3D-Bildverarbeitung für sehende Roboter sowie immer kleinere und einfachere Kamerasysteme: Diese Trends haben die geprägt. Diese konnte zum 25. Jubiläum einen neuen Ausstellerrekord verkünden: 372 Aussteller (2011: 351) aus 32 Ländern kamen nach Stuttgart.
Obwohl für die industrielle Bildverarbeitung die Zeiten des rasanten Wachstums (plus 20 Prozent in 2011) erst mal vorbei sind, wird die Branche (trotz makroökonomischer Unsicherheiten) ihren Rekordumsatz von 1,5 Milliarden Euro auch dieses Jahr erreichen können, erwartet der VDMA. 2013 soll es dann ein Plus von zwei Prozent geben.
Auch mittelfristig sieht Dr. Olaf Munkelt, der Vorsitzende des VDMA Industrielle Bildverarbeitung, sein Segment im Aufwind – dafür sorge zum Beispiel der wachsende Automatisierungsbedarf in China, das sich mit steigenden Lohnkosten gegen Billigländer wie Vietnam und Kambodscha behaupten muss.
Der Automatisierungsboom sorge dafür, dass sich die Zahl der Industrieroboter von 2011 bis 2015 um fast 40 Prozent erhöhen werde, so Munkelt. „Da Roboter immer öfter sehend werden, ergeben sich hieraus ausgezeichnete Chancen für die Robot Vision“, ist er überzeugt.
Clevere Bildverarbeitung erkenne in solchen Roboteranwendungen nicht nur die Lage und Position der zu greifenden Teile (zum Beispiel bei der Königsdisziplin, dem Griff in die Kiste), sondern sorge durch Arbeitsraum-Überwachung auch eine sichere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter.
Dafür muss aber insbesondere die 3D-Bildverarbeitung noch Fortschritte machen. Entsprechend muss nicht nur die Software verbessert und die Integration von Robotersteuerung und Vision-System ausgebaut werden, sondern es werden auch passende Kameras benötigt. Passend dazu hat der USB-Kameraspezialist IDS beispielsweise seine neue Ensenso N10 Stereo-3D-Kamera entwickelt. Einsatzgebiete sieht IDS neben Volumenmessung und Vollständigkeitskontrolle vor allem in Handling und Robotergreiftechnik.
Neben zwei CMOS-Sensoren ist diese zweiäugige Kamera mit einem Projektor ausgestattet, der ein zufälliges Punktmuster auf das aufzunehmende Objekt projiziert. Die kontrastreiche Textur des „Projected Texture Stereo Vision“-Verfahrens ergänzt die auf dem Objekt nicht oder nur schwach vorhandenen Strukturen, was die Erkennung vereinfacht.
Das Muster hat zudem den Vorteil, dass es auch im Mehrkamerabetrieb funktioniert. Durch den gleichzeitigen Einsatz mehrerer Kameras, die in einer einzige 3D-Punktewolke zusammen gefasst werden, lässt sich eine Szene synchron von verschiedenen Seiten erfassen, wodurch Abschattungen reduziert und das Bildfeld erweitert werden.
Noch einen Schritt weiter geht der französische Spezialist New Imaging Technologies (IMT), dessen Innovation Magic 3D mit dem diesjährigen Vision Award ausgezeichnet wurde. Die Lösung kombiniert das Standardprinzip der Stereokamera mit einer schlauen Sensorarchitektur, die zwar auf Standard-CMOS-Sensoren beruht, aber aufgrund einer logarithmischen Rückmeldung ein weites dynamisches Spektrum abdeckt. „Dadurch kommt die Kamera auch mit wechselnden Umgebungslicht klar und kann auch Outdoor eingesetzt werden“, so der Marketing- und Vertriebsingenieur Nicolas Baroan.
„Im Automobilbau beispielsweise können autonome Fahrzeuge mit solchen Stereoskopkameras bestückt werden – zur Erkennung von Fußgängern und für autonome Fahrten bei wechselnden Umgebungs- und Lichtverhältnissen.“ Auch in der Landwirtschaft könnten die Magic 3D-Kameras bei autonomen Ernte-Robotern zum Einsatz kommen. Die Vorteile seien jedoch nicht auf den Außenbereich begrenzt, so Baroan: „Manche Vorzüge kommen auch im Innenbereich gut zur Geltung, etwa bei Sicherheits-Automationssystemen für Industrieumgebungen und Arbeitsumgebungen.“
Aber nicht nur durch solche 3D-Innovationen sieht der VDMA-Mann Munkelt seine Branche auf Wachstumskurs. Neben zunehmender Standardisierung (aktuell etwa der kurz vor der Verabschiedung stehende USB 3 Vision Standard) wirkten auch „einfachere Anwendbarkeit und Miniaturisierung“ als Wachstumstreiber.
Denn Kameras werden immer kleiner, billiger und dennoch leistungsfähiger. So hat Allied Vision Technologies die neue Mako-Kamerafamilie als Machine Vision Kamera mit typischem 29 x 29 mm Format entwickelt. Das ultra-kompakte Einstiegsmodell punktet mit seinem Preis-/Leistungsverhältnis ist in zwei Schnittstellenvarianten verfügbar sein: GigE Vision oder USB3 Vision.
Auch bei IDS gibt es mit der USB uEye ML eine kostengünstige USB-Kompaktkamera im leichten und dennoch robusten Magnesiumgehäuse für platzkritische Anwendungen im Geräte- und Maschinenbau. Aber auch in rauen Industrieumgebungen bewährt sich die Kamera durch die verschraubbaren Steckverbinder.
Noch weiter beim Thema Miniaturisierung geht der Smart-Kamera-Pionier Vision Components, der sich verstärkt als Spezialist für frei programmierbare Embedded Solutions positioniert. Ein Beispiel für solche individuellen Embedded-Lösungen ist die Platinenkamera VCSBC quadro, die mit vier Sensorköpfen 360°-Panoramabilder bei sicherheitstechnischen Applikationen aufnimmt.
Auf Kundenwunsch haben die Ettlinger zudem ihre intelligente Kamera VC Nano Cube zur Nano Tube weiterentwickelt. Zur Nachrüstung einer Schutztür-Überwachung von Holzbearbeitungsmaschinen hatte der Kunde ein rundes Gehäuse mit integrierter Beleuchtung gefordert, das außerdem vor Staubpartikeln geschützt ist.
Realisiert wurde die Webcam-artige Lösung dann, indem in einem IP65-Schutzgehäuse ein abgesetzter Kamerakopf mit Optik und acht High-Power-LEDs untergebracht wurde, während der Prozessor und Elektronik im Nano-Gehäuse verbleiben. Wie alle intelligenten Kameras von Vision Components erledigt auch die Nano Tube sämtliche Bildverarbeitungsaufgaben selbstständig und ohne einen externen PC. Und die Embedded Webtechnologie sorgt zugleich für eine einfache Bedienung.
Auch andere Hersteller treiben auf Basis der Webtechnologie die Vereinfachung voran. So hat Baumer für seine Vision Sensoren Verisens ein Webinterface entwickelt, das die Nachparametrierung vereinfachen soll. Anwender können applikationsspezifische Parameter in einem individualisierbaren Menü zusammenstellen. Denn aus den 32 verschiedenen Prüfmerkmalen, die sich mit den Vision Sensoren in einem Job gleichzeitig auswerten lassen, können im Webinterface bis zu 9 Merkmale frei ausgewählt und dem Maschinenbediener für eine Nachparametrierung zur Verfügung gestellt werden. Mit nur wenigen Fingertipps im Browser kann der Maschinenbediener dann Einstellungen an der Maschine anpassen.
Über eine Kooperation mit Silicon Software will Baumer zudem die Programmierung von Bildverarbeitungsaufgaben auf FPGA-Hardware erheblich vereinfachen. Dazu wird deren Visualapplets Technologie in Kameras für Machine Vision Applikationen integriert. Ziel ist es, die Vorverarbeitung von Bilddaten in der Kamera zu vereinfachen.
„Der grundsätzliche Ansatz, komplexe Algorithmen für ausgewählte Bildverarbeitungsaufgaben auf dem FPGA der Kamera zu realisieren ist nicht neu“, erläutert Mirko Benz, Produktmanager bei Baumer, „die einfache Umsetzung durch ein Tool mit graphischer Oberfläche aber schon. Damit versetzen wir Kunden in die Lage, Erweiterungen der Kamerafunktionalität selbst und mit vergleichbar geringem Aufwand vorzunehmen.“
Auch der Bildverarbeitungsprimus Cognex will mit dem Einsteigermodell In-Sight 7010 mit Autofokus und integrierter Beleuchtung den Einstieg in die Bildverarbeitung vereinfachen. Das Einsteigermodell wurde speziell für Prüfanwendungen entwickelt, bei denen Bildverarbeitungssensoren nicht ausreichen, standardmäßige Bildverarbeitungssysteme jedoch nicht rentabel wären.
Das vollkommen autarke System ist in einem kompakten IP67-Industriegehäuse untergebracht. Anwendungen können über die intuitive EasyBuilder Benutzeroberfläche schnell konfiguriert werden.
Dank der Autofokus-Technologie eignet sich das In-Sight 7010 für Produktionssituationen, die regelmäßige Teilewechsel erfordern oder für Anwendungen, bei denen das Bildverarbeitungssystem an schwer zugänglichen Stellen angebracht werden muss.
Zudem hat das kompakte System eine weiße Beleuchtung, die für die meisten Bildverarbeitungsanwendungen passend ist, gleich integriert. Sollte eine spezielle Farbbeleuchtung erforderlich sein, um einzelne Teile oder Merkmale hervorzuheben, gibt es vier optionale farbige Lichter.
www.messe-stuttgart.de/vision www.ids-imaging.de/ www.new-imaging-technologies.com www.alliedvisiontec.com www.vision-components.de www.baumer.com/vision www.cognex.com/IS7000.aspx
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