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Bildverarbeitung als Teil der Steuerung

28. März 2018, 14:34 Uhr   |  Andreas Knoll

Bildverarbeitung als Teil der Steuerung
© Bild: B&R

Das Vision-System von B&R wird mit Hilfe von mapp-Komponenten gemeinsam mit allen anderen Automatisierungs-Komponenten programmiert. Die daraus erstellte Applikation deckt alle Bereiche von der Prozessteuerung über die Achssteuerung bis hin zu Vision und Visualisierung ab.

Maschinensteuerung und Bildverarbeitung waren bisher getrennte Welten. Dies hat sich mit den neuen Technologieansätzen von B&R und Beckhoff Automation geändert: Beide integrieren die Bildverarbeitung komplett in die Steuerung.

B&R hat eine auf allen Ebenen vollständig ins Automatisierungssystem integrierte Vision-Lösung entwickelt, und Beckhoff hat die Bildverarbeitung in seine Steuerungstechnik auf Basis der Automatisierungs-Software TwinCAT 3 eingefügt.

Bildverarbeitungssysteme werden für die moderne Fertigung immer wichtiger. In Echtzeit gewonnene Prüfergebnisse sind unerlässlich für sich selbst optimierende Produktionsprozesse im Sinne von Industrie 4.0. Bislang sind die Möglichkeiten der Vision-Systeme jedoch begrenzt, weil sie kaum in die Maschinensteuerung integriert sind. Der Aufwand für die Einbindung eines Vision-Systems in eine Applikation ist meist groß.

»Wir haben ein vollständig integriertes und flexibles Embedded-Vision-System entwickelt, das die bisherigen Nachteile dieser Systeme nicht hat«, erläutert Andreas Waldl, Product Manager Integrated Machine Vision bei B&R. Das Herzstück des Systems besteht aus „intelligenten“ Kameras. Das Portfolio wird ein breites Spektrum abdecken, das am unteren Ende einfache Vision-Sensoren ersetzen kann und am oberen Ende die Leistung von High-End-Smart-Cameras erreicht. Diese können viele Bildverarbeitungs-Aufgaben lösen, für die heute noch Systeme auf PC-Basis eingesetzt werden.

Bild: B&R
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Das Portfolio der Vision-Lösung von B&R reicht vom einfachen Vision-Sensor bis hin zur High-End-Smart-Camera.

Ein wichtiger 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 etwa Fremdlicht die Leistung des Vision-Systems nicht beeinträchtigen«, verdeutlicht Waldl. Auch hohe Synchronisierungs-Präzision für Hochgeschwindigkeits-Aufnahmen oder objektspezifische Anforderungen wie Hell- oder Dunkelfeld-Beleuchtungen ließen sich leicht 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 Sicherheits- und Antriebstechnik bis hin zur Robotik. Und nun auch Machine-Vision.« Schnittstellen im Runtime-System fallen weg, Kamera und Licht sind genauso integraler Bestandteil wie analoge und digitale I/Os, Servoachsen oder Safe­ty. Damit sind Parametrierung und Programmierung von Bildverarbeitungs-Routinen sowie Kamera- und Beleuchtungs-Einstellungen 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 beispielsweise schwierige Lichtsituationen spezielles Know-how erfordern, müssen laut Waldl Vision-Experten hinzugezogen werden.

Für das B&R-Vision-System stehen vorgefertigte Software-Bausteine von „mapp Technology“ bereit. Dadurch lassen sich Applikationen ohne großen Programmieraufwand erstellen. »Weil die mapp-Komponenten untereinander vernetzt sind, reichen wenige Klicks, um beispielsweise Bilder des Vision-Systems in die Web-Visualisierung ‚mapp View‘ zu integrieren«, führt Waldl aus. »Dazu muss keine einzige Zeile Code programmiert werden.« Änderungen während des laufenden Betriebs, etwa Produktwechsel, sind problemlos möglich. Parameter-Änderungen für Kamera und Licht oder das Umschalten von Trigger-Bedingungen lassen sich in Echtzeit durchführen.

Bild: B&R
© Bild: B&R

Andreas Waldl, B&R »Mit dem ersten vollständig integrierten Vision-System eröffnen sich neue Möglichkeiten für Maschinen- und Anlagenhersteller.«

Das Anwendungsspektrum für das Vision-System von B&R reicht vom relativ einfachen Lesen eines Barcodes über OCV und OCR bis hin zu anspruchsvollen Aufgaben wie bei der Produktion von Pharmazeutika, in Druckmaschinen oder bei der Textilherstellung. Die diversen Kameramodelle sind nahtlos skalierbar und beruhen auf derselben Technik, was unterschiedliche Maschinenvarianten mit verschiedenen Ausbaustufen des Vision-Systems möglich macht. Die zugehörige Software erstellt der Maschinenbauer nur einmal – unabhängig davon, welche Hardware letztendlich eingesetzt wird. Weil die Applikation auch in der Steuerung gespeichert ist, geht nichts verloren, wenn die Kamera im Service-Fall ausgetauscht wird.

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 Antriebs-Applikation heraus. Dies schafft neue Möglichkeiten: »Bild-Trigger und Lichtansteuerung lassen sich in harter Echtzeit und im Sub-µs-Bereich synchron mit dem gesamten Automatisierungssystem steuern«, sagt Waldl. »Auch bei dynamischen Applikationen mit häufig wechselnden Geschwindigkeiten ist so beispielsweise kein separater Geber an einem Kameraeingang nötig.«

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2. Vision nahtlos in TwinCAT 3 integriert

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