Mit intelligenten Kameras erleichtert eine Lösung die Erstellung, Wartung und Diagnose von Vision-Applikationen.

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Industrielle Bildverarbeitung Das Auge der Maschine

15.05.2019

In Zukunft kann jeder Automatisierungstechniker einen großen Teil der Anwendungsfälle in der industriellen Bildverarbeitung selbst beherrschen: Kameras, intelligente Bildverarbeitungsalgorithmen und ein innovatives Beleuchtungsportfolio sind nun integraler Bestandteil des B&R-Steuerungssystems.

Die vollständig integrierte Vision-Lösung von B&R erleichtert, mit dem Softwarepaket mapp Vision, die Erstellung, Wartung und Diagnose von Vision-Applikationen wesentlich. Herzstück der Vision-Lösung sind die intelligenten Kameras Smart Sensor und Smart Camera. Mit dem Smart Sensor wird eine einzelne Bildverarbeitungsfunktion umgesetzt, zum Beispiel QR-Code-Erkennung oder Lageerkennung.

Im Gegensatz zu vielen Geräten auf dem Vision-Markt ist nicht für jede Funktion eine eigene Hardware erforderlich. Der Anwender konfiguriert die Funktion des Smart Sensors je nach Bedarf in der Automatisierungssoftware Automation Studio. Der Maschinenbauer muss für unterschiedliche Anwendungsfälle also lediglich einen Kameratyp vorrätig halten. Wird mehr als eine Funktion benötigt, ist ein Umstieg auf die leistungsfähigere Smart Camera möglich. Die bisherige Applikationssoftware sowie alle bereits ermittelten Parameter und Modelle können weiterverwendet werden. Unabhängig vom Kameratyp ist die Installation denkbar einfach: Die Kamera wird an das Maschinennetzwerk angeschlossen und erhält automatisch alle benötigten Einstellungen von der Steuerung.

Wenn gewünscht und in der Benutzerverwaltung freigeschaltet, lassen sich sämtliche Variablen und Parameter auch zur Laufzeit und in Echtzeit anpassen. Zudem können zur Laufzeit neue Modelle für die Objekterkennung ergänzt oder Codetypen und andere Suchkriterien geändert werden. Beide Kameratypen verfügen über Mehrkernprozessoren und eine integrierte FPGA-Bildvorverarbeitung. Dadurch werden anspruchsvolle Funktionen wie Texterkennung auf der Basis von Deep-Learning-Algorithmen möglich.

Optimale Bildqualität

In allen Hardware-Varianten stehen jeweils drei Bild­sensoren von 1,3 bis 5 Megapixel zur Verfügung. Die Sensoren weisen große Pixel, eine hohe Lichtempfindlichkeit und ein geringes Rauschen auf. Dies garantiert eine optimale Bildqualität – auch bei Highspeed-Applikationen.

Es gibt zwei Gehäusevarianten der Kameras: mit integriertem Objektiv oder mit standardisiertem C-Mount-Anschluss. An Letzerem können entweder B&R-Objektive oder Optiken von Drittherstellern montiert werden – beispielsweise telezentrische Optiken. Für die C-Mount-Objektive von B&R steht eine spezielle Abdeckung zur Verfügung, damit die Schutzklasse IP67 erhalten bleibt. Die integrierten Objektive verfügen über einen elektronischen Fokus und stehen in Brennweiten von 4,6 bis 25 Millimetern zur Verfügung. Alle B&R-Objektive sind speziell für die verwendeten Bildsensoren optimiert, um eine hohe Schärfe und gute Abbildungsleistungen zu erreichen.

Die Kamera benötigt lediglich ein Kabel. Über einen M12-Hybridanschluss wird die Kamera in das Maschinennetzwerk eingebunden und gleichzeitig die Stromversorgung mit 24 VDC sichergestellt. Ein zweiter Hybridanschluss ermöglicht eine einfache Daisy-Chain-Verkabelung mit der Beleuchtung.

Zum Vision-Portfolio von B&R gehören fünf C-Mount-Objektive, die einen großen Brennweitenbereich von 12 bis 50 Millimetern abdecken. Die Objektive sind speziell für die verwendeten Bildsensoren geeignet und bieten ein gutes Preis-/Leistungsverhältnis. Die Objektive weisen eine niedrige Verzeichnung auf und verfügen über einen hohen Detailkontrast (Modulationsübertragungsfunktion MTF). Sie ermöglichen dadurch eine hohe Auflösung bis in die Bildecken.

Stets das optimale Licht

B&R hat ein innovatives Beleuchtungssystem für seine Vision-Lösung entwickelt und zum Patent angemeldet. Die Lichtansteuerung wird im Sub-μs-Bereich mit dem Automatisierungssystem synchronisiert. Mit den modularen Bar- und Backlights lassen sich auch schwierige Lichtsituationen beherrschen.

Licht und Kamera sind integraler Bestandteil der Maschinenapplikation. Die Synchronisierung mit Sensoren, Motorpositionen oder Maschinenevents wird einfach in der Maschinenapplikation parametriert. Auch bei Kombinationen mehrerer Kameras und Beleuchtungsquellen wird bei der Lichtansteuerung eine Präzision von einer Mikrosekunde erreicht. Jede Leuchte verfügt über einen integrierten Blitzcontroller, externe Hardware ist nicht erforderlich. Der Controller sorgt für eine präzise Impulsbestromung der leistungsstarken LEDs. Das ermöglicht Lichtimpulse von minimal einer Mikrosekunde Dauer bei maximaler Intensität. Das B&R-Vision-System lässt sich somit auch problemlos bei High-Speed-Applikationen einsetzen. Die flexiblen Barlights stehen einzeln oder als 4-, 6-, und 8-fach Ringleuchte zur Verfügung. Zudem gibt es zwei unterschiedliche Backlight-Größen. Jede Leuchte lässt sich mit bis zu vier unterschiedlichen LED-Farben ausstatten. Das Spektrum reicht von weiß über mehrere sichtbare Farben bis hin zu infrarot und ultraviolett. So lassen sich Kontrast, Lichtfarbe, Ausleuchtung und Belichtungsstärke für die jeweilige Anwendung anpassen.

Viele Vision-Anwendungen erfordern ein sehr exaktes Ausrichten der Lichtquelle, um gute Ergebnisse zu erzielen. Daher stehen die flexiblen Barlights von B&R in einer Version mit elektronisch verstellbarem Abstrahlwinkel zur Verfügung. Der Beleuchtungswinkel lässt sich von 0 bis 130 Grad anpassen. Werden mit einer Maschine unterschiedliche Produkte gefertigt, lässt sich bei einem Chargenwechsel automatisch der optimale Beleuchtungswinkel einstellen. Der Winkel muss nur einmal ermittelt und anschließend im Rezept gespeichert werden. Werden Ringleuchten mit elektronisch verstellbarem Abstrahlwinkel eingesetzt, lässt sich der Lichtkegel optimieren und Streulicht vermeiden.

Konfiguration zur Laufzeit

Wie der Winkel des Barlights, lassen sich alle weiteren Lichtparameter während der Laufzeit konfigurieren, beispielsweise um die Ausleuchtung an neue Produkte anzupassen. Sind verschiedenfarbige LEDs verbaut, lässt sich die Wellenlänge des Lichts zur Laufzeit konfigurieren, um den Kontrast zu optimieren. Aufgrund der Netzwerkanbindung der Leuchten können jederzeit alle relevanten Diagnoseinformationen ausgelesen werden.

Funktionsüberblick

Mit dem Upgrade auf Automation Studio 4.6 steht der volle Funktionsumfang von mapp Vision zur Verfügung. Bei der Installation des Technology-Pakets wird automatisch die korrekte Firmware auf alle benötigten Komponenten installiert. Das vereinfacht die Konfiguration wesentlich und beugt Fehlern vor.

B&R hat in mapp Vision die Machine-Vision-Bibliothek Halcon von MVTec integriert. Die Algorithmen sind seit vielen Jahren bewährt und ermöglichen robuste, hochperformante Lösungen zur Positionsbestimmung, Vollständigkeitskon­trolle, Qualitätsbewertung, Vermessung und Identifikation.

Folgende Funktionen enthält mapp Vision unter anderem:

  • Identifikation: mehr als 40 unterschiedliche Codetypen

  • OCR-Erkennung: Schrifterkennung mit Deep-Learning-Algorithmus

  • Blob-Analyse: modellbasierte Flächenerkennung mit umfangreicher Analyse

  • Matching: flexible Objekterkennung

  • Metrology: leistungsfähiges und hochgenaues Messinstrument

Bildergalerie

  • Die Kameras von B&R stehen wahlweise mit integrierten LED-Lichtern zur Verfügung. Außerdem gibt es fünf C-Mount-Objektive an, die einen großen Brennweitenbereich von zwölf bis 50 Millimeter abdecken.

    Bild: B&R

  • B&R bietet fünf C-Mount-Objektive an, die einen großen Brennweitenbereich von zwölf bis 50 Millimeter abdecken.

    Bild: B&R

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