Aufgehoben und aufgeschoben

Für diese Aufgabe, den mobilen Einsatz zur 3D-Erfassung bewegter und statischer Objekte auf dem Roboterarm, eignet sich die Ensenso 3D-Kamera durch ihre kompakte Bauform. Die 3D-Stereo-Elektronik der Ensenso N 45 ist vollständig vom Gehäuse entkoppelt und ermöglicht die Verwendung eines leichten Kunststoffverbunds als Gehäusematerial. Das geringe Gewicht erleichtert den Einsatz auf Roboterarmen wie dem des Smart Robotic Asstistant. Auch anspruchsvollen Umgebungsbedingungen ist die Kamera gewachsen. "Herausforderungen bei dieser Anwendung finden sich vor allem in den unterschiedlichen Lichtverhältnissen, die sich in verschiedenen Räumen der Halle und zu verschiedenen Tageszeiten zeigen", beschreibt Tim Böckel die Situation. Der integrierte Projektor der Kamera projiziert jedoch auch bei schwierigen Lichtverhältnissen eine kontrastreiche Textur auf das abzubildende Objekt und ergänzt somit die auf dessen Oberfläche nicht oder nur schwach vorhandenen Strukturen. Damit entspricht die integrierte Kamera genau den Anforderungen. "Durch Vorkonfiguration innerhalb von NxView konnte die Aufgabe gut gelöst werden." Dieses Beispielprogramm mit Source-Code demonstriert die Hauptfunktionen der NxLib Bibliothek, mit der sich eine oder mehrere Stereo- und Farbkameras öffnen lassen, deren Bild- und Tiefendaten visualisiert werden. Parameter wie Belichtungszeit, Binning, AOI und Tiefenmessbereich können - wie in diesem Fall - für das angewendete Matching-Verfahren live angepasst werden.

Das Matching-Verfahren ermächtigt die Ensenso 3D Kamera, mittels der auf die Oberfläche projizierten Hilfsstrukturen eine sehr hohe Anzahl an Bildpunkten, inklusive ihrer Positionsänderung, zu erkennen und daraus eine vollständige, homogene Tiefeninformation der Szene zu erstellen. Dies sorgt wiederum für die erforderliche Präzision, mit der der Smart Robot Assistant vorgeht. Weitere Auswahlkriterien für die Kamera waren unter anderem das Standard Vision Interface Gigabit Ethernet sowie der Global-Shutter 1.3 MP-Sensor. "Die Kamera macht zugunsten einer schnelleren Durchlaufzeit nur ein Bild von der gesamten Palette, muss dabei aber aus verhältnismäßig großer Entfernung die Koordinaten mit einer Genauigkeit im Millimeterbereich liefern, um dem Roboterarm ein exaktes Greifen zu ermöglichen", erklärt Matthias Hofmann, Fachinformatiker für Anwendungsentwicklung bei ONTEC. "Wir brauchen daher die hohe Auflösung der Kamera, um die Ränder der Spulen sicher mit der 3D Kamera aufnehmen zu können." Die Lokalisierung der Ränder ist dabei wichtig, um als Greifposition wiederum eine möglichst genaue Positionsweitergabe der Mitte der Spule an den Greifer weitergeben zu können.

Zudem ist die Kamera speziell für den Einsatz in rauen Umgebungsbedingungen konzipiert. Sie verfügt über einen verschraubbaren GPIO-Stecker für Trigger und Blitz und sind in der Schutzart IP65/67 vor Schmutz, Staub, Spritzwasser oder Reinigungsmitteln geschützt.

Software

Das Ensenso SDK ermöglicht die Hand-Auge-Kalibrierung der Kamera zum Roboterarm, was eine einfache Translation bzw. Verschiebung der Koordinaten mithilfe der Roboterpose ermöglicht. Zusätzlich wird durch Verwendung der internen Kameraeinstellungen bei jedem Durchgang, d.h. bei jedem Bildtrigger, eine "FileCam" von der aktuellen Situation aufgenommen. Dies ermöglicht später eine einfache Nachstellung von eventuellen Edge Cases, in diesem Anwendungsfall beispielsweise unerwartete Lichtverhältnisse, Hindernisse im Bild oder auch eine unerwartete Positionierung der Spulen im Bild. Das Ensenso SDK erlaubt außerdem die Speicherung und Archivierung der internen Kamera LOG Dateien für eine mögliche Evaluation.