2D-Roboterführung vom Förderband: Teile vereinzeln, greifen und der Anlage zuführen

Viele Zuführaufgaben im Lager und an der Anlage folgen demselben Muster. Teile kommen ungeordnet oder nur grob vorsortiert auf einem Band an, und ein Roboter soll sie einzeln greifen und an die nächste Station übergeben. Die eigentliche Frage ist dabei nicht das Greifen, sondern die davor: Wo liegt das Teil, wie ist es gedreht, und liegt es auf der richtigen Seite? Die 2D-Roboterführung beantwortet genau das und ersetzt starre Zuführungen und mechanische Vereinzelungen. Dieser Beitrag zeigt, was die Kamera an den Roboter übergibt, wie Sie die Genauigkeit realistisch spezifizieren und wann ein Vision-Sensor genügt.

Wichtige Punkte im Überblick

Die 2D-Roboterführung übergibt Position, Drehlage und Winkel an den Roboter und ersetzt starre Zuführungen und mechanische Vereinzelungen.
Neben Position und Drehlage muss das System oft die greifbare Seite erkennen und in dokumentierten Anwendungen bei 10 bis 15 Varianten die vollständige Greifpose bestimmen.
Die geforderte Genauigkeit ist konkret zu spezifizieren, in dokumentierten Anwendungen von rund ±1 mm beim Picken vom Band bis 0,15 bis 0,3 mm beim Einlegen in Aufnahmen.
Auf dem laufenden Band liefert das Vision-System die Lageerkennung, während Trigger, Drehgeber und Robotersteuerung die Bandnachführung für den Griff ohne Halt übernehmen.
Die Systemwahl richtet sich nach der Aufgabe: ein AI Vision-Sensor für einfache Ausgaben, eine All-in-One Kamera mit integrierter AI für höhere Anforderungen.

Typische Zuführaufgaben: Vereinzeln, Umsetzen, Bandpick und Conveyor Tracking

Die Aufgaben unterscheiden sich im Detail, ähneln sich aber im Kern. In dokumentierten Anwendungen fallen Drehteile auf eine hinterleuchtete Platte, Metallteile liegen zufällig auf dem Band, dazu kommen Kunststofffittinge, Beutel mit Pulver, Flacons in Reihen auf einer Palette, Sockelleisten oder Relais. Der Roboter nimmt diese Teile auf und setzt sie in eine Aufnahme, auf ein weiteres Band oder in eine Verpackung.

So verschieden die Teile sind, der gemeinsame Nenner bleibt gleich. Das System übergibt X, Y und den Drehwinkel an den Roboter, damit dieser sicher zugreift. Wichtig ist die Abgrenzung zum Depalettieren und zum Griff in die Kiste. Bei der 2D-Roboterführung liegen die Teile vereinzelt oder teilgeordnet auf einer Ebene, nicht als hoher Behälterstapel und nicht chaotisch übereinander. Liegen die Teile wirklich chaotisch in einer Kiste, ist ein vollwertiges 3D-System die richtige Wahl, etwa die 3D Robot Vision der Modellreihe CV-X mit den 3D-Kameras RB-500, RB-800 und RB-1200.

Position, Drehlage und Seite erkennen: was die Kamera an den Roboter übergibt

Die Kamera bestimmt zunächst, wo ein Teil auf dem Band liegt und wie es gedreht ist. In vielen Zuführaufgaben genügt das noch nicht, weil ein Teil auf der Vorder- oder Rückseite liegen kann und nur eine Lage greifbar ist. Dann muss das System zusätzlich die Seite erkennen und ungeeignet liegende Teile auslassen oder zum Wenden markieren.

Anspruchsvoll wird es, wenn viele Varianten über dasselbe Band laufen. In der Praxis sind 10 bis 15 Teilevarianten keine Seltenheit, jede mit mehreren möglichen Ruhelagen. Das System muss die Variante zuordnen und für jede Lage die passende Greifpose bestimmen. Übergeben wird deshalb nicht nur die Position, sondern die vollständige Greifpose, damit der Roboter Anfahrwinkel und Ausrichtung richtig wählt.

Genauigkeit realistisch spezifizieren: von ±1 mm bis 0,15 mm

Die Vorgabe „so genau wie möglich" verteuert ein Projekt, ohne es besser zu machen. In realen Anfragen spannt sich die Anforderung vom Picken frei liegender Teile mit rund ±1 mm bis zum präzisen Einlegen in Aufnahmen mit 0,15 bis 0,3 mm. Zwischen diesen Werten liegt ein deutlicher Unterschied in Kameraauflösung, Bildfeld und Kalibrieraufwand.

Der Zusammenhang ist grundlegend: Die erreichbare Genauigkeit ergibt sich aus dem Verhältnis von Bildfeld zu Kameraauflösung. Ein großes Bildfeld für die Suche über das ganze Band und zugleich eine Genauigkeit im Zehntelmillimeterbereich passen selten mit einer einzigen Kamera zusammen. Deshalb gehört in das Lastenheft die konkrete Angabe, welche Abweichung am Greifpunkt tatsächlich noch zulässig ist.

Ebenso wichtig ist der Blick auf die gesamte Kette. Die Kamera ist nur ein Glied. Kalibrierung zwischen Kamera und Roboter, Wiederholgenauigkeit des Roboters, Verhalten des Greifers und die Teiletoleranz selbst addieren sich zum realen Ergebnis am Werkstück. Abgenommen wird am Ende die Ablagegenauigkeit der Zelle, nicht der Datenblattwert eines Einzelgeräts.

Bewegtes Band beherrschen: Trigger, Drehgeber und Conveyor Tracking

Steht das Band beim Bildeinzug still, ist die Aufgabe vergleichsweise einfach. Läuft es weiter, kommen zwei Elemente hinzu. Ein Trigger legt den Zeitpunkt der Aufnahme fest, und ein Drehgeber am Band liefert den zurückgelegten Weg. Das Vision-System steuert dazu die Lageerkennung bei, während die Robotersteuerung aus Greifkoordinaten und Drehgeberweg den Versatz berechnet, sodass der Roboter das Teil auch dann trifft, wenn es sich seit der Aufnahme weiterbewegt hat.

Beim Conveyor Tracking greift der Roboter das mitfahrende Teil im laufenden Band, ohne dass es angehalten wird. Die Bandnachführung selbst liegt dabei in der Robotersteuerung, das Vision-System liefert die Lageerkennung. Das erhöht den Durchsatz, verlangt aber eine saubere Synchronisation von Kamera, Drehgeber und Robotersteuerung. Ein oft unterschätzter Punkt ist die Bildaufnahme selbst. Auf einem schnellen Band entsteht leicht Bewegungsunschärfe, weshalb Beleuchtung und Belichtungszeit so abzustimmen sind, dass das Bild trotz Bewegung scharf bleibt.

Wann ein Vision-Sensor genügt und wann ein Kamerasystem nötig ist

Nicht jede Zuführung braucht ein großes System. Für eine einfache Anwesenheits- und Lageprüfung bei wenigen Varianten reicht häufig ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4, der kostengünstig und schnell eingerichtet ist. Die Koordinatenausgabe an den Roboter übernimmt eine All-in-One Kamera der Modellreihe VS mit Robot Vision, ohne dass ein separater Auswerterechner nötig wird.

Steigen die Anforderungen, verschiebt sich die Auswahl:

Modellreihe VS: die All-in-One Kamera mit integrierter AI liefert Robot Vision mit höherer Auflösung und stabiler Führung, wenn viele Varianten, mehrere Ruhelagen oder engere Genauigkeiten im Spiel sind.
High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G: große Bildfelder, hochauflösende Kameras und Mehrkameraaufbauten, etwa wenn ein breites Band vollständig abgedeckt oder mehrere Greifzonen bedient werden.

Die Grenze verläuft nicht am Preis, sondern an der Aufgabe. Wer die Variantenzahl, die geforderte Genauigkeit und die Taktzeit früh benennt, findet die passende Stufe schneller.

Schnittstellen und Datenablage: Profinet, TCP/IP und Protokolle

Die Anbindung erfolgt markenunabhängig über gängige Schnittstellen wie Profinet, EtherNet/IP und TCP/IP, damit die Koordinatenübergabe an SPS und Robotersteuerung ohne Protokollumsetzer funktioniert. In Nachrüstprojekten fehlt der Bestands-SPS mitunter eine freie Feldbus-Schnittstelle, oder ein Eingriff in das Steuerungsprogramm ist nicht erwünscht. Dann ist die direkte Verbindung zwischen Vision-System und Robotersteuerung der pragmatische Weg, weil die Zelle unabhängig davon bleibt, welcher gängige 6-Achs- oder SCARA-Roboter beim Betreiber steht.

Häufig wird zusätzlich eine Datenablage gewünscht. Die Ergebnisse jeder Greifoperation lassen sich etwa als CSV ablegen oder auf einen Server übertragen, um Erkennungsrate und Durchsatz nachzuweisen und Störungen später nachzuvollziehen. Diese Protokollierung ist kein Beiwerk, sondern oft Teil der Abnahme, und sie sollte von Beginn an mitgeplant werden.

Häufige Fragen

F Was übergibt eine 2D-Kamera an den Roboter?

Das Vision-System bestimmt Position und Drehlage des Teils in der Ebene und übergibt X, Y und den Drehwinkel an den Roboter. Bei Teilen, die auf verschiedenen Seiten liegen können, kommt die Erkennung der greifbaren Seite hinzu. Übergeben wird die vollständige Greifpose, damit der Roboter Anfahrwinkel und Ausrichtung richtig wählt.

F Welche Genauigkeit ist beim Picken vom Band realistisch?

In realen Anwendungen reicht die Spanne vom Picken frei liegender Teile mit rund ±1 mm bis zum Einlegen in Aufnahmen mit 0,15 bis 0,3 mm. Die erreichbare Genauigkeit hängt vom Verhältnis Bildfeld zu Auflösung sowie von Kalibrierung, Roboterwiederholgenauigkeit und Greifer ab. Spezifizieren Sie die zulässige Abweichung am Greifpunkt, nicht einen pauschalen Wunschwert.

F Wie greift der Roboter Teile auf einem laufenden Band?

Ein Trigger legt den Aufnahmezeitpunkt fest, ein Drehgeber am Band liefert den zurückgelegten Weg, und die Robotersteuerung berechnet daraus den Versatz, während das Vision-System die Lageerkennung liefert. Beim Conveyor Tracking greift der Roboter das Teil im mitfahrenden Band, ohne es anzuhalten. Voraussetzung ist eine saubere Synchronisation und eine Bildaufnahme ohne Bewegungsunschärfe.

F Wann reicht ein Vision-Sensor, wann brauche ich ein Kamerasystem?

Für eine einfache Anwesenheits- und Lageprüfung bei wenigen Varianten genügt oft ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4. Bei vielen Varianten, mehreren Ruhelagen oder engeren Genauigkeiten ist eine All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS passender. Für große Bildfelder und Mehrkameraaufbauten bietet sich die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G an.

F Worin unterscheidet sich die 2D-Roboterführung vom Griff in die Kiste?

Bei der 2D-Roboterführung liegen die Teile vereinzelt oder teilgeordnet auf einer Ebene, etwa auf einem Band oder einer Platte. Liegen die Teile chaotisch übereinander in einer Kiste, ist ein vollwertiges 3D-System mit Bahnplanung erforderlich, etwa die 3D Robot Vision der Modellreihe CV-X mit den 3D-Kameras RB-500, RB-800 und RB-1200. Die richtige Einordnung entscheidet über Technologie und Aufwand.

F Wie wird die Kamera an SPS und Roboter angebunden?

Markenunabhängig über gängige Schnittstellen wie Profinet, EtherNet/IP und TCP/IP. Fehlt der Bestands-SPS eine freie Schnittstelle, ist die direkte Verbindung zwischen Vision-System und Robotersteuerung der pragmatische Weg. Ergebnisdaten lassen sich zusätzlich als CSV ablegen oder an einen Server übertragen, um Erkennungsrate und Durchsatz nachzuweisen.

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