Erschienen am: 06.10.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 10 2017

Nahtlose Vision-Integration in Automatisierungssysteme

Integrated Machine Vision

In Echtzeit gewonnene Prüfergebnisse sind unerlässlich für sich selbst optimierende Produktionsprozesse. Bislang sind allerdings die Möglichkeiten aktueller Bildverarbeitungssysteme stark eingegrenzt, da sie kaum in die Maschinensteuerung integriert sind. Das ändert sich mit der vollständig integrierten Vision-Technologie von B&R.


Das Vision-System von B&R wird gemeinsam mit allen anderen Automatisierungskomponenten programmiert. Die erstellte Applikation deckt alle Bereiche von der Prozesssteuerung über die Achssteuerung bis hin zu Vision ab.
Bild: B&R Industrial Automation GmbH

"Ich habe auf den ersten Blick gesehen, was los war." - Diese Aussage kommt nicht von ungefähr, denn das Auge ist das wichtigste Sinnesorgan des Menschen. "Bei vielen Maschinen ist das heute jedoch noch anders", so 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. "Maschinensteuerung und Vision sind derzeit jedoch zwei getrennte Welten", sagt Waldl. Der Aufwand für die Einbindung eines Visionsystems in eine Applikation ist aktuell noch sehr hoch.

Das B&R-Vision-System

"Wir haben ein vollständig integriertes und flexibles Embedded Vision System entwickelt, welches die bisherigen Nachteile dieser Systeme nicht hat. 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 Bestandteil des Visionsystems von B&R ist Smart Light. Die Beleuchtung ist wahlweise in die Kameras integriert oder als externes Gerät verfügbar. Auch Kombinationen sind möglich. Die automatische Aussteuerung der Beleuchtung ermöglicht, dass schwierige Lichtsituationen - wie Fremdlicht - die Leistung des Visionsystems nicht beeinträchtigen. Auch höchste Synchronisierungspräzision für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen oder objektspezifische Anforderungen wie Hell-/Dunkelfeld-Beleuchtungen lassen sich damit einfach umsetzen.

Volle Integration

"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 zukünftig auch Bildverarbeitung. 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 Visionaufgaben selbst erledigen. Alle Daten, Parameter und Variablen sind einheitlich für das Gesamtsystem, es gibt also keine gesonderten Prozessvariablen für die Bildverarbeitung. Erst wenn z.B. schwierige Lichtsituationen spezielles Know-how erfordern, muss der Vision-Experten hinzugezogen werden.

Einfache Programmierung

Für das B&R-Vision-System stehen vorgefertigte Softwarebausteine von mapp Technology zur Verfügung. Dadurch lassen sich Applikationen ohne großen Programmieraufwand erstellen. Da die mapp-Komponenten untereinander vernetzt sind, reichen wenige Klicks, um z.B. Bilder des Visionsystems in die Webvisualisierung mapp View zu integrieren. Dazu muss keine einzige Zeile Code programmiert werden. Änderungen während des laufenden Betriebes, wie Produktwechsel, lassen sich einfach umsetzen. Parameteränderungen für Kamera und Licht oder das Umschalten von Trigger Bedingungen können in Echtzeit durchgeführt werden. Das Anwendungsspektrum für das neue Visionsystem ist breit. 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 Visionsystems 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.

Synchronisierung < 1µs

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 völlig 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 kein separater Geber an einem Kameraeingang nötig. Durch die vollständige Integration von Machine Vision in sein Automatisierungssystem stellt B&R den Maschinenbauern eine Lösung zur Verfügung, mit der sie Steuerungs- und Visionaufgaben mit einem einzigen Tool umsetzen können.