3D-Bildverarbeitung macht Robotik effizienter

Die MVTec Software GmbH stellt auf den diesjährigen Frühjahrsmessen Hannovermesse und AUTOMATICA neue Möglichkeiten der industriellen Bildverarbeitung für die Robotik vor. Der Entwicklungsstand rund um das Softwarepaket HALCON zeigt, dass die Anbindung von BV-Standardsoftware an Industrieroboter wesentlich effizienter ist als die Eigenentwicklung.

In der Robotik wird zurzeit nur ein geringer Prozentsatz aller Aufgaben mit Bildverarbeitung gelöst. Die Ingenieure entwickeln die entsprechende Software dann zumeist selbst, greifen also kaum auf Standardsoftware zurück. Jetzt aber bietet HALCON von MVTec alle Möglichkeiten der 3D-Bildverarbeitung für die Robotik wie 3D-Vermessung und 3D-Lageerkennung an. HALCON hält damit für die robotiktypischen Verfahren nicht nur schnelle und zuverlässige Operatoren bereit, sondern erleichtert auch das unkomplizierte Teaching und Kalibrieren, Voraussetzung für Wirtschaftlichkeit in der Robotik. Aus Sicht der Robotik ist das ein klarer Effizienzschub.

Für die 3D-Bildverarbeitung mit HALCON in der Robotik gibt es verschiedene Möglichkeiten. Verfügt der Aufbau über zwei Kameras, können zwei unterschiedliche Stereo-Verfahren angewendet werden. Das erste ist bei hochgenauen Formvermessungen von Bedeutung. Aus den zwei transformierten Bildern wird dabei über die Disparität (Abstand korrespondierender Pixel) eines jeden Objektpunkts dessen Tiefe bestimmt. Oft genügt es jedoch schon, einzelne Punkte, Ecken oder Kanten als ausgewiesene Merkmale zu erkennen. Neben der gesteigerten Schnelligkeit hat dieses zweite Verfahren den Vorteil, dass dem Roboter subpixelgenaue beziehungsweise submillimetergenaue Positionsdaten übergeben werden können.

3D-Verfahren gibt es auch mit nur einer Kamera. Sind die Koordinaten bestimmter Merkmale eines Objekts bekannt, so kann mit HALCON über das Projektionsbild deren 3D-Lage in Weltkoordinaten bestimmt und rekonstruiert werden. Ein ähnliches Verfahren bietet die Beobachtung von Kreisen (z.B. Bohrlöchern) in Objekten, die im Kamerabild projiziert als Ellipse erscheinen; durch deren Analyse lässt sich die Lage des Objekts dreidimensional rekonstruieren. Weiterhin ist eine Rekonstruktion über die Schärfe/Unschärfe-Beziehung eines Objekts möglich: Über die Höhenverstellung der Kamera lässt sich aus dem Schärfegrad die dreidimensionale Beschaffenheit des beobachteten Objekts bestimmen. Auch mit kontrollierten Lichtvariationen lässt sich ein Objekt rekonstruieren, indem mehrere Bilder in Serie mit rotierender Beleuchtung aufgenommen werden; die unterschiedlichen Reflexionen führen dann zur 3D-Rekonstruktion (s. Abb.).

Neben diesen speziellen 3D-Methoden für die Robotik bietet HALCON alle klassischen Bildverarbeitungsmethoden wie hochgenaues Messen, Matching, OCR, Data- und Barcode-Lesen sowie Blobanalyse. Auch diese werden immer häufiger in der Robotik zur in-situ-Qualitätskontrolle eingesetzt, zum Beispiel zur Identifizierung von Komponenten während des Greifens von Teilen im Automobilbau oder zur Schweißnahtkontrolle. Auch zukünftig will MVTec weitere 3D-Verfahren für die Robotik entwickeln.

HALCON läuft sowohl auf PC wie auch als HALCON Embedded auf unterschiedlichsten Plattformen, die in der Robotik üblich sind.

Hannovermesse (Hannover, 24.-28.04.06):
MVTec: Halle 17, D60
„Treffsichere Dartscheibe“, Halle 17, D30 (VDMA)
AUTOMATICA (München, 16.-19.05.06):
MVTec: Halle B1, 208
„Treffsichere Dartscheibe“, Halle B1, 330 (iwb)
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