‚Board-Level‘-Kameras wie die ‚Manta‘- Platinen­version von Allied Vision sparen Platz und Gewicht.

© Allied Vision

Somit sind die Kameras in per­manenter Bewegung und teilweise starken Belastungen, Beschleunigungen und Vibrationen ausgesetzt.

Entsprechend robust sollten sie sein und industrielle Standards erfüllen. Alle Digitalkameras von Allied Vision beispielsweise werden nach hohen Industriestandards für Schock, Vibrationen und Beschleunigung konstruiert und getestet.

Damit die Kamera die Bewegungsfreiheit des Roboters nicht einschränkt, sollte sie möglichst kompakt und leicht sein. Bewährt haben sich Abmessungen von 29 mm × 29 mm wie bei den Modellen ‚Guppy Pro‘ und ‚Mako‘ von Allied Vision. Oft wird die Kamera in einem Sensormodul verbaut, das zum Beispiel eine Beleuchtung oder Laserquelle beinhaltet. In diesen Fällen empfehlen sich sogenannte ‚Board-Level‘-Kameras, die nur aus der Elektronik bestehen und auf ein Gehäuse verzichten, um die Integration in die Bildverarbeitungssensoren zu erleichtern.

Beim Verkabelungsroboter ‚Syndy‘ von SRA prüft eine ‚Manta‘-Kamera von Allied Vision die korrekte Positionierung der Steckverbindungen.

© SRA

Die Verbindung zwischen der Kamera und ihrem Host muss bei den permanenten, zum Teil komplexen Bewegungen ebenfalls stabil bleiben. Die Kamera selbst ist zum Beispiel am Ende des Arms positioniert – der Host jedoch, der die Bilddaten verarbeitet, befindet sich zumeist an einer anderen Stelle, ist beispielsweise in einem benachbarten Schrank untergebracht. So kann die Kabelführung entlang des Arms bis zum Host über mehrere Meter beziehungsweise zig Meter verlaufen. Daher empfiehlt sich eine Kameraschnittstelle, die Daten selbst über lange Distanzen zuverlässig überträgt – etwa GigE Vision (bis zu 100 m mit einem Standard-Ethernet-Kabel). Der Stecker muss fest verschraubt sein, um sich trotz Vibrationen nicht von der Kamera zu lösen. Dies setzt voraus, dass die Kamera mit einem entsprechenden Standard-Gewinde ausgestattet ist.

Wie die Kamera muss daneben das Interface-Kabel den Beanspruchungen durch die Armbewegungen – Biegung und Torsion – standhalten. Ergo sollten ausschließlich für solche Zwecke geeignete industrielle Kabel genutzt werden. In der Regel gibt es diese beim Kamerahersteller.

Verursacht eine Anlage hohe elektromagnetische Strahlung, kann es zu Störungen bei der Bilddatenübertragung kommen. Um dies zu vermeiden, bietet sich der Rückgriff auf optische Faserverbindungen an. Manche Kameras sind optional mit einem optischen Faseranschluss erhältlich – etwa die ‚Stingray‘- oder ‚Pike‘-Modelle von Allied Vision. Sie lassen sich ohne Umwandler direkt per GOF-Kabel (Glas Optical Fiber) mit dem Host verbinden.

Hinsichtlich der Stromversorgung ist es am einfachsten, den Strom über das Interface-Kabel einzuspeisen. Dies ist bei allen aktuellen Kameraschnittstellen – IEEE 1394, GigE Vision, USB3 Vision – möglich. Sollte dies nicht erwünscht sein, lassen sich Industriekameras obendrein über einen separaten Eingang mit Strom versorgen. Besonders praktisch ist es, wenn die Kamera die in der Automatisierungsbranche übliche Betriebsspannung von 24 V unterstützt, wie es zum Beispiel bei der ‚Mako‘-Baureihe von Allied Vision der Fall ist. So ist die Kamera mit der gleichen Stromversorgung wie andere Systemkomponenten zu betreiben.

Mitarbeiter der Zukunft

In den meisten Branchen gehören Roboter inzwischen zum Alltag in der Fertigungshalle. Dank Kameras und Bildverarbeitung nimmt ihre Flexibilität und Intelligenz stetig zu. Und Roboter-Hersteller arbeiten bereits an der nächsten Entwicklungsstufe – humanoide Roboter für die Industrie, die mit Menschen zusammenarbeiten und ihnen immer mehr gleichen. Ziel ist, diese Roboter an denselben Arbeitsplätzen und mit demselben Werkzeugen wie ihre menschlichen Kollegen arbeiten zu lassen. Diese Vision wird sich nur durch den verstärkten Einsatz von Kameras und Bildverarbeitung realisieren lassen.

Zukunftsvision: General Motors forscht mit der NASA am humanoiden Roboter mit 3D-Seh­vermögen.

© NASA

Vorbote dieses Trends ist zum Beispiel der Industrieroboter ‚Workerbot‘ von Pi4 Robotics. Er hat ungefähr die Größe und den Platzbedarf eines Menschen und verfügt über zwei Arme. Er ist mit zwei Digitalkameras von Allied Vision für Inspektionsaufgaben ausgerüstet, optional nimmt er eine zusätzliche TOF-Kamera (Time-Of-Flight) für die räumliche Wahrnehmung auf.

Ein weiteres Beispiel für den humanoiden Roboter der Zukunft ist der ‚Robonaut 2‘. Dieser experimentelle Roboter wurde von der NASA in Zusammenarbeit mit General Motors entwickelt. Seine Größe sowie Bauform sind menschenähnlicher und sein Sehvermögen gleicht dem eines Menschen. Um sich frei bewegen zu können und mit menschlichen Werkzeugen sowie Bedienelementen zu arbeiten, hat der Robonaut zwei Augen in Form zweier kompakter Digitalkameras von Allied Vision, die ihm eine stereoskopische, räumliche Wahrnehmung seiner Umwelt ermöglichen. Eine TOF-Kamera liefert zusätzliche 3D-Informationen.

Noch übt der Robonaut als Prototyp seine Rolle als Astronaut auf der internationalen Raumstation. Eines Tages könnte er aber zusammen mit mensch­lichen Kollegen Automobile in GM-Werken bauen.

Autor: Jean-Philippe Roman ist Manager Corporate Marketing bei Allied Vision in Ahrensburg.