Vom Band in die nächste Station: 2D-Roboterführung für Blister, Medizinpackungen und Implantatteile

Ein Blister auf dem Förderband ist kein Blechteil. Vorder- und Rückseite unterscheiden sich oft nur im Druck, zwei Blister liegen übereinander, und der Griff zählt erst, wenn die nächste Station das Teil annimmt: die Siegelstation, die Aufnahme einer Messmaschine, der Platz im Karton. Dieser Beitrag folgt Anfragen aus Pharmaverpackung und Implantatfertigung, von Nadel- und Tablettenblistern über Medizinpackungen bis zu Implantatteilen, die an eine Messvorrichtung übergeben werden sollen. Alle Fälle stehen im Konzept, im Angebot oder vor einem Test. Eine laufende Zelle beschreibt keiner von ihnen, und so sind sie hier auch erzählt.

Wichtige Punkte im Überblick

Bei Blistern und Medizinpackungen gehören zwei Fragen zum Griff selbst, ob das Teil richtig herum und ob es frei liegt, denn ein mit der Rückseite nach oben gegriffener Blister landet falsch in der Folgestation, auch wenn der Sauger ihn sauber getroffen hat.
Die Pickregel lautet: Gegriffen wird, was frei, vollständig sichtbar und richtig herum liegt, und zusammen mit der Frage, wie oft gerüttelt wird, bevor ein Teil ausgeschleust wird, gehört sie ins Lastenheft und nicht erst in die Inbetriebnahme.
Im Konzept für überlagerte, mehrfarbig bedruckte Tablettenblister soll die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS mit ihrer 2D-Roboterführung die Lage freier Blister bestimmen und die Seite am Druck unterscheiden, und ob dafür Mustersuche oder AI-Klassifizierung bei allen Druckfarben trägt, zeigt der Test mit echten Blistern.
Im Konzept für keramische Hüftkugeln, die ein Cobot auf die Vakuum-Spannvorrichtung einer Messmaschine legen soll, kommt die Genauigkeit von der Ablage auf einer Zwischenposition mit Planfläche und nicht von der Kamera.
Eine Bildkoordinate in Pixeln hilft dem Roboter nicht, deshalb steht die Kalibrierung mit Schachbrett- oder Punktmuster oder die Autokalibrierung mit dem Roboter vor dem ersten Griff, und bei hohen Packungen wie im geplanten Test mit etwa 110 mm gehört sie auf die Höhe, in der gegriffen wird.

Vorder- oder Rückseite, frei oder verdeckt: was eine Medizinpackung auf dem Band von einem Bauteil unterscheidet

Bei Bauteilen fragt die Roboterführung nach Position und Winkel. Bei Blistern und Packungen kommen zwei Fragen hinzu, die zum Griff selbst gehören. Liegt das Teil richtig herum, und liegt es frei? Ein Blister, der mit der Rückseite nach oben gegriffen wird, landet falsch in der Folgestation, auch wenn der Sauger ihn sauber getroffen hat. Ein Blister, der halb unter einem anderen liegt, reißt beim Anheben den Nachbarn mit.

Die Kamera liefert deshalb nicht nur eine Koordinate, sondern eine Entscheidung: greifen, liegen lassen oder die Zuführung auffordern, das Teil neu zu verteilen. Diese Entscheidung ist die Pickregel, und sie hängt am Produkt.

Hinzu kommt das Material. Blister- und Siegelfolie glänzen, und ein Druckbild auf Aluminium erscheint je nach Beleuchtungswinkel hell oder dunkel. Eine diffuse Beleuchtung und ein Aufnahmewinkel ohne Direktreflexe gehören deshalb an den Anfang der Auslegung, bevor über Werkzeuge gesprochen wird.

Nadelblister vom laufenden Band: was die Aufgabe von Band und Roboter verlangt

In einem Angebot geht es um kleine Nadelblister, die ein Delta-Roboter von einem laufenden Band greifen soll, im Takt von einigen hundert Stück pro Minute. Das Band hält für die Aufnahme nicht an. Die Koordinate aus dem Bild beschreibt deshalb eine Lage, die im Moment des Griffs schon weitergewandert ist.

Für diese Aufgabe braucht die Zelle zweierlei: die Bewegung des Bandes als Signal, meist über einen Drehgeber, und eine Roboterschnittstelle, die die Bildkoordinate mit dieser Bewegung zusammenführt. Welche Kombination aus Kamera, Robotersteuerung und Feldbus das in der geforderten Geschwindigkeit leistet, ist eine Frage für die Auslegung im Projekt und keine, die sich pauschal beantworten lässt.

Tablettenblister aus dem Bunker: überlagert, bedruckt, in etwa einer Sekunde

Ein anderes Angebot beschreibt Tablettenblister von etwa 90 x 40 mm, die aus einem Bunker auf ein Band geworfen werden. Sie überlagern sich zu zweit oder zu dritt, tragen Druck in Schwarz, Grün, Blau und Rot mit verschiedenen Druckbildern und sollen per Sauger gegriffen werden. Kopf- und Bauchlage sollen beim Griff unterschieden werden. Für einen Zyklus einschließlich Handling ist etwa eine Sekunde angesetzt, der Bildverarbeitung bleibt davon ein Bruchteil. Der Endkunde ist preissensibel.

Die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS soll in diesem Konzept mit ihrer 2D-Roboterführung die Lage eines freien Blisters bestimmen und die Seite am Druck unterscheiden. Dafür kommen eine Mustersuche auf das Druckbild oder die AI-Klassifizierung in Frage; welche Methode bei allen Druckfarben trägt, zeigt der Test mit echten Blistern. Für die Überlagerung bietet sich keine Höhenmessung an, sondern eine Regel, die nur vollständig sichtbare Blister freigibt.

Medizinpackungen im Feld: Mittelpunkt an den Roboter oder rütteln

In einem geplanten Test sollen Medizinpackungen in einem Feld von etwa 300 x 300 mm erkannt werden, die höchste Packung ist etwa 110 mm hoch. Gewünscht ist eine Genauigkeit von etwa 1 bis 2 mm. Die Kamera soll die Mittelpunktkoordinate an den Roboter geben und, wenn eine Packung schräg liegt, ein Signal zum Rütteln auslösen, damit die Packung sich neu legt.

Bei einer 5-MP-Kamera mit 2432 x 2050 Pixeln entfallen auf 300 mm rechnerisch etwa 0,12 mm pro Pixel, das Feld selbst ist also nicht die erste Grenze. Die Höhe schon eher: Eine Packung von 110 mm liegt deutlich näher an der Kamera als eine flache, und am Bildrand verschiebt sich ihre Oberseite im Bild. Deshalb gehört die Kalibrierung auf die Höhe, in der gegriffen wird, oder die Höhe wird je Packungsart berücksichtigt.

Der Winkel vor dem Siegeln: die Packung in die nächste Station führen

In einer Anfrage für eine Verpackungsmaschine für Medizinprodukte soll die Winkellage einer Packung in einem Feld von etwa 100 x 100 mm ermittelt werden, damit der Roboter sie lagerichtig in die Siegelstation führt. Auch dieser Teil soll zunächst getestet werden. Gefragt ist hier kein Prüfergebnis, sondern ein Führungswert für den Roboter: Position und Winkel gehen an die Robotersteuerung, und die Station nimmt die Packung nur in der einen Lage an, die das Siegelwerkzeug erwartet.

Hüftkugeln auf die Messvorrichtung: die Ablage bestimmt die Genauigkeit, die Messung den Takt

In der Implantatfertigung sieht die Übergabe anders aus. Ein Angebot mit Richtpreis betrifft keramische Hüftkugeln in drei Durchmessern, die vorausgerichtet in einer Tiefzieheinlage angeliefert werden, Bohrung nach unten. Geplant ist ein Cobot mit Vakuumgreifer, der jede Kugel entnimmt, auf einer Zwischenposition an einer Planfläche ausrichtet und auf der Vakuum-Spannvorrichtung einer Messmaschine ablegt, mit einer Genauigkeit von etwa 0,2 mm. Ein Schubladensystem soll dafür sorgen, dass die Maschine auch am Wochenende ohne Bediener misst.

Zwei Dinge fallen in diesem Konzept auf. Die Genauigkeit kommt von der Ablage und nicht von der Kamera: Die Planfläche auf der Zwischenposition richtet mechanisch aus, was sonst ein Bild entscheiden müsste. Und der Takt kommt von der Messung. Für Entnahme und Ablage sind etwa 30 Sekunden angesetzt, der Messzyklus dauert rund zweieinhalb Minuten. Die Zelle muss also nicht schnell sein, sondern verlässlich über viele Stunden ohne Eingriff.

Die vorausgerichtete Anlieferung ist eine Bedingung, von der dieses Konzept lebt. Solange die Kugeln mit der Bohrung nach unten in ihrer Einlage stehen, muss ein Bild wenig mehr leisten, als die Lage der Einlage zu erfassen. Ändert sich die Verpackung beim Lieferanten, ändert sich die Aufgabe der Zelle mit.

Gebogene Implantatteile vom Band: in Löcher greifen

In einer weiteren, davon unabhängigen Anfrage ist ein Richtpreis für die Zuführung gebogener Implantatteile an eine Messanlage angefragt. Die Teile reichen von etwa 2 x 3 cm bis 30 x 5 cm und liegen auf einem Band, gegriffen wird in Löcher des Teils. Das Bildfeld hat etwa DIN-A4-Größe, die geforderte Genauigkeit liegt bei wenigen Zehntelmillimetern. Auf 297 mm ergeben sich mit derselben 5-MP-Auflösung rechnerisch wieder etwa 0,12 mm pro Pixel. Ob die Lochkanten auf dem gebogenen Teil stabil genug abgebildet werden, klärt die Beleuchtung am Muster.

Kamera und Roboter kalibrieren: der Schritt vor dem ersten Griff

Eine Koordinate in Pixeln hilft dem Roboter nicht. Die All-in-One Kamera kalibriert mit einem Schachbrett- oder Punktmuster, korrigiert dabei Kameraneigung und Objektivverzeichnung und bietet eine Autokalibrierung mit dem Roboter. Für die 2D-Roboterführung sind 17 Roboterhersteller hinterlegt, dazu eine benutzerdefinierte Anbindung. Die Kontursuche ShapeTrax3A arbeitet auch bei kontrastarmen Bildern stabil, was bei hellen Packungen auf hellem Band helfen kann. Wird die Kamera versetzt, gehört die Kalibrierung wieder an den Anfang.

Stehen an einer Linie mehrere Griff- oder Übergabepunkte, etwa ein Band und eine nachfolgende Station, kann die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G bis zu acht Kameras an einem Controller zusammenführen.

Die Pickregel: was 2D entscheidet und wo es endet

Aus den Anfragen ergibt sich eine einfache Regel: Gegriffen wird, was frei, vollständig sichtbar und richtig herum liegt. Was verdeckt ist, bleibt liegen. Was schräg liegt, geht über Rütteln oder Rückführung zurück in die Zuführung. Richtig herum heißt am Druck oder an der Kontur erkannt. Die Regel gehört ins Lastenheft und nicht erst in die Inbetriebnahme: Wie oft darf gerüttelt werden, bevor ein Teil ausgeschleust wird, und was geschieht mit einem Blister, der nach mehreren Durchläufen verdeckt bleibt?

Ein 2D-Bild liefert Position, Winkel und Seite, aber keine Höhe. Solange die Teile flach liegen und die Zuführung sie verteilt, reicht das. Wo Teile ungeordnet in der Tiefe liegen, beginnt die 3D-Robotervision, die der zweite Artikel dieses Themas für Nest, Tub und Kiste behandelt.

Warum eine Zelle erwogen wird: Stückzahl, Standardkonzept, Cobot

Die Anfragen nennen ihre Gründe offen. Bei den Hüftkugeln soll die Zelle eine steigende Stückzahl tragen, und die Messmaschine soll über das Wochenende laufen. Eine Anfrage aus der Fertigung von Laborverbrauchsmaterial nennt ein Potenzial von mehreren Systemen. Für die Hüftkugeln ist ein Cobot mit Vakuumgreifer vorgesehen, und beim Tablettenblister verlangt der preissensible Endkunde ein günstiges System.

Eine Amortisationsrechnung enthält keine dieser Anfragen, und sie ist auch nicht aus ihnen abzuleiten. Die Anfragen geben Auslöser, keine Zahlen. Steht die Zelle in einem GMP-Bereich, betrifft das Dokumentation und Qualifizierung, nicht die Pickregel.

Häufige Fragen

F Kann eine 2D-Kamera Vorder- und Rückseite eines Blisters unterscheiden?

In vielen Fällen ja, wenn sich die Seiten im Druck oder in der Kontur unterscheiden. Eine Mustersuche auf das Druckbild oder eine AI-Klassifizierung sind dafür die üblichen Wege. Welcher bei allen Druckfarben trägt, zeigt ein Test mit echten Blistern.

F Was passiert mit Blistern, die übereinander liegen?

Eine 2D-Kamera misst keine Höhe. Sie gibt deshalb nur Blister frei, die vollständig sichtbar sind, und lässt verdeckte liegen, bis die Zuführung sie neu verteilt. Wie oft neu verteilt wird, legen Pickregel und Zuführung gemeinsam fest.

F Wovon hängt die Ablagegenauigkeit auf einer Messvorrichtung ab?

Vor allem von der Ablage selbst: Aufnahme, Greifer und eine Zwischenposition mit Planfläche richten mechanisch aus. Die Kamera liefert die Lage für den Griff, die Genauigkeit am Ende entsteht aus der ganzen Kette.

F Wie kommt die Bildkoordinate an den Roboter?

Über eine Kalibrierung mit Schachbrett- oder Punktmuster oder die Autokalibrierung mit dem Roboter. Für die 2D-Roboterführung der All-in-One Kamera sind 17 Roboterhersteller und eine benutzerdefinierte Anbindung hinterlegt.

F Wann reicht 2D nicht mehr?

Wenn Teile ungeordnet in der Tiefe liegen und die Höhe über den Griff entscheidet. Dann ist 3D-Robotervision gefragt, wie beim Griff in Kiste oder Tub.

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