Nachgefragt: 3 Experten zu Bildverarbeitungs-Trends – Teil 2 Symphonieorchester IBV und Automation

Autor Ines Stotz

Die Bildverarbeitungssysteme entwickeln sich rasant weiter. Bisher meist nur als leistungsfähige Sensoren betrachtet, übernehmen sie – mit stetig steigendem Funktionsumfang – in einer zunehmend vernetzten Fertigungswelt das „Sehen“. Damit sichern sie in immer mehr Anwenderbranchen die Qualität und optimieren Prozesse. Die elektrotechnik-Redaktion hat sich umgehört, wohin das „Auge“ der Industrie 4.0 blickt.

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(Bild: Balluff)

Die industrielle Bildverarbeitung gilt schon viele Jahre als Schlüsseltechnologie in der Automatisierung. Welche Rolle wird sie in der zukünftig stark vernetzten Industrie 4.0-Welt bzw. im „Internet of Things“ einnehmen?

Christian Jeske: Marketing Direktor bei Pyramid Computer
Christian Jeske: Marketing Direktor bei Pyramid Computer
(Bild: Pyramid)

Christian Jeske: Das Internet of Things verbindet bereits heute Milliarden von Endgeräten wie Maschinen, Automaten oder Fahrzeuge miteinander oder auch mit Rechenzentren. In der Industrie 4.0 werden diese aus der Vernetzung gewonnenen Daten dokumentiert, analysiert und weiterverwendet. Die industrielle Bildverarbeitung ist hier bereits heute ein zentrales Einsatzgebiet. Zu den bedeutenden Bereichen zählen unter anderem die Medizin- oder Verkehrstechnik sowie der Maschinenbau. Automatisierte Prozesse sowie Fernwartung werden so gesteuert und kontrolliert und sorgen für eine optimale Auslastung der Maschinen und für eine permanente Qualitätskontrolle. Die Auswertung der Kameradaten in Echtzeit und die Steuerung der Maschinen und Anlagen erfordern leistungsstarke und maßgeschneiderte Lösungen – insbesondere bei den dabei eingesetzten Industrie-PCs, die zuverlässig dafür sorgen, große Bilddaten zu transferieren, zu speichern und zu verarbeiten. Neue Technologien erweitern dabei die Anwendungsfelder für die industrielle und nichtindustrielle Bildverarbeitung kontinuierlich. Pyramid Computer bietet mit seinen Machine-Vision-Systemen der Cam-Cube-Produktfamilie und seinen State-of-the-Art Komponenten eine perfekte Lösung für diese Anwendungen. Der Lösungsansatz Custom of the shelf kurz COTS, ermöglicht dabei eine kundenspezifische Konfiguration, die exakt auf die Applikation ausgelegt ist und diese optimal bedient.

Jürgen Finner: Vertriebsleiter bei Stemmer Imaging
Jürgen Finner: Vertriebsleiter bei Stemmer Imaging
(Bild: Stemmer Imaging)

Jürgen Finner: Die industrielle Bildverarbeitung ist wie keine andere Technologie in der Lage, bestimmte Fehlertypen zu klassifizieren. Diese Fähigkeit ist eine wichtige Voraussetzung für die flexible Fertigung im Sinne von Industrie 4.0, da dieses Konzept ja hohe Anforderungen an sensorische Systeme stellt. Dies folgt auch aus dem Ziel von Industrie 4.0, eine flexible Fertigung kleiner Stückzahlen zu ermöglichen. Immer seltener werden neue Anlagen für die jahrelange Herstellung eines einzigen Produkts in hohen Stückzahlen entwickelt. Die Stückzahlen einzelner Serien nehmen ab, deshalb müssen moderne Produktionsstraßen möglichst flexibel gestaltet werden, um sie schnell und einfach auf andere Produkte umstellen zu können. Das hat direkte Auswirkungen auf die Auswahl der integrierten Bildverarbeitung: Das Auge der Anlage muss Fehler auch bei wechselnden Produkten oder schnelleren Produktionszyklen noch sicher erkennen. Die Zusammenstellung eines Bildverarbeitungssystems wird damit auch zur Gratwanderung zwischen dem technisch Machbaren und dem wirtschaftlich Sinnvollen. Aus diesen Gründen sehe ich die Bildverarbeitungstechnologie mit ihren großen Möglichkeiten als elementaren Bestandteil von Industrie 4.0: Ohne Bildverarbeitung ist dieses Konzept gar nicht realisierbar.

Dr. Stefan Gehlen: Geschäftsführer der VMT Vision Machine Technic IBV-Systeme (Pepperl+Fuchs Gruppe)
Dr. Stefan Gehlen: Geschäftsführer der VMT Vision Machine Technic IBV-Systeme (Pepperl+Fuchs Gruppe)
(Bild: VMT)

Dr. Stefan Gehlen: Ihre Bedeutung wird deutlich wachsen und das in mehrfacher Hinsicht: Zunächst bestehen Bildverarbeitungssysteme aus Kameras, die gleich unseren Augen als mehrdimensionale Sensoren eine Szene erfassen und mit der passenden Intelligenz in Form von Software oder „App“ eine Aufgabe zielgerichtet lösen. Hierbei ist es gleichgültig, ob ein Objekt über ein Label – z.B. mit einem Datamatrixcode oder anhand visueller Merkmale – identifiziert, lokalisiert oder vermessen wird. Diese Wandlungsfähigkeit eines Vision-Sensors ist in der industriellen Sensorik einzigartig. Für moderne Fertigungssysteme wird eine effiziente Kooperation von Mensch und Maschine entscheidend sein. Gerade für die Erkennung und Lokalisation von Objekten, Personen und Anlagen wird die industrielle Bildverarbeitung eine deutlich zunehmende Bedeutung gewinnen und eine Schlüsselrolle im Bereich von Assistenzsystemen und in der Servicerobotik spielen.

Wenn die industrielle Bildverarbeitung ihre traditionelle Rolle des Prüfens verlässt und immer mehr fertigungssteuernde Aufgaben übernehmen soll – welche Herausforderungen gilt es hier zu meistern?

Christian Jeske: Marketing Direktor bei Pyramid Computer
Christian Jeske: Marketing Direktor bei Pyramid Computer
(Bild: Pyramid)

Christian Jeske: Grundsätzlich wachsen – ganz im Sinne von Industrie 4.0 – derzeit Bildverarbeitung und Automatisierung und Steuerung immer mehr zusammen. Die industrielle Bildverarbeitung ist heutzutage besonders durch steigende Bildsensor-Auflösungen und Frame-Raten, Multikamera-Anwendungen, Echtzeitsteuerung, immer komplexere Software-Algorithmen sowie die Trends zu 3D gekennzeichnet. Steigende Bildsensor-Auflösungen und schnellere interne Bilddatenverarbeitung erfordern einen höheren Datendurchsatz der Schnittstelle und damit auch die Implementierung neuer Standards, wobei USB 3.0 eine geeignete Alternative zu Firewire und Cameralink (Base) ist. Auch erhöhen die wachsenden Auflösungen der Industriekameras spürbar den Bedarf an Rechenleistung. Die immer leistungsfähigeren Kamerachips werden sicherlich auch in der Zukunft diesen Trend anhalten. Populäre 3D-Anwendungen führen ebenfalls zu einem Mehr an Rechenbedarf. Insbesondere hier muss die Leistung der Grafikkarte (GPU) soweit ausreichen, dass die 3D-Berechnung nicht zulasten des Prozessors (CPU) geht. Bei modernen, hochleistungsfähigen IPC-Systemen werden die 3D-Berechungen auf die GPU ausgelagert. So wird die CPU entlastet beziehungsweise die Rechenleistung der CPU kann für die eigentliche Bildverarbeitung verwendet werden.

Jürgen Finner: Vertriebsleiter bei Stemmer Imaging
Jürgen Finner: Vertriebsleiter bei Stemmer Imaging
(Bild: Stemmer Imaging)

Jürgen Finner: Viele industrielle Bildverarbeitungssysteme sind bereits heute mehr als nur reine Inspektionssysteme, weil sie bei entsprechender Auslegung und Aufbereitung der Ergebnisse eine frühzeitige Erkennung von Trends in den Produktionsprozessen erlauben. So lässt sich zum Beispiel die zunehmende Abnutzung eines Werkzeugs anhand steigender Fehlerzahlen oder an der fortschreitenden Verschlechterung der Qualitätsmerkmale der gefertigten Produkte erkennen. Um den Anforderungen von Industrie 4.0 zu entsprechen, ist darüber hinaus jedoch auch eine optimierte Vernetzung der industriellen Bildverarbeitung mit den Produktionsanlagen und eine geeignete Datenbankanbindung erforderlich. Nur so ist eine flexible Fertigungssteuerung möglich. Diese enge Einbindung der Bildverarbeitung ist auch Voraussetzung dafür, dass eine sichere und lückenlose Nachverfolgbarkeit der Produktionsdaten gewährleistet ist, wie sie bei sicherheitsrelevanten Produkten wie etwa Bremsen oder Lenkungsbauteilen an Fahrzeugen aus Haftungsgründen unabdingbar ist. Erforderlich ist dafür unter anderem auch eine engere Zusammenarbeit zwischen der SPS- und der Bildverarbeitungswelt. Ziel ist hier eine verbesserte und einfachere Integration der Bildverarbeitung in die Fertigungsumgebung. Erste Initiativen wurden inzwischen bereits ins Leben gerufen, um die Bildverarbeitung besser mit der Steuerungsebene zu vernetzen.

Dr. Stefan Gehlen: Geschäftsführer der VMT Vision Machine Technic IBV-Systeme (Pepperl+Fuchs Gruppe)
Dr. Stefan Gehlen: Geschäftsführer der VMT Vision Machine Technic IBV-Systeme (Pepperl+Fuchs Gruppe)
(Bild: VMT)

Dr. Stefan Gehlen: Hinsichtlich der Kommunikations-Schnittstellen ist die Landschaft heute noch sehr heterogen. Oft ist ein hoher Aufwand notwendig, um verschiedene Protokolle oder Schnittstellen aneinander anzupassen, vor allem, wenn mehrere Systeme kombiniert werden. Hier sind einheitliche und durchgängige Kommunikations-Standards erforderlich, welche nicht nur die physikalischen Schnittstellen betreffen, sondern vor allem eine semantische Interoperabilität gewährleisten. Eine andere Herausforderung von Industrie 4.0 ist das durchgängige digitale Engineering, angefangen von der Konstruktion bis zur virtuellen Inbetriebnahme. In diese Kette müssen sich Bildverarbeitungssysteme nahtlos integrieren. Dies bedeutet unter anderem, dass Prüfaufgaben von BV-Systemen schnell und einfach erlernt oder parametrisiert werden müssen und dies möglichst direkt aus digitalen Planungsdaten. Hier werden 3D-Bildverarbeitungssysteme eine Brücke schlagen, da diese eine optimale Verbindung zwischen der Planungswelt und der echten 3D-Erfassung von Bauteilen und Szenen bilden. Die Bedeutung der 3D-Bildverarbeitung wird deutlich zunehmen.

Ist denn das Potenzial, was Bildverarbeitungssysteme in Zukunft leisten können, den industriellen Anwendern ausreichend bekannt? Oder wird es eher die aktuellen Entwicklungen antreiben? Was muss angepackt werden, auch im Hinblick auf Ausbildung und Studiengänge?

Christian Jeske: Marketing Direktor bei Pyramid Computer
Christian Jeske: Marketing Direktor bei Pyramid Computer
(Bild: Pyramid)

Christian Jeske: Inzwischen haben die industriellen Anwender das Potenzial, das Bildverarbeitungssysteme leisten können, erkannt. So sehen wir ständig neue Einsatzbereiche, die vor allem durch neue Technologien, wie beispielsweise 3D-Datenerfassung oder auch die Gestensteuerung, vorangetrieben werden. Diese bieten großes Potenzial im industriellen Umfeld der Automatisierung, Inspektion, Qualitätssicherung oder Oberflächenkontrolle. Ebenfalls befeuern immer leistungsfähigere IPC-Lösungen zu kostengünstigen Preisen diesen Trend. Der Markt ist zurzeit sehr dynamisch und viele neue Technologien finden Einzug in die Industrie. Aus diesem Grunde veranstaltet Pyramid Computer mit Technologiepartnern wie Intel, Microsoft und Matrix Vision ein jährliches IBV-Summit, um die neuesten Endwicklungen und Trends mit Experten und Branchenkennern zu diskutieren. Inhaltliche Highlights sind neben den Vorträgen von Microsoft zu Windows 10 IoT, Intel zu neuester Mikroarchitektur Skylake sowie Sony zu Abkündigung der CCD-Sensoren und neue CMOS-Sensoren, eine Podiumsdiskussion zum Thema neue Technologien für Gestensteuerung. Aufgrund der zunehmenden Wichtigkeit und Bedeutung von Gestensteuerung wird diesem Thema ein besonderes Augenmerk gewidmet. Neue Technologien zur 3D-Datenerfassung werden umfangreich abgegrenzt, diskutiert und das Potential im industriellen Umfeld der Automatisierung, Inspektion, Qualitätssicherung oder Oberflächenkontrolle präsentiert.

Jürgen Finner: Vertriebsleiter bei Stemmer Imaging
Jürgen Finner: Vertriebsleiter bei Stemmer Imaging
(Bild: Stemmer Imaging)

Jürgen Finner: Nach unseren Erfahrungen setzen immer mehr Endanwender auf das Werkzeug Bildverarbeitung, um die Qualität ihrer Produkte zu prüfen und sicherzustellen. Für viele dieser Anwender ist diese Technologie noch relativ neu, und natürlich entstehen Ideen für weitere Anwendungsfälle hier erst mit zunehmender Erfahrung. Aber auch Bildverarbeiter mit langjährigem Know-how in diesem Bereich finden immer neue Aufgaben, die mit dieser Technologie gelöst werden können. Diese Tatsache macht es übrigens auch so unglaublich spannend, in diesem Bereich zu arbeiten. In Deutschland gibt es leider immer noch sehr wenige Hochschulen, die Bildverarbeitung als Studienfach anbieten. Wir bei Stemmer Imaging versuchen, über unsere Schulungsaktivitäten im Rahmen der European Imaging Academy dazu beizutragen, das Potenzial der Technologie bei möglichst vielen Anwendern bekannt zu machen. In unseren laufenden Trainings zu allen wichtigen Aspekten der Bildverarbeitung schulen wir unsere Kunden und Interessenten und machen sie auf diese Weise fit in diesem Bereich. Das große Interesse an diesen Schulungen und auch an unserem Technologieforum der Bildverarbeitung, das gerade wieder in Oberschleißheim bei München zum zweiten Mal stattfand, zeigt deutlich, dass bei den Anwendern dieser Technik ein immenser Wissensdurst vorhanden ist. Ich finde das nicht überraschend: Bildverarbeitung ist ein wichtiger Schlüssel zur Entwicklung leistungsfähiger Anlagen. Wer zu diesem Thema mehr weiß als sein Wettbewerb ist auf dem besten Weg zum Erfolg.

Dr. Stefan Gehlen: Geschäftsführer der VMT Vision Machine Technic IBV-Systeme (Pepperl+Fuchs Gruppe)
Dr. Stefan Gehlen: Geschäftsführer der VMT Vision Machine Technic IBV-Systeme (Pepperl+Fuchs Gruppe)
(Bild: VMT)

Dr. Stefan Gehlen: Die industrielle Bildverarbeitung ist eine Querschnittstechnologie mit sehr breitem Anwendungsgebiet. Von daher ist es schwierig eine Grenze zu ziehen, für welche Studiengänge eine Kenntnis dieser Technologie nicht von Relevanz ist. Selbstverständlich ist es eine zentrale Aufgabe der Bildverarbeitungsunternehmen, potentielle Anwender über die Möglichkeiten der Machine Vision zu informieren. Aber auch Verbände, wie der VDMA, haben das Potential der Bildverarbeitung längst erkannt und stellen für Interessenten viele Informationen zur Verfügung.

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