Unchained Robotics - sorteren met ongekende precisie, dag in- dag uit
3D-sensor als het hart van een pick&place-oplossing
Kersttijd is kalendertijd. Wanneer de jaarwisseling nadert, is de productie van particuliere kalenders booming: Individuele exemplaren worden graag weggegeven als herinnering aan mooie momenten het hele jaar door. Start-up Unchained Robotics helpt met hun pick&place oplossing in een printshop om de persoonlijke kalenders zo snel mogelijk bij de klant te krijgen. De hoofdrolspelers: een collaboratieve robot en de 3D-sensor van ifm.
Een industriegebied aan de rand van Paderborn in Oost-Westfalen: hier worden iedere dag kalenders in grote aantallen geproduceerd. Zowel in honderdvoudige exemplaren voor zakelijke klanten als voor particulieren die in online portals hun persoonlijke exemplaren maken en deze vervolgens als gedrukte exemplaren in handen willen houden. Dat resulteert in een groot aantal kalenders in formaten van DIN A5 tot DIN A3, die in wisselende hoeveelheden het pick&place-station van Unchained Robotics bereiken, klaar voor verzending.
Hier worden e eerst de pakketgegevens met behulp van een barcode- en laserscanner volledig automatisch afgelezen voor de track & trace-tracking, voordat de kalender door een collaboratieve robot van de transportband wordt gepakt en nauwkeurig op een transportpallet of in een postkrat wordt geplaatst - netjes gesorteerd op kalender- en pakketgrootte.
3D-sensor en technische ondersteuning zijn indrukwekkend
Het hart van de robotinstallatie is de 3D-sensor van ifm, de O3D. Het werkingsprincipe van de O3D is gebaseerd op het principe van een lichtlooptijdsmeting, ook wel "time-of-flight" genoemd. Per opname registreert de 3D-sensor de tijdsduur waarin het uitgezonden licht de sensor opnieuw raakt als reflectie voor 23.000 pixels die als een matrix zijn gerangschikt. Aan de hand van deze data berekent de O3D de ruimtelijke afmetingen van voorwerpen en scènes tot op de millimeter nauwkeurig.
"Dit aspect speelde een belangrijke rol in onze beslissing om de O3D te gebruiken," aldus Mladen Milicevic, een van de oprichters van Unchained Robotics. "We hebben geen voorzieningen en processtops meer nodig, want dankzij de sensor meten we nauwkeurig de hoogte, de basisvorm, de hoek en de draaiing van elke verpakking. De pakketten kunnen zodoende op de transportband worden geplaatst zonder op een bepaalde rangschikking of oriëntatie te hoeven letten. Dit ontlast de werknemers en versnelt het handmatige proces," vult Milicevic aan.
Ongecompliceerde integratie in eigen software
"Wat ons overtuigde van de O3D, maar vooral van ifm als partner, was de snelle en ongecompliceerde mogelijkheid om de sensor in onze zelfontwikkelde software te integreren," vervolgt Milicevic. "En als we eens vragen hadden, was de ondersteuning snel beschikbaar en konden ze ons vakkundig helpen."
Met behulp van de gegevens kan de software van Unchained Robotics precies berekenen waar de robot zijn zuignappen op beschikbare pakket moet plaatsen. Dit zorgt ervoor dat elke kalender in balans is en altijd in de exacte oriëntatie wordt opgepakt.
Precisie beschermt tegen botsingen
De hoge precisie die door de 3D-sensor wordt bereikt, is onontbeerlijk voor de pick&place-taak die de robotarm uitvoert. "Vooral wanneer de kalenders in postkratten moeten worden geplaatst, is de ruimte erg krap. De robot moet met overeenkomstige precisie en binnen de kleinste toleranties bewegen, zodat noch hijzelf noch de kalender tegen de metalen wanden botst," zegt Milicevic.
Afbeelding 1:Met behulp van de data die door de sensor wordt doorgegeven, berekent de software de bewegingen van de robotarm voor de precieze positionering van het pakket op de opslaglocatie. Afbeelding 2: Nauwkeurige data en exacte berekeningen zijn noodzakelijk om de uitdaging van de beperkte bewegingsvrijheid zonder botsingen aan te kunnen.
Afhankelijk van het formaat positioneert de robot tot 12 kalenders in een 3x4-opstelling per niveau op de opslaglocatie. Dankzij de nauwkeurige plaatsing zijn zelfs op de open pallets stapelhoogtes tot 70 centimeter mogelijk. "De door de O3D betrouwbaar en nauwkeurig bepaalde hoogte speelt ook een belangrijke rol bij de keuze van de opslaglocatie binnen de opstelling," legt Milicevic uit. "De robot plaatst de pakjes volgens een speciaal hoogtealgoritme dat rekening houdt met de individuele hoogte van de pakketjes. De pakketjes worden zo gesorteerd dat de hoogste gedeelten altijd het verst van de robot verwijderd zijn. Bovendien vormen de verpakte kalenders, wanneer de maximale stapelhoogte is bereikt, een bijna homogeen, egaal geheel."
De sensor registreert exact de positie en hoogte van het pakket met behulp van 23.000 pixels.
Camera en software vormen de kern van de oplossing
Met een cyclussnelheid van acht seconden kan de pick&place-oplossing van de start-up ook de uitdagende fasen van de aanloopperiode naar de kerst aan, wanneer elke dag tot 6000 kalenders de drukkerij verlaten. De pakketjes kunnen tot acht kilo wegen. "Daarmee bevinden we ons binnen de prestatiegrenzen die mogelijk zijn met een collaboratieve robotarm," legt Milicevic uit. "Indien hogere gewichten moeten worden verplaatst of hogere cyclussnelheden nodig zijn, zou een krachtigere industriële robot kunnen worden gebruikt. Dat zou voor ons geen groot probleem zijn, omdat de robot in onze oplossing slechts een secundaire rol speelt. Het eigenlijke zenuwcentrum van onze universeel toepasbare oplossing is de combinatie van camera en software. De oplossing is dus niet alleen geschikt voor kalenders. Alle pick&place-processen waarbij producten op pallets moeten worden geplaatst of van pallets moeten worden genomen, kunnen met deze oplossing worden gerealiseerd."
Een ander voordeel van de krachtige combinatie van sensor en software: aangezien er behalve de uitvoerende robotarm geen andere systeemcomponenten absoluut noodzakelijk zijn, blijven de kosten voor de realisatie vanaf het begin goed berekenbaar.
Deze oplossing, bestaande uit een collaboratieve robotarm, de 3D-sensor van ifm en software van Unchained Robotics, kan tot 6000 pakjes per dag verwerken. Afhankelijk van de behoeften van de klant kunnen ook andere robotarmen worden gebruikt om hogere cyclussnelheden te halen en zwaardere lasten te verplaatsen.
Conclusie
De O3D fungeert als een relevante acteur in de pick&place-oplossing van Unchained Robotics. Dankzij de nauwkeurige ruimtelijke detectie van de pakketten levert de 3D-sensor de software op betrouwbare wijze de noodzakelijke informatie waarmee de robotarm exact kan worden aangestuurd. Dat betekent dat de kalenders, zelfs tijdens de piekperioden in de productie, altijd foutloos op de aangewezen opslaglocatie worden afgeleverd - en dus op tijd bij de klant.
