OPC UA Vision erweitert die Möglichkeiten des Informationsaustausches zwischen  Bildverarbeitungssystemen sowie zwischen Bildverarbeitung und Maschinensteuerung, Linien-Controllern, Softwaresystemen oder zu SCADA-, MES- und ERP-Systemen.

© Asentics

Die Companion Specification stellt dabei laut Dr. Heinol-Heikkinen mehr als nur eine gewöhnliche Schnittstelle dar: „OPC UA Vision definiert als digitale Repräsentanz eines Bildverarbeitungssystems alle Eigenschaften und Merkmale von Bildverarbeitungssystemen. Dementsprechend geht es hier nicht nur um Daten und eine Datenschnittstelle, sondern vielmehr um Informationen, also die Inter­pretation und Bedeutung von Daten. Dies wird in einem so genannten Datenmodell für Bildverarbeitungssysteme abgebildet. Diesem Modell entsprechend werden Informationen zu strukturellen Eigenschaften eines Bildverarbeitungssystems und sind der erste Bestandteil der Companion Specification.“ 

OPC UA Vision besteht aus zwei wesentlichen Elementen: der ‚state machine‘ und dem Informationsmodell.

© Asentics

Das Datenmodell wurde dabei zunächst sehr ‚einfach‘ und allgemein gehalten, um die Vielfalt der existierenden Bildverarbeitungssysteme und ihrer Anwendungen abdecken zu können. Beschrieben sind dort die standardisierte Verwaltung von Rezepten, Konfigurationen und Ergebnissen. Diese drei zentralen Verwaltungsobjekte selbst und der methodische Umgang mit ihnen sind obligatorisch, wobei die Inhalte dieser Objekte herstellerspezifisch bleiben und wie Blackboxes behandelt werden. Diese generische Beschreibung des Informationsmodells ist damit zwar noch etwas ‚unscharf‘, bietet so jedoch auch einen wichtigen Vorteil: Es bildet eine gemeinsame Klammer um die Vielzahl der existierenden, unterschiedlichen Systeme und umfasst vom Vision-Sensor über die intelligente Kamera bis zum komplexen Inspektionssystem, von der Zeilenkamera über Flächenkameras bis zur 3D-Kamera, alle gängigen Produkte in Monochrom und Farbe. Sogar die Lichtschranke, die man als Bildverarbeitungssystem mit nur einem Pixel ansehen kann, ist hierdurch abgedeckt.

Da jedoch nicht zu jedem Zeitpunkt alle Informationen des Modells über ein Bildverarbeitungssystem von Interesse oder tatsächlich verfügbar sind, gibt es einen zweiten wesentlichen Bestandteil von OPC UA Vision: die Zustandsmaschine oder auch State-Maschine. Damit wird das Verhalten von Bildverarbeitungssystemen abstrahiert, das heißt, die möglichen Betriebszustände und Zustandsübergänge eines Bildverarbeitungssystems werden auf einem abstrakten Zustandsmodell mit einer festen Anzahl von Zuständen abgebildet. So ist jede Interaktion mit dem Bildverarbeitungssystem und der damit verbundene, konkrete Zugriff auf Information des Informationsmodells auch vom jeweiligen Zustand ­dieses Modells abhängig. Das Informationsmodell in Verbindung mit dem Zustandsmodell bildet somit die digitale Repräsentanz eines beliebigen Bildverarbeitungssystems.

Bildverarbeitungsanwender profitieren

Der Anwendungsbereich von OPC UA Vision soll nicht nur bestehende Schnittstellen zwischen Bildverarbeitungssystemen und der Prozessumgebung durch OPC UA ergänzen oder ersetzen, sondern auch nicht vorhandene horizontale und vertikale Integrationsfähigkeiten schaffen, um relevante Daten mit anderen autorisierten Prozessteilnehmern – wie zum Beispiel der IT-Unternehmensebene – auszutauschen. Zu diesem Zweck ermöglicht die OPC-UA-Vision-Schnittstelle den Transfer von Informationen zwischen verschiedenen Bildverarbeitungssystemen untereinander sowie die Informationsvermittlung zwischen Bildverarbeitung und Maschinensteuerung, Linien-Controllern oder beliebigen Softwaresystemen auf der Steuerungsebene sowie auf der höheren Ebene von MES-, SCADA- oder ERP-Systemen.

Der Mehrwert von OPC UA besteht generell in der Plattform- und Hersteller-unabhängigen Vernetzung von Automatisierungskomponenten. Einfach, standardisiert und sicher sollen alle eingesetzten Systeme miteinander kommunizieren, und diesen Anspruch hat auch OPC UA Vision. Für Anwender bedeutet dies eine schnellere Entwicklung von Bildverarbeitungssystemen sowie eine vereinfachte Konfiguration und Integration in bestehende Automatisierungssysteme. Da Sensorik und Bildverarbeitung zu den wesentlichen Informationsquellen in modernen Industrie-4.0-Produktionsanlagen zählen, stellt OPC UA Vision einen entscheidenden Baustein auf dem Weg zu einer effizienteren Fertigung dar.

Diese Einschätzung teilt auch Karlheinz Hohm, Vice President R&D Industrial Automation bei Isra Vision: „Durch die vereinfachte Integration von Bildverarbeitung in die Automatisierung werden Produktionsprozesse effizienter und gleichzeitig flexibler gemacht. Insbesondere ist dann keinerlei Expertenwissen mehr für die Integration und Benutzung notwendig, sodass Anwender ihre Produktion schnell und einfach selbst automatisieren können.“

Angesichts dieser offensichtlichen Vorteile verwundert es nicht, dass die Bemühungen um OPC UA Vision von der Industrie stark unterstützt werden. So bewertet beispielsweise Karlheinz Hohm die aktuellen Entwicklungen als positiven Ansatz hin zu einer allgemeinen, herstellerunabhängigen Schnittstelle. „Den Aktivitäten im Bereich OPC UA Vision messen wir eine besondere Bedeutung bei, da hierdurch die Integration von Bildverarbeitungssystemen für die Anwender vereinfacht und dadurch weitere Felder für deren Einsatz und die weitere Automatisierung erschlossen werden können.“ Isra Vision hatte sich folgerichtig in der ‚Core Working Group‘ der ‚VDMA OPC UA Vision Initiative‘ bei der Erarbeitung der ‚OPC UA Vision Companion Specification‘ aktiv engagiert.

Erweiterungspläne

Die in Part 1 von OPC UA Vision beschriebenen Definitionen zielen auf die Grundfähigkeiten des Systems und nicht auf die Bildverarbeitungsfähigkeiten, also nicht auf die Applikationssoftware, die zum Beispiel ein Code-Lese-System von einem Oberflächen-Inspektionssystem oder von einer Robot-Vision-Lösung unterscheidet. Diese Ebene in eine Beschreibung, sprich in eine Terminologie und Taxonomie zu bringen, um sie dann in fähigkeitsbasierten Informationsmodellen abzubilden, ist nach Ansicht von Dr. Heinol-Heikkinen sicherlich die Kür und der erforderliche nächste Schritt: „Dies wäre für mich persönlich ein anstrebenswertes Ziel, das der industriellen Bildverarbeitung helfen würde, ihren Produktstatus weiter auszubauen.“

Mit der Veröffentlichung von OPC UA Vision ist nach Dr. Heinol-Heikkinens Aussage nun „ein Anfang gemacht und ein Dach gebaut, unter dem viele unterschiedliche Systeme stehen können. Die Schärfung der Beschreibung ist eine Facette, die sicherlich noch folgen wird.“

Autor:
Peter Stiefenhöfer ist Inhaber der Firma PS Marcom Services in Olching.

Der Arbeitskreis ‚OPC UA Vision‘

An der Definition von ‚OPC UA Vision‘ waren die Firmen Asentics, Bosch, Isra Vision, Kuka, Peer Group, SAC, Silicon Software, Stemmer Imaging, Unified Automation und Vitronic beteiligt. Diese ‚Core Working Group‘ hat sich im Zeitraum von circa 18 Monaten zu intensiven Arbeitstreffen beim VDMA in Frankfurt eingefunden und zudem zahlreiche Web-Meetings abgehalten. Der gesamte Arbeitskreis, die so genannte ‚Total Working Group‘, bestand aus circa 60 Mitgliedern. Hier gab es innerhalb des Bearbeitungszeitraumes von 15 Monaten drei gemeinsame Treffen.