Automatisierte Kalibrierung erhöht Wirtschaftlichkeit von Kamerasystemen

Die perfekte Kamera-Lösung für hohe Stückzahlen

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Automatisierte hochpräzise Prozesse sind nur so gut wie die Sensoren, welche die Signale erfassen. In Smart Farming Anwendungen beispielsweise nehmen Digitalkameras die zu bearbeitende Fläche auf und bilden somit die Datenbasis für die bedarfsgerechte Bearbeitung einzelner Pflanzen. Die Bildverarbeitungsspezialisten von Motec haben ihre Fertigung optischer Sensorik automatisiert, um auch bei hohen Stückzahlen, stets die bestmögliche Bilderfassungsqualität bei gleichzeitig größtmöglicher Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten.

Assistenz- und Effizienzoptimierungssysteme mobiler Arbeitsmaschinen sorgen für den sicheren und produktiven Betrieb – entweder im Zusammenspiel mit anderen Verkehrsteilnehmern und etwa Baustellenpersonal oder im Verbund mit anderen Arbeitsmaschinen. Sind die Kamerasignale, auf denen diese Systeme basieren, unpräzise oder fehlerhaft kann es schnell gefährlich werden, gerade wenn es sich um für den Maschinenführer unübersichtliche Maschinen handelt. 360-Grad-Rundumsichtsysteme, Rückfahrkameras oder sonstige Überwachungssysteme von Baumaschinen, Landmaschinen Kommunal- oder Flurförderzeugen tragen maßgeblich zur Sicherheit im Betrieb bei.

Für Maschinenhersteller sollte es somit höchste Priorität haben, auf maximalpräzise Kamerasensorik mit bestmöglicher Bildqualität zu setzen. Lutz Boettger, Division Vice President Marketing and Sales bei AMETEK Instrumentation, Controls and Vision Systems (ICVS), fasst die Herausforderung für Kamerahersteller zusammen: „Angesichts des globalen Fachkräftemangels müssen Hersteller mobiler Arbeitsmaschinen den Maschinenbetreibern Assistenzsysteme an die Hand geben, die einen wirtschaftlichen und anwenderfreundlichen Einsatz ermöglichen. Hierzu braucht es hoch performante Kameratechnologien, die wirtschaftlich zur Verfügung stehen.“ Kamerahersteller wie die Motec GmbH, Teil der AMETEK ICVS, müssen somit sicherstellen, dass ihre Produkte perfekt wiederholgenaue Objekterkennung gewährleisten und gleichzeitig den Fertigungsprozess auf größtmögliche Stückzahlen auszulegen, um die Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten.

Active Alignment für maximale Sicherheit

Traditionell werden Kamerasysteme manuell montiert. Dieser Prozess birgt jedoch die Gefahren von Ungenauigkeiten und fehlender Reproduzierbarkeit der gewünschten Ergebnisse. Dies ist insbesondere angesichts der immer weiter steigenden Sensorauflösungen problematisch. Je größer die Pixeldichte, umso weniger verzeiht das System eine unpräzise Ausrichtung. Um diese Fehlerpotenziale auszumerzen, setzt Motec auf ein Active Alignment Test- und Fertigungssystem. Dr. Stefan Wirtz, Director Research & Development bei Motec, erläutert die Vorteile: „Um eine bestmögliche Qualität des Kamerasystems sicherzustellen, kommt es vor allem auf die Abstimmung zwischen Optik und Sensor an. Das System übernimmt die automatisierte Justierung des Objektivs sowie die „Hochzeit“ des Objektivs mit der Trägerbaugruppe. Zunächst werden Objektiv und Träger in das Active Alignment System eingebracht. Daraufhin prüft die Anlage anhand der hinterlegten Charakteristika, Parameter und Geometrien die Kompatibilität der Baugruppen. Auf diese Weise stellt das System stets eine korrekte Produktion sicher.“

In diesem Prozess kommt es vor allem auf die Ausrichtung der Optik relativ zum Kamerasensor an. Die Komponenten werden in einem einzigen Schritt fokussiert, zentriert, gekippt und gedreht. Mehrere Bilder werden durch das Objektiv auf den Sensor projiziert, während der Sensor die Bilder aufnimmt. Softwarebasiert wird die Korrektheit der Ausrichtung überprüft und das Kamerasystem anschließend automatisch verklebt.

So lässt sich der Sensor mikrometergenau auf die gewünschte Bildebene des Objektivs ausrichten und fixieren. Möglich macht dies das ProCam-System der TRIOPTICS GmbH. „Wir haben uns für diese Lösung entschieden, da es die optimale Ausrichtung von Objektiv zu Kamera sicherstellt. Kommt es hier zu minimalen Abweichungen von der optimalen Linie, kann dies zu Informationsverlust im Prozess führen, was bei sicherheitsgerichteten Anwendungen katastrophale Folgen haben kann. Das ProCam-System beugt dem vor und somit können wir sicher sein, dass wir unseren Kunden Kameras liefern, die höchsten Ansprüchen genügen“, ist sich Dr. Stefan Wirtz sicher.

Optimiert für anspruchsvolle Applikationen

Ursprünglich wurden Active-Alignment-Verfahren vor allem für ADAS- (Advanced Driver Assistance) Systeme im Automotive-Umfeld eingesetzt. Der Prozess ist somit auf die Produktion hoher Stückzahlen ausgelegt, die mit manueller Kameramontage weder wirtschaftlich noch mit der notwendigen reproduzierbaren Qualität realisierbar sind. Dr. Stefan Wirtz erklärt, warum diese automatisierte Fertigung auch für mobile Arbeitsmaschinen relevanter denn je ist: „Zeitdruck und Produktivitätszwänge machen die Verwendung der bestmöglichen Kameratechnologien gerade auch in der Bau- und Agrarindustrie notwendig. Infrastrukturprojekte sind genau getaktet, Verzögerungen im Prozess werden sehr teuer. Kamerabasierte Assistenzsysteme helfen dabei, den Terminplan einzuhalten. Außerdem besteht gerade auf städtischen Baustellen ein hohes Unfallrisiko, das durch die Verwendung von optischen Überwachungssystemen minimiert werden kann.

In der Landwirtschaft wiederum geht es insbesondere vor den Herausforderungen des Klimawandels darum, die maximal mögliche Ernte zu erzielen – bei gleichzeitig größtmöglicher Nachhaltigkeit. Kamerasysteme helfen beispielsweise dabei, automatisierte Einzelpflanzenbehandlung zu realisieren.“

Für diese anspruchsvollen Applikationen entwickelt Motec entsprechend robuste Lösungen, die gleichzeitig von den Vorzügen des Active Alignments profitieren. Motec bietet einen modularen Baukasten aus digitalen Kameras und flexibel konfigurierbaren Videosteuereinheiten, die sich individuell an die Anforderungen der jeweiligen Applikation anpassen lassen. Das Angebot umfasst digitale FullHD-Kameras, die als reine Videosensoren agieren, sowie smarte Kameras mit integrierter Intelligenz, die beispielsweise als eigenständiges System zur assistierten Objektverfolgung verwendet werden können. Leistungsstarke Videocontroller zur Berechnung komplexer Assistenz- und Sicherheitsfunktionen runden den Baukasten ab.

Die Kameras zeichnen sich trotz der automatisierten und filigranen Fertigung durch maximale Robustheit für den Heavy-Duty-Einsatz aus. So gewährleistet Motec beispielsweise Schutzarten bis IP69K im widerstandsfähigen Aluminiumgehäuse. Die Bilderfassungsmodule sind je nach Ausführung zudem schockfest bis zu 100 g und schwingfest bis 10 g. Branchenspezifische EN- und ISO-Normen für Bau-, Land- und Forstmaschinen sowie Flurförderzeuge werden selbstverständlich erfüllt.

Größtmögliche Flexibilität für den OEM

Mit diesem Portfolio sind Hersteller mobiler Arbeitsmaschinen maximal flexibel in der Auslegung ihres Detektions- und Anzeigesystems. Hierzu tragen auch die frei konfigurierbare Videoauflösung, Kompressions- und Bildwiederholrate der Kameras bei. Sämtliche Komponenten lassen sich individuell miteinander kombinieren und konfigurieren, um den Anforderungen der jeweiligen Maschine und Anwendung gerecht zu werden. Von der reinen Anzeige eines für den Maschinenführer nicht einsehbaren Bereichs bis hin zu hochautomatisierten Funktionen wie Personen- und Objekterkennung ist mit dem modularen Motec-System jede kamerabasierte Überwachungsapplikation realisierbar. Der OEM kann sowohl die von Motec bereitgestellte Software als auch seine eigenen Software-Applikationen nutzen. Bei Bedarf stehen die Videosystemspezialisten aus Hadamar auch als Entwicklungspartner für entsprechende Softwarebausteine zur Verfügung.