Industrie 4.0
01.06.2018

IBV bildet Grundlage für die Mensch-Roboter-Kollaboration

Die Industrielle Bildverarbeitung (IBV) wird derzeit von einer ganzen Reihe richtungsweisender Entwicklungen beeinflusst. Embedded Vision, Deep Learning sowie 3D-Bildverarbeitung sind einige der Themen. Damit ­erschließen sich die IBV zurzeit völlig neue Anwendungsfelder. Gleichzeitig schafft sie die Grundlage für die Mensch-Roboter-Kollaboration und die digitale Transformation in der Fertigung. Die Automatica 2018 gibt vom 19. bis 22. Juni in München Einblicke in die aktuellen Entwicklungen.

Die Elektronikindustrie ist eines der wichtigsten Einsatzgebiete für Bildverarbeitungs- und Robotersysteme (Bild: Cognex)

„Die Technologie bewegt sich immer mehr von der Lösung von Einzelaufgaben hin zu einem integralen Bestandteil der Automatisierung“, sagt Dr. Norbert Stein, Geschäftsführer der Vitronic GmbH. „Die Einbindung von optischen Informationen in immer mehr Fertigungsschritten und -systemen führt zu einer Steigerung der erreichbaren Qualität und senkt den Ressourcenverbrauch durch frühzeitige Fehlererkennung und Trendanalysen.“

Diese Entwicklung schlägt sich in den aktuellen Marktdaten des VDMA-Fachverbands Robotik+Automation nieder: 2017 konnte die deutsche Bildverarbeitungsindustrie ihren Umsatz um 18 % auf eine Rekordsumme von 2,6 Mrd. € steigern. Für 2018 erwartet der Fachverband nach aktuellem Stand ein weiteres Umsatzplus von 10 %.

Dr. Olaf Munkelt, Geschäftsführer der MVTec Software GmbH und Vorsitzender der VDMA Fachabteilung Industrielle Bildverarbeitung (IBV), nennt als Treiber dieser positiven Entwicklung zum einen den Export mit einer durchschnittlichen Wachstumsrate von 13 % pro Jahr zwischen 2012 und 2016 sowie zum anderen die Automobilindustrie: „Sie nutzt bereits seit ­Jahren als weltweit stärkster Kundenkreis die Vorteile der Bildverarbeitung. Doch auch viele andere Branchen haben die Möglichkeiten dieser Technologie inzwischen erkannt und setzen sie zunehmend ein.“

Einsatzbeispiele für 3D-Bildverar-beitungssysteme finden sich unter anderem in der Automobilindustrie bei der Inspektion von Oberflächen, bei der Teileerkennung oder bei robotergestützten Anwendungen,
wie dem Greifen von Objekten (Bild: MVTec)

Aktuelle Trendthemen

Zahlreiche technische Trends führen momentan zu einschneidenden Veränderungen in der Bildverarbeitung und der industriellen Produk­tion. Schlagworte, wie die digitale Transformation in der Fertigung, Produktions-Assistenzsysteme, das vermehrte Zusammenwachsen von Automatisierung und Bildverarbeitung, Robot Vision, Embedded Vi­sion, Deep Learning und 3D-Bildverarbeitung, prägen derzeit die Entwicklungen.

Nach Ansicht von Christof Zollitsch, Geschäftsführer der Stemmer Imaging AG, stellt die Bildverarbeitung dabei eine entscheidende Schlüsseltechnologie für die Umsetzung der digitalen Transformation in der Automatisierung dar. „Derzeit wachsen die Bildverarbeitung und die Automatisierungstechnik unter anderem aufgrund der Implementierung des OPC-UA-Standards noch näher zusammen. Dieser Standard stellt die problemlose Kommunika-tion und Interoperabilität innerhalb eines Gesamtsystems sicher. Insofern ist es nur ein logischer Schritt, dass sich zunehmend auch viele Automatisierungsanbieter tiefer mit der Bildverarbeitung beschäftigen.“

Mega-Trend Embedded Vision

Kompakte Embedded-Vision-Bildverarbeitungssysteme, die auf Basis von einfachen Kameramodulen direkt in Maschinen oder Geräten integriert sind, zählen zu den aktuellen Trendthemen der Branche. Mithilfe von leistungsstarken Rechnerplattformen mit geringer Leistungsaufnahme sorgen sie für intelligente Bildverarbeitung in verschiedenen Anwendungsgebieten. Der Bereich Automotive wird aufgrund der großen Stückzahlen als vielversprechendster Einsatzbereich für Embedded Vision angesehen. Die Technologie kommt dort schon heute in diversen modernen Automodellen unter anderem in Form von Fahrerassistenzsystemen zum Einsatz.

Obwohl der Großteil aller Embedded-Vision-Anwendungen nicht in der industriellen Fertigung zu finden ist, sind Experten überzeugt, dass es sich für Automa­tisierer lohnt, diese Technologie im Auge zu behalten: Zum einen müssen derartige Systeme zum Beispiel im Automobilbau in die Fahrzeuge integriert werden und erfordern somit geeignete Prozesse; zum anderen profitiert auch die Automatisierungstechnik zunehmend von den Leistungssteigerungen dieser kosteneffizienten Technologie.

Deep Learning für mehr Effektivität

Einen weiteren, wichtigen Trend stellt derzeit das Thema Deep Learning dar. Im Bildverarbeitungskontext sind damit Verfahren des maschinellen Lernens gemeint, bei denen einem System oft Tausende von Gut- und Schlechtbildern antrainiert werden, um Prüfobjekte anschließend automatisch den gelernten Kategorien zuordnen und beispielsweise über die Qualität von inspizierten Teilen entscheiden zu können. Anwender können verschiedene Klassifikationsaufgaben damit ohne die mühsame händische Anpassung von Operatoren lösen.
Anwendungsbeispiele finden sich unter anderem in der Elektronikindustrie, wo sich Prüfprozesse weiter automatisieren und beschleunigen lassen, indem alle denkbaren Produktfehler durch selbstlernende Verfahren angelernt und dann erkannt werden. Selbst kleinste Kratzer oder Risse in Leiterplatten, Halbleitern und anderen Bauteilen können somit zuverlässig gefunden und fehlerhafte Teile automatisch aussortiert werden. Auch im Automobilbau werden diese Verfahren eingesetzt, um beispielsweise winzige Lackschäden, die mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind, mithilfe selbstlernender Algorithmen zuverlässig zu identifizieren. In der pharmazeutischen Industrie ermöglicht Deep Learning eine zuverlässige Klassifikation von äußerlich ähnlichen Tabletten mit unterschiedlichen Wirkstoffen. Dies erhöht die Sicherheit von Patienten, die auf diese Medikamente vertrauen.

3D und „Ease of Use“

Bildverarbeitungssysteme, die mit dreidimensionalen Daten der Prüfobjekte arbeiten, stellen ein anderes interessantes Feld dar, das sich seit Jahren stark weiterentwickelt und den Sprung in die praktische Anwendung inzwischen geschafft hat. Diesen Trend belegen auch aktuelle Marktzahlen des VDMA, die von 2015 zu 2016 eine deutliche Umsatzsteigerung von 28?% im Bereich der 3D-Anwendungen und -Produkte ausweisen.
Wachsende Automatisierungsanforderungen, wie der „Griff in die Kiste“ oder viele Pick-and-place-­Anwendungen werden erst mit 3D-Bildverarbeitung sinnvoll realisierbar. Kompakte und robuste 3D-­Kameras erlauben eine immer einfachere Integration dieser Technologie. Ergänzende Objektinformationen, wie Bewegungsdaten und Farbinformationen sowie die Kombination mit 2D-Verfahren, werden die Anwendungsmöglichkeiten der 3D-Bildverarbeitung dabei künftig noch erweitern.

Bei der Vielzahl der technischen Weiterentwicklungen darf der Aspekt der einfachen Bedienbarkeit nicht vernachlässigt werden. Künftige Vision-Systeme sollen nach Möglichkeit auch von Anwendern in Betrieb genommen werden können, die keine Bildverarbeitungsexperten sind. Diese Forderung nach mehr „Ease of Use“ gilt sowohl für einfache Systeme, intelligente Kameras und Vision-Sensoren als auch für PC-basierte Bildverarbeitungssysteme.

„Die aktuelle technologische Entwicklung führt quasi zu einer Automatisierung der Automatisierung“, bestätigt Enis Ersü, Vorstandsvorsitzender der Isra Vision AG: „Die Systeme werden immer leistungsstärker und sind gleichzeitig auch ohne Expertenwissen intuitiv bedien-bar. Zukunftsorientierte Machine-Vision-Systeme, eingebettet in intelligente Sensornetzwerke, passen sich wechselnden Aufgaben an.“ Die daraus entstehenden Daten sind nach E.?Ersüs Überzeugung „entscheidend für die flexible Prozess- und Produktionsanpassung, die die Smart Factory der Zukunft benötigt“.

Verzahnung von BV und Automation

Vom 19. bis 22. Juni 2018 bietet die Automatica Besuchern die Möglichkeit, sich über das Thema Bildverarbeitung und die aktuellen Trendthemen zu informieren. In den Hallen A4 und B5 präsentieren sich viele Branchenanbieter sowie der Machine Vision Pavilion (Gemeinschaftsstand Halle B5). Die Messe stellt somit die enge Verzahnung der Bildverarbeitung zu den Themen Robotik, Handhabungstechnik sowie Software dar und bietet Besuchern einen Überblick über die automatisierte Produktion von heute und morgen.

www.automatica-munich.de

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Copyright © VDE VERLAG GMBH, zuletzt aktualisiert am 18.06.2018