Bildverarbeitung und Industrie 4.0 Smartphones als Bildverarbeitungs-Tools?

Johannes Hiltner, MVTec Software: »Smart Cameras sind für Industrie-4.0-Anwendungen sehr interessant.«
Johannes Hiltner, MVTec Software: »Smart Cameras sind für Industrie-4.0-Anwendungen sehr interessant.«

Mobile Devices erobern in der Industrie vor allem die HMI-Technik. Aber lassen sie sich auch in der Bildverarbeitung sinnvoll einsetzen? Und welche Bedeutung werden Smart Cameras auf dem Weg zur Industrie 4.0 erlangen? Johannes Hiltner, Product Manager Halcon bei MVTec Software, gibt Auskunft.

Markt&Technik: Spielen Mobile Devices derzeit in der industriellen Bildverarbeitung überhaupt eine nennenswerte Rolle?
Johannes Hiltner: Mobile Devices wie etwa Smartphones und Tablets haben sich bisher nach den Anforderungen des Consumer-Markts entwickelt. Ihre Rechenleistung entspricht momentan etwa der eines Desktop-PCs vor fünf Jahren. Mittlerweile haben sie Quadcore- und sogar Eightcore-Prozessoren integriert.

Obwohl die industrielle Bildverarbeitung viel Rechenleistung erfordert, ist die Performance der Mobile Devices inzwischen so hoch, dass Anwender mit ihnen jetzt Bildverarbeitungs-Aufgaben lösen können. Wegen unserer langjährigen Erfahrung im Embedded-Bereich können wir nun auch Mobile Devices mit der Embedded-Version unserer Bildverarbeitungs-Software Halcon ausstatten. Aber trotzdem wird in der Produktionshalle mit dem Handy normalerweise keine Bildverarbeitung im klassischen Sinn betrieben.

Sondern?
Auf dem Shopfloor dienen Mobile Devices vor allem als visuelles Frontend, das aktuelle Informationen über eine Maschine anzeigt. Maschinen und Anlagen werden ja immer komplexer. Wenn Anwender Mobile Devices für die Bildverarbeitung hernehmen, dann geht es ihnen um Momentaufnahmen. Sie wollen spontan ein Bauteil vermessen und einen Barcode oder Data-Matrix-Code lesen, vor allem mit Blick auf Reparatur und Wartung. Mit Mobile Devices können Anwender mal schnell ein Foto machen, um zu erkennen, wo die Position eines Fehlers ist oder wo der Arbeiter eine Schraube festziehen muss. Eine interessante Augmented-Reality-Anwendung wäre, einen Motorraum zu fotografieren, damit die Bildverarbeitungstechnik den Motortyp erkennt und einblenden kann, wo welches Teil eingebaut ist, das bearbeitet werden soll. Augmented Reality ist also vor allem bei Mobile Devices in der Industrie ein Thema, weil man in ein Live-Bild direkt einblenden kann, wo der nächste Arbeitsschritt zu tätigen ist.

Die meisten Bildverarbeitungs-Systeme in der Produktionshalle sind nach wie vor für kontinuierliche Inspektions- und Überwachungsaufgaben vorgesehen und daher fest installiert – entweder in Form von Smart Cameras und Vision-Sensoren oder in der klassischen Architektur als eine oder mehrere Kameras plus PC. Smart Cameras und Vision-Sensoren sind leichter austauschbar und können schneller auf unterschiedliche Anforderungen reagieren.

Könnte sich dies in absehbarer Zeit ändern?
Mobile Devices sind eigentlich Consumer-Produkte, aber mittlerweile so üblich, dass sie – zunächst als visuelle Frontends - in die Industrie vordringen. Sie können natürlich auch die Inspektionsergebnisse von Smart Cameras oder Bildverarbeitungssystemen auf PC-Basis visualisieren. Die Erwartungshaltung der Smartphone-Benutzer in der Produktionshalle orientiert sich an dem, was sie von ihren privaten Smartphones her gewohnt sind; Software für Mobile Devices in der Industrie muss also ebenso benutzerfreundlich sein wie Software für Consumer-Smartphones und -Tablets. Zusätzlich ist absehbar, dass Smartphones durch ihr immer besseres Preis-Leistungs-Verhältnis eine positive Auswirkung auf die Rechenleistung und das Preisgefälle von Smart Cameras haben werden.

Welche Bedeutung werden Mobile Devices, Smart Cameras und Vision-Sensoren künftig in der industriellen Bildverarbeitung haben?
Auf dem Weg zur Industrie 4.0 wird Halcon Embedded sicherlich in immer mehr Mobile Devices installiert werden. Momentaufnahmen für die Wartung mitsamt Augmented-Reality-Funktionen dürften in der Industrie zunehmend gefragt sein. Ansonsten werden sowohl Smart Cameras und Vision-Sensoren als auch Bildverarbeitungssysteme auf PC-Basis in der Industrie 4.0 ihren Platz finden.

Weil Prozessoren, Bildsensoren und Software immer besser werden, können kompakte »Würfel«, die alle nötigen Komponenten in sich tragen und nur noch über ein Kabel mit der Maschinenkommunikation verbunden sind, immer mehr Aufgaben übernehmen. Vision-Sensoren sind auf eine bestimmte Anwendung wie etwa Code-Lesen zugeschnitten, während Smart Cameras für unterschiedliche Anwendungen programmierbar sind.

Könnte also die Smart Camera das Systemkonzept schlechthin für die Bildverarbeitung in der Industrie 4.0 sein?
Generell spielt die Software in der Bildverarbeitung eine immer größere Rolle. Smart Cameras brauchen eine Software, die sie für unterschiedliche Anwendungen flexibel einsetzbar macht. Nicht von ungefähr ist Halcon Embedded für diverse Smart Cameras verfügbar. Anwender können nachträglich entscheiden und immer wieder neu festlegen, was ihre Smart Cameras tun sollen. Genau dies macht Smart Cameras für Industrie-4.0-Anwendungen sehr interessant.

Die Programmierung von Smart Cameras ist aber ziemlich komplex. Inwieweit könnte dies für Industrie-4.0-Anwendungen ein Hindernis sein?
Es stimmt, dass die Bildverarbeitungstechnik-Anwender in der Produktionshalle normalerweise keine Programmierer sind. Und Halcon ist eine Entwicklungsumgebung, die zwar Anwendern ermöglicht, schnell Funktionsblöcke zu erstellen, aber doch Programmierkenntnisse voraussetzt. Die Hersteller von Smart Cameras haben das Problem jedoch erfolgreich entschärft: Wenn sie mit Halcon arbeiten, entnehmen sie aus Halcons Werkzeugkasten Funktionen, machen daraus Toolsets für bestimmte Anwendungen und legen eine grafische Oberfläche drumherum. Sie teilen also den Funktionsumfang so in Subprobleme auf, dass er für den Nutzer einfacher zu beherrschen und zu bedienen ist.

Smart Cameras sind auf der Hardware-Ebene leicht zu bauen; das Anspruchsvolle ist die Software. Die Kernkompetenz der Smart-Camera-Hersteller ist, eine Software zu entwickeln, die den Anwender schnell zu einer Lösung führt und ihm ermöglicht, seine Smart Camera rasch zu konfigurieren, ohne sich dabei mit Programm-Code auseinandersetzen zu müssen.

Welche Aufgaben werden letztlich für Bildverarbeitungssysteme auf PC-Basis übrigbleiben?
Systeme aus Kamera und PC unterliegen einem starken Preisdruck bei steigender Leistung. Sie werden für Anwendungen, bei denen es auf hohe Leistung ankommt, unentbehrlich bleiben und sicherlich nicht komplett von Smart Cameras ersetzt werden. Auch in Zukunft wird es Anwendungen geben, deren Anforderungen an Geschwindigkeit, Speicherkapazität und Rechenleistung Smart Cameras überfordern. Immerhin haben PCs wesentlich mehr Rechenleistung als Smart Cameras und können somit vor allem bei rechenintensiven Anwendungen wesentlich schneller arbeiten.