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Industrie 4.0 lernt das Sehen: Machine Vision im Einsatz

Die vernetzte Produktion wäre ohne die Industrielle Bildverarbeitung (IBV), auch Machine Vision genannt, blind. Zwar könnten über das IP-Nervensystem Maschinen gesteuert und Prozesse nacheinander automatisiert abgearbeitet werden. Aber wenn ein Werkstück auf einem Bearbeitungstisch ausgerichtet werden soll, musste bisher der Mensch ran. Solche Aufgaben übernehmen heute bereits Machine Vision-Systeme. Ob bei der Qualitätssicherung, Oberflächeninspektion, Logistikprozessen oder der automatisierten Montage: Ohne IBV käme weiterhin die menschliche Sehkraft zum Einsatz, die sich allerdings täuschen lässt und Pausen braucht. Anders ist das bei Robotern, die erst durch IBV mit ihren Kollegen aus Fleisch und Blut kooperieren können.

IBV: das Auge der Produktion

Kollaborative Roboter, so genannte CoBots, sind heute in der Lage, ihre Aufgaben situationsabhängig und nach Anforderung selbständig durchzuführen. So arbeiten Roboter zusammen mit Menschen an Fertigungsstraßen und sehen durch ihre IBV-Systeme, was als nächstes von ihnen erwartet wird. Zum Einsatz kommen hochempfindliche Kameras mit hochauflösenden CMOS- und 3D-Sensoren, die das Fertigungsgeschehen permanent scannen. Ist der CoBot beispielsweise für das Werkstück-Handling eingeteilt, beobachtet er, was der Kollege oder ein Bearbeitungszentrum machen. Die Bildsignale samt Metadaten verarbeitet er und gleicht sie mit seinem Programm ab. Gleichzeit überträgt er seine Bild- und Metadaten in das Fabriknetz, wo diese verarbeitet werden. Erkennt der Roboter, dass er ein Werkstück übernehmen kann, hat er seinen menschlichen Kollegen im Blick. Erst wenn der Mensch außerhalb der Gefahrenzone steht, übernimmt der CoBot das Werkstück, um es entweder zu einer anderen Maschine zu bringen oder auf einer dafür vorgesehenen Palette abzulegen. Die IBV ist also das Auge der Produktion, das in Maschinen und Roboter integriert unermüdlich kollaborativ oder autonom agieren kann. Und gerade wegen ihrer Unermüdlichkeit und ihrer stets gleichbleibend hohen Arbeitsqualität leisten sie einen Beitrag zur Steigerung der Produktivität sowie Kostensenkung.

Qualitätsprüfung, Nachbearbeitung und Objekterkennung

Während das Werkstück-Handling den Menschen von körperlich anstrengenden Aufgaben entlastet, kann das Auge der Produktion aber noch viel mehr sehen. So sind hochauflösende Kameras in der Lage, viel exakter Oberflächenstrukturen zu erkennen. Manche Roboter übernehmen beispielsweise die Nachbearbeitung von Werkstücken und entgraten oder schleifen sie. Ihre Kameras geben ihnen die Information über die Beschaffenheit und steuern so ihre Arbeit. Vor allem bei Produktionsschritten, bei denen unterschiedliche Werkstücke anhand der Kundenbestellungen zu bearbeiten sind, hilft ein IBV-ertüchtigter Roboter bei der Objekterkennung und kann die dazu passenden Bearbeitungsbefehle aus der Produktionsplanungsdatenbank abrufen. Diese Vernetzung von IBV und ihre Kommunikationsfähigkeiten eröffnen schier unbegrenzte Anwendungsgebiete; zumal ihre Integration in die Produktion schon mit einfachen Programmierkenntnissen gelingt.

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Ähnlich wie die Rechen- und Speicherleistung von Computern sind die verfügbaren Kamerasysteme immer leistungsfähiger geworden. Heute reicht schon für bestimmte Einsatzgebiete eine gewöhnliche Canon Kompakt- oder Systemkamera aus dem Consumer-Bereich, die mit 20 Megapixel weniger als 1.000 Euro kostet. Canon bietet für ausgewählte Modelle ein Software Development Kit (SDK), mit dem eine Kamera umprogrammiert und ferngesteuert werden kann. Mit dem SDK können Programmierer die Bild- und Metadaten in ihre Produktionsplanungssysteme einspeisen und dort weiterverarbeiten. Neben Blende und Zeit sowie der Auslöser können auch der Autofocus sowie teilweise Objektive über das SDK gesteuert werden.

Machine Vision ist also längst keine teure Nischenanwendung mehr. Sie spielt vielmehr in der Rationalisierung und Automatisierung von Produktionsprozessen eine Schlüsselrolle und leistet einen nachhaltigen Beitrag zur Produktivitätssteigerung und damit auch der Kostenreduktion. Und so entwickelt sich IBV zum Rückgrat der Industrie 4.0.

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