Stahl ist ein universeller Werkstoff und in vielen Bereich unverzichtbar. Um manuelle Nacharbeit zu beseitigen und Bearbeitungsprozesse zu optimieren, weitet sich auch hier der Einsatz von industrieller Bildverarbeitung immer weiter aus. Die Peddinghaus Corporation hat dies schon frühzeitig erkannt und setzt Vision-Systeme bspw. auch in ihren Brennschneidemaschinen ein. Auf der Suche nach Optimierungsmöglichkeiten hat sie in Zusammenarbeit mit dem Beriech „Custom Design & Engineering (CDE)“ bei Balluff ihre Vision-Komponenten noch einmal evolvieren können - mit erheblichen Kundennutzen.
Daten der Scanlinie zur Darstellung der Position
Trotz angespannter Weltlage hat sich die weltweite Rohstahlproduktion im Jahr 2024 nur um 0,8 % auf insgesamt 1,88 Mrd. Tonnen reduziert. Ein Indiz dafür, wie wichtig auch in diesen Zeiten der Werkstoff Stahl ist. Denn, anders als es zu vermuten ist, konsumiert der zivile Sektor bis zu 95 % des produzierten Stahls. Und die Vorteile liegen klar auf der Hand: Stahl ist fest, verformbar, widerständig und wiederverwertbar; alles ideale Eigenschaften für das Bauwesen, die Automobilindustrie, den Maschinenbau, die Infrastruktur und viele andere Bereiche.
Für Verarbeitung von robustem Stahl für die Bereiche Bauwesen und Infrastruktur ist die Peddinghaus Corporation mit Sitz in Gevelsberg, Deutschland und Bradley, IL, USA seit 1903 eine feste Größe. Das vielfältige Produktportfolio von Peddinghaus reicht hierbei von Bohranlagen über Bandsägen bis hin zu Brennschneidemaschinen. Letzteres sind Maschinen, mit welchen Stahl in unterschiedlichen Profilen (bspw. H-, C-, Winkel- oder L-Profil) geschnitten oder markiert wird. Geschnitten bedeutet hierbei nicht nur das Abtrennen von einzelnen Abschnitten, sondern auch das Schneiden bspw. von Montagelöchern oder das Fasenschneiden.
Mit PeddiBot hat Peddinghaus eine Produktfamilie auf dem Markt, welches mittels Plasmaschneider am Ende eines Roboterarms ein präzises Brennschneiden ermöglicht. Präzise bedeutet, dass der Abstand zwischen Plasmaschneider und Stahlprofil gleichbleiben muss, um ein einheitliches Schnittbild ohne Grat und damit ohne Nachbearbeitung zu erreichen. Die Daten zur Führung des Roboterarms werden anhand eines 3D-Vision-Systems berechnet. Hierbei wird das Stahlprofil am Vision-System vorbeigeführt, welches einen auf das Stahl projizierte Laserstrahl kontinuierlich erfasst und die Daten an einen Vision-Server auf einem für die Bildverarbeitung vorgesehenen Industrie-PC sendet. Mittels Center of Gravity (COG) Algorithmus wird die Laserlinie im Bild bestimmt und eine Homographie-Matrix angewendet, um die 2D-Pixelkoordinaten in reale 3D-Messungen umzuwandeln. Auf dieser Basis werden die Koordinaten für die Schnittwege des Roboters ermittelt.
Mit dem patentierten 3D-Vision-Scan-Verfahren hat Peddinghaus schon ein Alleinstellungsmerkmal im Markt, welches im Vergleich zum Mitbewerb erheblich kosteneffektiver ist, da die gleichbleibende Schnittqualität Prozesszeiten reduziert und eine separate Stufe zum Messen der Stahlteile entfällt. Dennoch ist Peddinghaus bestrebt, sich stets zu verbessern und Kunden neue Vorteile zu bieten. Aus diesem Grund wurde auch der PeddiBot beleuchtet und überlegt, wo es noch Potentiale zur Verbesserung gibt. Der Fokus fiel auf das 3D-Vision-System. Da mit Druck- und Positionssensoren schon Sensorik aus dem Hause Balluff im Einsatz war, wollte Peddinghaus mehr über Möglichkeiten im Vision-Bereich erfahren und fragte bei Balluff nach.
PeddiBot HMI mit Anzeige der verarbeiteten Scandaten über dem idealen Werkstückprofil
Die Auswahl an Standard-Industriekameras bei Balluff ist immens, sodass von den Kriterien hinsichtlich Auflösung, Schnittstelle, Bildwiederholrate mit der BVS CA-GX0, einer GigE Vision Kamerafamilie mit robusten Industriesteckern und Power over Ethernet, ein besserer Ersatz gefunden wurde. Aber einfach eine 3D-Vision-Kamera durch zwei Industriekameras zu ersetzen, bringt keinen Kundenvorteil. So kam der Balluff-Bereich „Custom Design & Engineering (CDE)“ ins Spiel, welcher für Kunden spezielle maßgeschneiderte Lösungen für Kamera- und Sensorkomponenten anbietet.
Da die BVS CA-GX0 Industriekameras von Balluff über ein FPGA verfügen und mit eigenen Algorithmen versehen werden kann, schlug Peddinghaus vor, die Center of Gravity (COG) Berechnung doch direkt in der Kamera zu machen. Balluff bestätigte die Machbarkeit, adaptierte die Firmware der Kamera und erzeugte eine kundenspezifische Lösung aus einer Standardkamera heraus. Auch die Treiber der Kamera wurden angepasst, sodass für Peddinghaus in der Impact Acquire API von Balluff, ein kundenspezifisches und GenICam standardkonformes Feature-Control zur Verfügung gestellt wurde. Das Control ermöglicht es Peddinghaus, per API die Center of Gravity (COG) Berechnung an- und auszuschalten oder die Center of Gravity (COG) Daten und damit die Erkennung des Laserprofils bspw. durch Schwellwert oder Angabe der minimalen und maximalen Breite des Laserprofils zu optimieren.
So vermeintlich klein die Idee auch erscheinen mag, so groß war die Auswirkung auf das Gesamtsystem. Zum einen reduziert die Industriekamera die Kosten des Gesamtsystem, da sie erstens die teurere 3D-Vision-Kamera ersetzt, zweitens den für die Verarbeitung der Daten der 3D-Vision-Kamera benötigten Industrie-PC obsolet macht und drittens die Einrichtung des Bildverarbeitungssystems wesentlich vereinfacht. Zum anderen wird Peddinghaus durch die umfangreiche Bildsensor-Palette bei Balluff flexibler bei den Arbeitsabständen. Die bisherigen 3D-Vision-Kamera waren in der Auflösung beschränkt und limitierten unnötig den Arbeitsbereich der Brennschneidemaschinen.
Durch die Firmware-Anpassung der Balluff Industriekamera wird die neue Generation der PeddiBot, der PeddiBot-1250 ST, nicht nur eine Industriekamera von Balluff verwenden, sondern fünf, um die Oberseite und die Seiten jedes Stahlträgers bis zu einer Breite von 1250 mm zu sehen. Ein separater Industrie-PC für die Bildverarbeitung wird weiterhin nicht benötigt und die fünf Industriekameras sind immer noch wesentlich günstiger als eine 3D-Vision-Kamera. Im ganzen Entstehungsprozess der kundenspezifischen Anpassung empfand die Peddinghaus Corporation die Zusammenarbeit mit Balluff angenehm und motivierend, da auch bei vermeintlichen Hindernissen immer ein Ansprechpartner zur Lösung verfügbar war. Das ist eine der vielen Stärken von „Custom Design & Engineering (CDE)“.