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Smart Sensor und Smart Camera bilden den Kern der integrierten Vision- Lösung. Verfügbar sind je drei Bildsensoren mit 1,3 bis 5 Megapixel. (Bild: B&R)

Auf die Schnelle

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • Nahtlos in das Automatisierungssystem integriert
  • µs-präzise Synchronisierung
  • Komplettes Portfolio aus Kameras, Objektiven, Beleuchtung und Software
  • Leistungsstarke LEDs machen immun gegen Fremdlicht
  • Bildverarbeitung für Projekteure beherrschbar
  • Bildverarbeitungsalgorithmen von MVTec in der Software mapp Vision integriert
  • Vorkonfigurierte Funktionen erleichtern Implementierung

Herzstück der Vision-Lösung sind zwei intelligente Kameras – Smart Sensor und Smart Camera. Im Gegensatz zu vielen Geräten dieser Klasse ist nicht für jede Funktion eine eigene Hardware erforderlich. Der Anwender konfiguriert die Bildverarbeitungs-Funktion des Smart Sensors je nach Bedarf in der Automatisierungssoftware Automation Studio. Die Smart Camera bietet sogar noch mehr Flexibilität: Aufgrund eines stärkeren Prozessors und größeren Speichers kann diese Variante mehrere Funktionen gleichzeitig erledigen. Unabhängig vom Kameratyp ist die Installation denkbar einfach: Die Kamera wird an das Maschinennetzwerk angeschlossen und erhält automatisch alle benötigten Funktionen und Parameter von der Steuerung. Beide Kameravarianten verfügen über Mehrkernprozessoren und eine integrierte FPGA-basierte Bildvorverarbeitung. Dadurch werden anspruchsvolle Funktionen ohne zusätzliche Belastung des Prozessors möglich. Typische Beispiele sind die Texterkennung auf Basis von Deep-Learning-Algorithmen oder die Faltung eines Bildes, um einen Kantenfilter zu berechnen. Für beide Kamera-Varianten stehen jeweils drei Bildsensoren von 1,3 bis 5 Megapixel zur Verfügung.

Zudem gibt es zwei Gehäusevarianten: mit integriertem Objektiv und elektronischer Fokusverstellung sowie mit standardisiertem C-Mount-Anschluss. An den C-Mount-Anschluss können entweder B&R-Objektive oder Optiken von Drittherstellern montiert werden, beispielsweise telezentrische Optiken.

Ohne Licht keine Sicht – die Beleuchtung

Vision embedded – sehen und verstehen

 Redaktion IEEIm Interview erklärt Andreas Wadl, wie er und seine seine Entwickler die typischen Problemfelder Beleuchtung, Synchronisation mit den Prozessen und Integration in die Steuerungsapplikation eliminiert haben.

Redaktion IEE

Sich der Wichtigkeit der Beleuchtungstechnik bewusst, hat B&R auch ein umfassendes Beleuchtungssystem für seine Vision-Lösung entwickelt. Zur Verfügung stehen in die Kameras integrierte Lösungen sowie externe Balkenleuchten, Ringleuchten und Backlights. Die Lichtansteuerung wird im Sub-µs-Bereich mit dem Automatisierungssystem synchronisiert. Licht und Kamera bilden somit eine Einheit und sind integraler Bestandteil der Maschinenapplikation. Die Synchronisierung mit Trigger-Sensoren, einer Motorposition oder anderen Maschinenevents wird direkt in der Maschinenapplikation parametriert. Auch bei Kombinationen mehrerer Kameras und Beleuchtungsquellen liegt die Präzision der Lichtansteuerung unter einer Mikrosekunde. Auflösung und Dauer eines Lichtpulses sind ab einer Mikrosekunde realisierbar – kurz genug, um auch schnellste Prozesse präzise abzulichten. Zusammen mit den modularen Balkenleuchten und unterschiedlichen Backlights lassen sich auch schwierige Lichtsituationen sicher beherrschen. Damit das gelingt, verfügt jede Leuchte über einen integrierten Blitzcontroller, der externe Hardware überflüssig macht. Der Controller sorgt unter anderem für eine präzise Impulsbestromung der LEDs.

Flexibilität zur Laufzeit – Parameterwechsel per Rezeptur

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Die Bildverarbeitungsfunktionen lassen sich wie die übrige Steuerungstechnik im Engineering-Tool Automation Studio von B&R parametrieren. B&R

Viele Vision-Anwendungen erfordern ein exaktes Ausrichten der Lichtquelle, um gute Ergebnisse zu erzielen. Daher verfügen die Balkenleuchten über einen elektronisch verstellbaren Abstrahlwinkel von -40° bis +90°. So lässt sich mit der gleichen Leuchte sowohl eine Hell- als auch Dunkelfeld-Beleuchtung realisieren, die darüber hinaus reproduzierbar ist. Bisher war so etwas nur durch eine manuelle und dadurch fehleranfällige Einstellung über Montageschrauben möglich. Auch bei einem Chargenwechsel kann der jeweils optimale Beleuchtungswinkel automatisch umgestellt werden. Der Projekteur braucht den jeweiligen Winkel nur einmal zu ermitteln und in der Rezeptur zu speichern.

Auch alle weiteren Lichtparameter lassen sich während der Laufzeit konfigurieren, bis hin zur Wellenlänge des Lichts, um den Kontrast zu optimieren. Aufgrund der Netzwerkanbindung der Leuchten sind jederzeit alle relevanten Diagnoseinformationen auslesbar.

Die Balkenleuchten stehen einzeln sowie als vier-, sechs- und achtfache Ringleuchte zur Verfügung. Backlights gibt es in zwei unterschiedlichen Größen. Somit lässt sich jedes Objekt optimal ausleuchten. Jede Leuchte kann gleichzeitig mit bis zu vier unterschiedlichen LED-Farben ausgestattet werden. Das Farbspektrum reicht von weiß, über mehrere sichtbare Farben, bis hin zu infrarot und ultraviolett. Dadurch lassen sich Kontrast, Lichtfarbe, Ausleuchtung und Belichtungsstärke der Anwendung anpassen.

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Die Barlights haben einen elektronisch verstellbaren Abstrahlwinkel. Über einen einzigen Parameter können daher mit dem gleichen Gerät Hellfeld- und Dunkelfeld-Beleuchtungen realisiert werden. B&R

Immun gegen Fremdlicht

Die hohe Lichtleistung hilft nicht nur bei Kurzzeit-Belichtungen sich schnell bewegender Objekte, sie eliminiert auch den Einfluss durch Fremdlicht fast vollständig. Fremdlicht ist eine häufig unterschätzte Quelle für Störungen, deren Unterdrückung oft über die Qualität der Mess- und Prüfergebnisse entscheidet.

BV-Algorithmen verlieren durch Kapselung ihren Schrecken

Für die gesamte Produktpalette stehen mit mapp Vision vorprogrammierte Bildverarbeitungsfunktionen zur Verfügung, mit denen sich Applikationen ohne großen Programmieraufwand projektieren lassen. Technologische Grundlage bildet die Machine-Vision-Bibliothek Halcon der Firma MVTec. Deren Algorithmen ermöglichen unter anderen Positionsbestimmung, Vollständigkeitskontrolle, Qualitätsbewertung, Vermessung und Identifikation von Objekten. Um den Zugang zur Bildverarbeitung für Steuerungsprogrammierer zu erleichtern, hat B&R diese Algorithmen in leistungsfähige und einfach konfigurierbare Bildverarbeitungsfunktionen gekapselt. Dadurch können vielfältige Aufgabenstellungen schnell gelöst werden, ohne zusätzlichen Code schreiben zu müssen: Mapp Vision beherrscht mehr als 40 unterschiedliche Code-Typen, darunter alle gängigen 1D- und 2D-Codes. Neben Positions- und Orientierungsinformationen liefert die Software auch eine Qualitätsbewertung der Codes mit – gemäß ISO 15415/15416 mit erweiterten Grading-Informationen. Dadurch lassen sich Prozesse in Echtzeit anpassen, beispielsweise wenn sich das Druckbild der Codes verschlechtert. Die Funktion ist selbstoptimierend und ermöglicht auch bei sehr hohen Taktraten zuverlässige Ergebnisse.

OCR-Erkennung: Die integrierte Schriftenerkennung arbeitet mit einem Deep-Learning-Algorithmus und ist daher auch bei hohen Leseraten, schlechtem Druckbild oder schwierigen Zeichen zuverlässig. In Kombination mit einer übersichtlichen Bedienoberfläche erleichtert das die Umsetzung von OCR-Applikationen.

Blob-Analyse: Verschiedene Flächen zu erkennen, geht bei mapp Vision weit über das einfache Zusammenzählen von Pixeln einer zusammenhängenden Region hinaus: Neben der Größe und mikropixelgenauen Position des Schwerpunktes, liefert die Funktion auch Informationen zur Ausrichtung und zum mittleren Grauwert der Fläche und ist modellbasierend. Daher eignet sich die Blob-Analyse für eine Vielzahl von Aufgabenstellungen, etwa die Positionsbestimmung von Objekten, Messaufgaben, Zählen oder Farberkennung.

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Die aufgenommenen Bilder und Messergebnisse des Vision Systems lassen sich in die B&R-Web-Visualisierung integrieren. B&R

Matching: Mittels Matching-Funktion erkennt das System Objekte, deren Position und Lage. Neben kantenbasierendem Matching gibt es auch eine korrelationsbasierende Variante. Die flexible Parametrierung ermöglicht, dass auch Objekte mit abweichendem Abbildungsmaßstab zuverlässig erkannt werden. Das Matching liefert nicht nur Lage und Orientierung der Objekte. Da in dieser Funktion mehrere Modelle trainiert werden können, wird auch der Typ des gefundenen Modells und die Qualität des Treffers ermittelt.

Metrology: mapp Vision stellt mit Metrology ebenso Funktion für messtechnische Aufgaben bereit. Kanten entlang von Linien oder Kreissegmenten werden subpixelgenau gemessen. Die präzise Ermittlung von Abständen und Radien zur Qualitätskontrolle oder zur Positionierung und Nachführung mechanischer Greifsysteme sind damit möglich.

Sämtliche Variablen und Parameter der Funktionen lassen sich zur Laufzeit und in Echtzeit anpassen. Zudem können zur Laufzeit neue Modelle für die Objekterkennung ergänzt oder Codetypen und andere Suchkriterien geändert werden.

Verkabelung per Daisy-Chain

Alle B&R-Beleuchtungssysteme benötigen lediglich ein Kabel. Über einen M12- Hybridanschluss werden Leuchte und Kamera in das Maschinennetzwerk eingebunden und gleichzeitig mit 24 V DC versorgt. Ein zweiter Hybridanschluss ermöglicht Daisy-Chain-Verkabelungen mit weiteren Leuchten oder Kameras.

Andreas Waldl

ist Produktmanager Integrated Machine Vision bei B&R Industrial Automation in Eggelsberg.

(sk)

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