Vision Systeme für Roboter und industrielle Bildverarbeitung

Welches Vision System passt zu Ihrer Anwendung?

Die Auswahl sollte nicht mit der Auflösung oder einem bestimmten Kameramodell beginnen. Entscheidend ist zuerst, welche Information das System liefern muss.

Soll lediglich erkannt werden, ob ein Bauteil vorhanden ist? Muss ein Code gelesen, ein Montagefehler gefunden oder die Position eines Werkstücks bestimmt werden? Benötigt der Roboter nur X- und Y-Koordinaten oder zusätzlich Höhe, Neigung und räumliche Orientierung?

Aus diesen Anforderungen ergibt sich, ob ein kompakter Vision-Sensor, eine Smart Camera, ein Codeleser, ein 2D-Roboterführungssystem oder eine 3D-Lösung benötigt wird.

Vision-Sensor, Smart Camera oder komplettes Vision System?

Im Produktgrid stehen unterschiedliche Systemklassen nebeneinander. Sie erfüllen nicht dieselbe Aufgabe und sollten deshalb nicht allein anhand des Preises verglichen werden.

Vision-Sensor

Ein Vision-Sensor kombiniert Kamera, Bildauswertung und häufig eine integrierte Beleuchtung in einem kompakten Gehäuse. Er eignet sich für klar definierte Aufgaben wie Anwesenheitskontrolle, Konturerkennung, Farbprüfung oder einfache Gut-Schlecht-Entscheidungen.

Die sichtbaren Sensoren von ifm und SICK gehören zu dieser Produktgruppe. Sie sind besonders interessant, wenn eine einzelne Prüfaufgabe ohne umfangreiche individuelle Programmierung umgesetzt werden soll.

Smart Camera

Eine Smart Camera vereint Bildaufnahme und Verarbeitung ebenfalls in einem Gerät. Je nach Modell bietet sie umfangreichere Softwarefunktionen, flexiblere Prüfabläufe oder zusätzliche Kommunikationsmöglichkeiten.

Die Dobot VX500 ist ein Beispiel für diese Klasse. Vor dem Kauf sollte geprüft werden, für welche Roboter, Steuerungen und Anwendungen das jeweilige System ausgelegt ist.

Kamerabasierter Codeleser

Ein Codeleser ist auf die Erkennung von Barcodes, Data-Matrix-Codes, QR-Codes oder Klarschrift spezialisiert. Er ist meist die passende Wahl, wenn die sichere Identifikation eines Produkts im Mittelpunkt steht.

Müssen neben dem Code auch Position, Kontur, Farbe oder Qualitätsmerkmale geprüft werden, ist ein allgemeineres Vision System oft geeigneter.

Modulares oder vollständiges Roboterführungssystem

Ein modulares System besteht aus separat auswählbaren Komponenten wie Kamera, Objektiv, Beleuchtung, Software und Recheneinheit. Es bietet hohe Flexibilität, verursacht aber auch mehr Auslegungs- und Integrationsaufwand.

Ein vollständiges Roboterführungssystem geht weiter: Es erkennt Bauteile, berechnet Koordinaten und übermittelt diese an die Robotersteuerung. Je nach Lösung können Kalibrierung, Objekterkennung und Guidance-Software bereits enthalten sein.

2D- oder 3D-Vision-System?

Ein 2D-System analysiert Konturen, Farben, Helligkeiten und Positionen innerhalb einer Bildebene. Ein 3D-System erfasst zusätzlich Höhen-, Tiefen- oder Entfernungsinformationen.

Ein 3D-System ist nicht automatisch die bessere Lösung. Liegen Bauteile flach auf einem Förderband oder in einem Tray und unterscheiden sie sich nur in X-, Y-Position und Drehwinkel, kann 2D ausreichend und wirtschaftlicher sein.

3D wird relevant, wenn Teile unterschiedlich hoch liegen, geneigt sind, sich überdecken oder ein Roboter einen räumlichen Greifpunkt benötigt.

Wann reicht eine 2D-Roboterführung?

Eine 2D-Roboterführung bestimmt die Lage eines Werkstücks innerhalb einer Ebene. Typischerweise werden X- und Y-Position sowie der Drehwinkel berechnet.

Sie eignet sich beispielsweise für:

• Pick-and-Place von flach liegenden Bauteilen

• Teile in Trays

• geordnete Zuführung

• Sortieraufgaben

• Lagekorrektur vor der Montage

• Maschinenbeladung bei konstanter Objekthöhe

Das im Sortiment sichtbare SICK PLOC2D gehört zu dieser Produktgruppe.

Vor dem Kauf sollte geklärt werden, ob alle Teile auf derselben Ebene liegen, ob Überdeckungen auftreten und welche Genauigkeit am Greifpunkt erforderlich ist. Sobald sich Höhe, Neigung oder räumliche Orientierung relevant verändern, sollte eine 3D-Lösung geprüft werden.

Wann benötigen Roboter Vision Systeme mit 3D-Technologie?

3D-Vision-Systeme werden eingesetzt, wenn der Roboter räumliche Informationen benötigt. Typische Anwendungen sind:

• Bin Picking

• Depalettieren

• Greifen unterschiedlich hoher Werkstücke

• Erkennung geneigter oder gedrehter Teile

• Roboterbeladung aus Behältern

• Volumen- und Höhenprüfung

• räumliche Qualitätskontrolle

Im Produktgrid sind mehrere Mech-Eye-Modelle sowie 3D-Produkte von SICK sichtbar. Die Varianten unterscheiden sich nicht nur durch ihre Leistung, sondern sind für unterschiedliche Sichtfelder, Arbeitsabstände, Teilegrößen und Genauigkeitsanforderungen vorgesehen.

Welche 3D-Kamera passt, lässt sich deshalb nur anhand des realen Arbeitsbereichs beurteilen.

Wann sind KI-gestützte Vision Systeme sinnvoll?

Klassische Bildverarbeitung arbeitet mit festen Regeln, beispielsweise Konturen, Farbwerten, Abständen oder Codes. Sie eignet sich besonders für stabile Prozesse mit klar beschreibbaren Merkmalen.

KI-gestützte Systeme können sinnvoll sein, wenn Fehlerbilder oder Objektvarianten stark schwanken. Beispiele sind natürliche Oberflächen, unregelmäßige Beschädigungen oder wechselnde Bauteilformen.

Im RBTX Sortiment sind verschiedene KI-orientierte Lösungen sichtbar:

• INSPEKTO S70 für visuelle Qualitätsprüfung

• robobrain.vision für intelligente Objekterkennung

• GuideNOW für KI- und 3D-gestützte Roboterführung

KI ist jedoch nicht für jede Anwendung erforderlich. Codes, Maße, definierte Konturen und eindeutige Anwesenheitsprüfungen lassen sich häufig einfacher mit regelbasierter Bildverarbeitung lösen.

Welche technischen Kriterien sind für die Auswahl wichtig?

Sichtfeld und Arbeitsabstand

Das Sichtfeld beschreibt den Bereich, der in einer Aufnahme sichtbar sein muss. Der Arbeitsabstand ist die Entfernung zwischen Kamera und Werkstück.

Ein großes Sichtfeld erfasst mehr Fläche, kann aber die erkennbaren Details reduzieren. Deshalb sollten Aufnahmebereich und Arbeitsabstand nicht größer gewählt werden als für die Anwendung notwendig.

Auflösung

Die benötigte Auflösung hängt vom kleinsten relevanten Merkmal ab. Eine Anwesenheitsprüfung benötigt weniger Bilddetails als die Erkennung eines feinen Kratzers oder die Vermessung einer kleinen Kante.

Mehr Megapixel sind nicht automatisch besser. Eine höhere Auflösung erzeugt größere Datenmengen und kann die Auswertungszeit verlängern.

Beleuchtung

Die Beleuchtung bestimmt, welche Merkmale im Bild sichtbar werden. Viele kompakte Vision-Sensoren und Smart Cameras besitzen bereits eine integrierte Beleuchtung.

Bei glänzenden, transparenten, dunklen oder stark strukturierten Bauteilen kann jedoch eine externe Beleuchtung notwendig sein. Das System sollte deshalb mit realen Gutteilen, Schlechtteilen und zulässigen Varianten getestet werden.

Schnittstellen und Software

Das Vision System muss Ergebnisse an Roboter, SPS oder Maschine übertragen können.

Je nach Anwendung werden unterschiedliche Daten benötigt:

Vor dem Kauf sollten Kommunikationsschnittstellen, Softwarelizenzen, verfügbare Roboter-Plug-ins und Möglichkeiten zur Datensicherung geprüft werden.

Wann ist ein Kameramodul ausreichend?

Ein Kameramodul ist nicht automatisch ein vollständiges Vision System. Es liefert zunächst Bilddaten. Für eine automatisierte Auswertung können zusätzlich erforderlich sein:

• Objektiv

• Beleuchtung

• Halterung

• Recheneinheit

• Software

• Kalibrierung

• Programmierung

• Schnittstelle zur Steuerung

Kameramodule eignen sich, wenn bereits eine passende Software- und Steuerungsumgebung vorhanden ist oder eine individuelle Lösung entwickelt werden soll.

Für eine standardisierte Prüfaufgabe kann ein Vision-Sensor oder eine Smart Camera trotz höherem Produktpreis einfacher zu integrieren sein.

Welche Lösung passt zu welcher Anwendung?

Welche Kosten entstehen bei einem Vision System?

Die Produkte im Grid reichen von einzelnen USB-Kameramodulen bis zu vollständigen 3D- und KI-Systemen. Ein Preisvergleich ist deshalb nur innerhalb vergleichbarer Produktklassen sinnvoll.

Zu den Gesamtkosten können außerdem Halterungen, Beleuchtung, Softwarelizenzen, Kalibrierung, Roboterprogrammierung und Tests gehören.

Die wirtschaftlichste Lösung ist deshalb nicht automatisch das günstigste Kameraprodukt. Entscheidend ist, wie viel zusätzliche Hard- und Software sowie Integrationsarbeit benötigt wird.

So wählen Sie das passende Vision System aus

1. Definieren Sie die konkrete Prüf-, Erkennungs- oder Führungsaufgabe.

2. Legen Sie das benötigte Ergebnis fest: Signal, Code, Messwert oder Koordinate.

3. Beschreiben Sie Gutteile, Schlechtteile und zulässige Varianten.

4. Bestimmen Sie Sichtfeld, Arbeitsabstand und kleinstes relevantes Merkmal.

5. Prüfen Sie, ob 2D ausreicht oder 3D erforderlich ist.

6. Wählen Sie zwischen Vision-Sensor, Smart Camera, Codeleser, Kameramodul und Roboterführungssystem.

7. Berücksichtigen Sie Oberfläche, Farbe und Beleuchtung.

8. Klären Sie Schnittstellen zu Roboter, SPS und Maschine.

9. Prüfen Sie Softwareumfang und mögliche Lizenzkosten.

10. Testen Sie die Lösung mit realen Werkstücken.

11. Vergleichen Sie nicht nur den Produktpreis, sondern den vollständigen Integrationsaufwand.

Häufige Fragen zu Vision Systemen

Was ist ein Vision System?

Ein Vision System erfasst und analysiert Bilder oder 3D-Daten. Je nach Aufbau besteht es aus Kamera, Optik, Beleuchtung, Software, Recheneinheit und Schnittstellen.

Was ist der Unterschied zwischen einem Vision-Sensor und einer Smart Camera?

Ein Vision-Sensor ist meist für klar definierte Standardaufgaben ausgelegt. Eine Smart Camera bietet je nach Modell umfangreichere Software- und Kommunikationsfunktionen. Die Begriffe werden von Herstellern jedoch nicht immer einheitlich verwendet.

Wann reicht ein 2D-Vision-System?

2D reicht häufig aus, wenn alle relevanten Merkmale in einer stabilen Ebene sichtbar sind. Beispiele sind Code-Lesen, Konturprüfung und die Positionierung flach liegender Teile.

Wann benötige ich ein 3D-Vision-System?

3D ist erforderlich, wenn Höhe, Tiefe, Neigung oder räumliche Orientierung relevant sind. Typische Anwendungen sind Bin Picking und Depalettieren.

Ist ein USB-Kameramodul ein vollständiges Vision System?

Nicht zwingend. Für die Bildauswertung können zusätzlich Optik, Beleuchtung, Software, Rechenleistung und eine Schnittstelle zur Steuerung erforderlich sein.

Brauche ich eine Farbkamera?

Eine Farbkamera oder RGBW-Lösung wird benötigt, wenn Farbe ein relevantes Prüfmerkmal ist. Für Konturen, Codes und viele Positionsaufgaben kann eine monochrome oder infrarote Auswertung ausreichen.

Kann jedes Vision System mit jedem Roboter verbunden werden?

Nein. Kommunikationsschnittstellen, Datenformate, Software und verfügbare Treiber müssen zur Robotersteuerung passen. Für Roboterführung ist außerdem eine geeignete Kalibrierung notwendig.

Wann ist KI sinnvoll?

KI kann bei stark variierenden Fehlerbildern oder Objektformen helfen. Für Codes, Maße und klar definierte Konturen ist klassische Bildverarbeitung häufig einfacher.

Wie teste ich ein Vision System vor dem Kauf?

Der Test sollte reale Gutteile, typische Fehlerteile und zulässige Produktvarianten enthalten. Beleuchtung, Arbeitsabstand, Bewegung und Umgebungsbedingungen sollten dabei möglichst realistisch nachgebildet werden.