Mehr Performance mit 3D Visionary-Sensoren

Frachtvermessung zur Stauraumoptimierung, Positionserfassung zur Roboterführung, Fahrerassistenz zur Kollisionsvermeidung – mit der 3D-Umfelderfassung können diese und andere essenzielle Applikationen in der Intralogistik sehr effizient umgesetzt werden. Gleichzeitig sind die 3D-Snapshot-Sensoren in der Lage, wertvolle Daten für autonome Arbeitsprozesse und Logistik-4.0-Szenarien zu liefern.

Eine im Sensor integrierte, intelligente Datenauswertung sowie programmierbare AppSpace-Varianten der Visionary-Sensoren erlauben die nahtlose Integration in Edge-Computing-Konzepte. Darüber hinaus ermöglichen passende Kommunikationsschnittstellen die Weiternutzung der Daten bis in die Cloud.korrodieren oder verschmutzen können und dadurch die hochreinen Chemikalien oder empfindlichen Lebensmittel verunreinigen.

Viele Wege führen nach Rom. Dies gilt im übertragenen Sinn auch für das Portfolio der 3D-Umfeldsensoren von Sick. Die 3D-Umfeldsensoren der Produktfamilien Visionary-B, Visionary-S und Visionary-T von Sick erzeugen 3D-Snapshots mit jeweils unterschiedlichen Aufnahmetechnologien – per Stereovision (Visionary-B), per Stereovision mit zusätzlicher Strukturbeleuchtung (Visionary-S) sowie durch 3D–Lichtlaufzeitmessung (Visionary-T). Damit bietet jede Visionary-Technologie besondere applikationsspezifische Vorteile. Installations- und bedientechnisch sind alle drei Sensorlösungen auf eine einfache Integration und schnelle Betriebsbereit-schaft ausgelegt. Im Betrieb überzeugen sie durch ihre anwendungsspezifische Datenqualität, Präzision und Wiederholgenauigkeit sowie durch hohe Robustheit und Zuverlässigkeit.

3D-Snapshot bezeichnet dabei ein Bildaufnahmeverfahren, bei dem der Kamerasensor im Visionary in einem einzigen Moment ein komplettes Abbild des Sichtbereichs aufnimmt (2D) und zusätzlich als Tiefenwert die Entfernung zwischen dem Sensor und dem aufgenommenen Umfeld bestimmt wird (3D). Hinzu kommt, dass 3D-Snapshot-Sensoren sehr robust sind, da sie ohne bewegte mechanische Teile wie beispielsweise Umlenksiegel auskommen. Hieraus resultiert eine hohe Ausfallsicherheit bei zugleich geringem Wartungsaufwand.

Alle Visionary-Sensoren berechnen die Tiefendaten direkt auf dem Gerät. Zudem verfügen sie über die Option einer unkomplizierten Konfiguration und Filterung in der Benutzeroberfläche. Dies ermöglicht eine applikationsspezifische Optimierung: die Filter blenden beispielsweise Messinformationen, die für die Umfeldüberwachung oder die Objekterkennung irrelevant sind, zuverlässig aus. Das gewährleistet eine hohe Messsicherheit und Verfügbarkeit für konkrete Anwendungsszenarien. Für OEMs und Machine-Vision-Integratoren besonders wichtig ist, dass die Visionary-Sensoren ihre Informationen zusätzlich als Rohdaten zur Verfügung stellen. Bei der Übernahme in eigene Softwarelösungen werden eine Vielzahl gängiger Programmiersprachen wie C++/C# oder Python sowie Softwareschnittstellen und Bibliotheken, beispielsweise für das Robot Operating System (ROS), HALCON oder GenICam, unterstützt.

Der 3-D-Umfeldsensor Visionary-T ermittelt Abstands- und Größeninformationen von Objekten durch 3D-Lichtlaufzeitmessung (3D Time-of-Flight, 3DToF). Mit seiner lichtstarken Beleuchtung und seinem hochempfindlichen Empfänger bietet Visionary-T dabei einen einsatztypischen Arbeitsabstand bis mindestens 10 m. Auch in dunklen Umgebungen und bei längeren Distanzen (bis zu 60 m) erreicht man durch die aktive Beleuchtung vergleichbar hohe Tiefengenauigkeiten. Seine Performance stellt der Visionary-T in zahlreichen intralogistischen Applikationen unter Beweis. Installiert auf fahrerlosen Transportfahrzeugen, gewährleistet er eine robuste Kollisionswarnung. So erkennt er zuverlässig auch bei widrigen Lichtverhältnissen selbst dunkle Hindernisse, die auf verschiedenen Höhen von oben oder von der Seite in den Fahrweg ragen können. Mit seinen bereits im Gerät ausgewerteten Daten liefert er Information wie Status der Beladung und des Befüllungsgrades von Ladungsträgern wie Containern, Gitterboxen, Racks oder Paletten. Die Erfassung der Kontur und Dimension von Fracht, beispielsweise beladener Paletten, ist ein weiteres intralogistisches Einsatzfeld des Visionary-T. Auch Transportanlagen für Fluggepäck, auf denen Taschen, Koffer und Pakete erkannt, im Volumen vermessen und klassifiziert werden müssen, profitieren von der schnellen Verfügbarkeit der Messdaten des Visionary-T. Als Auge eines Roboters ist der Snapshot-Sensor ideal zur präzisen Sichtführung einsetzbar. In logistischen Prozessen beim Griff in die Kiste, wenn es um das „Bin Picking“ von etwas größeren Objekten wie Polybeuteln oder Säcken geht, sowie bei der automatischen Palettierung oder Depalettierung von Verpackungsgebinden gewährleistet der Sensor auch für größere Arbeitsbereiche bestmögliche Griffsicherheit bei einem optimalen Preis-Leistungs-Verhältnis.

Die Stereovisions-Sensoren der Produktfamilie Visiona-ry-B sind für Anwendungen konzipiert, in denen es auf ein breites Erfassungsfeld, auf hohe mechanische Robustheit sowie auf eine flexible Integrationsfähigkeit ankommt. Je nach Produktvariante besteht die Lösung aus mindestens einem Stereo-Sensorkopf, einer Auswerteeinheit sowie einem Monitor zur Montage in der Fahrerkabine. Der Arbeitsabstand bis 7 m für Detektionsanwendungen und bis 15 m für Rohdaten sowie der Erfassungswinkel von 125 x 75 ° erzeugen ein mehrere Kubikmeter großes Überwachungsfeld. Dieses wird von zwei synchronisierten Kameras aus leicht versetzten Blickwinkeln aufgenommen. Aus dem Offset der beiden Bilder – den Snapshots – sowie den jeweils gemessenen Abstandswerten errechnet der Visionary-B zusätzlich zu 2D- ein 3D-Bild der Umgebung. Mögliche Hindernisse beim Wenden, Rangieren und Rückwärtsfahren werden – auch in Bereichen, die für den Fahrer schwer einsehbar sind – zuverlässig erkannt und auf dem Monitor angezeigt – zusätzlich zum live übertragenen „normalen“ 2D-Bild. Gleichzeitig blenden spezielle KI-Algorithmen des Snapshot-Sensors irrelevante Umfeldinformationen aus. Eine Alarmmeldung an den Fahrer wird somit erst dann ausgegeben, wenn von dem erkannten Objekt innerhalb des Arbeitsumfelds tatsächlich eine Kollisionsgefahr ausgeht. Falschalarme, die das Vertrauen des Fahrers in den Umfeldsensor und die Akzeptanz als unterstützendes Fahrassistenz- oder Fahrzeugsteuerungssystem beeinträchtigen würden, werden so sicher vermieden.

Wie Visionary-B arbeitet auch der 3D-Snapshot-Sensor Visionary-S mit dem „2-Augen-Prinzip“ der Stereovision – allerdings unterstützt durch eine aktive, strukturierte Beleuchtung. Eingesetzt wird der 3D-Umfeldsensor, wenn Genauigkeit im Nahbereich und Farbdaten (RGB) für die Anwendung eine entscheidende Rolle spielen. In submillimetergenauer Tiefenauflösung liefert die Kamera pro Sekunde bis zu 30 farbige Bilder. Präzise Tiefenwerte kann die Kamera bis 40 klx ausgeben – bei absoluter Dunkelheit ebenso wie in hellen Lichtumgebungen. Die hohe Genauigkeit gepaart mit gleichzeitiger Farbwahrnehmung ermöglicht beispielsweise Robotern, beim Bin Picking unterschiedliche Objekte in einem Behälter zu unterscheiden und gezielt zu greifen. Tiefenwerte der Stereovision gepaart mit Kontrastwerten der Farbdaten – also die Fusion von 2D- und 3D-Daten – verbessern die Objekterkennung zusätzlich, beispielsweise in Anwendungen, in denen Kisten dicht gepackt sind.

Depalettierungsprozesse können durch das präzise Erfassen der Position und Ausrichtung der Beladung sowie die Messung von Lagenhöhen effizienter gestaltet und beschleunigt werden. Dies unterstützt eine schnellere Versandbereitstellung und Auslieferung von terminkritischen Waren. Diese und andere Applikationen können ebenso in der Visionary-S AP Variante mit einem im Gerät eingebauten  Prozessor programmiert werden. Die hohe Aufnahmegeschwindigkeit und kurze Reaktionszeit des Visionary-S garantiert hierbei eine hohe Effizienz auch in dynamischen Anwendungen, beispielsweise in Prozessen, in denen Objekte auf einem Transport liegend von einem Roboter griffsicher aufgenommen werden sollen.