In einem besonderen Licht

In einem besonderen Licht

Smart Camera mit neuem Optik-/Beleuchtungskonzept

Bei der Entstehung neuer Produkte beschäftigen sich Ingenieure u.a. mit den Fragen, wie Anwendungen zuverlässig und wiederholbar gelöst werden, wie man sich durch einen entscheidenden Produktvorteil von Mitbewerbern abhebt oder mit welcher Kombination von Features möglichst viele unterschiedliche Bedürfnisse am Markt abgedeckt werden. wenglor hat es mit seiner neuesten Smart Camera weQube geschafft, alle entscheidenden Eigenschaften und Fähigkeiten einer intelligenten Kamera in nur einem Gehäuse zu vereinen und darüber hinaus mit einereinzigartigen Kombination aus Optik und Beleuchtung neue Standards zu setzen. Blickt man ins Innere des Kamerasystems wird schnell klar, welchen Stellenwert der Faktor Licht und Beleuchtung bei der Planung und Entwicklung dieses Bildverarbeitung-Meilensteins innehatte.
Neben umfangreichen Grundfunktionen bietet das Gerät auf Paketbasis weitere Funktionen, die sie je nach Bedarf zu einer Smart Camera (Bildverarbeitungspaket weQubeVision) oder zu einem Codelesegerät (Scanpaket weQubeDecode) machen. Weitere Funktionsvarianten wie z.B. ein OCR-Reader-Modul sind bereits in der Entwicklung. Ausgestattet mit fünf Hochleistungsprozessoren verfügt das Bildverarbeitungssystem über ausreichend Kapazität, um Codes zu lesen oder Bildverarbeitungsaufgaben zu lösen und parallel dazu mit der Peripherie zu kommunizieren. Der eingebaute Autofokus sowie die 3D-Nachführung sorgen für schnelle Objekterkennung. Der eingebaute CMOS-Sensor (736×480 Pixel) mit Global-Shutter-Funktion gewährleistet in der Variante ‚monochrom‘ einerseits einen hohen Durchsatz bei Highspeed-Anwendungen, andererseits erlaubt er in der Ausfertigung ‚color‘ die Erkennung von Farben im Farbmodus. Die bereits im VisionSystem+ etablierte Fernwartefunktion Teach+ erleichtert zudem die Instandhaltung – weltweit und ohne jeden Eingriff in Kundennetzwerke. Über Ethernet, Profinet, RS-232 sowie einen eigenen FTP-Server kann das Gerät in bestehende Netzwerke integriert und über sie gesteuert werden. Sechs freie Ein- und Ausgänge sowie ein Drehgebereingang erhöhen die Konnektivität. Austauschbare Schutzscheiben mit integriertem Polarisationsfilter, eine Micro-SD-Karte sowie ein kompaktes IP67-Gehäuse sorgen gemeinsam mit dem grafischen Display für einen hohen Nutzerkomfort.

Innovatives Beleuchtungs- und Optikkonzept

Blickt man ins Innere des Kamerasystems wird schnell klar, welchen Stellenwert der Faktor Licht und Beleuchtung bei der Planung und Entwicklung des Produktes innehatte. Das Herzstück der Kamera besteht aus einer Kombination mit zwölf LEDs, einem hochauflösenden Objektiv sowie einer eigens dafür entwickelten Optik. Das Zusammenspiel der Elemente ermöglicht eine gleichmäßige Ausleuchtung auf dem Bildchip der Kamera, wodurch – entgegen marktüblicher Systeme – auch dunkle Randbereiche ideal ausgeleuchtet werden. So können Objekte an jeder Stelle des Gesichtsfeldes mit gleicher Helligkeit erkannt werden. „Ziel war es, die Lichtquelle, die Strahlformung, das Empfangsobjektiv und den Bildchip optimal aufeinander abzustimmen“, so wenglor-Entwickler Klaus Epple über die Herausforderung. „Sowohl Lichtquellen als auch Objektive weisen einen Abfall der Helligkeit vom Zent-rum bis zum Rand des Bildchips auf. Mit unserer Spezialoptik aus transparentem Kunststoff werden diese Effekte kompensiert und eine nahezu homogene Lichtintensität auf dem Chip ermöglicht.“ Die Optik selbst besteht aus zwölf speziell gewölbten Freiformflächen, die jeweils vor den Lichtquellen platziert sind und so deren Strahlen optimal aufnehmen, brechen und auf die Gesichtsfläche des Objektivs verteilen. Bevor dieses Linsenarray realisiert werden konnte, musste zunächst die Art der Lichtquelle und deren Abstrahlverhalten analysiert werden. Die Wahl fiel dabei auf lichtstarke Weißlicht-, Rotlicht- und Infrarot-LEDs. Insgesamt drei Segmente à vier LEDs sind einzeln ansteuerbar (an- und ausschaltbar sowie dimmbar), sodass eine maximale Anzahl an individuell konfigurierbaren Beleuchtungssituationen erzeugt werden kann. Im nächsten Schritt wurde der Randlichtabfall des Objektivs bezogen auf sein Gesichtsfeld ermittelt. Unter Berücksichtigung der mechanischen Randbedingungen und anhand der vorliegenden Datensätze wurden Konzeptideen mittels Computersimulationen in Optik-Designs umgesetzt. „Jede einzelne Komponente dieses Designs sowie das gesamte System wurden anschließend auf die in der Simulation ermittelten Parameter hin getestet“, so Epple. Nach unzähligen Testreihen und Optimierungen wurde schließlich eine homogene Helligkeitsverteilung auf dem Bildchip sichergestellt. „Das ist ein riesiger Vorteil für unsere Kunden“, weiß auch Presales-Leiter Tobias Braun. „Bei siebzig bis achtzig Prozent der Vision-Anwendungen spielt die Optik und die Beleuchtung eine entscheidende Rolle. Da der weQube alles in einem Gehäuse vereint, spart man sich externe Beleuchtungen, die wiederum zusätzlichen Platz und Versorgungsleitungen benötigen.“ Mit dieser Vielzahl an Fähigkeiten und Ausstattungen wird der weQube in den kommenden Jahren um weitere Module ergänzt, sodass sein Potential in vollem Umfang genutzt werden kann.

www.wenglor.de

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