Industrielle Bildverarbeitung Wie Kameras Daten in einer Smart Factory intelligent managen

In einer smarten Fabrik müssen Daten umfassend und in Echtzeit generiert sowie zur Verfügung gestellt werden. Eine smarte Kamera kann eine Vielzahl von Inspektionsprogrammen ausführen und liefert damit die Daten, die ein intelligentes Datenmanagement möglich machen.

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Hans Turck GmbH & Co. KG

compmall GmbH

Balluff GmbH

Smarte Fabriken mit kurzen Umrüstzeiten und dezentraler Steuerung zielen darauf ab, möglichst umfassend Daten innerhalb eines hoch automatisierten Prozesses in Echtzeit zu generieren und unterschiedlichsten Instanzen zur Verfügung zu stellen. Diese Statusinformationen in Form von Prozessdaten für die Steuerung und Kontrolle der Abläufe und die Produktdaten für Traceability und den Qualitätsnachweis bilden dann die objektive Entscheidungsgrundlage, um frühzeitig Maßnahmen für die Prozessoptimierung ergreifen zu können. Geliefert werden diese Informationen unter anderem von zahlreichen Sensoren einer Anlage entweder automatisch oder auf Abruf. Dies kann im einfachsten Fall ein schaltender Sensor sein, der lediglich ein Statussignal generiert, während komplexere Komponenten wie die Smartcamera von Balluff eine Vielzahl von Inspektionsprogrammen ausführen und damit unterschiedlichste Informationen liefern. Im Zuge dieser zunehmenden Digitalisierung geht der Trend von den klassischen Feldbussen wie Profibus oder DeviceNet zu Ethernet-basierenden Netzwerken wie Profinet oder Ethernet IP. Die Smartcamera ist auf diese Entwicklung vorbereitet und ermöglicht ein intelligentes Datenmanagement. Die Untersuchungsergebnisse lassen sich flexibel – entweder direkt an einer Zustandsanzeige wie der Balluff Smartlight visualisieren oder über einzelne Schaltausgänge beziehungsweise über eine Prozessschnittstelle, wie z.B. Profinet oder TCP/IP – ausgeben.

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Kamera über TCP/IP- oder Profinet-Netzwerk steuern

Dabei weist die Smartcamera eine Besonderheit auf, die für den Einsatz in Industrie 4.0 Anwendungen relevant ist. Das Gerät lässt sich vollständig über eine TCP/IP- oder ein Profinet-Netzwerk steuern. Der Nutzer kann so beispielsweise zentral von einer Steuereinheit – einem PC oder einer SPS – das Inspektionsprogramm auswählen, Ablaufparameter wie den Zeitstempel und die Inspektionssequenznummer einstellen oder auch Diagnosedaten abrufen. Zusätzlich lassen sich inspektionsspezifische Daten in verschiedenen Formaten zur Kamera schicken, wie sie beispielsweise im Testprogramm als Referenz, Sollwert oder andere Werkzeugparameter gebraucht werden. Frei wählbare Testergebnisse werden in Form eines sogenannten Ergebniscontainers nach jedem Inspektionszyklus an die Steuerung übertragen. Und will man eine Inspektion starten, stoppen und triggern, kann dies mittels einfacher Kommandos realisiert werden. Der Status, z. B. Inspektion aktiv, warten auf Triggersignal, Triggerüberlauf, Systemfehler, Status Datenbussynchronisation, wird zyklisch bereitgestellt.

Komplette Inspektionsberichte im XML-Format zusammen mit dem/den Aufnahmebild/ern auf einen FTP-Server abzulegen, ist ein weiteres Feature. Der Betreiber definiert dabei selbst, welche Berichte und Bilder er in Abhängigkeit des Inspektionsergebnisses abspeichern möchte. Er kann dabei nicht nur alle Inspektionen mit Ergebnissen rückverfolgen, sondern bekommt auch einen lückenlosen Qualitätsnachweis. Darüber hinaus können mittels der integrierten IO-Link-Masterschnittstelle weitere Systemdaten von IO-Link-Devices eingesammelt und entweder direkt in der Smartcamera verarbeitet oder an die Steuerung weitergeleitet werden. Für Anlagenbetreiber ist das Prozessnetzwerk (Profinet) von elementarer Wichtigkeit. Kommt es hier zu Störungen oder Engpässen, hat dies direkte Auswirkung auf den gesamten Produktionsablauf. Besonders bei großen Netzwerkinstallationen mit vielen Devices und großen Datenmengen kann es hier zu Problemen kommen. Dies trifft beispielsweise auf Prozessdaten zu, also analoge und digitale Werte, die aus einem technischen Prozess mittels Sensoren gewonnen werden. In Roboterapplikationen ist dies z. B. eine einzelne Position, in anderen Anwendungsfällen nur ein erkannter Objekttyp oder auch manchmal nur ein OK-Signal.

Entscheiden, welche Daten übertragen werden

Mit der Smartcamera steht dem Anwender ein flexibles Werkzeug zur Verfügung, so Balluff. Er alleine entscheidet, welche Daten in welchen Formaten zur Kamera geschickt oder nach jeder Inspektion an die Steuerung übertragen werden. Er legt auch fest, über welche Netzwerke die Daten zu transportieren sind. Eine wichtige Rolle nimmt dabei der Systemplaner ein, denn er bestimmt, wie groß die Menge der Parameter oder Daten von und zur Kamera sein dürfen. Z. B. kann er definieren, dass der Ergebniscontainer einer Identifikationsaufgabe nur aus einem 15-stelligen Barcode im Stringformat und zwei Positionswerten (x und y) im Realformat besteht. Weitere, nicht benötigte Daten werden dann erst gar nicht übertragen.

Das Profinet-Netzwerk nicht belasten

Der Anwender muss auch die anfallende Datenmenge berücksichtigen: Während normale Prozessdaten nur eine geringe Größe haben, liegen die Bild- und Reportdaten für den Qualitätsnachweis, die nach jedem Inspektionszyklus generiert werden, in der Regel über der Mbyte-Grenze. Die smarte Kamera von Balluff ist mit einer Gigabit Ethernet- und einer 100 Mbit Profinet-Schnittstelle ausgestattet. Dadurch genügt bereits ein Mausklick in der Geräteeinstellung, und große Berichts- und Bilddaten werden automatisch über die schnelle Schnittstelle auf einen Speicherserver geleitet und belasten somit das Profinet-Netzwerk nicht. Alle Daten wie gewohnt über die Standard Profinet-Schnittstelle zu schicken, ist aber laut dem Hersteller ebenfalls weiterhin möglich.

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