AT-Technologietag, IDS Kleiner, schneller, intelligenter Industriekameras für jede Anwendung

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DMB Technics AG

IDS Imaging Development Systems GmbH

Neben immer grösseren Auflösungen und schnelleren Übertragungsstandards gibt es bei den Industriekameras immer mehr Bedarf an kleinen Boardlevel-Kameras in Industriequalität mit den wichtigsten Basisfeatures, kostengünstigen Designs und optimalen Integrationsmöglichkeiten. Ausserdem ist eine wachsende Nachfrage nach intelligenten Kameras zu beobachten, die mit KI-basierter Bildverarbeitung ausgestattet sind. Diese Embedded-Vision-Geräte können Bilder eigenständig analysieren und direkte Ergebnisse liefern.

Der Industriekamerabereich hat in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung erlebt, die seitens der Kamerahersteller von drei Ausrichtungen geprägt ist: «kleiner, schneller, smarter». Mit dem unaufhaltsamen Fortschritt in der Sensortechnologie und der zunehmenden Automatisierung von Produktionsprozessen eröffnen sich immer wieder neue Möglichkeiten, um die Leistungsfähigkeit von Industriekameras zu optimieren bzw. sie besser an die Anforderungen anzupassen. Diese evolutionären Schritte in Richtung kompakterer Bauformen, höherer Geschwindigkeiten und intelligenterer Funktionalitäten sind massgeblich für die Weiterentwicklung verschiedenster Industriezweige verantwortlich. Dieser Fachbeitrag wirft einen Blick auf die Bedeutung dieser drei Kameraklassen und beleuchtet, wie sie die industrielle Bildverarbeitung unterstützen.

Winzige Kameras für Embedded-Anwendungen

Einplatinenkameras können mittlerweile so klein gebaut werden, dass sie vollständig im Objektivhalter Platz finden. Solche Winzlinge eignen sich damit besonders für den Kleingerätebau und Embedded-Vision-Anwendungen. IDS bietet in diesem Segment bspw. Modelle mit Massen von nur 29 x 29 x 7 mm an. Für möglichst variable Integration stehen diese kleinen Industriekameras der X-Serie in vielfältigen Gehäusevarianten zur Verfügung. Als Platinenkamera mit oder ohne Objektivhalter oder gehaust in Kunststoff bis hin zum vollwertigen Zink-Druckgussgehäuse sind sie auf die wesentlichsten Features kostenoptimiert. Damit sind sie perfekt für preissensible und hochvolumige Anwendungen geeignet. Und dank ihrer geringen Grösse lassen sich diese budgetfreundlichen Kameras auch einfach in die unterschiedlichsten Bildverarbeitungssysteme integrieren.

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Beim Zubehör und den Anschlüssen bzw. Interfaces sorgen Standardkomponenten für einfache Verwendung. Als Objektive sind alle gängigen C-/CS-Mount als auch S-Mount nutzbar und mit Type-C-Stecker und USB3 Vision Standard können sie ohne viel Zubehör oder aufwändige Entwicklungswerkzeuge einfach in Betrieb genommen bzw. in ein Vision System integriert werden. Mit dieser Kameraklasse reagiert IDS auf eine weitere Anforderung des Markts. Denn viele Anwendungen benötigen keine Kameras mit High-End-Bildsensoren. Durch den Einsatz von günstigeren Varianten, die von den Sensorherstellern nur in geringem Masse in bspw. Auflösung, Framerate und Verschlusstechnologie gegenüber Premium-Modellen «abgespeckt« wurden, ergibt sich hier zusätzliches Einsparpotential.

45 Megapixel ohne Geschwindigkeitseinbussen

Sollen hingegen die Taktraten erhöht, Inspektionszeiten verkürzt und Objekte, wie z.B. Wafer oder Panels, aus grösseren Entfernungen hochpräzise analysiert, vermessen bzw. auf Fehler geprüft werden, kommen grossformatige Sensoren zum Einsatz. So lassen sich die benötigten Aufnahmen oder Inspektionspunkte mit grösstmöglichem Sichtfeld auf ein Minimum reduzieren und der Durchsatz erhöhen. Um die erzeugten datenintensiven Kamerabilder in voller Auflösung, mit hoher Framerate und mit sehr geringen Latenzen an eine Bildverarbeitungseinheit zu übermitteln, braucht es zudem ein Hochgeschwindigkeits-Interface.

Mit der uEye Warp10 hat IDS eine Kamerafamilie auf den Markt gebracht, die Daten dank 10GigE im Gigabit-Ethernet-basierten Netzwerk besonders schnell und mühelos über weite Strecken überträgt. Als Bildsensoren kommen onsemi Global Shutter Sensoren mit bis zu 45 MP zum Einsatz. In Verbindung mit dem gewindebasierten und damit industrietauglichen TFL-Mount können diese Bildsensoren mit bis zu 2« Bilddiagonalen ohne Randabschattung belichtet werden.

Da ein solches Hochgeschwindigkeitssystem unter Vollast deutlich mehr Kühlleistung erfordert als Standard-Industriekameras, kommt hier ein Gehäusedesign mit Kühlrippen zum Einsatz.

Durch eine zusätzliche aktive Kühlplatte ist sogar eine wesentlich kompaktere Bauweise als bei anderen 10GigE Systemen mit passiven Kühlern möglich.

Bildanalysen (ohne PC) direkt auf der Kamera

Sie möchten nach Qualität sortieren, nach Klassen kategorisieren oder Objekte bzw. Merkmale detektieren und das Bildverarbeitungssystem soll möglichst platzsparend, wenn möglich sogar ohne zusätzlichen PC arbeiten?

In solchen Fällen sorgen KI, Edge Computing und Embedded Vision für mehr Flexibilität und Produktivität. Vertreter solcher kompakter Embedded-Vision-Geräte sind intelligente Kameras, die Bilder nicht nur aufnehmen und an Host-PCs zur weiteren Verarbeitung senden, sondern die Bildanalyse mit integriertem KI-Beschleuniger selbst durchführen und daraus ganz eigenständig prozessrelevante Ergebnisse erzeugen.

Damit liefern diese Geräteklassen Daten, die mit klassischen Industriekameras nicht oder nur mit zusätzlichen Systemkomponenten erzeugbar sind - und übernehmen damit eine neue Rolle in vernetzten Systemen. Sie sind nicht mehr nur Teil der Bildverarbeitung, sondern agieren als vollständiges Bildverarbeitungssystem. Zur Kommunikation unterstützen deren Schnittstellen Industrieprotokolle, wie OPC UA, tauschen so Ergebnisdaten direkt mit Maschinen und Steuerungen aus und arbeiten damit nahtlos in Industrie 4.0 Anwendungen – ein Meilenstein für das Zusammenwachsen von Bildverarbeitung und SPS. So entstehen wegweisende Synergien für die Zukunft.

Die Anwendung entscheidet!

Kamera ist also nicht gleich Kamera! Wer von Industriekameras spricht, kann ganz unterschiedliche Bedürfnisse haben. Sensorauflösung, Übertragungsgeschwindigkeit und Funktionsumfang sind dabei oft nicht die entscheidenden Faktoren. Im Fokus steht daher immer die Anwendung.

Egal ob Automatisierung, Qualitätssicherung oder selbst fahrende Fahrzeuge – die Anforderungen für passende Industriekameras lassen sich heute bereits durch die Eigenschaften kleiner, schneller, smarter zielführender spezifizieren.

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