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Apfeltaschen unter Argusaugen

Digitale Gigabit-Ethernet-Kameras für Roboter
Apfeltaschen unter Argusaugen

Sind lange Kabellängen gefordert, wurde in der industriellen Bildverarbeitung (IBV) bis vor Kurzem vor allem noch auf Analogtechnik gesetzt. Doch zunehmend treten digitale Gigbit-Ethernet-Kameras die Nachfolge an. Sie unterstützen beispielsweise intelligente Roboter, damit sie Tiefkühlkost in hoher Qualität und hoch effizient verpacken können.

Erwin Herre, Sales-Manager bei Leutron Vision GmbH, Konstanz

Wer schafft es schon über zwei Millionen tiefgefrorene Apfeltaschen am Tag einzupacken? 18 hochmoderne High-speed-Roboter von der Sigpack Systems AG, ein Unternehmen der Bosch Verpackungstechnik, können das leisten.
„Große Herausforderungen lagen dabei nicht nur in den vielfältigen Prüfanforderungen, sondern auch in der hohen Zuverlässigkeit und Zukunftssicherheit, die wir als Anlagenlieferant im Werk der Bama in Tulsa, Oklahoma, USA, bei der Automatisierung einer Tiefkühlverpackungslinie realisieren mussten, was uns auch hervorragend gelungen ist“, sagt Roland Czuday, Produkt-Manager von Delta Robot Systems, bei der Sigpack Systems AG. „Doch dazu war fortschrittliche industrielle Bildverarbeitungstechnologie unabdingbar“, ergänzt Czuday. Erst industrielle Bildverarbeitungssysteme ermöglichen es, dass in der Produktion immer höhere Qualitätsniveaus erreicht werden können mit möglichst niedrigen Ausfall- und Reklamationsraten, und dass dabei sogar noch die Taktraten steigen können. Bildverarbeitungssysteme sorgen außerdem für eine höchst zuverlässige Überwachung der automatisierten Produktionsabläufe.
Digital verdrängt analog
Der Großteil der IBV-Anwendungen, schätzungsweise 60 Prozent, werden bisher in der Praxis immer noch von analogen Vision-Systemen abgedeckt. Vor allem dort, wo lange Kabellängen zwischen Kamera und Host von über zehn Metern gefordert sind. Doch das Bild wandelt sich zunehmend. Denn durch den in 2006 verabschiedeten Gigabit-Ethernet-Vision-Standard (GigE) wird eine Lücke im gängigen Schnittstellengefüge von Firewire, USB 2.0 und CameraLink (CL) geschlossen, die nur Kabellängen zwischen 5 bis 10 Meter zulassen. Mit dem GigE-Interface können Digitalkameras jetzt mit Kabellängen bis zu 100 Meter als wirtschaftliche Lösung eingesetzt werden, wie das etwa die LEUTRON VISION AG in der ‚Tiefkühlverpackungslinie für Apfeltaschen’ von Sigpack Systems realisiert hat. „Die Entscheidung für GigE als Interface zur Bildübertragung wurde aber nicht nur wegen der langen Kabelstrecken von etwa 20 Meter getroffen“, begründet Czuday, „sondern die bereits in der Anlage vorhandene Netzwerktechnologie sowie die hohe Flexibilität und Zukunftssicherheit des Standards waren ebenso ausschlaggebend. Unsere Wahl fiel hier auf die digitale Kameraserie PicSight von LEUTRON VISION. Der OEM-Lieferant war einer der Ersten, der in 2006 Digitalkameras mit Gigbit-Ethernet-Interface anbieten konnte und noch dazu mit einem sehr guten Preis-/Leistungsverhältnis.“
Delta Roboter hoch effizient
In der Tiefkühlverpackungslinie im Bama-Werk liegen die schockgefrorenen Apfeltaschen in Reihen zu je 20 Stück auf einem Haupttransportband und fahren zunächst unter dem Argusauge einer zentral über dem Haupttransportband angeordneten Zeilenkamera hindurch in Richtung Delta XR 31 Roboterzellen. Die Apfeltaschen werden so hinsichtlich ihrer Form, Größe, Farbe, ihres Musters und vielem mehr geprüft. Aufgrund der Daten der Zeilenkamera erhalten die Roboter, die beidseitig über dem Transportband angeordnet sind, die Information über Gut- oder Schlechtbewertungen. Jedem stählernen Helfer ist ein ‚Argusauge’ zugeteilt, eine GigE-Flächenkamera PicSight von Leutron Vision. Damit hat er zehn Reihen im Blickfeld. Über die Koordinateninformation, die sein Auge liefert, weiß er, wo er hinzugreifen hat, um die für gut befundenen Apfeltaschen mit seinem Sauger aufzunehmen und vorsichtig in die heranfahrenden Kartons zu legen. Das hochtechnologische Know-how von Sigpack Systems und die daraus entwickelten Strategien sorgen dafür, dass jeder Roboter hoch effizient arbeitet und selbst entscheidet, in welcher Reihenfolge er die Apfeltaschen aufgreift. So werden alle Gut-Teile abgeräumt und optimal in die Verpackungen gefüllt. Zirka 1400 Apfeltaschen verpacken die Roboter pro Minute. Der Ausschuss bleibt auf dem Band liegen und wird dadurch aussortiert.
Kamera-Baukastensystem als Vorteil
Alle beteiligten Komponenten einer solchen Automatisierungslösung müssen perfekt aufeinander abgestimmt sein. Nicht allein die intelligente Highspeed-Robotertechnologie steht dabei im Mittelpunkt. Auch war es sehr wichtig, das geeignete Kamerasystem als Augen der Roboter auszusuchen. Digitale Kameras von Leutron Vision grenzen sich hier deutlich vom Wettbewerb ab, da sie als modulares Baukastensystem entwickelt wurden und somit sehr große Flexibilität bieten. Drei Grundbausteine stehen bei PicSight zur Verfügung: Sensor-Module, Standardschnittstellen-Module wie USB 2.0, GigE und CL sowie intelligente Verarbeitungsmodule. Mit 28 unterschiedlichen Sensortypen bietet der Baukasten eine enorme Möglichkeiten für Flächenkameras: Sensorgrößen von ¼ bis 2/3 Zoll, ob CCD monochrom oder farbig, angefangen von VGA-Auflösung bis 1628 x 1236 (UXGA) Pixel, oder CMOS mit Auflösungen bis über 5 Millionen Pixel – und Bildraten bei VGA-Auflösung bis zu 200 Frames per Second (fps). Der OEM-Anwender ist in der Lage, entsprechende Module so auszuwählen, dass er sein Kamerasystem nach seinen individuellen Vorstellungen zuschneiden kann. Über 350 unterschiedliche Kameravarianten lassen sich damit letztlich kombinieren. Diese immense Vielfalt wird bei den Anwender sehr positiv aufgenommen. Eine Besonderheit des PicSight Baukastens liegt zusätzlich darin, dass Smart-Kameras zusammengestellt werden können, die es dem Anwender erlauben, Vorverarbeitungsaufgaben auf die Kamera auszulagern. Da diese intelligenten Kameras auch mit GigE-Interface zur Verfügung stehen, lassen sich die Bilddaten ganz einfach an einen PC oder Server senden, um zum Beispiel in Echtzeit Protokollbilder auf einem Display anzuzeigen, oder um zusätzliche Aufgaben für die Bildauswertung zu erledigen.
Mit GigE äußerst flexible Systemkonfigurationen
Mit Gigabit-Ethernet gewinnt der Anlagenbauer Flexibilität. Er ist von der Hardware her nicht limitiert, denn es lassen sich sehr flexible, den Anforderungen entsprechende Systemkonfigurationen mit hohen Rechenleistungen und extrem kurzen Zykluszeiten umsetzen. Jeder PC stellt heute Ethernet zur Verfügung – selbst embedded PCs, die robuster und kompakter sind und ohne aktive Kühlung auskommen. Analoglösungen hingegen benötigen Framegrabber und deshalb auch größere Gehäuse. Das neue digitale Kamerasystem von Sigpack Systems sollte sowohl Schwarz-weiß- als auch Farbkameras in Kombination auf einfache Art und Weise unterstützen können, was mit Analogtechnik wegen der Framegrabber oft nicht so leicht zu lösen war. „Mit der Entscheidung für Ethernet, fiel auch die Entscheidung zur Modularität, und zwar unterschiedlichste Bildsensoren über das gleiche Interface, die gleiche Hardwarestruktur ansprechen zu können“, konstatiert Czuday .
Von den gegenwärtigen Digitalschnittstellen, die der Markt im industriellen Bildverarbeitungsbereich offeriert, ist für Mehrkamerasysteme das GigE-Interface am besten geeignet. Es können innerhalb der Datenbandbreite des Ethernets in einem Netzwerk beliebig viele Kameras betrieben werden. Die Netzwerkstruktur lässt sich mit recht preiswerten Zweier- oder Vierer-GigE-Einsteckkarten für den PC erweitern und auf vielfältige Applikationen zuschneiden.
In der Verpackungslinie von Sigpack Systems waren für die Anschlüsse der GigE-PicSight-Kameras keine PC-Einsteckkarten nötigt, lediglich das Standardinterface vom PC. Auch die Kabelverbindungen ließen sich mit preiswerten Standardkabeln realisieren.
Sicher in die Zukunft blicken
Die Digitaltechnik offenbart noch so manch anderen Vorteil, wozu eine höhere Übertragungssicherheit der Daten zählt. Zudem ist es mit Digitalkameras einfacher, aufgenommene Bilder mit zusätzlichen Informationen zu versehen – etwa der Name der Kamera, Parameter oder Wasserzeichen. Fernsteuerung und Fernwartung sind weitere Themen, die mittels Digitaltechnik problemlos gelöst werden können und zukünftig mehr Beachtung finden werden. Per Web-Interface lässt sich direkt auf die Kamera zugreifen. Es lassen sich Parameter sowie aktuelle Bilder abfragen oder sogar die Software aktualisieren.
Leutron Vision sieht GigE-Vision als den derzeit einzigen zukunftssicheren Übertragungsstandard für digitale Vision-Systeme. Er wird in weiten Bereichen wie etwa in der Verpackungs-, Halbleiterindustrie, in Flaschenabfüllanlagen oder der Verkehrsleittechnik die Analogtechnik verdrängen und ersetzen. Und da bereits das 10 Gigbit-Ethernet im Gespräch ist, kann man davon ausgehen, dass diese Entwicklung auch weitergeht.
Leutron Vision, Konstanz
QE 525

GigE-Kameras spielen Trumpf aus!
  • Anlagenbauer gewinnt Freiheitsgrade
  • Lange Kabellängen bis 100 Meter möglich
  • Wirtschaftliche Lösung, da kostengünstige Komponenten und Standardkabel
  • Vielfältige und flexible Systemkonfigurationen
  • Sichere Datenübertragung
  • Zukunftssicherheit
Auf der Vision zeigt Leutron Vision in die neuesten Produkte der PicSight-Kameraserie, inbesondere die neue Option der PicSight-GigE-Kameras mit motorbetriebenen Objektiven.
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