USB3-Vision-Kamera ersetzt FireWire in Prüfzellen
Wachablösung
Gerade für Mehrkameralösungen hat der USB3.0-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 einen Wechsel sprechen. Auch deshalb ersetzt der Systemintegrator Hayeg Processcontrol in seinen universellen Prüfsystemen HCS FireWire- durch USB3.0-Kameras.
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 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, Bildverarbeitungssoftware mit ‚One-Touch‘-Bedienkonzept zu entwickeln. Danach folgte der zweite Schritt mit der Entwicklung einer modularen und universellen Prüfzelle. Konzipiert wurde diese für berührungslose Oberflächenkontrollen und Messaufgaben in der Stanz- und Umformtechnik. Als Voraussetzung für die Hardware wurde eine reproduzierbare Genauigkeit im µm-Bereich und Geschwindigkeiten von mehr als 2.000 Teilen/min definiert. Die Prüfzelle sollte als modulares Element mit eigenem Bandantrieb flexibel in Produktionsstraßen eingebunden werden.
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 man auf FireWire. 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 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: USB3.0 und Windows 8. USB3.0 bietet eine um den Faktor fünf 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 USB3.0 wie bei FireWire äußerst gering. Die Echtzeitfähigkeit dagegen sogar besser. Insgesamt zeigt USB3.0 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 FireWire 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 USB3.0-Schnittstelle wurde in Matrix Vision schnell gefunden. Mit USB3.0 alleine ist es aber nicht getan. Ein Vorteil von FireWire war die standardisierte Schnittstelle zur Kamerasteuerung. Mit USB3 Vision gibt es diese auch für USB3.0. Die passende Kamera für die Prüfzelle war schnell gefunden. Die mvBlueFox3-1020G mit einem 1/1,8″CMOS-Sensor von e2v, 1.600×1.200 Pixel Auflösung und einer maximalen Framerate von 51,7Hz 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 seine hohe Empfindlichkeit. Durch die kompakte Bauform konnte die Kamera problemlos in das bestehende System integriert werden. Auch die Software-Anbindung wurde durch die Unterstützung von Matrix Vision schnell vollzogen. Aber nicht nur das sprach für die Zusammenarbeit: „Die Bandbreite an unterschiedlichen Produktfamilien mit unterschiedlichen Schnittstellen war ein weiteres Plus“, so Gerhard Haydn, Geschäftsführer der Hayeg Processcontrol. „So konnte mit der Low-Cost-USB2.0-Kamera mvBlueFox-IGC die HSC-Serie um eine kostengünstige Variante erweitert werden“, führt Haydn fort. Da alle Produkte einen einheitlichen Treiber verwenden, gestaltete sich die Integration der Kamera ebenso einfach wie die beim High-End-Bruder.
Autor: Dipl.-Inform. (FH) Ulli Lansche, Technischer Redakteur, Matrix Vision GmbH
