Daten bilden in der smarten, adaptiven Fabrik mit kurzen Umrüstzeiten und dezentraler Steuerung die Entscheidungsgrundlage für die Prozessoptimierung. Lieferanten dieser Informationen sind – entweder automatisch oder auf Abruf – unter anderem die Sensoren einer Anlage. Im einfachsten Fall ist dies ein schaltender Sensor, der lediglich ein Statussignal generiert. Oder aber es sind ­komplexere Komponenten wie Smart-Kameras, die eine Vielzahl anspruchsvoller Inspektionsprogramme ausführen und damit eine Fülle unterschiedlicher Informationen generieren. 

Moderne Smart-Kameras wie beispielsweise die ‚BVS‘ von Balluff integrieren darüber hinaus ein spezielles Datenmanagement für die richtige Adressierung und die Verteilung der Informationen. Damit lassen sich die Informationen zum Beispiel direkt an einer Zustandsanzeige visualisieren oder aber über einzelne Schaltausgänge beziehungsweise eine Prozessschnittstelle wie Profinet oder TCP/IP ausgeben. Reports und Inspektionsbilder lassen sich zusätzlich über ein separates Netzwerk abspeichern. 

Die Smart-Kamera übernimmt Aufgaben wie etwa die Objekt-identifikation über Barcode, 2D-Code oder Klarschrift sowie die Objektqualitätskontrolle mit Helligkeits-, Farb- und Konturwerkzeugen und ebenso Positionieraufgaben mit einem Objektfinderwerkzeug oder Vermessungslösungen. Dabei sind Software, Bibliothek, Hand­bücher und die Online-Hilfe in das Gerät integriert, was solchen Nutzern die Hand­habung erleichtert, die nicht täglich mit Bildverarbeitungsaufgaben betraut sind. Sie müssen lediglich ortsunabhängig mit einem gängigen Webbrowser über die Seriennummer auf die Bedienoberfläche ‚BVS Cockpit‘ zugreifen, um sämtliche Funktionen zu nutzen. Durch eine definierbare Benutzerverwaltung lässt sich ein Mehrfachzugriff einrichten oder auch einschränken. Ein Wechsel zu weiteren Smart-Kameras im Netzwerk ist ebenfalls direkt von der Oberfläche aus möglich. 
 

Daten clever managen

Ein CMOS-Sensorchip mit einer Auflösung von 1,3 MPixel stellt die Bilder zur Analyse bereit. Außerdem können Nutzer alternativ auf gespeicherte Bilder zugreifen – die Kamera speichert maximal 100 Inspektionsprogramme, Import- und Exportfunktionen mit Trainingsbildern sind weitere Features.

Dank einer Gigabit-Ethernet- und einer 100-Mbit-Profinet-Schnittstelle können Anwender selbst entscheiden, über welches Netzwerk Daten ­transportiert werden.

© Balluff

Die Kamera schaut ‚über den Tellerrand‘ der reinen Bildverar­beitung hinaus: Dank des integrierten IO-Link-Masters werden unterschiedliche Informationen aus der Automatisierungs­umgebung mit­einander verknüpft, die Objekt­serien­nummer in den Inspektionsablauf integriert und die Signale anderer Sensoren aus der Prozess­umgebung in den Inspek­tionsplan einge­bunden. Über den IO-Link-Master ist es möglich, weitere Systemdaten von IO-Link-Devices – IO-Link-Sensoren oder -Aktoren – einzusammeln und entweder direkt in der Kamera zu verarbeiten oder an die Steuerung ­weiterzuleiten.

Auch die Herausforderungen einer Industrie 4.0 wurden berücksichtigt: Die Kamera lässt sich vollständig über ein TCP/IP- oder ein Profinet-Netzwerk steuern. So können Nutzer beispielsweise zentral von einer Steuereinheit – einem PC oder einer SPS aus – das Inspektions­programm auswählen, Ablaufparameter wie den Zeitstempel und die Inspektionssequenznummer einstellen oder auch Diagnosedaten abrufen. Zusätzlich lassen sich inspektionsspezifische Daten in verschiedenen Formaten zur Smart-Kamera schicken, wie sie beispielsweise im Testprogramm als Referenz, Sollwert oder andere Werkzeugparameter gebraucht werden. Frei wählbare Test-Ergebnisse werden in Form eines sogenannten Ergebniscontainers nach jedem Inspektionszyklus an die Steuerung übertragen. 

Mittels einfacher Kommandos können Nutzer eine Inspektion starten, stoppen und triggern. Der Status – zum Beispiel Inspektion aktiv, Warten auf Triggersignal, Triggerüberlauf, Systemfehler, Status Datenbus-Synchronisation – wird zyklisch bereitgestellt. 

Komplette Inspektionsberichte im XML-Format zusammen mit dem Aufnahmebild beziehungsweise den -bildern automatisch auf einen FTP-Server abzulegen, ist ein weiteres Feature. Der Betreiber definiert selbst, welche Berichte und Bilder er abhängig vom Inspektionsergebnis abspeichern möchte. Dabei kann er alle Inspektionen mit ihren Ergebnissen rückverfolgen und erhält einen lückenlosen Qualitätsnachweis.
 

Probleme im Netz

Kommt es im Prozessnetzwerk – Profinet – zu Störungen oder Engpässen, hat dies direkte Auswirkung auf den gesamten Produktionsablauf. Besonders bei großen Netzwerk-Installationen mit vielen Devices und großen Datenmengen kann es zu Problemen kommen – beispielsweise bei den analogen und digitalen Werten, die aus einem technischen Prozess mittels Sensoren gewonnen werden. In Roboterapplikationen kann dies beispielsweise einzelne Positionen betreffen, in anderen Anwendungsfällen nur einen erkannten Objekttyp oder manchmal auch nur ein OK-Signal. 

Prozess- und Produktdaten bilden die Entscheidungsgrundlage, um frühzeitig Maßnahmen für die Prozessoptimierung er­greifen zu können. Kameras liefern dafür Daten zur Identifikation oder auch zur Qualitätskontrolle.

© Balluff

Bei der Smart-Kamera entscheidet der Anwender, welche Daten in welchen ­Formaten zur Kamera geschickt oder nach jeder Inspektion an die Steuerung übertragen werden. Er legt auch fest, über welche Netzwerke die Daten zu transportieren sind. Eine wichtige Rolle nimmt dabei der Systemplaner ein, denn er bestimmt, wie groß die Menge der Parameter oder Daten von und zur Smart-Kamera sein dürfen. So kann er zum Beispiel definieren, dass der Ergebniscontainer einer Identifikationsaufgabe nur aus einem 15-­stelligen Barcode im Stringformat und zwei Positionswerten (x und y) im ­Realformat besteht. Weitere, nicht benötigte Daten ­werden dann erst gar nicht übertragen.

Gleichzeitig muss der Planer die ­anfallende Datenmenge berück­sichtigen: Während normale Prozessdaten nur eine geringe Größe haben, liegen die Bild- und Reportdaten für den Qualitätsnachweis, die nach jedem Inspek­tionszyklus generiert werden, in der Regel über der MByte-Grenze. Um diese Datenmengen abzufedern, ist die Smart-Kamera mit einer Gigabit-Ethernet- und einer 100-Mbit-­Profinet-Schnittstelle ausgestattet – im Gegensatz zu Geräten anderer Hersteller, die zumeist nur auf eine einzelne  Busschnittstelle setzen. So genügt ein Mausklick in der ­Geräte-Einstellung, um große Berichts- und Bilddaten ­automatisch über die schnelle Schnittstelle auf einen­ ­Spei­cherserver zu leiten, die dann das Profinet-Netzwerk nicht belasten.

Autor: 
Rainer Schönhaar ist Produktmanager Bildverarbeitung bei Balluff in Neuhausen.