Het logistieke speelveld in beeld: hoe een 3D-vision-camera de materiaalstroom optimaliseert

In Noord-Duitsland hebben ze de robotwereld letterlijk op zijn kop gezet. Het resultaat is een ongebruikelijke oplossing voor materiaalstromen. cellumation uit Bremen kwam met het idee om autonome voetbalrobots te combineren tot eenheden - en ze vervolgens om te draaien. De truc hierbij is dat in plaats van de bal vrij over het oppervlak te jagen met een driehoekig netwerk van drie aandrijvingen, goederen vrij over een oppervlak kunnen worden verplaatst op de tegenovergestelde manier. De bewegingen van individuele spelers worden zo - als het ware als een teaminspanning - samengevoegd tot een maximaal flexibele routing voor allerlei soorten goederen. 3D-vision-camera's van SICK zorgen voor het nodige overzicht vanaf de zijlijn.

De markt is er voor intelligente materiaalstroom, maar heeft twee dingen nodig: hoge prestaties in bewegingsbesturing in combinatie met een minimaal ruimtebeslag. "Logistieke gebieden worden kleiner en de acceptatie door lokale overheden neemt af - voornamelijk vanwege de lage toegevoegde waarde per vierkante meter", zegt Theresa Gröninger, die de vertraging beschrijft in het bieden voor nieuwe logistieke centra op afgelegen locaties. Tegenover deze ontwikkeling staat echter het feit dat consumenten nog steeds veel bestellen. Deze evenwichtsoefening betekent dat er vraag is naar effectievere oplossingen voor materiaalstroom. Het is gewoon een kwestie van meer transportcapaciteit leveren met minder benodigde ruimte. "Dit is precies waar wij om de hoek komen kijken met onze modulaire en dus gemakkelijk schaalbare celluveyor", zegt de marketingmanager van het bedrijf, dat in 2017 werd opgericht.

3D-beelden voor trajectgeleiding op een vlak

Het omgekeerde robotteam vormt een honingraatvormig aaneengeschakeld transportsysteem. Hoeveel units er in een applicatie aaneengeschakeld worden om een geheel te vormen, hangt af van de transporttaken, de vereiste prestaties en het gewicht van de verpakkingseenheden. Cellumation biedt de afzonderlijke speler slechts aan in twee varianten qua grootte en prestaties, zodat de individueel configureerbare modules een maximum van standaardisering behouden. Ze zijn qua lay-out ontworpen voor 150 en 200 celafstanden. De grotere units zijn op maat gemaakt voor grotere verpakkingen om het aantal cellen per oppervlakte-eenheid te beperken. Wat hetzelfde blijft, is de volledige besturingstechnologie, inclusief de aansluiting van de 3D time-of-flight camera's Visionary-T Mini van SICK.

Het bijzondere aan deze 3D-methode is dat ruimtelijk zicht wordt gegenereerd via lichtreistijden. De camera heeft daarom geen twee optieken nodig, zoals gebruikelijk is bij zogenaamde stereoscopie en menselijk zicht. Visionary-T Mini meet in plaats daarvan voor elk punt van een object tegelijkertijd hoe lang de reistijd van het eigen infrarode licht van de camera is van de bron naar het object en - na reflectie - weer terug. Uit deze tijdwaarden van een enkele, korte opname vormt de rekenintelligentie van de camera een 3D-puntenwolk, die kan worden gebruikt om objecten in de ruimte in drie dimensies vast te leggen. De 3D-gegevens leveren betrouwbare informatie over de grootte en positie van een object - op een zeer specifiek tijdstip. Dit detail maakt het verschil met de manier waarop 3D-laserscanners werken, die lijn voor lijn een beeld genereren.

Eerste onderzoek met speelgoedcamera's

Voor cellumation was dit proces doorslaggevend voor de bewegingsbesturing op de tafel van de celluveyor. "3D-scanners hebben eigenlijk een probleem met bewegende objecten", legt Claudio Uriarte uit, die de onderneming in 2017 samen met dr. Hendrik Thamer oprichtte. Beide wetenschappers werkten op dat moment voor het Bremer Instituut voor Productie en Logistiek. Al bij hun wetenschappelijke werk bij BIBA - een bedrijf dat deel uitmaakt van de Universiteit van Bremen - werd het onderzoek al gekenmerkt door intralogistiek en het zoeken naar oplossingen voor het autonoom lossen van containers. "Aanvankelijk gebruikten we 3D LiDAR-sensoren van SICK", blikt Claudio Uriarte terug, maar toen kwamen er echte 3D-vision-camera's op de markt - zij het ingebouwd in spelconsoles. "We hebben veel gewerkt en getest met de camera's. Wat overbleef was de behoefte aan een robuuste oplossing voor industrieel gebruik." De twee wetenschappers kwamen toen via een persbericht in aanraking met de nieuwe Visionary-camera's met hun 3D Snapshot-techniek. Dat was het begin van een intensieve samenwerking met SICK op projectniveau.

 

Afbeeldingen vrij van artefacten

Maar waarom de lange zoektocht naar een 3D-vision-camera die geschikt is voor industrieel gebruik als de overeenkomstige scanners al bestonden? Het probleem van scanners bij de omgang met bewegende objecten bleef bestaan - en daar zijn er genoeg van in de intralogistiek. Claudio Uriarte heeft het hier over een staart die de laserscanners achter zich aanslepen wanneer ze lijn voor lijn scannen wanneer objecten niet in rust zijn. De "bewegingsartefacten" zijn als een eropvolgende geest. Met de Visionary-T Mini daarentegen levert de enkele, korte belichting, de 3D-snapshot, eenduidige beelden op zonder deze artefacten. "Dit levert ons tot 30 beelden per seconde op. De gegevens zijn vrij van onscherpte en stellen ons in staat om er nauwkeurige bewegingsbesturing uit af te leiden." In deze opbouw neemt de Visionary-T Mini dus de rol aan van een snel feedbacksysteem met als doel een snelle en gesloten regelkring te realiseren.

30 beelden per seconde, elk als een driedimensionale puntenwolk: Om ervoor te zorgen dat deze meetprocedure niet leidt tot onbeheersbare hoeveelheden gegevens, voert de SICK-camera een voorbewerking uit, die vervolgens door de besturing van de celluveyor wordt omgezet in positiegegevens. Volgens Claudio Uriarte is het handig dat de puntenwolk die de camera levert heel goed kan worden gesegmenteerd van 3D-coördinaten. "We onderscheiden duidelijk welke gegevens bij een pakket horen en wat stationair is aan de tafel. In de nabewerking kunnen we dan alles wegsnijden wat niet relevant is voor de bewegingsbesturing."

En ze bewegen allemaal tegelijk

De onderneming uit Bremen heeft de camera's direct boven de verdeeltafel geïntegreerd. Als een intralogistieke applicatie een grotere ruimtelijke dimensionering van de module vereist, gebruikt cellumation een cameranetwerk zodat er geen dode hoeken op de route zijn bij de bewaking van de pakketbewegingen. Deze volledige monitoring met het 3D-oog is nodig omdat de celluveyor geen vaste route heeft. De besturing van de eenheid berekent voortdurend de ideale verbinding tussen invoer en uitvoer op basis van de werkelijk aangeleverde posities. Op deze manier kan de celluveyor meerdere pakketten tegelijk en ook naast elkaar verwerken. Deze eigenschap leidt tot de eerder genoemde performance van het systeem. Een ander voordeel: onvoorspelbare bewegingen van een verpakking als gevolg van variërende gewichten of het gevoel van het verpakkingsmateriaal hebben geen invloed op het proces. Als een goed bijvoorbeeld de oorspronkelijk berekende route verlaat, is dit irrelevant voor de verdere route. De reden: de besturing berekent de route gewoon opnieuw op basis van de actuele positie die door de Visionary-T Mini wordt doorgegeven. Dit proces is een echte innovatie en voorkomt effectief dat verpakkingen botsen of vastlopen. Dit maakt de materiaalstroom in de intralogistiek op zijn beurt veel betrouwbaarder en verbetert de algehele beschikbaarheid van het systeem.

Met de opstelling bestaande uit individuele aandrijfmodules en 3D-cameratechnologie is cellumation erin geslaagd een echt renpaard voor de intralogistiek te bouwen. "We worden ideaal gebruikt in gebieden waar beslissingen over routing nodig zijn. We zijn bijvoorbeeld een ideale aanvulling op statische transportbanden of rollenconveyors", beschrijft Theresa Gröninger het marktpotentieel. Dankzij de eenvoudige integratiemogelijkheden is de oplossing uit Bremen ook ideaal om de productiviteit en flexibiliteit van bestaande systemen te verbeteren in het kader van een retrofit.

De technologie werd onlangs bekroond met de "Innovationspreis Logistik" 2024 van de VDI-Gesellschaft Produktion und Logistik. Met deze prijs worden ondernemingen onderscheiden die een uitstekende bijdrage hebben geleverd aan innovatie in de logistiek.

 

Verdere artikelen

Meer lezen

Meer lezen

Meer lezen