Automatisierte Produktionsanlagen sind aufgrund der steigenden Qualitätsanforderungen bei gleichzeitig zunehmenden Fertigungsgeschwindigkeiten immer häufiger mit industriellen Bildverarbeitungs-Systemen ausgerüstet. Der Bildverarbeitungs-Markt boomt mit jährlichen Zuwachsraten von 15 bis 25 Prozent. Ein wichtiger technischer Trend in diesem interessanten Markt sind Systeme, die dem Anwender den Einsatz von Bildverarbeitung erleichtern.
Dipl.-Ing. Patrick Gailer, OEM-Vertriebsingenieur und Produktmanager, Stemmer Imaging GmbH, Puchheim
Egal, ob es sich um das neue Auto oder um die neue Zahnbürste handelt: Die Qualitätsansprüche von Kunden werden in allen Bereichen des modernen Lebens immer höher. Für die Hersteller hat das zur Folge, dass die Produkte während der Fertigungsprozesse genauer und möglichst zu 100 Prozent geprüft werden müssen. In vielen Fällen ist der Mensch aufgrund zu hoher Produktionsgeschwindigkeiten oder zu feinen Abmessungen dazu manuell jedoch nicht mehr in der Lage, und auch die Wirtschaftlichkeit der Qualitätssicherung durch die Arbeitskraft Mensch ist meist – insbesondere in Deutschland wegen hoher Lohnkosten – nicht gegeben.
Die industrielle Bildverarbeitung stellt in dieser Situation wirtschaftliche Möglichkeiten zur Verfügung, die Fehler bzw. Ausschuss bei gleichzeitiger Erhöhung der Taktraten minimieren. Die zunehmende Leistungsfähigkeit von PC-Systemen, die heute nahezu durchgehend als Basis von Bildverarbeitungs-Systemen zum Einsatz kommen, hat dieser Technik mittlerweile zum Einzug in die Produktionen in vielen Branchen verholfen. Die Folge waren in den vergangenen Jahren zweistellige Zuwachsraten im Markt für industrielle Bildverarbeitung, die nach den Prognosen aller Marktforscher und Experten auch weiterhin im Bereich von 15 bis 25 Prozent liegen sollen.
Fachkräfte sind Mangelware
Trotz dieser erfreulichen Entwicklung gibt es in der Bildverarbeitungs-Branche Probleme. Zu den größten Schwierigkeit der BV-Unternehmen zählen Kapazitätsengpässe und der Mangel an Fachkräften, die aufgrund kaum vorhandener Ausbildungsstätten nur schwer zu finden sind. Auch bei den Anwendern sind Mitarbeiter mit Wissen in der Bildverarbeitung Mangelware. Ein Trend, der sich bei Bildverarbeitungs-Systemen auch aus diesem Grund abzeichnet, besteht daher darin, dass BV-Systeme auf zunehmend leichtere und schnellere Weise in Anlagen integrierbar werden. Die Hersteller haben erkannt, dass sie dem Anwender das Leben erleichtern müssen, um seine Inbetriebnahmezeiten zu verringern. Sie versuchen daher ihrem Kunden fertige Algorithmen zur Verfügung zu stellen, die dennoch eine hohe Flexibilität und Leistungsfähigkeit aufweisen und vor allem einfach zu handhaben sind.
Dabei gibt es unterschiedliche Vorgehensweisen:
- 1. Für Bildverarbeitungs-Systeme auf der Basis von PCs entstanden in den vergangenen Jahren spezielle Software-Bibliotheken mit fertigen Algorithmen, die nur noch mit einigen Zeilen Code zusammengefügt werden müssen, um zu einem fertigen System zu gelangen. Diese Bibliotheken stellen dem Anwender Funktionen zur Verfügung, mit denen er gängige Bildverarbeitungs-Aufgaben lösen kann, z.B. das Auffinden und Vermessen von Objekten in einem Bild, die Analyse von Farben, die Erkennung von Schriften und Barcodes oder viele weitere Funktionen. Die am häufigsten eingesetzten Bibliotheken sind Common Vision Blox von Stemmer Imaging, MIL von Matrox oder Halcon von MVTtec Software.
- 2. Noch weniger Fachwissen erfordern Bibliotheken, die mit Hilfe von grafischen Benutzeroberflächen (Graphical User Interface, GUI) arbeiten und nur mittels „Point & Click“ konfiguriert werden, wie z.B. Sherlock von Coreco Imaging, CheckPoint von Cognex oder Neurocheck von DS.
- 3. Die jüngste Entwicklung im Bereich der BV, die dem Anwender das Leben leichter macht, sind die sogenannten „Intelligenten Kameras“, die die großen Datenmengen des Sensors sofort verarbeiten und dem Anwender nur noch die Ergebnisse der Bilddatenanalyse weitergeben. Diese optischen Sensoren verfügen zwar nicht über die Flexibilität und Leistungsfähigkeit PC-gestützter Systeme, doch in vielen Einsatzfällen reicht ihre Funktionalität aus, um die gestellte Aufgabe zu erfüllen. Aufgrund dieser Tatsache sind intelligente Kamerasysteme auch keine echte Konkurrenz zu PC-basierten Bildverarbeitungs-Systemen, sondern eine sinnvolle Ergänzung, die ein zusätzliches Marktsegment abdecken. Das Angebot an intelligenten Kameras reicht heute vom kostengünstigen CMOS-Sensor bis hin zum hochauflösenden CCD-Chip. Wichtige Hersteller sind hier die in Deutschland von Stemmer Imaging vertriebenen intelligenten Kameras von DVT, VC oder In-Sight von Cognex.
- 4. Ebenfalls neu sind „spezialisierte intelligente Kameras“, wie zum Beispiel SmartReader von DVT. Dieses Produkt wurde auf der Basis der intelligenten Kamera des Unternehmens „abgespeckt“ und für die Erkennung von 1D-, 2D-Barcodes oder von Klarschriften optimiert. Auf diese Weise entstand eine kostengünstige Lösung für diese spezifische Aufgabenstellung, die hohe Leistungsfähigkeit, einfachste Anwendung und leichte Integrierbarkeit in einem Produkt vereint. Das System arbeitet nach der Parametrisierung der Applikation mittels »Point and Click« über einen PC mit serieller Schnittstelle oder besser einem Ethernet-Anschluss PC-unabhängig und erkennt sehr robust 1D-Barcodes (u.a. Interleaved 2 aus 5, USS-39/128, UPC/EAN, Codabar, PharmaCode), 2D-Datamatrix-Codes verschiedener Größen und Rotationslagen sowie Dotmatrix-Codes oder Klarschrift und gibt diese über Ethernet oder seriell als ASCII-Code aus. Die vielseitigen Kommunikations- und Netzwerk-Optionen des SmartReaders (I/Os, Ethernet-Anbindung, RS-422) erlauben einen flexiblen Datenaustausch mit einer Vielzahl von Geräten und prädestinieren ihn so für den Einsatz im industriellen Umfeld.
- 5. Erleichterungen gibt es auch für Hochleistungssysteme, die bisher meist proprietärer Natur waren. Für extrem rechenintensive Bildverarbeitungsapplikationen musste der Anwender bisher selbst eine hochspezialisierte Hard- und Software entwickeln. Solche Systeme sind nicht nur sehr teuer in der Erstellung, Wartung und bei Upgrades, sondern auch enorm unflexibel, da sie ja nur für eine spezielle Aufgabe entwickelt wurden. Heute gibt es Embedded-PCs auf PCI-Einsteckkarten, die sich sehr einfach unter weit verbreiteten Software-Plattformen (Windows NT und Visual C++) programmieren lassen. Durch die Verwendung von mehreren Karten, die parallel in einen Standard-Industrie-PC eingesteckt werden, kann sich der Anwender fast beliebig leistungsfähige Multiprozessorsysteme erstellen.
Die Kameradaten können über Hochleistungs-Frame-Grabber auf speziellen Bussystemen mit 200MByte/s Übertragungsraten übertragen werden. Beispiele für solche Karten sind die Mamba und die Frame Grabber der Viper-Serie von Coreco Imaging.
Fazit
Die Hersteller von Bildverarbeitungs-Systemen gehen verschiedene Wege, um dem Anwender den Einstieg und die Nutzung von Bildverarbeitung in ihren Produktionsprozessen zu erleichtern. Die steigenden Qualitätsanforderungen und die zunehmende Leistungsfähigkeit der Bildverarbeitungs-Systeme werden dazu beitragen, dass jeder dieser Wege Anhänger finden wird und dass der Umsatz des Bildverarbeitungs-Marktes im Ganzen auch weiterhin deutlich zunehmen wird.
Weitere Informationen A QE 429
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