インダストリー 4.0 の標準により、システムと施設のデジタル化、自動化、ネットワーク化が生産現場のみならず、物流業界でも重要なテーマになってきている。
インダストリー 4.0 は、生産性と柔軟性を追求してプロセスとワークフローの最適化を推進し、時間とコストの節約を図るものである。ロボットシステムはプロセス自動化の推進力となっている。
モノのインターネット (IoT) を通じて、ロボットの感度、自律性、機動性、操作性はますます向上している。工場や倉庫で、日々の業務のサポート役として欠かせない存在になりつつあある。この面で、インテリジェントな画像処理技術が持つ役割の重要性が増している。
生産環境を拡張して、全自動でインテリジェントにネットワーク化された生産へと変革しようという要求の増大に対応するため、ONTEC Automation GmbH (バイエルン・ナイラ) は、自律運転ロボット支援システムを開発した。
この「スマートロボットアシスタント」は機動性と自動化の相乗効果を利用している。強力で効率的なイントラロジスティクスプラットフォームと、柔軟なロボットアーム、IDS Imaging Development Systems GmbH の Ensenso N シリーズの強固な 3D ステレオカメラシステムで構成されている。
このソリューションは汎用で、重量物を扱う単調な準備作業や配置作業などを任せられる。自律搬送システムとして、ユーロパレットのコンテナまでのフロアリフティングに適しており、産業規格や最大荷重 1,200 kg のさまざまなメッシュパレットにも使用できる。
繊維工業の顧客では、AGV (無人搬送車) がコイルクリールの自動ローディングに使用される。この目的で、糸巻きスプールを搭載したパレットをピックアップして、指定のクリールまで搬送し、積み上げてその後の処理を行う。
専用に開発されたグリッパーシステムを使用して、最大 1,000 台の糸パッケージを 8 時間のシフトでピックアップして、クリールの心棒に押し込む。コイルのサイズ編成や位置を、グリッパーのアームに取り付けられた Ensenso 3D カメラ (N45 シリーズ) で撮影する。
アプリケーション
産業用糸巻きを積載したパレットを、あらかじめ指定された保管場所の床からピックアップして、クリールの場所まで搬送する。ここでグリッパーがパレットの真上に配置される。
画像トリガーが N45 シリーズ Ensenso 3D カメラに送信され、インハウスのソフトウェア ONTEC SPSComm によってトリガーされる。車両の PLC とネットワークで接続されているので、データを読み取って転送できる。
アプリケーションでは、SPSComm が車両、グリッパー、カメラのソフトウェア部分の通信を制御する。この方法で、カメラで車両とグラバーが写真を撮影する位置にきたタイミングを認識できる。
ここで画像を撮影して、HALCON ソフトウェア規格に基づいて ONTEC からソフトウェアソリューションに点群を転送し、これによってパレット上のコイルの座標をロボットに通知する。
ロボットはコイルを正確にピックアップして、その後の処理に進むことができます。グリッパーが糸巻きのレイヤーをすべて巻き取ると、Ensenso カメラが糸巻きの間にあるパッケージ材の写真を撮影し、この点群も提供する。
これらの点群は同様に処理され、ニードルグリッパーが中間レイヤーを取り外すための情報をロボットに提供する。
「このアプローチは、多数のレイヤーとパレットの最終パターンを事前に定義する必要がなく、不完全なパレットでも問題なく処理できます」と、ONTEC のソフトウェア開発者 Tim Böckel 氏は説明する。
グリッパーを、ニードルグリッパーで使用するために変換する必要はない。このアプリケーションでは、コイル用の通常の把持コンポーネントと、中間レイヤー用のニードル把持コンポーネントがある
このタスクでは、移動物および静止物の 3D 撮影を移動しながらロボットアーム上で使用するので、コンパクト設計の Ensenso 3D カメラが最適である。
Ensenso N 45 の 3D ステレオ電子機器はハウジングから完全に分離しているので、軽量プラスチック複合材をハウジング材料として使用できる。軽量なので、スマートロボットアシスタントなどのロボットアーム上で容易に使用できる。
カメラは過酷な環境条件にも対処できる。「このアプリケーションによる課題は主に、ホールの異なる部屋や異なる時間帯では明らかに照明条件が異なるという点にあります」と Tim Böckel 氏は状況を説明する。
照明が暗い条件でも、内蔵プロジェクターがランダムドットパターンによるパターンマスクを使用して高輝度テクスチャを撮影対象の被写体上に投影し、特徴のない一様な表面上の構造を補完する。
つまり、内蔵カメラが要件を完全に満たす。NxView で事前に構成することで、タスクはうまく処理されている。このソースコード付きサンプルプログラムは、NxLib ライブラリの主な機能を実証するもので、画像と奥行きデータを視覚化する 1 つまたは複数のステレオカメラおよびカラーカメラを開くときに使用できる。
露出時間、ビニング、AOI、奥行き測定範囲などのパラメータは、この場合のように、使用される一致手法に対してライブで調整できる。
一致プロセスにより、Ensenso 3 カメラでは、表面に投影された補助構造を活用して、位置の変更などの非常に多量のピクセルを認識し、これからシーンの完全に一様な奥行き情報を作成できるようになる。
これにより、スマートロボットアシスタントが利用するために必要な精度が実現する。カメラのその他の選択基準としては、標準ビジョンインタフェイスのギガビットイーサネットおよびグローバルシャッタ 1.3 MP センサが挙げられる。
「スループット時間を短縮するためにカメラはパレット全体で 1 組の画像しか撮影しませんが、比較的長距離からミリメートル単位の精度で座標を提供して、ロボットアームで正確に把持できるようにする必要があります」と、ONTEC のアプリケーション開発 IT スペシャリスト Matthias Hofmann 氏は語る。
そこで、カメラの高解像度でコイルの端を 3D カメラにより確実に記録できるようにする必要がある。 端の位置決めは、スプールの中心からグリッパーまでの位置をできるだけ正確に伝達するために重要である。
さらにカメラは、過酷な環境条件の用途専用に設計されている。トリガーおよびフラッシュ用のねじ止め式 GPIO コネクタを備え、埃、塵、水滴、洗剤に対して IP65/67 保護等級ある。
ソフトウェア
Ensenso SDK はロボットアームに対してカメラのハンドアイ校正を行い、ロボットの姿勢を使用した座標の変換および転位を容易にする。さらに、内部カメラ設定を使用して、現状の「FileCam」を、画像トリガーごとなど、転送するたびに記録する。
これにより、エッジケースを後で容易に調整できる。この用途ではたとえば、予期しない照明条件、画像内の障害物、画像内のコイルの予期しない配置などである。Ensenso SDK により、内部カメラ LOG ファイルを保存して評価用にアーカイブすることもできる。
ONTEC ではこれらの「FileCams」を使用して、テストケースを自動的にチェックし、ビジョンソフトウェアを調整するときにすべての配置を正しく機能させている。
さらに、さまざまな車両を調整して、ONTEC が専用に開発した制御システムをベースに物流面でのボトルネックを最小化できる。
異なるアシスタントを運転して、非常に狭い空間で同時に動作させることができます。産業用インタフェイスツール ONTEC SPSComm を使用すると、標準の産業用ロボットでもアプリケーション全体に無理なく統合でき、データを異なるシステム間で交換できる。
今後の予定
さらなるシステムの開発が予定されており、自動運転車のナビゲーションが特に中心となる。
「AGV の車両ナビゲーションに関して、IDS カメラの使用には高い関心を寄せています。現在、新しい Ensenso S シリーズの使用を評価しており、障害物に対する車両の反応の柔軟性を高めようとしています。たとえば、障害物を分類して、それを回避して走行させるなどです」と、ONTEC のソフトウエア開発者 Tim Böckel 氏は次の開発ステップの概略を語る。
ONTEC 固有のインタフェイス構成では、システムを多様なインダストリー 4.0 アプリケーションに統合することがすでに可能で、自律走行ロボットソリューションのモジュール構造により、さまざまなタスクに対して適応させる余地を持たせている。
このようにして、生産および物流において効率と柔軟性を向上できるほか、多くの場面で、従業員の作業負荷の軽減に文字通り貢献している。
■クライアント
ONTEC Automation GmbH は、革新的な統合オートメーションシステム、プラント、産業生産向け特殊マシンのシステムプロバイダである。
テクニカルテキスタイルソリューション、オートメーションソリューション、スマートロボットソリューション、配電盤ソリューションの事業部門がある。
同社は 25 年の経験から得た知識を、革新的な顧客中心のソリューションとバリューチェーン全体に適用し、ロボット工学、産業用画像処理、ソフトウェア開発、電気工学、機械工学を対象としている。
■問い合わせ
アイ・ディー・エス株式会社
TEL:03-6260-0833
E-mail：apacsales@ids-imaging.com
https://jp.ids-imaging.com/
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