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DIGITALE SICHTLÖSUNGEN FÜR MOBILE ARBEITSMASCHINEN


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O+P Fluidtechnik - epaper ⋅ Ausgabe 10/2022 vom 17.10.2022

KAMERASYSTEME

Bei Fahrzeugen und Arbeitsmaschinen entstehen aufgrund ihres Aufbaus nicht einsehbare Bereiche, sogenannte „tote Winkel“. Um diese zu vermeiden, existieren Lösungen zur Sichtfelderweiterung, klassisch der Rück- oder die Seitenspiegel. Diese können jedoch nicht alle schwer einsehbaren Bereiche abdecken. Daher kommen bei Fahrzeugen immer häufiger Assistenzsysteme zur Kollisionsvermeidung zum Einsatz. Hiermit sollen vor allem Unfälle mit Menschen, aber auch Schäden am Fahrzeug vermieden werden. Während früher vor allem Ultraschall-Sensoren als Abstandswarner genutzt wurden, setzt man heute zunehmend auf Kameras oder eine Kombination von Kamera und Ultraschall. Diese kamerabasierten Sichtlösungen liefern dem Maschinenbediener weitaus mehr Informationen als Ultraschall-Sensoren.

Schon lange werden auf Arbeitsmaschinen analoge Kameras zur Sichterweiterung genutzt. Im Zuge der Digitalisierung ...

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Bildquelle: O P Fluidtechnik, Ausgabe 10/2022

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... von Arbeitsmaschinen und dem zunehmenden Bedarf an fusionierten Daten gewinnen digitale Sensoren an Bedeutung. Digitale Kamerasysteme sind daher immer gefragter.

"AUCH KOMPLEXE STEUERBEFEHLE KÖNNEN VON DISPLAY ZU KAME-RA ÜBERTRAGEN WERDEN"

Auflösung, die Bildrate sowie der Dynamikumfang von Bedeutung. Eine sinnvolle Begrenzung der Auflösung und Bildrate ergibt sich z. B. aus den technischen Möglichkeiten des Anzeigegeräts. Die durch die Kamera erzeugte Datenmenge wird idealerweise auf das Display und den Anwendungsfall angepasst. Eine zu hohe Datenmenge der Kamera führt zu einer höheren, vermeidbaren Rechenlast bei der Verarbeitung im HMI.

Ähnliches gilt beim Dynamikumfang bzw. der Farbtiefe: Monitore können nur eine begrenzte Anzahl von Farb- und Helligkeitsstufen darstellen. In der Praxis führen vor allem hohe Kontraste, wie beispielsweise bei Gegenlicht, zu Problemen. Für diesen Fall verfügt die HVT 1000 über einen Sensor mit HDR-Modus. Er nimmt eine Serie von Bildern mit unterschiedlichen Belichtungen auf und kombiniert diese in einem Bild. So können Details auch bei schwierigen Lichtverhältnissen wiedergegeben werden. Zudem kann die Kamera das Bild transformieren und dieses je nach Anwendungsfall zurechtschneiden.

BESONDERHEITEN BEI KAMERAS IN ARBEITSMASCHINEN

Bei der Integration von Kameras in die Maschine und auch im Ersatzteilfall spielt die einfache Handhabung sowie Montierbarkeit eine große Rolle. Um den Einbau oder Tausch zu vereinfachen, ist die HVT 1000 mit zwei Durchgangslöchern ausgestattet, die eine Befestigung mit M6-Schrauben ermöglichen.

Auch die elektrische Schnittstelle und der Stecker spielen eine Rolle, wobei Ethernet als Schnittstelle stetig an Bedeutung gewinnt. Ein Grund dafür ist, dass neue Sensoren mehr Daten senden, als der häufig verwendete CAN-Bus übertragen kann. Ethernet bietet hier eine Lösung für Sensoren mit hohem Bandbreitenbedarf. Bei den Steckverbindern wird von den Komponenten für Arbeitsmaschinen häufig eine hohe Flexibilität erwartet, da sich diese dem System anpassen müssen. Je nach Anwendungsfall sind Lösungen mit Steckverbindern an der Komponente oder Lösungen mit Kabelabgang von Vorteil. Nicht zuletzt muss die Elektrik/Elektronik der Kamera den Anforderungen mobiler Arbeitsmaschinen entsprechen, um beispielsweise mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen arbeiten zu können oder auftretenden elektrischen Störungen zu widerstehen. Die HVT 1000 ist dementsprechend mit speziellen Schutzschaltungen ausgestattet.

SYSTEME ZUR SICHTFELDERWEITERUNG

Eine Kamera ist selbst aber nur ein Teil eines Systems zur Sichtfelderweiterung. Minimal besteht dieses aus einer Kamera, einem Verbindungskabel und dem Anzeigegerät. Wird als Schnitt-stelle Ethernet genutzt, lässt sich dieses System durch das Einsetzen von Ethernet-Switches um weitere Komponenten zu einem Netzwerk erweitern. So können theoretisch beliebig viele Kameras (oder Ethernet-fähige Sensoren) mit einem oder mehreren Endgeräten, z. B. Display oder HMI, verbunden werden. In der Praxis ist die Anzahl der Geräte im Netzwerk durch die verfügbare Bandbreite begrenzt.

Diese Flexibilität führt aber auch zu neuen Herausforderungen. Kamera und Display/HMI müssen aufeinander abgestimmt werden, damit das Display den Bilddatenstrom im Netzwerk findet und richtig interpretiert. Um dies zu erleichtern, gibt es Normen aus dem Bereich Automobil, auf deren Grundlage die Konfiguration der Ethernet Kamera nach einem standardisierten Befehlssatz möglich ist (ISO 17215). Die digitale Schnittstelle überträgt also nicht nur den Videostrom von der Kamera an das Display. Es können auch komplexe Steuerbefehle vom Display an die Kamera gesendet werden. Diese bilden die Grundlage für neue Sichtlösungen, die durch das Zusammenspiel von Hardware und Software entstehen.

NEUE SICHTLÖSUNGEN DURCH DIGITALE BILDDATEN, FUSION UND SOFTWARE

So kann das Display/HMI durch entsprechende Befehle die Auflösung oder die Bandbreite der Kamera ändern. Dies ist z. B. dann sinnvoll, wenn zwischen einer Vollbilddarstellung auf dem Display und der Anzeige mehrerer Bilder in verkleinerter Ansicht umgeschaltet werden soll. Durch eine anforderungsorientierte Datenübertragungsrate kann die Recheneinheit im Display/HMI entlastet werden. Die HVT 1000 unterstützt dies durch die Möglichkeit zum Anlegen vordefinierter Sichtfeldkonfigurationen, die auf Befehl abgerufen werden. Weiterhin ist es möglich, die Bilddarstellung zu ändern, das Sichtfeld der Kamera digital anzupassen oder Funktionen wie die interne Kameraheizung zu steuern.

In der HVT 1000 lassen sich darüber hinaus Automatik-Funktionen, wie z. B. die Belichtungssteuerung, an- und abschalten oder von außen per Befehl steuern. Dies ist dann relevant, wenn mehrere Bilder im Display zu einer gemeinsamen Top-View- oder Bird-View-Ansicht fusioniert werden sollen. Hierbei werden die Kameras von einem zentralen Steuergerät so eingestellt, dass ein homogenes Gesamtbild entsteht. Im Display/HMI können aber nicht nur Bildströme fusioniert werden: Sind über ein Gateway weitere Sensoren mit dem HMI verbunden, z. B. Ultraschall- oder Radar-Sensoren, dann ist es möglich, diese Informationen im dargestellten Kamerabild zu überlagern. Der Anwender wird damit beispielsweise zusätzlich auf ein potenzielles Hindernis aufmerksam gemacht. Durch die Verwendung mehrerer HVT 1000 in Verbindung mit Ultraschall- und Radar-Sensoren ist so eine 360 ° Umfeldüberwachung um die Maschine möglich.

POINTIERT

EINFACHE INTEGRATION IN MASCHINEN-ARCHITEKTUREN DANK ISO 17215

ROBUSTE ELEKTRONIK, AUSGELEGT AUF HOHE ANFORDERUNGEN

SENSOR MIT HDR-MODUS FÜR SCHWIERIGE SICHTVERHÄLTNISSE

FUSION MEHRERER BILDER ZU TOP-VIEW ODER BIRD-VIEW MÖGLICH