Opel - O3D: Bovenop in plaats van in het midden
De O3D-sensor
De ifm-visionsensor O3D302 is een 3D-camera met geïntegreerde beeldverwerking. De resolutie van de PMD-beeldsensor bedraagt 176 keer 132 pixels.
Voor elk van de 23.232 pixels levert de sensor een nauwkeurige afstandswaarde tot 25 keer per seconde. In tegenstelling tot laserscanners heeft de ifm 3D-sensor geen bewegende onderdelen. Dat maakt hem bijzonder robuust, klein en betaalbaar.
Doordat de verwerking van het 3D-beeld in de sensor plaatsvindt, is een externe beeldverwerking niet nodig. Via gedefinieerde posities in het camerabeeld (zogeheten ROI's, regions of interest) wordt in deze applicatie de afstand van de klemhendel tot de sensor berekend. De geïntegreerde verwerkingseenheid herkent of de klemhendel open of gesloten is. De resultaten worden door de geïntegreerde ethernetinterface via TCP/IP, PROFINET IO of Ethernet/IP aan de besturing doorgegeven. Op dezelfde manier kan het live-beeld van de camera worden doorgestuurd.
Met de software Vision Assistant kan de gebruiker de sensor probleemloos parametreren, waaronder het vastleggen van de ROI's of het parametreren van de uitgangsfunctie. Deze software is zowel voor Windows-pc's als voor iPads beschikbaar.
In de lasinstallatie worden meerdere voorbewerkte metalen platen tot een subframe (subassembly) gelast.
Zicht van bovenaf
Boven de lasinstallatie zijn twee O3D-sensoren gemonteerd, de ene in het inleggedeelte (constructiedeel laden), de ander in de feitelijke lastoepassing. Beide kijken van bovenaf op de te lassen platen in de montagerichting van de klemelementen.
Fabian Gulla, applicatie-ingenieur voor beeldverwerking en robotica van de afdeling Installatiebouw bij Opel, verklaart de werking van de sensoren: "Wij gebruik de sensor voor de afstandsmeting. Daarvoor hebben we verschillende Regions of Interest gedefinieerd die we controleren. Enerzijds zijn dat de spanners en hun eindposities, anderzijds zijn het de componenten zelf, waarvan moet worden vastgesteld of deze aanwezig zijn of niet. Dat kan men natuurlijk ook met meerdere eendimensionale optische sensoren controleren, wanneer men een sensor richt op elk gedeelte. De O3D heeft als voordeel dat men slechts één sensor nodig heeft en er meerdere ROI's softwarematig naar wens zijn in te delen. Wij hebben de ROI's ingesteld op de eindposities van de klemelementen en de werkstukken en bepalen dan via de afstandsmeting alleen maar: Is een constructiedeel aanwezig? of Heeft het klemelement de eindpositie bereikt?
Afbeelding 1: De 3D-sensor bewaakt van bovenaf meerdere posities tegelijkertijd. Afbeelding 2: Lasinstallatie in de carrosseriebouw.
Kostenbesparing
In plaats van meerdere sensoren is nu slechts één enkele 3D-sensor belast met de positiebepaling van verschillende onderdelen op meerdere plaatsen. Met de visionsensor O3D kan bij deze installatie ongeveer 80% van de conventionele sensoren worden vervangen.
Verdere besparingsmogelijkheden worden gerealiseerd door besparingen op bekabeling, montagetoebehoren en I/O-punten in de besturing.
Visualisatie
Voor transparantie in het proces heeft Opel bij de installatie een beeldscherm gemonteerd voor de visualisatie. Naast een grafische procesafbeelding kan de O3D hierop ook een live-beeld tonen.
Het voordeel dat we nu met het live-beeld van de ifm-sensor hebben, is dat wij aan de klemelementen en de eindposities van de constructiedelen hebben toegewezen, die in het scherm gevisualiseerd worden. Via een rood-groene kleurwijziging krijgt de operator meteen te zien of het werkstuk geplaatst is en of het klemelement geopend of gesloten is.
Dat betekent geen extra werk in de programmering, omdat de parametrering van de sensor toch al moet gebeuren en het live-beeld direct door de sensor wordt verzonden.
Vrije constructieruimte: in het gebied van de lastangen en lasspetters zijn geen sensoren meer noodzakelijk.
Ruimtebesparing
Doordat er in plaats van meerdere sensoren nu nog slechts één sensor voor verschillende positiebepalingen nodig is, en deze bovendien hoog boven de installatie is geplaatst, levert dat voordelen op bij de constructie van de installatie.
Claus Moog: Door het gebruik van de O3D-sensor beschikken we over volledig nieuwe mogelijkheden, zo beschikken we bijvoorbeeld over meer inbouwruimte en meer ruimte voor de bereikbaarheid van de lastangen. Bovendien kunnen we de storingsgevoeligheid van conventionele sensoren elimineren. Omdat de sensor hoog boven de lasapplicatie is gemonteerd, is hij onbereikbaar voor lasspetters en raakt hij na verloop van tijd niet beschadigd, zoals dat bij conventionele sensoren kan gebeuren die in de buurt van de lastangen zijn gemonteerd.
Afbeelding 1: Het live-beeld van de 3D-sensor met de in kleur aangeduide region of interests. Afbeelding 2: De visualisatie zorgt voor transparantie en toont de operator de volgende stappen.
Vooruitzichten
De ervaringen die men bij Opel in deze pilotinstallatie heeft verzameld zijn absoluut positief. Dat zal van invloed zijn op toekomstige ontwikkelingen in de installatie opbouw.
De introductie van de visionsensor O3D gebeurde in nauwe samenwerking met de ontwikkelaars van de visionsensor.
Fabian Gulla: De samenwerking met ifm is zeer goed. Wij hadden meerdere besprekingen met de ontwikkelingsafdeling zelf. Tijdens die besprekingen hebben we belangrijke inzichten opgedaan, zoals hoe werkt de sensor?, waarop moet ik letten?, wat voor oppervlakken moet het kleminrichting hebben om op betrouwbare wijze herkend te worden?.
Conclusie
Minder sensoren, eenvoudigere installatieconstructie, geen storingen door lasspetters de visionsensor als bewakingssysteem biedt talloze voordelen en verlaagt de installatiekosten aanzienlijk. Ook andere productie-installaties kunnen met de visionsensor worden uitgerust en geoptimaliseerd.
