Rainer Schönhaar, Balluff: “Es werden verstärkt Apps kommen, die Standardschnittstellen nutzen und als modulare Kleinlösungen agieren.”

© Balluff

Wie werden nun Industrie-4.0-fähige Bildverarbeitungssysteme aufgebaut sein, und welche Rolle werden Vision-Sensoren, Smart Cameras, Apps und Mobile Devices künftig in der industriellen Bildverarbeitung spielen?

Schnelle Format- und Produktwechsel bis hin zur Losgröße Eins – Bildverarbeitungstechnik macht’s möglich. Rainer Schönhaar, Produktmanager Bildverarbeitung bei Balluff, erläutert, welche Voraussetzungen dafür gegeben sein müssen.

Markt&Technik: Welche neuen Möglichkeiten wird die Bildverarbeitung in der Industrie 4.0 eröffnen?
Rainer Schönhaar: Die Bildverarbeitung wird die Prozessüberwachung und die vollständige Rückverfolgbarkeit (Traceability) an fast allen Prozessschritten ermöglichen. Um eine maximale Flexibilität in der Produktion beispielsweise durch schnelle Format- und Produktwechsel zu erreichen, müssen Produkte eindeutig erkannt und ihre Qualität zuverlässig bestimmt werden. Erreichen lässt sich dies durch hochwertige Bildverarbeitungssysteme und eine vollständige Speicherung der Untersuchungsergebnisse im System.

Welche Rolle wird Vernetzung für Bildverarbeitungssysteme in der Industrie 4.0 spielen?
Rainer Schönhaar: Künftige Bildverarbeitungssysteme werden miteinander vernetzt sein. Das heißt, dass Information über das zu prüfende Produkt dezentral anhand aktueller Bilddaten verknüpft und bewertet wird. Nur für die Qualitätssicherung relevante Daten und Ergebnisse werden dann noch abgespeichert und weitergegeben. Zusätzlich hinzukommen werden interne Prozesskontrollfunktionen, die ständig überprüfen, ob sich Parameter wie etwa die Beleuchtung geändert haben. Aber auch Statusparameter der Bildverarbeitungsprodukte, etwa die Temperatur, werden intelligent ermittelt. So lassen sich Produktionsausfälle durch vorzeitiges Anzeigen von Veränderungen effizient minimieren.

Welche Aufgaben werden Vision-Sensoren und Smart Cameras in der Industrie 4.0 übernehmen?
Rainer Schönhaar: Zu erkennen ist der Trend, dass komplexere Sensoren wie etwa Vision-Sensoren und Smart Cameras immer mehr die Rolle des Datenbeschaffers und -verarbeiters übernehmen. Dabei werden Daten direkt dort aufbereitet, wo sie anfallen. Eine zentrale Steuerung steuert die „intelligenten“ Produkte und stellt alle für den Betrieb erforderlichen Eingangsparameter zur Verfügung, will aber auch im Gegenzug nur bereits aufbereitete Ergebnisse in angepasstem Format erhalten. Ein begrenztes Einbinden unter anderem von Standardsensorik, Signalanzeige und Ventilsteuerung wird direkt als Insellösung aus der Kameraintelligenz heraus erfolgen.

Inwieweit werden Mobile Devices und Apps den Weg von der Consumer-Elektronik zur industriellen Bildverarbeitung schaffen?
Rainer Schönhaar: Vor allem die junge Generation wächst mit Apps auf, die in allen möglichen Mobile Devices wie Smartphones oder Tablets laufen. In der Bildverarbeitung sehen wir derzeit einen ähnlichen Wandel von der produkt- zur software-seitigen Entwicklung von Anwendungslösungen. Bildverarbeitungssysteme sind zunehmend modular aufgebaut und lassen sich so auch erweitern. Es werden verstärkt Apps kommen, die Standardschnittstellen nutzen und als modulare Kleinlösungen agieren. Neben den üblichen fest installierten Mensch-Maschine-Schnittstellen wird es parallel dazu Möglichkeiten geben, sich schnell per Mobile Devices in die Steuerung oder auch auf eine Smart Camera aufzuschalten, um sich Informationen über den aktuellen Status zu holen.

Ein Sehorgan für drei Aufgaben

Mike Gonschior, ifm Electronic: “In der Industrie 4.0 müssen Bildverarbeitungssysteme wahre Kommunikationsgenies sein.”

© ifm Electronic

In der Industrie 4.0 fungieren Bildverarbeitungssysteme als “Augen” und erfüllen dabei drei grundlegende Aufgaben. Aber welche? Mike Gonschior, Produktmanager Objekterkennung und Kamerasysteme bei ifm Electronic, nimmt Stellung.

Markt&Technik: Bildverarbeitungssysteme werden mittlerweile oft als ‘Augen des Roboters’ bezeichnet. Welche Aufgaben werden sie als Augen in der Industrie 4.0 erfüllen?
Mike Gonschior: In der vierten industriellen Revolution werden aus Daten Informationen und aus Information Wissen generiert, das wiederum zu autonomem Handeln führt. Sensoren – quasi die Sinnesorgane in diesem System – liefern die Daten. Die Bildverarbeitung übernimmt dabei die Rolle des Auges. Das Auge erfüllt dann drei grundlegende Aufgaben: Erstens die Identifikation, also das Lesen von Codes auf Werkstücken oder Werkzeugträgern sowie das Erkennen von Form, etwa der Werkzeuge selbst. Die zweite Aufgabe ist das visuelle Führen von Maschinen, Robotern oder Transportsystemen. Als drittes Feld haben wir die 3D-Messtechnik zur Qualitätskontrolle in der Fertigung und der Positionierung in der Logistik erkannt.

Wie kommunikativ werden Bildverarbeitungssysteme in der Industrie 4.0 sein?
Mike Gonschior: Im Rahmen von Industrie 4.0 dreht sich alles um Kommunikation. Bildverarbeitungssysteme müssen also wahre Kommunikationsgenies sein - und zwar bidirektional, um sich an den Anwendungsfall anzupassen und um die Daten schnell und sicher an die Systeme zu liefern. Auch die Kommunikation mit dem Bediener selbst wird ausschlaggebend für den Erfolg der Produkte sein. Daher wird sich die Usability mit der von Consumer-Produkten messen lassen müssen.

Welche Bedeutung werden Vision-Sensoren und Smart Cameras in der Industrie 4.0 erlangen?
Mike Gonschior: Smart Cameras spielen eine wichtige Rolle. Einfache, intelligente und auf die Anwendung zugeschnittene Sensoren werden die oben genannten Aufgaben erfüllen. Bedienerfreundlichkeit, Zuverlässigkeit und Robustheit sind hier ausschlaggebend.

Werden Mobile Devices und Apps auch in die industrielle Bildverarbeitung vordringen?
Mike Gonschior: Mobile Devices und darauf laufende Apps werden mehr und mehr Einzug in die Fabrik halten und so zur Transparenz der Systeme beitragen. Mobile Devices werden das Sichtfenster zur Überwachung autonomer Prozesse sein und auch als Schnittstelle zur Prozessoptimierung dienen. Die intelligente Analyse und Interpretation der Daten, also die Aufbereitung zu Informationen für die Visualisierung und als Basis für autonome Entscheidungen, wird der Schlüssel zur Fabrik der Zukunft sein.

Daten für die Prozessoptimierung

Christian Ott, SensoPart Industriesensorik: “Bildverarbeitungssysteme in der Industrie 4.0 müssen schnell und einfach auf sich ändernde Produkte reagieren können.”

© SensoPart Industriesensorik

Die nötigen Daten liefern, um Prozesse inline steuern und optimieren zu können – Christian Ott, Leiter Produktmanagement Vision bei SensoPart Industriesensorik, betrachtet dies als Hauptaufgabe von Bildverarbeitungssystemen in der Industrie 4.0.

Markt&Technik: Für welche Aufgaben wird die Bildverarbeitung in der Industrie 4.0 zuständig sein?
Christian Ott: Die Bildverarbeitung wird in der Industrie 4.0 eine zentrale Rolle spielen. Um Prozesse inline zu steuern und zu optimieren, muss die Bildverarbeitung entsprechende Daten und Messwerte liefern. Fehler im Prozess sollen möglichst früh erkannt werden, bevor die Teile weiterverarbeitet werden. Auch das Thema Teile-Handling wird im Rahmen von Industrie 4.0 ein wichtiger Aspekt werden. Die Bildverarbeitung wird als „Auge des Roboters“ Daten liefern, um Teile zu greifen oder zu positionieren. Die Kunden legen letzten Endes Wert auf Qualität bei den produzierten Produkten und eine flexible und effiziente Produktion.

Welche Fähigkeiten müssen Bildverarbeitungssysteme für Anwendungen in der Industrie 4.0 haben?
Christian Ott: Ein entscheidender Punkt bei den Bildverarbeitungssystemen im Rahmen von Industrie 4.0 ist das Thema Schnittstellen und Datenkommunikation bei der Vernetzung der verschiedenen Anlagenkomponenten. Die Systeme werden direkt in die Fertigungslinien integriert werden und Daten über Industrial-Ethernet-Protokolle wie etwa Profinet oder EtherNet/IP austauschen. Die Bildverarbeitungssysteme in der Industrie 4.0 müssen auch schnell und einfach auf sich ändernde Produkte reagieren können, etwa durch verschiedene Prüfprogramme, die direkt auf dem System hinterlegt sind, oder durch die Möglichkeit, einfache Anpassungen kundenseitig oder automatisiert selbst vornehmen zu können.

Warum bieten sich Vision-Sensoren für Anwendungen in der Industrie 4.0 an?
Christian Ott: Wegen ihrer kompakten Bauform und der Integration von Optik und Beleuchtung direkt in das Gerät eignen sich Vision-Sensoren und Smart Cameras für die Integration in die Anlage. Die komplette Intelligenz steckt im Vision-Sensor, und es ist kein separater PC für die Auswertung nötig. Unsere Vision-Sensoren der Serie Visor bieten schon heute integrierte Kommunikationsschnittstellen wie TCP/IP, Profinet oder EtherNet/IP. Viele Anforderungen, die im Rahmen von Industrie 4.0 für die Bildverarbeitung relevant werden, lassen sich mit Vision-Sensoren wirtschaftlich umsetzen.

Werden Mobile Devices und Apps sich künftig auf die Visualisierung beschränken oder werden sie auch »echte« Bildverarbeitungs-Aufgaben übernehmen?
Christian Ott: Stand heute ist für die Kunden besonders das Thema Visualisierung auf mobilen Geräten mit unterschiedlichsten Betriebssystemen oder direkt in der Bedienoberfläche der Anlagensteuerung etwa per Web Viewer wichtig. Anstatt stationären Rechnern an jeder Station sehen wir in Zukunft einen Trend zu mobilen Devices, die flexibel eingesetzt werden können.

Bildverarbeitung per App

Detlef Deuil, Sick: “Die Bildverarbeitungssysteme werden sich vor dem Hintergrund von Losgröße 1 noch flexibler an die Zielapplikationen anpassen müssen.”

© Sick

Apps und Mobile Devices werden künftig auch in die industrielle Bildverarbeitung vordringen – dies prognostiziert Detlef Deuil, Leiter Produktmanagement Vertical Integration bei Sick, und erläutert die Hintergründe.

Markt&Technik: Welche Aufgaben wird die Bildverarbeitung in der Industrie 4.0 erfüllen?
Detlef Deuil: Meiner Meinung nach wird an der Bildverarbeitung kein Weg vorbeiführen, um Objekte in der Fabrik- oder Logistik-Automatisierung umfänglich zu erfassen, etwa für Qualitätskontrolle, zur vorausschauenden Wartung und zur Prozessoptimierung.

Welche Konsequenzen ergeben sich durch Industrie 4.0 für Bildverarbeitungssysteme?
Detlef Deuil: Die Bildverarbeitungssysteme werden sich vor dem Hintergrund von Losgröße 1 noch flexibler an die Zielapplikationen anpassen müssen. Um die Komplexität etwa für die Maschinenbediener zu reduzieren, muss es neue Konzepte geben. Wir haben beispielsweise das Ecosystem „SICKAppSpace“ entwickelt, das es Anwendern ermöglicht, selbst Applikationslösungen speziell für ihre Bedürfnisse und für die Anforderungen ihrer Aufgaben zu entwickeln. Es handelt sich dabei um eine Sensor-App zugeschnitten auf die Zielapplikation und den Maschinenbediener.

Wie werden sich Vision-Sensoren und Smart Cameras auf dem Weg zur Industrie 4.0 entwickeln?
Detlef Deuil: Es werden weiterhin alle Produktkategorien im Markt vertreten sein. Vision-Sensoren werden deutlicher applikationsspezifischer ausgeprägt sein. Die Code-Leser auf Kamera-Basis haben hier ein Stück weit die Richtung vorgegeben im Sinne von einfacher Inbetriebnahme und Marktakzeptanz. Die Smart Cameras werden den Integratoren und OEMs nach wie vor eine universelle Möglichkeit zur Lösung von Bildverarbeitungsaufgaben im Sinne von Vielfalt oder auch Komplexität bieten. Spannend wird hier das Thema einfache Bedienbarkeit im Sinne von Losgröße 1 innerhalb Industrie 4.0.

Welche Rolle spielen Mobile Devices und Apps in der industriellen Bildverarbeitung – jetzt und in Zukunft?
Detlef Deuil: In Smart Factories werden Betreiber und Bediener die wegen der digitalen Transformation entstehende Datenflut beherrschen und verstehen müssen. Transparenz wird hier eine große Rolle spielen. Mobile Geräte wie Tablets, Smartphones oder Wearables werden sicherlich zur Standardausrüstung gehören.
Apps in der industriellen Bildverarbeitung werden ein Element sein, um die heute wahrgenommene Komplexität zu reduzieren. Beim Anwender bzw. Maschinenbediener werden sie zu höherer Akzeptanz führen.

Schon jetzt für Industrie 4.0 geeignet

Peter Stiefenhöfer, Stemmer Imaging: “Industrie 4.0 ist ohne Bildverarbeitung nur begrenzt möglich.”

© Stemmer Imaging

Bildverarbeitungssysteme für Industrie-4.0-Anwendungen werden sich kaum von heutigen Systemen unterscheiden, meint Peter Stiefenhöfer, Leiter Marketing & Öffentlichkeitsarbeit bei Stemmer Imaging – und erläutert, warum.

Markt&Technik: Welche Rolle wird die Bildverarbeitung in der Industrie 4.0 spielen?
Peter Stiefenhöfer: Bildverarbeitung ist schon heute eine wichtige Voraussetzung für die flexible Fertigung im Sinne von Industrie 4.0. Durch die hohen Anforderungen an sensorische Systeme ist die digitale Fabrik eine große Chance für die Bildverarbeitung, sich in der Produktion als Schlüsseltechnologie weiter zu etablieren. Mittlerweile gibt es kaum noch eine produzierende Branche, die ohne Bildverarbeitung auskommt, wenn sie wirtschaftlich sein will. Die Technologie wird jedoch auch in nicht-industriellen Anwendungen immer häufiger eingesetzt, unter anderem in der Medizin, im Sport oder in der Verkehrstechnik.

Welche Aufgaben wird sie dort erfüllen?
Peter Stiefenhöfer: Prinzipiell haben Bildverarbeitungssysteme in der Produktion natürlich die Aufgabe, fehlerhafte Teile zu erkennen und durch die Kommunikation mit der Anlagensteuerung dafür zu sorgen, dass diese Fehlteile entweder gar nicht verwendet oder nach Möglichkeit nachbearbeitet werden. Zunehmend sorgt Bildverarbeitung jedoch dafür, dass Teile nicht mehr erst ganz am Ende einer Fertigungslinie geprüft werden, ob sie den Anforderungen entsprechen: Werden Fehler bereits in einem früheren Prozessstatus erkannt, so lassen sich die betroffenen Teile ausschleusen, bevor sie weiterverarbeitet oder veredelt werden. Dies spart Energie und eventuell Rohstoffe und erhöht somit die Wirtschaftlichkeit in der Fertigung. Bildverarbeitung sorgt dafür, dass Fehler erkannt und klassifiziert werden und eine Anlage korrekt auf die erkannten Fehler reagiert. In diesem Sinne ist Industrie 4.0 ohne Bildverarbeitung nur begrenzt möglich.

Wie werden sich Bildverarbeitungssysteme in der Industrie 4.0 von heutigen unterscheiden?
Peter Stiefenhöfer: Im Wesentlichen werden sich Bildverarbeitungssysteme in der Industrie 4.0 kaum von Systemen unterscheiden, die vor der Zeitrechnung von Industrie 4.0 verwendet wurden: Sie erkennen und klassifizieren Fehler und geben diese an die übergeordnete Anlagensteuerung weiter. Was sich ändern könnte, ist die Form der Kommunikation: Es gibt noch keine Standardisierung der Schnittstellen zwischen Bildverarbeitung und Steuerung, doch hier sind inzwischen bereits erste Aktivitäten im Gange, die vom VDMA unterstützt werden.

Fördert die Entwicklung hin zu Industrie 4.0 Vision-Sensoren und Smart Cameras gegenüber Bildverarbeitungssystemen auf PC-Basis?
Peter Stiefenhöfer: Ob ein Bildverarbeitungssystem PC-basiert oder als Vision-Sensor bzw. intelligente Kamera ausgeführt ist, macht in Bezug auf Industrie 4.0 keinen großen Unterschied. Die Form des Bildverarbeitungssystems wird weiterhin durch die Anforderungen an die Bildverarbeitung bestimmt. Wichtig ist nur, dass die Anbindung an die Anlage eine flexible Reaktion auf die Ergebnisse der Bildauswertung erlaubt.

Parametrieren per App

Christian Stock, Turck: “Die Notwendigkeit, Bildverarbeitungssysteme via Mobile Devices wie Smartphone oder Tablet zu parametrieren, wird in Zukunft immer größer.”

© Turck

Mittels Mobile Devices und Apps werden sich Bildverarbeitungssysteme künftig parametrieren lassen. Christian Stock, Produktmanager Opto-/Ultraschallsensoren bei Turck, sieht darin eine große Erleichterung für Anwender und erläutert die Potentiale, die dahinterstecken.

Markt&Technik: Welche Funktionen wird die Bildverarbeitung in der Industrie 4.0 ausüben?
Christian Stock: Der industrielle Produktionsprozess soll auf moderne Weise mit Informations- und Kommunikationstechniken vernetzt werden – diese intelligente Vernetzung ist die Grundidee hinter Industrie 4.0. Damit dies gelingt, ist es unausweichlich, die im Produktionsprozess beteiligte Sensorik und Aktorik miteinander zu vernetzen. Die industrielle Bildverarbeitung hat sich fest im Gebiet der Sensorik etabliert und übernimmt in groben Zügen die Aufgaben des menschlichen Auges als Kontrollwerkzeug.

Wir unterscheiden einfachere Bildverarbeitungssysteme wie Vision-Sensoren, die nur eine beschränkte Anzahl von Funktionen und Algorithmen ausführen können und in ihrer Performance begrenzt sind, von höherwertigeren Smart Cameras, die frei programmierbar und dazu noch mit einer leistungsfähigeren Hardware ausgestattet sind, so dass hochauflösende Bilder und hohe Bildraten realisiert werden können. Aufgaben wie Anwesenheits- und Oberflächenkontrolle, Positionierung, Messfunktion, Objekt-, Lage- und Mustererkennung, um nur die wichtigsten zu nennen, sind prädestiniert für Bildverarbeitungssysteme.

Wie viel Intelligenz müssen Bildverarbeitungssysteme haben, um für Industrie 4.0 geeignet zu sein?
Christian Stock: Um den Anforderungen von Industrie-4.0-Szenarien gerecht zu werden, müssen auch Bildverarbeitungssysteme entsprechende Voraussetzungen erfüllen. Der allgemeine Aufbau eines solchen Systems wird sich nicht ändern, er besteht aus einer Optik, einem Bildsensor und einer Auswerteeinheit sowie einer entsprechenden Beleuchtung. Eine Kommunikationsschnittstelle ist allerdings obligatorisch, um über entsprechende  Feldbus- oder Ethernet-Systeme mit übergeordneten Steuerungen oder Webservern zu kommunizieren.
Es ist dabei sehr wahrscheinlich, dass Bildverarbeitungssysteme in Zukunft immer intelligenter und somit autarker werden. Möglich wäre es etwa, innerhalb einer visuellen Inspektion die Bildverarbeitungssysteme selbstständig, auf Grund von Erfahrungswerten und Prozessdaten, entscheiden zu lassen, welche Beleuchtungsfarbe für das jeweils zu überprüfende Bauteil den besten Kontrast erzeugt und somit eine zuverlässige visuelle Inspektion gewährleistet. So können Bildverarbeitungssysteme autonom auf Produktionsentscheidungen oder Produktwechsel reagieren.

Welche Rolle werden Mobile Devices und Apps künftig in der industriellen Bildverarbeitung spielen?
Christian Stock: Weil mobile Geräte ein wesentlicher Bestandteil unseres Alltags geworden sind, ist es nur eine Frage der Zeit, bis sich dieser Trend auch vollständig im beruflichen Umfeld etabliert hat. Die Notwendigkeit, Bildverarbeitungssysteme via Mobile Devices wie Smartphone oder Tablet zu parametrieren, wird in Zukunft immer größer. Man stelle sich vor, welchen Mehrwert ein komplexes Bildverarbeitungssystem hätte, indem man auf eine aufwändige Programmierung mittels Industrie-PC samt Software verzichten könnte und über eine benutzerfreundliche App alle wichtigen Parameter einstellen könnte. Darüber hinaus wäre es durch die Vernetzung der Systeme möglich, zu Wartungszwecken auch aus der Ferne über einen Webserver Prozess- und Log-Daten abzurufen und gegebenenfalls sogar ein Bildverarbeitungssystem in Betrieb zu nehmen.