Zweimal 3D
Einheitliche Sensorplattform für Stereo Vision und ToF
Die beiden Sensorvarianten der Serie SmartRunner Explorer 3D von Pepperl+Fuchs bieten zwei 3D-Technologien (Stereo Vision und Time of Flight) auf derselben Plattform. Die kostenfreie Software ViSolution ermöglicht zudem eine einfache Bedienung der Sensoren.
Bild 1 | Erkennen eines Palettenfußes mit dem Time-of-Flight Sensor SmartRunner 
Explorer 3D.  Für dieselbe Geräteplattform gibt es auch eine Stereo Vision Variante 
mit gleichem Gehäuse, Anwendersoftware und Datenausgabe.
Bild 1 | Erkennen eines Palettenfußes mit dem Time-of-Flight Sensor SmartRunner Explorer 3D. Für dieselbe Geräteplattform gibt es auch eine Stereo Vision Variante mit gleichem Gehäuse, Anwendersoftware und Datenausgabe.Bild: Pepperl+Fuchs Vertrieb Deutschland GmbH

Die neue Sensorserie SmartRunner Explorer 3D bietet hochpräzise Lösungen für viele 3D-Einsatzgebiete. Zwei Varianten mit unterschiedlichen 3D-Messverfahren (Stereo Vision und Time-of-Flight) beruhen auf derselben Plattform mit gleichem Gehäuse, einheitlicher Anwendersoftware und Datenausgabe. Der Integrationsaufwand wird dadurch beträchtlich reduziert. Eine typische 3D-Anwendung ist die Kontrolle von Getränkekisten mit frisch abgefüllten Flaschen: Sind alle Fächer belegt? Sitzen die Schraubverschlüsse richtig? Mit einem 2D-Sensor würde die Tiefeninformation der z-Achse fehlen, um diese Fragen zuverlässig zu beantworten. Ein 3D-Gerät jedoch liefert präzise Daten, um die Platzierung der Flaschen und Verschlüsse in einem automatisierten Durchgang zu erfassen. Für die flexible Abstandsmessung in einem großen Messbereich ist die Steuerung fahrerloser Fahrzeuge (AGV) ein weiteres Beispiel. Typische Fragen sind hier: Welche Hindernisse sind zu umfahren? Wo genau befinden sich die Aussparungen im Palettenfuß? Herkömmliche 2D-Sensoren sind bei solchen Anwendung meist auf nur eine der genannten Aufgaben spezialisiert. In vielen Fabrikationsbetrieben kommen jedoch beide Arten der Anwendung parallel vor. Die Verwendung einer einheitlichen Sensor-Plattform schafft hier das Potenzial für eine deutliche Reduktion des Integrationsaufwandes.

Bild 2 | Stereo-Vision mit dem SmartRunner Explorer 3D bei der Kontrolle 
von Getränkekisten mit frisch abgefüllten Flaschen.
Bild 2 | Stereo-Vision mit dem SmartRunner Explorer 3D bei der Kontrolle von Getränkekisten mit frisch abgefüllten Flaschen.Bild: Pepperl+Fuchs Vertrieb Deutschland GmbH

Einheitliche Datenausgabe

Die Serie SmartRunner Explorer 3D umfasst Sensoren in zwei Ausführungen: a) Stereo-Vision für die 3D-Erfassung im Nahbereich und b) Time-of-Flight (ToF) für die Überwachung eines Bereichs bis 10m. Es handelt sich in beiden Fällen um Rohdatensensoren, die kalibriert ausgeliefert werden. Bei Stereo-Vision findet die Vorverarbeitung der Messdaten direkt im integrierten FPGA des Gerätes statt. Mit dem Sensor lassen sich hochpräzise 3D-Punktwolkenbilder erstellen, die eine exakte Darstellung gescannter Objekte ermöglichen. Aufgrund der optimierten Tiefeninformation in z-Richtung werden so neue Anwendungsfelder erschlossen, die mit vergleichbaren Sensoren aus diesem Marktsegment nicht zugänglich wären. Beide Sensorvarianten verwenden eine identisch standardisierte Datenstruktur und die Anwendersoftware ViSolution. Für die zielgerichtete Visualisierung von 2D- und 3D-Daten werden nur wenige Klicks benötigt. Die Integration eines ersten Gerätes der Serie kann für weitere Geräte in beiden Varianten und für unterschiedliche Anwendungsspektren dupliziert werden. Dank GigE-Interface ist eine schnelle Datenübertragung sichergestellt. Das für beide Geräteversionen einheitliche Aluminiumgehäuse leitet die Betriebswärme ab und verhindert Temperatureinflüsse. Die Kameralinse wurde speziell für die SmartRunner-Serie entwickelt.

Inspektion mit Stereo Vision

Das Stereo-Vision-Gerät mit einer Reichweite von 1m ist für Inspektionsanwendungen optimiert. Im Abstand von 600mm hat der Erfassungsbereich eine Größe von 400×350, bei 900mm Distanz sind es 550x500mm. Die Stereo-Vision-Variante ist mit zwei Kameras ausgestattet, die über eine Auflösung von 1,4MP verfügen. Im ersten Schritt ermittelt der Sensor ein Disparitätenbild, indem er die aufgenommenen 2D-Bilder automatisch überlagert und ein 3D-Punktwolkenbild erzeugen. Ein anwendungsbeispiel bietet das Abpacken von Bananen: Die Kisten sollen möglichst vollgepackt sein; es darf aber nichts überstehen, da schon eine gequetschte Frucht die Fäulnis des gesamten Inhalts auslösen kann. Die 3D-Erfassung mit dem SmartRunner Explorer verhindert das zuverlässig.

Lösung mit Time-of-Flight

Die ToF-Variante verfügt über eine Kamera mit VGA-Auflösung (640×480 Pixel) und eine Messrate von 30Hz. Damit eignet sie sich besonders für Anwendungen mit größerem Messbereich, bei denen es auf schnellere Reaktionszeiten ankommt. Die DuraBeam Beleuchtung des Sensors emittiert Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 940nm. Das macht den ToF-Sensor unempfindlich gegenüber Fremdlicht auch im Außenbereich. Das Gerät gibt Daten in Form eines Tiefenbilds sowie einer Höhenkarte mit 2D-Informationen in x/y-Richtung aus. Daraus lässt sich wiederum ein 3D-Punktwolkenbild erstellen. Die Detektion erfolgt mittels einer 4-Phasen-Messung, die für die Optimierung des Nutzsignals sowie der Messergebnisse sorgt. Diese können z.B. in die Steuerung eines fahrerlosen Transportfahrzeugs (AGV) eingespeist werden. Der Sensor erkennt ob und wie die angesteuerte Palette beladen ist und führt die Gabelzinken eines Gabelstaplers zu den Aussparungen im Palettenfuß. Inbetriebnahme und Parametrierung können in der Anwendersoftware ViSolution anhand von Livedaten durchgeführt werden. Der Gerätetausch erfolgt Plug&Play, bei der Montage helfen ein Ausrichtlineal und Ausrichtungsbohrungen am Gehäuse. Eine Neukalibrierung ist dabei nicht nötig.

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