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Embedded-Vision-System

So können Vision-Systeme in die Maschinensteuerung integriert werden

| Redakteur: Sariana Kunze

Vision-Systeme werden für die moderne Fertigung immer wichtiger. Jedoch sind diese bislang kaum in die Maschinensteuerung integriert. Eine vollständig integrierte Vision-Technologie schafft nun neue Möglichkeiten.

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Mit einem vollständig integrierten Vision-System sollen neue Möglichkeiten für den Maschinen- und Anlagenbauer entstehen.
Mit einem vollständig integrierten Vision-System sollen neue Möglichkeiten für den Maschinen- und Anlagenbauer entstehen.
(Bild: B&R)

Das Auge ist eines der wichtigsten Sinnesorgane des Menschen. Es nimmt Lichtstrahlen aus der Umgebung auf und wandelt sie so um, dass die Informationen im Gehirn weiterverarbeitet werden können. Auge und Gehirn bilden eine Einheit, die sich gemeinsam im Laufe der Evolution zu einem visuelles System entwickelt hat.

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„Ich habe auf den ersten Blick gesehen, was los war“ – diese Aussage kommt einem Menschen leicht über die Lippen. Einer Maschine fällt eine solche Feststellung jedoch schwer. „Maschinen haben einen klaren Nachteil“, sagt Andreas Waldl, Product Manager Integrated Machine Vision bei B&R: „Sie haben keine Augen.“ Mit Vision-Systemen versuchen Maschinenbauer seit vielen Jahren, dieses Manko zu beheben. Insbesondere für die Umsetzung von Industrie 4.0 sind Vision-Systeme ein sehr wichtiger Faktor. „Maschinensteuerung und Vision sind derzeit jedoch zwei getrennte Welten“, sagt Waldl. Der Aufwand für die Einbindung eines Vision-Systems in eine Applikation ist sehr hoch.

Maschinensteuerung und Vision verschmelzen

„Wir haben ein vollständig integriertes und flexibles Embedded-Vision-System entwickelt, welches die bisherigen Nachteile dieser Systeme nicht hat“, beschreibt Waldl weiter: „Herzstück des Systems sind intelligente Kameras. Das Portfolio wird ein breites Spektrum abdecken, welches am unteren Ende einfache Vision-Sensoren ersetzen kann und am oberen Ende die Leistungsfähigkeit von High-End Smart Cameras aufweist. Diese können viele Vision-Aufgaben lösen, für die heute noch PC-basierte Systeme eingesetzt werden.“ Ein wesentlicher Bestandteil des B&R-Vision-Systems ist das Smart Light. Die Beleuchtung ist wahlweise in die Kameras integriert oder als externes Gerät verfügbar. Auch Kombinationen sind möglich. Die Beleuchtung wird automatisch ausgesteuert. Auch höchste Synchronisierungspräzision für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen oder objektspezifische Anforderungen wie Hell- oder Dunkelfeld-Beleuchtungen lassen sich einfach umsetzen.

„Die Integration des B&R-Vision-Systems umfasst alle Ebenen: Engineering-Tool, Echtzeitbetriebssystem und die Applikation“, betont Waldl. Damit lassen sich alle Aufgaben der Automatisierung abdecken: von der eigentlichen Steuerungsfunktion über Sicherheitstechnik, Antriebstechnik bis hin zur Robotik. „Und nun auch Machine Vision“, fährt Waldl fort. Schnittstellen im Laufzeitsystem fallen weg, Kamera und Licht sind genauso integraler Bestandteil wie analoge und digitale I/Os, Servoachsen oder Safety. Damit sind Parametrierung und Programmierung von Bildverarbeitungsroutinen sowie Kamera- und Beleuchtungseinstellungen Teil des Automatisierungsprojekts. Steuerungsprogrammierer können viele Vision-Aufgaben selbst erledigen. Alle Daten, Parameter und Variablen sind einheitlich für das Gesamtsystem, es gibt also keine gesonderten Prozessvariablen für Vision. Erst wenn zum Beispiel schwierige Lichtsituationen spezielles Know-how erfordern, müssen Vision-Experten hinzugezogen werden.

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Mit Softwarebausteinen einfach programmieren

Für das B&R-Vision-System stehen vorgefertigte Softwarebausteine von Mapp Technology von B&R zur Verfügung. Dadurch lassen sich Applikationen ohne großen Programmieraufwand erstellen. Da die Mapp-Komponenten untereinander vernetzt sind, reichen wenige Klicks, um zum Beispiel Bilder des Vision-Systems in die Webvisualisierung Mapp View zu integrieren. Dazu muss keine einzige Zeile Code programmiert werden. Änderungen während des laufenden Betriebes, zum Beispiel Produktwechsel, lassen sich einfach umsetzen. Parameteränderungen für Kamera und Licht oder das Umschalten von Triggerbedingungen können in Echtzeit durchgeführt werden. Das Anwendungsspektrum für das Vision-System von B&R ist sehr breit, so der Hersteller. Es reicht vom relativ einfachen Lesen eines Barcodes über OCV und OCR bis hin zu anspruchsvollen Aufgabenstellungen wie bei der Produktion von Pharmazeutika, in Druckmaschinen oder bei der Textilherstellung. Die unterschiedlichen Kameramodelle sind nahtlos skalierbar und basieren auf derselben Technologie. So können unterschiedliche Maschinenvarianten mit verschiedenen Ausbaustufen des Vision-Systems geliefert werden. Die Software dazu erstellt der Maschinenbauer nur einmal – unabhängig davon, welche Hardware letztendlich eingesetzt wird. Da die Applikation auch auf der Steuerung gespeichert ist, geht nichts verloren, wenn die Kamera im Servicefall getauscht wird.

Kameras und Licht werden über Powerlink direkt in das Echtzeitnetzwerk der Maschine eingebunden. Über das Protokoll wird nicht nur die hochpräzise Synchronisierung mit Steuerung und Antriebstechnik abgewickelt, sondern auch der Informationstransfer für die Visualisierung. Die Triggerung erfolgt nicht mehr über Umwege, sondern direkt aus der Steuerungs- oder Antriebsapplikation heraus. Damit erschließen sich neue Möglichkeiten: Bildtrigger und Lichtansteuerung können in harter Echtzeit und im Sub-µs-Bereich synchron mit dem gesamten Automatisierungssystem gesteuert werden. Auch bei dynamischen Applikationen mit häufig wechselnden Geschwindigkeiten ist so zum Beispiel kein separater Geber an einem Kameraeingang nötig.

Durch die vollständige Integration von Machine Vision in sein Automatisierungssystem stellt das Unternehmen B&R Maschinenbauern eine Lösung zur Verfügung, mit der sie Steuerungs- und Vision-Aufgaben mit einem einzigen Werkzeug umsetzen können.

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