Legoteil Zählmaschine

Abbildung 1: Aufbau der Legoteil Zählmaschine

Die HSHL Lego® Zählmaschine ist eine Maschine zur automatischen Sortierung und Zählung von Legoteilen. Es ist ein studentisches Projekt, welches im Schwerpunkt System-Design-Engineering des Mechatronikstudiums an der Hochschule Hamm Lippstadt durchgeführt wird. In diesem Artikel werden die Ergebnisse zum Stand des Wintersemesters 2017/18 zusammengefasst.

In Abbildung 1 sieht man die Maschine. Ganz links befindet sich das Bunkerband, in welches die Teile gefüllt werden. Dieses fördert die Teile in das dahinterliegende Förderband. In dem Holzkasten auf der rechten Seite sitzt eine Bildverarbeitung, welche die Teile erkennt und zählt.

Weitere Informationen zu dem aktuellen Stand sind in diesem Artikel zu lesen.

Betreuer: Prof. Schneider, Prof. Goebel

Danksagung

Wir möchten uns an dieser Stelle ganz herzlich und ausdrücklich bei der Stiftung Förderung von Bildung, Wissenschaft und Technologie im Kreis Soest bedanken, die dieses Projekt "Bildverarbeitung in der Automatisierungstechnik" finanziell unterstützt hat.

Historie

Folgende Gruppen haben sich bisher mit dem Aufbau und der Weiterentwicklung der Legoteil-Zählmaschine beschäftigt und diesen Fortschritt in den jeweiligen Artikeln festgehalten.

• WS15/16: Legoteilzählmaschine 2015
• SS16: Legoteilzählmaschine SS16
• WS16/17: Legoteilzählmaschine WS 16

Einleitung

Ziel dieses Projektes ist, ein System zu entwerfen, welches Legoteile zählt und sortiert. Insbesondere sollen Baukästen anhand ihrer Baukastennummer eingegeben werden können, bevor die Teile dieses Baukastens physikalisch in den Bunker der Legoteilzählmaschine gefüllt werden. Alles folgende soll vollautomatisch ablaufen:

• Vereinzelung der Legoteile
• Zentrierung der Legoteile auf dem Band
• Bildverarbeitung der Legoteile. Die erkannten Legoteile sollen in einer Excel Liste anhand ihrer Lego Teilenummer abgeglichen werden, in welcher die Anzahl aller Legoteile in Bezug auf einen Baukasten vermerkt sind.
• Sortierung der Legoteile in zwei Kategorien 'Erkannt' und 'Nicht erkannt'
  

Ergebnis: Als Ergebnis soll eine Teileliste ausgegeben werden, in der vermerkt ist ob der Baukasten vollständig ist, also alle Legoteile gezählt wurden, die im Neuzustand des Baukastens darin vorhanden waren.
Falls dies nicht der Fall ist, soll der Teileliste entnommen werden können, welche und wie viele Teile fehlen.

Die genauen Anforderungen sind dem Lastenheft zu entnehmen

Aufbau der Maschine

Die Legoteilzaehlmaschine wurde als neues Projekt im SDE Praktikum 2015 von Null an geplant, konstruiert, beschafft und aufgebaut. Sie unterteilt sich in:

• Förderband 1: Förderband als Stufenförderer mit 10 mm hohen Stollen, um die Legoteile eines gesamten Baukastens aus dem Teilebunker zu befördern. Dieses ist in Höhe und Neigung einstellbar. Im folgenden wird es Bunkerband genannt. (siehe Abbildung 1: 1)
• Förderband 2: Förderband zum Transportieren der Legoteile zur Vereinzelung und zur Bildverarbeitung. Es wird im folgenden nur mit Förderband bezeichnet. (siehe Abbildung 1: 2)
• Schaltschrank: Der Schaltschrank beinhaltet die gesamte, sonst offen zugängliche, Elektronik und ist neben dem Bunkerband auf der Holzplatte fest montiert. (siehe Abbildung 1: 3)
• Sortiervorrichtung: Klappenmechanismus zum Einsortieren der Legoteile in die vorgesehenen Kästen. Sie ist aktuell nicht zusammengebaut.
• Bildverarbeitungsbox: Dort werden die Teile erkannt und gezählt. (siehe Abbildung 1: 4)

Beschreibung der Komponenten

Neben den bereits genannten Förderbändern wurden folgende Komponenten verbaut:

• Teilvereinzelungsbox: Hier werden Teile erkannt, die dicht beieinander liegen und durch Druckluft vereinzelt werden
• Schaltschrank: Beinhaltet zwei Spannungswandler sowie einen Arduino MEGA 2560 mit selbst entwickelten Aufsteckboard zur Ansteuerung der Motoren, Servos sowie zum Auslesen von Potentiometern. Der Arduino dient als Schnittstelle zwischen MATLAB Software und Förderbandsystem und wird über die serielle Schnittstelle angesteuert (USB).
• Computer: Der Computer beinhaltet Matlab zur Bildverarbeitung und ermöglicht ein Livetracking zum Zählen und Sortieren der Legoeile.
• Webcam: Zur Anwendung kommen zwei Logitech C920 Webcams.

Teilaufgaben

Die Aufgaben werden in drei Themengebiete unterteilt und von den jeweiligen Teams bearbeitet.

Separierung

Die Separierung ist der erste Schritt zum Sortieren der Legoteile. Ziel dabei ist, die verschiedenen Teile zu separieren und einzeln in die Bildverarbeitung laufen zu lassen. Dies ist notwendig, da die Bildverarbeitung lediglich einzelne Legoteile erkennen kann.

Zum Artikel Separierung

Bildverarbeitung und Programmierung

In der Bildverarbeitung werden die Legoteile erkannt, mit einer Datenbank verglichen und die Sortierung wird passend angesteuert.

Zum Artikel Bildverarbeitung

Sortierung

Bei der Sortierung werden die Legoteile über Klappen so gesteuert, dass sie in ein vorgegbenens Fach in der Einlage des Legokasten fallen.

Zum Artikel Sortierung

Gesamte Anlage

Die Legosortiermaschine soll am Ende als eine Einheit funktionieren. In diesem Artikel wird die Zusammenführung der einzelnen Teile beschrieben.

Zum Artikel der gesamten Anlage

Anleitungen

Hier finden sie die Anleitungen für die Sortiermaschine. Dazu gehört die Anleitung für das Starten der Maschine, die Bedingung des GUI und eine Erklärung der wichtigsten SQL-Befehle.

Projektplanung

Für das Projekt gibt es einen Projektleiter, welcher sich um das Projektmanagment kümmert.

Kanban-Tafel

Abbildung 2: Aufbau der Kanbantafel

Zur Projektplanung wurde ein Kanbanboard angeschafft. Dieses visualisiert die Aufgaben jeder Gruppe, sodass jeder auf einen Blick seine Aufgaben sieht. Dies fördert die Motivation und garantiert, dass zielstrebig an dem Projekt gearbeitet wird. Dazu werden die einzelnen Aufgaben in kleine Arbeitspakete eingeteilt und jeweils auf einen Postet geschrieben. Um eine gute Übersicht zu garantieren wird das Board in die drei Gruppen Separierung, Bildverarbeitung und Sortierung eingeteilt. Um die Aufgaben einzuteilen gibt es vier Kategorien:

• offen: Offene Aufgaben, welche noch nicht angefangen sind
• in Arbeit: Aufgaben, welche gerade bearbeitet werden
• warten: Aufgaben, welche von anderen Faktoren abhängen. Dies sind zum Beispiel Bestellungen, andere Aufgaben oder Entscheidungen
• erledigt: Sammlung der erledigten Aufgaben

Arbeitspakete werden möglichst so definiert, dass jede Gruppe bzw. jeder Einzelne pro Team eine Aufgabe an einem Termin abarbeiten kann und somit auf dem Board verschieben kann.

Dateisicherung und -dokumentation

Die gesamten Dateien und Unterlagen sind in SVN gesichert und versioniert. Diese sind in der Dateiablage in SVN zu erreichen. Dort ist durch eine Ordnerstruktur eine gute Übersicht gegeben.

Offene Punkte

Folgene Punkte sind zur Zeit nicht in Planung und können zur Verbesserung der Maschine dienen:

• Einbinden eines Rückführbandes für nicht erkannte Legoteile
• Schutz vor dem Hineinfassen in die Maschine

Links

• Tipps zum Schreiben eines Wiki-Artikels
• Dateiablage in SVN
• Beispiel-Artikel von Prof. Göbel
• Beispiel-Artikel von Prof. Schneider