Schwerpunkte

Bewegte Objekte zuverlässig erkennen

3D-Vision treibt Automatisierung voran

22. Oktober 2020, 08:06 Uhr   |  Von Ferdinand Reitze

3D-Vision treibt Automatisierung voran
© Who is Danny | shutterstock.com

Tiefenkameras sind im Konsumgüterbereich seit langem ein Thema. Nun kommen sie mehr und mehr auch in der Industrie zum Einsatz. Framos hat Intels Real-Sense-Tiefenkamera weiterentwickelt, um sie für industrielle Umgebungen einsetzbar zu machen.

Während der letzten Jahre hat sich die industrielle Bildverarbeitung (Machine Vision) einen festen Platz in der Automation gesichert, vor allem in den traditionellen Feldern wie Produktion und Qualitätskontrolle. Mit 3D-Vision folgt nun der nächste Schritt – die Bildverarbeitungstechnik hat das Potenzial, ganze Branchen zu verändern. Denn intelligenten, »sehenden Geräten« wird die Zukunft gehören. Robotik, autonome Transportsysteme oder medizinische Geräte können von Machine-Vision-Anwendungen profitieren, zumal es mittlerweile industriegerechte Kamerasysteme gibt, die selbst schnelle Objekte unter rauen Umgebungsbedingungen zuverlässig erkennen. Ihre Tiefendaten bilden die Basis für vollautomatisierte Prozesse in Produktionslinien. Zum Beispiel in der Logistik und bei Industrieanwendungen, in denen intelligente Geräte autonom Entscheidungen treffen.

Der Siegeszug der Tiefenkameras hat ursprünglich im Konsumgüterbereich begonnen und ist gerade dabei, sich das industrielle Umfeld zu erobern – und diese »Wurzeln« haben durchaus Vorteile. Hierzu zählen beispielsweise die in der Konsumelektronik üblichen großen Stückzahlen, die erschwingliche Preise ermöglichen, ebenso wie kurze Produktlebens- und Entwicklungszyklen, die die Technik rasch voranschreiten lassen. Ein Vertreter der Tiefenkameras sind die technisch hochentwickelten, dennoch preiswerten RealSense-Kameras von Intel.

Fit für den industriellen Einsatz

Die Anforderungen in der industriellen Automatisierung sind jedoch andere als im Konsumgüterbereich. 3D-Kameras für den industriellen Einsatz müssen in rauen Produktionsumgebungen funktionieren und schnell bewegte Objekte zuverlässig erkennen. So beispielsweise an einem Roboterarm. Eine stabile und latenzfreie Datenübertragung über längere Entfernungen, etwa mit GigE-Vision, ist genauso ein Muss wie die unkomplizierte Integration. Framos – globaler Partner für Vision-Technik – hat die 3D-Kamera Serie D400e (Bild 1: D435e) auf den Markt gebracht.

3D-Kamera D435e
© Framos

Bild 1. Dank der industriellen 3D-Kamera D435e mit GigE-Vision-Anschluss lässt sich 3D-Vision in rauen Umgebungen einfach integrieren.

Die industrietauglichen Versionen der Intel-RealSense-Tiefenkameras verfügen über einen Gigabit-Ethernet-Anschluss sowie ein staub- und wassergeschütztes, stabiles Aluminiumgehäuse, das der Schutzart IP66 entspricht. Sie arbeiten bei Umgebungstemperaturen zwischen 0 °C und 55 °C zuverlässig und sind somit für den Einsatz unter rauen Produktionsbedingungen ausgelegt. Die Anschlüsse für Gigabit-Ethernet (M12) und Stromversorgung (M8, für 12 V oder 24 V) sind schraubbar und halten damit im Gegensatz zu USB-Kabeln Bewegungen oder Vibrationen stand. Power over Ethernet (PoE) steht ebenso zur Verfügung. Auch lange Übertragungswege von bis zu 100 m stellen mit Ethernet kein Problem dar.

Leistung kompakt verpackt

Mit Abmessungen von 100 x 47 x 38 mm3 ist die Kamera kompakt und mit 250 g zudem leicht. Die prinzipielle Funktionsweise basiert dabei – genau wie beim Menschen – auf stereoskopischem Sehen. Mithilfe der beidäugigen Betrachtung von Objekten und Gegenständen entsteht eine echte, quantifizierte Tiefenwahrnehmung (Bild 2).

Tiefenwahrnehmung
© Framos

Bild 2. Mittels beidäugiger Betrachtung entsteht eine echte, quantifizierte Tiefenwahrnehmung.

Zu diesem Zweck ist die Kamera mit Intels Tiefenmodulen (D430, beziehungsweise D410, Tiefenauflösung bis zu 1280 x 720 Pixel), dem Intel-D4-Vision-Prozessor für die Tiefenberechnung und einem zusätzlichen RGB-Kameramodul (Auflösung bis zu 1920 x 1080 Pixel) ausgestattet. Die D400e-Kameras sind mit Intels RealSense SDK 2.0 nutzbar.

Die D400e-Serie ist ebenfalls als Modul erhältlich. In der Modulbauweise sind die Komponenten einfacher in neue und bestehende Designs und Konfigurationen integrierbar, zum Beispiel bei geringem verfügbarem Bauraum. Alle D400e-Kameramodule werden mit den entsprechenden Intel-RealSense-Tiefenkamera-Modulen, mit dem Framos-Bildverarbeitungsmodul D4 sowie den dazugehörigen Interposer-Kabeln geliefert.

Von Robotik bis Medizin

Interessante Anwendungsmöglichkeiten für die Tiefenkamera finden sich in der Robotik. Ein »sehender« Roboter kann beispielsweise bei Pick-and-Place-Anwendungen unterschiedliche Teile erkennen und sie zielgerichtet ablegen, entweder auf einem Bearbeitungsplatz, einem Förderband oder einem fahrerlosen Transportsystem, wie in Bild 3 dargestellt.

Pick-and-Place-Anwendungen
© Fotolia | Framos

Bild 3. In immer mehr Branchen sind derzeit Vision-Anwendungen gefragt. Interessante Möglichkeiten finden sich in der Robotik, beispielsweise bei Pick-and-Place-Anwendungen.

Letzteres kann sich dank 3D-Vision ohne weitere Systeme wie Schienen, Marken oder Ähnliches völlig autonom, sicher und frei im Raum bewegen. Es kann hierbei Menschen oder anderen Systemen ausweichen. Als weitere Anwendungsmöglichkeit bieten sich medizintechnische Geräte an, die sich dank Kamerasystem selbstständig optimal zum jeweiligen Patienten ausrichten.

Eine andere Anwendung, die von 3D-Vision profitiert, sind kollaborative Roboter, sogenannte Cobots. Mithilfe der Kamera können sie mit dem Menschen besser interagieren. So wird »Kollege« Roboter leistungsfähiger und lässt sich flexibler einsetzen. Weitere Anwendungsgebiete sind darüber hinaus die Gestensteuerung sowie der Einzelhandel: Händler können mit 3D-Vision beispielsweise sehen, wann sich ihre Kunden wohin bewegen und wo sie stehenbleiben. Noch tiefergehende Erkenntnisse können intelligente Retail Analytic Tools liefern.

Die Möglichkeiten, die 3D-Vision erschließt, sind praktisch nur von der Phantasie der Anwender begrenzt – man darf gespannt sein, wohin die Reise geht.

Ferdinand Reitze
© Framos

Ferdinand Reitze ist Produktmanager bei Framos.

Der Autor

Ferdinand Reitze ist als Produktmanager bei Framos verantwortlich für Intel- und 3D-Produkte. Zuvor war er drei Jahre bei Intel, zuletzt im strategischen Business Development der EGI Business Unit (Emerging Growth and Incubation).

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