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USB3 Industriekameras in universell einsetzbaren Prüfzellen

Wachablösung

Gerade für Mehrkameralösungen hat der USB 3.0 Standard durch bidirektionale Kommunikation und das Wegfallen des Geräte-Pollings ideale Voraussetzungen geschaffen, um FireWire-Kameras auf dem Bildverarbeitungsmarkt zu ersetzen. Die weite Verbreitung und hohe Bandbreite der Schnittstelle sind weitere Gründe, die für USB 3.0 sprechen. Auch deshalb ersetzt der Systemintegrator Hayeg Processcontrol in seinen universellen Prüfsystemen FireWire-Kameras durch USB 3.0-Kameras und setzt hierbei auf das USB3 Vision Know-how in Form der mvBlueFOX3 USB 3.0 Industriekamera von MATRIX VISION.

Der Kosten- und Qualitätsdruck im Bereich der Automobil-Zulieferer und deren Zulieferer ist seit jeher hoch und betrifft ausnahmslos jedes Bauteil. Egal ob gestanzt, gespritzt, galvanisiert oder montiert, 100%-Kontrollen werden vorausgesetzt, auch wenn diese nicht immer realisierbar sind. Beispielsweise sorgen reflektierende Bauteile, geringe Messgrößen oder hohe Geschwindigkeiten, da technisch nur schwer lösbar, oft dafür, dass nur stichpunktartig getestet werden kann. Die Folgen, wie die Rücksendung von kompletten Chargen, werden in Kauf genommen, auch wenn dies einer Gratwanderung gleicht. Zum einen leidet das Image als Zulieferer, zum anderen entstehen erhebliche Folgekosten.

Als Systemintegrator mit direktem Kundenkontakt kennt die Firma Hayeg Processcontrol GmbH mit Sitz in Freyung natürlich die Problematik und hat infolgedessen 2011 die Entwicklung einer neuen Produktfamilie in die Wege geleitet. Im ersten Schritt wurde begonnen, eine eigene, intuitiv-bedienbare Bildverarbeitungssoftware mit „One-Touch-Bedienkonzept“ zu entwickeln. Neben der Oberflächenkontrolle gehörten auch Geometrieprüfungen und Montagekontrollen zu den erforderlichen Bildverarbeitungsaufgaben, welche die Software beherrschen sollte. Nach der Fertigstellung der Software folgte der zweite Schritt mit der Entwicklung einer modularen und universellen Prüfzelle. Konzipiert wurde die Zelle für berührungslose Oberflächenkontrollen und Messaufgaben in der Stanz- und Umformtechnik. Als Voraussetzung für die Hardware definierte Hayeg eine reproduzierbare Genauigkeit im Mikrometer-Bereich und Geschwindigkeiten von mehr als 2000 Teilen pro Minute. Die Prüfzelle sollte als modulares Element mit eigenem Bandantrieb flexibel in Produktionsstraßen eingebunden werden können.

Der eigene Bandantrieb erhöht die Flexibilität

Es zeigte sich, dass die besondere Herausforderung im Zusammenspiel von Führung, Mechanik, Kamera, Beleuchtung, Optik und der Umgebung lag. Die Mechanik wird oft unterschätzt, ist jedoch enorm wichtig für präzise Messungen. Die Idee war, dass die Prüfzelle je nach getestetem Bauteil reproduzierbar umgerüstet werden kann, was durch eine hochgenaue Skalierung der Mechanik ermöglicht werden sollte. So kann eine Maschine im Handumdrehen unterschiedliche Teile kontrollieren. Ebenso konnte für die Beleuchtung kein passendes Produkt gefunden werden, welches sofort nach dem Einschalten die volle Helligkeit erreicht, wenig Strom verbraucht, keine Helligkeitsschwankungen zeigt und eine lange Lebensdauer vorweist. Auch hier entwickelte Hayeg eine neue Beleuchtung in Eigenregie.

Oberflächenprüfung

Für die Mobilität der Prüfzelle und der Verwendbarkeit in rauen Umgebungen wie der Stanzerei oder der Montage ließ sich Hayeg etwas Besonderes einfallen. Das industrietaugliche Gehäuse ist zum einen mit Industrierollen versehen und fahrbar, zum anderen sorgt ein Lüftungsmanagement für Staubfreiheit im Gehäuse. Bei den Kameras vertraute Hayeg auf FireWire als robuste Schnittstelle. Eine hohe Bandbreite, eine standardisierte Kamerasteuerung und bestens geeignet für den Mehrkamerabetrieb sprachen für sich. Letzteres passte auch in das Konzept des modularen Systemaufbaus. Die Kamera kann mit bis zu sechs Kameras ausgestattet werden, sodass auch 3D-Aufnahmen möglich sind. Zusätzlich sorgen hochauflösende, telezentrische Industrieobjektive für verzerrungsfreie Bilder. Damit waren alle Komponenten ausgewählt, programmiert, entwickelt und integriert, sodass Hayeg mit dem Vertrieb der HCS getauften Serie starten konnte.

Doch lange währte die Freude über das innovative Ergebnis nicht. Während es 2011 die richtige Entscheidung war, hinsichtlich der Anforderungen auf FireWire zu setzen, kam das Ende der Schnittstelle schneller als gedacht und mündete in die Abkündigung der FireWire-Kamera durch den Hersteller. Der Grund für das schnelle Ende der Schnittstelle ist rasch gefunden: USB 3.0 und Windows 8. USB 3.0 bietet eine um den Faktor 5 höhere Bandbreite im Vergleich zu FireWire-b und ermöglicht somit Vision-Anwendungen mit höheren Bildraten, Auflösungen und anderen Pixelformaten. Des Weiteren ist die CPU-Auslastung bei USB 3.0 wie bei FireWire äußerst gering. Die Echtzeitfähigkeit dagegen sogar besser. Insgesamt zeigt USB 3.0 kürzere Latenz-/Jitterzeiten als FireWire. Dieses Paket in Verbindung mit der Abwärtskompatibilität trug dazu bei, dass die Schnittstelle innerhalb kürzester Zeit quasi zum Consumer-Standard wurde. Einen weiteren Tiefschlag versetzte der FireWire-Schnittstelle die Entscheidung von Microsoft, die Schnittstelle ab Windows 8 nicht mehr nativ zu unterstützen. Damit ging FireWire k.o.

Hayeg schreckte das Aus von FireWire nicht ab, sondern machte aus der Not eine Tugend. Ein kompetenter Ansprechpartner für die USB 3.0 Schnittstelle wurde in MATRIX VISION schnell gefunden. Mit USB 3.0 alleine ist es aber nicht getan. Ein Vorteil von FireWire war die standardisierte Schnittstelle zur Kamerasteuerung. Mit USB3 Vision gibt es diese auch für USB 3.0. Daher lag es auf der Hand, auf die Expertise eines USB3 Vision Standardisierungspioniers der ersten Stunde zu vertrauen. Die passende Kamera für die Prüfzelle war schnell gefunden. Die mvBlueFOX3-1020G mit einem 1/1,8“ CMOS-Sensor von e2v, 1600 x 1200 Pixel Auflösung und einer maximalen Framerate von 51,7 Hz erhöht die Auflösung des Prüfsystems und liefert mehr Bilder als der Vorgänger. Der Sensor hat zudem eine zu CCD-Sensoren vergleichbare Bildqualität und besticht durch eine sehr gute Empfindlichkeit. Durch die kleine und kompakte Bauform konnte die Kamera problemlos in das bestehende System integriert werden. Auch die Software-Anbindung konnte durch die Unterstützung von MATRIX VISION schnell vollzogen werden.

Gerhard Haydn, Geschäftsführer HAYEG Processcontrol GmbH

Die Bandbreite an unterschiedlichen Produktfamilien mit unterschiedlichen Schnittstellen war ein weiteres Plus von MATRIX VISION. So konnte mit der Low-Cost USB 2.0 Kamera mvBlueFOX-IGC die HSC-Serie um eine kostengünstige Variante erweitert werden.