Griff in die Kiste und Depalettieren mit Variantenerkennung: 3D-Robot-Vision in der Logistik

Der Griff in die Kiste ist in der Logistik selten nur ein Greifvorgang. Fast immer hängt an ihm eine zweite Frage: Welche Variante liegt im Behälter, in welcher Lage liegt das Teil, und wie muss es abgelegt werden? Depalettieren und Kommissionieren verbinden das Greifen deshalb mit einer Typ- und Lageerkennung und erwarten am Ende einen vollständig entleerten Behälter. Dieser Beitrag zeigt, wie sich solche Zellen mit 3D-Robot-Vision auslegen lassen, worauf es bei sortenreinen Behältern mit vielen Typen ankommt und wie Lage und Seite vor dem Ablegen abgesichert werden. Er gehört zum Themenfeld der Warensortierung nach Typ, betrachtet aber den Fall, in dem ein Roboter greift statt eine Klappe umlenkt.

Wichtige Punkte im Überblick

Der Griff in die Kiste ist selten nur ein Greifvorgang: Depalettieren und Kommissionieren verbinden das Greifen mit einer Typ- und Lageerkennung und erwarten am Ende einen vollständig entleerten Behälter.
Bei sortenreinen Behältern mit vielen Artikeltypen wählt die Steuerung das passende Programm anhand von Auftrag oder Behältercode vor, und die Kamera bestätigt, dass das gegriffene Teil zur erwarteten Variante passt.
Vor dem Ablegen trennt die Zelle zwei Fragen: Die 3D-Suche liefert Position und Drehung im Behälter, eine ergänzende 2D-Prüfung bestätigt Seite und Variante, damit kein Teil kopfüber weitergegeben wird.
Eine Lösung für 3D ROBOT VISION auf Basis der Modellreihe CV-X erfasst den Behälterinhalt räumlich und berechnet für jedes Teil einen erreichbaren, kollisionsfreien Greifpunkt, der wegen der wechselnden Schüttlage vor jedem Zyklus neu gesucht wird.
Keine Bin-Picking- oder Depalettierzelle sollte ohne Machbarkeitstest mit Originalteilen und Originalgebinde beauftragt werden, weil Greifsicherheit und vollständige Entleerung erst am realen Teil und an der echten Schüttlage sichtbar werden.

Vom manuellen Depalettieren im Schichtbetrieb zur automatisierten Zelle

In vielen Werken wird noch von Hand depalettiert und umpalettiert, oft über mehrere Schichten hinweg. Die Arbeit ist monoton, körperlich belastend und bei angespannter Personallage schwer zu besetzen. Genau dieser Druck steht in dokumentierten Anwendungen am Anfang, wenn eine automatisierte Zelle gesucht wird.

Die Ausgangslage ist meist ähnlich. Teile kommen sortenrein in Behältern oder auf Paletten an, also ein Typ je Gebinde, aber das Gesamtsortiment umfasst viele verschiedene Artikel und Behältertypen. Ein Roboter soll die Teile entnehmen und lagerichtig in den nächsten Träger, in eine Maschine oder an einen Lagerplatz legen. Die Greifsicherheit entscheidet sich an realen Oberflächen und Schüttlagen, an denen eine einfache 3D-Erfassung ohne robuste Erkennung nicht stabil genug ist.

Eine belastbare Zelle muss deshalb zwei Dinge zugleich leisten: den Greifpunkt sicher finden und die Variante samt Lage erkennen. Beides gehört zusammen, denn ein sicher gegriffenes Teil in falscher Orientierung hilft dem Folgeprozess nicht.

Sortenreine Behälter, viele Typen: Variantenmanagement beim Griff in die Kiste

Sortenrein bedeutet, dass in einem Behälter nur ein Typ liegt. Das vereinfacht das Greifen, löst aber nicht das Variantenproblem, denn über alle Behälter hinweg können sehr viele Artikeltypen laufen. Die Zelle muss also wissen, welcher Typ gerade vorliegt, um das richtige Greif- und Ablegeprogramm zu wählen.

Für das Variantenmanagement haben sich zwei Wege bewährt, die sich kombinieren lassen:

Typinformation aus dem Prozess. Ist über den Auftrag oder einen Behältercode bekannt, welcher Typ im Gebinde liegt, wählt die Steuerung das passende Programm vor. Ein Codeleser oder eine Klarschrifterkennung am Behälter liefert diese Information.
Typbestätigung durch die Kamera. Zusätzlich prüft die Bildverarbeitung, ob das gegriffene oder erkannte Teil zur erwarteten Variante passt. So werden Verwechslungen und falsch befüllte Behälter abgefangen.

Bei Teilespektren von wenigen Millimetern bis mehreren Hundert Millimetern Länge unterscheiden sich Greifpunkt, Greiferbacke und Anfahrstrategie je Variante deutlich. Ein sauber gepflegtes Programmset je Typ ist deshalb die Grundlage einer zuverlässigen Zelle.

Lage- und Seitenerkennung vor dem Ablegen

Greifen ist nur die halbe Aufgabe. Vor dem Ablegen muss klar sein, in welcher Lage das Teil im Greifer hängt und welche Seite oben liegt. Ein Gehäuse, das kopfüber abgelegt wird, ist im Folgeprozess ebenso unbrauchbar wie ein am falschen Punkt gegriffenes Teil.

Die 3D-Suche liefert zunächst die räumliche Lage im Behälter, also Position und Drehung des Teils. Für die Seiten- und Variantenbestätigung ist eine ergänzende 2D-Prüfung oft sinnvoll. Eine All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS erkennt ein Merkmal, das die Ober- von der Unterseite trennt, oder bestätigt anhand eines Details, dass die richtige Variante gegriffen wurde. Diese Bestätigung findet statt, bevor der Roboter ablegt, sodass ein falsch orientiertes Teil erkannt und korrigiert wird.

In realen Projekten wird die Seitenerkennung bewusst als eigener Schritt geführt und nicht mit der 3D-Suche vermischt. Die 3D-Vision beantwortet, wo und wie das Teil liegt, die 2D-Kamera beantwortet, welche Seite und welche Variante es ist.

3D-Suche, Greifkonzept und vollständige Entleerung

Das Herz der Zelle ist die 3D-Suche. Eine Lösung für 3D ROBOT VISION auf Basis der Modellreihe CV-X mit den 3D-Kameras RB-500, RB-800 oder RB-1200 erfasst den Behälterinhalt räumlich und berechnet für jedes Teil einen erreichbaren Greifpunkt samt kollisionsfreier Anfahrt. Aus der Punktwolke ergibt sich, welches Teil zuoberst und am sichersten greifbar liegt.

Drei Aspekte entscheiden über den Erfolg:

Greifkonzept passend zum Teil. Sauger, Parallelgreifer oder Sondergreifer werden gemeinsam mit den Greifpunkten geplant, denn der beste Bildpunkt nützt nichts ohne erreichbaren Greifpunkt.
Vollständige Entleerung. Die Zelle soll den Behälter restlos leeren, auch die Teile in den Ecken und am Boden. Das stellt hohe Anforderungen an Erreichbarkeit und an die Erkennung tiefliegender Teile.
Wiederholte Suche. Nach jedem Griff verändert sich die Schüttlage, deshalb wird vor jedem Zyklus neu gesucht statt einmalig geplant.

Die Übergabe des Greifpunkts an den Roboter erfolgt über gängige Schnittstellen wie Profinet, EtherCAT oder Ethernet (TCP/IP). Die Genauigkeit der Ablage reicht in dokumentierten Fällen vom Sub-Millimeter-Bereich bis zu wenigen Millimetern, je nach Folgeprozess.

Paletten und Gitterboxen: Zuführung und Störkonturen einplanen

Beim Depalettieren kommt der Ladungsträger als eigene Herausforderung hinzu. Europaletten mit Doppelrahmen, Gitterboxen und Stapel bringen Störkonturen mit, die der Roboter umfahren muss. Ränder, Rahmen und Zwischenlagen liegen im Arbeitsraum und dürfen nicht angefahren werden.

Für eine tragfähige Auslegung sollten Sie die Zuführung früh betrachten. Wie kommt die volle Palette in die Zelle, wie wird die leere abtransportiert, und wo werden Zwischenlagen abgelegt? Zwischenlagen zwischen den Teilelagen müssen erkannt und entnommen werden, bevor die nächste Lage gegriffen wird. Die 3D-Vision erfasst dazu nicht nur die Teile, sondern auch die Kontur des Trägers und der Zwischenlage.

Ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 oder eine All-in-One Kamera können ergänzend den Palettentyp bestimmen oder prüfen, ob eine Lage vollständig entnommen wurde. So bleibt der Ablauf auch bei wechselnden Palettentypen und Stapelhöhen kontrolliert.

Machbarkeitstest mit Originalgebinde und Originalteilen

Keine Bin-Picking- oder Depalettierzelle sollte ohne Machbarkeitsnachweis beauftragt werden, denn die Greifsicherheit hängt an Details, die erst am echten Teil sichtbar werden. Stellen Sie deshalb Originalteile in allen relevanten Varianten bereit, und zwar im realen Zustand mit den tatsächlichen Oberflächen, also gegebenenfalls ölig, glänzend oder verschmutzt.

Ebenso wichtig ist das Originalgebinde. Nur mit dem echten Behälter, der echten Palette und der echten Schüttlage lässt sich prüfen, ob die 3D-Suche jedes Teil findet, ob der Greifer alle Positionen erreicht und ob die vollständige Entleerung gelingt. Im Test klärt sich außerdem, ob die Taktzeit gehalten wird und wie sich die schwierigsten Varianten verhalten.

Erst danach entstehen die Auslegungsdaten. Greiferkonzept, Kameraposition, Arbeitsabstand, Programmset je Variante und die Schnittstelle zum Roboter gehören anschließend ins Lastenheft. So wird aus einer Vermutung eine belastbare Zelle, und die spätere Abnahme prüft nur noch, was im Muster bereits nachgewiesen wurde.

Häufige Fragen

F Was unterscheidet Bin Picking von der reinen Sortierung auf dem Band?

Bei der Sortierung auf dem Band erkennt eine Kamera den Typ, und eine Klappe oder ein Sorter lenkt die Ware um. Beim Bin Picking greift ein Roboter das Teil aus einem Behälter, wozu neben dem Typ auch ein erreichbarer Greifpunkt und die räumliche Lage bekannt sein müssen. Deshalb kommt hier 3D-Robot-Vision zum Einsatz, während auf dem Band oft eine 2D-Lösung genügt.

F Wie geht die Zelle mit vielen Behälter- und Teiletypen um?

Die Behälter sind sortenrein, also liegt je Gebinde nur ein Typ vor, aber über alle Behälter hinweg laufen viele Varianten. Die Steuerung wählt anhand von Auftrag oder Behältercode das passende Greif- und Ablegeprogramm vor, und die Kamera bestätigt, dass das gegriffene Teil zur erwarteten Variante passt. So werden Verwechslungen und falsch befüllte Gebinde abgefangen.

F Wie wird die richtige Seite und Lage vor dem Ablegen sichergestellt?

Die 3D-Suche liefert Position und Drehung des Teils im Behälter. Für die Seitenbestätigung prüft eine All-in-One Kamera der Modellreihe VS ein Merkmal, das Ober- und Unterseite unterscheidet, bevor der Roboter ablegt. Ein falsch orientiertes Teil wird so erkannt und korrigiert, statt kopfüber weitergegeben zu werden.

F Kann eine Zelle den Behälter vollständig leeren?

Die vollständige Entleerung ist in den meisten Anfragen eine feste Anforderung. Sie hängt an der Erreichbarkeit des Greifers bis in Ecken und Boden und an der Erkennung tiefliegender Teile durch die 3D-Suche. Ob sie gelingt, sollte im Machbarkeitstest mit Originalgebinde und realer Schüttlage nachgewiesen werden.

F Welche Genauigkeit erreicht die Ablage?

In dokumentierten Fällen reicht die Ablagegenauigkeit vom Sub-Millimeter-Bereich bis zu wenigen Millimetern, abhängig vom Folgeprozess. Braucht die nachfolgende Maschine eine enge Lagetoleranz, wird das Teil entsprechend präzise übergeben. Der erreichbare Wert ergibt sich aus Teil, Greifer und Kameraauflösung und wird im Test bestätigt.

F Warum ist der Test mit echten Teilen und echtem Gebinde so wichtig?

Greifsicherheit und vollständige Entleerung hängen an realen Oberflächen, realen Schüttlagen und den echten Störkonturen des Trägers, die sich am Datenblatt nicht abschätzen lassen. Der Test mit Originalteilen und Originalbehälter zeigt vor der Beschaffung, ob die Zelle die geforderte Sicherheit und Taktzeit erreicht.

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