FAQ zu Smart Cameras und Vision-Sensoren

Ein Visionsystem oder Bildverarbeitungssystem besteht aus einer Vielzahl von Einzelkomponenten. Diese umfassen in einfachster Form neben Kamera, Objektiv, Auswerteeinheit (PC) und Beleuchtung auch eine Bildverarbeitungssoftware. Visionsysteme werden zur Lösung unterschiedlichster Aufgabenstellungen eingesetzt und ermöglichen Unternehmen verschiedenster Branchen, eine schnelle und hochautomatisierte Produktion sicherzustellen. Für jede Anwendung ist dabei darauf zu achten, dass die einzelnen Teile perfekt aufeinander abgestimmt werden.

Bis vor wenigen Jahren wurde unter Vision-Sensor die einfachere Version einer Smart Camera verstanden. So war ein Vision-Sensor der Smart Camera in seinen Spezifikationen in allerlei Hinsicht unterlegen und löste lediglich simple i.O-  und n.i.O-Applikationen. In den vergangenen Jahren entwickelten sich Bildverarbeitungslösungen jedoch sehr stark weiter, sodass die Begriffe inzwischen oftmals synonym verwendet werden. Der historisch gesehen „einfache“ Vision-Sensor gleicht mittlerweile in seiner Funktionalität der früheren Smart Camera. Anwendungen, die früher nur mit PC-basierten Systemen gelöst werden konnten, werden hingegen heute problemlos von Smart Cameras bewältigt.

Bei der Integration einer Smart Camera in eine bestehende Anlage ist es von Vorteil, dass die Kamera keinen neuen Schaltschrank benötigt, da die Bildauswertung direkt in der Kamera erfolgt. Im Vergleich zur Smart Camera ist die Zusammenstellung eines PC-basierten Bildverarbeitungssystems aufgrund der zahlreichen Komponenten komplexer und der Platzbedarf bedeutend höher.

In den meisten Aufgabenstellungen der industriellen Bildverarbeitung sind die Parameter Objektgröße und Arbeitsabstand fest vorgegeben. In diesen Fällen kommen vorzugsweise C-Mount-Objektive mit fester Brennweite und manuell einstellbarem Fokus zum Einsatz.
Sind die Objektgröße und/oder der Arbeitsabstand in einer Anwendung jedoch variabel, muss der Fokus des Objektivs schnell angepasst werden. Idealerweise übernimmt die Applikationssoftware diese Anpassung dynamisch mittels Autofokus. Dazu muss der Fokus motorisch verstellbar sein. Hier finden Sie wenglor-Kameras mit integriertem Autofokusobjektiv. 
 

Ein Gyroskop oder auch Lagesensor wird verwendet, um die Orientierung und die Rotationsgeschwindigkeit eines Objekts im Raum zu messen. Neben den vielen Einsatzmöglichkeiten in der Luftfahrt und auf hoher See dient solch ein in einer Smart Camera verbauter Sensor der ständigen Positionsüberwachung. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ungewollte Änderungen der Kameraposition erkannt und beseitigt werden können. Im wenglor-Portfolio verfügt die Smart Camera B60 über die Gyroskop-Funktion.

Es gibt verschiedene Arten von Beleuchtungsfiltern. Sogenannte Angle Changer sind kleine Diffusorscheiben, die das vom Beleuchtungsmodul ausgesendete Licht streuen und somit den Abstrahlwinkel vergrößern. Sie werden eingesetzt, um helle Lichtflecken im Bild zu reduzieren und Überbelichtung zu vermeiden.
Am weitesten verbreitet sind jedoch Polarisationsfilter, die das von der Beleuchtung ausgesendete Licht polarisieren, also in eine Schwingungsrichtung bringen. Polarisationsfilter sind Zubehörteile für Beleuchtungen und Kameras, die den Kontrast im Bild durch die Reduzierung von Glanz, Reflexionen und Spiegelungen verbessern können. In Kombination werden sie häufig in Anwendungen mit glänzenden oder transparenten Materialien (wie z. B. Glas oder PET Flaschen) eingesetzt.
 

Linsenfilter werden vor Objektiven angebracht und sorgen dafür, dass störende Wellenlängenbereiche des Lichtspektrums – in den meisten Fällen Fremdlicht – unterdrückt werden. Die Grundidee besteht darin, den Kontrast des resultierenden Bilds zu erhöhen, ähnlich der Verwendung farbiger Beleuchtung, um farbige Merkmale im Bild aufzuhellen oder abzudunkeln.

Für den Anschluss einer externen Beleuchtung stehen praktische plug-and-play-Adapter zur Verfügung, die den Verkabelungsaufwand erheblich reduzieren. Eine Anschlussübersicht ist der Produktseite ZDCG004 zu entnehmen.

In Robot Vision Anwendungen kann die Kamera statisch über der Anwendung oder direkt am Roboter montiert werden.

In der Entwicklung der Smart Camera B60 wurde besondern Wert auf die Kundennähe und ein Höchstmaß an Qualität gelegt. Im direkten Vergleich ist die herausragende Rechenleistung der B60 hervorzuheben, die in schnelleren Taktraten der Applikation resultiert. Darüber hinaus profitieren Anwendende von einem kompletten Framework mit zahlreichen Vision-Tools, standardisierten Industrieschnittstellen und einer webbasierten Visualisierung.

Die beidseitig angebrachten Status-LEDs zeigen laufend den aktuellen Gerätestatus an. Leuchten die Lichtbalken beispielsweise in blau, so liegt keinerlei Störung vor und die Kamera läuft im Normalbetrieb. Die Bedeutung der verschiedenfarbigen Anzeige für den Betriebsstatus ist der Betriebsanleitung zu entnehmen.

Die Smart Camera B60 verfügt über einen Button, der praktische Komfort-Funktionen zugänglich macht. Ein kurzes Drücken (≤ 1 Sek.) triggert eine Bildaufnahme. Durch längere Betätigung (3–6 Sek.) aktivieren sich Localizer und Sichtfeldmarkierung, die bei der Montage das Finden des Netzwerkgeräts sowie die Ausrichtung der Kamera erleichtern. Sollte die Kamera nicht mehr im Netzwerk gefunden werden, löst das Drücken für 10–15 Sekunden einen Reset der Netzwerkeinstellungen aus, woraufhin das Machine Vision Gerät wieder über die Standard IP-Adresse 192.168.100.1 erreicht werden kann.

Die sechs LEDs neben dem Button der B60 sind I/O-Status-LEDs und geben den Schaltzustand des Ein- bzw. Ausgangs an. Über die I/O-Status-LED kann direkt am Gerät abgelesen werden, ob ein Ein- bzw. Ausgang geschalten ist. Im Fehlerfall kann somit schnell und einfach überprüft werden, ob die Ein- oder Ausgänge erwartungsgemäß schalten, das Gerät präzise konfiguriert und die Steuerung korrekt programmiert ist.

Die Smart Camera B60 ist mit der Software uniVision 3 erhältlich und kann in ihrer Funktionalität jederzeit um weitere Module erweitert werden.

Die Smart Camera B60 verfügt über die drei Anschlüsse Power-I/O, RTE sowie LAN. Über den M12×1, 12-poligen Power-I/O-Anschluss stehen neben der Stromversorgung und der seriellen Schnittstelle insgesamt secjhs GPIO’s zur Verfügung. Über den M12×1, 8-poligen (x-kodierten) RTE-Stecker steht Industrial Ethernet (z. B. PROFINET) zur Verfügung, während der ebenfalls M12×1, 8-polige (x-kodierte) LAN-Stecker für die schnelle Parametrierung via 1-GBit-Ethernet genutzt werden kann. Dank PoE-Funktionalität (Power over Ethernet) ist für den Betrieb der Kamera lediglich ein Kabel nötig.

Der Begriff Piezo bezieht sich auf das im Autofokus-Modul des B60 verbaute piezoelektrische Element, das durch eine hochfrequente elektrische Spannung in eine stehende Wellenbewegung versetzt wird. Diese kann in eine Schubkraft für eine lineare Bewegung umgesetzt werden und sorgt somit für die Fokuseinstellung. Vorteil dieser Technologie sind neben der geringen Störanfälligkeit gegenüber Temperaturschwankungen sehr schnelle Fokussiergeschwindigkeiten, hohe Präzision sowie leises Verstellen.

Ja, die B60 erkennt, wenn sie im ausgeschalteten Zustand verstellt wurde, und meldet die Positionsänderung, sobald sie wieder hochgefahren ist.

Die Smart Camera B60 ist in den Varianten C-Mount und Autofokus erhältlich. Im Falle des Autofokus-Modells eignet sich in der Regel eines der separat bestellbaren Beleuchtungsmodule zur idealen Ausleuchtung der Bildverarbeitungsanwendung. Für C-Mount-Geräte wird die Verwendung einer externen Beleuchtung empfohlen.

Nein, die Smart Camera B60 ist keine offene Linux-Kamera. Sie wird mit der vorinstallierten Bildverarbeitungssoftware wenglor uniVision 3 ausgeliefert. Im Softwarepaket uniVision Script ist eine Programmierung in HDevelop mit der Bildverarbeitungsbibliothek HALCON möglich. Die HDevEngine läuft hierbei direkt auf der Smart Camera B60 und HALCON-Scripte sind nahtlos im Projekt integrierbar.

Nein, auf der Smart Camera B60 kann nicht frei programmiert werden. Die Kamera wird mit der vorinstallierten Bildverarbeitungssoftware wenglor uniVision 3 ausgeliefert. Im Softwarepaket uniVision Script ist eine Programmierung in HDevelop mit der Bildverarbeitungsbibliothek HALCON möglich. Die HDevEngine läuft hierbei direkt auf der Smart Camera B60 und HALCON Scripte sind nahtlos im Projekt integrierbar.

Für die Smart Camera B60 gibt es eine große Auswahl verschiedener Befestigungsmöglichkeiten zur stabilen und verlässlichen Montage im Industrieumfeld.

• Kosteneffizientes Befestigungssystem Z60Z001 für Rundprofile
• Befestigung an Aluminiumprofilen über das M8-Gewinde des Kühlkörpers Z60K001
• Erhöhte Flexibilität in der Ausrichtung mit Befestigungssystem ZVZZ001 
• Adapter ZVZC002, ZVZC003 und ZVZC004 zur direkten Montage von Beleuchtung und Kamera an Aluminiumprofilen.
• Befestigungsadapter ZVZC001 für Robot-Vision-Anwendungen mit Universal Robots und als Befestigung für Kalibrierplatten

Die Smart Camera B60 ist mit der Software uniVision 3 erhältlich und kann in ihrer Funktionalität jederzeit um weitere Module erweitert werden. Die Lizenz uniVision Script (DNNL019 bzw. DNNL020) ermöglicht die Nutzung der state-of-the-art Bildverarbeitungsbibliothek HALCON. Die Nutzung von weiterer Drittsoftware ist nicht möglich.

Die Smart Camera B60 verfügt über zahlreiche Schnittstellen für die individuellen Anforderungen der Industrie. Dazu gehören unter anderem sechs digitale I/O’s, Ethernet (TCP/IP, UDP) sowie Industrial Ethernet (PROFINET, EtherNet/IP).
Darüber hinaus kann über die Lizenz B60 Robot Vision DNNL021 die Schnittstelle zu Robotersteuerungen freigeschalten werden.

In Messapplikationen werden Kalibrierplatten eingesetzt, um die Verzerrung der Optik zu bereinigen und eine präzise Umrechnung von Pixel- in Millimeter-Werte zu gewährleisten. Dies erfolgt in der Software wenglor uniVision 3 durch das Modul Image Calibration.
Weiterhin ermöglicht eine Kalibrierplatte bei Robot-Vision-Anwendungen eine einfache und schnelle Kalibrierung. Dabei findet ein Koordinatenabgleich statt, wobei die durch die Optik entstehende Verzerrung eliminiert wird. Für eine präzise Kalibrierung sollte die Kalibrierplatte komplett im Sichtfeld der Kamera sein und mindestens die Hälfte des Sichtfelds abdecken. Auf Papier gedruckte Kalibriermuster resultieren in einer ungenaueren Kalibrierung. Undurchsichtige Platten (z. B. ZVZJ001) eignen sich für Auflichtanwendungen, durchsichtige (z. B. ZVZJ005) für Durchlichtanwendungen.

Nein, die Smart Camera B60 wird mit der vorinstallierten Bildverarbeitungssoftware wenglor uniVision 3 ausgeleifert. Im Softwarepaket uniVision Script ist eine Programmierung in HDevelop mit der Bildverarbeitungsbibliothek HALCON möglich. Die HDevEngine läuft hierbei direkt auf der Smart Camera B60 und HALCON-Scripte sind nahtlos im Projekt integrierbar.

Die Verwendung eines Kühlkörpers wird bei Anwendungen mit hohen Taktraten (d. h. die Überprüfung vieler Objekte innerhalb sehr kurzer Zeit), hohen Auflösungen oder rechenintensiven Auswertungen. 

Für die Kalibrierung von Kamera und Roboter in Pick-and-Place Anwendungen wird ein Kalibrierobjekt benötigt. Professionelle, steife und temperaturbeständige Kalibrierobjekte sind in verschiedenen Größen verfügbar. Alternativ kann das Kalibriermuster auch selbst ausgedruckt werden (PDF-Download). Für die Kalibrierroutine müssen verschiedene Positionen eingelernt werden, in denen die Kamera das Kalibrierobjekt sieht, damit die Beziehung zwischen Kamera und Roboter ermittelt wird.
 

Ändert sich die Beziehung zwischen Kamera und Roboter nicht, so ist keine erneute Kalibrierung notwendig.

Relevantes Zubehör für Robot Vision Anwendungen ist verfügbar, um beispielsweise die Kamera direkt am Roboter zu montieren.