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Integrated Machine Vision

Nicht nur eingebettet, sondern integriert

Vision-Systeme werden für die moderne Fertigung immer wichtiger. In Echtzeit gewonnene Prüfergebnisse sind zum Beispiel unerlässlich für sich selbst optimierende Produktionsprozesse. Bislang sind die Möglichkeiten dieser Systeme jedoch stark eingegrenzt, da sie kaum in die Maschinensteuerung integriert sind. Das ändert sich mit der vollständig integrierten Vision-Technologie von B&R.

„Ich habe auf den ersten Blick gesehen, was los war.“ – Diese Aussage kommt nicht von ungefähr, denn das Auge ist das wichtigste Sinnesorgan des Menschen. „Bei vielen Maschinen ist das heute jedoch noch anders“, sagt Andreas Waldl, Product Manager Integrated Machine Vision bei B&R: „Sie haben keine Augen.“

Mit Vision-Systemen versuchen Maschinenbauer seit vielen Jahren, dieses Manko zu beheben. Insbesondere für die Umsetzung von Industrie 4.0 sind Vision-Systeme ein sehr wichtiger Faktor. „Maschinensteuerung und Vision sind derzeit jedoch zwei getrennte Welten“, sagt Waldl. Der Aufwand für die Einbindung eines Vision-Systems in eine Applikation ist sehr hoch.

Vision Camera landscape
Anwender können zwischen unterschiedlichen Performance-Leveln, Bildsensoren und Optiken auswählen.

Das B&R-Vision-System

„Wir haben ein vollständig integriertes und flexibles Embedded-Vision-System entwickelt, welches die bisherigen Nachteile dieser Systeme nicht hat." Herzstück des Systems sind intelligente Kameras. Das Portfolio wird ein breites Spektrum abdecken, welches am unteren Ende einfache Vision-Sensoren ersetzen kann und am oberen Ende die Leistungsfähigkeit von High-End Smart Cameras aufweist. Diese können viele Vision-Aufgaben lösen, für die heute noch PC-basierte Systeme eingesetzt werden.

Ein wesentlicher 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 Beleuchtung wird automatisch ausgesteuert. Fremdlicht oder andere schwierige Lichtsituationen beeinträchtigen daher nicht die Leistung Vision-Systems. Auch höchste Synchronisierungspräzision für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen oder objektspezifische Anforderungen wie Hell- oder Dunkelfeld-Beleuchtungen lassen sich einfach umsetzen.

Volle Integration

„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 Sicherheitstechnik, Antriebstechnik bis hin zur Robotik. „Und nun auch Machine Vision.“

Schnittstellen im Laufzeitsystem fallen weg, Kamera und Licht sind genauso integraler Bestandteil wie analoge und digitale I/Os, Servoachsen oder Safety. Damit sind Parametrierung und Programmierung von Bildverarbeitungsroutinen sowie Kamera- und Beleuchtungseinstellungen 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 zum Beispiel schwierige Lichtsituationen spezielles Know-how erfordern, müssen Vision-Experten hinzugezogen werden.

mappVision Screen
B&R hat Vision vollständig in sein Engineering Tool Automation Studio integriert.

Einfache Programmierung

Für das B&R-Vision-System stehen vorgefertigte Softwarebausteine von mapp Technology zur Verfügung. Dadurch lassen sich Applikationen ohne großen Programmieraufwand erstellen. Da die mapp-Komponenten untereinander vernetzt sind, reichen wenige Klicks, um zum Beispiel Bilder des Vision-Systems in die Webvisualisierung mapp View zu integrieren. Dazu muss keine einzige Zeile Code programmiert werden. Änderungen während des laufenden Betriebes, zum Beispiel Produktwechsel, lassen sich einfach umsetzen. Parameteränderungen für Kamera und Licht oder das Umschalten von Triggerbedingungen können in Echtzeit durchgeführt werden.

Breites Anwendungsspektrum

Das Anwendungsspektrum für das Vision-System von B&R ist sehr breit. Es reicht vom relativ einfachen Lesen eines Barcodes über OCV und OCR bis hin zu anspruchsvollen Aufgabenstellungen wie bei der Produktion von Pharmazeutika, in Druckmaschinen oder bei der Textilherstellung.

Die unterschiedlichen Kameramodelle sind nahtlos skalierbar und basieren auf derselben Technologie. So können unterschiedliche Maschinenvarianten mit verschiedenen Ausbaustufen des Vision-Systems geliefert werden. Die Software dazu erstellt der Maschinenbauer nur einmal – unabhängig davon, welche Hardware letztendlich eingesetzt wird. Da die Applikation auch auf der Steuerung gespeichert ist, geht nichts verloren, wenn die Kamera im Servicefall getauscht wird.

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

Synchronisierung < 1 µs

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 Antriebsapplikation heraus. Damit erschließen sich bisher nie dagewesene Möglichkeiten: Bildtrigger und Lichtansteuerung können in harter Echtzeit und im Sub-µs-Bereich synchron mit dem gesamten Automatisierungssystem gesteuert werden. Auch bei dynamischen Applikationen mit häufig wechselnden Geschwindigkeiten ist so zum Beispiel kein separater Geber an einem Kameraeingang nötig.

Durch die vollständige Integration von Machine Vision in sein Automatisierungssystem stellt B&R Maschinenbauern eine Lösung zur Verfügung, mit der sie Steuerungs- und Vision-Aufgaben mit einem einzigen Werkzeug umsetzen können. Andreas Waldl: „Dadurch können sie sich voll auf die Maschinenprozesse konzentrieren und müssen sich nicht mehr mit den Unzulänglichkeiten bestehender Vision-Systeme herumschlagen.“

Andreas Waldl 2017 #2
„Mit dem ersten vollständig integrierten Vision-System eröffnen sich neue Möglichkeiten für Maschinen- und Anlagenbauer.“
Andreas Waldl, Product Manager Integrated Machine Vision bei B&R
Ejemplo
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