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2D/3D-Vision-Sensoren mit universellen Schnittstellen GenICam und ROS

So wird komplexe Bildverarbeitung ganz leicht

Vision-Sensoren spielen in Produktion und Logistik eine immer größere Rolle. Je höher der Grad der Automation, desto wichtiger wird eine intelligente Bildverarbeitung. Um diese komplexe Aufgabe für die Anwender so einfach wie möglich zu machen, bietet Pepperl+Fuchs die bewährte Sensorserie SmartRunner Explorer mit den universellen Schnittstellen GenICam und ROS an. Diese bieten Zugang zu umfassenden Bibliotheken und ermöglichen eine einfache Integration.
 3D-Vermessung von Paketen auf einem Förderband mit dem 
SmartRunner Explorer
3D-Vermessung von Paketen auf einem Förderband mit dem SmartRunner ExplorerBild: Pepperl+Fuchs SE

Die Serie SmartRunner Explorer nutzt kamerabasierte Technologien, die sich in langjähriger Praxis und in zahllosen Anwendungen bewährt haben. Sie umfasst Sensoren mit drei verschiedenen Technologien, die jeweils für unterschiedliche Aufgaben optimiert sind – von der Objektvermessung über die Füllstandmessung bis zur Steuerung fahrerloser Transportsysteme.

 Mit GeniCam sind zahlreiche einfache Umsetzungsoptionen möglich.
Mit GeniCam sind zahlreiche einfache Umsetzungsoptionen möglich. Bild: Pepperl+Fuchs SE

Wahl zwischen drei Sensortechnologien

Der SmartRunner Explorer 2-D vermisst mit einem hochauflösenden 1,2MP-CMOS-Sensor Höhenprofile und Kantenverläufe mit hoher Präzision. Zusätzlich ist er mit einer LED-Einheit für homogene Flächenbeleuchtung ausgestattet. Als einziger Lichtschnittsensor auf dem Markt bietet er damit neben den hochgenauen Profil-Messdaten auch ein Flächenbild für Diagnose für Dokumentation. Das Gerät ist unempfindlich gegen Fremdlicht und spiegelnde Oberflächen, es detektiert auch bei wenig Kontrast zuverlässig. Der kompakte Sensor verfügt über einen schwenkbaren Anschluss und kann selbst unter beengten Verhältnissen eingepasst werden. Er eignet sich für Prüf-, Kontroll- und Vermessungsaufgaben.

Der SmartRunner 3-D ToF nutzt ein Lichtlaufzeitverfahren, um Objekte und Hindernisse innerhalb eines großen Arbeitsbereichs von 0,5 bis 7,5m Distanz zu detektieren. Er sendet moduliertes Licht aus, das von Objekten im Sichtfeld reflektiert und mit einer Auflösung von 640×480 Pixel erfasst wird. Seine 940nm-Wellenlänge macht ihn unempfindlich gegen Beeinträchtigung durch Tages- oder Fremdlicht. Das Gerät gibt bis zu dreißigmal pro Sekunde eine 3D-Punktwolke aus. Mit seiner großen Reichweite und hohen Messfrequenz ist der Sensor besonders für dynamische Anwendungen wie den Einsatz in Robotersteuerungen geeignet.

Der SmartRunner 3-D Stereo-Sensor ist mit einer Auflösung von 1,4MP für Aufgaben im Bereich Objekterkennung und Volumenvermessung, in wenigen Metern Entfernung, ausgelegt. Das System arbeitet mit zwei versetzt angeordneten Kameras und einer Lichtquelle, die strukturiertes Licht auf das Objekt projiziert. Aus den beiden 2-D-Bildern wird mithilfe bekannter Informationen wie Kameraabstand und Kalibrierdaten ein Disparitätsbild sowie eine 3D-Punktewolke berechnet. Zu den typischen Einsatzgebieten gehören Pick&Place-Anwendungen, Palettierung, Objektvermessung, Anwesenheitskontrolle und Füllstandmessung.

Von den Rohdaten zur Anwendung

Die Geräte der SmartRunner Explorer-Serie sind als Rohdatensensoren verfügbar und werden kalibriert ausgeliefert. Ihre Messdaten übermitteln sie an eine externe Auswerteeinheit, in der Regel einen Industrie-PC. Die direkte Weiterverarbeitung der Daten auf dem PC eröffnet den Anwendern alle denkbaren Freiheiten; erfordert aber zugleich einen beträchtlichen Programmieraufwand. Dazu gehört nicht zuletzt die intensive Einarbeitung in sensorinterne Architekturen und Datenstrukturen.

Dieser Schritt entfällt und die Integration des Sensors wird um Dimensionen einfacher, wenn hier universelle Schnittstellen wie ROS (Robot Operating System) oder GenICam (Generic Interface for Cameras) genutzt werden. Sie eröffnen den vollen Zugriff auf zahlreiche fertige Software-Werkzeuge und Auswerteroutinen, die bei eigener Programmierung eine längere Vorbereitung in Anspruch nehmen würden. Die Serie bietet beide Schnittstellen an.

Wer mit den herstellerübergreifenden Schnittstellen vertraut ist, kann beliebige Vision-Sensoren anbinden ohne sich mit den Besonderheiten einzelner Systeme auseinanderzusetzen. Zudem können alle SmartRunner Explorer über eine proprietäre Programmierschnittstelle (DLL) in C# eingebunden werden. Zusätzlich gibt es Wrapper für C und Python. Alle Treiber und Programmierschnittstellen für ROS, GenICam sowie die DLL für C#, C und Python können im Web kostenlos bei Pepperl+Fuchs abgerufen werden.

Schnittstellen und Bibliotheken

Das ROS ist ein Open-Source-System mit zahlreichen Tools und Softwarebibliotheken, mit denen sich Applikationen sehr einfach testen und umsetzen lassen. Die Anwender können auf die Unterstützung einer weltweiten Community sowie auf zahllose vorprogrammierte Anwendungsfälle zurückgreifen. Die ROS-Schnittstelle ermöglicht vom PC aus den einfachen Zugriff auf die Messergebnisse und Konfigurationsdaten der Explorer-Sensoren. Dabei sind Standardbefehle aus Programmbibliotheken nutzbar, die für alle unterstützten Sensoren einheitlich definiert sind. Die Hardware ist so per Gerätetreiber von der proprietären Programmierschnittstelle entkoppelt.

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