Automatisierte Bildverarbeitung Vision-Sensoren können immer mehr Aufgaben übernehmen

Von Markus Karch*

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Ihre Aufgabenpalette reicht von einfacher Codelesung bis zur Identifikation, Vermessung und Positionierung von beliebigen Objekten. Mit ihrem breiten Einsatzspektrum schließen kameragestützte Vision-Sensoren von Pepperl+Fuchs jetzt die Lücke zwischen Codelesern und komplexen Vision-Systemen.

Die kameragestützten 2D-Vision-Sensoren der Baureihe VOS von Pepperl+Fuchs decken das breite Spektrum zwischen dem einfachen optischen Sensor mit minimalem Funktionsumfang und dem aufwendigen Bildverarbeitungssystem ab. Hier: Codelesung mit kombinierter Texterkennung (OCR).
Die kameragestützten 2D-Vision-Sensoren der Baureihe VOS von Pepperl+Fuchs decken das breite Spektrum zwischen dem einfachen optischen Sensor mit minimalem Funktionsumfang und dem aufwendigen Bildverarbeitungssystem ab. Hier: Codelesung mit kombinierter Texterkennung (OCR).
(Bild: Pepperl+Fuchs )

Die Codelesung scheint auf den ersten Blick eine einfache Aufgabe zu sein. Schließlich kann heute jedes Smartphone Bar- und Datamatrix-Codes entschlüsseln. In industriellen Anwendungen dienen sie jedoch oft der Steuerung automatisierter Abläufe: Hohes Fördertempo, variable Zielobjekte, kontrastarme Codes unterschiedlicher Codesymbologien, die mit Nadeln oder Laser direkt auf den Objekten aufgebracht sind, machen die schlichte Aufgabe zu einer optisch-technischen Herausforderung. Einfache Codeleser stoßen hier schnell an die Grenzen ihres Funktionsumfangs.

Die von Pepperl+Fuchs entwickelten Geräte der Baureihe VOS erledigen die Codelesung als kameragestützte Vision-Sensoren. Sie verfügen über die optoelektronischen Voraussetzungen, um die Codes auch unter schwierigen Bedingungen zuverlässig zu erkennen und auszulesen. Dabei spielen Platzierung und Ausrichtung der 1D- und 2D-Codes keine Rolle; glänzende und spiegelnde Oberflächen werden durch optische Filter kompensiert. Die Software beherrscht alle gängigen Code-Symbologien.

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Die Geräte können mehrere Codes gleichzeitig erfassen und darüber hinaus in ihrer Qualität bewerten. Werden mehrere Geräte in derselben Anwendung benötigt, um zum Beispiel von verschiedenen Seiten auf die Zielobjekte zu blicken, wird eines von ihnen zum primären Sensor, die anderen sind dem Sekundärkreis zugeordnet. So kommuniziert die Steuerung nur mit dem primären Sensor, der die Signale sortiert und als valide Daten ausgibt. Für die Aufgabe der Codelesung ist das Modell VOS Ident optimiert.

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Auf einen Blick:

Umfassendes, flexibel kombinierbares Software Tool-Set in einer Kamera für erweiterte Aufgabenstellungen wie bei einer Vision-System-Lösung:

  • 1D/2D Codelesung, Positionierung, Detektion und Abgleich, Vermessung;
  • im Sensor integrierte Auswertung: Einfache Integration und benutzerdefinierte Datenausgabe;
  • grafische Bedienoberfläche für einfache Inbetriebnahme und Sensor-Parametrierung;
  • flexibel zusammenstellbares Kamera-Portfolio bestehend aus Sensor, Beleuchtung und Objektiv.

Objekte erkennen, vermessen und positionieren

Bei den anderen drei Geräteserien der Baureihe markiert die Zahl in der Typenbezeichnung den zunehmenden Funktionsumfang: VOS1000, VOS2000 und VOS5000 beherrschen neben der Codelesung auch eine breite Palette komplexer Aufgaben im Bereich der 2D Bildverarbeitung, wie Objektidentifikation, Lageerkennung und optische Vermessung.

Alle Modelle besitzen das gleiche kompakte Gehäuse. Es enthält die Kamera mit Bildaufnahmechip und verstellbaren Objektiven sowie die Beleuchtung. Integriert sind außerdem die automatische Bildauswertung, digitale Ausgänge und ethernet-basierte Kommunikationsschnittstellen wie TCP/IP, Profinet und Ethernet/IP.

Kameragestützte 2D-Vision-Sensoren schließen die Lücke

Formen und Konturen zu erfassen, kann eine einfache Aufgabe für einfache Sensoren sein – solange die Zielobjekte nicht variieren und gleichmäßig ausgerichtet mit mäßiger Geschwindigkeit im Erfassungsbereich ankommen. Doch dieser Idealfall wird zunehmend zur Ausnahme: In der Automatisierung der Lager- und Produktionslogistik ist immer mehr Flexibilität gefragt. Zumal auf dem Weg in Richtung Industrie 4.0 und Losgröße eins muss die Automatisierungstechnik mit Vielfalt umgehen und eigenständig differenzieren können.

Komplexe Vision-Systeme, die das per Definition beherrschen, sind jedoch für typische intralogistische Anwendungen viel zu aufwendig in der Anschaffung wie in der Integration.

Das breite Spektrum zwischen dem einfachen optischen Sensor mit minimalem Funktionsumfang und dem aufwendigen Bildverarbeitungssystem decken die kameragestützten 2D-Vision-Sensoren der Baureihe VOS ab. Sie erledigen Aufgaben wie die Anwesenheits- und Vollständigkeitsprüfung, Standortbestimmung, 2-D-Bildverarbeitung und 2-D-Positionierung in der x- und y-Achse, Form- und Farberkennung, Raumüberwachung, Vermessung von Konturen sowie neben dem Lesen von Codes auch das Lesen von Texten (OCR).

Buchtipp

Die Sensortechnik ist eine Schlüsseltechnologie für das Messen, Steuern und Regeln von mechatronischen Systemen in der Automatisierung. Das Buch „Industriesensorik“ beschreibt anwendungsbezogene Fehleranalysen von Messsystemen, Sensoren und Sensorsystemen, jeweils ergänzt durch vollständig durchgerechnete Anwendungsbeispiele. Techniker und Ingenieure finden hierin Ideen und Lösungsansätze für ihre tägliche Arbeit.

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Das breite Spektrum zwischen dem einfachen optischen Sensor mit minimalem Funktionsumfang und dem aufwendigen Bildverarbeitungssystem decken die kameragestützten 2D-Vision-Sensoren der Baureihe VOS ab.

Vielfältige Module auf einheitlicher Plattform

Die modular aufgebaute Baureihe bietet ein umfassendes Zubehör-Portfolio. Darin sind unter anderem hochpräzise Industrieobjektive mit C-Mount-Verschluss und verschiedenen Brennweiten enthalten. Sie erlauben es, bei geringer Verzeichnung das größtmögliche Sichtfeld zu wählen, passend zum Messabstand, zum Prüfkriterium sowie zur Größe des Messobjekts. Fokus und Blende lassen sich manuell einstellen.

Für die Beleuchtung gibt es ebenfalls eine ganze Reihe von Optionen: Geräte mit integriertem Ringlicht oder externe Beleuchtung. Mit dem Zubehör für besondere Anforderungen können seitliche oder rückseitige Beleuchtung sowie Hell- und Dunkelfeldbeleuchtung eingerichtet werden. Mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln lassen sich selbst sehr breite und kompakte Sichtfelder gut ausleuchten.

Hohe Lichtleistung und fremdlichtsichere Detektion, unabhängig vom Messabstand, schafft der integrierte Blitz-Controller. Objekte und Codes werden dank sehr kurzer Blitzzeiten auch bei schneller Bewegung zuverlässig erfasst.

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Inklusive: Vision-Werkzeugkasten

Eine weitere Besonderheit bildet der lizenzkostenfreie Vision-Werkzeugkasten, der bei dieser Baureihe zum Lieferumfang gehört. In ihm finden sich fertig programmierte Tools für die meisten typischen Anwendungen. Dazu gehört zum Beispiel die graphische Parametrierung anhand eines Referenzbildes.

Die dynamische Einlernfunktion und eine Nullpunkt-Referenzierung stehen für das Hinzufügen neuer Objektformen im Prozess zur Verfügung. Auf dieser Basis sind die Daten etwa zur Lagebestimmung von Objekten beim Sortieren und Verpacken mit Robotern nutzbar.

Durch Kombination mehrerer Tools lassen sich verschachtelte Messaufgaben erledigen, zum Beispiel indem man Codelesung und Formerkennung verbindet. Das Format der Datenausgabe ist flexibel und an die jeweilige Anwendung anpassbar. Kostenpflichtige Zusatzsoftware wird in den meisten Fällen nicht mehr benötigt.

Durch Kombination mehrerer Tools lassen sich auch verschachtelte Messaufgaben erledigen.

Typische Anwendungen:

Bei Pick&Place-Aufgaben übernehmen in vielen Anwendungen Roboter das Sortieren und Verpacken der Ware. Ihre Steuerung beruht auf präzisen Daten zur Lagebestimmung der Zielobjekte, die sich häufig in einer glänzenden oder transparenten Verpackungstüte befinden. Mit den passenden Filtern und Beleuchtungen meistern die VOS-Sensoren die optische Herausforderung; ein Vision Tool zur exakten Lagebestimmung ist im Softwarepaket bereits enthalten. In solchen Umgebungen erlauben die dynamischen Einlernfunktion sowie die Nullpunkt-Referenzierung das leichte Hinzufügen neuer Objektformen. Verschiedenartige Objekte im selben Prozess werden vom Tool zuverlässig erfasst und zugeordnet.

In der Versandlogistik durchlaufen viele verschiedene Objekte die hochautomatisierten Prozessschritte. Die Geräte der VOS Baureihe lesen ihre Codes unabhängig von ihrer Platzierung im Messfeld oder ihrer Ausrichtung aus. Objektiv und Beleuchtung sind jeweils passend zur Anwendung wählbar, um etwa besonders große Messfelder abzudecken. Auch hier können die optischen Filter helfen, wenn zum Beispiel glänzende und spiegelnde Objekte zu erfassen sind. Die Möglichkeit der Zuordnung von Geräten zu einem Sekundärkreislauf sorgt dafür, dass die Steuerung beim Einsatz mehrerer Geräte nur die validen Daten vom Sensor mit Primärfunktion erhält. (in)

* Markus Karch, Produktmanager, Pepperl+Fuchs

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