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Leistung hoch – Preise runter

Für jede Anforderung die optimale BV-Lösung
Leistung hoch – Preise runter

Die Vielfalt der am Bildverarbeitungs-Markt angebotenen Systeme ist enorm. Die Bandbreite reicht heute vom flexiblen High-End-BV-System bis hinunter zum einfachen optischen Sensor mit sehr eingeschränktem Funktionsbereich. Für den Anwender ergibt sich daraus die Schwierigkeit, das optimale System für seine jeweilige Applikation zu finden.

Dipl.-Ing. Peter Stiefenhöfer, Leiter Marketing & Öffentlichkeitsarbeit, Stemmer Imaging GmbH, Puchheim

Die heute am Markt verfügbaren Bildverarbeitungs-Systeme variieren in Bezug auf Leistung, Flexibilität, Anwenderfreundlichkeit und natürlich auch Preis sehr stark. Mit folgenden fünf Kategorien sind die am häufigsten eingesetzten Systeme abgedeckt:
  • Bildverarbeitungs-Systeme auf Industrie-PC-Basis
  • Spezialisierte, auf Bildverarbeitung ausgelegte Kompakt-PCs
  • Kompakte Mess-Systeme
  • Kameras mit integriertem Prozessor (Intelligente Kameras)
  • Einfache optische Sensoren
Industrie-PC-Systeme
Der mit Abstand größte Teil der heute eingesetzten Bildverarbeitungs-Systeme arbeitet auf Basis von Industrie-PCs. Diese Gattung hat den wesentlichen Vorzug, dass sie von den ständigen Leistungssteigerungen in der Prozessor- und PC-Technik profitiert und zudem zu sinkenden Preisen erhältlich ist. Dem Anwender steht darüber hinaus aufgrund der Weiterentwicklungen bei Schnittstellen wie Ethernet, FireWire oder USB und Bussystemen wie PCI- und PCI-X-Bus etc. immer weiter zunehmende PC-Leistung zur Verfügung.
IPC-Systeme in der Bildverarbeitung verbinden in der Regel das Beste zweier Welten: Die Sicherheit von Industrie-PCs und die Rechenleistung von Multimedia-Rechnern. Im Vergleich zu allen anderen Architekturen weisen IPC-basierte Systeme darüber hinaus die größtmögliche Flexibilität auf, denn je nach den technischen Anforderungen der zu lösenden Applikation kann der Anwender seine Hard- und Software-Komponenten aus der Vielzahl der am Markt verfügbaren Produkte auswählen. Häufig bauen die Software-Entwicklungspakete dabei auf das Look&Feel der Windows-Welt auf und erleichtern dem Anwender so die Arbeit.
Nach oben sind der Leistungsfähigkeit solcher Systeme nahezu keine Grenzen gesetzt, denn mit heutigen PC-Systemen lassen sich auch Bildverarbeitungs-Sonderlösungen wie z.B. automatisch hochlaufende Embedded-Systeme, Multikamera-Systeme oder komplette 19“-Systemschränke aufbauen, die genau den Bedürfnissen der Anwendung angepasst sind. Am häufigsten kommen jedoch Pakete zum Einsatz, die aus einem üblichen Standard-Rechner mit einer geeigneten Bilderfassungskarte bestehen und die Bilddaten der angeschlossenen Industriekamera auswerten.
Spezialisierte, auf BV ausgelegte Kompakt-PCs
Spezialisierte, auf Bildverarbeitung ausgelegte Kompakt-PCs weichen von der gängigen Vorstellung eines Standard-PCs deutlich ab. Diese „abgespeckten“ Geräte enthalten auf engstem Raum alle notwendigen Komponenten eines Bildverarbeitungs-Systems. Stemmer Imaging bietet in diesem Segment die sogenannte Compact Image Station an, die als FireWire- und als PCI-Variante erhältlich ist.
Die FireWire-Variante der Compact Image Station erlaubt den Anschluss von FireWire-Kameras nach dem IEEE1394-Standard. Da diese Architektur ohne Frame Grabber auskommt, beschränkt sich die Größe des Rechners auf 146 x 41 x 160 mm (B x H x T). Diese Compact Image Station verfügt über eine serielle und eine USB-Schnittstelle, einen PS/2-Port sowie einen Anschluss für 10/100 Base TX LAN. Für die Bildverarbeitung nicht zwingend nötig, aber dennoch möglicherweise nützlich sind die Schnittstellen Audio Out, Mic In und TV Out.
Die mit 177 x 70 x 229 mm (B x H x T) etwas größere PCI-Variante verfügt über einen PCI-Slot und erlaubt die Integration von analogen oder digitalen Frame Grabbern verschiedener Leistungsklassen und somit die flexible Auswahl einer geeigneten Kamera. Vielfache Schnittstellen sowie ein CD-ROM-Laufwerk lassen dem Anwender viele Freiheitsgrade.
Beide Kompakt-Bildverarbeitungs-PCs arbeiten auf Basis von Windows 2000 bzw. XP Professional. Sie setzen in der derzeitigen Ausführung auf eine VIA C3 800 MHz-CPU und verfügen Standard-mäßig über 256 MByte SDRAM mit 133 MHz. Eine 30 GByte-Festplatte sorgt selbst bei schwierigen Anwendungen für genügend Kapazität. Die Rechner-Komponenten werden natürlich laufend dem neuesten Stand der Technik angepasst. Das Haupteinsatzgebiet der Compact Image Station sind Bildverarbeitungs-Applikationen, bei denen aus Platzgründen kein 19“-Rechner zum Einsatz kommen kann, wo aber dennoch die Rechenleistung und Flexibilität eines PC benötigt wird.
Kompakte Mess-Systeme
Für Anwender mit geringen Bildverarbeitungs-Kenntnissen bietet das Kompakt-Mess-System VA-10 des amerikanischen Herstellers IPD in bestimmten Anwendungsfällen die optimale Lösung. Das Vision-System und führt den Anwender über eine intuitive grafische Bedieneroberfläche Schritt für Schritt zur Applikation. Das System besteht aus einer separaten Steuereinheit, in der Schnittstellen wie 10/100 Mbit Ethernet, digitale Ein- und Ausgänge und eine RS232-Schnittstelle zur Kamera-Steuerung integriert sind. Dieses flexible Konzept einer separaten Steuereinheit mit großer Schnittstellen-Flexibilität macht es dabei möglich, hochwertigste Hardware-Komponenten bis hin zur Megapixel-Kamera, z.B. der JAI A1, einzusetzen.
Auf Basis einer identischen Hardware-Plattform der VA-10 sind dabei drei unterschiedliche Produkte verfügbar: Neben der Standard-Software IPD iCheck für Anwesenheits- und Vollständigkeitskontrollen kann der Anwender optional auch IPD iGauge zur Lösung von Vermessungsaufgaben und IPD iLabel zur effektiven Überprüfung von Etiketten beziehen. Für alle drei Pakete gilt: Das System kann auch von Anwendern ohne Erfahrung in der Bildverarbeitung in kürzester Zeit in Betrieb genommen werden. Das Arbeiten mit der VA-10 ist denkbar einfach: Mittels eines Internet-Browsers, wie z.B. dem MS Internet Explorer®, wird das Gerät über die Ethernet-Schnittstelle eines PCs angesprochen und eingerichtet. Beim Setup und Einrichten der Prüfaufgaben wird der Anwender mittels »Point & Click«-Abfragen Schritt für Schritt geführt. Erledigte Tasks werden in der Liste mit einem Symbol »abgehakt«. Damit wird gewährleistet, dass kein Konfigurationsschritt übersehen wird. Im späteren Betrieb kann der Anwender den Kamera- und Prüfzustand über einen Web-Browser, z.B. vom Büroschreibtisch über das Firmennetz, visualisieren lassen und überwachen.
Kameras mit integriertem Prozessor (Intelligente Kameras)
Einen anderen Weg zur einfachen Bildverarbeitungs-Lösung gehen Kameras, bei denen ein Prozessor schon in das Kamera-Gehäuse integriert ist. Es kann dabei ein echter PC-Prozessor, ein Power-PC oder ein DSP zum Einsatz kommen. In der Branche hat sich für Produkte dieser Gattung der Begriff „Intelligente Kameras“ eingebürgert. Gemeinsames Merkmal der intelligenten Kameras ist, dass sie die Daten des Sensors sofort verarbeiten und dem Anwender meist nur noch die Ergebnisse der Bilddatenanalyse weitergeben. Das Angebot an intelligenten Kameras reicht heute von CCD-Chips unterschiedlichster Auflösung bis hin zum kostengünstigen CMOS-Sensor, deckt monochrome und farbige Modelle ab und erlaubt bereits Auflösungen im Megapixel-Bereich.
Auf die Leistung eines PentiumIII-Prozessors mit 700 MHz setzt die PC-CMOS-Kamera MV-PC1024 von Photonfocus. Bei diesem Produkt steckt ein vollwertiger PC inklusive 2,5“-Festplatte und 256 MByte SO-DRAM zusammen mit einem CMOS-Sensor in einem Gehäuse von nur 80 x 55 x 145 mm (B x H x T) Baugröße. Zur Anbindung an die industrielle Fertigungsumgebung steht eine große Auswahl an I/O-Anschlüssen sowie zwei RS232-, eine Ethernet- und eine USB-Schnittstelle zur Verfügung. Eine Besonderheit dieses Produkts stellt die Verbindung von CMOS-Technologie und intelligenter Kamera dar. Bei der MV-PC1024 lässt sich (wie bei allen CMOS-Kameras des Schweizer Herstellers) die Sensor-Kennlinie in Abhängigkeit von den Beleuchtungsverhältnissen frei in einer Kombination aus linearer und logarithmischer Kennlinie einstellen. Wie alle CMOS-Kameras eignet sich die PC-CMOS-Kamera von Photonfocus aufgrund ihrer hohen Sensor-Dynamik und der partiellen Auslesemöglichkeit besonders für Anwendungen mit stark unterschiedlichen Lichtverhältnissen.
Die intelligente Kamera ThinkEye von Stemmer Imaging arbeitet mit einem integrierten Power-PC, der die Aufnahme und Auswertung von bis zu 30 Bildern pro Sekunde erlaubt. Das nur 39 x 39 x 122 mm (B x H x T) messende IP65-Gehäuse mit industrietauglichen M12-Anschlüssen und der 24V-Stromversorgung sorgen für eine einfachste Integrierbarkeit im industriellen Umfeld. Bei der Entwicklung wurden alle relevanten Schnittstellen und Protokolle wie digitale I/Os, RS232, RS485 und Ethernet TCP/IP berücksichtigt. Als Software-Basis kommt sowohl bei der Photonfocus MV-PVC1024 als auch bei der Stemmer Imaging ThinkEye die erfolgreiche Bildverarbeitungs-Entwicklungsplattform Common Vision Blox (CVB) von Stemmer Imaging zum Einsatz. Dies erleichtert dem Applikationsingenieur das Leben deutlich: Durch den Einsatz von CVB als ein- und derselben Entwicklungsplattform für PC-System und intelligente Kamera kann er vorhandenes Software-Know-how für beide Architekturen nutzen. Darüber hinaus hat er so die Freiheit, dass er erst nach der Erstellung einer Applikation festlegen muss, ob er die Software auf der intelligenten Kamera oder auf einem PC betreiben möchte. Durch diese Konzeption übertreffen MV-PC1024 und ThinkEye die Flexibilität bisheriger intelligenter Kameras entscheidend!
Die intelligenten Kameras der Serie 500 von DVT basieren auf einem DSP-Baustein im Kamera-Gehäuse. Besonderes Merkmal dieser Serie ist ihre Modularität, denn die Baureihe deckt von der preiswerten Monochrom-Ausführung mit Standard-Auflösung bis hin zur hochauflösenden Farb-Kamera eine breite Palette an Anwendungen ab. Alle DVT-Kameras arbeiten mit der einheitlichen, Windows-basierten Bildverarbeitungs-Software FrameWork, die auch ohne Programmierkenntnisse leicht zu parametrieren ist. Auch bei den intelligenten DVT-Kameras sind die Schnittstellen den Erfordernissen der Industrie angepasst: Die vielseitigen Kommunikations- und Netzwerkoptionen der Serie 500 erlauben zusammen mit einer Vielzahl von in FrameWork enthaltenen Treibern einen flexiblen Datenaustausch mit einem breiten Spektrum an Maschinensteuerungen und Roboter-Controllern.
Eine Besonderheit dieser Gruppe stellen „spezialisierte intelligente Kameras“ dar. Sie decken nur einen Teil der Aufgaben ab, die von der zugrunde liegenden intelligenten Kamera gelöst werden können, und erlauben so eine kostengünstige Lösung für diese spezifische Aufgabenstellung. Beispiele für diese Produktgattung sind der IntelligentScanner von DVT, der für die Erkennung von 1D-, 2D-Barcodes oder von Klarschriften optimiert wurde, oder die DVT SpectroCam, welche die Erkennung und Bestimmung von Farben mittels Spektral-Analyse erlaubt. Beide Spezial-Kameras basieren auf der Serie 500 von DVT.
Einfache optische Sensoren
Die letzte der eingangs genannten fünf Gruppen sind einfache optische Sensoren, die auch als stark abgespeckte Bildverarbeitungs-Systeme für spezielle Aufgaben angesehen werden können. Ein Beispiel dafür ist das neue Bildverarbeitungs-System Simatic VS 110 von Siemens, das für einfache optische Formprüfungen von Kleinteilen wie z.B. Schrauben, Stecker oder auch Tabletten ausgelegt ist. Die Simatic VS 110 prüft, ob es sich um die richtigen Objekte handelt, ob sie lagerichtig zugeführt werden und ob sie unbeschädigt sind. Auch die Unterscheidung zwischen zwei Gut-Varianten und dem Aussortieren von Schlechtteilen ist in einem Arbeitsgang realisierbar. Das System ist somit optimal für Gut/Schlecht-Entscheidungen bei einfachen Objekten und eignet sich besonders für Zuführeinrichtungen an Montageautomaten und andere fördertechnische Applikationen. Da die Prüfergebnisse über digitale Schnittstellen ausgegeben werden können, lassen sich sehr einfach Ausschleuseeinheiten wie z.B. Pneumatikventile direkt ansteuern.
Als herausragende Eigenschaft des Bildverarbeitungs-Sensors sticht seine einfache Handhabung hervor: Das System wird nicht programmiert, sondern lediglich durch Vorzeigen eines „Gut“-Teils „trainiert“. Die einfache Menüführung der Steuerung erlaubt dabei selbst Bildverarbeitungs-Laien das Einrichten einer Applikation innerhalb von Minuten. Diese Eigenschaft und ein Einstiegspreis um etwa 2000 Euro ermöglichen einen absoluten Low-Cost-Einstieg in die Bildverarbeitung.
Das Komplettpaket besteht aus dem Sensorkopf in Schutzart IP65 mit Kamera und fertig eingestelltem Objektiv sowie einer gegenüber wechselndem Tageslicht unempfindlichen Infrarot-Beleuchtungseinheit und einem Auswertegerät. Die Simatic VS 110 bietet je nach Teilegröße bis zu 25 Auswertungen pro Sekunde bei Transportgeschwindigkeiten von bis zu 15 Metern in der Minute. Für wechselnde Produktionen und unterschiedliche Teiletypen können bis zu fünfzehn Gut-Teile im Auswertegerät netzausfallsicher hinterlegt werden.
Fazit
Der IPC ist (und bleibt wohl auch noch für einige Zeit) die am häufigsten eingesetzte Plattform für Bildverarbeitungs-Systeme. Die genannten „alternativen“ Bildverarbeitungs-Systeme verfügen zwar nicht über die Flexibilität und Leistungsfähigkeit PC-gestützter Systeme, doch in vielen Einsatzfällen reicht ihre Funktionalität bereits aus, um die gestellte Aufgabe zu erfüllen. Aufgrund dessen sind Kompakt-PCs, intelligente Kameras und einfache optische Sensoren auch keine echte Konkurrenz zu PC-basierten Bildverarbeitungs-Systemen, sondern eine sinnvolle Ergänzung, die ein zusätzliches Marktsegment abdecken.
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