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Donnerstag, 10. August 2017, Ausgabe Nr. 32

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Sensorik

3-D-Messtechnik lässt tief blicken

Von Georg Dlugosch | 13. November 2015 | Ausgabe 46

Sinkende Hardwarekosten in der industriellen Bildverarbeitung haben Anbietern von 3-D-Messtechnik Marktanteile beschert. Kameras und Sensoren mit räumlichem Aufnahmevermögen erfüllen immer häufiger die strengen Anforderungen an Schnelligkeit und Robustheit, wie auf der Fachmesse SPS/IPC/Drives Ende November in Nürnberg zu sehen sein wird.

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Foto: Sick

Ein 3-D-Antikollisionsfeld kann autonom navigierende Flurförderfahrzeuge in Produktion und Logistik vor Gefahren und Hindernissen warnen.

Als der Microsoft-Konzern 2009 Kinect vorstellte, eine Steuerung für Spielkonsolen, gespickt mit 3-D-Messtechnik, war das ein Symptom für einen Trend, der längst auch die Industrie erfasst hat. Das Angebot von 3-D-Kameras und -Sensoren ist massiv gewachsen – vor allem, weil die Hardwarekosten für Bildverarbeitung ebenso massiv gefallen sind.

„Der Preis für Kameras ist vom vierstelligen Euro-Bereich in den dreistelligen Euro-Bereich gesunken“, sagt Johannes Hiltner vom Münchner Unternehmen MVTec, das sich auf Software für die industrielle Bildverarbeitung spezialisiert hat. Die Unternehmer seien deshalb eher bereit, in bislang oft zu teure 3-D-Messtechnik zu investieren.

Ein weiterer entscheidender Grund für die Verbreitung von Kameras liegt in der Eroberung der dritten Dimension: Wo bislang häufig nur Standardfarbbilder entstanden, ist heute der Blick in die Tiefe möglich. Genuin neue Messtechnologien sind die Folge.

Schon bald könnten 3-D-Sensoren dabei helfen, online Schuhe zu kaufen

Jetzt erkennen Maschinen, ob auf dem Donut der obligatorische Schoko-Streusel thront – für ihre Vorgängerinnen oft ein unüberbrückbares Hindernis. Nachdem sich die 3-D-Messtechnik bereits in der Automobil- und der Mikroelektronikindustrie etabliert hat, dringt sie nun in den Lebensmittelbereich und die Agrartechnik vor. Künftig können wahrscheinlich sogar 3-D-Sensoren in Smartphones und Notebooks genutzt werden, beispielsweise um den Fuß dreidimensional zu erfassen und den Onlinekauf von Schuhen zu erleichtern.

Auch in den eher klassischen Anwendungen – etwa in der Erkennung und Auswertung von Barcodes – steigen die Erwartungen. Dort sollen die Sensoren immer robuster werden und unter immer raueren Bedingungen messen. Gleiches gilt für den Griff in die Kiste mit ungeordneten Objekten. Der soll flexibler werden, damit der Anwender beispielsweise von der Bremsscheibe zum Außenspiegel umschalten kann.

Foto: MVTec

Durchblick: 3-D-Sensoren helfen, die Lage von Objekten zu erkennen, zum Beispiel in Kisten voller Rohteile.

Den größten Erfolg verzeichnen 3-D-Lösungen, die nach der Anlieferung gleich benutzt werden können (Plug & Play). Diese Eigenschaft wird auch auf der Fachmesse SPS/IPC/Drives, die vom 24. bis 26. November in Nürnberg stattfindet, im Vordergrund stehen. Dort zeigt zum Beispiel der Sensorikspezialist Sick aus Waldkirch einen 3-D-Vision-Sensor, der nach Unternehmensangaben ohne Programmierung benutzt werden kann. Es sei der erste 3-D-Sensor, „der sich per Mausklick konfigurieren lässt“, betont Andreas Behrens, der bei Sick für die zwei- und dreidimensionalen Sensoren zuständig ist.

Zwei neue Verfahren erobern den Markt für Vision-Lösungen. Um z. B. eine Antikollisionskontrolle zu ermöglichen, werden zwei parallele Kameras genutzt. Besonders im Bergbau oder bei schweren Baufahrzeugen ist stereoskopisches Sehen der Maschinen zum Schutz der teuren Fahrzeuge geschätzt. Gegenüber bekannten Abstandssensoren kann hier mit einem 3-D-Antikollisions-Schutzfeld gearbeitet werden.

Eine von Laserscannern bekannte Technik greift die „Time-of-Flight-Kamera“ (ToF) auf. Diese Technologie stößt jetzt – dank robusterer integrierter Beleuchtung und erhöhter Auflösung – in industrielle Anwendungen vor. Sie wird benutzt, um selbstnavigierende Flurförderzeuge zu steuern oder auf dem klassischen Gebiet der Inspektion die Vollständigkeit und das Volumen einer Lieferung zu kontrollieren. Das sind Messdaten, die etwa in der Logistik benötigt werden. Verbesserungsbedarf besteht allerdings in der noch zu geringen Anzahl der Pixel und der Robustheit im Außeneinsatz.

Andere 3-D-Messverfahren haben sich bereits in der Praxis bewiesen, zum Beispiel die Streifenlichtprojektion. Dabei generiert ein Scanner „eine sehr dichte und genaue Punktewolke für die Rekonstruktion von Oberflächen“, erläutert Holger Wirth, der beim Darmstädter Bildverarbeitungsspezialisten Isra Vision die Industrial Automation Division verantwortet. Solche Scanner würden bereits in der Automobilindustrie eingesetzt.

Seit 2004 hat die Branche ihre Umsätze verdoppelt

Der traditionellen VDMA-Marktbefragung zufolge haben die europäischen Hersteller im vergangenen Jahr ihre Umsätze um durchschnittlich 16 % gesteigert. „Für 2015 gehen die befragten Unternehmen von einem weiteren Wachstum in Höhe von 11 % aus“, sagt Olaf Munkelt, Vorstandsvorsitzender der VDMA-Fachabteilung Industrielle Bildverarbeitung.

Die deutsche Bildverarbeitungsindustrie erzielte 2014 bei einem geschätzten Anteil von 40 % am europäischen Umsatz 1,9 Mrd. € – und sie will um 10 % wachsen. Im Vergleich zu 2004 hat sich das Volumen damit verdoppelt.

Die Sensorik und Messtechnik ziehen mit. Die Branche hat 2014 mit einer Umsatzsteigerung von 8 % abgeschlossen und erwartet nach einem Dämpfer im zweiten Quartal 2015 laut Thomas Simmons, Geschäftsführer des AMA Verbands für Sensorik und Messtechnik, „für 2015 eine Steigerung um 5 %.“

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