Pick-&-Place-System mit einer Computer Vision Kamera
Max Reijngoudt
Die korrekte Integration von Computer Vision Kameras ist für Pick-&-Place-Vision-Systeme in der Automatisierung von großer Bedeutung. Einfach ausgedrückt ist Pick-and-Place-Automatisierung der Prozess, bei dem Maschinen Produkte aufnehmen und an vorgesehene Positionen bewegen. Stellen Sie sich eine Produktionslinie vor, auf der Produkte von einem Behälter in einen anderen transportiert werden. Präzision ist entscheidend, und die Auswahl der passenden Computer Vision Kamera in Ihrer Anlage ermöglicht dies. Ob Sie sie in Ihrer Verpackungsanlage, Ihrem Logistiklager oder in einer Fertigungsstätte einsetzen – unsere Industriekameras bieten die vision Lösung, die Sie für Ihr Pick-and-Place-System benötigen. Dieser Artikel konzentriert sich hauptsächlich auf den Einsatz eines Roboterarms, der mit einer Computer Vision Kamera für diese Aufgabe ausgestattet ist.
Die am Roboterarm montierte Bildverarbeitungskamera sorgt für eine genaue Identifizierung und Positionierung der Produkte in einer Schachtel. Durch die Bildverarbeitung bestimmt das System die genaue Ausrichtung jedes Artikels. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Roboterarm die Artikel richtig greift und sie geordnet auf einer Palette ablegt.
In nur fünf Schritten leitet dieser Artikel Sie bei der Auswahl der richtigen Bildverarbeitungs-Kamerahardware für Ihr Pick-and-Place-System an.
Table of contents
Auswahl von Computer Vision Kameras
In diesem speziellen Fall begann unser Bildverarbeitungsexperte mit einer Empfehlung für die Hauptkomponente des Pick-and-Place-Vision-Systems: die Industriekamera. Bei der Auswahl der geeigneten Kamera sind einige Spezifikationen entscheidend:
Kamera-Schnittstelle
Für ein Bildverarbeitungssystem wie die Pick-and-Place-Roboteranwendung stehen verschiedene Schnittstellen zur Auswahl: USB3 und GigE sind die von unseren Kunden am häufigsten verwendeten Schnittstellen. Die USB3-Schnittstelle ist ideal für Projekte, bei denen die Distanz zwischen PC und Kamera maximal 4,6 Meter beträgt. Die Kabellänge ist begrenzt, oder es sollten spezielle aktive Hochflexkabel verwendet werden. Dies wird bei diesem Roboter-Vision-System empfohlen, mehr dazu finden Sie weiter unten in diesem Artikel im Abschnitt „Eigenschaften des Vision-Systems“. Darüber hinaus haben USB3-Kameras eine viermal höhere Bandbreite als GigE-Kameras. Im Gegensatz zur USB3-Schnittstelle eignen sich GigE-Kameras hervorragend für Projekte, bei denen die Distanz zwischen PC und Kamera bis zu 100 Meter beträgt.
In dieser Anwendung war eine hohe Bandbreite nicht erforderlich und die Entfernung zwischen PC und Kamera betrug nur 4 Meter. Der Kunde wollte jedoch, dass die Installation der Kamera so einfach wie möglich ist. Unsere Erfahrung zeigt, dass die GigE-Verbindung durch unsere Kunden als stabiler empfunden wird, eine USB3-Kamera jedoch schnell und einfach zu installieren ist. Aus diesem Grund riet der Bildverarbeitungsexperte zur Verwendung einer Computer-Vision-Kamera mit USB3-Schnittstelle.
Farb- oder Monochromkamera?
Alle unsere standard Computer-Vision-Kameras, die üblicherweise für Anwendungen wie ein Pick-and-Place-Roboter-Vision-System verwendet werden, sind sowohl in Schwarzweiß als auch in Farbe erhältlich. Für die Anwendung unseres Kunden war eine Farbkamera erforderlich. Der Grund dafür war der Wunsch, verschiedenfarbige Produkte voneinander zu unterscheiden.
Global Shutter vs. Rolling Shutter
Wir haben zwei Arten von Computer-Vision-Kameras im Angebot: Global-Shutter-Kameras und Rolling-Shutter-Kameras. Der Unterschied zwischen diesen Beiden wird in diesem Artikel über Global-Shutter- und Rolling-Shutter-Kameras ausführlich erläutert. Der Hauptunterschied besteht darin, dass Global-Shutter-Kameras perfekt für Bildverarbeitungssysteme geeignet sind, bei denen sich die Kamera oder das Objekt bewegt, während die Bilder erfasst werden. Im Gegensatz dazu eignen sich Rolling-Shutter-Kameras besser für Bildverarbeitungssysteme, bei denen sowohl das Objekt als auch die Kamera stillstehen, wenn die Bilder aufgenommen werden. Rolling-Shutter-Kameras eignen sich hervorragend für eine stationäre Einrichtung, sind etwas eingeschränkter, dafür aber auch preiswerter.
Für dieses Pick-and-Place-Vision-System empfahl der Bildverarbeitungsexperte eine Global-Shutter-Kamera zu verwenden. Der Grund dafür ist die Tatsache, dass sich der Roboterarm, an dem die Kamera befestigt ist, bei der Aufnahme der Bilder bewegen könnte.
Bildverarbeitungskamera-Auflösung
Unser Kunde gab an, dass er eine Systemauflösung von mindestens 0,3 mm/Pixel bei einem Sichtfeld von 500 x 375 mm haben wollte. Mit dieser Mindestauflösung sollten sie in der Lage sein, die folgenden Inspektionstätigkeiten durchzuführen:
🔸 Präzise Formkontrolle: Um alle Produkte zu erfassen, sollte die Bildverarbeitungskamera in der Lage sein, die Form der Produkte zu bestimmen. Da die Produkte sowohl rechteckig als auch quadratisch sein können, ist eine präzise Formkontrolle wichtig.
🔸 Genaue Kontrolle der Abmessungen: Die Produkte, die der Roboterarm aufnehmen soll, gibt es in vier verschiedenen Größen. Das kleinste Produkt hat Abmessungen von 10x5 cm, das Größte ist 10x25 cm groß. Die Kamera soll mit einer zusätzlichen Bildverarbeitungssoftware die Abmessungen der Produkte genau bestimmen, um sie korrekt aufzunehmen.
🔸 Präzise Farbkontrolle: Wie bereits erwähnt, können die Produkte unterschiedliche Farben haben. Der Hintergrund muss von den Produkten unterschieden werden können. Deshalb ist eine ausreichende Auflösung für eine präzise Farbkontrolle von Bedeutung.
Objektivauswahl für Pick & Place System
Eine Kamera kann nicht ohne ein Objektiv verwendet werden. Um herauszufinden, welches C-Mount-Objektiv am besten für die 3MP-USB3-Kamera geeignet ist, hat der Bildverarbeitungsexperte einige Berechnungen in unserem Objektivrechner durchgeführt. Die Berechnung basierte auf den folgenden Spezifikationen:
Erforderliches Sichtfeld = 500x375mm
Maximaler Arbeitsabstand = 1300mm
Der Objektivrechner zeigt, dass bei einem Arbeitsabstand von genau 1300mm die berechnete Brennweite des Objektivs 18MM beträgt. Ein C-Mount-Objektiv mit dieser Brennweite gibt es nicht, daher wird ein Objektiv mit 16MM Brennweite empfohlen. Der Arbeitsabstand kann auf 1150mm reduziert werden, um ein Sichtfeld von 500x375mm zu erhalten. Dies ist auf dem Screenshot des Objektivrechners zu sehen.
Für dieses Pick-and-Place-Vision-System empfahl der Bildverarbeitungsexperte die Verwendung unseres lichtempfindlichen 16MM C-Mount-Objektivs in Kombination mit der 3MP-Computer-Vision-Kamera. Das Objektiv hat eine minimale Blendenzahl von F1,4 und ist damit eines der lichtempfindlichsten Objektive, die wir anbieten. Darüber hinaus beträgt das Auflösungsvermögen des Objektivs 160 lp/mm bei einer Kamera mit einer Pixelgröße von 3,45 µm.
Vision System Attribute
Eine Einrichtung für das Pick-and-Place-Bildverarbeitungssystem ist ohne das erforderliche Kamerazubehör nicht vollständig. Der Kunde benötigte weder ein wasserdichtes Kameragehäuse noch zusätzliche E/A-Kabel für die Auslösung oder anderes Zubehör. Dennoch wurde das System um die folgenden beiden Attribute erweitert.
Highflex USB3-Kabel für Roboterarm
Um eine stabile Verbindung zwischen der USB3-Kamera und dem PC zu gewährleisten, empfehlen wir unseren Kunden immer unsere USB3-Kabel. Für dieses spezielle Pick-and-Place-Bildverarbeitungssystem schlug der Bildverarbeitungsexperte die Verwendung unserer highflex aktiven USB3-Kabel vor. Unsere hochflexiblen Kabel sind für den Einsatz in Anwendungen konzipiert, bei denen sie kontinuierlichen Bewegungen ausgesetzt sind. In diesem Fall bewegt sich der Roboterarm kontinuierlich und der Kunde profitiert von der Verwendung von highflex USB3-Kabeln anstelle eines 4,6 m langen Standard-USB3-Kabels. Die hochflexiblen Kabel verfügen über eine Schraubensicherung, halten länger und sind widerstandsfähiger gegen Bewegungen. Die Entfernung zwischen der Kamera und dem PC beträgt etwa 4 Meter, daher können unsere 5 Meter langen USB3-Highflex-Kabel bedenkenlos verwendet werden.
Montageplatte für Computer Vision Kamera
Bei einer Bildverarbeitungsanwendung, bei der sich ein Roboterarm kontinuierlich bewegt, wie z.B. bei diesem Pick-and-Place-System, ist eine korrekte Kameramontage unerlässlich. Um die Montage der Kamera zu erleichtern, kann eine unserer Montageplatten verwendet werden. Durch die Verwendung einer Montageplatte zur Befestigung der Kamera am Roboterarm wird die Computer-Vision-Kamera selbst nicht beschädigt. Unsere 3MP-Kamera ist Teil der MER2-Kameraserie und kann dementsprechend in Kombination mit dieser Montageplatte für MER2-Kameras verwendet werden.
Vision Integrator für Bestückungsautomaten
Da dieser Kunde keine Erfahrung mit der Nutzung von Computer-Vision-Kameras für ein Pick-and-Place-System hatte, wünschte er sich zusätzliche Unterstützung bei der Integration. VA Imaging ist spezialisiert auf Hardware und exzellenten Produktsupport durch Bildverarbeitungsexperten. Unsere technischen Support-Techniker sind zwar vor Ort (z. B. in den Niederlanden und Deutschland) verfügbar, unsere Expertise erstreckt sich jedoch nicht auf die Integration der Bildverarbeitungssoftware und den Besuch vor Ort zur Implementierung der gesamten Hardware.
Für Anwendungen wie diese Pick-and-Place-Maschine mit Bildverarbeitungskameras stehen uns jedoch Partner zur Verfügung, die gerne unterstützen. In Ländern wie Deutschland, den Niederlanden und Belgien können diese Partnerunternehmen nahtlos mit unseren Computer-Vision-Kameras arbeiten und sich um die Software und die Integration vor Ort kümmern. Deshalb haben wir diesen Kunden mit einem unserer Partner in Kontakt gebracht, der auf Pick-and-Place-Systeme mit integrierter Bildverarbeitungskamera spezialisiert ist.
Unterstützung für Pick & Place Vision-Systeme
Möchten Sie, dass wir Sie mit einem unserer Partner, einem Vision-Integrator, in Kontakt bringen? Oder kann Ihnen einer unserer Bildverarbeitungsexperten bei der Entwicklung Ihres eigenen Pick-and-Place-Vision-Systems mit Computer-Vision-Kameras helfen? Kontaktieren Sie uns gerne über das untenstehende Formular!
