Lasersensor von Vision Components analysiert autark 3D- und 2D-Daten

Embedded-Vision-System mit ARM-Prozessor und FPGA

Lasersensor von Vision Components analysiert autark 3D- und 2D-Daten

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Auf der Vision wird von Vision Components ein Lasersensor vorgestellt, der die gescannten 3D-Profile selbst analysiert und zudem auch das 2D-Grauwertbild auswerten kann. Das integrierte System-on-Chip mit ARM-Prozessor und FPGA ermöglicht starke Beschleunigungen in 3D-Applikationen. Die Ausführung als Embedded-Vision-System eröffnet zusätzliche Einsatzfelder und schafft mehr Flexibilität in OEM-Projekten.

Inhaltsverzeichnis

1. Leistungsgewinne durch SoC und FPGA
2. Applikationsbezogene Programmierung
3. Sicher, funktional, flexibel

 

Vision Components präsentiert auf der Vision intelligente Lasersensoren, die nicht nur 3D-Profile, sondern zusätzlich auch das Grauwertbild analysieren können. Diese Embedded-Vision-Systeme mit ARM-Prozessor und Linux-basiertem Betriebssystem sind die Weiterentwicklung der ersten Serie mit digitalen Signalprozessoren (DSP) und integrieren eine noch leistungsfähigere Elektronik. Sie führen die Lasertriangulation und bei Bedarf weitere applikationsspezifische Aufgaben autark, ohne externen PC aus. Die Baureihe umfasst zahlreiche Hardwaremodelle für Arbeitsabstände von etwa. 60 mm bis über 3 m, die nun verfügbar sind. Auf Anfrage fertigt der Hersteller zudem auch maßgeschneiderte Ausführungen an, sodass OEMs für jeden Bedarf einen geeigneten Sensor erhalten. Die Profilsensoren bieten hohe Scanraten bis 2 kHz und Auflösungen ab etwa 40 µm auf der X-Achse und 10 µm auf der Z-Achse. Sie können somit auch sehr kleine Teile oder Fehler erkennen und über 2000 mm breite Förderstrecken überwachen.

Leistungsgewinne durch SoC und FPGA

Die Profilsensoren VCnano3D-Z verwenden das Zynq-SoC von Xilinx, das einen Dual-Core-ARM-Prozessor mit einem FPGA (Field Programmable Gate Array) kombiniert. Durch die Ausnutzung der Vorteile dieser heterogenen Technik sind große Leistungssteigerungen möglich: Hochaufgelöste 3D-Profile lassen sich schneller erfassen, und darüber hinaus können zusätzliche Aufgaben wie die Auswertung des Grauwertbilds auch direkt im Profilsensor implementiert werden. Das FPGA ist ein Schaltkreis, der mit einer Hardwarebeschreibungssprache programmiert wird und große Datenvolumen ohne Zeitverzögerung verarbeiten kann. Beispielsweise ist die Berechnung der Punktewolke bei der Lasertriangulation ist eine ideale Aufgabe zur Auslagerung auf ein FPGA. Dabei müssen eine Laserlinie auf einer 3D-Oberfläche erfasst und für jeden Linienpunkt die Koordinaten ermittelt werden. So können Körper detektiert und vermessen werden. Das FPGA ist dabei herstellerseitig so vorprogrammiert, dass es diese rechenintensive Aufgabe vollständig ausführt und die 3D-Daten zur Weiterverarbeitung zur Verfügung stellt. Der Doppelkern-ARM-Prozessor mit Taktfrequenz 2 x 866 MHz bleibt frei, sodass OEMs auf ihm eigene applikationsbezogene Funktionen implementieren können.

Vision Components sieht in der FPGA-Programmierung einen Trend, der die Entwicklung der Embedded Vision in den nächsten Jahren nachhaltig prägen wird. „Die FPGA-Programmierung stellt besonders auf engstem Raum eine hervorragende Lösungsmöglichkeit dar und bietet große Vorteile, wo eine geringe Leistungsaufnahme und hohe Geschwindigkeiten erforderlich sind“, sagt Jan-Erik Schmitt, Geschäftsführer Vertrieb von Vision Components. Die bereits mögliche softwarebasierte Programmierung der integrierten Schaltkreise in C und C++ schafft eine große Flexibilität hinsichtlich der Anwendungen.

Applikationsbezogene Programmierung

Für die Applikationsentwicklung auf dem ARM-Prozessor stellt das Unternehmen die Softwarebibliothek VC LibQ zur Verfügung. Diese enthält über 300 vom Hersteller entwickelte und gründlich praxiserprobte Operatoren für alle gängigen Bildverarbeitungsaufgaben sowie die gesamte Ausstattung der Halcon-Software von MVTec. Die vorprogrammierten Funktionen erleichtern Entwicklern die Arbeit und sparen viel Zeit bei der Produktentwicklung.

Anhand der 3D-Daten, die auf dem FPGA ermittelt werden, lassen sich verschiedene geometrische Merkmale prüfen: Positionen von Punkten und Linien, Winkel und Abmaße. Daraus lassen sich dann auch Volumen und Gewichte ermitteln. So können die Systeme für die Qualitätskontrolle an unterschiedlichen Produkten eingesetzt werden. Darüber hinaus sind sie aber auch für Zähl- oder Robotikanwendungen wie Pick & Place, Vollständigkeitsprüfung, Füllstandsmessung und Portionierung geeignet. 3D- und 2D-Prüfaufgaben können dabei sogar kombiniert werden. In Klebe- und Schweißanwendungen kann beispielsweise die Lage sowie die Geometrie überprüft sowie die Auswertung des Grauwertbilds (2D) zum Lesen von Bar-codes und Zeichen genutzt werden. Dies ermöglicht die Umsetzung von Applikationen, in denen Prüfobjekte entsprechend ihrer Kennzeichnung auf unterschiedliche 3D-Merkmale hin untersucht werden. Des Weiteren eignen sich die Laserprofilscanner für große Arbeitsabstände und Sichtfeldweiten für automatisierte Fertigungs-linien mit großen Produktionsteilen wie zum Beispiel Karosserieteile.

Sicher, funktional, flexibel

Die Profilsensoren der Baureihe VCnano3D-Z setzen einen leistungsstarken blauen 450-nm-Laser der Klasse 2 ein, der aufgrund der „Ambient Light Suppression Technology“ auch bei Umgebungslichtstärken von bis zu 100.000 Lux zum Einsatz kommen kann. Diese Technologie von Vision Components sorgt für optimale Sichtbarkeit – auch auf anspruchsvollen Oberflächen sowie beim Zusammentreffen unterschiedlicher Materialien. Zudem eignet sich der blaue Laser auch für Lebensmittelanwendungen wie die Volumenmessung zur Portionierung, und mit Lasern dieser Klasse dürfen die Sensoren ohne weiteren Schutz eingesetzt werden. Außerdem gewährleisten CMOS-Bildsensoren der aktuellen Generation eine hohe Bildqualität bei minimalem Rauschen. Zur Ausstattung gehören weiterhin eine batteriegepufferte Real-Time-Clock, zehn Ein- und Ausgänge sowie eine 1-Gbit-Ethernet-Schnittstelle. Damit ist sichergestellt, dass sich die kompakten Laserscanner einfach in unterschiedliche OEM-Applikationen integrieren lassen.

Das Unternehmen hat schon 1995 ein Embedded-Vision-System auf den Markt gebracht: Geschäftsführer Michael Engel hatte eine Smartkamera entwickelt und im darauffolgenden Jahr die Vision Components GmbH gegründet. Dadurch konnten Bildverarbeitungsaufgaben ohne zusätzlichen Industrie-PC oder spezialisierten Bildverarbeitungsrechner ausgeführt werden. Somit war es möglich, einfache und komplexe Anwendungen kompakt und bei Bedarf dezentral sowie völlig autark auszuführen. In den letzten Jahren hat der Hersteller bei seiner VC-Z-Serie mit Linux-Betriebssystem auf Systems-on-Chip (SoC) mit ARM-Prozessoren umgestellt, was neue Möglichkeiten für OEMs eröffnet. Alle Systeme lassen sich frei programmieren, wobei Anwender auf Software-Entwicklungsbibliotheken des Unternehmens zurückgreifen können. ik

www.vision-components.com

Weitere Informationen zu den 3D-Embedded-Kamerasystemen von Vision Components:

hier.pro/T2bcG

Messe Vision 2018: Halle 1, Stand 1F42

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