Depalettieren und Palettieren mit Bildverarbeitung: Greifpunkt und Lage über die ganze Palette bestimmen

In der Intralogistik entscheidet oft eine einzige Frage über den ganzen Prozess: Wo genau liegt das nächste Gebinde, und wie ist es gedreht? Sobald ein Roboter eine Kiste von der Palette nehmen, ein Portal eine Lage abstapeln oder ein Greifer einen Karton absetzen soll, muss die Anlage den Greifpunkt und die Ausrichtung kennen. In den Projekten von Anlagenbauern, Integratoren und Logistikplanern taucht diese Aufgabe in immer neuen Varianten auf, von der geordneten Lage gleicher Kartons bis zum chaotischen Stapel mit unbekanntem Inhalt. Dieser Leitfaden zeigt, wie Bildverarbeitung den Greifpunkt, die oberste Lage und die Lage eines Ladungsträgers erfasst und als Koordinate an Roboter, Portal oder Achse übergibt. Das reine Lesen von Codes auf der Palette und die Sortierung nach Typ bleiben dabei außen vor, dazu finden Sie eigene Beiträge. Hier geht es um die Position als Greif- und Ablegewert über einem oft großen Bildfeld.

Wichtige Punkte im Überblick

In der Intralogistik wird die Position selbst zum Prüfmerkmal: Sobald ein Roboter greifen, ein Portal abstapeln oder ein Greifer absetzen soll, braucht die Anlage den Greifpunkt und die Ausrichtung als Wert mit Richtung, nicht als reines Gut-Schlecht-Signal.
Vor der Technikauswahl steht die Frage, welche Lageinformation der Prozess wirklich braucht: die Höhe der obersten Lage, einen 2D-Greifpunkt mit Drehlage oder die vollständige 3D-Pose bei verkippten Kisten.
Die Beladung einer Palette lässt sich in drei Fälle einteilen, die jeweils andere Technik verlangen: geordnet mit festem Schema, gemischt mit verschiedenen Kistentypen und chaotisch mit unbekanntem Inhalt.
Die Entscheidung zwischen 2D und 3D fällt an der Höhe: Liegen die Gebinde flach und konstant hoch, genügt die Lage in der Ebene, sobald Kisten kippen oder sich stapeln, wird die vollständige 3D-Pose gebraucht.
Das Bildfeld umfasst oft eine ganze Europalette und einen Stapel bis etwa zwei Meter Höhe, weshalb die erreichbare Genauigkeit aus dem Sichtfeld abgeleitet und nicht als Wunschwert vorgegeben wird.

Warum Position und Greifpunkt in der Intralogistik zur Messgröße werden

Viele Anlagen scheitern nicht am Greifen selbst, sondern an der Frage davor: Sitzt die nächste Kiste dort, wo der Roboter sie erwartet? Eine Palette wird selten exakt gleich beladen. Die Lagen haben Spiel, ein Staplerfahrer stellt einen Ladungsträger leicht schief ab, und die oberste Lage ist mal voll und mal angebrochen. Ein starres Greifprogramm, das jede Kiste an einer festen Koordinate vermutet, greift dann ins Leere oder kollidiert mit einer Nachbarkiste.

Die Auslöser für ein solches Projekt ähneln sich über die Betriebe hinweg:

Ein Ladungsträger wird schief auf der Mutterpalette abgestellt und droht später, das Hochregallager zu blockieren.
Eine Zelle soll gemischte oder wechselnde Gebinde greifen, deren Inhalt und Anordnung nicht fest vorgegeben sind.
Ein manueller Griff oder ein Handscan belastet die Mitarbeiter und bremst den Takt.
Die Zuführung ist zu grob für den Roboter, etwa weil eine Palette auf einem Wagen mit viel Spiel steht.

Allen gemeinsam ist: Gesucht wird kein reines Gut-Schlecht-Signal, sondern ein Wert mit Richtung. Der Greifpunkt in X, Y und Z, die Höhe der obersten Lage, ein Drehwinkel oder die Abweichung eines Ladungsträgers von seiner Solllage. Genau dieser Wert wird zum eigentlichen Prüfmerkmal.

Oberste Lage, Greifpunkt und Kippung: die Aufgabe sauber definieren

Bevor Technik ausgewählt wird, lohnt die Frage, welche Lageinformation der Prozess wirklich braucht. In der Anwendungspraxis lassen sich mehrere Größen unterscheiden, die häufig zusammen auftreten.

Die oberste Lage zu finden ist der erste Schritt beim Entstapeln. Das System bestimmt, auf welcher Höhe die nächste Lage liegt, und übergibt diese Höhe an den Roboter, damit er nicht in eine leere oder in eine bereits abgeräumte Ebene fährt. In dokumentierten Anwendungen genügt es oft, einen Höhenunterschied von etwa 10 mm sicher aufzulösen.

Der Greifpunkt jedes einzelnen Gebindes folgt darauf. Neben der Position in X und Y kommt die Drehlage hinzu, denn eine Kiste kann in der Lage leicht verdreht sein. Bei verkippten oberen Kisten wird zusätzlich ein Winkel benötigt, damit der Greifer plan aufsetzt.

Ein eigener Fall ist die Lage der Palette oder des Ladungsträgers selbst. Steht die Palette schief, ist der Ladungsträger verdreht, oder ist die Palette überhaupt leer? Diese Prüfung entscheidet, ob der Greifvorgang sicher startet. Sie wird in einem eigenen Beitrag vertieft.

Die ehrliche Einordnung dieser Größen entscheidet über Sensorik und Kosten. Wer nur eine 2D-Lage spezifiziert, wo die oberste Lage in der Höhe variiert, baut ein System, das an angebrochenen Lagen scheitert.

Geordnet, gemischt oder chaotisch: drei Grundfälle

Die Beladung einer Palette lässt sich in drei Fälle einteilen, und jeder stellt andere Anforderungen.

Im geordneten Fall sind Anzahl und Typ der Gebinde bekannt, die Lagen folgen einem festen Schema. Gemessen werden muss nur das Spiel innerhalb der Lage und die Höhe der obersten Ebene. Hier reicht oft eine flächige Positionsbestimmung mit Höheninformation.

Im gemischten Fall stehen verschiedene Kistentypen mit Spiel auf einer Palette, teils in mehreren Ebenen mit unterschiedlichen Formaten. Das System muss pro Gebinde einen Greifpunkt und einen Offset liefern, damit der formschlüssige Greifer sicher fasst. Die Ablagegenauigkeit ist häufig entspannt, weil das Teil in der Maschine nachzentriert wird.

Im chaotischen Fall ist nicht bekannt, was auf dem Stapel liegt. Die Gebinde sind unterschiedlich, ihre Position ist beliebig, und ein aufgedruckter Code hilft nicht, weil seine Position selbst variiert. Für diesen Fall wird eine robuste 3D-Erfassung mit variabler Kantenerkennung benötigt.

Eine Besonderheit der Logistik sind angebrochene und halbe Paletten. In der Anwendungspraxis kommt es regelmäßig vor, dass eine Lage nicht vollständig ist oder eine Kiste fehlt. Das System darf dann nicht auf eine erwartete, aber leere Greifposition fahren, sondern muss die tatsächlich vorhandenen Gebinde erkennen. Wo die Formate einem festen Schema folgen und nur der Füllgrad wechselt, lassen sich die Varianten meist einlernen, sodass auch neue Gebinde ohne aufwendige Neuprogrammierung dazukommen können.

Diese Einordnung führt direkt zur Technik. Für den geordneten und einen Teil des gemischten Falls genügt häufig die Robot Vision-Funktion auf einer All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS. Sobald Kisten kippen, sich stapeln oder chaotisch liegen, ist 3D ROBOT VISION auf der Modellreihe CV-X mit den Kameras RB-500/800/1200 die sichere Wahl, weil sie die vollständige Raumlage liefert.

2D oder 3D: welche Roboterführung der Griff wirklich braucht

Die Entscheidung zwischen 2D und 3D fällt an der Höhe. Liegen die Gebinde flach und in konstanter Höhe, etwa gleiche Kartons in einer vollen Lage, dann reicht die Lage in der Ebene plus die bekannte Lagenhöhe. Die 2D-Roboterführung bestimmt Position und Drehwinkel und übergibt sie an den Roboter.

Sobald die Höhe variiert, Kisten kippen oder der Stapel angebrochen ist, wird die dreidimensionale Pose gebraucht. Die 3D-Roboterführung erfasst Position und Orientierung im Raum und liefert den Greifpunkt auch dann, wenn die oberste Lage schief liegt. In realen Projekten arbeiten solche Zellen mit Arbeitsabständen bis etwa zwei Meter über der Palette und mit Genauigkeiten, die von wenigen Millimetern bis in den Bereich eines halben Millimeters reichen.

Wo ein Höhenmerkmal oder eine Verschlusskante den Greifpunkt definiert, kann auch ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 die passende Größe liefern. Für die Übergabe großer Bildfelder und mehrerer Koordinaten eignen sich die Bildverarbeitungssysteme der Modellreihen CV-X und XG-X.

Großes Bildfeld über der Palette beherrschen

Das Bildfeld ist in der Logistik selten klein. Eine Europalette misst rund 1,2 x 0,8 m, und der Stapel kann bis zu zwei Meter hoch werden. Genauigkeit und Bildfeld hängen direkt zusammen: Ein großes Sichtfeld über der ganzen Palette erlaubt keine beliebig feine Auflösung.

Drei Punkte entscheiden über ein stabiles Ergebnis:

Arbeitsabstand und Auflösung gemeinsam auslegen. Wer die ganze Palette in einem Bild erfassen will, muss die erreichbare Genauigkeit realistisch aus dem Bildfeld ableiten, statt sie als festen Wunschwert vorzugeben.
Oberflächen und Beleuchtung berücksichtigen. Dunkle Kartons, glänzende Folien und wechselnde Druckbilder erschweren die Erkennung. In der Anwendungspraxis hat sich Infrarotlicht bewährt, wo Umgebungslicht und Druckbild stören.
Höhenvarianz einplanen. Zwischen niedrigem und hohem Ladungsträger können mehr als ein Meter liegen. Die Tiefenschärfe des Systems muss diese Spanne abdecken.

Für Anlagenbauer, die selbst integrieren, zählt außerdem, wie viel Programmierung nötig ist. Systeme, deren Einrichtung ohne tiefe Bildverarbeitungskenntnisse gelingt, senken die Hürde für die Eigenintegration und für spätere Formatwechsel spürbar.

Nicht jede Aufgabe lässt sich mit einer einzigen Kamera lösen. Wo ein Ladungsträger nicht gedreht wird, deckt eine Kamera nur eine Seite ab, sodass mehrere Blickrichtungen nötig werden. In realen Projekten sitzt an großen Lastaufnahmemitteln je eine Kamera pro Seite, was schnell zu hohen Stückzahlen über eine ganze Flotte führt. Diese Skalierung sollten Sie früh bedenken, weil sie über Verkabelung, Ersatzteilstrategie und die Wahl eines robusten, gleichartigen Aufbaus mitentscheidet.

Machbarkeit mit realen Gebinden absichern

Kaum ein Positionierprojekt in der Logistik sollte ohne Machbarkeitsnachweis beauftragt werden. Der bewährte Ablauf ist überschaubar.

Zuerst stellen Sie reale Gebinde bereit, und zwar in allen Varianten und im realen Zustand, also mit den tatsächlichen Kartons, Folien, Farben und angebrochenen Lagen. Ein sauberes Bild unter Laborlicht sagt wenig über eine Palette aus, die in der Halle unter wechselndem Licht ankommt.

Anschließend prüfen Sie unter realen Bedingungen, ob der Greifpunkt sicher gefunden wird, ob alle Formate erkannt werden und ob die Taktzeit hält. Erst dann fließen die Ergebnisse in die Auslegung ein: Kameraposition, Arbeitsabstand, Bildfeld, Beleuchtung und erwartete Zykluszeit gehören ins Lastenheft.

Zuletzt sollte vor der Bestellung feststehen, wer die Inbetriebnahme übernimmt und über welche Schnittstelle der Wert läuft. Ob Position, Greifpunkt oder Korrekturwert und ob Empfänger Roboter, Portal oder SPS ist, klären Sie früh. So vermeiden Sie die klassische Falle, dass eine Zelle im Muster funktioniert, aber an Variantenvielfalt oder Taktzeit der Serie scheitert.

Fazit

Depalettieren und Palettieren werden planbar, wenn Sie die richtige Größe messen und den passenden Weg der Übergabe wählen. Klären Sie zuerst, ob der Prozess die oberste Lage, einen 2D-Greifpunkt oder eine vollständige 3D-Pose braucht. Ordnen Sie die Beladung ehrlich als geordnet, gemischt oder chaotisch ein. Leiten Sie die Genauigkeit aus dem Bildfeld und der Greifaufgabe ab, statt sie als Wunschwert vorzugeben. Mit markenunabhängiger Anbindung über Profinet, EtherNet/IP oder TCP/IP bleiben Sie in der Wahl von Roboter und Portal frei, und ein Machbarkeitstest mit realen Gebinden macht aus einer Vermutung eine belastbare Auslegung.

Häufige Fragen

F Wie erkennt eine Kamera den Greifpunkt beim Depalettieren?

Das Bildverarbeitungssystem erfasst die oberste Lage der Palette, bestimmt für jedes Gebinde die Position in X, Y und Z sowie die Drehlage und übergibt diesen Greifpunkt an den Roboter. Bei verkippten oberen Kisten kommt ein Winkel hinzu, damit der Greifer plan aufsetzt. Voraussetzung ist eine saubere Kalibrierung zwischen Kamera und Roboter, damit der übergebene Wert exakt umgesetzt wird.

F Wann brauche ich 3D statt 2D beim Palettieren?

Eine 2D-Lage in X, Y und Drehwinkel genügt, wenn die Gebinde flach und in konstanter Höhe liegen, etwa gleiche Kartons in einer vollen Lage. Sobald Kisten kippen, sich unterschiedlich hoch stapeln oder chaotisch liegen, wird die vollständige 3D-Pose benötigt. Eine 3D-Roboterführung liefert dann zusätzlich die Höhe und die räumliche Orientierung des Greifpunkts.

F Wie groß darf das Bildfeld über einer Palette sein?

Das Bildfeld kann eine ganze Europalette von rund 1,2 x 0,8 m und einen Stapel bis etwa zwei Meter Höhe abdecken. Je größer das Sichtfeld, desto gröber die erreichbare Auflösung, weshalb Bildfeld und geforderte Genauigkeit gemeinsam ausgelegt werden. In der Praxis liegen die Greifgenauigkeiten je nach Aufgabe zwischen mehreren Millimetern und etwa einem halben Millimeter.

F Funktioniert die Positionsausgabe mit jeder Robotermarke?

Ja, sofern das Bildverarbeitungssystem markenunabhängig ausgelegt ist. Der Greifpunkt, die Drehlage oder der Korrekturwert werden über gängige Schnittstellen wie Profinet, EtherNet/IP oder TCP/IP an die Steuerung übergeben, unabhängig davon, welchen 6-Achs-Roboter oder welches Portal Sie einsetzen. Wenn die vorhandene SPS keine freie Schnittstelle hat, ist auch eine direkte Verbindung zur Robotersteuerung möglich.

F Wie gehe ich mit gemischten oder chaotischen Gebinden um?

Bei gemischten Kisten mit Spiel liefert das System pro Gebinde einen Greifpunkt und einen Offset, damit der Greifer sicher fasst. Bei chaotischen Stapeln mit unbekanntem Inhalt wird eine 3D-Erfassung mit variabler Kantenerkennung benötigt, weil weder Position noch aufgedruckter Code als feste Referenz taugen. In beiden Fällen führt kein Weg an einem Test mit realen Gebinden vorbei, um alle Formate abzusichern.

F Worin unterscheidet sich die Positionierung vom Lesen der Codes auf der Palette?

Beim Lesen von Codes geht es um den Inhalt eines Labels, also um die Identifikation eines Gebindes. Bei der Positionierung geht es um den Ort und die Ausrichtung, also um den Greifpunkt und die Lage für Roboter, Portal oder Achse. Beide Aufgaben können auf derselben Palette auftreten, nutzen aber unterschiedliche Auslegung, weshalb sie hier bewusst getrennt behandelt werden.

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