Mehr als nur Kameras

Gerade in industriellen Umgebungen hat sich Gigabit Ethernet als robuste Bildverarbeitungsschnittstelle erfolgreich durchgesetzt. Die deutlich höhere Kabellänge von 100 Metern, der einfache Aufbau von Mehrkamerasystemen und die niedrigen Systemkosten sind dafür nur einige Gründe. Des Weiteren bieten GigE Vision konforme Digitalkameras den Vorteil, dass wichtige Informationen im so genannten Header mit über das Netzwerkkabel übermittelt werden können. Diese Informationen beinhalten z.B. den Time Stamp, welcher eine Aussage über den genauen Zeitpunkt der Bildaufnahme ermöglicht. Eine weitere hilfreiche Funktion der GigE Kameras wie Baumer sie bietet, ist der Sequenzer, der es erlaubt, eine Abfolge von Bildern mit unterschiedlichen Einstellungen zu definieren. Dabei wird eine Serie von Bildern automatisch und ohne weitere Kommunikation mit dem PC aufgenommen. Diese Funktion ist hilfreich, wenn die Anwendung sehr schnelle Bildfolgen mit unterschiedlichen Einstellungen für Gain und Belichtungszeit sowie Beleuchtungen verlangt, wie diese z.B. bei einer Flascheninspektion notwendig ist. Für eine einfache Softwareeinbindung der Kameras in die unterschiedlichsten Applikationen stellt Baumer das generische Programmierinterface Baumer-GAPI zur Verfügung. Speziell für GigE Kameras sorgt der Filtertreiber dabei für geringste CPU Auslastung und spart Ressourcen, die für die anschließende Bildverarbeitung bereitgestellt werden können.

Nicht selten werden Kamerasysteme in industriellen Umgebungen eingesetzt, die hohe Ansprüche an das verwendete Equipment stellen. Dafür ist es notwendig, die Kameras in ein spezielles Schutzgehäuse zu integrieren, das vor Schmutz und Wasser schützen sollen. Oftmals müssen diese Schutzgehäuse extra angefertigt oder jedoch an die verwendete Kamera angepasst werden. Baumer, spezialisiert auf industrielle Bildverarbeitungskomponenten, hat allein für diesen Zweck GigE Kameras entwickelt, die diesen Schutz bereits mitbringen. Die IP67 Kameras schützen dabei nicht nur die kamerarelevanten Komponenten, sondern gleichzeitig das verwendete C-Mount Objektiv, welches vom Anwender entsprechend seiner Applikation frei gewählt werden kann. Das Gehäuse besteht wahlweise aus eloxiertem Aluminium oder ist speziell für die Lebensmittelindustrie als Edelstahlvariante erhältlich. Die Kameras sparen durch ihre kompakte Bauform ein Vielfaches an Platz und helfen, die Kosten für das Gesamtsystem zu senken.

Obwohl sich GigE als Standard in der industriellen Bildverarbeitung bereits fest etabliert hat, so bleibt für die Realisierung einiger Anwendungen die notwendige externe Stromversorgung ein offener Punkt. Gerade in der Robotik, wo spezielle robotertaugliche Kabel die Systemkosten schnell in die Höhe steigen lassen, ist der Wunsch nach nur einem Kamerakabel, wie es z.B. bei FireWireTM Standard ist, ungebrochen. Mit Power over Ethernet (PoE) ist es jetzt gelungen, auch diese Lücke zu schließen. Die PoE Technologie ermöglicht die gleichzeitige Übertragung der Bilddaten und der Spannungsversorgung über ein und dasselbe Standardnetzwerkkabel. Eine externe Stromversorgung ist dadurch nicht mehr notwendig, was eine kostenintensive Verkabelung erspart und so Installations- und Wartungskosten senkt. Als Folge dessen bleibt jedoch die Frage nach der richtigen Spannungsversorgung für PoE Kameras. Auch wenn kommerzielle Switche diese Technologie bereits für Voice over IP (VoIP) und andere Netzwerkkomponenten nutzen, verlangen industrielle Anwendungen nach Systemen, die mit 24 oder 48 Volt arbeiten. Genau für diese Anforderungen hat Baumer als erster Kamerahersteller spezielle industrielle Netzwerkkomponenten für PoE Kameras entwickelt.

Für die Integration einer GigE Kamera benötigt man grundsätzlich nicht mehr als eine Standardnetzwerkkarte. Erst wenn Mehrkamerasysteme oder Systeme mit Power over Ethernet realisiert werden sollen, werden zusätzliche Komponenten für das System benötigt. Mehrkamerasysteme lassen sich durch GigE Switche sehr einfach realisieren. Die Kameras erhalten ihre IP Adresse dabei entweder durch eine fest abgelegte Adresse innerhalb der Kamera oder durch einen DHCP Server. Mit der GigE Power Serie bietet Baumer gleich zwei Varianten von industriellen Switchen für Mehrkamerasysteme an. Während der 4-Port Switch bis zu drei Kameras mit einem PC verbindet, kann der erweiterte 6-Port Switch bis zu 5 Kameras ins Netzwerk integrieren. Der sechste Port ist bei dieser Variante als SFP Interface ausgelegt, welches entweder ein Modul mit Kupferport aufnimmt oder ein LWL Modul für Übertragungen auf längere Strecken anbietet. Beide Switche unterstützen die neue PoE Technologie und liefern bei Bedarf die notwendige Versorgungsspannung für die Kameras. Der Switch erkennt dabei automatisch, ob es sich um eine PoE oder eine Standard GigE Kamera handelt und stellt nur dann Spannung zur Verfügung, wenn diese auch benötigt wird. Für die Integration von PoE Kameras ohne Switch-Funktion stellt Baumer den GigE Power Injector zur Verfügung. Dieses Device versorgt bis zu zwei voneinander unabhängige PoE Kameras mit Spannung und ermöglicht so einen vereinfachten Aufbau gerade für Roboteranwendungen. Alle Netzwerkkomponenten sind für eine einfache Integration in Schaltschränke entwickelt worden und bieten eine DIN Hutschienenklemme auf der Rückseite. Als Betriebsspannung werden 24 oder 48 Volt benötigt.

Als absolute Neuheit bietet Baumer das GigE Trigger Device. Erstmals ist es damit möglich, bis zu 8 prozessrelevante Sensoren zur Steuerung von Prozessen in das Bildverarbeitungssystem zu integrieren und eine echtzeitfähige Triggerung einer einzelnen Kamera oder einer Gruppe von Kameras über das Netzwerkkabel zu realisieren. Zu diesem Zweck werden die unterschiedlichen Eingangsgrößen der angeschlossenen Sensoren ausgewertet, die korrekten Triggerzeitpunkte für den Prozess berechnet und die Bildaufnahme über das Netzwerk ausgelöst. Dadurch ist es möglich, auch das noch verbleibende zusätzliche Triggerkabel zu eliminieren und eine echte Einkabellösung für GigE Systeme bereitzustellen. Des Weiteren verfügt das Device über 8 digitale Ausgänge zur Steuerung von prozessrelevanten Folgeschritten wie z.B. die Ansteuerung von Schleusen zum Aussortieren defekter Produkte. Um kurze Latenzzeiten von unter 5 µs, wie bei hardwarebasierten I/Os üblich, zu erreichen, wurden alle Funktionen im Trigger Device hardwaretechnisch umgesetzt. Die einfache und umfangreiche Konfiguration des innovativen Devices wird durch ein komfortables und intuitives Softwaretool direkt über das Netzwerk realisiert.

Während das Protokoll bei anderen Schnittstellen sehr starr ist, bietet das GigE Protokoll eine Menge Möglichkeiten, Anpassungen an das eigene System vorzunehmen. Neben der größeren Flexibilität birgt dieses aber auch die Gefahr der Fehlparametrierung. Um die maximale Leistung ihres Systems zu gewährleisten, bietet Baumer für die Analyse und Parametrierung von GigE Systemen ein eigenes Diagnosetool. Das Programm „Baumer GigE Diagnostic“ ermöglicht im ersten Schritt die Parametrierung von GigE Kameras hinsichtlich aller Eigenschaften, welche die erzeugte Datenmenge beeinflussen. Gleichzeitig wird zu der vom Anwender gewählten Paketgröße automatisch ein sinnvoller Wert für den Paketzwischenraum (Interpacketgap) vorgeschlagen. Anschließend kann das reale Verhalten des Systems mit den gewählten Einstellungen simuliert und getestet werden. Dazu sammelt das Programm die verfügbaren Informationen aller angeschlossenen Komponenten. Bei Auftreten kritischer Zustände erhält der Anwender die Möglichkeit, andere Einstellungen zu testen.

Durch die Entwicklung innovativer GigE Kameras in Kombination mit modernen Netzwerkkomponenten, dem Trigger Device und umfangreichem Fachwissen auf diesem Gebiet ist Baumer in der Lage, seinen Kunden ein perfekt aufeinander abgestimmtes Gesamtpaket für GigE Bildverarbeitungssysteme zu liefern. Dieses hilft jedem Kunden, eine Integration der neuen Netzwerktechnologie so einfach und sicher wie nur möglich in der eigenen Applikation umzusetzen.

Baumer Optronic, Radeberg www.baumer.com/cameras