Machine Vision: Das „Auge" von Industrie 4.0

Bildverarbeitungssysteme in der vollautomatisierten, vernetzten Fertigung

  • Variantenkontrolle an einem GetrieberadsatzVariantenkontrolle an einem Getrieberadsatz
  • Variantenkontrolle an einem Getrieberadsatz
  • Vereinfachte Darstellung eines vernetzten Bildverarbeitungssystems
  • Protokollausgabe im Web-Browser

Wenn man die vernetzte Fertigung in der Analogie als Nervensystem begreift, dann nimmt die Bildverarbeitung dabei die wichtige Rolle des Sehsinnes ein. Sie teilt den anzusteuernden Aktoren mit, was sie zu tun haben. Diese Regelschleife, bei der Handhabung und Sinne miteinander kommunizieren, ermöglicht neuartige Prozessabfolgen, die zu einer höheren Qualität der Produkte führen können.

Bildverarbeitungssysteme werden bereits seit langem in nahezu allen Bereichen der Automobilindustrie und bei deren Zulieferern eingesetzt. Als wichtigste Beispiele kann man nennen: Qualitätsprüfung bei der Produktion der einzelnen Komponenten, Oberflächenkontrolle, Identifikation, Logistik, Depalettierung, Robotik sowie Montagekontrolle. In den letzten Jahren konnten mit der Entwicklung neuer Sensor-Technologien zur 3D-Oberflächenprüfung und 3D-Positionserfassung weitere Anwendungsfelder erschlossen werden.

Weit mehr als nur ein Sensor

Die Rolle des Bildverarbeitungssystems entwickelt sich derzeit unaufhaltsam weiter: Wurde es früher nur als leistungsfähiger Sensor angesehen, so hat sich sein Funktionsumfang inzwischen weit auf das Gebiet des Datenaustauschs und der Datenverwaltung und Archivierung ausgedehnt. Ein erheblicher Teil des internen Codes einer Bildverarbeitungssoftware besteht inzwischen aus Modulen zur Aufbereitung von Informationen und zu deren Austausch mit übergeordneten Steuerungen und Datenbank-Systemen.
Ein Trend in der Nutzung von PC-basierten Bildverarbeitungssystemen ist, deren Potential als steuerndes Prozesselement vollständig zu entfalten. Während der Auswertung der Kamerabilder werden viele Messwerte und weitere Daten über das Prüfobjekt generiert. Das Bildverarbeitungssystem kann diese Informationen so aufbereiten, dass übergeordnete Prozessleit- und Steuerungssysteme Rückschlüsse zur Optimierung des Maschineneinsatzes ziehen können. Das Bildverarbeitungssystem fungiert als Datenserver, mit dessen Hilfe sich die verschiedensten Prozess-Schritte optimieren lassen. Dies führt schlussendlich zu kürzeren Regelzyklen im Produktionsprozess und zu höherwertigeren Produkten.

Worin liegen die Herausforderungen?

Ein System für die industrielle Bildverarbeitung muss mit der Prozess-Peripherie sowie den Produktions-Netzwerken auf vielfältige Weise kommunizieren:

  • Empfangen und Senden von Signalen und Statusinformationen,
  • Ausgeben von Ergebnissen und Messwerten über Industrie-Bussysteme,
  • Übernehmen von dynamischen Vorgabewerten wie Sollwerte, Prüfparameter und Varianteninformationen,
  • Langzeit-Archivierung von Ergebnisdaten und Bildern

Entscheidend ist die Fähigkeit, die benötigten Informationen für die jeweilige Gegenstelle in solch einer Form aufzubereiten, dass der von der Bildverarbeitung generierte Datenstrom sich in gegebenen Netzwerkstrukturen einfügt.

Daher ist es wichtig, eine Bildverarbeitungssoftware einzusetzen, die alle gängigen Protokolle auf allen Schichten des Kommunikationsmodells integriert unterstützt.

Die Herausforderung für den Hersteller einer Standard-Software besteht darin, dass sich von Anwendung zu Anwendung und von Kunde zu Kunde die Anforderungen erheblich unterscheiden, und zwar vor allem im Hinblick auf zwei Fragen: Welche Daten, Informationen und Signale sollen ausgetauscht werden? Über welche Kanäle und in welchem Format soll dies erfolgen? Die Software muss z.B. in der Lage sein, Messergebnisse in XML- oder CSV-Dateien zu schreiben, aber auch, sie über Ethernet an Datenbanken zu übertragen. Andere Kunden wünschen die Vorgabe von geänderten Sollwerten z.B. für einen Barcode oder Maßtoleranzen, vom Bediener über Tastatur einzugeben. Oder sie benötigen das gleiche, jedoch binär codiert übertragen über die Eingangsbits einer Feldbus-Karte.

NeuroCheck hat bereits eine Vielzahl anspruchsvoller Projekte realisiert, bei denen das Bildverarbeitungssystem gleichzeitig über verschiedene Kommunikationswege in das Fabriknetz eingebunden ist, zum Beispiel:

  • Signalaustausch mit der SPS über Profibus/Industrial-Ethernet,
  • Übernahme von Typ- und Sollwertvorgaben aus einer Datenbank,
  • Erzeugen von druckbaren Prüfprotokollen zur Visualisierung der Prüfergebnisse am Nacharbeitsplatz,
  • Senden der Messwerte und Prüfprotokolle an einen Datenbankserver zur Langzeit-Archivierung (Dokumentationspflicht).

Darüber hinaus wurde bei einigen Projekten die klassische Maschinensteuerung durch eine PC-interne Kombination von SPS- und Bildverarbeitungs-Software ersetzt. Durch die Nutzung der internen Datenschnittstellen konnten Prozesszeiten, Bedienbarkeit und die Datenkonsistenz des Gesamtsystems erheblich verbessert werden. Ein aktueller Trend liegt in der Übertragung von Messdaten, Produktionsstatistiken und Prüfprotokollen an drahtlose Endgeräte wie Smartphones und Tablet-PCs.

Die Software steht im Zentrum

NeuroCheck ist seit mehr als zwanzig Jahren ein etablierter und bewährter Anbieter von Bildverarbeitungssystemen, die alle auf der unternehmenseigenen, gleichnamigen Software basieren. Das Unternehmen kann auf weltweit mehr als 10.000 anspruchsvolle und erfolgreiche Anwendungen in allen Branchen verweisen. Trotz der hohen technischen Komplexität der Bildverarbeitungssysteme mit bis zu 30 Kameras je Prüfstation sind die Abläufe in einer grafischen Entwicklungsumgebung ohne Programmierkenntnisse frei konfigurierbar.
Ein Team von erfahrenen Projektingenieuren setzt sich intensiv mit den spezifischen Kundenanforderungen auseinander und bietet den Kunden Komplettlösungen an, die durch die starke Software-Standardisierung langfristig wartbar und skalierbar bleiben. Die wachsende Komplexität der Aufgaben führt auch zu steigenden Anforderungen an die Anlagenbediener, die einen entscheidenden Teil der Prozesskette darstellen. Um diesen Personenkreis noch stärker zu integrieren, wird NeuroCheck - neben weiteren Verbesserungen der individuell konfigurierbaren Bedienoberfläche - in Zukunft seine Kunden mit noch spezifischeren Ausbildungs- und Schulungsprogrammen unterstützen.

Fazit

Bildverarbeitung ist anerkanntermaßen eine Schlüsseltechnologie für die industrielle Produktion und Automatisierung. Moderne Bildverarbeitungssysteme sind bei guter Software-Architektur und entsprechender Auslegung bereits jetzt auf die Herausforderungen vorbereitet, die unter dem Stichwort Industrie 4.0 genannt werden. Die angesprochene mehrkanalige Kommunikationsfähigkeit mit der übergeordneten Steuerung und Prozess-Leitsystemen sowie Datenbank-Servern ist hierfür der Schlüssel. Manchem Maschinenbauer dürfte das Potential, das im Ausbau der Kompetenzen des Bildverarbeitungssystems steckt, noch gar nicht voll bewusst sein. Insofern kann man Machine Vision sogar als Antreiber der aktuellen Entwicklungen bezeichnen.

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Telefon: +49 7146 8956 0
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