"Es geht nicht nur um billig, es geht um gut"

Automation & Future, 10. Juli 2003

"Es geht nicht nur um billig, es geht um gut"

Podiumsdiskussion: "Bildverarbeitung als Automatisierungskomponente"

Flexible Fertigung erfordert auch flexible Qualitätskontrolle. Wer könnte dies besser als die Bildverarbeitung, die an die Anforderungen der Anwender angepasst werden kann. Befürchtungen, dass intelligente Vision Sensoren den PC-basierten Systemen den Rang ablaufen könnten, sind unbegründet: Das BV-System von der Stange wird es auch in Zukunft nicht geben. So lautet das Fazit einer Expertenrunde, veranstaltet vom Fachverband Automation im ZVEI und der Redaktion "elektrotechnik - Das Automatisierungs-Magazin".

Ulrike Hensel (Redakteurin bei der Fachzeitschrift "elektrotechnik - Das Automatisierungs-Magazin")

Moderne Bildverarbeitungssysteme werden immer kleiner und flexibler. Sie bestimmen Positionen, erkennen Objekte, prüfen Vollständigkeit und lesen Beschriftungen. Sie sind also rundum zuständig, um Produkte und Prozesse auf Qualität zu prüfen. In jüngster Zeit machen intelligente Vision-sensoren immer mehr von sich reden.

Herr Dr. Sacré, Sick kommt aus dem Bereich der Sensorik. Was versteht Ihr Unternehmen unter intelligenten Vision-Sensoren?

Dr. Stefan Sacré, Sick:

Die Firma Sick hat eine mehr als 50-jä#hrige Geschichte im Bereich der Sensorik. die punktförmige Betrachtung eines Objektes auf die Fläche zu übertragen, war für uns daher eine Fortsetzung des hergebrachten Sensorik-Geschäfts. Das Thema Vision-Sensorik betrachtet Sick vor allem unter dem Gesichtspunkt der Robustheit, der Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Einflüssen, Umwelteinflüssen wie Temperatur, Feuchtigkeit, aber auch Fremdeinflüssen.

Herr Fremmer, Bildverarbeitung bietet Matsushita vor Kompaktsystemen bis hin zu PC-basierten Lösungen an. Wann kommen die ersten intelligenten Vision-Sensoren auf den Markt?

Markus Fremmer, Matsushita:

Ich möchte das Geheimnis nicht ganz lüften, aber es wird noch dieses Jahr etwas Kleines, Schnelles, einfach zu Bedienendes auf dem Markt zu finden sein. Für den intelligenten Vision-Sensor gibt es noch keine eindeutige Definition oder Eingrenzung, wo fängt er an, wo hört er auf. Der eine oder andere Anwender würde vielleicht unser kleinstes Kompaktsystem schon al seinen solchen bezeichnen.

Herr Schellschmidt, Omron setzt ausschließlich auf intelligente Vision-Sensoren und Stand-Alone-Lösungen. ist das Ende der Fahnenstange für PC-basierte Lösungen schon erreicht?

Thorsten Schellschmidt, Omron:

Das Ende der Fahnenstange ist auf jeden Fall nicht erreicht. PC-Systeme sind eine ganz andere Sparte. Unsere intelligenten Vision-Sensoren und Stand-Alone-systeme sind nur auf Bildverarbeitung getrimmt und damit sehr leistungsfähig. Die starke Hardware-Gebundenheit legt uns aber dahingehend Grenzen auf, dass wir nicht ohne weiteres Softrware-gebundene zusätzliche Algorithmen implementieren können. Diesbezüglich haben PC-Systeme Vorteile. Allerdings ist in unseren verschiedenen Leistungsklassen der Systeme alles Gängige vorgesehen.

Frau Drews, Siemens stellt mit der Serie VS 100 intelligente Vision-Sensoren vor, die für applikationsspezifische Lösungen eingesetzt werden. Man kann sagen, Spezialisten für spezielle Aufgaben. Haben Sie bald für jede Aufgabe einen speziellen Sensor parat?

Kirsten Drews, Siemens:

Wir erleben eine Tendenz, dass sich Bildverarbeitung zunehmend in der klassischen Automatisierungstechnik durchsetzt, nicht nur für Spezial- sondern für Allerweltsaufgaben. Unsere Bildverarbeitungslösungen sind über die Jahre kontinuierlich einfacher und preisgünstiger geworden. Die VS100-Reihe wird bei den Systemen VS130 für Data-Matrix-Code, VS120 für Objektprüfung und VS110 für Formprüfung nicht stehen bleiben. Es wird weitere Anwendungen geben. Einen applikationsspezifischen Sensor auf den Markt zu bringen macht nur Sinn, wenn er sich für ähnliche Standardanwendungen eignet. Es wird also nicht für jede Aufgabe einen Vision-Sensor geben, sondern auch die General-Purpose-Systeme für jegliche Art von Automatisierungsaufgaben.

Herr Dr. Felix, Ihr Unternehmen FLS Fuzzy Logik Systeme arbeitet vor allem als Systemintegrator mit PC-basierten Lösungen. Fürchten Sie nicht, dass die intelligenten Vision-Sensoren Sie bald arbeitslos machen könnten?

Dr. Rudolf Felix: Wir erleben eine Tendenz, dass sich Bildverarbeitung zunehmend in der klassischen Automatisierungstechnik durchsetzt, nicht nur für Spezial- sondern für Allerweltsaufgaben. Unsere Bildverarbeitungslösungen sind über die Jahre kontinuierlich einfacher und preisgünstiger geworden. Die VS100-Reihe wird bei den Systemen VS130 für Data-Matrix-Code, VS120 für Objektprüfung und VS110 für Formprüfung nicht stehen bleiben. Es wird weitere Anwendungen geben. Einen applikationsspezifischen Sensor auf den Markt zu bringen macht nur Sinn, wenn er sich für ähnliche Standardanwendungen eignet. Es wird also nicht für jede Aufgabe einen Vision-Sensor geben, sondern auch die General-Purpose-Systeme für jegliche Art von Automatisierungsaufgaben.

Anwender stehen nach wie vor vor einer Fülle von Lösungsmöglichkeiten. Wie viel Spezialwissen brauchen sie für eine Entscheidung? In welcher Weise werden sie dabei von den Herstellern und Systemintegratoren unterstützt? Drews: Mit intelligenten Vision-Sensoren sollen ja gerade die Hürden vor Bildverarbeitungsanwendungen verkleinert werden. Der Anwender sollte zuerst die bereits vorhandenen Komplettlösungen kennen. der zweite Schritt ist: Die meisten Hersteller bieten Machbarkeitsstudien, Trainings oder Workshops an, mit denen sich Anwender vorab eine Vorstellung von der BV-Lösung machen können. die Technik von Vision-Sensoren ist relativ einfach zu beherrschen.

Fremmer:

Gerade bei intelligenten Vision-Sensoren sollte der Anwender einiges ausprobieren können. so wie das bei einem Sensor heutzutage üblich ist: Wenn man sich nicht sicher ist, ob das System funktioniert, leiht man sich dieses Produkt aus. So würde ich es bei einfachen Aufgaben empfehlen. Bei komplexen Applikationen sollte zunächst die Prüfaufgabe klar definiert sein. Wir stellen oft fest, dass Kunden die Prüfparameter nicht genau beschreiben können. Wir fordern sie dann auf, ein Pflichtenheft zu führen. Gibt es Vibrationen? Bewegt sich das Teil? Ist Fremdlicht im Spiel? Wie schnell muss geprüft werden? An Hand dieses Pflichtenheftes erarbeiten wir eine Machbarkeitsstudie und unterbreiten einen Vorschlag.

Dr. Sacré:

Die Wünsche und Anforderungen der Kunden sind gleichermaßen vielfältig wie schwierig. Es ist heute und auf absehbare Zeit nicht so, dass ein allgemeines Vision-Problem durch ein Nachschlagen im Katalog zielsicher gelöst werden kann. Vision-Sensoren können standardisierte Fragestellungen unter bestimmten Randbedingungen lösen.

Schellschmidt: Der Anwender will seine Aufgabe gelöst haben und das möglichst preiswert. Bei näherem Betrachten kommen viele Vision-Anbieter einfach nicht in Frage, weil sie entweder die Aufgabe nicht lösen können oder weil ihr System zu teuer ist. Bei Omron können Anwender die Komponenten kaufen, Trainings machen und dann mit dem System selbstständig arbeiten. Oder sie bekommen eine schlüsselfertige Lösung. Dies übernehmen dann unsere Integratoren, die bundesweit verteilt sind. Dr. Felix: Für uns als Systemintegrator ist die Situation etwas anders. Speziell in den Anfangsphasen solcher Projekte sind unsere Ansprechpartner nicht die Anwendungsingenieure, sondern die Prozessverantwortlichen. Wir diskutieren über die Prozesse und entwickeln ein gemeinsames Verständnis dafür, wie die Aufgabe zu definieren ist. An der Stelle besteht recht viel Beratungsbedarf, oftmals auch dadurch, dass vermeintliche Low-Cost-Lösungen angeboten werden. Eine grundsätzliche Frage muss sich der Anwender selbst beantworten: Wie viel ist er bereit zu investieren, um zu wissen, ob es nur mit dem, was er gerade irgendwo gekauft oder gesehen hat, nicht geht oder ob das Problem grundsätzlich nicht zu lösen ist.

Wie flexibel reagieren intelligente Vision-Sensoren auf geänderte Prozessbedingungen oder Komponententausch im Servicefall? Welchen Kenntnisstand braucht der Mitarbeiter vor Ort?

Drews:

Der Hersteller braucht nicht immer vor Ort zu sein. Es hängt davon ab, wie das System in einer Anwendung eingebunden ist. Die Frage lautet: Muss ich tatsächlich in den Engineering-Prozess wieder einsteigen? Oder kann ich die Geräte für andere Produkte trainieren? dafür benötigt man keinen Spezialisten der Bildverarbeitung. Wenn sich aber beispielsweise bei Leiterplatten die Farbe verändert, kann es sein, dass man wieder ganz von vorn beginnen muss.

Dr. Felix:

Den Applikationsingenieur, der neben einem Bildverarbeitungssystem ständig wacht, ob es funktioniert, den gibt es nicht. Meist trainiert der Anlagenführer die neuen Teile ein. Hier ist Einfachheit gefordert. Sollte das die Praxis nicht gestatten, ist so ein System nicht empfehlenswert. Wichtig ist, dass die Prozesse beim Anwender klar sind, das sagte ich bereits eingangs. Gegebenenfalls wird das System entsprechend breiter entworfen und installiert. Mit Softwaretools wie Qualicision kann der Anwender mit dem System allein gelassen werden.

Dr. Sacré:

Die Frage nach Möglichkeiten, Prozessparameter zu verändern, sollte schon während des Designs getroffen sein. Sonst kann das später zu Überraschungen führen. Aber das ist genau das ganz große Thema, um die Anlage zukunftssicher zu betreiben.

Schellschmidt:

Wichtig ist, dass im Vorfeld, also wenn der Kunde mit der Applikation zu uns kommt, genau geklärt wird, welche Kriterien geprüft werden sollen. Die einzelnen Prüfungen sollten über Software-Tools einfach parametrierbar sein. Meist sind es nämlich Elektriker oder Anlagenfahrer, die das System vor Ort anpassen müssen. Die haben mal ein Training bekommen, doch durch das Tagesgeschäft sind sie nach kurzer Zeit nicht mehr im Thema. In diesem Fall kann der Systemintegrator einspringen.

Fremmer: Unsere Systeme sind modular aufgebaut. Es gibt Module für Anwesenheitskontrolle, Schriftenerkennung oder für zweidimensionales Messen. Wenn sich die Anwendung ändert, wechselt man im einfachsten Fall das Modul. Eventuell muss das System dann wieder eingestellt, ein anderes Objektiv verwendet oder die Kameraabstände angepasst werden. Wird von der Autofelge auf Lippenstifte umgestellt, dann ist der Aufwand gering. Wenn aber an einem Tag Anwesenheit geprüft, am nächsten Tag 2-D-Code oder Klarschrift gelesen werden soll, wird der Umstellungsaufwand größer sein.

"Ich möchte das Geheinmis nicht ganz lüften, aber es wird noch dieses Jahr etwas Kleines, Schnelles, einfach zu Bedienendes auf dem Markt zu finden sein."

Im Engineering-Bereich ist Ethernet immer noch ein umstrittenes Thema, da mit Ethernet momentan nicht alle Applikationen sinnvoll durchführbar sind. Ist Ethernet künftig ein Thema für die Bildverarbeitung?

Fremmer:

Es wird mit Sicherheit ein Thema in der Zukunft sein und es ist auch jetzt schon ein Thema. Allerdings weniger als Schnittstelle, um Ergebnisse zu übertragen, sondern vielmehr als Schnittstelle, um das System zu überwachen, auch vom Büro aus. Oder um Parameter schnell verändern zu können.

Dr. Sacré:

Die Antwort ist zweigeteilt. Heute ist das Ethernet schon da, wo Einstellen von Parametern, Konfigurieren und Visualisieren verlangt wird und große Datenraten übertragen werden müssen. Binäre Informationen für übergeordnete Steuerungen werden nach wie vor über die gängigen Feldbusse kommuniziert.

Schellschmidt:

Bildverarbeitung sollte zukünftig in der Lage sein, sich an jedes Feldbussystem anzukoppeln. Interessant ist eigentlich, dass bis vor ungefähr zwei Jahren 95 Prozent der Bildverarbeitungslösungen einfach nur einen digitalen Ausgang hatten, nur wenige mit einer seriellen Schnittstelle oder mit zwei, drei Ausgängen ausgestattet waren. Die Anbindung an Netzwerksysteme gibt es erst in den letzten zwei Jahren. Ganz wichtig ist, dass Bildverarbeitung offen ist für alle Netzwerke, die der Kunde in seiner Produktion hat.

Dr. Felix:

Neben dem Aspekt der Offenheit möchte ich ergänzend betonen: Der Fernzugriff auf die Systeme bekommt mehr Bedeutung. Das bezieht sich auf das Monitoring, wenn wir über Datenfernzugriff virtuell an der Maschine sein müssen. Diese Möglichkeit reduziert Befürchtungen, dass ein Bildverarbeitungssystem kompliziert ist und den Hersteller vor Ort verlangt.

Drews:

In der Vergangenheit war Bildverarbeitung ganz oft eine Einzellösung. Heute wird sie viel häufiger von vornherein integriert, teilweise sogar für die Prozessführung von Automatisierungslösungen, nicht nur für die Qualitätssicherung am Ende eines Produktionsprozesses. Ethernet ist bereits vorhanden, das ist kein Zukunftsthema. Auch die Fernwartung ist sehr interessant, hat aber die Sicherheits-Hürde zu überwinden: Kann der Anwender einen Firmenfremden durch die Systeme und Firewalls an die Kamera lassen? Solche Diskussionen führen wir häufig.

In Zeiten stagnierenden Wachstums sind die tatsächlichen Systemkosten ein besonders großes Thema. Welche Tipps können Sie den Anwendern mit auf den Weg geben, wann Bildverarbeitung für sie sinnvoll einsetzbar ist?

Dr. Sacré: Wir sehen den Trend zur Flexibilisierung der Produktion. Es gibt in den Fertigungsprozessen Produktivitätsüberlegungen, dass defekte oder mangelhafte Halbwaren möglichst frühzeitig ausgeschleust werden. Wenn erst aussortiert wird, wenn die Waren fertig sind, hat man schon viel Geld ausgegeben. Ich sehe einen Trend von der Endprüfung hin zur Kontrolle von Teilprozessschritten.

Fremmer:

Wir Hersteller erleben leider zur Zeit einen enormen Preisverfall so um den Faktor drei, auch bei PC-basierten Systemen. In ihre Kostenrechnungen sollten Anwender nicht nur die ersparten fehlerhaften Produkte einfließen lassen, sondern auch die ersparten Kosten durch entstehende Reklamationen, wenn ein fehlerhaftes Produkt erst mal im Umlauf ist. Auch das Firmenimage gehört dazu, denn wer bietet schon gerne ein defektes Produkt an?

Dr. Felix:

Ich denke, der Preis-Leistungs-Begriff spielt eine besondere Rolle. Wir haben vor einigen Wochen eine Ausschreibung gewonnen, obwohl wir der teuerste von allen Anbietern waren. Offenbar spielten Aspekte wie Preis-Leistungsverhältnis, System-Integrationsfähigkeit, Prozess-Knowhow eine Rolle. Es geht nicht nur um billig. Es geht um gut.

Entsprechen die Systeme momentan den Wünschen der Anwender? Welches sind die Trends, vor allem vor dem Hintergrund, dass Spezialisten allerorten in der Industrie fehlen? Schellschmidt: Aus Sicht des Anwenders gesehen erfüllt die Bildverarbeitung natürlich nichts von dem, was er sich wünscht. Die Bildverarbeitung ist zu kompliziert, zu teuer, zu langsam. In den letzten Jahren beobachtete ich, dass die Betriebe zunehmend über einzelne Mitarbeiter oder Abteilungen verfügen, die sich im Bereich Bildverarbeitung auskennen. Das ist ein ganz wichtiger Schritt. Ich glaube auch, dass es neue Studiengänge an Hochschulen geben wird, die die Bildverarbeitung stärker berücksichtigen werden.

Dr. Sacré:

Bildverarbeitung ist definitiv ein Wachstumsbereich. Mehr und mehr Anbieter nehmen das Thema auf. Ich sehe es als eine Art Aufbruchstimmung, Goldgräberstimmung. So ähnlich war das in der Automobilindustrie zu Anfang des vorigen Jahrhunderts. Da gab es in Deutschland mehr als 100 Anbieter mit sehr individuellen Modellen. Letztendlich bildeten sich Standards. So sehe ich das auch bei der Bildverarbeitung.

Dr. Felix:

In Zukunft wird die Prozessqualität eine stärkere Rolle spielen. die Bildverarbeitung ist ein Mittel, um leistungsfähiger und wettbewerbsfähiger zu werden. Die Bildverarbeitungssysteme werden zunehmend bestimmte Aufgaben standardmäßig abdecken. Und die Anwendungen werden immer komplexer.

Drews:

Die Bildverarbeitung befindet sich heute noch in einem Spagat zwischen einer leistungsmäßig begrenzten Hardware nach einer robusten Software. Die Einfachheit der Anwendung, die Inbetriebnahme des Systems als auch die geringe Sensibilität gegenüber Umgebungsbedingungen wird mit einer leistungsfähigeren Hardware künftig schneller ablaufen können. Aus diesem Spagat können wir uns in absehbarer Zeit befreien. Damit wird es für den Anwender natürlich immer einfacher, Bildverarbeitung einzusetzen.

Fremmer:

Wir befinden uns in der glücklichen Situation, dass die Prozessoren immer schneller und günstiger werden. Das bedeutet, dass immer komplexere Algorithmen in einer für die BV interessanten Zeit abgearbeitet werden können, wie zum Beispiel Oberflächen auf Kratzer, Fingerabdrücke oder Flecken Prüfen. Für solche Bereiche sind sehr rechenintensive Algorithmen notwendig, die heute in wenigen Millisekunden ablaufen. (uh)

Who is who?

Die Teilnehmer der Podiumsdiskussion des ZVEI auf der Hannover Messe Industrie 2003: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Kirsten Drews ist Produktmanagerin für intelligente Sensorik und Machine Vision bei Siemens A&D, Nürnberg. Dipl.-Ing. Markus Fremmer ist Produktmanager Bildverarbeitung im Bereich Factory Automation bei Matsushita Electric Works, Holzkirchen. Dr.-Ing. Stefan Sacré ist Leiter Marketing und Vertrieb im Bereich High Performance Sensors bei der Sick AG in Waldkirch. Dipl.-Ing. Thorsten Schellschmidt ist Manager Quality Control und Detection Team und ist für Vertrieb und Applikation von Bildverarbeitungslösungen bei Omron Electronics auf Langenfeld verantwortlich. Dr. rer. nat. Rudolf Felix ist Geschäftsführer von FLS Fuzzy Logik Systeme aus Dortmund. Das Unternehmen beschäftigt sich seit elf Jahren unter anderem auch mit Bildverarbeitung, vor allem als Systemintegrator. Moderation: Dipl.-Ing. Ulrike Hensel, Redakteurin Fotos: Redaktion >>elektrotechnik - Das Automatisierungs-Magazin.<<