Pick and Place auf dem laufenden Band: Packungen erkennen, sortieren und ausrichten

Auf einem Förderband liegt selten das, was die Anlage erwartet. Eiskonfekt am Stiel kommt schräg, panierte Produkte kleben aneinander, Pralinen liegen verdreht in der Spur, Standbeutel rutschen beim Transport, und in gemischten Spuren folgen drei Sorten in beliebiger Reihenfolge. Ein Roboter, der diese Produkte aufnehmen, sortieren oder ausrichten soll, braucht Position und Drehlage in dem Moment, in dem sein Greifer ankommt, nicht in dem Moment der Bildaufnahme. Dieser Beitrag beschreibt, wie Pick and Place auf dem laufenden Band ausgelegt wird: Bandnachführung mit Drehgeber, scharfe Bilder bewegter Packungen, KI-Werkzeuge für Freiformprodukte und der Weg von der gemischten zur sortenreinen Spur.

Wichtige Punkte im Überblick

Bei Zellen am laufenden Band steht der Takt vor der Technik: In dokumentierten Anwendungen reichen die Raten von rund 5 Picks pro Minute bis etwa 180 Stück pro Minute, und die geforderte Rate bestimmt Kinematik und Anzahl der Roboter.
Die Bandnachführung ruht auf drei Bausteinen: einem Drehgeber, der den zurückgelegten Weg misst, dem Offset zwischen Bildfeld und Roboterarbeitsbereich und der Kalibrierung zwischen Kamera- und Roboterkoordinatensystem.
Ohne scharfes Bild ist jede Nachführung wertlos: Ein Global Shutter und eine kurze, kräftig geblitzte Belichtung verhindern, dass aus einer verschmierten Kante eine falsche Position wird.
Freiformprodukte wie Vakuumpackungen oder glasierte Riegel erkennt eine All-in-One Kamera der Modellreihe VS über KI-Werkzeuge, die aus Beispielbildern die natürliche Streuung des Produkts lernen, statt auf eine feste Kontur zu setzen.
Genauigkeit wird gezielt dort eingesetzt, wo sie zählt: In dokumentierten Anwendungen wird die Etikettenlage mit etwa 0,1 mm gefordert, während dieselbe Zelle das weiche Produkt mit rund 10 mm Toleranz handhabt.

Warum der Takt hier das Konzept bestimmt: Picks pro Minute und Bandgeschwindigkeit

Bei Zellen am laufenden Band steht der Takt vor der Technik. In dokumentierten Anwendungen reicht die Spanne von rund 5 Picks pro Minute an einer langsamen Station bis etwa 180 Stück pro Minute auf einem Band, mit rund 40 Packungen pro Minute je Scara-Roboter als häufig genannter Wert. Die Bandgeschwindigkeiten liegen zwischen etwa 50 bis 100 mm/s in langsamen Zellen und rund 10 m/min in schnellen.

Aus diesen Zahlen ergibt sich zuerst die Kinematik. Hohe Raten bei kleinen Massen führen zum Deltaroboter, mittlere Raten mit definierter Ablage zum Scara-Roboter, und komplexe Bewegungen mit Wendung im Griff zum Sechsachser. Die Zahl der Roboter folgt aus der Rate, und in der Anwendungspraxis erhält jeder Roboter seine eigene Kamera, damit Bild und Griff nicht über mehrere Stationen synchronisiert werden müssen.

Der zweite Punkt betrifft die Wirtschaftlichkeit. In vielen Projekten ist der Vergleichswert nicht eine andere Anlage, sondern der Handarbeitsplatz mit seinen Monatskosten. Das begrenzt den Rahmen und spricht für schlanke Konzepte mit fester Beleuchtung und wenigen Prüfmerkmalen.

Bandnachführung verstehen: Drehgeber, Offset und Kalibrierung zum Roboter

Bandnachführung löst ein einfaches Problem mit drei Bausteinen. Das Problem: Zwischen Bildaufnahme und Griff legt die Packung einen Weg zurück, der nicht konstant ist, weil das Band anläuft, ausläuft und leicht schwankt.

Der erste Baustein ist der Drehgeber am Band. Er zählt den zurückgelegten Weg unabhängig von der Nennrichtgeschwindigkeit, sodass das System nicht rechnen muss, sondern messen kann. Der zweite Baustein ist der Offset zwischen Kamerabildfeld und Roboterarbeitsbereich. Die Kamera nimmt weit vor dem Roboter auf, damit Auswertung und Bahnplanung Zeit haben, und der bekannte Abstand wird in Encoderschritten geführt. Der dritte Baustein ist die Kalibrierung zwischen Kamera- und Roboterkoordinatensystem. Sie legt fest, wie ein Pixel in eine Roboterkoordinate umgerechnet wird, einschließlich Skalierung, Verdrehung und Bandrichtung.

Für die Lageerkennung stehen die 2D-Roboterführung (2D VGR) auf All-in-One Kameras der Modellreihe VS mit integrierter AI sowie die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G zur Verfügung, wobei die Genauigkeitsanforderung die Wahl bestimmt. Ein praktischer Hinweis aus realen Projekten: Nicht jede Robotermarke steht auf der Liste der direkt unterstützten Steuerungen. Ein manueller Kalibrierweg über gemeinsame Referenzpunkte gehört deshalb in die Machbarkeitsprüfung, bevor die Zelle bestellt wird, sonst wird aus einer Standardaufgabe ein Integrationsprojekt.

Bewegte Packung, scharfes Bild: Global Shutter, Belichtung und Beleuchtung

Ohne scharfes Bild ist jede Nachführung wertlos. Eine Packung, die sich während der Belichtung bewegt, erzeugt eine verschmierte Kante, und aus einer verschmierten Kante wird eine falsche Position.

Zwei Punkte lösen das. Erstens der Verschluss: Ein Global Shutter belichtet alle Bildzeilen gleichzeitig, sodass die Packung nicht verzerrt abgebildet wird. Bei zeilenweiser Auslesung erscheint ein bewegtes Objekt schräg, was bei der Drehlagenbestimmung direkt in den Fehler eingeht. Zweitens die Belichtungszeit: Sie muss so kurz sein, dass die Bewegung innerhalb der Aufnahme unter der geforderten Genauigkeit bleibt. Kurze Belichtung braucht viel Licht, weshalb eine kräftige, geblitzte Beleuchtung zur Auslegung gehört und nicht als Zubehör betrachtet werden sollte.

Die Bildfelder liegen in dokumentierten Anwendungen zwischen etwa 100 x 100 mm an einer schmalen Spur und 1.000 x 500 mm über einem breiten Band. Große Bildfelder verlangen mehr Auflösung oder eine geringere Genauigkeitsanforderung, und diese Rechnung gehört vor die Kamerawahl. Wo Arbeitsabstand und Bildfeld eine bestimmte Optik erfordern, sind C-Mount-Varianten der All-in-One Kameras der Modellreihe VS die passende Bauform. Muss eine laufende Bahn statt einer einzelnen Packung bewertet werden, arbeitet ein System der Modellreihe XG-X mit einer Zeilenkamera und Encoder-Synchronisation.

Freiformprodukte und variierende Oberflächen mit KI-Werkzeugen erkennen

Ein großer Teil der Produkte in Lebensmittel- und Konsumgüterlinien hat keine wiederholbare Kontur. Vakuumverpackte Ware faltet sich bei jedem Takt anders, glasierte Riegel haben unterschiedliche Ränder, Fisch und panierte Produkte sehen nie zweimal gleich aus, und ein Standbeutel mit Pulverfüllung verändert seine Silhouette mit dem Füllstand.

Für regelbasierte Werkzeuge ist das schwieriges Terrain. Eine Konturensuche braucht ein stabiles Muster, und wenn dieses Muster streut, wird entweder nicht gefunden oder falsch gefunden. Werden die Toleranzen weit gestellt, greift der Roboter neben das Produkt.

KI-Werkzeuge gehen anders vor. Eine All-in-One Kamera der Modellreihe VS lernt aus Beispielbildern, wie das Produkt in seiner natürlichen Streuung aussieht, und liefert Position und Drehlage auch dann, wenn die Kontur variiert. Für die Praxis zählt die Auswahl der Beispielbilder, die alle Chargen, Füllstände, Glasurzustände und Beleuchtungssituationen der Linie abdecken sollten. Bei weichen Produkten liegen die sinnvollen Toleranzen in dokumentierten Anwendungen bei rund 10 mm, weil das Produkt selbst keine engere Definition zulässt.

Gemischte Spuren sortenrein machen: Merkmal am Etikett statt Kontur

Eine häufige Aufgabe auf dem Band ist das Sortieren. Aus einer gemischten Spur sollen sortenreine Spuren, Kartons oder Trays entstehen, weil der vorgelagerte Prozess das Produktgemisch unsortiert weitergibt. Die Schwierigkeit liegt selten in der Position, sondern im Merkmal: Zwei Sorten unterscheiden sich äußerlich kaum.

In der Praxis führen drei Wege zum Ziel. Der erste ist das Etikett oder das Druckbild: Eine Detailstelle auf dem Etikett, ein Schriftzug, ein Symbol oder eine Sortenbezeichnung wird gelesen und entscheidet über die Zielspur. Der zweite ist die Farbe, wenn sich Sorten über Verpackungsfarbe oder Produktfarbe trennen lassen, wofür eine Farbkamera in der Zelle gebraucht wird. Der dritte ist ein Formmerkmal, etwa Prägung, Länge oder Blisterform.

Der Weg über das Etikett hat sich als der robusteste erwiesen, weil die Verpackungsgestaltung ohnehin eine Unterscheidung vorsieht. Anspruchsvoll wird er bei kontrastarmen Digitaldrucken, die einfache Kameras nicht mehr auflösen. Hier zahlen sich höhere Auflösung und passende Beleuchtung aus, und KI-Werkzeuge klassifizieren die Sorte auch bei wechselnden Untergründen. Wo Dutzende Etikettenversionen auftreten, gehört ihre Pflege in das Bedienkonzept.

Korrektur im Greifer und Ablage mit Genauigkeit im Zehntelbereich

Nicht jede Aufgabe endet mit dem Griff. Manche Produkte werden im Greifer korrigiert, gedreht oder nachgerichtet, bevor sie abgelegt werden, und manche Ablagen fordern eine Genauigkeit, die weit über der Greifgenauigkeit liegt.

Der erste Fall ist die Korrektur im Greifer. Das Produkt wird aufgenommen, an einer zweiten Kamera vorbeigeführt und dort erneut gemessen, sodass die verbleibende Abweichung im Greifer ausgeglichen wird. Das ist der Weg, wenn das Produkt beim Ansaugen leicht verrutscht, was bei Folienverpackungen und weichen Produkten regelmäßig vorkommt.

Der zweite Fall ist die genaue Ablage. In dokumentierten Anwendungen liegen die Anforderungen an die Etikettenlage bei etwa 0,1 mm, während dieselbe Zelle das Produkt selbst mit rund 10 mm Toleranz handhabt. Diese Spreizung ist typisch, weil das Handling grob und nur das Endergebnis fein sein muss. Für die feine Stufe wird eine eigene Messung an der Ablagestation eingeplant.

Die Anbindung an die Steuerung läuft über Profinet, EtherCAT, EtherNet/IP oder TCP/IP, ergänzt um schnelle 24-V-Signale für Trigger und Quittung. Was die Zelle nach dem Griff noch prüfen muss, etwa ob das Produkt tatsächlich im Greifer hängt, behandelt der Beitrag zur Sensorik rund um den Verpackungsroboter.

Häufige Fragen

F Wie funktioniert Pick and Place auf einem laufenden Förderband?

Die Kamera nimmt das Produkt weit vor dem Roboter auf und bestimmt Position und Drehlage. Ein Drehgeber am Band meldet den zurückgelegten Weg, sodass die Position laufend fortgeschrieben und dem Roboter als mitwandernde Koordinate übergeben wird. Voraussetzung sind eine scharfe Aufnahme trotz Bewegung und eine kalibrierte Umrechnung zwischen Kamera- und Roboterkoordinatensystem. Das Band muss dafür nicht anhalten.

F Welche Taktraten und Bandgeschwindigkeiten sind erreichbar?

In dokumentierten Anwendungen reicht die Spanne von rund 5 Picks pro Minute an langsamen Stationen bis etwa 180 Stück pro Minute auf einem Band, mit rund 40 Packungen pro Minute je Scara-Roboter als häufigem Wert. Die Bandgeschwindigkeiten liegen zwischen etwa 50 bis 100 mm/s und rund 10 m/min. Die geforderte Rate bestimmt Kinematik und Anzahl der Roboter, wobei in der Praxis jeder Roboter seine eigene Kamera erhält.

F Warum braucht die Kamera einen Global Shutter?

Weil sich die Packung während der Aufnahme bewegt. Ein Global Shutter belichtet alle Bildzeilen gleichzeitig, sodass das Objekt nicht verzerrt abgebildet wird. Bei zeilenweiser Auslesung erscheint ein bewegtes Produkt schräg, und dieser Fehler geht direkt in die Drehlagenbestimmung ein. Ergänzend muss die Belichtungszeit kurz genug sein, was eine kräftige, geblitzte Beleuchtung voraussetzt.

F Wie werden Freiformprodukte wie Vakuumpackungen oder glasierte Riegel erkannt?

Über KI-Werkzeuge statt über eine feste Kontur. Eine All-in-One Kamera mit integrierter AI lernt aus Beispielbildern, wie das Produkt in seiner natürlichen Streuung aussieht, und liefert Position und Drehlage auch bei wechselnder Silhouette. Die Beispielbilder sollten alle Chargen, Füllstände und Beleuchtungssituationen der Linie abdecken. Bei solchen Produkten liegen die sinnvollen Toleranzen in der Anwendungspraxis bei rund 10 mm.

F Wie macht ein Roboter aus einer gemischten Spur sortenreine Spuren?

Über ein Unterscheidungsmerkmal, das die Kamera vor dem Griff liest. Am robustesten ist ein Detail am Etikett oder Druckbild, weil die Verpackungsgestaltung die Sorten ohnehin trennt. Alternativen sind Farbe, wenn eine Farbkamera eingesetzt wird, oder ein Formmerkmal wie Prägung oder Blisterform. Bei kontrastarmen Digitaldrucken sind höhere Auflösung und passende Beleuchtung nötig, und KI-Werkzeuge klassifizieren die Sorte auch bei wechselnden Untergründen.

F Wie erreicht man eine Ablagegenauigkeit im Zehntelmillimeterbereich?

Über eine zweite Messung nach dem Griff. Das Produkt wird an einer Kamera vorbeigeführt, die verbleibende Abweichung wird im Greifer korrigiert, und erst dann erfolgt die Ablage. In dokumentierten Anwendungen liegen die Anforderungen an die Etikettenlage bei etwa 0,1 mm, während dieselbe Zelle das Produkt mit rund 10 mm Toleranz handhabt. Die feine Stufe wird gezielt an der Ablagestation eingeplant, nicht über den gesamten Prozess.

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