Das adaptive Auge

Sie lesen Barcodes, messen Füllstände, positionieren Robotergreifer und überprüfen die Montage – Machine-Vision-Systeme sind in der Fertigungsautomatisierung in vielen Unternehmen mittlerweile ein ‚must have‘. Warum sind sie für die adaptive Fertigung besonders prädestiniert und welchen Mehrwert hat die Anwenderseite davon? Das erfahren Sie im Interview mit Nikolai Feurer, Experte für Verpackungstechnik bei B&R, und Andreas Waldl, Produktmanager Vision Systems.

Herr Waldl, welche Rolle spielt ein Vision System als Baustein in der adaptiven Maschine?

Andreas Waldl: Eine Maschine, die sich automatisch an kontinuierlich ändernde Produkte und Anforderungen anpassen kann, muss eine „sehende Maschine“ sein. Als Auge dient dabei das Vision System, das wir bei B&R konsequent in die Steuerungstechnik integriert haben.

Herr Feurer, hätten Sie dafür ein Beispiel aus der Praxis?

Nikolai Feurer: Nehmen wir als Beispiel eine Abfüllanlage für Shampoo-Flaschen unterschiedlicher Form und Größe. Die leeren Flaschen werden ungeordnet auf einem Förderband zugeführt. Zur Befüllung ist im Vorfeld ein Aufrichten der Flaschen notwendig, hierzu kommen in der Regel Pick-and-Place-Roboter zum Einsatz. Um die Flasche greifen zu können, benötigt die Steuerung in Echtzeit Informationen darüber, wo sich die Flasche gerade befindet und wie sie ausgerichtet ist. Außerdem werden Informationen zu den Abmessungen benötigt, um die Flaschen zwischen zwei Shuttles wie in unserem Transport­system AcopoStrak zu klemmen. All diese Prozesse sind auf die Daten des Machine Vision Systems angewiesen und müssen im Bereich weniger Mikrosekunden synchronisiert ablaufen.

Und hier kommt die tiefe Integration des Vision Systems von B&R in den Automatisierungsverbund zum Tragen?

Waldl: Exakt. Bei einer adaptiven Fertigung muss die Bilderkennung mit der Besonderheit umgehen, dass sich das zu erkennende Produkt im Extremfall von Losgröße 1 mit jedem Takt ändert. Je schneller sich die Beleuchtung an das jeweilige Produkt anpasst, umso höher ist die Taktgeschwindigkeit. Aufgrund der tiefen Integration in die Automatisierungslösung kann sich das B&R Vision System, vor allem die Beleuchtung, zur Laufzeit flexibel an Änderungen anpassen – ohne Einbußen bei der Erkennungsqualität. Die Beleuchtung mit maximaler Homogenität und Intensität, die bereits in 150 Nanosekunden erreicht wird, sorgt dafür, dass alle Erkennungsprozesse bei höchstmöglicher Taktgeschwindigkeit mit reproduzierbaren Ergebnissen ablaufen.

Der Knackpunkt liegt also in der schnellen automatischen Anpassungsfähigkeit des kompletten Erkennungsprozesses pro Produkttakt bei konstanter Erkennungsqualität?

Feurer: Unsere Vision-Lösung ist vollständig in das B&R-System integriert, wodurch sich eine mikrosekundengenaue Kommunikation mit Steuerungen, Antrieben, Sicherheitstechnik und Industrie-PCs aus unserem Portfolio umsetzen lässt. Jetzt kann sich die Kamera mit der Achse synchronisieren oder eine Motorposition als Trigger nutzen. Besonders für hochdynamische Anwendungen sind damit zielgenaue Aufnahmen möglich, ohne die Ausbringung durch Halteperioden zu senken.

Waldl: Voraussetzung für eine zuverlässige Erkennung ist die produktindividuelle Beleuchtung, die sich an die jeweils erforderliche Situation anpasst. Dafür bieten wir eine in der Industrie einmalige Auswahl an externen Beleuchtungssystemen.

Bietet das B&R Vision System weitere Vorteile über den eigentlichen Erkennungsprozess hinaus?

Waldl: Durchaus. Ein Kunde entscheidet sich für eine adaptive Anlagenlösung, weil sie die Herstellung individualisierter Produkte unter den wirtschaftlichen Rahmenbedingungen einer Massenfertigung ermöglicht. Zentrale Überlegung ist daher letzten Endes, wie wirtschaftlich die gewählte Vision-Lösung ist. Wir reden also über den Beitrag einer Vision-Lösung zur Gesamtanlageneffektivität (OEE) und über die Kosten, die ihr Betrieb über den kompletten Lifecycle verursacht – also die Total Cost of Ownership (TCO).

Welche Vorteile bietet denn eine Vision-Lösung in Hinsicht auf die Gesamtanlageneffektivität (OEE) in der adaptiven Maschine?

Waldl: Zum einen sparen sie Material und Energie für Ausschuss, der sonst aufgrund schlechter oder fehlender Synchronisation bei hochfrequenten Produktwechseln anfallen würde. Auch Fehlfunktionen durch Fremdlichteinfluss oder optische Störeinflüsse lassen sich mit dem B&R Vision System eliminieren und damit die Gesamtausbringung steigern. Aber insgesamt ist es die Tatsache, dass die adaptive Anlage eine breite Produktvarianz bei höchsten Taktraten mit maximaler Zuverlässigkeit erkennt.

Wie wirkt sich das in der Praxis aus?

Waldl: Das fängt beim Engineering an. Es ist viel einfacher und weniger fehleranfällig, wenn das Entwicklungsteam in einem gemeinsamen Tool wie unserem Automation Studio arbeitet, anstatt mit zwei oder mehr unterschiedlichen Werkzeugen. Zudem erleichtert die Einbindung das Plug-and-play. Unsere Vision-Sensoren sind ab Werk noch mit keinen Funktionen, wie Erkennung von Mustern oder Barcodes ausgerüstet. Erst wenn der Vision-Sensor mit der Maschine verbunden wird, bekommt er von der Steuerung automatisch alle benötigten Funktionen und Parameter aufgespielt. Und wenn der Betreiber die Kamera oder die Beleuchtung austauschen muss, erfolgt auch die Neuparametrierung per Plug-and-play.

Ist die Integration denn immer noch etwas Besonderes für die Vision-Welt?

Waldl: Ja, das ist es nach wie vor. Traditionell ist ein Vision System eine Art „Insel“ mit eigener Programmierung. Es ist nicht als gleichberechtigter Teilnehmer in die Gesamtautomatisierung integriert, sondern gibt lediglich über eine Standardschnittstelle Daten auf den Bus. Solche Lösungen sind daher nicht aus einem Guss und bieten unter dem Strich oft nur durchschnittliche Performance, denn die Regelkreise mit der verbundenen Steuerung werden nicht optimiert. Für den Anwender bedeutet das höhere Kosten durch den zusätzlichen Aufwand.

Nicole Steinicke, Chefredakteurin Industrielle Automation: „Auch wenn uns der gesunde Menschenverstand sagt, dass nicht immer alles sofort verfügbar und individuell auf die persönlichen Bedürfnisse abgestimmt sein muss, ist der Bedarf hoch. Wir brauchen daher Maschinen, die sich an die Produkte anpassen und nicht umgekehrt. Sie ermöglichen die individuelle Masssenproduktion, mit der Hersteller personalisierte Aufträge direkt von der Produktionslinie bis zum Verbraucher anbieten können und zwar in Losgröße 1: die adaptive Maschine.“

Bild- und Textquelle: B&R, Porträt Vereinigte Fachverlage