Opel – O3D: Obendrauf statt mittendrin
Der O3D-Sensor
Der ifm-Vision-Sensor O3D302 ist eine 3D-Kamera mit integrierter Bildauswertung. Die Auflösung des PMD-Bildsensors beträgt 176 mal 132 Bildpunkte.
Zu jedem einzelnen der 23.232 Bildpunkte liefert der Sensor einen präzisen Abstandswert – bis zu 25 Mal in der Sekunde. Anders als bei Laserscannern kommt der ifm-3D-Sensor ohne bewegliche Teile aus. Das macht ihn besonders robust, klein, leicht und kostengünstig.
Dadurch, dass die Auswertung des 3D-Bildes im Sensor erfolgt, ist eine externe Bildauswertung nicht erforderlich. Über definierbare Positionen im Kamerabild (sogenannte ROIs, Region Of Interest) wird in dieser Applikation der Abstand vom Spannhebel zum Sensor ausgewertet. Die integrierte Auswertung erkennt, ob der Spannhebel „offen“ oder „geschlossen“ ist. Die Ergebnisse werden über die integrierte Ethernet-Schnittstelle per TCP/IP, PROFINET IO oder EtherNet/IP an die Steuerung weitergeleitet. Ebenso kann auch das Kamera-Livebild ausgegeben werden.
Mit der Software „Vision Assistant“ kann der Anwender den Sensor leicht parametrieren, zum Beispiel die ROIs festlegen oder die Ausgangsfunktion parametrieren. Diese Software ist sowohl für Windows-PCs als auch für iPads erhältlich.
In der Schweißanlage werden mehrere vorbearbeitete Bleche zu einem Unterzusammenbau (Subassembly) verschweißt.
Von oben draufgeschaut
Über der Schweißanlage sind zwei O3D-Sensoren verbaut, einer im Einlegebereich (Bauteil beladen) der andere im eigentlichen Schweißbereich. Beide schauen von oben auf die in der Montagevorrichtung zu verschweißenden Bleche und deren Spannelemente.
Fabian Gulla, Applikationsingenieur für Bildverarbeitung und Robotik im Bereich Anlagenbau bei Opel, erklärt die Funktion der Sensoren: „Wir setzen den Sensor zur Abstandsmessung ein. Dabei haben wir verschiedene, Regions of Interest‘ definiert, die wir abfragen. Zum einen sind das die Spanner und deren Endlagen, zum anderen sind das die Bauteile an sich, von denen festgestellt werden muss, ob sie vorhanden sind oder nicht. Das könnte man natürlich auch mit mehreren eindimensionalen optischen Sensoren abfragen, wenn man auf jeden Bereich einen Sensor ausrichtet. Der O3D hat den Vorteil, dass man nur einen Sensor benötigt und dann mehrere ROIs softwaretechnisch beliebig anordnen kann. Wir haben die ROIs auf die Endlagen der Spanner als auch auf die Werkstücke ausgerichtet und fragen dann über die Abstandsmessung einfach nur ab: ‚Ist ein Bauteil vorhanden?‘ oder ‚Hat der Spanner die Endlage erreicht?‘ “
Bild 1: Der 3D-Sensor überwacht von oben mehrere Positionen gleichzeitig. Bild 2: Schweißanlage im Bereich Karosseriebau.
Kostenersparnis
Statt vieler Sensoren übernimmt nun ein einzelner 3D-Sensor die Positionsabfrage an gleichzeitig mehrere Stellen in der Vorrichtung. Mit dem Vision-Sensor O3D lässt sich an dieser Anlage etwa 80 % der konventionellen Sensorik ersetzen.
Weitere Einsparpotenziale ergeben sich durch die Ersparnis von Verkabelung, Montagezubehör und E/A-Punkten an der Steuerung.
Visualisierung
Für Transparenz im Prozess hat Opel an der Anlage einen Bildschirm zur Visualisierung montiert. Neben einer grafischen Prozessdarstellung erlaubt es der O3D auch, ein Livebild auszugeben.
Der Vorteil den wir jetzt mit dem Livebild vom ifm-Sensor haben ist, dass wir den Spannern und Bauteilen Endlagen zugewiesen haben, die im Bild visualisiert dargestellt werden. Über einen Rot-Grün Farbwechsel wird dem Werker direkt symbolisiert, ob das Werkstück eingelegt ist und ob der Spanner geöffnet oder geschlossen ist.
Dies ist kein Mehraufwand in der Programmierung, weil die Parametrierung des Sensors ohnehin erfolgen muss und das Livebild so aus dem Sensor ausgegeben wird.
Freier Bauraum: Im Bereich der Schweißzangen und Schweißspritzer sind keine Sensoren mehr erforderlich.
Platzersparnis
Dadurch, dass statt mehrerer Sensoren nun nur noch ein Sensor für mehrere Positionsabfragen benötigt wird und dieser zudem hoch über der Anlage platziert ist, ergeben sich Vorteile bei der Konstruktion der Anlage.
Claus Moog: „Durch den Einsatz des O3D-Sensors ergeben sich für uns ganz neue Möglichkeiten, zum Beispiel, dass wir mehr Bauraum haben und mehr Raum für die Schweißzangen-Zugänglichkeit. Außerdem können wir die Störanfälligkeit von konventioneller Sensorik eliminieren. Weil der Sensor hoch über dem Schweißbereich montiert ist, kann er nicht von Schweißspritzern erreicht und über die Zeit beschädigt werden, wie das bei herkömmlichen Sensoren vorkommen kann, die in der Nähe der Schweißzangen montiert sind.“
Bild 1: Das Live-Bild des 3D-Sensors mit den farbig markierten „Region of Interests“. Bild 2: Die Visualisierung sorgt für Transparenz und zeigt dem Werker die Arbeitsschritte an.
Aussichten
Die Erfahrungen, die man bei Opel in dieser Pilotanlage gesammelt hat, sind durchweg positiv. Das wird einen Einfluss auf zukünftige Entwicklungen im Anlagenbau haben.
Die Einführung des Vision-Sensors O3D erfolgte in enger Zusammenarbeit mit den Entwicklern des Vision-Sensors.
Fabian Gulla: „Die Kooperation mit ifm ist sehr gut. Wir hatten mehrere Meetings direkt mit der Entwicklung. Dabei konnten wir sehr wichtige Erkenntnisse ziehen, zum Beispiel ‚wie arbeitet der Sensor?‘, ‚was muss ich beachten?‘, ‚was für Flächen muss mein Spanner vorweisen, damit er sicher auch die detektiert werden kann?‘ “.
Fazit
Weniger Sensoren, einfachere Anlagenkonstruktion, keine Störungen durch Schweißspritzer – der Vision-Sensor als Überwachungssystem bringt zahllose Vorteile und reduziert die Anlagenkosten spürbar. Auch andere Produktionsanlagen lassen sich mit dem Vision-Sensor ausstatten und optimieren.
