Industrielle Bildverarbeitung Von der applikationsspezifischen Lösung zur Standardkomponente?

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1 Industrielle Bildverarbeitung Von der applikationsspezifischen Lösung zur Standardkomponente? Dr. Herbert Hufnagl Festo AG & Co. KG, Esslingen BU Machine Vision OI-MV/MASN IPT

2 Industrielle Bildverarbeitung / Machine Vision? Machine Vision = automatisches Verarbeiten, Analysieren und Verstehen von Bildinformation in industrieller Umgebung; Bestandteil der in der Produktionstechnik eingesetzten Sensortechnik Machine Vision ist eine Schlüsselkomponente der Industrieautomatisierung, insbesondere der Handhabungs- und Montagetechnik Kundennutzen von Machine Vision: - Prozessbeherrschung - Reduktion von Ausschuss und Nacharbeit - Steigerung der Verfügbarkeit von Fertigungs- und Montageanlagen -Verbesserung der Qualität - höhere Taktzahlen durch sensorgeführtes Handling OI-MV/MASN IPT

3 Machine Vision Weltmarkt Marktvolumen Machine Vision 2003 (AIA) : 6,6 Mrd. (Deutschland 10%!) Europa: 2,1 Mrd. Nordamerika: 2,2 Mrd. Japan: 2,3Mrd. Weltweites Wachstum 12% (AIA) OI-MV/MASN IPT

4 Branchenwachstum am Beispiel Deutschland geschätzt Quelle: VDMA Machine Vision, D 2004 OI-MV/MASN IPT

5 Machine Vision in der Fertigungsautomatisierung Industrielle Qualitätsprüfung Prüfen auf Vollständigkeit Geometrieprüfung Störstellenerkennung, Oberflächeninspektion Identifikation Klarschrift lesen (OCR) Identifikation von Codes Handhabung und Montage Teileerkennung/Teilelageerkennung Positionsbestimmung Navigation mobiler Roboter Inbetriebnahme/Diagnose Hochgeschwindigkeitsaufzeichnungen OI-MV/MASN IPT

6 Drehlagenbestimmung von Sinterteilen OI-MV/MASN IPT

7 Anwendungsbeispiel Lageerkennung von Lüsterklemmen Aufgabe 100% Lageerkennung Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit Steigerung der Systemverfügbarkeit Ergebnis Festo Checkbox überwacht den gesamten Zuführvorgang 1500 Teile/Minute geprüft OI-MV/MASN IPT

8 Lageerkennung von Langteilen (Schienen, Möbel) Langteilezuführung zur Montage bisher nicht automatisiert Vision Sensor zur Lageerkennung Information an Servoantrieb Projektion einer Laserlinie Rechenzeit max. 200 ms OI-MV/MASN IPT

9 Positionierung in Regallagern Xyratex ist Weltmarktführer bei Festplattenprüfsystemen Intelligente Kamera löst folgende Aufgaben: - Feinpositionierung des Endeffektors - Code Lesen (OCR) OI-MV/MASN IPT

10 Qualitätsprüfung von Wälzlagern SKF QTC baut konzernweit alle Prüfanlagen Machine Vision seit 1985 (!) Z.B. Vollständigkeitskontrolle bei Kugellager OI-MV/MASN IPT

11 Maschinenoptimierung/-diagnose: Festo Motion Observer Weltneuheit: 500 Bilder/s mit intelligenter Kamera Inbetriebnahme Optimierung Diagnose OI-MV/MASN IPT

12 Verkehrsüberwachung Elektronische Mautsysteme Verkehrsstromüberwachung (Statistiken, mehrspurig) Bahnsteigüberwachung Enforcement (Kennzeichenerkennung) OI-MV/MASN IPT

13 Tsetse-Fliegen Geschlechterkennung Abdomen male Abdomen female OI-MV/MASN IPT

14 Machine Vision multidisziplinär Elektrotechnik/Elektronik: bildgebende Sensorik, Verarbeitungs-HW (z.b. FPGA) Informatik: SW, Algorithmen, embedded OS Physik: Optik, Beleuchtung Maschinenbau: Teilehandling, Integration OI-MV/MASN IPT

15 Systemtechnik/Komponenten Licht Beleuchtung Medium Objekt Reflexion Objektiv Sensor Steuerung Ergebnis- Daten Verarbeitung, Analyse, Erkennung, Bild OI-MV/MASN IPT

16 MV-Anbieter am Markt MV-Komponentenhersteller - mit oder ohne Vertrieb, Kundendienst - Komponenten sind: Optik, Beleuchtung, Kameras jeder Form, Auswerterechner, SW, Systeme - Komponentenhersteller der auch SI ist kommt praktisch nicht vor! MV Systemintegratoren (SI) zum Beispiel die Firma rh-engineering (im Anschluß) macht kundenspezifische Systemlösungen mit am Markt verfügbaren Komponenten Typ A) hat keine eigenen Komponenten Typ B) hat eigene Komponenten, integriert sie aber fast ausschließlich in eigene Systeme MV Distributoren - meist mit Applikationsingenieuren die SI bei der Komponentenauswahl beraten z.b. Stemmer Imaging, SVS Vistek, Cosyco, Rauscher, IDS, The Imaging Source OI-MV/MASN IPT

17 Beleuchtung Dunkelfeld Hellfeld Gegenlicht Diffus OI-MV/MASN IPT

18 Optik (+ Filter) OI-MV/MASN IPT

19 Kamera und Auswertung traditionelles Konzept Bilddaten: 20 bis 160 MByte/s Kameraparameter Kamera CCD/CMOS Monochrome/Farbe Auflösung Sensorgröße Objektivanschluss Fläche/Zeile Bildübertragung PC Technologie: IEEE1394 (ilink, Firewire), USB 2.0 Gigabit Ethernet MV Standard: CameraLink Videonorm (CCIR, RS-170) Proprietär: LVDS, TTL, Analog Auswertung PC Industrie-PC Embedded Computer u.u. mit Frame Grabber OI-MV/MASN IPT

20 Alternative: Kamera + Auswertung = Intelligente Kamera OI-MV/MASN IPT

21 Software: flexibel oder proprietär Läuft nur auf Hersteller- Plattform MS Windows (x86) Plattformunabhängig Sapera Framework evision MIL VC Lib Antares (= Sick IVC Studio) Neurochec k Common Vision Blox Vision Builder Scorpion Coake Halcon Global Lab Image OI-MV/MASN IPT

22 Software: flexibel oder proprietär Läuft nur auf Hersteller- Plattform MS Windows (x86) Plattformunabhängig Sapera Framework evision MIL VC Lib Antares (= Sick IVC Studio) Neurochec k Common Vision Blox Vision Builder Scorpion Coake Halcon Global Lab Image OI-MV/MASN IPT

23 IBV/MV vs. Vision Sensoren: Engineering vs. Plug and Work IBV/MV braucht Engineering Systemintegrator Großteil der Systemintegratoren haben < 10 MA und agieren lokal in Deutschland > 45 Systemintegratoren Systemintegratoren können auch Abteilungen bei großen Endanwendern sein Vision Sensoren: reduzierte Komplexität, sodaß für den Endanwender handhabbar Fokussierte und standardisierte Produkte ermöglichen einfache Services (Hotline ) Hauptprobleme: Killer Applikationen identifizieren Gefahr, die Produkte bis zur Unbrauchbarkeit zu vereinfachen OI-MV/MASN IPT

24 Anbieter: Vision Sensoren OI-MV/MASN IPT

25 Vision Sensoren : Anwendungsfelder Industrielle Qualitätsprüfung Prüfen auf Vollständigkeit Geometrieprüfung Störstellenerkennung, Oberflächeninspektion Identifikation Klarschrift lesen (OCR) Identifikation von Codes Handhabung und Montage Teileerkennung/Teilelageerkennung Positionsbestimmung Navigation mobiler Roboter Inbetriebnahme/Diagnose Hochgeschwindigkeitsaufzeichnungen OI-MV/MASN IPT

26 Binärsensor-Verhalten vs. Networking Vision Sensor mit schaltendem Ausgang wie Lichtschranke versus Ein Bild sagt mehr als tausend Worte z.b. Positionsinformation, Abweichungswert OI-MV/MASN IPT

27 Fazit Industrielle Bildverarbeitung/MV: Technologie, die auch in Zukunft einen hohen Engineeringanteil haben wird; Systemintegrator-Konzept wird Bestand haben Das Segment Standardlösungen ( Vision Sensoren ) wird wachsen und den MV Markt zusätzlich stimulieren Sensorhersteller werden in den nächsten Jahren massiv Standardlösungen auf den Markt bringen Persönliche Prognose: einige Sensorhersteller werden sich wieder zurückziehen, weil andere Anforderungen an Entwicklung, Vertrieb und Services als beim klassischen Industriesensorgeschäft OI-MV/MASN IPT

28 Technologieprodukte sind die Standardprodukte der Zukunft! OI-MV/MASN IPT