Vision- / Kamerasystem

Wie bereits vorgängig angetönt unterstütz Mach3 und insbesondere der Schmidtscreen die Verwendung einer Kamera. Zweck der Kamera ist das optische erfassen von Kanten oder Bohrungen um diese dann in der X/Y-Ebene abzunullen.

An die Kamera werden an und für sich keine all zu hohe Ansprüche gestellt. Ich verwende eine USB -Endoskop- Kamera wie sie zum Beispiel zum Erforschen von Abflussrohren etc. eingesetzt werden kann. Wichtig zum Einbau ist, dass sie am Kabel nicht verstärkt ist sondern ein flexibles Kabel hat um es in der Schleppkette verstauen zu können. Ich habe mir eine von Pearl.ch bestellt und kostete um die 50 Euro. Bis heute bin ich damit sehr zufrieden.

Kamera von Pearl
Kamera von Pearl


Das Vorgehen zum Abnullen mit der Kamera sieht folgendermassen aus:

1.) Kamera aktivieren (Kamerabild erscheint in eigenem Fenster)
2.) manuell mit der Kamera auf die gewünschte Position fahren und diese genau auf das zu erfassende Objekt positionieren
3.) Nullpunkt in X/Y Setzen

 

Soweit so gut. Nun gibts da aber ein kleines Problem:

In der Regel wollen wir ja das Werkstück nicht mit der Kamera bearbeiten, ihre Standzeit wäre in kürzester Zeit abgelaufen. So wie wir das nun aber eben gemacht haben, ist ja der Nullpunkt auf die Kameraposition bezogen und wir wollen den Nullpunkt sicherlich auf das Werkzeug bezogen setzen.

Somit müssen wir den Nullpunkt um den Versatz von der Kamera zum Werkzeug verschieben. Wie dieser am einfachsten bestimmt werden kann ist weiter unten unter "Kamera einrichten" beschrieben.

 

Nachfolgende Skizze und das Foto verdeutlicht die Problematik mit dem Versatz von der Kamera zum Werkzeug.

Genau dafür, also um diesen Versatz zu kompensieren, hat der Schmidtscreen  Eingabefelder um Versatz vom Werkzeug zur Kamera einzugeben und dauerhaft zu speichern. So wird also nach dem Ausrichten mit der Kamera nicht die Kamera sondern das Werkzeug auf Null gesetzt.

Das Nachfolgende Video zeigt den Ablauf zum Ausrichten über ein Vision-System unter Verwendung des (modifizierten) Schmitt-Screens:

 

 

 

Kamera einrichten

Dieser Teil gliedert sich in zwei Hauptteile: Die Hard- und die Software. Befassen wir uns nun erst mal mit der Software.

 

Software

Mach3 sieht ja bereits eine Kameraintegration vor und somit muss ausser dem Treiber der Kamera nichts mehr zusätzlich installiert werden. In Mach3 muss die Kamera integration aber womöglich erst aktiviert werden. Dafür geht man in Mach3 aufs Menü "Config", "Config Plugins" und da muss "Video—B.Barker-Ver-1.0" aktiviert werden (Enabled). Nun kann das Plugin auch direkt über das Menü "Plugin Conrol", "Video window" aufgerufen werden und das Fenster erscheint.

Allenfalls muss Mach3 erst neu gestartet werden bis der Eintrag Video window erscheint.

Wie das mit dem Einstellen und Konfigurieren (unter Anderem des Versatzes in X/Y) im Screen genau geschieht ist vom verwendeten Screen abhängig und ist je nach integration unterschiedlich.Beim Schmidt-Screen gibts da extra einen Button mit dem Namen "Video Offset" Ganz oben am Screen. Falls der Verwendete Screen dies nicht so elegant löst wie zum Beispiel der Schmidt-Screen, hat der Klaus Dietz ein spezielles Kamera PlugIn entwickelt, welches eine Eingabe vom Kameraversatz auch ermöglicht. Dieses PlugIn ist als Freeware hier erhältlich.

 

Hardware

Die Endoskop Kamera muss ja irgendwie an der Maschine befestigt werden. Besser ist natürlich sie ist nicht nur irgendwie, sondern sehr präzise und achsparallel zur Werkzeugspindel ausgerichtet. Um die Kamera in allen Richtungen einstellen zu können, habe ich mir dafür extra einen Halter aus Aluminum gefräst.

Kamerahalterung
Kamerahalterung

Ausrichten der Kamera

1.) Die Kamera sollte nicht um die eigene Achse verdreht sein.
2.) Die Kamera muss genau senkrecht in der Z-Achse eingestellt werden.
3.) Der Versatz vom Werkzeug zu der Kamera muss in der X/Y-Ebene genau bestimmt werden.

 

Wie wir das machen können hier ganz kurz erklärt:

Zu Punkt 1

Eine Platte, Leiste oder was gerade so rumliegt genau in Flucht einer Achse auf den Maschinentisch spannen. Wichtig dabei ist, dass das aufgespannte Teil eine einigermassen gerade Seite/Kante hat. Nun einfach das Kreuz des Kamerabildes parallel zur Kante des aufgespannten Teils ausrichten.

 

Zu  Punkt 2
Das achsparallele Ausrichten zur Werkzeugspindel geschieht darin, dass die Kamera so weit wie möglich nach unten an die Aufnahmeplatte gefahren wird und auf einen Punkt oder noch besser ein Kreuz ausgerichtet wird.

Jetzt die Z-Achse und somit die Kamera nach oben fahren. Dabei darf sich das fokusierte Objekt nicht nach einer oder zwei Seiten verschieben. Tut es dies trotzdem, einfach die Position der Kamera so verändern, dass das Objekt wieder schön zentrisch ausgerichtet ist. Dabei natürlich nicht in X/Y verfahren, sondern die Kamera in ihrer Halterung verstellen. Diese Schritte so oft wiederholen bis sich das Bild im Video Fenster nicht mehr nach einer Seite verschiebt

 

zu Punkt 3
Am einfachsten ist es erst mal auf ein Blech/Holz oder was gerade rumliegt ein Kreuz zu gravieren. Das ist auch mit einem grossen "+" Zeichen wie beim Text gravieren zu erreichen. Das Kreuz sollte idealerweise nicht zu Klein sein (Breite und Höhe ca 20 -40mm). Wichtig beim Gravieren ist, dass der Nullpunkt  in der Mitte des Kreuzes  liegt und das Wz da abgenullt wird.
Jetzt die Kamera aktivieren und mit dem Fadenkreuz genau in die Mitte des gravierten Kreuzes fahren. Auch die Höhe der Kamera, beachten; je grösser und schärfer das Bild, desto besser die Genauigkeit.
Wenn die Kamera genau auf das Kreuz ausgerichtet ist, lässt sich der Versatz in X und Y auf der Steuerung angand der aktuellen Positions- Koordinaten ablesen. Unbedingt die Vorzeichen beachten!
Jetzt ist alles eingerichtet und dem Arbeiten mit der Kamera steht nichts mehr im Wege. Falls die Steuerungssoftware diese Kameraoption nicht hat, kann der vorhin ermittelte Wert natürlich auch manuell bei jedem Abnullen eines Werkstücks verrechnet werden. Auch hier wieder: Vorzeichen!