Sensorserie SmartRunner 3D Einheitliche Vision-Plattform für 3D-Anwendungen

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Die Sensorserie SmartRunner Explorer 3D von Pepperl+Fuchs vereint die Stärken der beiden 3D-Technologien Time of Flight und Stereo Vision auf einer einheitlichen Plattform. Sie bietet eine leicht zu integrierende Standardlösung, die anstelle hoch spezialisierter Geräte vielfältige Aufgaben übernehmen kann.

2D-Vision stösst an ihre Grenzen, wenn Tiefeninformation der z-Achse benötigt wird. So reicht sie zum Beispiel beim automatischen Befüllen von Getränkekisten oder Batteriepacks zwar für die Anwesenheitskontrolle, aber nicht für die Überprüfung der dreidimensionalen Ausrichtung der Zielobjekte. Für eine höhergradige Automatisierung ist eine detaillierte Situationserfassung in drei Dimensionen erforderlich. Zum Wachstum des 3D-Segments tragen weiterhin der zunehmende Einsatz von Robotern für Pick-and-Place-Anwendungen sowie fahrerloser Transportfahrzeuge (FTF, oder automated guided vehicle, AGV) in der Lager- und Produktionslogistik bei. Hier sind Reichweite und hohe Dynamik gefragt, um die Steuerungen jederzeit mit validen Orientierungspunkten versorgen zu können. In der Qualitätssicherung blickt der 3D-Sensor dagegen meist aus einer fixierten Perspektive auf einen genau definierten Erfassungsbereich. Dies erfordert eine hohe Auflösung und feinste Differenzierung.

All in one

Beide Gerätevarianten sind Rohdatensensoren, die kalibriert ausgeliefert werden. Sie verwenden eine identisch standardisierte Datenstruktur und dieselbe Anwendersoftware ViSolution mit intuitiver Benutzerführung. Die Software wird mit den Geräten kostenfrei zur Verfügung gestellt. Die aufgabenspezifische Visualisierung von 2D- und 3D-Daten wird mit wenigen Klicks aufgebaut. Nach der Inbetriebnahme eines ersten Gerätes der SmartRunner-Explorer-3D-Serie können weitere Geräte in beiden Varianten und für unterschiedliche Anwendungsspektren durch Duplizieren integriert werden. Das Ethernet-Gigabit-Interface ermöglicht eine schnelle Datenübertragung. Das einheitliche hochstabile Aluminiumgehäuse leitet die Betriebswärme ab und gleicht unerwünschte Temperatureinflüsse aus. Beim Gerätetausch gilt Plug and Play, eine Neukalibrierung entfällt. Die Montage wird durch ein Ausrichtlineal und Ausrichtungsbohrungen am Gehäuse unterstützt. Zusammen können die beiden Gerätevarianten der Serie SmartRunner Explorer 3D die allermeisten 3D-Anwendungen für Vision-Sensoren in der industriellen Praxis abdecken, von der präzisen Objektvermessung auf Förderbändern bis zur exakten Positionierung von Roboterarmen.

Bildergalerie

Das Stereo-Vision-Gerät ist mit seiner Reichweite von einem Meter und einer Auflösung von 1,4 Megapixel für die hochpräzise Erfassung von Objekten in diesem Nahbereich optimiert und insbesondere für Inspektionsanwendungen geeignet.

Inspektion mit Stereo Vision

Sein Detektionsbereich hat im Abstand von 600 Millimeter eine Grösse von 400 x 350 sowie 550 x 500 Millimeter bei 900 Millimeter Distanz. Das Gerät verfügt über zwei Kameras für eine tiefenscharfe 3D-Erfassung. Zunächst überlagert der Sensor die aufgenommenen 2D-Bilder automatisch zu einem Disparitätenbild. Anhand der hochaufgelösten 2D-Bilder kann die Ausrichtung auf den gewünschten Erfassungsbereich vorgenommen werden, was die Interpretation der Messergebnisse vereinfacht. Nach den Anpassungen entsteht das gewünschte 3D-Punktwolkenbild, das den gesamten Messbereich präzise und hochaufgelöst abbildet. Der SmartRunner 3D Stereo Vision kann beispielsweise für die Prüfung und Zählung von definierten Objekten oder zur Volumenerfassung von eingesetzt werden. Eine typische Anwendung ist die Erfassung der Dimensionen von Verpackungseinheiten, um beispielsweise eine Versandkiste optimal zu bestücken. Auf dem 3D-Bild des SmartRunner 3D Explorer wird jeder Überstand zuverlässig angezeigt, bei gleichzeitiger Erfassung des Füllgrads. Ebenso ist die Qualitätskontrolle beispielsweise in Grossbäckereien ein mögliches Einsatzgebiet. Dort werden Teigfladen automatisch portioniert und zur Weiterverarbeitung befördert. Ein Sensor über dem Förderband vermisst die Ausmasse in 3D und stellt sicher, dass die Fladen das vorgegebene Volumen haben.

Dynamische Datenausgabe mit Time of Flight

Das Time-of-Flight-Verfahren zeichnet sich vor allem durch seine Reichweite und Signalfrequenz aus. Erfassung sowie Ausgabe der Signale sind hier für Anwendungen mit grösserem Messbereich und kurzen Reaktionszeiten optimiert. Der ToF-Sensor besteht aus einer einzelnen Kamera mit einer VGA-Auflösung von 640 x 480 Pixel, die durch eine hohe Messrate von 30 Hertz die Grundlage für einen ausgedehnten Messbereich und eine schnelle Reaktion in der Maschinensteuerung schafft. Eine weitere Stärke ist die Unempfindlichkeit des Sensors gegenüber Fremdlicht. Sie beruht auf dem Infrarotlicht, das er mit seiner DuraBeam-Beleuchtung emittiert. Dessen Wellenlänge von 940 Nanometer hat einen genügend grossen Abstand vom Frequenzbereich des natürlichen Tageslichts ebenso wie von künstlicher Beleuchtung, sodass die Detektion im Innen- sowie Aussenbereich von den Lichtverhältnissen unbeeinträchtigt bleibt. Die Detektion per 4-Phasen-Messung steigert zusätzlich die Robustheit des Nutzsignals sowie der Mess­ergebnisse.

Die Kamera nimmt ein zweidimensionales «Z-Bild» auf, wobei sie auch die Distanz zwischen Objekt und Sensor ermittelt. So entsteht ein Tiefenbild mit einer Höhenkarte, welche mit 2D-Informationen in x- und y-Richtung kombiniert wird. Zusammen ergibt dies ein 3D-Punktwolkenbild mit hoher Auflösung. Es bietet die Grundlage für eine 3D-Orientierung in der Bewegung, etwa zur Palettierung. Dabei erkennt ein Sensor am Roboterarm das auf dem Förderband ankommende Paket und erfasst seine Abmessungen. Ein weiterer Sensor über der Palette erkennt die noch verfügbaren Plätze. Die Steuerung kann die Pakete auf der Palette nach bestimmten Vorgaben zusammenstellen und unter optimaler Nutzung des Platzes stapeln lassen. Im letzten Schritt wird durch den Sensor sichergestellt, dass die einzelnen Schichten der Palette richtig beladen werden sowie dass die Pakete nicht über die Abmessungen der Palette hinausragen. Dies ermöglicht den sicheren und störungsfreien Transport der Pakete.

Flexibel zusammenstellbares Kamera-Portfolio

Kompaktgerät für Einsatz in unterschiedlichen Anwendungen

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