INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2020

Die Zeilen der Zeit

Die Zeilen der Zeit erkennen Blockscan-Modus bringt Zeilenkamera-Funktionen auf eine Flächenkamera der eingesetzten Zeilenkamera, z. B. Camera- Link-Konfiguration, Sensor-Taps, Bit-Tiefe, etc., entsprechend unterstützen. Ferner ist die enorme Bandbreite auch nur für bestimmte Kabellängen (CL: 800 MB/s → 10 m; CXP: 1,56 GB/s → 35 m) garantiert. Es verwundert also nicht, wenn sich Anwender eine Vereinfachung und die Verwendbarkeit von Standardschnittstellen wünschen. Hier schafft Matrix Vision nun Abhilfe mit dem neuen Blockscan-Modus für die Global- Shutter-Pregius-Flächensensoren von Sony. Welche Idee hinter dem Blockscan-Modus steckt Mit dem Ziel, die Welten der Flächen- und Zeilenkameras miteinander zu vereinen und damit die Handhabung von Zeilenanwendungen zu vereinfachen, hat das Unternehmen e2v vor Jahren einen Flächen-Sensor mit Zeilenfunktionalität vorgestellt. Unter anderem wird hierbei eine maximale Zeilenfrequenz von 12,6 kHz erreicht, was eine Vielzahl von Anwendungen abdeckt. Mit dem neuen Blockscan-Modus verleiht Matrix Vision auch den Pregius-Flächensensoren von Sony die Fähigkeit, in Zeilen zu denken. Gerade bei Inspektionen von runden bzw. rotierenden Objekten oder bei langen oder endlosen Materialien gehört der Einsatz von Zeilenkameras zum Stand der Technik. Eine hohe Auflösung in x- Richtung und die erreichbare Geschwindigkeit der Inspektion sprechen für deren Einsatz. Beim Einrichten einer Zeilenanwendung gibt es jedoch zwei Mankos: Erstens ist das Fokussieren schwieriger als bei Flächenanwendungen und zweitens macht die Anzahl der benötigten Komponenten eine Zeilenkameraanwendung komplex und somit kostenintensiver. Das heißt, als Schnittstellen für die Bildübertragung kommen hauptsächlich CameraLink (CL) und CoaX- Press (CXP) zum Einsatz. Diese bieten zwar eine Bandbreite von 800 MB/s (CL) bzw. 1,56 GB/s (CXP), erfordern jedoch einen Frame Grabber am Host-PC. Einen x-beliebigen Frame Grabber aus der Schublade zu ziehen und einzusetzen, führt leider nicht zum Ziel. Denn dieser muss die Features Anstatt eine Zeile zu triggern, nimmt der Blockscan-Modus einen Area of Interest (AOI) Block, bestehend aus mehreren Zeilen auf. Danach wird nicht jeder AOI-Block separat, sondern eine einstellbare Zahl an AOI-Blöcken zusammen als Gesamtbild übertragen. Dadurch wird der Overhead minimiert, den es anderenfalls bei der Übertagung der AOI-Blöcke als Einzelbilder durch das Transferprotokoll von USB3 bzw. GigE Vision geben würde. Um das Prinzip und die Handhabung des Blockscan-Modus besser nachvollziehen zu können, hat Matrix Vision einen Versuchsaufbau als White Paper veröffentlicht, welcher hier kurz zusammengefasst ist: Auf einer rotierenden Trommel mit Inkrementalgeber ist ein Maßband angebracht, welches nahtlos erfasst werden soll. Der Inkrementalgeber ist über die digitalen Eingänge einer mvBlueFox3-2-USB3-Vision-Kamera direkt mit ihr verbunden und triggert die Aufnahmen. Gleichzeitig wird über einen digitalen Ausgang der Kamera eine Beleuchtung angesteuert. Damit es zu keinen Lücken bzw. zu Überlappungen kommt, muss natürlich ermittelt werden, aus wie vielen Zeilen ein AOI-Block zusammengesetzt werden muss. Folgende Skizzen verdeutlichen die Herleitung der Formeln: Dipl.-Inform. (FH) Ulli Lansche, Technischer Redakteur bei MATRIX VISION, Oppenweiler 01a 01b 52 INDUSTRIELLE AUTOMATION 05/2020 www.industrielle-automation.net

Sobald der Inkrementalgeber ein Trigger- Signal sendet, hat sich die Trommel um einem bestimmten Winkel α weitergedreht, welcher den Kreisumfang ΔC abdeckt. r ist der Radius der Trommel und n ist die Anzahl der Pulse des Inkrementalgebers, bei denen dieser ein Trigger-Signal sendet. p ist die Anzahl der Pulse pro Umdrehung. Daraus ergibt sich für ΔC folgende Formel. Damit die AOI-Blöcke (y 1 ‘, y 2 ‘, etc.) nahtlos im Gesamtbild aneinandergereiht werden, muss die Höhe des Sichtfelds eines jeden AOI-Blocks mit ΔC übereinstimmen: Durch das Maßband kann die Objekthöhe y (mm) sowie die Bildhöhe y‘ (Pixel) leicht abgelesen und damit der Abbildungsmaßstab β (Pixel/mm) des Objektivs ermittelt werden. 03 Ist Lines-Per- Block zu niedrig gewählt, führt dies zu Lücken 04 Ist Lines-Per- Block zu hoch gewählt, führt dies zu Überlappungen Feature verwendet werden. Das Feature wird im Handbuch beschrieben, Programmierbeispiele sind in der Dokumentation vorhanden. Mehrwert des Blockscan-Modus Matrix Vision führt konsequent den Weg fort, intelligente Konzepte zu entwickeln und diese in die Firmware der Standardkameras einfließen zu lassen. Der Mehrwert des Blockscan-Modus für Kunden spiegelt sich in der vereinfachten Handhabung von Zeilenanwendungen, in der flexibleren Verwendbarkeit von Flächenkamera, in der Verwendung der USB3- und GigE-Vision- Schnittstellen wider. Diese gesteigerte Quality of Implementation ist kostenlos und durch den Weitblick der Entwickler lassen sich auch Bestandskameras mit dem Blockscan-Modus durch ein Firmware-Update erweitern. Bilder: Matrix Vision www.matrix-vision.com Werden alle drei Formeln zusammengefasst, kommt als Ergebnis die Anzahl der Zeilen pro AOI-Block heraus, die benötigt werden, um ein nahtloses Gesamtbild zu erhalten: Die minimale Anzahl von Zeilen für einen AOI-Block beträgt 16 und kann in 4er- Schritten erhöht werden. Falls in Anwendungen der minimale Wert von 16 erforderlich sein sollte, muss entsprechend β und n angepasst werden: Bei der Verwendung einer mvBlueFox3- 2032C ergab dies einen Wert für Lines-Per Block von 20 mit folgendem Gesamtbild: Ein zu hoher oder zu niedrigerer Lines- Per-Block-Wert führt zu einem fehlerhaften Gesamtbild: β kann grob über die Gaußsche Formel für dünne Linsen ermittelt werden, wobei f‘ die Brennweite ist und S der Arbeitsabstand: 02 Gesamtbild mit korrektem Lines-Per-Block- Wert Erste Version für USB-3.0-Kameras verfügbar Mit der Version 2.35.0 des GenTL Acquire Treibers von Matrix Vision steht die erste Version des Blockscan-Modus für die USB-3.0-Kameras mit Global-Shutter-Pregius-Sensoren von Sony (IMX) von Matrix Vision zur Verfügung. Eine Ausweitung auf andere Plattformen wie GigE Vision ist in der Entwicklung. Nach der Installation des Treibers muss die Firmware der Kamera aktualisiert werden, danach kann das Smart 05 Ohne den mvBlockScan-Mode wird über GenTL jede Zeile als separates Bild verschickt; der mvBlockScan-Mode fasst dagegen alle Zeilen in einem Bild zusammen und verschickt dieses anschließend www.industrielle-automation.net INDUSTRIELLE AUTOMATION 05/2020 53