ifm, die heimlichen Bildverarbeitungsexperten

Mit über 7.000 Mitarbeitern weltweit zählt die ifm electronic GmbH zu den großen Namen der Sensorikbranche. Dass sich das Unternehmen schon seit vielen Jahren auch intensiv und erfolgreich mit dem Thema Bildverarbeitung befasst, ist hingegen meist nur Insidern bekannt.

Positions- und Prozesssensoren, Sensoren für Motion Control, Sicherheitstechnik, Industrielle Kommunikation, Systeme zur Zustandsüberwachung von Maschinen, Verbindungstechnik und noch viele weitere Produktbereiche umfasst das Portfolio der ifm. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Essen hat sich in diesen Segmenten schon lange als leistungsfähiger Hersteller international etabliert, ist jedoch auch im Bereich der industriellen Bildverarbeitung schon seit über zehn Jahren zuhause, betont Mike Gonschior, der als Produktmanager für die Vision-Aktivitäten bei ifm verantwortlich ist: „Wir beschäftigen uns mit dieser Materie schon lange und konzentrieren uns dabei auf vier Produktbereiche, nämlich Vision-Sensoren, 3D-Sensoren, 3D-Kameras und Beleuchtungen. Unsere Produkte dieser Kategorien sind bereits in zahlreichen Anwendungen weltweit im Einsatz.“

Unter Vision-Sensoren versteht Gonschior kompakte Produkte, in denen alle erforderlichen Komponenten für die Bildverarbeitung in einem robusten, industrietauglichen Gehäuse integriert sind. Dies umfasst Beleuchtung, Optik, Kamerachip, Auswertung und Prozessanschlüsse für die Integration in die übergeordnete Steuerung. „Aus der Automatisierungstechnik sind solche Vision-Sensoren heute nicht mehr wegzudenken und ein fester Bestandteil der Montage-, Fertigungs- und Qualitätskontrolle“, so Gonschior.

Zur Hannover Messe 2019 stellt ifm neue Multicode-Reader für 1D- und 2D-Codes vor. (Bildquelle: ifm electronic GmbH)

Ein Highlight aus diesem Segment bei ifm stellt der Objekterkennungssensor O2D dar, der wiederkehrende und feste Objektkonturen unabhängig von deren Drehlage erkennt und damit für die Lösung von Aufgaben wie Anwesenheits-, Positions- und Qualitätskontrollen sowie Sortier- und Zählanwendungen prädestiniert ist. Für Aufgabenstellungen, bei denen die Objektformen, -größen oder -farben variieren, bietet sich der Objektinspektionssensor O2V an. „Zur diesjährigen Hannover Messe werden wir mit der O2i-Serie außerdem eine neue Generation von Vision-Sensoren vorstellen, kündigt der ifm-Vision-Produktmanager an. „Dieser Multicode-Reader für 1D- und 2D-Codes ist sowohl für einfache Aufgaben mit einem Code, als auch für sehr komplexe Applikationen mit verschiedenen Bildaufnahmen und zugehörigen unterschiedlichen Codes geeignet. Sein Bedienkonzept bietet dem Kunden drei verschiedene Einstellmodi: Einen 1-Tastenteach, um einfache Anwendungen ohne PC in Betrieb zu nehmen, eine App für das schnelle Anlernen mehrerer Parameter und die intuitive Software Vision Assistant für komplexere Aufgabenstellungen.“ Als weitere interessante Merkmale der Neuvorstellung nennt Gonschior einen Auto-Focus für verschiedene Lesesituationen im Betrieb, Multi-Image-Teach-Möglichkeiten, mit der mehrere Codes gleichzeitig angelernt werden können, sowie einen großen USB-Datenspeicher, um fehlerhafte Codes zu speichern. Diverse 1D- und 2D-Codeleser sowie benutzerfreundliche Softwarepakete für diese Produkte runden das ifm-Angebot im Bereich Vision-Sensoren ab.

3D-Sensoren auf Time-of-Flight-Basis

Mit seinen optoelektronischen 3D-Sensoren adressiert ifm Applikationen wie das Erfassen von Volumina, Abständen oder Füllhöhen. Technische Grundlage dieser Produktgruppe ist das Lichtlaufzeit- bzw. Time-of-Flight-Verfahren (ToF): Diese Geräte beleuchten die Szene mit einer internen oder externen Infrarot-Lichtquelle und berechnen die Entfernungen zwischen Sensor und den Objektoberflächen anhand der Laufzeit des von der Oberfläche reflektierten Lichts.

„Eine besondere Stärke unserer 3D-Sensoren besteht darin, dass wir durch die Zusammenarbeit mit dem Siegener Unternehmen pmdtechnologies ag einen kompetenten Partner an der Seite haben, mit dem wir eigene Chip-Designs entwickeln und damit sehr flexibel auf besondere Anforderungen des Marktes reagieren können“, unterstreicht Gonschior. pmdtechnologies ag ist ein etablierter deutscher Hersteller von 3D-ToF-Sensoren und seit 2013 ein 100%-iges ifm-Tochterunternehmen.

Mike Gonschior: „ifm bietet mit seinen Produkten leistungsfähige Möglichkeiten für die Lösung von Bildverarbeitungsanwendungen in vielen Branchen.“ (Bildquelle: ifm electronic GmbH)

Auch das derzeitige 3D-Sensor-Flaggschiff von ifm namens O3D basiert auf der patentierten pmd-Technologie und nutzt einen speziellen Time-of-Flight-3D-Chip, mit dem neben dem Grauwert für jeden Bildpunkt auch dessen Abstand zum Sensor ermittelt werden kann. „Dieser Chip arbeitet auch bei schlechten oder wechselnden Lichtverhältnissen äußerst zuverlässig“, berichtet Gonschior und nennt einige Beispiele für den Einsatz des 3D-Sensors O3D: „Generell eignet sich dieses Produkt hervorragend für viele Aufgabenstellungen in der Verpackungstechnik und Logistik, z.B. um Gebinde auf Unter- oder Überfüllung zu prüfen oder um fehlende oder falsch positionierte Objekte sowie Ausschuss bei Palettieranwendungen zu erkennen. Diese Sensoren arbeiten dabei farbunabhängig und mit einer für Ein-Sensor-Lösungen hervorragenden Genauigkeit bei der Objektvermessung.“
Die Bilddaten, die diese Produktfamilie aufnimmt, können unter Verwendung der Parametriersoftware ifm Vision Assistant genutzt werden, um umfangreiche Applikationen zu lösen. „Diese Software zeichnet sich durch eine außergewöhnlich einfache Handhabung aus und erlaubt somit auch Benutzern mit wenig Erfahrung im Bereich Bildverarbeitung eine schnelle und unkomplizierte Einrichtung unserer 3D-Sensoren“, so Gonschior. Als typische Einsatzgebiete dieser Produktgruppe nennt er unter anderem die Verpackungs-, Lager- und Fördertechnik, die Flughafenlogistik, die Raum- und Personenüberwachung sowie die Robotik.

Applikationslösungen im ifm Vision Assistant (Stand Nov. 2018)

• Robotergreifer flexibel automatisieren
• Entpalettieren von sortenreinen Packstücken
• 3D-Füllstandmessung und Grenzstanderfassung
• Vollständigkeitskontrolle für die Verpackungstechnik
• Volumenbestimmung für Lager- und Fördertechnik

Vielseitige 3D-Kameras

Die 3D-Kameras von ifm bauen auf der gleichen Hardware auf wie die 3D-Sensoren des Unternehmens und nutzen zur räumlichen Erfassung der zu untersuchenden Szenen und Objekte ebenfalls die ToF-Technologie auf Basis der 3D-ToF-Sensor-Chips der pmdtechnologies ag.

Die Möglichkeiten der O3D-Kameras gehen jedoch noch wesentlich weiter: Für komplexere Anwendungen kann die aufgenommene Punktwolke über das ifm-SDK an einen PC oder Controller gesendet oder mit Hilfe von Treibern für das Roboter-Betriebssystem ROS, die freie Programmierbibliothek pcl zur Verarbeitung von Punktwolken oder die Bildverarbeitungssoftwarebibliothek Halcon weiterverarbeitet werden. Damit ist die nahtlose Integration von O3D-Kameras in eine Vielzahl von Automatisierungsumgebungen auf einfache Weise möglich. Für den Einsatz in mobilen Arbeitsmaschinen hat ifm zudem Varianten entwickelt, die über eine erhöhte Schock- und Vibrationsbeständigkeit verfügen.

Linkliste

• ifm-SDK
• Github (ifm)
• Github (pcl)
• Halcon

Starke Partner

Dass Gonschior den Bereich Robotik als ein besonders wichtiges Einsatzfeld für die Bildverarbeitungskomponenten von ifm nennt ist nicht zufällig: „Wir arbeiten in diesem Segment sehr eng mit einem amerikanischen Unternehmen zusammen, das unter dem Namen Love Park Robotics bekannt wurde und mittlerweile eine 100%ige Tochter von ifm ist.“ Diese in Philadelphia ansässige Firma hat sich auf die Entwicklung spezieller Softwarealgorithmen spezialisiert, die es Robotern ermöglichen, ihre Umgebung dreidimensional zu interpretieren und entsprechend zu reagieren. „Dies funktioniert selbst in rauen Industrieumgebungen sehr zuverlässig. Die Kombination dieser Software mit unseren 3D-Sensoren und -Kameras und geeigneten Robotern ermöglicht extrem leistungsfähige und flexible Robot-Vision-Lösungen für Anwendungen in einer Vielzahl an Branchen.“

Darüber hinaus arbeitet ifm mit weiteren Partnern wie unter anderem mit den Münchner Bildverarbeitungssoftware-Spezialisten MVTec zusammen und nutzt deren Imaging-Bibliothek Halcon, um leistungsfähige Möglichkeiten zur Entwicklung von Software für die Bildanalyse in Verbindung mit den eigenen 3D-Sensoren und -Kameras bereitzustellen. „Mit diesen Partnern und den Chip-Design-Möglichkeiten bei pmd sowie unserer eigenen Kompetenz im Bereich Bildverarbeitung können wir Anwendern interessante Optionen in diesem Bereich bieten“, unterstreicht Gonschior.

Erfolgreiche Beispiele

Reinigungsroboter von Adlatus Robotics, bestückt mit O3D-Kameras von ifm, werden schon bald Bahnsteige der Deutschen Bahn automatisiert reinigen. (Bildquelle: ifm electronic GmbH)

Dass diese Aussage nicht nur graue Theorie ist belegen zahlreiche Applikationen, die in den letzten Jahren auf Basis der Bildverarbeitungskomponenten von ifm in der Industrie und in anderen Anwendungsbereichen Realität wurden. So hat das Ulmer Startup-Unternehmen Adlatus Robotics kürzlich einen Zweijahresvertrag mit der Deutschen Bahn zur Lieferung und Weiterentwicklung von Reinigungsrobotern abgeschlossen, nachdem sich die Adlatus-Entwicklung in Deutschlands erstem Reinigungsroboterrennen gegen eine Reihe von Wettbewerbern durchsetzen konnte. Als „Auge“ nutzt das Gewinnersystem O3D-Kameras von ifm.

Die Leistung von 40 bis 60 Arbeitskräften ersetzt der Traubenvollernter „EasyPilot“ der französischen Firma Grégoire. Das 3D-Sensorsystem O3M von ifm sorgt dabei auf Basis der patentierten pmd-Technologie und mit Time-of-Flight-Methoden für eine automatische Linienführung der Maschine mit einer Präzision von 3 cm, ohne GPS-Positionssignale zu benötigen, und erlaubt so eine zielsichere automatisierte Traubenernte im Weinberg.

In der Landwirtschaft existieren zahlreiche weitere erfolgreiche Anwendungen auf Basis von ifm-Bildverarbeitungskomponenten. Sie werden unter anderem bei der Beobachtung von Füllkegeln beim Befüllen von Ladeflächen durch Mähdrescher eingesetzt, um eine bessere Verteilung der Ladung zu gewährleisten. Robuste, Time-of-Flight-basierte ifm-Systeme helfen Melkrobotern beim automatischen Melken: Sie erkennen die Zitzen der Kühe, ermöglichen ein exakteres Aufbringen von Pflegemitteln und sorgen insgesamt für effiziente und zugleich tierschonende Abläufe.

Mit Smart Home nennt Gonschior einen weiteren vielversprechenden Anwendungsbereich für die Bildverarbeitung von ifm: „Mit interaktiven Kamera-Assistenten, die Technologien aus den Bereichen Deep Learning und Künstliche Intelligenz nutzen, ist es möglich, die Sicherheit in den eigenen vier Wänden zu verbessern. Derartige System sind in der Lage, die Bewohner des Hauses zu erkennen und dabei sogar zwischen Erwachsenen, Kindern, Haustieren und Objekten zu unterscheiden. Auch eine Differenzierung von bekannten und unbekannten Gesichtern sowie das Erkennen ungewohnter Aktivitäten wie das Öffnen von Schranktüren oder Bewegungen im Wohnbereich sind damit realisierbar und erlauben es, die Besitzer in solchen Fällen zu benachrichtigen.“ Basis solcher Systeme sind erneut 3D-Sensoren von ifm mit der Basissensortechnologie von pmd.

Das 3D-Sensorsystem O3M von ifm sorgt im Traubenvollernter „EasyPilot“ für eine automatische Linienführung mit einer Präzision von 3 cm und erlaubt so eine zielsichere automatisierte Traubenernte im Weinberg. (Bildquelle: ifm electronic GmbH)

Laut Gonschior gibt es noch zahlreiche weitere erfolgreiche Anwendungen von ifm-Bildverarbeitungskomponenten wie z.B. Kollissionsschutzsysteme für Roboter oder fahrerlose Transportsysteme, Serviceroboter im Consumerbereich, die Kunden in Einkaufsläden den Weg zu den gesuchten Produkten zeigen, Inventurroboter, die im Supermarkt Regale inspizieren und ihren menschlichen Kollegen die nachzufüllenden Stellen melden, Roboter, die Hotelgästen Bestellungen wie z.B. Getränke nach der Bestückung in der Lobby selbständig bis an die Zimmertür liefern, oder Securityroboter, die in Gewerbegebieten oder auf Parkplätzen unerwünschte Eindringlinge über die Aufnahme von Wärmebildern erkennen und sogar mitgeführte Waffen identifizieren können.

„Die Möglichkeiten sind hier nahezu unendlich groß. Mit unserem Produktportfolio für die industrielle Bildverarbeitung, unserem starken Partnernetzwerk und dem breiten Serviceangebot von ifm wollen wir dieses Segment in den kommenden Jahren deutlich ausbauen und uns als leistungsstarker Anbieter am Markt etablieren“, formuliert Gonschior das Ziel für seinen Verantwortungsbereich. Angesichts des Marktpotentials und der Möglichkeiten von ifm in Bezug auf Technik und Service stehen die Chancen sehr gut, dieses Ziel zu erreichen.