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Bei der Photovoltaik-Produktion tun Vision-Sensoren ebenso ihren Dienst wie PC-Systeme

Für jede Anwendung die passende BV-Technik

4. Dezember 2012, 11:09 Uhr | Andreas Knoll

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Verdrängen Vision-Sensoren Systeme auf PC-Basis?

Dass mit zunehmender technischer Weiterentwicklung immer kleinere und stärker standardisierte Bildverarbeitungs-Systeme wie etwa Vision-Sensoren immer komplexere Aufgaben übernehmen, gilt also auch für Inspektionsaufgaben in der Photovoltaik-Produktion. Andererseits erschließt sich die Bildverarbeitungstechnik generell immer komplexere Anwendungen - und dort sind wiederum Systeme auf PC-Basis gefragt.

Einen allgemeinen Trend zur Verdrängung der PC-gestützten Systeme sehen die Experten daher nicht. »Natürlich gilt das Prinzip, dass kleinere Systeme in komplexere Anwendungen hineinwachsen, auch hier«, bestätigt Handschack. »Allerdings werden die Inspektionsaufgaben immer anspruchsvoller und die verfügbare PC-Technik immer leistungsfähiger, so dass die anwendungsspezifischen PC-Systeme auch in Zukunft ihren Platz behalten werden.« Klette-Matzat stimmt ihm zu: »Die Tendenz ist vorhanden, allerdings mit der Einschränkung, dass an PC-Systemen kein Weg vorbeiführt, wenn es um komplexe 3D-Inspektionen geht und wenn Produktionsdaten gespeichert werden sollen. Schub erhält das Phänomen dadurch, dass immer mehr Anbieter von Vision-Sensoren und Smart Cameras branchenspezifische Funktionalitäten in ihren Sensoren anbieten, natürlich auch mit dem Ziel der einfachen Bedien- und Wartbarkeit.«

Von den befragten Experten redet Borgwarth am stärksten dem Vision-Sensor das Wort: »SensoPart hat vor kurzem den Vision-Sensor ‚Visor V10 Solar‘ auf den Markt gebracht, der alle gängigen Bildverarbeitungsaufgaben in der Zell- und Modulproduktion unterstützt«, führt er aus. »Wichtig ist uns, dass diese Einfachheit in der Bedienoberfläche mit hoher Leistung verbunden werden kann. So erreichen unsere Vision-Sensoren Positionsgenauigkeiten von 50 µm und eine Reproduzierbarkeit unterhalb eines Mikrometers. Durch die dedizierte Umsetzung der Algorithmen in einem Vision-Sensor lassen sich auch wesentlich kürzere Zykluszeiten realisieren, als sie heute mit Smart Cameras und deren Overhead erreichbar sind.«

Borgwarth zufolge hat die Standardisierung der Inspektions-Aufgaben die Entwicklung derart spezialisierter Vision-Sensoren erst möglich gemacht: »Gerade in dem aktuell unsicheren wirtschaftlichen Umfeld bietet es sich für Maschinenhersteller an, statt der Pflege und Weiterentwicklung eigener Bildverarbeitungslösungen geeignete Produkte von der Stange zu verwenden«, sagt er. »Bei geringerem Absatz von Maschinen lassen sich dadurch signifikant Entwicklungskosten sparen und Ressourcen nutzbringend außerhalb von Standardaufgaben einsetzen.«

In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, welche besonderen technischen Merkmale Bildverarbeitungssysteme generell aufweisen müssen, um für Anwendungen bei der Produktion von Solarwafern, -zellen und -modulen geeignet zu sein. Aus Handschacks Sicht sind dies »eigentlich genau die Eigenschaften, die jedes gute Bildverarbeitungssystem auszeichnen«. So müsse die Auswahl von Kamera, Optik, Beleuchtung, Rechenleistung und Algorithmik immer zu den jeweiligen Anforderungen passen: »Eine Grundvoraussetzung ist hier, dass der Bildverarbeiter den jeweiligen Produktionsprozess genau kennt - in unserem Falle die PV-Produktion«, sagt er. »Einfache Systemintegration, intuitive Bedienung, flexible Ergebnisklassifikation, stringente Kalibrierung, Nachverfolgbarkeit und nicht zuletzt ein kurzer Return on Invest sind ebenfalls Dinge, auf die unsere PV-Kunden in der aktuellen Marktsituation besonders schauen - aber das ist auch in anderen Branchen so.« Klette-Matzat pflichtet ihm bei: »Die Anforderungen unterscheiden sich nicht wesentlich von denen in Bereichen wie Automotive (Vermessung, Positionierung, Oberflächenkontrolle, Farbe) oder Analytik (mit Methoden der Elektro-/Photolumineszenz).«

Welche technischen Merkmale Bildverarbeitungssysteme für die Photovoltaik-Produktion generell haben müssen, hängt laut Benz immer von der jeweiligen Inspektionsaufgabe ab: »Beim Elektrolumineszenzverfahren beispielsweise liegt die Wellenlänge des ausgesandten Lichts (ab 900 nm) außerhalb des Sichtbereichs des menschlichen Auges und stellt damit auch an die Sensoren der eingesetzten Kameras hohe Ansprüche«, führt er aus. »Speziell für den nahen Infrarot-Bereich (NIR) optimierte Industriekameras bieten sich dabei als preisgünstige Alternative zu den meist kostenintensiven, großen und gering auflösenden Kameras mit Indium-Gallium-Arsenid- oder Deep-Depletion-Sensoren an. Unsere für den NIR-Bereich optimierten Kameramodelle der HX-Serie zeigen im Vergleich zu bisher verfügbaren Modellen mit Siliziumsensoren eine deutlich höhere Empfindlichkeit bei einer Wellenlänge von über 900 nm. Das 1:1-Bildseitenverhältnis der 4-Megapixel-Kamera HXG40NIR eignet sich dabei vor allem für die Inspektion der quadratischen Zellen, die in nur einer Aufnahme kontrolliert werden können.«

Ob bei der Photovoltaik-Produktion Matrixkameras oder Zeilenkameras zum Einsatz kommen sollen, hängt laut Benz außer von der genauen Aufgabe auch vom Systemaufbau ab: »Grundsätzlich lassen sich für verschiedene Inspektionsschritte prinzipiell Matrix- oder Zeilenkameras einsetzen«, sagt er. »Meistens ist jedoch die Umsetzung mit Matrixkameras einfacher und kostengünstiger.« Klette-Matzat pflichtet ihm bei: »Sowohl Matrix- als auch Zeilenkameras kommen teilweise an ‚gleichen‘ Inspektionsorten zum Einsatz, je nach Design des Handling-Prozesses in der Maschine.« Nach Ansicht von Handschack kommt es bei der Kameraauswahl vor allem auf ein günstiges Verhältnis von Bildqualität, Messgenauigkeit, Bedienbarkeit und Systempreis an: »Die optimale Konfiguration hängt dabei stark von der Gewichtung dieser Punkte ab«, führt er aus. »Am Ende muss sich der Kunde immer für ein Preis-Leistungs-Verhältnis entscheiden.«