Industrielle 3D-Kameras: Robuste 3D Vision Kamera für die Automatisierung – FRAMOS D435e mit GigE & IP66

3D-Kameras für industrielle Anwendungen müssen in rauen Produktionsumgebungen arbeiten und bewegte Objekte bei Geschwindigkeit zuverlässig erkennen, z. B. wenn die Kamera an einem Roboterarm montiert ist. Eine stabile und latenzfreie Datenübertragung über große Entfernungen – zum Beispiel mit GigE Vision – ist ebenso wichtig wie eine einfache Integration. FRAMOS – ein globaler Partner für Bildverarbeitungstechnologien – hat eine Industrieversion der Intel® RealSense™ Kamera entwickelt, die Gigabit-Ethernet-Konnektivität und ein staub- und wasserdichtes Gehäuse nach IP66 bietet. Die Kamera verfügt über eine fortschrittliche Sensortechnologie, die eine zuverlässige Leistung und hochauflösende Bilder in anspruchsvollen industriellen Umgebungen gewährleistet. Jetzt gibt es also eine einfache Möglichkeit, 3D-Vision in raue Umgebungen zu integrieren. Die Plug-and-Play-Lösung ermöglicht die Echtzeit-Positionierung, Orientierung und Verfolgung von Robotern, die Navigation für fahrerlose Transportsysteme (FTS) und viele andere „intelligente“ Maschinen, z.B. in der Medizintechnik.

In den letzten Jahren hat sich die industrielle Bildverarbeitung (Machine Vision) einen festen Platz in der Automatisierung gesichert, insbesondere in etablierten Bereichen wie der Produktion und der Qualitätskontrolle. Der nächste Schritt ist nun die 3D-Vision, eine Technologie, die das Potenzial hat, ganze Branchen zu verändern. Die Zukunft wird den intelligenten, „sehenden“ Geräten gehören. Robotik, fahrerlose Transportsysteme (AGVs) und medizinische Geräte können von den neuen Bildverarbeitungslösungen profitieren, insbesondere mit dem Aufkommen industrieller Kamerasysteme, die selbst sich schnell bewegende Objekte in rauen Umgebungen zuverlässig erkennen können. Ihre Echtzeit-Tiefendaten bilden die Grundlage für vollautomatische Prozesse in Produktionslinien, Logistik und industriellen Anwendungen, bei denen intelligente Geräte autonome Entscheidungen treffen. Darüber hinaus bietet die Kamera ein weites Sichtfeld, so dass Benutzer bei industriellen Anwendungen mehr Bereiche erfassen können, um das Situationsbewusstsein zu verbessern.

Tiefenkameras begannen ihren Aufstieg im Verbrauchersektor und dringen nun auch in industrielle Umgebungen vor. Dieser „Karriereweg“ hat sicherlich Vorteile mit sich gebracht: Große Stückzahlen bedeuten zum Beispiel erschwingliche Preise, während kurze Produktlebens- und Entwicklungszyklen der Technologie einen schnellen Fortschritt ermöglicht haben. Der technische Support hilft Ihnen bei der Integration der Kamera in verschiedene Projekte und sorgt für einen reibungslosen Einsatz und Betrieb. „Technologie von der Stange“ erleichtert die Handhabung ebenfalls. Die Vielseitigkeit der Kamera ermöglicht auch die Integration in andere Geräte wie Tablets und tragbare Scanner, wodurch sich die Einsatzmöglichkeiten für die 3D-Modellierung und das Scannen erweitern. Dadurch wird auch der gesamte Entwicklungsprozess der Vision beschleunigt. Dank der technologischen Fortschritte der Kamera eignet sie sich für Mixed-Reality-Anwendungen in der Industrie und Robotik und ermöglicht immersive und erweiterte Erlebnisse. Die RealSense™ Kameras von Intel® sind ein technologisch fortschrittliches und dennoch relativ preiswertes Beispiel für diese Technologie. Diese Technologie kann eine breite Palette von Projekten verbessern, indem sie robuste 3D-Vision-Funktionen für verschiedene Anwendungen bietet.

Einführung in 3D Vision

3D-Vision revolutioniert die Art und Weise, wie Maschinen ihre Umgebung wahrnehmen und mit ihr interagieren. Indem sie Bildverarbeitungssysteme in die Lage versetzt, Tiefeninformationen zu erfassen und zu verarbeiten, bringt die 3D-Vision-Technologie ein neues Maß an Intelligenz in die industrielle Automatisierung, Fabrikautomation und Robotik. Diese fortschrittlichen Systeme können komplexe Aufgaben mit größerer Effizienz und Genauigkeit ausführen, von der Objekterkennung und -verfolgung bis hin zur Navigation und Qualitätsprüfung. Indem sie der traditionellen Bildverarbeitung mehr Tiefe verleihen, versetzen 3D-Vision-Systeme Maschinen in die Lage, die Form, Position und Bewegung von Objekten in ihrer Umgebung zu verstehen, was sie in einer Vielzahl von Branchen unverzichtbar macht. Im Zuge der fortschreitenden Automatisierung eröffnet die Integration von 3D-Vision neue Möglichkeiten für eine intelligentere, anpassungsfähigere Fertigung und industrielle Abläufe.

3D Vision Technologie

Das Herzstück moderner Bildverarbeitungssysteme ist die 3D-Vision-Technologie, die mehrere Kameras, Sensoren und hochentwickelte Software kombiniert, um dreidimensionale Daten zu erfassen und zu analysieren. Diese Technologie ermöglicht die Erstellung detaillierter digitaler Modelle von Objekten und Umgebungen, so dass Maschinen ihre Umgebung mit hoher Genauigkeit interpretieren und auf sie reagieren können. Die Intel RealSense Technologie ist eine führende Lösung in diesem Bereich und bietet robuste Stereosicht- und fortschrittliche Tiefenerkennungsfunktionen für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen. Durch den Einsatz von Techniken wie Stereosehen, strukturiertes Licht und Time-of-Flight können 3D-Vision-Systeme die Form, Größe und räumliche Position von Objekten präzise messen. Dies macht sie ideal für anspruchsvolle Aufgaben wie Inspektion, Montage und Qualitätskontrolle, bei denen Genauigkeit und Zuverlässigkeit von größter Bedeutung sind. Dank ihrer Flexibilität und Skalierbarkeit können diese Systeme in einer Vielzahl von Umgebungen und Branchen eingesetzt werden und unterstützen die nächste Generation der intelligenten Automatisierung.

Tiefenkameras und 3D-Modellierung

Tiefenkameras sind wesentliche Komponenten in 3D-Vision-Systemen. Sie liefern genaue Messungen der Entfernung zwischen der Kamera und den Objekten in ihrem Sichtfeld. Durch die Integration der Daten von mehreren Tiefenkameras ist es möglich, detaillierte 3D-Modelle von Objekten und ganzen Umgebungen zu erstellen. Diese Fähigkeit ist besonders wertvoll in der industriellen Automatisierung, der Logistik und der Robotik, wo das Verständnis der genauen Position und der Abmessungen von Objekten entscheidend für effiziente Abläufe ist. Intel RealSense Tiefenkameras sind weithin für ihre hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit bekannt, was sie zu einer beliebten Wahl für eine Vielzahl von Industrie- und Automatisierungsaufgaben macht. Diese Kameras ermöglichen fortschrittliche Anwendungen wie Objekterkennung, Verfolgung in Echtzeit und autonome Navigation und tragen dazu bei, Prozesse zu rationalisieren und die Produktivität in einer Vielzahl von Umgebungen zu verbessern.

Geeignet für den industriellen Einsatz

Die industrielle Automatisierung hat andere Anforderungen als das Verbrauchersegment. 3D-Kameras für den industriellen Einsatz müssen in rauen Produktionsumgebungen funktionieren und bewegte Objekte bei Geschwindigkeit zuverlässig erkennen, z. B. wenn die Kamera an einem Roboterarm montiert ist. Eine stabile und latenzfreie Datenübertragung über große Entfernungen – zum Beispiel mit GigE Vision– ist ebenso wichtig wie eine einfache Integration. Mit der D435e 3D-Kamera (siehe Abb. 1) hat FRAMOS – ein globaler Partner für Bildverarbeitungstechnologien – Standards in diesem Bereich gesetzt, die die Entwicklung innovativer Bildverarbeitungsanwendungen in einer Vielzahl von Branchen beschleunigen werden.

Die Industrieversion der Intel® RealSense™ Kamera bietet Gigabit-Ethernet-Konnektivität und ein robustes staub- und wasserdichtes Aluminiumgehäuse der Schutzklasse IP66. Sie arbeitet zuverlässig bei Umgebungstemperaturen zwischen 0 und 55 °C und ist auch sonst bestens für den Einsatz unter rauen Produktionsbedingungen gerüstet. Das robuste Gehäuse und die wetterfesten Eigenschaften machen ihn für Außenanwendungen in industriellen und landwirtschaftlichen Umgebungen geeignet. Die schraubbaren Gigabit-Ethernet-(M12) und Stromversorgungsanschlüsse (M8, für 12 oder 24V) halten im Gegensatz zu USB-Kabeln Bewegungen und Vibrationen stand. Wenn Sie ohne separate Stromkabel arbeiten müssen, ist eine Version mit Power over Ethernet (PoE) erhältlich. Vier M3-Montagelöcher am Gehäuse erleichtern die Installation, z.B. bei der Befestigung in Roboteranwendungen. Auch lange Übertragungsstrecken sind kein Problem. Die Bilddaten werden in der Kamera vorverarbeitet und können über Kabel mit einer Länge von bis zu 100 m übertragen werden.

Neben dem Einsatz unter rauen Produktionsbedingungen ist die Kamera in der Lage, verschiedene Materialien, einschließlich flexibler Verpackungen, mit KI-gestützten 3D-Greif- und 3D-Vision-Systemen zu inspizieren und zu handhaben, um die Qualität zu gewährleisten und Fertigungsprozesse zu optimieren.

Leistung in einem kompakten Paket

Die leistungsstarke Technologie befindet sich gut geschützt im Inneren der äußerst kompakten Kamera, die 100 x 47 x 38 mm misst und nur 250 g wiegt. Ihre Hauptaufgabe ist es, in Stereo zu sehen – genau wie der Mensch es tut. Das Betrachten von Objekten und Dingen mit zwei Augen erzeugt eine echte, quantifizierte Tiefenwahrnehmung (siehe Abb. 2). Um dies zu erreichen, ist die Kamera mit dem Intel® D430 Tiefenmodul (0,9MP Auflösung), dem Intel® D4 Vision Processor für die Tiefenberechnung und einem zusätzlichen RGB-Kameramodul (2MP Auflösung) ausgestattet. Diese fortschrittlichen Funktionen ermöglichen eine präzise Erkennung, Messung und KI-Integration für verbesserte Inspektions- und Automatisierungsaufgaben.

Das Tiefenmodul und der Prozessor ermöglichen der Kamera eine detaillierte Analyse von Tiefendaten und Punktwolken und unterstützen die Erkennung von Objektformen, die Verfolgung und die Bewegungsanalyse für eine umfassende Objektbewertung.

Das RGB-Kameramodul unterstützt eine hochwertige Bildgebung, und die Einstellung des Bildkontrasts ist für eine optimale Fehlererkennung, OCR und Montageüberprüfung unerlässlich.

Die Kamera kann mit dem Intel® RealSense™ SDK 2.0 und jeder anderen GigE Vision Software verwendet werden. Die einfache Bedienung, die unkomplizierte Integration als Plug-and-Play 3D-Vision-Lösung und der erschwingliche Preis machen die robuste Kamera für zahlreiche Anwendungen geeignet, denn immer mehr Branchen verlangen heute innovative 3D-Vision-Lösungen. Die Kamera ist auch in der Lage, die Oberfläche von Materialien auf Dellen, Kratzer und Unregelmäßigkeiten zu untersuchen und damit die Qualitätskontrolle zu verbessern.

Dank ihrer kompakten Größe eignet sich die Kamera ideal für den Einsatz in engen Industrieumgebungen und optimiert den verfügbaren Platz in Logistik-, Lager- und Produktionsbereichen.

Tiefensensorik und Objekterkennung

Die Tiefenerkennung ist ein grundlegendes Element fortschrittlicher 3D-Vision-Systeme. Sie ermöglicht es Maschinen, die Entfernung zu Objekten und Oberflächen in ihrer Umgebung genau zu bestimmen. In Kombination mit leistungsstarken Objekterkennungsalgorithmen ermöglicht die Tiefenerkennung die Identifizierung und Verfolgung von Objekten in Echtzeit und unterstützt so komplexe Aufgaben in der Fertigung, Logistik und darüber hinaus. Die Intel RealSense Technologie bietet hochmoderne Tiefensensorfunktionen und ermöglicht es Entwicklern, Bildverarbeitungssysteme zu entwickeln, die sich an unterschiedliche Umgebungen und schwierige Bedingungen anpassen können. Ganz gleich, ob sie in Produktionsstätten in Innenräumen oder in weitläufigen Logistikzentren im Freien eingesetzt werden, diese Systeme bieten die Präzision und Flexibilität, die für Aufgaben wie Montage, Qualitätskontrolle und Bestandsverwaltung erforderlich sind. Durch die Nutzung des vollen Potenzials von Tiefensensorik und Objekterkennung kann die Industrie ein neues Niveau an Automatisierung, Effizienz und Einblick erreichen.

Mögliche Anwendungen in allen Arten von Industrien

Es gibt interessante Möglichkeiten für die industrielle Tiefenkamera in der Robotik. Ein „sehender“ Roboter kann z.B. bei Pick-and-Place-Anwendungen verschiedene Teile erkennen und sie entsprechend ablegen – auf einer Bearbeitungsstation, einem Förderband oder einem fahrerlosen Transportsystem (siehe Abb. 3). 3D-Vision verleiht diesen fahrerlosen Systemen eine völlig autonome Mobilität, die es ihnen ermöglicht, sich völlig sicher zu bewegen und Menschen oder anderen Systemen ohne zusätzliche Installationen wie Schienen oder Markierungen auszuweichen. 3D-Vision wird auch zunehmend in mobilen Robotern eingesetzt, um deren Fähigkeit zu verbessern, sich in alltäglichen Umgebungen zurechtzufinden und diese zu interpretieren. Die Kamera spielt eine entscheidende Rolle bei der Kollisionsvermeidung. Sie ermöglicht die Erkennung von Hindernissen und eine intelligente Navigation, um Unfälle bei der autonomen Bewegung zu vermeiden. Eine weitere Anwendung findet sich in der Medizintechnik, wo Geräte mit Kamerasystemen automatisch eine optimale Ausrichtung auf den Patienten sicherstellen und beibehalten können (siehe Abb. 4). Die Fähigkeit der Kamera verbessert Robotik- und Gesichtserkennungssysteme und ermöglicht es Maschinen, ihre Umgebung besser zu verstehen, darauf zu reagieren und mit ihr zu interagieren. Das fortschrittliche maschinelle Sehen bietet Robotern eine bessere Sicht und ermöglicht ein genaueres Verständnis der Umgebung. Die Integration von 3D-Vision wird durch ein robustes Bildverarbeitungssystem unterstützt, das die Objekterkennung, Messung und Automatisierung in verschiedenen Anwendungen ermöglicht. Auch die Bewegungsanalyse ist für die Objektverfolgung und das räumliche Bewusstsein in der Robotik von entscheidender Bedeutung und unterstützt präzise Bewegungs- und Verfolgungsfunktionen.

Die kollaborative Robotik ist ein weiterer Bereich, der von innovativen 3D-Vision-Lösungen profitiert. Technische Teams profitieren von diesen Lösungen bei multidisziplinären Projekten wie Robotik, KI und der Entwicklung immersiver Technologien. „Sehende“ Cobots sind viel besser in der Lage, mit Menschen zu interagieren, was bedeutet, dass sie mehr leisten und flexibler eingesetzt werden können. Gestensteuerung ist in diesem Zusammenhang ein vielversprechender Forschungsbereich, und auch der Einzelhandel kann von 3D-Vision profitieren. Wenn Einzelhändler sehen können, wie sich ihre Kunden im Laden bewegen oder wann und wo sie stehen bleiben, sagt ihnen das schon viel. Intelligente Analysetools für den Einzelhandel können dann noch aufschlussreichere Erkenntnisse liefern. Die Vorstellungskraft des Benutzers ist praktisch die einzige Grenze für die innovativen Möglichkeiten, die 3D-Vision eröffnet, und es liegt eine spannende Reise vor uns.