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Intelligentes Auge in der Fertigung

"Intelligente Kameras" werden in einer Vielzahl von Bildverarbeitungsanwendungen zur optischen Qualitätskontrolle eingesetzt. Diese Produkte verarbeiten die großen Datenmengen des Sensors sofort und geben dem Anwender nur noch die Ergebnisse der Bilddatenanalyse weiter. Aufgrund ihrer einfachen Programmierung bzw. Parametrierung erleichtern sie dem Anwender den Einstieg in die Welt der Bildverarbeitung.

Eine echte Konkurrenz zu PC-basierten Bildverarbeitungssystemen sind intelligente Kameras jedoch nicht, denn in vielen Einsatzfällen reichen ihre Funktionalität, Flexibilität und Leistungsfähigkeit nicht aus, um die gestellte Aufgabe zu erfüllen. In diesen Fällen sind PC-gestützte Systeme weiterhin die leistungsfähigste Lösung. Intelligente Kamerasysteme stellen somit eine sinnvolle Ergänzung dar.

Das Angebot an intelligenten Kameras reicht heute vom kostengünstigen CMOS- Sensor bis hin zum hochauflösenden CCD-Chip, deckt monochrome und farbige Modelle ab und erlaubt bereits Auflösungen im Megapixel-Bereich. Wichtigste Hersteller sind hier die in Deutschland von STEMMER IMAGING vertriebenen intelligenten Kameras wie beispielsweise die In-Sight-Produkte von Cognex.

Natürlich arbeiten Bildverarbeitungs-Systeme im modernen Industrie-Umfeld nicht ohne Anbindung an andere Automatisierungs-Systeme. In der heutigen Fabrikwelt findet sich eine Vielzahl von Komponenten, die miteinander funktionieren und kommunizieren sollen, wie z.B.

  • Maschinensteuerungen
  • speicherprogrammierbare Steuerungen
  • Motion Controller
  • Roboter-Steuerungen
  • Daten-Server oder Workstations zur Steuerung/ Protokollierung und sonstige Sensorik

Die Kommunikation und der Datentransfer erfolgen hierbei traditionell via einfacher Steuerleitungen (I/Os) und über die serielle Schnittstelle. Mit zunehmender Automatisierung schritt in den vergangenen Jahren jedoch die Vernetzung dieser Komponenten, z.B. über Profibus, DeviceNet oder Ethernet, zum Austausch größerer Datenmengen mit mehreren Devices gleichzeitig voran. Heute ist das Produktionsumfeld ohne eine Datenkommunikation über solche seriellen Bussysteme nicht mehr vorstellbar.

Zudem ist ein deutlicher Trend erkennbar, Bildverarbeitungs-Komponenten und somit auch intelligente Kameras verstärkt als hochwertige Sensorik einzusetzen. Die Bildverarbeitung dient somit nicht mehr nur dazu, Schlechtteile in der Fertigung zu erkennen und ihre Aussortierung zu veranlassen, sondern auch als Regelkomponente im Produktionsprozess: Mit dieser Technik ist möglich, die Fertigung zu überwachen, schon bevor Schlechtteile erzeugt werden. Um im Kommunikations-Netzwerk eingebunden werden zu können, sind daher Schnittstellen von der Bildverarbeitung zu den oben genannten Komponenten und eventuell auch unter den verschiedenen Bildverarbeitungs-Stationen erforderlich.

Kommunikation von Kamera zu Kamera: Typischerweise über Ethernet

In vielen Anwendungsfällen arbeitet mehr als eine intelligente Kamera im Netzwerk, wie die folgenden beiden Beispiele zeigen:

  • Beispiel 1: Ein Barcode-Leser erkennt ein Bauteil anhand eines aufgebrachten 1D- oder 2D- Codes. Anschließend kann ein nachfolgendes Vision-System das richtige Prüfprogramm zur Vermessung des Teils aufrufen und ausführen.

  • Beispiel 2: Zur 3D-Inspektion z.B. im Bereich Robotik arbeiten zwei Kameras zusammen: Kamera 1 betrachtet die Szene von oben und ermittelt die x- und y-Bewegungen, Kamera 2 erfasst die Werte der z-Achse von der Seite.

Der Datenaustausch erfolgt in solchen Fällen typischerweise über Ethernet. Diese Schnittstelle ist heute bei modernen intelligenten Kameras in der Regel von Haus aus integriert.

Kommunikation nach außen: Alles möglich!

Auch die Programmierung und der Remote-Support intelligenter Kameras erfolgt heute in der Regel über Ethernet TCP/IP. Auf diese Weise ist es möglich, mit Remote-Software-Paketen von jedem vernetzten Rechner aus via Internet auch auf weit entfernte Systeme zuzugreifen und diese somit schnell einzurichten oder zu kontrollieren.

Für einen Anschluss an Automatisierungs-Netzwerke sollten intelligente Kameras möglichst alle existierenden Bussysteme wie Ethernet, Profibus, DeviceNet usw. unterstützen, um so die Übergabe von Messergebnissen, die Anwahl von Prüfprogrammen oder die Speicherung von Mess- und Bilddaten auf Datenserver zu ermöglichen.

Aus Sicht des Anwenders wäre es somit wünschenswert, möglichst viele Schnittstellen vorzusehen. Diese Vorgehensweise wäre jedoch auch mit deutlichen Nachteilen verbunden: Allein die Mechanik der Schnittstellen würde zu unakzeptabel großen Abmessungen und zudem zu unnötigen Kosten für die selten benötigten Schnittstellen führen.

Die wesentlichen Hersteller intelligenter Kameras lösen dieses Problem heute meist, indem sie serielle Standard-Schnittstellen, Ethernet und diverse I/Os von Haus aus vorsehen und so zu kleinen Geräte-Abmessungen und einem guten Preis-/Leistungs-Verhältnis gelangen. Auf der Basis von Ethernet können außer TCP/IP zudem auch Ethernet-Modbus- und EthernetIP-Protokolle gefahren werden.

Falls diese Schnittstellen nicht ausreichen, besteht darüber hinaus die Möglichkeit, externe Erweiterungsmodule wie z.B. I/O-Extension-Kits oder Koppel-Bausteine von Ethernet zu Profibus oder zu DeviceNet zu integrieren und somit auch die Kosten je nach Bedarf modular zu gestalten.

Fazit

Bildverarbeitungs-Systeme und intelligente Kameras werden heute mehr und mehr in der optischen Qualitätskontrolle eingesetzt. Als Teil des Automatisierungsverbunds müssen sie dabei in die bestehenden Kommunikationsstrukturen integrierbar sein. Diese Anforderung wird zunehmend durch die Bereitstellung vielfältiger Schnittstellen erfüllt. Die gängigen Bussysteme werden dabei von den wesentlichen Herstellern intelligenter Kameras unterstützt.