Interview SensoPart: Vision-Sensoren und -Systeme auf einer Plattform

Christian Ott, SensoPart Industriesensorik: »Viele Bildverarbeitungs-Anwendungen, für die man früher zwingend ein PC-gestütztes System benötigt hätte, lassen sich heutzutage mit den wesentlich einfacher bedienbaren und zudem in Anschaffung und Betrieb deutlich kostengünstigeren Vision-Sensoren und Vision-Systemen lösen.«
Christian Ott, SensoPart: »Viele Bildverarbeitungs-Anwendungen, für die man früher zwingend ein PC-gestütztes System benötigt hätte, lassen sich heutzutage mit den wesentlich einfacher bedienbaren und zudem in Anschaffung und Betrieb deutlich kostengünstigeren Vision-Sensoren und Vision-Systemen lösen.«

SensoPart bietet zwei Arten von Industriekameras mit integriertem PC an: Vision-Sensoren und Vision-Systeme. Beide beruhen auf einer Smart Camera mit Auswerteeinheit, so dass der Unterschied in der Software liegt. Christian Ott, Leiter Produktmanagement Vision bei SensoPart, erläutert die Hintergründe des Konzepts.

Markt&Technik: Wie definiert SensoPart die Begriffe Vision-Sensor und Vision-System, und worin liegen die Unterschiede?

Christian Ott: Wir unterscheiden zwischen einfach zu bedienenden Vision-Sensoren (»Visor«), die nur eine kurze Einarbeitung erfordern, und deutlich mächtigeren Vision-Systemen (»Eyesight«), für die wir auch Schulungen anbieten. Beide Konzepte beruhen auf einer intelligenten Kamera im kompakten Gehäuse nach Schutzart IP65/IP67.
Bei den Vision-Sensoren gibt es entsprechende Ausprägungen wie etwa Objektsensor, Code-Leser, Farbsensor oder Solarsensor, die sich applikationsspezifisch einsetzen lassen. Die Bedienung ist einfach, und die Parametrierung erfolgt überwiegend in der Begrifflichkeit des Anwenders. In wenigen intuitiven Einrichtungsschritten kann der Anwender seine Prüfaufgabe mit den gewünschten Auswertungen definieren.

Für komplexe Automatisierungsaufgaben gibt es neben den applikationsspezifisch vorprogrammierten Vision-Sensoren frei programmierbare Vision-Systeme. Diese beruhen ebenfalls auf einer intelligenten Kamera, bieten jedoch deutlich erweiterte Parametrier- und Programmiermöglichkeiten. Dafür sind sie etwas anspruchsvoller hinsichtlich der Einrichtung, jedoch immer noch weit entfernt von der Komplexität einer klassischen Bildverarbeitungs-Lösung.

Worin liegen dann die Unterschiede zwischen Vision-Systemen, wie sie SensoPart definiert, und intelligenten Kameras?

Unseren Vision-Sensoren und Vision-Systemen liegt eine im Hause SensoPart entwickelte intelligente Kamera zugrunde. Neben der reinen intelligenten Kamera, in der alle benötigten Komponenten für die Bildverarbeitung untergebracht sind (Objektiv, LED-Beleuchtung, Auswerteeinheit, Ausgänge und Schnittstellen), umfassen die Vision-Sensoren und Vision-Systeme zusätzlich die komplette Bildverarbeitungs-Software. Der Anwender kann die Parametrierung am PC vornehmen und simulieren. Im laufenden Betrieb arbeiten die Vision-Sensoren und Vision-Systeme autark ohne PC.
(Tabelle 1 zeigt einen Vergleich von Vision-Sensoren, Vision-Systemen und klassischen Bildverarbeitungs-Systemen auf PC-Basis.)

Welche Arten von Bildverarbeitungs-Anwendungen lassen sich mit Vision-Sensoren lösen, welche mit Vision-Systemen?

Anwendungen wie etwa Teilesortierung, lagerichtige Zuführung, Vollständigkeitsprüfung, Anwesenheitskontrolle, Positionskontrolle, Farbkontrolle, Lesen von Barcodes und Datamatrix-Codes sowie Klarschriftlesung sind typische Anwendungen für Vision-Sensoren. Im einfachsten Fall definiert der Anwender lediglich digitale Schaltsignale für die Gut/Schlecht-Entscheidung oder schickt ein definierbares Datenprotokoll über eine der Schnittstellen zur Steuerung.

Wenn die Anwendung für den Vision-Sensor »Visor« zu komplex wird, kommt das Vision-System »Eyesight« zum Einsatz. Es ermöglicht, Einzelprüfungen iterativ zu verknüpfen, und bietet einen umfangreichen Bildverarbeitungs-Werkzeugkasten, so dass der Anwender auch anspruchsvolle Aufgaben lösen kann.

Können Sie dafür ein Beispiel nennen?

Wie sich die Möglichkeiten und die Bedienung der Systeme »Visor« und »Eyesight« unterscheiden, ist gut an folgendem Beispiel zu erläutern. Mit einem Vision-Sensor lassen sich mit nur wenigen Mausklicks die gewünschten Merkmale abfragen. Wenn sich die Objekte im Bildfeld bewegen, ist dies durch eine einfache Lagenachführung kompensierbar. Mit nur wenigen Einstellungen steht damit die Gut/Schlecht-Entscheidung fest. Auf Wunsch können die aufgenommenen Daten zusammengestellt und über die Schnittstellen ausgegeben werden. Im Beispiel (Abbildung 1a) werden nach einer Lagenachführung relevante Merkmale für die Gut/Schlecht-Entscheidung abgefragt: Gibt es Überstände/»Schwimmhäute«- ja/nein? Sind die Löcher komplett frei - ja/nein? Ist es das korrekte Bauteil - ja/nein?

Mit einem Vision-System lassen sich auch komplexere Abläufe abbilden. Für die verschiedensten Aufgaben stehen hier Werkzeuge bereit, die per Drag & Drop in den Ablauf eingefügt und parametriert werden. Die einzelnen Ergebnisse sind beliebig miteinander kombinierbar. Ergebnistexte lassen sich an gewünschter Stelle in der entsprechenden Ergebnisfarbe für den Bediener visualisieren. Im Beispiel (Abbildung 1b) wird ein Bauteil auf Maßhaltigkeit vermessen. Hierfür kommt neben einer Hintergrundbeleuchtung auch ein telezentrisches Objektiv zum Einsatz. Anhand der einzelnen Ergebnisse wird entschieden, ob das Bauteil noch innerhalb der Toleranz ist oder nicht.

Welche Arten von Bildverarbeitungs-Anwendungen lassen sich mit Vision-Sensoren und Vision-Systemen nicht lösen, so dass sie immer noch PC-gestützte Bildverarbeitungssysteme erfordern?

Bildverarbeitungs-Anwendungen, die sehr hohe Auflösungen für die Genauigkeit (>2 Megapixel) oder hohe Geschwindigkeiten erfordern (>50 Bilder/s), werden Stand heute PC-gestützt umgesetzt. Wenn gleichzeitig mehrere Kameras für eine Prüfung in Kombination eingesetzt werden müssen, haben die PC-gestützten Bildverarbeitungssysteme die Nase vorn. Allerdings ist bei den PC-gestützten Bildverarbeitungssystemen immer Expertenwissen vonnöten.

Inwieweit wachsen Vision-Sensoren und Vision-Systeme allmählich in komplexere Anwendungen hinein? In welchen Anwendungen können sie derzeit und in Zukunft an die Stelle »höherwertiger« PC-gestützter Systeme treten?

Viele Bildverarbeitungs-Anwendungen, für die man früher zwingend ein PC-gestütztes System benötigt hätte, lassen sich heutzutage mit den wesentlich einfacher bedienbaren und zudem in Anschaffung und Betrieb deutlich kostengünstigeren Vision-Sensoren und Vision-Systemen lösen. PC-gestützte Bildverarbeitungssysteme werden deshalb zunehmend in Nischenanwendungen zurückgedrängt, in denen besonders hohe Bildraten oder Kameraauflösungen nötig sind. In Zukunft werden auch Anwendungen, die höhere Auflösungen und Geschwindigkeiten erfordern, teilweise mit Vision-Sensoren und Vision-Systemen umgesetzt werden können. Gleichzeitig schreitet bei den PC-gestützten Systemen die Entwicklung weiter voran, so dass hier die Messlatte regelmäßig weiter nach oben rückt.

Inwieweit verfolgt SensoPart die Strategie, möglichst viele Anwendungen mit Vision-Sensoren und Vision-Systemen abzudecken und »höherwertige« PC-gestützte Systeme dadurch zu ersetzen? Um welche Anwendungen geht es dabei in naher Zukunft konkret?

Mit dem »Visor«-Solarsensor beispielsweise haben wir einen leistungsfähigen Vision-Sensor entwickelt, der viele Prüfaufgaben abdeckt, die bis dato PC-gestützt umgesetzt wurden. Er ist leicht zu integrieren, hat eine präzise Positionserfassung und erfasst Beschädigungen von Wafern und Zellen. Damit bieten wir dem Anwender eine einfache Lösung, um dem steigenden Kostendruck bei der Herstellung von Solarzellen zu begegnen. Mit nur wenigen Mausklicks kann der Anwender in diesem Fall seine Prüfaufgabe umsetzen.

In naher Zukunft sehen wir weitere interessante Anwendungen, die Stand heute PC-gestützt umgesetzt werden, bei denen ein einfacher Vision-Sensor dem Anwender die Aufgabe deutlich erleichtern würde. Die PC-gestützten Systeme haben aber natürlich weiterhin ihre Berechtigung, etwa bei komplexen 3D-Anwendungen. Unser Ziel ist nicht, möglichst viele PC-gestützte Systeme zu ersetzen, sondern dem Benutzer das richtige Werkzeug für seine Anwendung zur Verfügung zu stellen.

Mit welcher Prozessortechnik sind Vision-Sensoren und Vision-Systeme ausgestattet?

Wir nutzen bei unseren Vision-Sensoren und Vision-Systemen leistungsfähige CPUs mit Gleitkommaunterstützung, mit denen wir eine hohe Rechenleistung erzielen. Durch die rasante Entwicklung bei den mobilen Geräten in den letzten Jahren profitieren wir in der Industrie von den mittlerweile erhältlichen leistungsfähigen Prozessoren.

Welches Software-Konzept verfolgt SensoPart bei seinen Vision-Sensoren und Vision-Systemen? Ist proprietäre Software darin installiert oder wird auf frei verfügbare Tools oder Bildverarbeitungs-Bibliotheken zurückgegriffen?

Ziel ist bei jeder Entscheidung eine komfortable und leicht verständliche Bedienoberfläche, die es dem Anwender ermöglicht, auch komplexe Prüfaufgaben schnell und unkompliziert umzusetzen. Der Anwender soll genau die Einstellmöglichkeiten haben, die er für seine Prüfaufgabe braucht, und nicht das, was theoretisch an Parametern zur Verfügung gestellt werden kann. Die komplexe Bildverarbeitung soll sich im Hintergrund abspielen, ohne dass der Anwender hier Detailwissen benötigt. Unsere intelligente Kamera hat ein freies Betriebssystem auf Linux-Basis. Mit Hilfe unserer Software-Ingenieure im Haus haben wir somit 100 Prozent Durchgriff auf die gesamte Programmierung von der Hardware mit den Treibern über die Bildverarbeitung bis zur Benutzeroberfläche.