선 패턴 프로젝터도 통합합니다. 캡처될 물체에 점들의 무작위 패턴을 투영하여 표면에서 보이지 않거나 희미하게만 보이는 구조를 개선하거나 강조할 수 있습니다. 이는 스테레오 매칭이 이미지에서 "관심 지점"의 식별을 요구하기 때문에 필요합니다. 그 후, 물체가 스테레오 비전 원리에 따라 두 개의 이미지 센서들에 의해 캡처됩니다. 마지막으로, 3D 좌표는 삼각 측량 원리에 기반한 기하학적 관계를 사용하여 각각 그리고 모든 픽셀에 대해 재구성되거나 계산됩니다. 즉, 상대적으로 단조로운 표면을 가진 부품이 빈에 배치되더라도 추가적인 기술적 노력없이 전체 표면의 사실상 매끄럽고 상세한 3D 이미지가 생성될 수 있습니다. 이 모든 작업은 몇 밀리 초 만에 이루어집니다.
Ensenso에 의해 제공되는 속도는 빈 피킹 로봇 셀에 적용될 때 bsAutomatisierung 에 이점이 있습니다. Stuttgart 로부터 남쪽으로 약 60km 떨어진 Rosenfeld 에 본사를 두고 있는 이 회사는 생산 기계 및 부품 취급의 빠르고 정확한 로딩 및 언로딩을 위한 시스템 개발 및 구축을 전문으로 하고 있습니다. 빈-피킹 셀들은 컨테이너에서 무작위로 정렬된 개별 부품을 자동으로 집어서 다운 스트림 생산 공정으로 전달할 수 있습니다. 셀은 10 초 미만의 사이클 시간을 달성하는데, 이는 라이트 섹션 방법과 같은 기존 솔루션으로는 불가능했습니다. 어플리케이션 및 고객 요구 사항에 따라 셀은 기존의 다축 산업용 로봇 또는 선형 포털 로봇과 함께 제공될 수 있습니다. 이들은 모듈형 구조로 되어 있으며 다양한 컨테이너 크기에 맞게 조정될 수 있으며 단일 빈 또는 최대 4개의 빈들과 동시에 사용하도록 설계되었습니다.
각 빈은 두 대의 고정 장착된 Ensenso 카메라로 모니터링됩니다. 이는 로봇 팔에 직접 설치된 카메라에 비해 두 가지 주요 이점을 제공합니다. 첫째, 시스템이 더 짧은 사이클 시간을 달성할 수 있습니다. 로봇이 한 빈(bin)에서 부품을 줍느라 바쁜 동안, 물체 감지 프로세스가 다른 빈에서 이미 시작될 수 있습니다. 일 빈에서 부품을 주워야 하는 경우에도 로봇이 가장 최근에 선택한 부품을 다른 곳에 배치하는 동안 다음 부품 검색 프로세스를 시작할 수 있습니다.
추가적인 이점으로, 카메라 소프트웨어가 다중 카메라 어플리케이션을 처리하도록 특별히 설계 되었기 때문에 서로 다른 Ensenso 카메라들의 이미지들이 서로 매우 쉽게 보정될 수 있습니다. 두 대 이상의 카메라들을 동시에 사용하면 한 장면이 다른 측면에서 동시에 캡처될 수 있으므로, 그림자가 줄어들고 사진 필드가 확장됩니다. 여러 카메라로 작업할 때 N10 소프트웨어는 사용된 모든 카메라의 데이터를 포함하는 단일 3D 포인트 클라우드를 유사하게 제공합니다. 설치된 카메라 수를 조정함으로써, 결과 정밀도가 사실상 모든 요구 사항을 충족하도록 조정될 수도 있습니다. 또한 Ensenso 소프트웨어를 사용하면 여러 스테레오 카메라들을 결합할 수 있을 뿐만 아니라 이 카메라들을 기존 산업용 카메라와 함께, 예를 들어, 색상 정보 또는 바코드를 캡처하는 데 사용할 수 있습니다
마지막으로 Ensenso 소프트웨어는 두 개의 CMOS 센서들과 패턴 프로젝터의 제어를 가정하고, 3D 데이터의 캡처 및 전처리를 처리합니다. 결과적으로, 프레임 속도와 이미지 품질이 모두 최적화되어 분석에 사용되는 PC에서 훨씬 적은 리소스가 필요합니다. 카메라는 260mm ~ 1,400mm의 작동 거리와 다양한 사진 필드를 위해 설계되었습니다. 3.6 ~ 16mm의 사용 가능한 초점 거리는 넓은 범위의 거리와 크기를 커버할 수 있습니다. 다른 3D 이미징 프로세스와 달리 이 카메라는 최대 30fps의 프레임 속도로 정적인 물체 및 움직이는 물체를 모두 캡처 할 수 있습니다. 두 개의 센서들과 통합된 프로젝터가 있음에도 불구하고 카메라는 150 x 45 x 45mm이고, 무게는 400g에 불과합니다. 견고한 알루미늄 하우징과 12-24V 하드웨어 트리거, 입력 및 출력을 위한 GPIO 커넥터 덕분에 Ensen-so는 산업 어플리케이션에 완벽하게 장비됩니다. 따라서 3 핀 M8 센서 / 액추에이터 커넥터(actuator connector) 및 USB 케이블은 나사 장착형 설계로 되어 있습니다.
그러나 Ensenso는 OEM 및 시스템 통합자에게 또 다른 주요 이점을 제공합니다. 즉시 사용할 준비가 되어 있으며, 3D 데이터를 즉시 사용할 수 있습니다. 즉, 곧바로 설치될 수 있습니다. 남은 것은 카메라 작업을 위해 로봇을 보정하는 것입니다. 이는 로봇 그리퍼에 장착된 보정 플레이트를 사용하여 매우 쉽게 수행됩니다. 소프트웨어는 이 플레이트를 사용하여 카메라의 장착 위치를 계산하고 3D 데이터는 로봇의 협조 시스템에 즉시 표시됩니다.
캡처된 이미지는 Halcon 11을 사용하여 분석됩니다. 필요한 인터페이스는 C, C ++ 및 C # 용 API와 함께 Ensenso의 포괄적인 소프트웨어 패키지에 포함되어 있습니다. 동적 장애물로서 컨테이너의 남은 내용물에 대한 지도와 발견된 부품의 목표 좌표가 전송됩니다. 소프트웨어는 이 정보를 셀, 로봇 및 로봇 그리퍼의 CAD 데이터와 함께 사용하여 충돌 없는 로봇 경로를 생성합니다. 경로는 로봇 제어로 전송된 다음 실행됩니다. 빈 피킹에서 시도는 부정확성으로 인해, 잘못된 식별 또는 부품이 제자리에서 벗어난 경우 실패할 수 있습니다. 로봇은 그리퍼의 다양한 센서와 그리퍼와 플랜지 사이의 충돌 모니터링 덕분에 이러한 오류를 감지합니다. 그런 다음 로봇은 컨테이너에서 독립적으로 탐색하고 다른 위치에서 부품을 집으려고 시도합니다. 사람의 개입이 필요하지 않습니다. 전체 프로세스는 PLC에 의해 모니터링되고 제어됩니다. PLC는 또한 머신 비전 시스템에 어떤 유형의 부품을 언제, 어떤 빈에서 집어야 하는 지 알려줍니다.
지금까지 3D 머신 비전이 제공하는 잠재력은 기술의 복잡성과 상대적으로 높은 비용으로 인해 거의 활용되지 않았습니다. 그러나 bsAutomatisierung의 이러한 빈 피킹 셀은 Ensenso 스테레오 3D 카메라를 사용하여 보장된 비용 효율성과 프로세스 신뢰성으로 이 프로세스를 구현할 수 있는 방법을 보여줍니다. USB 2.0 포트를 사용하여 카메라를 쉽게 통합할 수 있으며, 기술적 디자인은 가격 측면에서도 매력적입니다. 그리고 속도면에서 Ensenso는 다른 호환 솔루션보다 앞서 있습니다. USB 인터페이스가 있는 Ensenso 외에도 곧 GigE 연결과 e2v의 2개의 1.3 MPixel CMOS 센서들이 있는 모델이 출시될 예정입니다.
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