Pressemitteilung von Uta Keilhauer

Schubert 3D-Scanner

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Die Gerhard Schubert GmbH stellt einen neuen Meilenstein im Bereich der Bilderkennung vor. Der 3D-Scanner verwirklicht das räumliche Sehen. Diese Innovation steigert die Leistungsmöglichkeiten der TLM-Verpackungsanlagen sowohl beim Pick-und-Place-Vorgang als auch bei der Qualitätskontrolle. Die Kunden profitieren von weniger Ausschuss, einer höheren Produktionsleistung und einer besseren Qualitätskontrolle. Je nach Produkt kann die neue Technologie selbst die Rohstoffkosten maßgeblich senken.
Der 3D-Scanner wird über einem Transportband platziert und ermittelt so die dreidimensionalen Daten der zu handhabenden Produkte.

Das Höhenprofil erschließt neue Kontrollparameter für die Qualitätskontrolle. Das TLM-Vision-System kann mit der Information des 3D-Scanners das Volumen und - bei gleichmäßiger Produktdichte - das Gewicht jedes Produkts ermitteln. Auch für die Stapelhöhe bzw. für die Stapellänge bei Hochkant-Ablage in Schachteln, ist der Soll/Ist-Abgleich möglich. Denn nach jedem Ablagevorgang wird die aktuell erreichte Höhe bzw. Länge protokolliert und berücksichtigt. Eine TLM-Anlage mit dem neuen Scanner kann 3D-Defekte detektieren. So wird z. B. ein brauner Sandwichkeks mit brauner Creme, jedoch ohne Deckelteil, problemlos erkannt und entfernt.

Ein weiterer Anwendungsbereich dieser Innovation ist die Priorisierung der Produktaufnahme. Das TLM-Vision-System stellt zum Beispiel fest, wo sich überlappende Produkte befinden. Die ersten Roboter einer Pickerlinie nehmen bevorzugt die obenliegenden Produkte auf. Somit können Produkte, die sich teilweise überlappen, verarbeitet werden. Im Ergebnis steigt die Effizienz des Pick-und-Place-Vorgangs bei niedrigerem Ausschuss und somit ergibt sich eine höhere Produktivität.

Die Information über das Volumen und das Gewicht dient als Grundlage für einen hochwertigen Gruppiervorgang. Die Roboter können die einzelne Produktformation so vervollständigen, dass sie innerhalb eines definierten Gewichtsbereichs liegt. Durch diese Art der Gewichtsoptimierung kann der Kunden je nach Anwendung bis zu drei Prozent Rohstoff einsparen, welche er derzeit überproduziert, um die gesetzlichen Vorschriften zu erfüllen.

Bei Verwendung des 3D-Scanners toleriert das Vision-System Bandverschmutzungen, solange sie unterhalb einer gewissen Höhen-schwelle liegen. Produkte werden darüber hinaus auch in kontrastarmen Umgebungen besser als bisher detektiert. In dieser Weise erschwerte Bedingungen stellen somit keinen Hinderungsgrund mehr für die Bilderkennung dar. Die Werte für die Verfügbarkeit, Effizienz, Qualität sowie Produktivität steigen hierdurch.

Die erste TLM-Pickerlinie mit 3D-Scanner ging bereits bei einem Süßwarenhersteller in Belgien in Betrieb. Bei den Produkten handelt es sich um Gebäck. Der eingesetzte 3D-Scanner mit einer Länge von 1200 mm verfügt über sieben Zeilenkameras und sechs Lichtprojektoren im Abstand von 100 mm. Damit erreicht er eine Höhenauflösung von 0,5 mm in einem Messbereich von 60 mm Höhe. Bei dieser Anwendung kam es besonders darauf an, trotz der Krümel und vor allem der Schokoladenreste auf dem Transportband, die Erkennung der Produkte sicherzustellen.

Die Gerhard Schubert GmbH startete bereits vor 30 Jahren mit der Entwicklung der Bildverarbeitung. Gerhard Schubert wollte, dass seine Verpackungsroboter "sehen" lernen. Mit seinem Forscherteam für die Bildverarbeitung ist ihm das seinerzeit gelungen.
Seit 1996 setzt Schubert Liniensensoren für das Vision-System ein. Das erste Gerät war ein Durchlichtscanner. Es folgten der Auflichtscanner und der Farbauflichtscanner. Diese Scannertypen werden auch in Zukunft eingesetzt. Sie arbeiten im Dauerbetrieb zuverlässig und lassen sich einfach in Betrieb nehmen. Wie alle TLM-Systemkomponenten fügen sie sich in das modulare Maschinenkonzept des Unternehmens ein.

Alle diese Eigenschaften bringt der 3D-Scanner ebenfalls mit. Die Entwicklung basiert auf dem stereoskopischen Ansatz, das heißt, der Scanner nimmt von jedem Produkt zwei Ansichten aus verschiedenen Sichtwinkeln auf. Das berechnete Höhenprofil beinhaltet die Höhe jedes in beiden Ansichten erfassten Punktes im Raum. Das Transportband stellt dabei die Null-Höhe dar. Der Schubert 3D-Scanner ist also ein Stereo-3D-Scanner.

Im Sinne der modularen Bauweise werden mehrere Farbzeilensensoren in einem definierten Abstand nebeneinander angeordnet. Die Sichtfelder der Farbzeilensensoren ragen jeweils bis zur optischen Achse der beiden benachbarten Sensoren links und rechts heraus. Jeder physikalische Punkt der Produkte, aber auch des Transportbands, der von zwei benachbarten Sensoren gesehen wird, trägt unmittelbar zur Erstellung des Höhenprofils der Szene bei. Aus dem Höhenprofil rekonstruiert das Vision-System anschließend die 3D-Bilder.

Zwischen jeweils zwei Sensoren befindet sich ein Lichtprojektor, der leicht überlappende Lichtstreifen auf die Sichtfelder beider Sensoren projiziert. Das Lichtmuster obliegt einer ausgeklügelten Gesetzmäßigkeit, die eine eindeutige Zuordnung der Bildpunkte in den Stereoansichten ermöglicht. Um in den Überlappungsbereichen den Projektionswinkel des Lichtmusters zu orten, verwendet der 3D-Scanner abwechselnd zwei verschiedene Farben (z. B. Rot und Blau).

Der 3D-Scanner verfügt zusätzlich über eine Weißlichtbeleuchtung für Farbbildaufnahmen. Die Farbbilder werden aus den Stereo-aufnahmen verzerrungsfrei und ohne Parallaxe rekonstruiert. Sowohl die farbigen Lichtstreifen als auch die weiße Beleuchtung können abwechselnd ein und ausgeschaltet werden, um unerwünschte Wechselwirkungen zu vermeiden.
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