Beckhoff launcht eigenes Hardware-Portfolio für Bildverarbeitung

Steuerungsintegrierte Vision-Komplettlösung

Als Spezialist für PC-basierte Automatisierung setzt Beckhoff auf die durchgängige Integration aller Maschinenfunktionen in einer Steuerungsplattform. Hierzu zählt mit TwinCAT Vision bereits seit 2017 auch die Bildverarbeitung - zumindest softwareseitig. Mit der Einführung eines umfassenden Portfolios an Kameras, Objektiven und Beleuchtungen wird dieser Bereich nun auch auf der Hardware-Seite vervollständigt.
 Die neue Vision-Hardware von Beckhoff zeichnet sich durch robustes Design sowie hohe Skalierbarkeit und Langzeitverfügbarkeit aus.
Die neue Vision-Hardware von Beckhoff zeichnet sich durch robustes Design sowie hohe Skalierbarkeit und Langzeitverfügbarkeit aus.Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Mit Beckhoff Vision steht den Maschinenbauern und Endanwendern jetzt ein komplettes Bildverarbeitungssystem zur Verfügung, das von der Software bis zur Beleuchtung alle erforderlichen Komponenten abdeckt. Nahtlos in die Ethercat-basierte Steuerungstechnik integriert, erschließt es den Nutzern verschiedene Vorteile, z.B. hochgenaue Synchronisation mit allen Maschinenprozessen, reduzierte Engineering- und Hardwarekosten sowie Vereinfachung bei Inbetriebnahme und Support. Das Bildverarbeitungsportfolio umfasst nun ergänzend zur Software TwinCAT Vision folgende Hardware:

  • die Flächenkameras VCS2000
  • die robusten C-Mount-Objektive VOS2000 und VOS3000
  • Multi-Color-LED-Beleuchtungen als Balken-, Flächen- und Ringbeleuchtung (VIB2000, VIP2000 und VIR2000)
  • die VUI-Kompletteinheiten (Vision Unit Illuminated) bestehend aus Kamera, Beleuchtung und fokussierbarer Optik

Im Vordergrund der Entwicklung von Beckhoff stand von Beginn an die Eignung für den industriellen Einsatz – sowohl der einzelnen Vision-Komponenten als auch des Komplettsystems. Zu den entsprechenden Designaspekten zählen das IP65/IP67-Gehäuse aus eloxiertem Aluminium und gehärtetem Glas, glatte Flächen für eine hohe Beständigkeit gegen Reinigungsmittel und andere Chemikalien, diverse Befestigungs- und Anwendungsmöglichkeiten sowie ein optionaler Splitterschutz. Die nahtlose Integration – nicht nur der einzelnen Komponenten zum Komplettsystem, sondern auch mit der Maschinensteuerung – erschließt ein großes Anwendungs- und Verbesserungspotenzial für den Maschinen- und Anlagenbau. So ist das Vision-System hochgenau synchronisierbar mit allen Steuerungsprozessen und Abläufen. Die Implementierung in die Standard-Automatisierung ermöglicht zudem die Durchgängigkeit im Zusammenspiel aller weiteren Komponenten. Hinzu kommt, dass sich Kamerasystem und Beleuchtung je nach Applikationsanforderung getrennt oder zusammen als integrierte Unit montieren lassen. Das integrierte Konzept bietet auch aus Sicht der Projektierung Vorteile: Engineering-Aufwand und Hardwarekosten werden reduziert, Systemintegration, Inbetriebnahme und Support vereinfacht.

Die Realisierung von Echtzeitapplikationen wird durch die vollständige Integration in das Ethercat-System ebenfalls unterstützt. Es ist z.B. eine vereinfachte und synchronisierte Trigger-Erzeugung für Bildeinzug und Belichtung direkt aus dem System heraus möglich. Das Vision-System kann weiterhin ohne großen Aufwand mit allen Steuerungsprozessen und cloudbasierten Diensten verknüpft und synchronisiert werden – und das mit allen bekannten Vorteilen der Ethercat-Diagnose. Insgesamt ergeben all diese Faktoren aus Maschinensicht eine erhöhte Prozesseffizienz durch verkürzte Reaktionszeiten, höhere Taktzahlen und beschleunigte Bearbeitungsprozesse, und zwar bei reduziertem Hardware- und Verdrahtungsaufwand sowie geringem Bauraum und Anlagen-Footprint.

 Die VUI-Einheiten bieten einen All-in-one-Ansatz, der Kamera, Beleuchtung und Optik in einer Baugruppe vereint.
Die VUI-Einheiten bieten einen All-in-one-Ansatz, der Kamera, Beleuchtung und Optik in einer Baugruppe vereint.Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Leistungsfähige Kameras

Die Flächenkameras der Reihe VCS2000 erzeugen durch Farb- und Monochrom-CMOS-Sensoren mit bis zu 24 Megapixel Auflösung hochwertige Daten für industrielle Bildverarbeitungsprozesse. Für unterschiedliche Vision-Aufgaben und Bildanalysefunktionen steht ein breites Portfolio aus Sony-Sensoren mit 3,45- und 2,74µm-Pixelraster zur Auswahl. Die Kameras eignen sich mit hohen Bildraten und der 2,5GBit/s schnellen Bilddatenübertragung gut für automatisierte optische Prüfaufgaben und eine exakte Produktverfolgung in Ethercat-synchronisierten Applikationen. Durch die hohe Übertragungsrate lässt sich eine erhöhte Bildwiederholrate effizient nutzen und eine äußerst schnelle Reaktionszeit mit industrieller LAN-Technik bei beliebigen Leitungslängen realisieren. Weiterhin ist das Vision-System hiermit auf die leistungsfähigen IPCs von Beckhoff abgestimmt.

Die robusten, industrietauglichen Kameras unterstützen GigE Vision und sind flexibel in einem weiten Temperaturbereich einsetzbar. Der Objektivschutztubus mit thermisch gehärtetem Antireflexglas sichert die Fokuslage und sorgt ohne weiteres Gehäuse für eine hohe Beständigkeit gegenüber Reinigungsmitteln und Handhabungseinflüssen. Flexible Montageoptionen und die geringe Bautiefe (inkl. der Anschlüsse) in der optischen Achse lassen zudem viele Freiheitsgerade bei der Maschinenkonstruktion zu.

 Die Multi-Color-LED-Beleuchtungen stellen im Bildverarbeitungsprozess die Grundlage für exakte Auswertungen dar.
Die Multi-Color-LED-Beleuchtungen stellen im Bildverarbeitungsprozess die Grundlage für exakte Auswertungen dar.Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Robuste C-Mount-Objektive

Die hochauflösenden und durch das C-Mount-Anschlussgewinde flexibel nutzbaren VOS2000- und VOS3000-Objektive sind mit ihrem robusten und montagefreundlichen Design prädestiniert für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen. Der Fokus und die Festblende sind leicht einstellbar und lassen sich über kompakte Schrauben einfach und präzise arretieren. Ebenso verfügen die Objektive über eine Breitbandentspiegelung von 420 bis 1.050nm, die gut auf die Multi-Color-LED-Beleuchtungen abgestimmt ist. Die Vibrations- und Schockfestigkeit bis 10g ermöglicht überdies zuverlässige Messungen für den sichtbaren und den nahen Infrarotbereich. Die VOS2000-Serie ist auf Bildsensoren bis zu einem Format von 2/3″ (11mm) ausgelegt, die VOS3000-Serie für höchste Auflösungen bei einem Bildkreis bis 1,2″ (19,3mm). Neben der generell vorhandenen breitbandigen Anti-Reflex-Beschichtung von VIS bis NIR verfügt die Serie VOS3000 über eine besondere Korrektur der chromatischen Aberration für den Spektralbereich bis 850nm.

Präzise und effiziente Beleuchtung

Die Multi-Color-LED-Beleuchtungen in den drei Ausführungen Balken- (VIB2000), Flächen- (VIP2000) und Ringbeleuchtung (VIR2000) erzeugen konstante Lichtverhältnisse. Das stellt im Bildverarbeitungsprozess die unerlässliche Grundlage für exakte Auswertungen dar. Die Beleuchtungen kreieren auch im spektral anpassbaren Pulsbetrieb den bestmöglichen Kontrastunterschied zwischen dem Prüfmerkmal und seiner Umgebung. Die Lichtfarbe kann objektbezogen farb- und helligkeitsspezifisch eingestellt werden. Durch die Mischung der einzelnen Farbkanäle lässt sich spektral lückenloses weißes Licht erzeugen. Mit der direkten Integration der Leistungselektronik in die Beleuchtung wird eine hohe Helligkeit erreicht, die für das sichere Einfrieren von hochdynamischen Bewegungen notwendig ist. Die volle Integration in Ethercat ermöglicht die individuelle Einstellung von Farbe und Helligkeit sowie die Triggerung für jedes einzelne Prüfobjekt.

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