Bildverarbeitung Synchronisierbares Vision-System als Komplettlösung

Anbieter zum Thema

item Industrietechnik GmbH

ELMEKO GmbH + Co. KG

Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Beckhoff setzt auf die durchgängige Integration aller Maschinenfunktionalitäten in einer Steuerungsplattform. Hierzu zählt mit Twincat Vision bereits seit 2017 softwareseitig auch die Bildverarbeitung. Nun wird das Vision-Portfolio auch hardwareseitig vervollständigt.

Mit Beckhoff Vision steht den Maschinenbauern und Endanwendern ein komplettes Bildverarbeitungssystem zur Verfügung, das von der Software bis zur Beleuchtung alle erforderlichen Komponenten abdeckt. Nahtlos in die Ethercat-basierte Steuerungstechnik integriert, bietet es den Nutzern deutliche Wettbewerbsvorteile, wie z. B. hochgenaue Synchronisation mit allen Maschinenprozessen, reduzierte Engineering- und Hardwarekosten sowie Vereinfachung bei Inbetriebnahme und Support. Das Vision-Portfolio umfasst nun ergänzend zur Software Twincat Vision folgende Hardware:

• die Flächenkameras VCS2000,

• die robusten C-Mount-Objektive VOS2000 und VOS3000,

• Multicolor-LED-Beleuchtungen als Balken-, Flächen- und Ringbeleuchtung (VIB2000, VIP2000 und VIR2000),

• die Kompletteinheiten (Vision Unit Illuminated, VUI), bestehend aus Kamera, Beleuchtung und fokussierbarer Optik.

Optimales Design und Konzept für industrielle Bildverarbeitung

Im Vordergrund der Entwicklung stand für Beckhoff von Beginn an die optimale Eignung für den industriellen Einsatz – sowohl der einzelnen Vision-Komponenten als auch des gesamten Bildverarbeitungssystems. Zu den entsprechenden Designaspekten zählen das IP65/IP67-Gehäuse aus eloxiertem Aluminium und gehärtetem Glas, glatte Glasflächen für eine hohe Beständigkeit gegen Reinigungsmittel und andere Chemikalien, diverse Optionen für flexible Befestigungen und Anwendungsmöglichkeiten sowie ein optionaler Splitterschutz. Weitere Vorteile bietet die Beckhoff-eigene Vision-Entwicklung und -Fertigung, die eine technologisch und qualitativ hochwertige sowie optimal aufeinander abgestimmte Komplettlösung sicherstellt.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 6 Bildern

Die nahtlose Integration – nicht nur der einzelnen Komponenten aus Hard- und Software zum Komplettsystem, sondern auch mit der Maschinensteuerung – eröffnet ein großes Spektrum an Anwendungen für die industrielle Bildverarbeitung. Umgekehrt entsteht ein hohes Optimierungspotenzial für die Maschinen und Anlagen. So ist das Vision-System genau synchronisierbar mit allen Steuerungsprozessen und Maschinenabläufen. Indem es in die Standard-Automatisierungsapplikation integriert wird, ist zudem die Durchgängigkeit im Zusammenspiel aller weiteren Komponenten möglich. Hinzu kommt, dass sich Kamerasystem und Beleuchtung je nach Applikationsanforderung getrennt oder zusammen als integrierte Unit montieren lassen. Das integrierte Konzept bietet zudem deutliche Vorteile aus Sicht der Projektierung: Engineering-Aufwand und Hardwarekosten werden reduziert; Systemintegration, Inbetriebnahme und Support vereinfachen sich.

Die vollständige Integration in das Ethercat-System unterstützt und erleichtert das Realisieren von Echtzeitapplikationen. Es ist z. B. eine vereinfachte und synchronisierte Triggererzeugung für Bildeinzug und Belichtung direkt aus dem System heraus möglich. Das Vision-System kann weiterhin ohne großen Aufwand mit allen Steuerungsprozessen und cloudbasierten Diensten verknüpft und synchronisiert werden – mit allen gewohnten Vorteilen der leistungsfähigen und komfortablen Ethercat-Diagnose. Insgesamt ergeben all diese Faktoren aus Maschinensicht eine erhöhte Prozesseffizienz durch verkürzte Reaktionszeiten, höhere Taktzahlen und beschleunigte Bearbeitungsprozesse, und das bei geringerem Hardware- und Verdrahtungsaufwand sowie minimiertem Bauraum und Anlagen-Footprint.

Leistungsfähige Kameras mit 2,5 GBit/s schneller Bilddatenübertragung

Die Flächenkameras der Reihe VCS2000 erzeugen durch Farb- und Monochrom-CMOS-Sensoren mit einer Auflösung von bis zu 24 Megapixel hochwertige Daten für industrielle Bildverarbeitungsprozesse. Für unterschiedliche Vision-Aufgaben und Bildanalysefunktionen steht ein breites Portfolio aus etablierten Sony-Sensoren mit 3,45-µm- und 2,74-µm-Pixelraster zur Auswahl. Die Kameras eignen sich mit hohen Bildraten und der 2,5 Gbit/s schnellen Bilddatenübertragung ideal für automatisierte optische Prüfaufgaben und eine exakte Produktverfolgung in Ethercat-synchronisierten Applikationen.

Mit der kostengünstig einsetzbaren 2,5-Gbit/s-Übertragungsrate kann das Leistungspotenzial der Kameras voll ausgeschöpft werden: Erst dadurch lässt sich eine erhöhte Bildwiederholrate effizient nutzen und eine äußerst schnelle Reaktionszeit mit industrieller LAN-Technologie bei beliebigen Leitungslängen realisieren. Weiterhin ist das Vision-System hiermit optimal auf die leistungsfähigen Industrie-PCs von Beckhoff abgestimmt.

Die robusten, industrietauglichen Kameras unterstützen den etablierten internationalen Standard GigE Vision und sind flexibel in einem weiten Temperaturbereich einsetzbar. Der Objektivschutztubus mit thermisch gehärtetem Antireflexglas sichert die Unveränderlichkeit der Fokuslage und sorgt ohne weiteres Gehäuse für eine hohe Beständigkeit gegenüber Reinigungsmitteln und Handhabungseinflüssen. Flexible Montageoptionen und die geringe Bautiefe (inkl. der Anschlüsse) in der optischen Achse lassen zudem viele Freiheitsgerade bei der Maschinenkonstruktion zu.

Montagefreundliche C-Mount-Objektive für raue Umgebungen

Die hochauflösenden und durch das C-Mount-Anschlussgewinde universell nutzbaren Objektive der Serien VOS2000 und VOS3000 sind mit ihrem robusten und montagefreundlichen Design für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen geeignet. Der Fokus und die Festblende sind leicht einstellbar und lassen sich über kompakte Schrauben einfach und präzise arretieren. Ebenso verfügen die Objektive über eine Breitbandentspiegelung von 420 bis 1.050 nm, die gut auf die Multicolor-LED-Beleuchtungen abgestimmt ist. Die Vibrations- und Schockfestigkeit bis 10 g ermöglicht überdies zuverlässige Messungen für den sichtbaren und den nahen Infrarotbereich.

Verfügbar sind zwei Objektivserien: VOS2000 ist optimal an die Bildsensoren bis zu einem Format von 2/3 Zoll (11 mm) angepasst, VOS3000 für höchste Bildauflösungen bei einem Bildkreis bis zu 1,2 Zoll (19,3 mm) ausgelegt.. Neben der generell vorhandenen breitbandigen Anti-Reflex-Beschichtung von VIS bis NIR verfügt die Serie VOS3000 für den großen Bildkreis über eine hervorragende Korrektur der chromatischen Aberration für den Spektralbereich bis 850 nm.

Flexible, hochpräzise und energieeffiziente Beleuchtung

Die Multicolor-LED-Beleuchtungen in den drei Ausführungen Balken- (VIB2000), Flächen- (VIP2000) und Ringbeleuchtung (VIR2000) erzeugen konstante Lichtverhältnisse für gleichbleibend qualitativ hochwertige Abbildungen. Sie sind im Bildverarbeitungsprozess die unerlässliche Grundlage für exakte Auswertungen. Auch im spektral anpassbaren Pulsbetrieb kreieren die Beleuchtungen den bestmöglichen Kontrastunterschied zwischen dem Prüfmerkmal und seiner Umgebung.

Die Lichtfarbe einer Beleuchtungsbaugruppe kann objektbezogen farb- und helligkeitsspezifisch eingestellt werden. Durch die Mischung der einzelnen Farbkanäle lässt sich spektral lückenloses weißes Licht erzeugen. Mit der direkten Integration der Leistungselektronik in die Beleuchtungsbaugruppe wird eine hohe Helligkeit erreicht, die für das sichere Einfrieren von hochdynamischen Bewegungen notwendig ist. Durch die volle Integration in Ethercat kann die Lichtfarbe und die Helligkeit sowie die Triggerung für jedes einzelne Prüfobjekt individuell eingestellt werden.

Die hochpräzise Ansteuerung und eine effiziente Elektronik minimieren zudem den Energiebedarf. Mithilfe der Einkabellösung Ethercat P inklusive der Distributed-Clocks-Funktion sowie der reaktionsschnellen Leistungselektronik ist eine Synchronisation mit allen Maschinenprozessen möglich – hochgenau und ohne unnötige Beleuchtungszeiten. Blaue LED-Chips als Basis bieten außerdem eine hohe Lichtleistung und Temperaturstabilität sowie eine gesteigerte Effizienz bei hohen Umgebungstemperaturen. Durch den Ethercat-gesteuerten Blitzbetrieb reduzieren sich die Netzteilleistung und der erforderliche Kühlaufwand; damit sinkt der Energieverbrauch der Beleuchtung.

Komplettlösung mit fokussierbarer Optik

Die Vision Unit Illuminated (VUI) ist eine kompakte Einheit aus Kamera, Beleuchtung und fokussierbarer Optik mit Liquid-Lens-Technologie. Sie reduziert signifikant den Montage- und Inbetriebnahmeaufwand und eignet sich durch die Fokusanpassung zur Laufzeit insbesondere bei veränderlichen Bauteilhöhen, beispielsweise bei Logistikanwendungen. Alle Funktionskomponenten sind in einem Gehäuse aus eloxiertem Aluminium in Schutzart IP65/67 gekapselt. Das thermisch gehärtete und entspiegelte Glas sorgt für hohe mechanische und chemische Beständigkeit bei Reinigung und Handling. Der Ethercat-P-Anschluss der VUI ist seitlich orientiert, sodass das Gehäuse mit geringer Bautiefe in der optischen Achse montiert werden kann, wobei große Montageflächen eine gute Wärmeableitung sicherstellen. Durch den dedizierten, ebenfalls seitlich angeordneten Erdungsanschluss lassen sich Erdungs- und EMV-Konzepte leicht umsetzen.

Zur Bildaufnahme steuert die SPS über Ethercat alle Einstellungen der einzelnen Funktionskomponenten (Kamera, Beleuchtung, Objektiv) zur Laufzeit hochpräzise und exakt synchronisiert zu allen Prozessen in der Applikation. So werden unterschiedliche Arbeitsabstände über die elektronische Einstellung der Fokuslage direkt angepasst. Die Lichtfarbe sowie Intensität und Länge des Lichtpulses bzw. die Parameter der Kamera zur Bildaufnahme sind ebenfalls über Ethercat ansteuerbar. Die Fokussierung zur Laufzeit wird ermöglicht durch eine robuste und lageinvariant nutzbare Flüssiglinse, die über sehr hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit sowie durch die hohe Zyklenzahl auch über eine äußerst lange Lebensdauer verfügt.

* Bernd Stöber ist Senior Produktmanager Vision bei Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

(ID:49258306)