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Industrielle Automation 4/2018

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Industrielle Automation 4/2018

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK Bestens integriert Was Systemdesigner bei der Umstellung von Gehäuse- auf Platinenkameras berücksichtigen sollten UNSER TIPP Entwicklern und Integratoren von eingebetteten Systemen eröffnen sich dank kompakter und leistungsfähiger Einplatinencomputer neue Produktdesigns. So kann z. B. mithilfe von Machine-Vision-Kameras auf Platinenebene die Größe eines Produktes reduziert werden und kundenspezifisch angepasste Optiken zum Einsatz kommen. Lesen Sie, welche Faktoren es vor der Auswahl einer Platinenkamera zu beachten gilt. Bei der Umstellung von Gehäuse- auf Platinenkameras müssen Systemdesigner ihre Anforderungen an die Bildaufnahme und Kameraleistung sorgfältig berücksichtigen. Einerseits unterstützen viele kleine Platinenkameras nur Sensoren mit niedriger Auflösung. Sie bieten nur wenige GPIO- Leitungen und eingeschränkte Kamerafunktionen. Andererseits sind die Platinenversionen vieler vollwertiger Bildverarbeitungskameras nur Standardkameras, deren Gehäuse entfernt wurde. Diese Kameras erreichen die geforderte Bildqualität, sind aber nicht wesentlich kleiner als Modelle mit Standardgehäuse. Sie verwenden oft gewöhnliche GPIO- und Schnittstellenanschlüsse, die für Embedded-Anwendungen nicht ideal sind. Die Platinenkameras der Serie Blackfly S von Flir bieten die gleiche Abbildungsleistung, die gleiche GPIO-Schnittstelle und den gleichen reichhaltigen Funktionsumfang wie die Blackfly S Modelle mit Gehäuse, jedoch mit dem kompakten Formfaktor von 29 × 29 × 10 mm. Kompakte GPIO- und Schnittstellenanschlüsse sorgen für zusätzliche Platzersparnis. Alle Platinenkameras der Serie Blackfly S mit Sensoren von 1/3 bis 1,1" haben denselben Formfaktor. Ein einheitlicher Formfaktor für mehrere Kameramodelle macht die Entwicklung von Produktvarianten einfach. Objektivhalterung und Wärmemanagement Platinenkameras sind eine Option für Kunden, die spezielle Optiken integrieren oder den Bildsensor so nah wie möglich am Zielobjekt platzieren möchten. Da es keinen festen Objektivanschluss gibt, bieten Platinenkameras die Freiheit, andere Optiken als die in der industriellen Bildverarbeitung üblichen C-, CS- oder S-Mount-Objektive auszuwählen. Dieses Design ist auch für Anwendungen in der Biotechnologie und der Vermessung von Laserstrahlen, bei denen häufig gar keine Linse verwendet wird. Mit Platinenkameras ist es möglich, die Objektivhalterung in andere Produktteile zu integrieren. Um Platinenkameras ohne Objektivhalter zu evaluieren, sollte eine Zubehörhalterung gekauft werden. Falls es Gehäusemodelle mit identischen Sensoren und Merkmalen im Vergleich zu den Platinenmodellen gibt, können diese als Entwicklungsplattform genutzt werden. In Gehäuse verbaute Bildverarbeitungskameras nutzen die Oberfläche des Gehäuses, um die vom Sensor, vom FPGA und von anderen Komponenten erzeugte Wärme abzuleiten. Für Hochleistungskameras auf Platinenebene, die über kein Gehäuse verfügen, gibt es zusätzliche Designanforderungen, damit sichergestellt ist, dass die Kameras innerhalb ihres empfohlenen Temperaturbereichs arbeiten. Entscheidend ist Mike Fussell, Product Marketing Manager für Machine Vision-Produkte; FLIR Systems, Inc., Richmond in Kanada 16 INDUSTRIELLE AUTOMATION 4/2018

01 hier ein ausreichender Kühlkörper. Die Hersteller geben in der Regel eine maximale Oberflächentemperatur für diese Komponente mit der höchsten Temperatur an. Für Kameras der Reihe Blackfly S wird die maximale Oberflächentemperatur des FPGA angegeben. Systemdesigner müssen gewährleisten, dass ihre Wärmemanagementlösung diese Richtlinie einhält. Die Größe des Kühlkörpers, die Oberfläche des Gehäuses, auf dem die Kamera montiert ist, und die Art des benötigten aktiven Kühlers hängen vom Sensor, der Bildrate und dem Umfang der auf der Kamera durchgeführten Bildverarbeitung ab. Die passende Schnittstelle für kompakte Geräte USB 3.1 Gen 1 ist eine ideale Schnittstelle für eingebettete Systeme. Seine universelle Verfügbarkeit garantiert die Unterstützung einer Vielzahl von Hardware – von Desktop- PCs bis zu ARM-basierten Single-Board- Computern (SBCs). Direct Memory Access (DMA) hält die Latenzzeit auf einem Minimum, ohne dass Filtertreiber benötigt werden. USB 3.1 Gen 1 bietet eine Stromversorgung sowie einen Datendurchsatz von bis zu 480 MB/Sek. über ein Kabel, was sowohl das mechanische als auch das elektrische Design vereinfacht. Ein Hauptziel bei der Entwicklung eingebetteter Systeme ist es, ein möglichst kompaktes Gerät zu entwickeln. Dann ist die maximale Kabellänge weniger wichtig als das Volumen der Kabel und Stecker. FPC- Kabel (Flexible Printed Circuit) können USB 3.1 Gen 1 über Kabellängen von bis zu 30 m unterstützen, benötigen aber weniger Platz als ein herkömmliches USB-Kabel. Hochwertige, verriegelbare Steckverbinder und geschirmte FPC-Kabel mit Verriegelungslaschen sorgen für eine sichere und zuverlässige Verbindung. 01 Die FPC-Kabel sind flexibel und können verdreht werden – somit passen sie auch in dicht gepackte Systeme 02 FPC-Kabel liegen flach auf und nehmen viel Platz in Anspruch verglichen mit Kabeln, die normalerweise für Kameras mit Gehäuse verwendet werden MIPI CSI ist eine gängige Schnittstelle auf vielen Embedded-Boards. Die Komplexität des MIPI-Protokolls und der Treiber kann die Entwicklung im Vergleich zu USB zeitaufwändiger machen. LVDS-basierte Schnittstellen (Low-Voltage Differential Signalling) sind ebenfalls verfügbar und für den Anschluss an einen hostseitigen FPGA vorgesehen. Die elektromagnetische Verträglichkeit beachten Bei der Auswahl einer Kamera für den Einsatz in einem eingebetteten System ist die Softwareunterstützung ein wichtiger Aspekt. Ein SDK, das sowohl Desktop-Systeme als auch eingebettete Systeme unterstützt, gibt Entwicklern die Freiheit, ihre Bildverarbeitungsanwendungen mit vertrauten Tools zu entwickeln und sie einfach auf der Embedded-Plattform ihrer Wahl zu implementieren. Das Spinnaker SDK von Flir bietet Unterstützung für Desktop-Windows und Linux auf x86-, x64- und ARM-basierten Systemen. Da keine Abschirmung durch ein Gehäuse vorhanden ist, unterscheidet sich die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Platinenkameras von den Modellen mit Gehäuse. Im Gehäuse verbaute industrielle Kameras sind EMV-zertifiziert. Platinenkameras sind nicht EMV-zertifiziert. Sie sind für die Integration in größere Geräte konzipiert, die als Gesamtprodukt zertifiziert werden. Best- Practice-Tipps für das Management elektromagnetischer Interferenzen (EMI) sollten für Kameras genauso wie bei allen anderen elektrischen Komponenten befolgt werden. Mehr Informationen unter: flir.com/mv Bilder: Aufmacher Fotolia/INDUSTRIELLE AUTOMATION, sonstige FLIR www.flir.com 02 Kurzwellig. Innovative Infrared Technology Könnte es sein, dass Sie sich auch für besonders schnelle, robuste, leichte, individuelle und günstige Infrarot-Thermometer und Infrarotkameras zur berührungslosen Temperaturmessung von −50 °C bis +3000 °C interessieren? Schauen Sie doch mal rein: www.optris.de Wie Sie es auch drehen und wenden: Unsere kurzwelligen Infrarotkameras ermöglichen Temperaturmessungen auf metallischen Oberflächen, Graphit oder Keramik.

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