3D-Sensoren
Beherrschen Stereo-Vision und Time-of-flight Verfahren
Wo automatisiert verpackt wird, dort sind häufig auch fahrerlose Flurförderzeuge unterwegs. Die 3-D-Vision-Daten für die Steuerung solch unterschiedlicher Anwendungen liefert die neue Sensorserie SmartRunner Explorer 3-D von Pepperl+Fuchs. Sie umfasst zwei Gerätevarianten mit eigenen Messverfahren auf einer Plattform: Stereo Vision und Time-of-Flight. Im gleichen Gehäuse untergebracht, mit einheitlicher Anwendersoftware und Datenausgabe, lässt sich der Integrationsaufwand für 3-D-Anwendungen beträchtlich reduzieren.
Herkömmliche Vision-Sensoren leiten in der Regel aus einem erfassten 2-D Bild verschiedene steuerungsrelevante Merkmale ab. Die meisten Geräte sind auf bestimmte, eng definierte Anwendungen spezialisiert. Sie können zum Beispiel für die Vollständigkeitskontrolle bei Getränkekisten verwendet werden und feststellen, ob alle Fächer belegt sind. Für die Qualitätskontrolle der Abfüllanlage gibt es hier aber mindestens noch eine relevante Frage: Sitzen die Kronkorken oder Schraubverschlüsse korrekt auf den Flaschen? Sie lässt sich mit einem 2D-Sensor aus demselben Blickwinkel nur sehr schwer beantworten, da die Tiefeninformation der z-Achse fehlt. Dagegen kann ein 3-D-Gerät die Daten für beide Kontrollaufgaben in einem automatisierten Durchgang liefern.
Komplexe Situationsabbildung in Stereo Vision 3-D
Das Stereo-Vision-Gerät besitzt eine Reichweite von einem Meter und eine Auflösung von 1,4 Megapixel. Die Größe des Erfassungsbereichs beträgt im Abstand von 600 Millimeter 400 x 350, bei 900 Millimeter 550 x 500 Millimeter. Mit diesen Parametern ist es für die hochpräzise Erfassung von Objekten in diesem Nahbereich optimiert und insbesondere für Inspektionsanwendungen geeignet. Es kann zum Beispiel für die Prüfung und Zählung von definierten Objekten oder zur Volumenerfassung verwendet werden. Die zusätzliche Tiefeninformation in z-Richtung eröffnet ganz neue Möglichkeiten in der Anwendung, die mit herkömmlichen Sensoren verschlossen bleiben.
Das Gerät arbeitet mit zwei Kameras. Anhand der hochaufgelösten 2-D-Daten kann der Sensor exakt auf das Zielobjekt ausgerichtet werden, wodurch eine vereinfachte Interpretation der Messergebnisse möglich wird. Ihre 2-D-Bilder werden im ersten Schritt automatisch zu einem Disparitätenbild überlagert, welches die Basis der 3-D Punktewolke bildet. Zur Ergänzung sei erwähnt, dass alle Geräte ab Werk kalibriert sind.
Ein typisches Einsatzfeld ist die Erfassung einer amorphen Masse in einer Verpackungseinheit, zum Beispiel Bananen in einer offenen Versandkiste. Diese soll so voll wie möglich bestückt sein, doch ohne dass etwas übersteht. Schließlich könnte eine einzige beschädigte Frucht den gesamten Kisteninhalt verfaulen lassen. Auf dem 3-D-Bild des SmartRunner 3-D Explorer wird jeder Überstand zuverlässig angezeigt, bei gleichzeitiger Erfassung des Füllgrads.
Dynamische Datenausgabe mit Time-of-Flight
Bei der ToF-Variante stehen Reichweite und Signalfrequenz im Vordergrund. Signalerfassung und -ausgabe sind für Anwendungen mit größerem Messbereich optimiert, bei denen es auf kurze Reaktionszeiten ankommt. Das Gerät besitzt eine einzelne Kamera mit einer VGA-Auflösung von 640 x 480 Pixel und einer Messrate von 30 Hz. Der Erfassungsbereich ist 7,5 Meter lang. Das Infrarotlicht, das die DuraBeam-Beleuchtung des Sensors emittiert, hat eine Wellenlänge von 940-Nanometer. Sie hält großen Abstand zum Spektrum des Tageslichts sowie herkömmlicher Beleuchtung. Der Sensor ist damit in hohem Maß unempfindlich gegenüber Fremdlicht, auch im Außenbereich.
Eine typische Anwendung kann zum Beispiel die Steuerung eines fahrerlosen Transportfahrzeugs (AGV) sein. Der SmartRunner 3-D liefert die 3-D Punktewolke, welche die Aussparungen im Palettenfuß und ebenso die Konturen der Palettenbeladung erkennen lässt.
All in one
Beide Gerätevarianten sind Rohdatensensoren, die kalibriert ausgeliefert werden. Sie verwenden eine identisch standardisierte Datenstruktur und dieselbe Anwendersoftware ViSolution mit einer einheitlich gestalteten intuitiven Benutzerführung. Die Software wird mit den Geräten kostenfrei zur Verfügung gestellt. Die aufgabenspezifische Visualisierung von 2-D- und 3-D-Daten wird mit wenigen Klicks aufgebaut.
Nach der Inbetriebnahme eines ersten Gerätes der SmartRunner Explorer 3-D-Serie können weitere Geräte in beiden Varianten und für unterschiedliche Anwendungsspektren durch Duplizieren integriert werden. Ein Ethernet Gigabit Interface sorgt für schnelle Datenübertragung. Das einheitliche hochstabile Aluminiumgehäuse leitet die Betriebswärme ab und gleicht unerwünschte Temperatureinflüsse aus.
Inbetriebnahme und Parametrierung lassen sich mit ViSolution anhand von Livedaten intuitiv durchführen. Beim Gerätetausch gilt Plug&Play, eine Neukalibrierung entfällt. Die Montage wird durch ein Ausrichtlineal und Ausrichtungsbohrungen am Gehäuse unterstützt. Zusammen können die beiden Gerätevarianten der Serie SmartRunner Explorer 3-D die allermeisten 3-D-Anwendungen für Vision-Sensoren in der industriellen Praxis abdecken, von der präzisen Objektvermessung auf Förderbändern bis zur exakten Positionierung von Roboterarmen. Dank der einheitlichen Plattform sinkt der Integrationsaufwand.