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Intelligente Kameras mit Blick fürs Detail

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Bildverarbeitungssysteme auf Basis intelligenter Kameras sind heute auch ohne Bildverarbeitungs-PCs in der Lage, komplexe Fehlerbilder sicher zu identifizieren, die bislang nur das menschliche Auge erkennen konnte. Gleichzeitig vereinfachen sie durch die bereitgestellten Daten die Dokumentation und Analyse des Produktionsprozesses. Durch den hohen Integrationsgrad lassen sich die Kameras individuell an sich ändernde Mess- und Prüfaufgaben anpassen, so dass der Maschinenbauer flexibel auf neue Anforderungen reagieren kann. Es überrascht deshalb nicht, dass sich immer mehr innovative Maschinenbauer durch den Einsatz von integrierten Bildverarbeitungssystemen einen klaren Vorteil gegenüber ihrem Wettbewerb verschaffen.

Vollen Durchblick mit schneller Echtzeit-Kommunikation

Seit kurzem ist die Einbindung von intelligenten Kameras in die Maschinenarchitekturen deutlich einfacher geworden. Durch die Technologiepartnerschaft von B&R und dem Bildverarbeitungsspezialisten Cognex stehen nun intelligente Kameras aus der Produktfamilie In-Sight 7000 mit POWERLINK-Schnittstelle zur Verfügung. Die Produktintegration des POWERLINK-Standards in das Kommunikationspaket Cognex Connect und der Kameras in Automation Studio, ermöglicht es, Bildverarbeitungssysteme in die POWERLINK-Kommunikation sowie an B&R-Steuerungen anzubinden.

Die Cognex-Kameras sind über POWERLINK vollständig in das B&R-System integriert. Durch den hohen Grad der Integration ist für den Benutzer kein Unterschied zwischen B&R-Komponenten und Cognex Vision zu erkennen. So wird beispielsweise die Kamera direkt von der Steuerung mit Firmware und den entsprechenden Parametern versorgt. Da zudem Standard-Ethernet-Protokolle problemlos über POWERLINK übertragen werden können, ohne dabei den zyklischen Datenverkehr und das Echtzeitverhalten zu beeinflussen, lassen sich die Kameras auch ohne separate Ethernet-Schnittstelle mit dem PC-Konfigurationstool In-Sight Explorer von Cognex konfigurieren und Bilder, wie für Dokumentations- oder Analysezwecke, abrufen.

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Dank der Technologiepartnerschaft von B&R und dem Bildverarbeitungsspezialisten Cognex stehen nun intelligente Kameras aus der Produktfamilie In-Sight 7000 mit POWERLINK-Schnittstelle zur Verfügung. (Quelle: LIBA Maschinenfabrik GmbH)
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Ein optionales Bildverarbeitungssystem überwacht bei den Kettenwirkmaschinen von LIBA den Zustand jeder vorbeilaufenden Nadel. Damit wird unter anderem der Ausschuss verringert und die Maschinenverfügbarkeit erhöht. (Quelle: LIBA Maschinenfabrik GmbH)

Bildverarbeitung und Automatisierung rücken zusammen

„Für uns hat diese Integration den konkreten Vorteil, dass wir in unseren Maschinen, die alle mit Steuerungen auf Basis von B&R-Technik ausgerüstet werden, nur POWERLINK als Kommunikationsbus brauchen und so den Verdrahtungsaufwand minimal halten können“, sagt Wolfgang Jahn, der bei LIBA für die Steuerungstechnik zuständig ist. „Dies und die Tatsache, dass der Bus deterministisch ist, sind die Hauptgründe, warum wir uns für Bildverarbeitungssysteme auf Basis der In-Sight-Kameras mit POWERLINK-Schnittstelle entschieden haben. Empfehlungen von Kunden haben uns darin noch zusätzlich bestärkt.“

LIBA baut damit seinen Spitzenplatz unter den international tätigen Herstellern von Kettenwirkmaschinen weiter aus. Erst jüngst wurde dem bayerischen Unternehmen seine führende Position wieder bestätigt – es erhielt für das selbsttragende MultiCompact-Gelege den Techtextil-Innovationspreis für neue Technologien. Dieser Erfolg kommt nicht von ungefähr. LIBA hat es sich zum Ziel gesetzt, aktuelle Trends früh aufzugreifen und fortschrittliche Lösungen anzubieten, mit denen Anwender schon heute die Anforderungen von morgen erfüllen können.

Produktionsfehler früher erkennen und vermeiden

Mit der Entwicklung von drei neuen Bildverarbeitungslösungen auf Basis von In-Sight-7000-Kameras mit POWERLINK-Schnittstelle hat LIBA diese Strategie erneut erfolgreich umgesetzt. Die Kameras sorgen dafür, dass Produktionsfehler früher erkannt und daraus entstehende Folgeschäden minimiert werden. Gleichzeitig können Dokumentationsaufgaben einfacher und schneller erledigt werden. Hiervon profitiert unter anderem ein namhafter Automobilhersteller, der auf einer weiterentwickelten Kettenwirkmaschine mit multiaxialem Schusseintrag Gelege herstellt, die anschließend zu Karosserieteilen weiterverarbeitet werden.

Die Maschine schneidet dazu Carbonfaser-Tapes von Rollen ab und legt sie zu Schichten mit unterschiedlicher Faserausrichtung (multiaxial) zusammen. Die Tape-Stücke werden dabei zum Fixieren an ihren Enden in zwei Ketten mit Nadeln eingelegt. Diese übernehmen den Transport des zwischen 50 und 150 Zoll breiten Geleges durch die etwa 35 Meter lange Anlage. Die Schichten werden anschließend vernäht. Danach wird der Rand des Geleges abgeschnitten. Die Ware wird aufgerollt und der in den Nadeln zurückbleibende Abfall abgesaugt.

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Ein optionales Bildverarbeitungssystem auf Basis einer oder mehrerer Kameras vom Typ In-Sight 7402 prüft bei einer Kettenwirkmaschine mit multiaxialem Schusseintrag auf Grundlage der Copcentra MAX 5 CNC das einlaufende Carbon-Tape auf Gassen, bevor es in die Maschine läuft, und hilft damit, die Gelegequalität zu sichern. (Quelle: LIBA Maschinenfabrik GmbH)
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Die Cognex-Kameras mit POWERLINK-Schnittstelle bieten mit ihrer Flexibilität und Leistungsfähigkeit die Grundlage für viele Weiterentwicklungen und zusätzliche Funktionen. LIBA hat das Bildverarbeitungssystem zur Überwachung von Tapes nachgerüstet, mit der Maschinenbetreiber die Messwerte der Gassen einschließlich der Meterzahlangabe für die Qualitätssicherung und Dokumentation in eine Datei schreiben können. (Quelle: LIBA Maschinenfabrik GmbH)

Minimierter Ausschuss senkt Produktionskosten

Ein Bildverarbeitungssystem pro Transportkette überwacht am Anfang der Maschine den Zustand jeder vorbeilaufenden Nadel und erkennt nicht nur verbogene, abgebrochene und fehlende Nadeln, sondern auch Verschmutzungen. Die Auswertung der aufgenommenen Bilder übernimmt eine Kamera vom Typ In-Sight 7200. Erkennt sie einen Fehler, übermittelt sie eine entsprechende Meldung inklusive Fehlerart an die zentrale Maschinensteuerung, die die Maschine stoppt.

„Schadhafte Nadeln wurden in der Vergangenheit meist mehr oder weniger zufällig durch den Maschinenbediener oder durch die Qualitätssicherung des Maschinenbetreibers entdeckt“, sagt Rainer Seuß, der bei LIBA für die Multiaxialtechnik verantwortlich ist. „In der Regel ließ es sich nicht vermeiden, dass schon viele Meter fehlerhaftes Gelege produziert wurden, bevor das Problem bemerkt wurde.“

Kamerasystem erhöht Verfügbarkeit

Nun werden beschädigte oder verschmutzte Nadeln vom Bildverarbeitungssystem zuverlässig nach höchstens einem Umlauf der Kette erkannt. Somit wird nicht nur der Ausschuss verringert, sondern es wird ein Zusatznutzen generiert, wie Jan Märtin, Entwicklungs- und Konstruktionsleiter bei LIBA, deutlich macht: „Der Bediener muss im Fehlerfall nicht mehr nach der betroffenen Stelle suchen, was bei einer Kettenlänge von rund 80 Metern einige Zeit in Anspruch genommen hat.“

„Darüber hinaus weisen verbogene oder sogar abgebrochene Nadeln auf Probleme der Maschine hin“, so Märtin weiter, „darauf kann nun schneller reagiert werden. Folgeschäden an der Maschine treten so seltener auf oder fallen unwesentlicher aus.“ Unter dem Strich sorgt das Bildverarbeitungssystem so zusätzlich für eine höhere Verfügbarkeit und Prozesssicherheit der Maschine.

Die Prozesssicherheit weiter steigern

Beim zweiten von LIBA entwickelten Bildverarbeitungssystem, mit dem ab sofort jedes Endlosschusseintragssystem ausgestattet wird, stand dagegen von Anfang an die Prozesssicherheit im Vordergrund. Die Herausforderung dabei: Die exakte Position der Nadeln lässt sich wegen der Toleranzen in der langen Kette nicht ohne weiteres vorhersagen. Die Aufgabe des Bildverarbeitungssystems ist es daher zu gewährleisten, dass in jede Nadelgasse (der Bereich zwischen zwei benachbarten Nadeln) ein Faden eingebracht wird. Dazu ermittelt eine intelligente Kamera vom Typ In-Sight 7200, wo der Faden in der Nadelgasse einläuft.

Das Messergebnis wird an die zentrale Maschinensteuerung via POWERLINK übermittelt. So wird die Position des Eintragssystems bei Bedarf im nächsten Durchlauf entsprechend nachgeregelt, damit der Faden wieder in der Mitte (± 10 Prozent) zu liegen kommt. „Für diese Positionierung ist die Echtzeitfähigkeit von POWERLINK unabdingbar“, erklärt Jahn.

Das neue Bildverarbeitungssystem löst ein Lichttaster-Messsystem ab, das bisher in den Endlosschusseintragssystemen von LIBA Verwendung fand. „Der größte Nachteil lag darin, dass der Lichttaster kontaktbehaftet zwischen zwei Nadeln durchschwingen musste und Kollisionen mit den Nadeln nicht ausgeschlossen werden konnten.“ Die unvermeidliche Folge eines Zusammenstoßes sind eine Zerstörung des Messsystems und ein Stillstand der Maschine. „Dank des kameragestützten, kontaktlosen Messverfahrens gehört das der Vergangenheit an“, ist Märtin erfreut.

Höhere Verfügbarkeit steigert Produktivität

Das dritte Bildverarbeitungssystem wurde entwickelt, um das Carbon-Tape zu überwachen, bevor es in die Maschine einläuft. Dabei erfassen – je nach Breite des Tapes – eine oder mehrere Kameras sowohl die Länge als auch die Breite jeder auftretenden Lücke (Gasse) im Tape. Zusätzlich wird aus der ermittelten Position der beiden Kanten des Tapes dessen Breite errechnet. Weichen die Abmessungen einer Lücke oder die Tape-Breite von den vorgegebenen Werten ab, wird eine Fehlermeldung abgesetzt und die Maschine angehalten.

Der Bediener kann daraufhin anhand der übermittelten Messwerte entscheiden, ob er die Maschine weiterlaufen lässt oder der betroffene Tape-Abschnitt automatisch entfernt werden soll. Das Unternehmen smartvision GmbH – die im Auftrag von LIBA die Kamerasoftware der drei Bildverarbeitungssysteme programmiert, die Beleuchtung inklusive Optik auslegt und die Inbetriebnahme an der Maschine übernimmt – hat dafür Kameras vom Typ In-Sight 7402 ausgewählt. „Diese Kamera benötigt für die Verarbeitung eines Bildes 30 Millisekunden und verfügt über eine Auflösung von 1280x1024 Pixeln“, sagt Jahn. „Das reicht aus, um die geforderte Messmittelfähigkeit zu gewährleisten.“

POWERLINK

POWERLINK eignet sich aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften hervorragend für Industrieanwendungen mit harter Echtzeit: Der Ethernet-Standard bietet minimalen Jitter und höchste Performance. Sein Kommunikationsmanagement ermöglicht Kollisionsfreiheit und kompromisslosen Determinismus. Dadurch hat sich POWERLINK als Standard für anspruchsvolle Applikationen in diversen Industrien etabliert.

Breite Basis für Neuerungen sichert die Zukunft

In puncto Prozesssicherheit, Abfallreduzierung und Maschinenverfügbarkeit hat LIBA bereits viel erreicht. Für den Textilmaschinenbauer ist das jedoch kein Grund sich auszuruhen. „Die Kameras bieten mit ihrer Flexibilität und Leistungsfähigkeit die Grundlage für viele Weiterentwicklungsmöglichkeiten und zusätzliche Funktionen“, sagt Seuß.

LIBA hat dieses Potenzial erkannt und das Bildverarbeitungssystem zur Überwachung der Tapes mit einer Funktion nachgerüstet, mit der Maschinenbetreiber die Messwerte der Gassen inklusive der Meterzahlangabe in eine Datei schreiben können. Daraus können dann Fehlerlandkarten zur weiteren Analyse durch Mitarbeiter der Qualitätssicherung erstellt werden. „Dabei wird es aber nicht bleiben – wir haben da noch eine ganze Menge interessanter Ideen“, verspricht Märtin.

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