Industrielle Bildverarbeitung Schlüsseltechnologie für Industrie 4.0

Zwei Kameras der Serie „VisiLine“ von Baumer am Stand des Unternehmens
Zwei Kameras der Serie VisiLine von Baumer am Messestand des Unternehmens auf der Vision 2016

In der Industrieproduktion 4.0 wird die Bildverarbeitungstechnik wichtiger denn je sein: Die von ihr gelieferten Daten werden Prozessoptimierung, Effizienzsteigerung, vorbeugende Wartung und Mensch-Roboter-Kollaboration im Sinne von Industrie 4.0 erst möglich machen.

Aber welche Bedeutung werden Vision-Sensoren, Smart Cameras, Apps und Mobile Devices künftig in der industriellen Bildverarbeitung haben? Und wie werden Bildverarbeitungssysteme für die Industrie 4.0 aufgebaut sein? Experten nehmen Stellung.

Welche Rolle wird die Bildverarbeitung in der Industrie 4.0 spielen, und welche Aufgaben wird sie dort erfüllen?

René von Fintel, Head of Product Market Management Compact bei Basler: Auch in der Industrie 4.0 wird der Bildverarbeitung eine sehr bedeutende Rolle zukommen. Dort sind ja digitale Informationen noch stärker gefragt und sollten nicht nur möglichst umfassend, sondern auch den einzelnen Produktionsorten und Zeitpunkten genau zugeordnet sein. Digitale Industriekameras bzw. Bildverarbeitungs-Systeme generieren solche Informationen schon seit langem. Neben der Informationsgewinnung wird eine weitere Aufgabe auch die Steuerung von Abläufen sein, um den Output und die Qualität des Produktionsprozesses fast in Echtzeit zu verbessern.

Ute Häußler, bei Framos zuständig für Corporate Communications: Der Ausdruck ist ja bereits zum geflügelten Wort geworden: Bildverarbeitung ist das Auge der Automatisierung und von Industrie 4.0. Die visuelle Sensorik und die resultierenden analytischen Daten ermöglichen erst die Erkennung von Abweichungen, Mustern und Positionen und damit die inhärente Überprüfung aller Prozesse. Damit ist die Bildverarbeitung mit ihren intelligenten Algorithmen und Auswertungsmöglichkeiten Basis für die Kollaboration zwischen Systemen, Robotern und Menschen - und mit weiteren Systemen ein wichtiger Teil der sich selbst organisierenden Steuerung in der Fabrik der Zukunft.
Eine typische Aufgabe wird die sichere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter sein: Das Bildverarbeitungssystem sagt dem Roboter, wo sich der Mensch gerade befindet, und verhindert Kollisionen, Verletzungen und Anlagenausfälle. Die lückenlose Dokumentation und Analyse von Produktionszyklen ermöglicht die vorausschauende Wartung und die flexible Anlagensteuerung für die zukünftige One-to-One-Produktion. Die klassischen Aufgaben der Bildverarbeitung wie Identifizierung und Inspektion sowie intelligente IT-Schnittstellen ermöglichen diese Interoperabilität. Zudem wird die übergeordnete strategische Rolle essentiell. Die mit Bildverarbeitungstechnik erhobenen Daten bilden eine valide Basis für analytisch getriebene Strategieentscheidungen, eine erhöhte Prozessintegration, geringere Kosten und rentables Wachstum.

Oliver Senghaas, Marketingleiter von IDS Imaging Development Systems: Die Bildverarbeitung spielt im Zusammenhang mit Industrie 4.0 eine Schlüsselrolle, weil sie die reale Produktionswelt sowie vor- und nachgelagerte Prozesse, etwa den Logistikbereich, digital abbildet. Erst so wird es möglich, Fertigungsprozesse flexibel und effizient zu steuern und zu optimieren. Dazu ist es unter anderem nötig, immer größere Datenmengen möglichst in Echtzeit zu erfassen und aufzubereiten. Hierbei gilt es, Technologien wie Schnittstellen, Sensorik usw. bestmöglich auszureizen. Datenmengen wachsen, Ansprüche an die Schnittstellen-Performance steigen - entsprechend muss neue und leistungsstarke Technik frühzeitig integriert werden.

Horst Mattfeldt, Senior Consultant von Matrix Vision: Es ist ziemlich sicher, dass es mehr Augen, sprich Kameras, geben wird. Diese werden deutlich mehr Fertigungsprozesse und Produkte bei ihrer Herstellung überwachen, als es noch heute der Fall ist. Damit einhergehen wird eine stärkere Verschmelzung der Informationstechnik in die industrielle Fertigungstechnik.

Detlef Deuil, Leiter Produktmanagement Vertical Integration bei Sick: Meiner Meinung nach wird an der Bildverarbeitung kein Weg vorbeiführen, um Objekte in der Fabrik- oder Logistik-Automatisierung umfänglich zu erfassen, etwa für Qualitätskontrolle, zur vorausschauenden Wartung und zur Prozessoptimierung.

Dr. Klaus-Henning Noffz, Geschäftsführer von Silicon Software: Die Produktion von morgen wird sich gemäß Industrie 4.0 durch eine herstellerübergreifende Interoperabilität aller beteiligten Systeme auszeichnen. Alle Prozesse und Komponenten sind ohne Technologiebrüche miteinander verbunden. So lassen sich mehrere Bildverarbeitungssysteme bzw. Produktionslinien koordinieren, die Kontroll- und Statistik-Software sowie das ERP-System (Enterprise Resource Planning) einbinden, um dem Ziel, stets zeitnah Einfluss auf den Produktionsprozess zu nehmen, deutlich näher zu rücken.
Die beteiligten Einheiten entwickeln sich immer mehr zu selbst steuernden und agierenden autonomen Systemen, die intelligent über eine standardisierte Sprache miteinander kommunizieren. Die Datenerfassung, -verarbeitung und -speicherung wird lokal in dezentralen Sensorknoten stattfinden. Weil durch eine einheitliche Semantik konsistente Datenstrukturen vorliegen, vereinfachen sich beispielsweise Engineering und Wartung einer Anlage oder der Austausch von Komponenten.
Problematisch bleiben die sehr umfangreichen Rohdaten der Bilder und die Überführung der Rohdaten in konkrete Informationen. Nötig sind dafür standardisierte Schnittstellen zwischen Bildverarbeitungssystemen und sowohl der Automatisierungstechnik als auch der Steuerungsebene. Definiert werden müssen auch einheitliche Datenmodelle, die die Fusion multimodaler Sensordaten ermöglichen. Im Rahmen einer geplanten OPC-UA-Spezifikation soll es künftig eine Echtzeit-Erweiterung geben. Bis es so weit ist, bleiben die SPSen für dezentrale Auswertungen weiterhin unentbehrlich. Ist dann die Vernetzung über alle Informationsebenen realisiert, wird die verteilte Intelligenz vieler autonomer Systeme die zentralen Steuerungen wohl ablösen.

Peter Stiefenhöfer, Leiter Marketing & Öffentlichkeitsarbeit bei Stemmer Imaging: Bildverarbeitung ist schon heute eine wichtige Voraussetzung für die flexible Fertigung im Sinne von Industrie 4.0. Durch die hohen Anforderungen an sensorische Systeme ist die digitale Fabrik eine große Chance für die Bildverarbeitung, sich in der Produktion als Schlüsseltechnologie weiter zu etablieren. Mittlerweile gibt es kaum noch eine produzierende Branche, die ohne Bildverarbeitung auskommt, wenn sie wirtschaftlich sein will. Die Technologie wird jedoch auch in nicht-industriellen Anwendungen immer häufiger eingesetzt, unter anderem in der Medizin, im Sport oder in der Verkehrstechnik.
Prinzipiell haben Bildverarbeitungssysteme in der Produktion natürlich die Aufgabe, fehlerhafte Teile zu erkennen und durch die Kommunikation mit der Anlagensteuerung dafür zu sorgen, dass diese Fehlteile entweder gar nicht verwendet oder nach Möglichkeit nachbearbeitet werden. Zunehmend sorgt Bildverarbeitung jedoch dafür, dass Teile nicht mehr erst ganz am Ende einer Fertigungslinie geprüft werden, ob sie den Anforderungen entsprechen: Werden Fehler bereits in einem früheren Prozessstatus erkannt, so lassen sich die betroffenen Teile ausschleusen, bevor sie weiterverarbeitet oder veredelt werden. Dies spart Energie und eventuell Rohstoffe und erhöht somit die Wirtschaftlichkeit in der Fertigung. Bildverarbeitung sorgt dafür, dass Fehler erkannt und klassifiziert werden und eine Anlage korrekt auf die erkannten Fehler reagiert. In diesem Sinne ist Industrie 4.0 ohne Bildverarbeitung nur begrenzt möglich.