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 zusammengefasst.

In Abbildung 1 sieht man die Maschine. Ganz links ist der Schaltschrank zu sehen, über welchen alles gesteuert wird. Rechts daneben 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. Davor sitzt eine Linearläufer der die Teile einsortiert.

Betreuer: Prof. Schneider, Prof. Goebel

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.

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 zwei Förderbänder und einen Schaltschrank:

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.
Förderband 2: Förderband zum Transportieren der Legoteile zur Vereinzelung und zur Bildverarbeitung. Durch den Stufenförderer sollen die Teile möglichst in einer Linie hintereinander auf Förderband 2 landen.
Schaltschrank: Der Schaltschrank beinhaltet die gesamte, sonst offen zugängliche, Elektronik und ist vor Förderband 3 auf der Holzplatte fest montiert.
Sortiervorrichtung: Klappenmechanismus zum Einsortieren der Legoteile in die vorgesehenen Kästen

Beschreibung der Komponenten

Neben den bereits genannten Förderbändern wurden folgende Komponenten verbaut:

Bildverarbeitungsbox: Hier werden Teile mit Durchlicht und Auflicht beleuchtet und so Formen und Farben extrahiert
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 Infrarotsensoren und Potentiometern. Der Arduino dient als Schnittstelle zwischen MATLAB Software und Förderbandsystem und wird über die serielle Schnittstelle angesteuert (USB).
Laptop: Der Laptop beinhaltet die Software zur Bildverarbeitung und ermöglicht in Zukunft durch leistungsstarke Komponenten ein Livetracking zum Zählen und Sortieren der Legoeile.
Webcam: Zur Anwendung kam eine Logitech C920 Webcam.

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

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

Anleitungen für die Sortiermaschine

Projektplanung

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

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 Post-it 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. Sie heißen 'offen', 'in Arbeit', 'warten' und 'erledigt'. In der ersten Katerogie stehen alle Aufgaben die noch bearbeitet werden. Arbeitet eine Gruppe an einer Aufgabe, so wandert das Postet in die nächste Kategorie. Kann an einer Aufgabe nicht weiter gearbeitet werden, weil zum Beispiel etwas anderes benötigt wird, so wird die Aufgabe in die Kategorie 'warten' verschoben. In der letzten Kategorie stehen die fertigen und abgeschlossenen Aufgaben. Arbeitspakete werden möglichst so definiert, dass jede Gruppe bzw. jeder einzelnen pro Team eine Aufgabe an einem Termin abarbeiten kann und somit auf dem Board verschieben kann.

Offene Punkte

- Einbinden eines Rückführbandes für nicht erkannte Legoteile

Legoteil Zählmaschine

Inhaltsverzeichnis