Zeilenkamerabeschreibung

Typ: ZSA-5010-8L

Mechanik: Das robuste Aluminium-Halbschalen-Gehäuse mit angeflanschten Trägerplatten nimmt in dem 10 mm starken, verwindungssicheren Frontfeld die entsprechende Optik auf. Durch die Verwendung eines feststehenden Objektives, an dem keine Schärferegulierung mehr möglich ist, wird ein versehentliches Verstellen der Fokussierung im laufendem Betrieb unterbunden. Somit entfällt auch eine etwaige mechanische Belastung des Objektives durch die bisher üblichen Arretierungen mittels Schrauben oder Schellen. Die Schärferegulierung in der Einstellungsphase wird einfach durch Verschieben des internen Zeilensensors vorgenommen. Zur bequemen Durchführung dieser Justage ist der Antrieb des Führungsschlittens von außen erreichbar.

Geschwindigkeit: Die Auflösung des Standard-Zeilensensors beträgt 5000 Bildpunkte auf die gewünschte Sichtbreite. Das Auslesen der Pixel erfolgt zur Zeit mit einer Taktrate von 10 MHz, wodurch sich eine Scanfrequenz von 2 kHz ergibt. Für die extremen Anforderungen bei sehr hohen Vorschubgeschwindigkeiten ist ein Kamerasystem mit 40 MHz Taktfrequenz in Vorbereitung, mit dem dann bei 8 kHz Scanfrequenz und gleicher Auflösung die vierfache Objektgeschwindigkeit gegenüber dem Standard realisiert werden kann. Beispiel: Unter Anwendung des Gerätetyps „ZSA-5010-xx“, bei einer angenommenen Überwachungsbreite von 2 Metern und einem Auflösungsraster von 1 mm, kann das zu kontrollierende Produkt bis 120 m Vorschub pro Minute problemlos überprüft werden. Bei gleichen Einsatzbedingungen würden sich mit einem „xxx-5040-xx“-Modell erfassbare Objektgeschwindigkeiten von annähernd 500 Metern pro Minute ergeben!

Ablaufsteuerung: Das kompakte Kamerasystem beinhaltet die schlittenpositionierbare Sensoreinheit inklusive der Auswerteelektronik und dem entsprechenden Netzteil. Die Ablaufsteuerung erfolgt durch einen 32-Bit Mikrocontroller (Fabrikat Motorola Typ M68332), der für die Kantenberechnung, Schwellen- und Fehlergrößenanpassung, I/O-Verwaltung und die Kommunikation mit einem optionalen PC zuständig ist. Die Fehlerauswertung wird mit einem reinen Hardwarebaustein zur Geschwindigkeitsoptimierung realisiert. Dieser FPGA-Baustein (Field Programmable Gate Array), in dem bereits durch werksseitige Vorprogrammierung die anwendungsspezifischen Auswertungsalgorithmen hinterlegt wurden, ermöglicht eine sehr effiziente Fehleranalyse gegenüber den bisher üblichen Timing-Problemen bei Softwarelösungen mit großem Datendurchsatz. Alle daraus resultierenden Ergebnisse und Steuersignale werden über eine RS-232 bzw. RS-422 Schnittstelle an einen PC, IPC oder an andere übergeordnete Systeme weitergeleitet. Auf Kundenwunsch können hier auch alternative Medien und Übertragungsprotokolle mit eingebunden werden.

Fehlerauswertung: Die Überwachungsbreite der Zeilenkamera wird intern in 8 separate Zonen mit je einem Ausgang unterteilt, um dem Bedienungspersonal einen groben Anhaltswert über die Position eines aufgetretenen Fehlers im Produktionsprozeß zu vermitteln.

Bei der Auswertung von den softwareseitig abgespeicherten Mängelprotokollen lassen sich so nähere Rückschlüsse über die Ursache der Störung ziehen, da sehr gut zu unterscheiden ist, ob die Fehler willkürlich verteilt sind (Rohwarenproblem), oder in wiederkehrenden Bereichen auftreten (Prozeßfehler). Die Dauer des ausgelösten Zonensignals entspricht der realen Fehlerlänge und gibt somit Aufschluß über das Ausmaß der aufgetretenen Störung. Da diese kurzen Impulse unter Berücksichtigung typischer Zykluszeiten bei einer SPS nicht immer verwertbar sind, steht noch ein zusätzlicher Sammelausgang des Mikrocontrollers mit programmierbarer Impulsverlängerung zur Verfügung. Mit diesem Signal können dann noch zusätzliche Warnmeldungen oder Eingriffe in den Produktionsablauf realisiert werden.

Anschluß: Die I/O-Anbindung der Kamera erfolgt über einen zweikanaligen Kunststoff-Lichtwellenleiter, in dem die Übertragung der gemultiplexten Fehlersignale stattfindet, die komplette Kommunikation mit dem Rechner abläuft und die benötigten Wegstreckeninformationen durch die Taktsignale eines externen Incrementalgebers eingeholt werden. Auf der anderen Seite des Lichtleiters wird ein Demultiplexer installiert, dessen Aufgabe darin besteht, die gewohnte Schnittstellenumgebung (z.B. SubD-Stecker) wiederherzustellen und applikationsbezogene Optionen (Impulsformung, Signalverschleppung, Fehlerbogenzuordnung) am Übergabepunkt zu realisieren. Für kundenspezifische Anforderungen kann das System auch mit einem handelsüblichen Verbindungskabel ausgerüstet werden, wobei aber der Lichtleiter im Sinne der EMV-Richtlinien immer den eindeutig sicheren Weg darstellt.

Software: Die Einstellungen der Parameter zur Fehlererkennung werden standardmäßig im Werk bzw. vor Ort durchgeführt und sind erfahrungsgemäß fast immer anwendungsbezogen. Um diese Werte dem jeweiligen Produktionsprozeß anzupassen, kann der Operator unter Einsatz seines PC/IPC mit der im Lieferumfang enthaltenen Software die Anpassung an das Anforderungsprofil der Qualitätssicherung selbst gestalten. Mit dem zugehörigen Programm „QuaCon“ (quality control) können bis zu vier Kameras im Verbund gleichzeitig überwacht, einzeln parametriert und protokolliert werden.

Einsatzbereich: Ausstattung und Design der Kamera wurden unter Verzicht nicht benötigter Feature soweit optimiert, daß die erreichte Senkung der Stromaufnahme in Verbindung mit der verbesserten Wärmeableitung zu keiner nennenswerten Eigenerwärmung führt. Durch diese Maßnahmen wird zum einen die Lebensdauer der einzelnen Baugruppen erhöht, als auch ein Dauerbetrieb des Gerätes bei Umgebungstemperaturen von +40°C ohne zusätzliche Kühlung problemlos ermöglicht.

Funktionsprinzip: Die grundsätzliche Funktion der Zeilenkamera und ihrer Baugruppen werden in dem folgendem Blockschaltbild dargestellt.