Schnelle 3D-Chips

Highspeed-3D-Kamera mit neuer ROCC-Technologie

Der Vision-Sensor Ranger3 ermöglicht dank neuem CMOS mit ROCC-Technologie (Rapid-On-Chip-Calculations) absolut genaue und sehr schnelle 3D-Messungen von unterschiedlichen Objekthöhen.

Mit dem Ranger3 steht eine 3D-Kamera zur Verfügung, die sowohl ausreichend sensitiv für den blauen Laser als auch schnell genug für den Einsatz in einer Qualitätsinspektion bei voller Produktionsgeschwindigkeit ist. (Bild: Sick AG)

Seit mehr als 30 Jahren setzt Sick parallelisierte SIMD Sensorarchitekturen mit On-Chip-Berechnung ein. Der Ranger RS2200 war 1994 das erste Produkt mit Lasertriangulation, ihm folgten weitere Sensor-Generationen. Die neue Triangulation-Produktfamilie Ranger3 bietet nun die Möglichkeit absolut genaue 3D-Messungen von unterschiedlichsten Objekthöhen in Bildwiederholraten zu liefern, die mit den heutigen steigenden Geschwindigkeiten der Produktionslinien mithalten können. Derzeit basieren noch viele 3D-Systeme auf einer 2D-Bildverarbeitung mit 3D-Berechnung im FPGA oder Framegrabber. Diese Systeme liefern teilweise zu geringe Frameraten für die großen Objekthöhenunterschiede oder sind in ihrer Bauart zu groß bzw. komplex, da sie ein umfangreiches 3DPost-Processing benötigen. Auch übermäßige Wärmeentwicklung bzw. Energieintensivität gehören zu den unerfreulichen Begleiterscheinungen.

CMOS mit ROCC-Technologie

Sick setzt bei der Laser-Triangulation im Ranger3 auf seinen eigen entwickelten CMOS-Sensor und stattet ihn mit ROCCTechnologie aus: ‚Rapid-On-Chip-Calculations‘ ermöglichen eine schnelle 3DPerformance bei einer großen Bandbreite von Objekthöhen, einer hohen Bildauflösung und präzisen Ergebnissen. Der Berechnungsbereich des CMOS übernimmt die Umrechnung von einer 2D-Laserlinie in eine exakte 3D-Darstellung. Das aufwendige Post-Processing entfällt und die Kameradimensionen werden verkleinert. Kosten und Komplexität der bisherigen Vision-Systeme reduzieren sich durch die Lieferung fertiger 3D-Koordinaten. Der Sensor kann bis zu 15,4 Gigapixel pro Sekunde verarbeiten und ermöglicht somit ein Full Frame 3D-Imaging (2.560×832 Pixel) mit 7kHz. Der neuartige 3D-Algorithmus findet die Laserlinie sowohl in dunklen als auch hellen Bereichen eines Objekts. Sogar unterschiedliche Materialien in der Produktionslinie – seien sie dunkel oder hell, matt oder glänzend – erfasst die 3D-Kamera zuverlässig. Das mühevolle Tuning von Parametern entfällt dank der hohen Lichtempfindlichkeit des Sensors auch bei schwach reflektierenden Oberflächen. Entsprechend niedrigere Laserleistungen führen zudem zu Kosteneinsparungen und einem deutlich geringeren Aufwand im Umgang mit Vorschriften zur Lasersicherheit. Bei High-Speed-Applikationen erlaubt die erhöhte Lichtempfindlichkeit kürzere Belichtungszeiten bei gleichzeitig präzisen Ergebnissen. Um den Messbereich noch weiter zu erhöhen, kann der Sensor in Situationen, wo eine Überbelichtung unvermeidbar ist, auch im erweiterten HDRModus arbeiten, um bei geringen Reflexionsstärken trotzdem eine gute Signal-Detektion zu erreichen.

Die Ranger3 ist das erste Produkt von Sick, das den neuen CMOS-Sensor mit ROCC-Technologie (Rapid On Chip Calculation) verwendet. (Bild: Sick AG)

Problemlose Integration

Der 3D-Sensor gibt über GigE Vision die Daten an einen externen PC weiter. Anwendern wird die Integration leicht gemacht, denn er lässt sich direkt in Bildverarbeitungs-Pakete einbinden, die GenICam unterstützen, wie z.B. Halcon. Mit einer Größe von 55x55x77mm ist die Kamera nicht nur kompakt, durch die vergleichsweise geringere Wärmeentwicklung wird sie auch den steigenden Ansprüchen an Energieeffizienz gerecht, da der Bedarf an aktiver Kühlung entfällt. Die ProFlex-Front ist für den einfachen Systemeinbau konzipiert. Das Konzept beinhaltet austauschbare Module, wie etwa eine Vielzahl von Objektiven, eine Objektivhaube gemäß Schutzklasse IP65/67, auswechselbare Gewindefilter und mehrere Scheimpflugadapter. Dadurch kann die Brennweite für jedes spezifische Setup eingestellt und optimiert werden, um stets die komplette Objekthöhe perfekt in den Fokus zu bekommen.