목재 빔의 자동 3D 인식 및 마킹

목재 빔의 자동 3D 인식 및 마킹

부피와 질량 측면에서 목재는 전 세계적으로 가장 중요한 원료입니다. 이 천연 소재는 또한 가장 오래된 건축 자재이며 점점 인기를 얻고 있습니다. 목재는 생태학적이고 건강하며 다른 어떤 건축 자재보다 편안함을 줍니다. 예를 들어, 목조 주택의 시장 점유율은 지난 10년 동안 독일에서 지어진 모든 주택의 15%로 두 배가 되었습니다. 생산의 초점은 건설 현장에서 목공 작업장으로 이동합니다. 자동화는 가능한 한 비용 효율적이고 시간 효율적이기 위해 점점 더 중요한 역할을 하고 있어서 미래에 적합합니다. 최근 예에서 : 독일에 본사를 둔 "Zentrum für Telematik e.V."는 독일 회사인 Georg Schumann GmbH & Co. KG의 목재 빔 자동 마킹을 위한 로봇 솔루션을 개발했습니다.

어플리케이션

Schumann은 제재소 및 관련 목재 거래를 통한 완전 자동 목공 서비스를 제공합니다. 모두 이전에 수작업으로 라벨링되었던 목재 빔들은 그곳에서 다양한 변형으로 제조됩니다. 이 경우의 라벨링은, 일반적으로 목수를 위해 고객의 요구에 맞는 목재 목록의 숫자 표시를 포함합니다. 또한 이 시스템은 예를 들어 인증 (지속 가능성, 원산지) 또는 (품질, 전분, 건조도 및 용도에 따른) 등급을 표시하는 데 사용될 수도 있습니다. 마킹 프로세스를 자동화하기 위해, 산업용 로봇, 3D 카메라 및 소형 잉크 인쇄 시스템을 통합하는 시스템이 개발되었습니다. 이 솔루션은 가능한 인쇄 영역의 자동 결정, 인쇄 위치 선택 및 글꼴의 최적 정렬 및 크기를 가능하게 합니다.

팔레트 더미에서 명확하게 보이려면, 가능하면 빔의 전면에 인쇄되어야 합니다. 카메라는 목재 빔의 다양한 모양과 위치를 인식해야 합니다: 예를 들어, 각 막대에는 인쇄 영역에서 다양한 베벨(bevel), 페그(peg) 또는 눌림(depression)r이 있습니다. 또한, 로봇 앞의 빔 위치는 업스트림 생산 시스템의 편차 또는 허용 오차로 인해 결코 동일하지 않습니다. 로봇이 각 빔의 개별 위치와 3D 표면을 빠르고, 안정적이며 정확하게 감지할 수 있는 이미지 처리 시스템이 필요합니다.

Ensenso N35 카메라는 빔 위치와 지오메트리를 캡처하는 데 사용됩니다. 재가 프린팅 위치에 있는 즉시 로봇은 빔의 표면을 감지할 수 있도록 플랜지-장착 카메라를 자동으로 배치합니다. 필요한 경우, 빔의 다른 측면을 서로 다르게 볼 수 있게, 목재 빔 주위의 여러 측면에 로봇이 카메라를 배치할 수 있습니다.

처리 결과: 시스템에 의해 절단된 목재 빔 스택이 자동으로 라벨링 됩니다.
처리 결과: 시스템에 의해 절단된 목재 빔 스택이 자동으로 라벨링 됩니다.
가능한 인쇄 영역 (녹색) 및 결정된 인쇄 위치 (청록색) ...
가능한 인쇄 영역 (녹색) 및 결정된 인쇄 위치 (청록색) ...

카메라는 중간 거리 (~ 40-90cm)에서 서로 다른 사선 관점에서 목재 빔의 상단을 봅니다. 2개의 흑백 CMOS 센서들 (글로벌 셔터, 1280 x 1024 픽셀), GigE 인터페이스, 트리거 및 플래시용 나사 식 GPIO 커넥터 및 조명 패턴 프로젝터가 장착되어 있습니다. N35 모델에 통합된 Flex View 기술은 서 있는 물체의 3D 감지 및 최대 3,000mm의 작동 거리에 특히 적합합니다. 빔에 투사된 조명 패턴은 이미지에 추가 질감을 제공합니다. 광선에서 프로젝터 마스크의 위치는 매우 작은 단계에서 선형으로 이동할 수 있습니다.

결과적으로 장면 오브젝트의 오브젝트 표면에 투영된 텍스처도 이동하고 다른 도움 구조를 만듭니다. 동일한 오브젝트 장면에서 서로 다른 텍스처를 가진 여러 이미지 쌍을 획득하여 더 많은 이미지 지점들을 생성합니다. 해상도가 증가합니다. 해상도 외에도, 이동된 패턴 구조가 추가 정보를 적용함에 따라, 까다로운 표면에 대한 데이터의 견고성도 증가합니다. 따라서 Ensenso N35는 목재 표면의 가장 정밀하고 저소음 감지라는 고객의 요구 사항을 충족합니다.

ZfT에서 개발한 시스템은 획득한 원시 데이터를 변환하고, 로봇 좌표계에서 포인트 클라우드의 위치를 결정하고, 잠재적으로 인쇄에 적합한 빔의 평면을 추출합니다. 이 데이터는 주어진 텍스트에 대한 인쇄 위치와 최적 인쇄 크기 및 정렬을 계산하는데 사용됩니다. 그런 다음 로봇은 카메라 시스템에 의해 결정된 인쇄 위치로 이동하고 잉크 프린터로 실제 인쇄를 정확하게 수행합니다.

ZfT의 연구 조교인 Florian Leutert는 " 측정 속도 뿐만 아니라 획득 볼륨에서 카메라의 측정 정확도는 우리가 선택한 카메라에 결정적인 요소였습니다."라고 설명합니다. "추가 자산은 N35의 컴팩트함과 먼지/습기 보호입니다." 보호 등급은 제재소 환경에서 목재 가공에 중요한 역할을 합니다. Ensenso N35 3D 카메라의 견고하고 컴팩트한 알루미늄 하우징은 이에 완벽하게 적합합니다. IP65/67 보호 등급의 요건을 충족하므로 흙, 먼지, 물 튀김, 그리고 이 경우 잉크로부터 보호됩니다.

... 3D 원시 데이터의 소프트웨어에 의해 결정됩니다.
... 3D 원시 데이터의 소프트웨어에 의해 결정됩니다.

전망

Florian Leutert는 미래의 요구 사항에 대해 "로보틱스 분야에서 견고한 자동화 솔루션이 점점 더 요구될 뿐만 아니라 다양한 공작물과 환경을 유연하게 처리할 수 있는 자동 처리 시스템이 필요합니다."라고 말했습니다. 작업 영역의 3D 획득은 로봇 시스템이 요구하는 정확도, 즉 가능하면 밀리미터 이하 범위에서 수행되어야 하므로 고품질 카메라가 필요합니다. IDS의 Ensenso 스테레오 3D 모델에게 이는 문제되지 않습니다: IDS의 Ensenso 스테레오 3D 모델은 3D 비전을 견고하고 단순할 뿐만 아니라 빠르고 정확하게 만듭니다. 매우 다양한 빔이 "같은 부류"인 목공 산업 뿐만 아니라, 다양한 부품의 자동 3D 획득을 위한 신뢰할 수 있는 유망한 구성 요소를 형성합니다.

오블리크 컷(oblique cut)으로 로봇 앞에 생산 시스템에 의해 배치된 빔의 스캔.
오블리크 컷(oblique cut)으로 로봇 앞에 생산 시스템에 의해 배치된 빔의 스캔.

Ensenso N35 - 빠르고 정확한 3D 비젼

  • 다양하고 유연한 GigE 인터페이스 -
  • 컴팩트하고 강력한 알루미늄 하우징
  • IP65/67
  • 글로벌 셔터 CMOS 센서와 패턴 프로젝터, 청색 및 적외선 LED
  • fps (3D) : 10 (2x 비닝 : 30)와 64디스패리티 레벨
  • fps (오프라인 처리) : 30 (2x 비닝 : 70)와 64 디스패리티 레벨
  • 최대 3,000mm (N35)의 작동거리와 다양한 사진 필드(picture field)를 위해 설계됨.
  • 멀티 카메라 모드에서 사용되는 모든 카메라의 데이터로 단일 3D 포인트 클라우드의 출력
  • 여러 뷰잉 방향으로부터 3D 포인트 클라우드의 라이브 구성
  • 까다로운 표면에서 3D 데이터의 보다 높은 견고성 및 포인트 클라우드의 보다 상세한 정확도를 위한 통합 FlexView 기술
  • 질감이 없는 표면을 캡처하는 “투영된 텍스처 스테레오 비전” 프로세스
  • 정적인 오브젝트 및 움직이는 오브젝트 모두 캡쳐