Barcodes und Datamatrix sind im Alltag und in der Industrie allgegenwärtig. Jedes Smartphone kann ihre Botschaften heute bereits entschlüsseln. Und in der Produktions- und Lagerlogistik ist das Auslesen von 1D- und 2D-Codes zur Steuerung von Warenströmen elementar. Für diese Grundfunktion stehen zahlreiche Sensortypen zur Verfügung. Wie schnell einfache Codeleser an ihre Grenzen stoßen können, erlebt man häufig an der Supermarktkasse: Nach dem x-ten vergeblichen Abfahren des Codes tippt die Kassenkraft eine lange Zahl von Hand ein.

Die Codelesung ist eben nur scheinbar eine einfache Aufgabe. In automatisierten Abläufen mit hohem Durchsatz und variablen Zielobjekten wird sie zur hochkomplexen Anforderung. Schlichte Codeleser können sie nur bewältigen, wenn die Codes in präziser Ausrichtung den Lesebereich passieren und einen klaren Kontrast aufweisen. Bei unterschiedlichen Codesymbologien, glänzenden Oberflächen, unregelmäßigen Farbkontrasten oder hoher Fördergeschwindigkeit sind sie schnell überfordert.

Bei der Objektidentifikation anhand von Formen und Konturen gelten ähnliche Abgrenzungen. Relativ einfache Sensoren reichen aus, wenn die Zielobjekte gleichartig, immer annähernd präzise ausgerichtet und in nicht allzu flottem Tempo auf dem Förderband unterwegs sind. Auch hier muss der Sensor umso mehr differenzieren können, je größer die Variationen im Ablauf sind. Deren Ausmaß nimmt mit der Tiefe der Automation und mit jedem Schritt in Richtung Industrie 4.0 weiter zu. Zugleich wäre aber der Einsatz komplexer Vision-Systeme, die solche Aufgaben bewältigen, für typische lagerlogistische Anwendungen zu teuer.

Lückenschluss zwischen Codeleser und Vision-System

Die kameragestützten 2D-Vision-Sensoren der Baureihe VOS schließen die Lücke zwischen einfachen Codelesern und Vision-Sensoren auf der einen und aufwendigen Bildverarbeitungssystemen auf der anderen Seite. Ihr Funktionsumfang umfasst 2D-Bildverarbeitung und 2D-Positionierung in der X- und Y-Achse, Anwesenheits- und Vollständigkeitsprüfung, Form- und Farberkennung, Lageerkennung, Raumüberwachung, Vermessung von Konturen sowie das automatisierte Lesen von Codes und Texten (OCR). Verschiedene Funktionen können miteinander kombiniert werden.

Alle Geräte der Baureihe sind für die Codelesung geeignet. Die gängigen Code-Symbologien sind in der Software hinterlegt. Die Sensoren können glänzende und spiegelnde Oberflächen durch eine interne Vorfilterung kompensieren. Sie erkennen die Codes unabhängig von deren Platzierung und Ausrichtung. Zudem sind sie in der Lage, mehrere Codes gleichzeitig zu erfassen und in ihrer Qualität zu bewerten. Beim Einsatz mehrerer VOS-Geräte in derselben Anwendung, wenn etwa Codes von verschiedenen Seiten gelesen werden, fungiert eines der Geräte als primärer Sensor, dem die anderen in einem Sekundärkreis zugeordnet sind. Die Signale werden vom primären Sensor sortiert und als valide Daten an die Steuerung ausgegeben.

Zur Baureihe gehören drei weitere Grund­geräte, bei denen die aufsteigende Zahl in der Typenbezeichnung – VOS1000, VOS2000, VOS5000 – auf den zunehmenden Umfang an Funktion und Ausstattungsoptionen hinweist. Gemeinsam ist ihnen das gleiche kompakte Gehäuse, das die Kamera mit Bildaufnahmechip und verstellbaren Objektiven, die Beleuchtung sowie die integrierte Auswertung, digitale Ausgänge und Kommunikationsschnittstellen enthält.

Komplettpaket für Hard- und Software

Das Zubehör-Portfolio der VOS-Baureihe umfasst unter anderem hochpräzise Industrieobjektive mit C-Mount-Anschluss und verschiedenen Brennweiten für ein immer optimales Sichtfeld. Sie sorgen zudem bei geringer Verzeichnung für die größtmögliche Bildschärfe und können passend zu Prüfkriterium, Messabstand sowie Größe des Messobjekts gewählt werden. Es gibt Geräte mit integriertem Ringlicht und solche mit externer Beleuchtung mit Zubehör für besondere Anforderungen: seitliche oder rückseitige Beleuchtung, Hell- und Dunkelfeldbeleuchtung. Es stehen unterschiedliche Öffnungswinkel zur Verfügung, sodass auch sehr breite und kompakte Sichtfelder optimal ausgeleuchtet werden können. Für maximale Lichtleistung und fremdlichtsichere Detektion unabhängig vom Messabstand ist ein integrierter Blitz-Controller zuständig. Sehr kurze Blitzzeiten erlauben die Erkennung von Objekten und Codes auch bei schneller Bewegung.

Zum Komplettpaket gehört ein lizenzkostenfreier Software-Werkzeugkasten mit fertig programmierten Tools. Es erlaubt zum Beispiel, ein Referenzbild zur graphischen Parametrierung zu verwenden. Mit der dynamischen Einlernfunktion oder einer Nullpunkt-Referenzierung können neue Objektformen in einen Prozess eingeführt werden. Eines der Tools liefert auf dieser Grundlage Daten zur Lagebestimmung von Objekten für das Sortieren und Verpacken mit Robotern. Man kann für eine Messaufgabe auch mehrere Tools miteinander kombinieren, etwa eine Codelesung mit einer Formerkennungsroutine. Das Format der Datenausgabe kann an spezifische Erfordernisse angepasst werden. Mit den Tools ist eine sehr breite Palette von typischen Anwendungen bereits abgedeckt, sodass kostenpflichtige Zusatzsoftware nicht benötigt wird.

Anwendungsbeispiele

Pick & Place
Roboter erledigen das Sortieren und Verpacken der Produkte. Für eine zuverlässige Handhabung benötigen sie präzise Daten zur Lagebestimmung des jeweiligen Zielobjekts. Dieses befindet sich in der Regel in einer Verpackungstüte. Ein Vision Tool zur Ermittlung der exakten Lage- und Positionsdaten ist in der Software der VOS-Baureihe bereits enthalten. Es erledigt auch ihre Weitergabe im passenden Datenformat. Mit der dynamischen Einlernfunktion oder der Nullpunkt-Referenzierung können jederzeit neue Objektformen aufgenommen werden. Das Tool erfasst verschiedenartige Objekte im selben Prozess und ordnet sie zu.

Codelesung
Die Lesung erfolgt unabhängig von der Platzierung der Codes im Messfeld oder ihrer Ausrichtung. Aus dem Portfolio können Objektiv und Beleuchtung passend gewählt werden. So lassen sich auch größere Messfelder und Messabstände bis zu zwei Meter abdecken. Für glänzende und spiegelnde Oberflächen gibt es optische Filter. Beim Einsatz mehrerer Geräte übernimmt ein Sensor die Primärfunktion, sodass die Steuerung valide Daten von nur einer Kamera erhält.

Autor
Markus Karch, Global Produktmanager für Industrial Vision Components bei Pepperl+Fuchs