Häufig kommt diese Aussage nicht von ungefähr: „Ich habe auf den ersten Blick gesehen, was los war.“ Denn das Auge ist das wichtigste Sinnesorgan des Menschen. „Bei vielen Maschinen ist das heute jedoch noch anders“, 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.
„Wir haben ein vollständig integriertes und flexibles Embedded-Vision-System entwickelt, das die bisherigen Nachteile dieser Systeme nicht hat. Herzstück des Systems sind intelligente Kameras. Das Portfolio wird ein breites Spektrum abdecken, das 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 automatische Aussteuerung der Beleuchtung ermöglicht, dass schwierige Lichtsituationen – wie zum Beispiel Fremdlicht – die Leistung des Vision-Systems nicht beeinträchtigen. 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.“
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.
Einfache Programmierung
Für das B&R-Vision-System stehen vorgefertigte Mapp-Softwarebausteine zur Verfügung. Dadurch lassen sich Applikationen ohne großen Programmieraufwand erstellen. Da die 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. Es reicht vom relativ einfachen Lesen eines Barcodes über OCV und OCR bis hin zu anspruchsvollen Aufgabenstellungen wie bei der Produktion von Pharmazeutika oder Lebensmitteln.
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.
Synchronisierung 1 µs
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 bisher nie dagewesene 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 B&R Maschinenbauern eine Lösung zur Verfügung, mit der sie Steuerungs- und Vision-Aufgaben mit einem einzigen Werkzeuge umsetzen können. Andreas Waldl: „Dadurch können sie sich voll auf die Maschinenprozesse konzentrieren und müssen sich nicht mehr mit den Unzulänglichkeiten bestehender Vision-Systeme herumschlagen.“
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Nachgefragt
Das Auge wird in die Anlage integriert
Mit einer großen Überraschung startet B&R in den Herbst: Der Automatisierungsanbieter hat angekündigt, auf der SPS IPC Drives eine eigene Vision-Lösung zu präsentieren. Wir haben mit B&R-Geschäftsführer Hans Wimmer geredet, um zu erfahren, welche Vorteile sich durch die integrierte Vision-Lösung von B&R ergeben werden.
Es gibt viele Anbieter von Vision-Systemen am Markt. Aus welcher Motivation heraus steigt B&R in das Thema ein?
Hans Wimmer: Industrie 4.0 wird ohne Machine Vision nicht umsetzbar sein. Die Integration von Vision wird zur Steigerung von Qualität und Produktivität bei modernen Maschinen und Anlagen führen. Derzeit gibt es noch ein großes Problem für die Anwender: Maschinenautomatisierung und Vision sind zwei getrennte Welten. An dieser Stelle setzen wir als B&R an. Unsere Lösung bringt beide Welten zusammen und Machine Vision wird nahtlos in die Maschinenautomatisierung eingebunden.
Was bedeutet diese Integration für den Anwender?
Hans Wimmer: Integration ist der Schlüssel für erfolgreiche Automatisierung. Das hat uns in der Vergangenheit stark gemacht und was noch wichtiger ist: Es hat unseren Kunden große Vorteile beschert. Beispiele dafür sind unter anderem die Integration von CNC oder Robotik. Aber auch Safety und webbasierte Maschinenvisualisierung gehören dazu. Alle diese Technologien und viele weitere Funktionalitäten sind integraler Bestandteil des B&R-Systems. Unsere Kunden brauchen keine speziellen Engineering-Tools, keine gesonderten Programmiersprachen und keine unterschiedlichen Wartungs-Tools für eingebundene Technologien: Alles ist vollständig im B&R Automation Studio integriert. Da keine Schnittstellen und Gateways nötig sind, profitiert der Anwender von extrem kurzen Reaktions- und Zykluszeiten sowie bestmöglicher Synchronisation. Das ist mit herkömmlichen Methoden nicht erreichbar.
Was bedeutet das konkret für das Thema Vision?
Hans Wimmer: Wir werden Kameras, Beleuchtung und Software-Funktionen anbieten. Die nahtlose Integration dieser Komponenten in das B&R-Automatisierungssystem ergibt eine Lösung mit einigen technologischen Highlights. Der SPS-Programmierer wird in Zukunft eine Vision-Aufgabe ganz selbstverständlich mit einer B&R-Smart-Camera lösen können. Das Engineering-Tool kennt er bereits. Und genauso natürlich wie heute Achsen synchronisiert werden, werden Bildeinzug und Trigger für die perfekte Lichtansteuerung der Kamera einfach werden. Fliegende Produktwechsel mit automatischen und taktsynchronen Parameterwechseln für Kamera und Licht werden beherrschbar. Es gibt heute nichts Vergleichbares am Markt.
Hans Wimmer, Geschäftsführer B&R
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