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Bildverarbeitung

Das Auge der Maschine

| Redakteur: Ute Drescher

B&R hebt die Integration der Bildverarbeitung in die Automatisierung auf ein neues Level. Kameras, intelligente Bildverarbeitungsalgorithmen und ein innovatives Beleuchtungsportfolio sind integraler Bestandteil des B&R-Steuerungssystems. Damit kann jeder Automatisierungstechniker einen großen Teil der Anwendungsfälle in der industriellen Bildverarbeitung selbst beherrschen.

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Behält alles im Blick: die Bildverarbeitung von B&R.
Behält alles im Blick: die Bildverarbeitung von B&R.
( Bild: ©fotoflash - stock.adobe.com )

Herzstück der neuen Vision-Lösung von B&R 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 dieser Klasse 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.

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Hardware ist skalierbar

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 lassen sich weiterverwenden. Unabhängig vom Kameratyp ist die Installation 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.

In allen Hardware-Varianten stehen jeweils drei Bildsensoren von 1,3 bis 5 MP zur Verfügung. Alle drei Sensoren zeichnen sich durch große Pixel, eine hohe Lichtempfindlichkeit und geringes Rauschen aus. Das garantiert eine optimale Bildqualität – auch bei Highspeed-Applikationen. Es gibt zwei Gehäusevarianten der Kameras: mit integriertem Objektiv oder mit standardisiertem C-Mount-Anschluss. An den C-Mount-Anschluss können entweder B&R-Objektive oder Optiken von Drittherstellern montiert werden – zum Beispiel, wenn telezentrische Optiken benötigt werden.

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 mm bis 25 mm zur Verfügung. Alle B&R-Objektive sind speziell für die verwendeten Bildsensoren optimiert, um maximale Schärfe und optimale Abbildungsleistungen zu erreichen.

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Ein Kabel genügt der Kamera

Die Kamera benötigt lediglich ein Kabel. Über einen M12- Hybridanschluss wird die Kamera in das Maschinennetzwerk eingebunden und 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 mm bis 50 mm abdecken. Die Objektive sind speziell für die verwendeten Bildsensoren optimiert 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.

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

Licht und Kamera integraler Bestandteil

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 1 µs Dauer bei maximaler Intensität. Das B&R-Vision-System lässt sich somit auch bei High-Speed-Applikationen einsetzen.

Beleuchtung ist homogen

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. Dadurch lassen sich Kontrast, Lichtfarbe, Ausleuchtung und Belichtungsstärke optimal 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 ist von 0° bis 130° anpassbar.

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.

Wellenlänge zur Laufzeit konfigurieren

Wie der Winkel des Barlights lassen sich alle weiteren Lichtparameter während der Laufzeit konfigurieren, etwa 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 lassen sich alle Diagnoseinformationen auslesen.

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