Bildverarbeitung Industrie-PCs bleiben im Mittelpunkt

Der Bildverarbeitungs-IPC »CamCube 3.0« von Pyramid Computer in Aktion
Der Bildverarbeitungs-IPC »CamCube 3.0« von Pyramid Computer in Aktion

Nach wie vor sind viele anspruchsvolle Bildverarbeitungs-Anwendungen nur mit dem Industrie-PC möglich. Intelligente Kameras und Vision-Sensoren spielen zwar eine zunehmende Rolle, können dem PC aber seine Position als »Ermöglicher« immer komplexerer Applikationen nicht streitig machen.

Aufgrund der Fortschritte in der Prozessor- und Softwaretechnik sind Industrie-PCs heutzutage in fast jeder industriellen Anwendung zu finden. Während im Consumer-Bereich Tablets und Co. den klassischen PC immer mehr verdrängen, verzeichnen Industrie-PCs eine wachsende Nachfrage. Zu diesem Ergebnis kommen auch verschiedene Marktforschungsinstitute, die der Industrie-PC-Technik für die kommenden Jahre hohe Wachstumsraten voraussagen. So soll einer aktuellen Studie von Frost & Sullivan zufolge (www.industrialautomation.frost.com) der globale Markt für Industriecomputer von 2,1 Mrd. US-Dollar im Jahr 2011 auf rund 3,2 Mrd. Dollar im Jahr 2015 anwachsen.

Weil sich der Wettbewerb in allen Industrien intensiviert hat, müssen Unternehmen ihre Prozesseffizienz, Qualität und Produktivität mittels industrietauglicher PCs steigern. Computer- und Kommunikationstechniken treiben die Automatisierung von Produktionsbereichen voran, indem intelligente Geräte zur Überwachung und Kontrolle unbemannter Anlagen dienen. Im Gegensatz zu Desktop-PCs müssen Industrie-PCs besonders hohe Anforderungen in Sachen Robustheit, Ausfallsicherheit oder Echtzeitverarbeitung erfüllen. Dabei ist ein klarer Trend hin zu energieeffizienten, kompakten und wartungsfreien IPCs für den Einsatz in Maschinen und Anlagen zu beobachten.

IBV als Innovationstreiber

Techniken für die industrielle Bildverarbeitung (IBV) sind heutzutage im gesamten Produktions- und Automatisierungsprozess zu finden, und die Einsatzgebiete sind vielfältig - von der Robotik über die Sicherheitstechnik bis hin zu medizinischen Anwendungen oder zur Prozessüberwachung und Qualitätssicherung. Obwohl die eingesetzten Komponenten, wie Box-PCs, Prozessoren, Bussysteme, aber auch Schnittstellen, nach außen gar nicht sichtbar sind, bilden sie die treibende Kraft für Innovationen und sind häufig der entscheidende Wettbewerbsfaktor. Weil vielen Anwendern in der Produktion auch das Thema Nachhaltigkeit immer wichtiger wird, setzen sie verstärkt auf die IBV, die Optimierungen und somit beträchtliche Einsparungen von Energie und Material erlaubt.

Anwender stellen an die industrielle Bildverarbeitung und Visualisierung aber besondere Ansprüche: Sie fordern ein hohes Maß an Flexibilität, Verfügbarkeit und Sicherheit, und zwar bei möglichst wenig Aufwand. Möglich ist dies aber nur, wenn man auf standardisierte, langfristig verfügbare Mainboards, Prozessoren, Schnittstellen, Gehäuse und weitere Komponenten setzt. Trotz Standardisierung und hoher Verfügbarkeit wollen industrielle Anwender auch möglichst viel Flexibilität bei Konfiguration und Preisfindung. Die meisten IPC-Baugruppen »Made in Germany« erfüllen diese Anforderungen, denn sie beruhen auf Standard-Komponenten und State-of-the-Art-Techniken. Zudem sind diese Baugruppen anpassbar und somit flexibler bei der Umsetzung kundenspezifischer Anforderungen. Auch Schnittstellen-Techniken sind derzeit ein viel diskutiertes Thema, besonders der aktuelle USB3-Vision-Standard.

Schnittstellen-Techniken in der IBV

Für viele Spezialisten ist Gigabit Ethernet als Datenübertragungsmedium für die IBV nach wie vor erste Wahl. Zudem wird noch oft FireWire eingesetzt, weil es sich dabei um ein preisgünstiges digitales Interface handelt, das eine garantierte Bandbreite zur Verfügung stellt. Auch 10GigE wird derzeit lebhaft diskutiert und ist teilweise schon in konkreten Produkten umgesetzt. Für viele Anwender ist der Standard aber preislich noch zu unattraktiv, was eine weite Verbreitung bislang verhindert hat. Neben Gigabit Ethernet und als potentieller Nachfolger der FireWire- und USB-2.0-Schnittstelle ist aktuell der USB3-Vision-Standard am interessantesten.

Im Sommer 2012 hat sich die IBV-Branche auf den USB3-Vision-Standard geeinigt, und passend zur Messe Vision in Stuttgart wurde das erste Release des Standards fertig. Seitdem häufen sich die Angebote von Kameras, PCs und Komponenten, die den Standard unterstützen. Viele Argumente sprechen dafür, dass der USB3-Vision-Standard potenzieller Nachfolger von FireWire und Gigabit Ethernet wird - vor allem die hohe Bandbreite. Besonders bei datenreichen Anwendungen, wie 3D- oder Mehrkamerasysteme, stößt Gigabit Ethernet an seine Grenzen, weil die maximale Datenmenge bei ungefähr 114 MByte/s liegt. USB 3.0 erreicht dagegen Datenübertragungsraten von fast 400 MByte/s netto und liefert somit die 3,5-fache Gigabit-Ethernet-Geschwindigkeit. Außer der höheren Bandbreite bietet USB 3.0 aber noch andere Vorteile. Hierzu zählen neben dem Preisaspekt vor allem das asynchrone Benachrichtigungsverfahren, der bidirektionale Datentransfer, ein geringerer Stromverbrauch sowie ein verbessertes Energie-Management. Zwar sind die Kabellängen bei USB 3.0 wegen technischer Voraussetzungen begrenzt, doch dürfte das die Anwender kaum abschrecken: durch den Einsatz geeigneter Extender oder aktiver Kabel lassen sich Entfernungen von bis zu 50 m und mehr überbrücken. Auch hier kann USB 3.0 also durchaus Gigabit Ethernet Paroli bieten.

Die Weiterentwicklung und wachsende Leistung der Schnittstellen in der IBV sind generell positiv zu bewerten, denn sie sorgen dafür, dass zusätzliche Anwendungsgebiete etwa in der Medizin- und Biotechnik oder auch im Infotainment erschlossen werden und so für weitere Innovationen sorgen. Mit Spannung erwartet die Branche, inwieweit sich USB 3.0 durchsetzt und so der Gigabit-Ethernet-Technik Marktanteile abringen kann.

Neben den Schnittstellen entwickelt sich derzeit aus technischer Sicht die 3D-Bildverarbeitung zum Trendthema. Viele neue Aufgaben in der IBV lassen sich mittels 3D-Techniken lösen, und deren Einsatz nimmt kontinuierlich zu. Neue Anwendungen gibt es besonders in der optischen Qualitätskontrolle oder in der Medizintechnik. Auch die Hersteller haben diesen Trend erkannt und bieten zunehmend Produkte an, die dank hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit sowie steigendem Bedienkomfort für den Endanwender immer attraktiver werden. Ob 3D-Techniken künftig weitläufig in Standardanwendungen eingesetzt werden, bleibt abzuwarten.