Wenn Maschinen sehen lernen

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Visualisierungssysteme – Bedienerfreundliche Vision-Systeme sind die Augen der Automatisierung und könnten künftig Menschen ersetzen.

15. April 2009

Die Zeiten, in denen industrielle Bildverarbeitungssysteme als kompliziert und teuer galten, haben sich geändert. Inzwischen eröffnen technisch ausgereifte und anwenderfreundliche Komponenten vollkommen neue Möglichkeiten für die Automatisierung. Viele Prozesse werden deshalb künftig mit anderen Augen gesehen werden: mit denen der Maschine. Vision-Systeme haben schon länger den Elfenbeinturm der Forschung und Entwicklung verlassen und den Weg in den betrieblichen Alltag gefunden. Schritt für Schritt erschließen sie die einzelnen Anwendungsgebiete und damit oft erhebliche Rationalisierungspotenziale. Dabei wird die Komplexität, die im Inneren der Systeme stetig zunimmt, für den Anwender immer weiter reduziert. Das einfache System verdrängt bei gleicher Leistung das komplizierte System – aus einem Markt für exotische Spezialanwendungen entwickelt sich ein Massenmarkt, der vom komplexen Mehrkamerasystem bis zum bedienerfreundlichen, bildverarbeitenden Sensor reicht.

Potenzial in vielen Branchen

Die Einsatzbereiche für Machine-Vision-Systeme sind extrem vielfältig. Sie reichen von der Positionsbestimmung unsortierter Objekte als Vorstufe für Pick-&-Place-Anwendungen über die Steuerung kompletter Maschinen und Roboter bis hin zu Inspektionsaufgaben zur Qualitätssicherung, wie etwa Merkmalskontrollen, Funktionsinspektionen, Prüfen von Flüssigkeitsfüllhöhen oder Aufdruck- und Verpackungskontrollen. Die Haupteinsatzgebiete liegen dort, wo in hohen Taktraten Massenartikel hergestellt werden – von der Elektronik- und Automobil-Branche bis hin zu Verpackung, Nahrungsmittel, Pharmazie und Medizin.

Quantensprung durch Vision-Systeme

Ob es der Griff ins Hochregallager oder aufs Fließband, die Ausrichtung von Werkstücken, die Erkennung von Fehlstücken oder die Sortierung von zufällig gestreuten Produkten ist: Vision-Systeme werden künftig die Basis für all diese Aufgaben sein. Es gibt Tausende von Anwendungen in einer Vielzahl von Wirtschaftszweigen, in denen Vision-Systeme hoch produktiv eingesetzt werden können.

Vision-Systeme sind die Augen der Automatisierung. Wo bisher optische Kontrollen von Menschen durchgeführt wurden, werden künftig Vision-Sensoren diese Aufgabe erledigen können. Schneller, präziser, sicherer und rund um die Uhr. Es ist davon auszugehen, dass der nächste Quantensprung in der Automatisierung durch Vision-Systeme bewirkt wird.

Intuitiv bedienbare Komponenten

An die Stelle der Komponenten aus der Startphase der industriellen Bildverarbeitung, die nur mit umfassendem Fachwissen zu bedienen waren und oft zusätzlich auch noch ausgeklügelte Beleuchtungssysteme und eine entsprechende Software benötigten, treten heute mehr und mehr komfortable Systeme, die auf engstem Raum alles Notwendige vereinen. Ein Beispiel ist der SRV des Handhabnungsspezialisten Schunk aus Lauffen am Neckar, ein intelligenter Sensor für die industrielle Bildverarbeitung, der ohne weitere Peripherie in der Lage ist, eine Vielzahl von Bildverarbeitungsaufgaben zu erfüllen. Er kann mechanische Bauteile wie Stifte, Ringe, Muttern oder Schrauben auf Vollständigkeit und Anwesenheit überprüfen. Außerdem führt der Sensor Montage- und Merkmalskontrollen durch, erfasst die Position von Verschlüssen und Etiketten, sortiert Fehlteile aus oder sorgt in Pick-&-Place-Anwendungen dafür, dass auch Teile mit ganz unterschiedlichen Drehlagen und selbst biegeschlaffe Objekte wie Kabel und Schläuche sicher gegriffen werden können. Das Vision-System SRV vereinigt in einem kompakten Gehäuse neben Kamera und Objektiv auch LED-Beleuchtung und Auswerteelektronik mitsamt Software und Schnittstellen. Im einfachsten Fall genügt es, den Sensor an eine Stromversorgung anzuschließen und über zwei Tasten einzuteachen. Nach dem Teachen gibt der Sensor über die Steuerleitung ein Signal aus und übermittelt die Position (X, Y und Verdrehwinkel) relativ zur Lage des eingeteachten Bauteils.

Der Anwender muss also nicht erst eine Applikation auf einem Computer programmieren und sie dann auf den Sensor übertragen, sondern kann sofort mit der Arbeit beginnen. So gelangen selbst ungeübte Anwender innerhalb von wenigen Minuten intuitiv zu einer Bildverarbeitungslösung. Für anspruchsvollere Inspektionsaufgaben steht zusätzlich eine grafische Oberfläche zur Verfügung, die auf größtmögliche Einfachheit ausgelegt ist.

Mit den ersten sehenden Greifern, die kurz vor der Markteinführung stehen, haben Anwender beispielsweise die Möglichkeit, Sortier- und Qualitätssicherungsprozesse zusammenzufassen oder bei der Greiferpositionierung einen Genauigkeitsgrad zu erreichen, der sonst nur mit hohem mechanischen Aufwand realisiert werden kann.

Frühzeitige Prozessanalyse

Der Nutzen, den derartige Machine-Vision-Systeme für die Anwender haben können, ist erheblich. Für Anwender empfiehlt es sich deshalb, frühzeitig die eigenen Prozesse intensiv zu durchleuchten. Vielfach verstecken sich gerade hier drastische Rationalisierungspotenziale. Ausgeschöpft werden können diese durch den Einsatz von bildverarbeitenden Technologien. Anschließend gilt es, die geeignete Vision-Technologie zu definieren. Hierbei kann Schunk über die Vision Academy in Erfurt wertvolle Dienste leisten.

Hilfe von der Vision academy

Der Fokus dieser hersteller- und systemneutralen Fortbildungs und Schulungseinrichtung liegt neben der Vermittlung von theoretischem Grundlagenwissen auf einer praxisorientierten Wissensvermittlung. Damit können die Schulungsteilnehmer das erworbene Know-how direkt in ihrem Alltag umsetzen. Die Vision Academy lehrt dabei produkt-, hersteller- und systemunabhängig. Sie vermittelt damit den Teilnehmern das Handwerkszeug, sodass diese später selbst entscheiden können, welche Komponente für welche Applikation einsetzbar ist, wie eine Anlage mit einem Vision-System konzipiert werden muss und welche Tricks bei der Umsetzung zu beachten sind. Eine Partnerschaft zwischen der Frankfurter Vision Academy und Schunk schließt überdies den Kreis von der Theorie über die Komponente bis hin zu den praktischen Umsetzungsmöglichkeiten in der Automatisierung.

Steffen Hönlinger, Schunk/cs

Erschienen in Ausgabe: 02/2009