10.04.2013

Vieles drin, alles dran

Vision-Systeme drängen in den Maschinenbau. „All-in-One Vision-Systeme“ erobern die Welt der Automatisierungstechnik und sind längst zu serientauglichen Spezialisten geworden.

 

Vision Systeme, zu deutsch "Bildverarbeitungssysteme" oder oft auch nur kurz als "BVS" bezeichnet, bestehen aus den Funktionseinheiten Bildaufnahme und Bildauswertung.

Anwender haben die Wahl: Kamera und PC oder "All-in-One Vision-Systeme" auf der Basis einer sogenannten "intelligenten" oder "Smart-Kamera".

Wird innerhalb der Automatisierungslösung bereits ein PC verwendet, so bietet es sich an, eine Kamera mit einer standardisierten Schnittstelle an diesen PC anzuschließen und für die erforderlichen Bildverarbeitungsfunktionen eine am Markt erhältliche BV-Software-Bibliothek zur Automatisierungssoftware hinzuzufügen.

"All-in-One Vision-Systeme" bieten hierzu jedoch mehrere Vorteile:

• Die Optik und die Beleuchtung, deren Bedeutung für das Gelingen einer Bildverarbeitungslösung oftmals unterschätzt wird, sind im Gerätekonzept bereits integriert

• Die Systeme lassen sich über Standardschnittstellen, wie zum Beispiel Feldbusse, einfach und sicher in bestehende Automatisierungssysteme integrieren

• Der oftmals nicht unerhebliche Einarbeitungsaufwand in eine BV-Software-Bibliothek entfällt

• Das Vision-System ist von der eigentlichen Automatisierungssoftware getrennt - dies führt zu einer Reduzierung der Komplexität und damit zu einer Verringerung des Realisierungs- und Wartungsaufwandes.

Modularität - eine Herausforderung

"All-in-One-Design" steht für eine optimale Integration der einzelnen Baugruppen des Vision-Systems. Neben der Bildaufnahme- und Bildauswerte-Einheit sind verschiedene LED-Beleuchtungen sowie eine große Auswahl an Optiken erforderlich.

Kommt es auf das Licht an, ob als flexibles Gerät für Einzelapplikationen oder als hochspezialisierter Sensor im Serienmaschinenbau, können Beleuchtungsfarben von 470 (blau), 630 (rot),880 nm (infrarot) und weiß realisiert werden. Der Anschluss und die Ansteuerung der lichtstarken und homogenen Beleuchtungen erfolgt direkt durch das Vision-System. Dies erleichtert dem Anwender sowohl die Auswahl als auch den Einsatz des richtigen Lichts.

Geht es um exaktes Messen komplexerer Strukturen, so muss typischerweise mit telezentrischen Objektiven gearbeitet werden, um Messfehler durch Perspektive zu verhindern. Auch diese Art von Objektiven ist möglich - hier zeigt sich der Vorteil der Flexibilität und der Erweiterbarkeit eines derartigen Systems. Diese Modularität erlaubt nicht nur eine schnelle Konfiguration des Vision-Systems, sondern auch die Anpassung des Basisgerätes an Kundenwünsche.

Basisgerät mit Standard-Ringbeleuchtung

Präzision und Kommunikation - eine Forderung

Das Basisgerät eines "All-in-One Vision-Systems" besitzt ein robustes Gehäuse, werkseitige Pixel-genaue Justierung des Bildaufnehmers und eine passgenaue Befestigungsmöglichkeit. Alle acht Befestigungsbohrungen (je zwei an jeder Seite: M 4 bis 10 tief) sind mit 1 mm tiefen Passbohrungen Ø6 H7 zur Aufnahme von Zentrierhülsen, die wiederum eine Abmessung von Ø6 h7 haben, versehen. Diese Zentrierhülsen gewährleisten im Servicefall den schnellen und unkomplizierten Austausch des Vision-Systems und reduzieren zugleich den Realisierungsaufwand von Serienmaschinen erheblich.

Sichere und intelligente Vernetzung der Bildverarbeitungslösung mit der zentralen Prozesssteuerung oder mit der lokalen SPS kann sowohl durch digitale 24-V-Prozess-I/Os als auch durch Feldbuss-Interfaces erreicht werden. Neben dem Standard-Ethernet spielen CANopen-Feldbusse eine große Rolle. Für hohe Dynamik in der Umgebung mit Antriebssystemen bietet sich das Sercos-Interface an. Robuste Steckverbinder sowie ein im Gerät integriertes Prozess-Interface ermöglichen eine sichere und einfache Einbindung in die Automatisierungsumgebungen.

Einsatzbeispiel

Mit Abmessungen von nur 63 mm ×63 mm × 69 mm lässt sich das System leicht im Prozessumfeld montieren. Das industrietaugliche IP 67-Gehäuse sichert die zuverlässige Arbeitsweise auch unter schwierigen Einsatzbedingungen.

Die von hochauflösenden Bildsensoren generierten Bilddaten werden mit leistungsfähigen Bildverarbeitungsalgorithmen geprüft.

Der digitale  Hochgeschwindigkeits-Signalprozessor berechnet in Echtzeit die Prüfergebnisse, die über die On-Board verfügbaren Ein- und Ausgabesignale mit der Anlagensteuerung ausgetauscht werden. Als besonders vorteilhaft erweist sich der vorhandene Software-Simulator für die Offline-Parametrierung. Damit lassen sich auch ohne angeschlossenes Vision-System gewissermaßen" am Schreibtisch" Prüfabläufe erstellen und testen.

Die Funktion "automatische Testreihe"ermöglicht eine schnelle Umstellung der Prüfprogramme auf ähnlich geartete Teile. Eine Fernwartung des Systems kann, falls gewünscht und erforderlich, sowohl über die integrierte Ethernet-Schnittstelle oder die vorhandenen Feldbusse erfolgen.

In dieser Variante wurde das Basisgerät in Kombination mit einer integrierten Beleuchtungseinheit für einen definierten Anwendungsfall konfiguriert und ist IP 67-tauglich.

Vision&Control bietet einen umfangreichen"Baukasten" rund um das "All-in-One Vision-System" pictor® an. Ausgelegt auf den Einsatz im industriellen Umfeld, erlaubt das Gerätekonzept eine individuelle Kombination mit Objektiven und Beleuchtungen des Herstellers. Die spezielle modulare Bauweise ermöglicht die Realisierung einer Vielzahl von Anwendungsszenarien. Somit kann das System auf einfache Weise den unterschiedlichen Anforderungen und Aufgaben der industriellen Bildverarbeitung gerecht werden.

pictor® mit Spritzschutz: Prüfung von Dichtungen auf korrekte Montage