Smart Line Scan Mess-Systeme

Aktuelle industrielle Bildverarbeitungsanwendungen basieren in der Regel auf der Datenauswertung mittels PC. Intelligente Kamera-Systeme, die über einen Bildsensor und Rechenfunktionen verfügen, waren zunächst auf sehr einfache Aufgaben, wie das Lesen und Interpretieren von Barcodes, beschränkt. Mit zunehmender Rechenleistung von eingebetteten Systemen können intelligente Kameras nun eine Vielzahl von Anwendungen bewältigen.

Insbesondere wenn die Bildverarbeitung in ein vorhandenes Automatisierungssystem integriert werden muss, ist dies mit einer intelligenten Kamera-Lösung oft einfacher als mit einem PC-basierten Bildverarbeitungssystem. Intelligente Kameralösungen sind kompakter, sie erzeugen im Allgemeinen wenig Wärme und können daher die bessere Wahl sein, wenn lokalisierte Pass/Fail-Entscheidungen oder Prozesssteuerungen erforderlich sind.

Ein modulares Smart Line Scan-Kamerasystem, das auf ARM-Plattformen basiert


Die meisten intelligenten Line Scan Systeme integrieren den Prozessor in das Kameragehäuse. Diese All-in-One-Lösung bietet zwar Vorteile, dennoch ergeben sich hieraus große Kameragehäuse. Oft ist der Platz begrenzt und es ist günstiger, eine kleine Kamera mit einer separaten Recheneinheit zu kombinieren. Diese Lösung ist auch flexibler, da die Kamera unabhängig von der Recheneinheit ausgetauscht werden kann.

Diese Problemstellung veranlasste Schäfter+Kirchhoff dazu, die Smart-Control-Box zu entwickeln, die mit jeder der Monochrom-Zeilenkameras der USB 3.0-Serie über eine robuste, industrietaugliche Schnittstelle verbunden werden kann. Kamera und Smart-Control-Box bilden zusammen eine autonome Messeinheit, die direkt an der Maschine oder in unmittelbarer Nähe des Objekts angebracht wird. Sie misst Breiten, Durchmesser, Abstände, Kanten- oder Spitzenpositionen und viele weitere Werte. Pass/Fail-Entscheidungen trifft das System nach einstellbaren Toleranzen. Messergebnisse und Entscheidungen werden wahlweise per Feldbus oder Analogsignal an eine übergeordnete Steuereinheit wie eine SPS oder einen Prozessleitrechner übertragen.

Das Herzstück der Smart Control Box ist ein leistungsstarker ARM 8-Core 64-Bit-Prozessor, der sich hervorragend für die Signal- und Bildverarbeitung eignet. Die robuste Ausführung der Box in der Schutzart IP65 vereinfacht die Integration in rauen Umgebungen.

Die Konfiguration der Box erfolgt über die LAN-Verbindung im Client-Server-Modus. Anschließend kann sie  eigenständig im Stan-Alone-Modus oder weiter im Client-Server-Modus betrieben werden, wobei Systembefehle und -anforderungen von einem Client-Computer über Ethernet gesendet und die Messergebnisse entsprechend vom System zurückgegeben werden. Besonders nützlich für die Einstellung und Justage ist die Darstellung des vollständigen Sensor-Zeilensignals in Echtzeit. Die korrekte Ausrichtung der Kamera auf das Messobjekt und die verwendete Beleuchtung lassen sich damit sofort überprüfen.

Im Client-Server-Modus beträgt die maximale Entfernung zwischen Client und Server 100 Meter. Bis zu acht Smart-Zeilenkamerasysteme können von einem einzigen Client verwaltet und gesteuert werden.

Im Stand-Alone-Modus ist die Ausgabe des Smart-Zeilenkamerasystems auch über Profibus, RS232, digitale I/O oder zwei analoge Ausgänge mit 16 Bit Auflösung möglich.

Die Zeilenkamera kann im Freilaufmodus betrieben werden, wobei Zeilenscans mit einer benutzerdefinierten festen Frequenz durchgeführt werden. Bei konstanter Bewegungsgeschwindigkeit ist dies ausreichend.

Für variable Geschwindigkeiten muss die Bewegungseinheit mit einem Taktgeber ausgestattet werden, der Synchronisationssignale an die Kamera sendet. Die Kamera ist mit separaten Eingängen für die Zeilen- und für die Bildsynchronisation ausgestattet. Ein interner programmierbarer Frequenzteiler in der Kamera reduziert bei Bedarf die Taktfrequenz.

Intelligente Zeilenkamerasysteme sind prädestiniert für eindimensionale Messaufgaben, bei denen sie die Position und Breite eines Objekts, die Position einer Kante oder einer Signalspitze bestimmen. Daraus ergibt sich ein kontinuierlicher Strom von Messergebnissen, der direkt an eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder einen Prozessrechner geleitet werden kann.

Der Einsatz von intelligenten Zeilenkamerasystemen sollte insbesondere dann in Betracht gezogen werden, wenn die Bildverarbeitung in eine vorhandene Anwendung integriert werden muss. Ein modulares System, bestehend aus einer Zeilenkamera und der in diesem Artikel vorgestellten Smart-Control-Box, bietet Vorteile gegenüber einer All-in-One-Lösung hinsichtlich des Platzbedarfs und einer größeren Flexibilität. Intelligente Zeilenkamera-Systeme sind für kontinuierliche eindimensionale Messungen prädestiniert und liefern einen kontinuierlichen Strom von Messergebnissen.

Über die Schäfter + Kirchhoff GmbH

Schäfter+Kirchhoff verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Entwicklung von optomechanischen und optoelektronischen Systemen für Forschung, Luftfahrt und Raumfahrt sowie für anspruchsvolle medizinische und industrielle Anwendungen. Schäfter+Kirchhoff entwickelt und produziert seine Zeilenkamerasysteme, Laserquellen, Strahlformungsoptiken und Glasfaserkomponenten, einschließlich Laserstrahlkoppler, Faserkollimatoren und Faserport-Cluster für Kunden weltweit.
Schäfter+Kirchhoff GmbH, Hamburg, Germany.
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