La caméra 3D stéréo assiste les robots lors de prélèvements dans des conteneurs
Le traitement des images 3D est l'avenir de la vision des robots. En effet, de nombreuses applications de la robotique et de la production en série auto-matisée ne sont satisfaisantes qu'avec des informations tridimensionnelles. Cela vaut aussi bien pour des opérations d'assemblage exigeantes, telles que le collage ou le soudage, que pour les fameux prélèvements dans des conteneurs.
La détermination exacte de la position des pièces désordonnées est la condition préalable à un prélèvement fiable du robot. Avec la caméra 3D stéréo Ensenso, IDS propose une solution pour l'acquisition d'images 3D, qui séduit non seulement en termes de précision, mais aussi des points de vue de la rentabilité et de la rapidité. La société bsAutomatisierung GmbH exploite les nouvelles possibilités de cette caméra pour un prélève-ment extrêmement prompt dans des conteneurs.
Le prélèvement dans des conteneurs figure toujours parmi les tâches les plus difficiles à résoudre dans le cadre de la fabrication robotisée. Pour extraire des pièces non triées d'un conteneur grillagé ou d'une boîte de Schäfer, il faut d'abord identifier de manière fiable la forme, la taille, la position et l'orientation des objets. Ce n'est qu'avec ces informations qu'il est ensuite possible de produire une trajectoire de robot sans collision adaptée.
Pourtant, dès l'acquisition des données 3D, les problèmes commencent. Outre une exactitude et une exhaustivité suffisantes, des cadences et une stabilité du processus élevées sont requises. Les quelques solutions proposées jusqu'à ce jour sont soit trop lentes ou n'atteignent pas la stabilité de processus nécessaire pour pouvoir être utilisées dans la fabrication en série, soit trop onéreuses.
Avec la caméra 3D stéréo Ensenso N10 de la société IDS, les exigences en termes de cadence, disponibilité et rentabilité des applications de vision de robot peuvent aujourd'hui être gérées de front. La caméra avec port USB, adaptée au milieu industriel, est une nouveauté sur le marché, car elle intègre deux capteurs CMOS à obturateur global avec une résolution WVGA, un logiciel performant, le tout dans un boîtier très compact, mais aussi un projecteur de modèle infrarouge. Ce dernier projette un modèle aléatoire de points sur l'objet à saisir et les structures existantes de la surface ne sont pas ou peu complétées ou mises en relief. Pour la mise en concordance stéréo, des endroits concis de l'image sont nécessaires. L'objet est ensuite enregistré par les deux capteurs d'image selon le principe de la vision stéréo et les coordonnées 3D sont ensuite reconstituées ou calculées pour chaque pixel à l'aide des rapports géométriques de la triangulation. Même si des composants relativement constants sont présents dans le conteneur, sans investissement technique supplémentaire, il est possible de générer une image 3D détaillée pratiquement complète de toute la surface. Tout cela est réalisé en quelques millisecondes !
La société bsAutomatisierung exploite cette rapidité et intègre les caméras Ensenso dans ses cellules robotisées de prélèvement dans des conteneurs. L'entreprise sise à Rosenfeld, à environ 60 km au sud de Stuttgart, est spécialisée dans le développement et la construction d'installations pour le chargement et le décharge-ment rapides et précis de machines de production et la manutention de pièces. Avec les cellules de prélèvement dans des conteneurs de la région de la Souabe, les pièces en désordre ou posées en vrac dans les conteneurs sont isolées une à une automatiquement, puis acheminées vers les processus de fabrication suivants. Les cadences atteintes sont inférieures à 10 secondes, ce qui n'était pas réalisable avec les solutions traditionnelles, comme la méthode de la section lumineuse. Selon l'utilisation et les exigences du client, les cellules sont proposées avec des robots industriels multi-axes classiques ou avec un robot cartésien. Elles sont modulaires, peuvent être adaptées à différentes tailles de conteneur et sont dimensionnées pour des applications comprenant de un à quatre conteneurs.
Ainsi, chaque conteneur se retrouve sous l'oeil de deux caméras Ensenso fixes. Contrairement à une caméra installée directement sur un bras de robot, cette conception présente deux avantages essentiels. D'une part, le système peut atteindre une cadence plus élevée. Pendant l'extraction d'une pièce dans un conteneur, la détection d'objet peut déjà démarrer dans un autre conteneur. Même si dans l'installation, l'extraction ne doit avoir lieu qu'à partir d'un seul conteneur, le processus de recherche peut commencer pendant que le robot dépose la dernière pièce prélevée à un autre endroit.
D'autre part, les images des différentes caméras Ensenso peuvent être calibrées très facilement entre elles, car le logiciel des caméras est conçu dès le départ pour un fonctionnement multicaméras. L'utilisation simultanée d'au moins deux caméras permet d'enregistrer une scène sur différentes faces de manière synchrone, ce qui réduit les occultations et étend le champ d'image. Avec le fonctionnement multicaméras, le logiciel N10 fournit également un nuage de points 3D unique contenant les données de toutes les caméras mises en oeuvre. L'exactitude qui en résulte peut aussi être mise à l'échelle de manière illimitée grâce au nombre de caméras installées. De plus, le logiciel Ensenso permet de combiner plusieurs caméras stéréo, mais aussi de les utiliser avec des caméras industrielles traditionnelles, pour capturer des informations de couleurs supplémentaires ou des codes-barres, par exemple.
Dernier point, mais pas des moindres : le logiciel Ensenso prend en charge la commande des deux capteurs CMOS et du projecteur de modèle, ainsi que l'acquisition et le prétraitement des données 3D. Une fréquence et une qualité d'image optimales sont ainsi atteintes et le PC chargé des analyses est nettement moins sollicité. La caméra est conçue pour des distances de travail comprises entre 260 mm et 1 400 mm, ainsi que pour des champs d'images variables. Les distances focales proposées de 3,6 à 16 mm couvrent un large spectre de distances et de tailles. Contrairement aux autres procédés d'acquisition 3D, la caméra est capable d'enregistrer des objets fixes ou mobiles à une fréquence d'images maximale de 30 images/s. Bien qu'elle dispose de deux capteurs et d'un projecteur intégré, ses dimensions sont très raisonnables avec 150 x 45 x 45 mm et elle pèse à peine 400 g. Avec un boîtier en aluminium robuste et un connecteur déclencheur avec ports GPIO pour un trigger entrées/sorties en 12-24 V, la caméra est armée pour les applications industrielles. Le connecteur déclencheur/capteur M8 tripolaire et le port USB sont vissables.
Pour les OEM et les intégrateurs de systèmes, comme la société bsAutomatisierung, un autre avantage de la caméra Ensenso se révèle décisif. Elle peut être utilisée immédiatement et fournit des données métriques 3D dès la sortie du carton d'emballage. La caméra peut ainsi être immédiatement intégrée. Seul le robot doit encore être calibré à la caméra, mais cette opération est effectuée très aisément à l'aide d'une plaque de calibrage montée sur le dispositif de préhension. Le logiciel calcule alors la position de montage de la caméra et les données 3D sont tout de suite représentées dans le système de coordonnées du robot.
Les images capturées sont analysées à l'aide du logiciel Halcon 11. Parallèlement à une API pour C, C++ et C#, une interface correspondante est incluse dans les fournitures logicielles de la caméra Ensenso. Les coordonnées cible des pièces identifiées et une image des éléments restants du conteneur sont ensuite transmises à un module logiciel sous forme d'obstacle dynamique. Le logiciel génère à partir des données CAO de la cellule, du robot et du dispositif de préhension une trajectoire de robot sans collision. Cette trajectoire est ensuite transférée dans la commande du robot et exécutée. Suite à des inexactitudes, des erreurs de détection et des glissements de pièces, il peut arriver que la tentative de prélèvement échoue. Divers capteurs au niveau du dispositif de préhension et un contrôle anticollision entre le dispositif de préhension et la bride permettent au robot de les détecter. Il sort alors automatiquement du conteneur et essaie à nouveau à un autre endroit. Aucune intervention humaine n'est nécessaire. Toute la procédure est contrôlée et commandée par un système SPS. Ce dernier indique également au système de traitement des images le type de pièces à rechercher, à quel moment et dans quel conteneur.
En raison de la complexité des frais relativement importants de la technique, le potentiel du traitement des images 3D n'a été que très peu utilisé jusqu'à ce jour. Avec ses cellules de prélèvement dans des conteneurs, la société bsAutomati-sierung montre que la caméra 3D stéréo Ensenso est capable de satisfaire des exigences complexes de manière rentable et en toute fiabilité. Grâce au port USB 2.0, la caméra s'intègre aisément et son concept technologique la rend plus qu'intéressante du point de vue économique. Et en matière de rapidité, elle a une bonne longueur d'avance sur les autres solutions. Parallèlement à la caméra Ensenso avec interface USB, un modèle avec connecteur GigE et deux capteurs CMOS 1,3 mégapixels de la société e2v sera bientôt disponible.
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