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Maschinelles Sehen: 100% Fließbandüberwachung

Das maschinelle Sehen, die bildbasierte automatische Fertigungskontrolle auch Machine Vision genannt, hat sich enorm weiterentwickelt und wird jetzt zum unverzichtbaren Werkzeug in der Fertigung, um die Qualität und Rentabilität zu erhöhen. USB 3.0 hat mit seinem 5 Gbit/s-Datendurchfluss und der Möglichkeit, Daten und Strom über dieselbe Leitung zu senden, erheblich zu dieser Verbreitung beigetragen.

Was ist maschinelles Sehen?
Maschinelles Sehen ist ein bildbasiertes, automatisches Kontroll- und Analysesystem für Anwendungen wie die Fertigungskontrolle. Es nimmt automatisch Bilder auf, um das Material zu prüfen, das auf dem Fließband angeführt wird.

Weitere Anwendungen für das maschinelle Sehen sind:

  • PCB-Kontrolle
  • Kontrolle von Injektionsflaschen
  • Robotersteuerung und Ausrichtung von Komponenten
  • Kontrolle von Motorteilen

Das maschinelle Sehen nutzt eine kleine Industriekamera und Lampen, die in Fließbandnähe angebracht sind, um Bilder vom passierenden Produkt aufzunehmen. Die Bilder werden anschließend mithilfe einer Software analysiert, um festzustellen, ob verschiedene Aspekte des Produkts den zulässigen Spezifikationen entsprechen. Wenn beispielsweise ein Etikett falsch aufgeklebt ist, wird die Flasche abgelehnt. Die Inspektion und Auslese erfolgt in einer unglaublichen Geschwindigkeit: innerhalb von Sekundenbruchteilen.

Vor einigen Jahren waren Systeme für maschinelles Sehen sehr kostspielig und erforderten sechsstellige Investitionsbeträge. Aber in den letzten 15 Jahren ermöglichten technologische Fortschritte eine erhebliche Reduktion der Anschaffungskosten, sodass maschinelles Sehen zu einer praktischen Lösung für eine hundertprozentige Qualitätskontrolle werden konnte. Und die Kosten für die Implementierung des maschinellen Sehens sinken mit zunehmenden technologischen Möglichkeiten weiter.

Das maschinelle Sehen ist heute ein unverzichtbares Werkzeug für die Qualitätskontrolle, die Sortierung und den Materialtransport in allen Industriezweigen, einschließlich Elektronik, Nahrungsmittelverarbeitung, Pharmazie, Verpackungsindustrie, Automobilindustrie usw. Es ist ein wirtschaftlicher Weg, um sicherzustellen, dass Produkte, die nicht den Spezifikationen entsprechen, aussortiert werden. Das maschinelle Sehen kann verwendet werden, um Geometrie, Platzierung, Verpackung, Etikettierung, Versiegelung, Endverarbeitung, Farbe, Muster, Strichcode und fast alle anderen Parameter, die Sie sich vorstellen können, zu kontrollieren.

USB 3.0 und maschinelles Sehen
USB 3.0 bringt Systemen für maschinelles Sehen zahlreiche Vorteile. Aufgrund des Datendurchlaufs von 5 Gbit/s, um das Zehnfache höher als bei USB 2.0, beseitigt es Probleme mit der Stabilität und der niedrigen Latenz bei der Bildübertragung und Kamerasteuerung. USB 3.0 ermöglicht die Übertragung von höher auflösenden Videos mit einer höheren Bildfrequenz ohne Qualitätsverlust.

USB 3.0 sendet auch Daten und Strom über dieselbe Leitung. Dieser ist ausreichend, um die Kamera mit Strom zu versorgen, ohne dass man sich Gedanken über eine separate Stromversorgung oder Leitung machen muss.

Zudem ist USB 3.0 im Vergleich zu älteren Systemen eine Plug und Play-Lösung, sodass Kameras und andere Hardware, wie USB 3.0 Extender und andere Geräte einfach ausgetauscht werden können.

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Werksautomatisierung: 4 Technologien zur Problemlösung

Es gibt eine neue industrielle Revolution. Sie kombiniert den Fortschritt auf dem Gebiet der Maschinen und Steuerungen mit dem Fortschritt, der im Rahmen der Internet-Revolution auf dem Gebiet der Computerkommunikation gemacht wurde. Die heutige Technologie wird in einer Weise für die Problemlösung und zur Steigerung der industriellen Produktivität eingesetzt, die selbst vor 10 Jahren noch unvorstellbar war.

Deshalb stehen wir heute vor der Herausforderung, neue und vorhandene Technologien in einer Industrieumgebung in Einklang zu bringen. Hier stellen wir Ihnen vier Technologien zur Problemlösung für Industrienetzwerke vor.

  1. Glasfaser für Distanzen und Immunität gegenüber EMI/RFI (elektromagnetische und Funkfrequenz)-Interferenzen.

In Industrieumgebungen wird häufig Glasfaserkabel bevorzugt, weil es für sehr große Distanzen geeignet und immun gegen elektrische Interferenzen ist.

Glasfaserstrecken sind nicht wie Twisted-Pair-Kupferkabel auf 100 Meter begrenzt, sondern können je nach Kabeltyp, Wellenlänge und Netzwerk Entfernungen von 300 Meter bis 40 und mehr Kilometer überbrücken.

Außerdem überträgt Glasfaser Daten mit extremer Zuverlässigkeit. Es ist vollständig immun gegen viele Umgebungseinflüsse, die Kupferkabel beeinträchtigen können. Die Faser besteht aus Glas, einem isolierenden Material, durch das kein Strom fließen kann. Somit wird die Datenübertragung auch nicht durch elektromagnetische und Funkfrequenz-Interferenzen (EMI/RFI), Signalüberlagerungen, Impedanzprobleme uvm. beeinflusst. Glasfaserkabel lässt sich problemlos in der Nähe von Industriegeräten verlegen.

  1. Redundante Ring-Topologie

Obwohl man bei Ethernet in der Regel von einer Stern-Topologie ausgeht, kann ein Ethernet-Netzwerk auch ringförmig aufgebaut werden. Diese Variante kommt häufig in Anwendungen zum Einsatz, in denen die sternförmige Verlegung des Glasfaserkabels von einem zentralen Switch aus mit Schwierigkeiten verbunden wäre, also z. B. in Industrieanwendungen oder auch in Verkehrssignalanlagen.

In Industrienetzwerkszenarien werden Industriegeräte wie CNC-Maschinen an Gehärtete Ethernet Switche angeschlossen. Die Switches sind in einer Ring-Topologie für maximale Zuverlässigkeit mit praktisch verzögerungsfreier Failover-Umschaltung (in weniger als 30 ms) eingerichtet. Der Ring bietet den Vorteil eines redundanten Signalpfads für den Fall, dass eine Verbindung abbricht. Wenn ein Teil des Rings ausfällt, wechselt der Datenverkehr automatisch die Richtung.

  1. Machine Vision und USB 3.0

Bei Machine Vision handelt es sich um eine bildbasierte automatische Prüftechnologie, die heute in der Elektronik-, Lebensmittelverarbeitungs-, Pharma-, Verpackungs- und Automobilindustrie sowie in vielen anderen Branchen ein unverzichtbares Tool zur Qualitätssicherung, Sortierung und Materialverarbeitung ist. Die Machine Vision-Technologie nutzt Kameras, PCs, Software und andere Hardwarekomponenten für die automatische Aufnahme von Bildern und die Materialprüfung auf dem Fließband vorbeiziehender Teile.

Machine Vision ist eine wirtschaftliche Möglichkeit, Ausschussware zuverlässig auszusortieren. Sie kann zur Untersuchung von Geometrie, Platzierung, Verpackung, Etikettierung, Versiegelung, Beschichtung, Farbe, Muster, Strichcode und den verschiedensten anderen Parametern eingesetzt werden.

USB 3.0 stellt eine enorme Erweiterung für Machine Vision-Systeme dar. Dank des hohen Durchsatzes von USB 3.0 in Höhe von 5 Gbit/s – zehnmal mehr als bei USB 2.0 – gehören Stabilitäts- und Latenzprobleme bei der Bildübertragung und Kamerasteuerung der Vergangenheit an. USB 3.0 ermöglicht die Übertragung von Video mit höherer Auflösung und Bildraten ohne Qualitätsverlust.

  1. Serielle Verbindungen in der Industrie

Als industrielle Steuerungen werden Geräte zur Bedienung von Verpackungsanlagen, Generatoren, Drehbänken, Waagen und anderen Maschinen bezeichnet. Wenngleich die meisten IT-Anlagen heute per Ethernet vernetzt sind, werden für Industriegeräte häufig noch serielle RS232-, RS485- oder RS422-Schnittstellen verwendet. Um Investitionen in Industrieanlagen und Maschinen voll auszuschöpfen, können Schnittstellenkonverter und Leitungstreiber zum Verbinden älterer Geräteanschlüsse (RS-232/422/485) mit neueren USB- und Ethernet-Netzwerken verwendet werden.

RS232 sendet Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 115 Kbit/s über Entfernungen von bis zu 15 Metern, wobei mit kapazitätsarmen Kabel auch größere Distanzen überbrückt werden können. RS232 wird sowohl für die synchrone als auch für die asynchrone Übertragung binärer Daten genutzt. Anstelle des ursprünglichen DB25-Steckers werden für RS232 heute zumeist DB9- und RJ45-Stecker verwendet. Bei Industriegeräten kommt anstelle eines Steckers häufig auch eine Klemmleiste als Anschluss für die RS232-Schnittstelle zum Einsatz. Da RS232 eine relativ geringe Reichweite aufweist und ausschließlich Punkt-zu-Punkt-Verbindungen unterstützt, ist sie als industrielle Schnittstelle nur bedingt geeignet.

Wesentlich ausführlicher wird die industrielle Kommunikation im Whitepaper über die Elemente eines RS-422/RS-485-Systems behandelt.