Data Generation, Collection & Transfer
11.06.2019

Die Game Changer für die individuelle Massenproduktion

Als einer der ersten Automatisierungstechnikanbieter hat B&R sein Portfolio um indus­trielle Bildverarbeitung erweitert. Damit erschließen sich sowohl für den Projektierer als auch für den Anwender neue Möglichkeiten – in einer Vielzahl an Branchen und Applikationen. Vor allem bei schnellen Bewegungen, wie sie im Zusammenhang mit dem Transportsystem Acopostrak oder der Robotik vorkommen, profitiert der Kunde von einer Komplettlösung. Im Exklusivinterview spricht der deutsche B&R-Geschäftsführer Markus Sandhöfner über erste Applikationen, Kundenvorteile und Potenziale der in das Automatisierungsportfolio integrierten Vision-Lösung.

Markus Sandhöfner: „Unser Vision-System und unser flexibles Transportsystems Acopostrak haben das Potenzial echter Game Changer“ (Bild: B&R)

Markus Sandhöfner: „Unser Vision-System und unser flexibles Transportsystems Acopostrak haben das Potenzial echter Game Changer“ (Bild: B&R)

Vor gut eineinhalb Jahren hat B&R angekündigt, das Thema industrielle Bildverarbeitung (IBV) in sein Automatisierungsportfolio zu integrieren. Für Herbst ist nun der Anlauf der Kamera-Serienproduktion geplant. „Erste Produkte für Pilotprojekte sind natürlich bereits verfügbar. Wir sind sehr zufrieden mit der Resonanz und tun alles dafür, um alle Anfragen bedienen zu können, die uns seit der Ankündigung und Präsentation unseres Vision-Systems auf Messen erreicht haben“, sagt Markus Sandhöfner. Als Motivation von B&R in den sehr spezifischen und recht ­besetzten IBV-Markt einzusteigen, nennt er: „Die Integration der Bildverarbeitung in die Automatisierungstechnik ist ein wichtiger Enabler im Zusammenhang mit der individuellen Massenproduk­tion.“ Zum besseren Verständnis zieht er beispielhaft das eigene Track-System heran: „Mit unserem ­Acopostrak ermöglichen wir es, Losgröße 1 mit der Geschwindigkeit, wie wir sie von der Massenproduktion her kennen, zu fertigen. Hier treffen also zwei Aspekte aufeinander: eine große Produktvarianz und hohe Produktionsgeschwindigkeiten.“ Nach seiner Erkenntnis sind die bislang am Markt angebotenen Vision-Systeme vor allem im Hinblick auf eine einfache und sehr schnelle Umstellung von einem Produkt auf das andere weniger gut geeignet. Außerdem würden die IBV-Hersteller in der Regel entweder Kamerasysteme oder Beleuchtungstechnik anbieten, selten allerdings beides in Kombination. Er verdeutlicht: „Nehmen wir ein Track-System, das 150.000 zum Teil unterschiedliche Produkte pro Stunde fertigt und ­diese mit Geschwindigkeiten von 2,5 m/s transportiert. An die Bildverarbeitung resultiert daraus der Anspruch, dass sie ­unterschiedliche Farben, Teile, Codes usw. verarbeiten muss, ohne dass sie dazu bei jedem wechselnden Produkt umgestellt oder die Beleuchtung angepasst werden muss. Diese ­Anforderungen decken wir in optimaler Weise mit unserem Inte­grated-Vision-Ansatz ab. So sind damit mehr als 30 Aufnahmen und Auswertungen pro Sekunde ausführbar – und das bei Zykluszeiten von unter 30 ms.“


Markus Sandhöfner ist Geschäftsführer der B&R Industrie-Elektronik GmbH in Bad Homburg (Bild: B&R)

Markus Sandhöfner ist Geschäftsführer der B&R Industrie-Elektronik GmbH in Bad Homburg (Bild: B&R)


Die Vorteile im Detail

Das Vision-Portfolio von B&R umfasst smarte Sensoren und Kameras inklusive der Beleuchtung und Software. Dabei ­stehen unterschiedliche Bildsensoren, Optiken und Softwarefunktionen zur Wahl. Um den Aspekt der schnellen Produktbewegungen und -folgen abzudecken, bringen die Kameras einige Besonderheiten mit. M. Sandhöfner: „Wie man es von B&R kennt, bieten wir auch bei unseren Kamerasystemen die Möglichkeit der dezentralen Auswertung von Informationen vor Ort. Dadurch lassen sich je nach Auswerteaufgabe Verarbeitungszeiten bis in den ms-Bereich hinein erreichen.“ Hinzu kommt die Integration in das B&R-Engineering-Tool ­Automation Studio. So sind in diesem beispielsweise Rezepte hinterlegt, um schnell von Produktionsprozess 1 auf Produk­tionsprozess 2 umstellen zu können. Abgestimmt auf das jeweils zu fertigende Produkt sind hier unter anderem Beleuchtungsfarbe und -winkel, Fokus sowie Lichtintensität und Belichtungszeit abgelegt. „Damit entsprechen wir der Forderung nach einem schnellen Produktwechsel in der indivi­duellen Massenproduktion“, sagt M. Sandhöfner. Als weitere Vorteile der IBV-Integration in das Automation Studio nennt er die schnelle Inbetriebnahme der Vision-Applikation. „Kunden ­berichten uns davon, dass diese bei ihnen bislang teilweise bis zu einer Woche Zeit in Anspruch genommen hat. Bei unserer Lösung sind es vielfach nur wenige Stunden“, gibt er an.


B&R steigt mit den Kameratypen Smart Sensor und Smart Camera in den Vision-Markt ein. Da die Hardware vollständig in das Automatisierungssystem integriert ist, sind die Kameras mikrosekundengenau mit den Maschinenfunktionen synchronisiert (Bild: B&R)

B&R steigt mit den Kameratypen Smart Sensor und Smart Camera in den Vision-Markt ein. Da die Hardware vollständig in das Automatisierungssystem integriert ist, sind die Kameras mikrosekundengenau mit den Maschinenfunktionen synchronisiert (Bild: B&R)


Ein weiterer Aspekt, der für die integrierte Lösung spricht, ist die Echtzeitkommunikation zwischen CPU und Kamera. Dabei sorgen Zykluszeiten von 400 µs für hohe Positioniergenauigkeit. „Hier kommt uns natürlich auch unser Echtzeit-Ethernet-System Powerlink zugute. Mit diesem lassen sich Bildinformationen und Parameter sehr schnell übertragen. Auf der anderen Seite nutzen wir Nettime, um auf die Microsekunde genau ein Ereignis zu starten. Mittels dieser beiden Technologie ist es möglich, hoch präzise zur Teileposition die Kamera auszulösen“, informiert M. Sandhöfner. Die schnellen Reak­tionszeiten bringen auch hinsichtlich Lichtintensität und Belichtungszeit Vorteile. Als Belichtungszeiten für das eigene ­Vision-System gibt er 1 µs für Aufnahmen und eine Licht­intensität von bis zu 1 Mio. Lux an. „Insgesamt erreichen wir ­dadurch eine hohe Bildqualität und Zuverlässigkeit sowie ­Aufnahmen innerhalb kürzester Zeit und damit schnelle Bildauswertungen. Hinzu kommt eine große Unabhängigkeit von Fremdlichteinflüssen aufgrund der hohen Lichtintensität“, beschreibt er die Vorteile.

Breite Zielgruppenansprache

Am eingangs erwähnten Beispiel wurde das optimale Zusammenspiel von Vision- und flexiblem Transportsystem bereits aufgezeigt. Und gerade bei schnellen Bewegungsabläufen ­beschreibt M. Sandhöfner das in die Automation integrierte ­V­i­sion-System als unschlagbar. „Das gilt auch für Robotikapplikationen“, nennt er als weiteres Beispiel, das gerade vor dem Hintergrund der ABB-Zugehörigkeit seines Unternehmens große Potenziale verspricht. „Hier geht es in der Regel darum, die Position eines Teils auf dem Band zu erkennen, das der Roboter greifen und an anderer Stelle in definierter Position ablegen soll. Auch hier ist das optimale Zusammenspiel von Antriebstechnik, Bildverarbeitung, Steuerungstechnik usw. gefordert.“ So sei bei solchen Applikationen der Synchronisationsaufwand zwischen Bewegungablauf sowie Kameratechnologie – und damit auch zwischen Antriebstechnik- und BV-Spezialist – sehr hoch. „Es müssen viele Anpassungen vorgenommen werden. Dieser Aufwand erübrigt sich bei unserer Lösung – inklusive Hardwareeinsparungen, wie der Wegfall von Encodern oder Triggerein- bzw. ausgängen.“

Aber auch andere Anwendungen, wie die Qualitätskontrolle, Schrifterkennung oder die Sensorrückführung zur Regelung von Prozessen, lägen in Fokus. Als Beispiel aus dem Bereich der Qualitätskontrolle führt er Phiolen in der Pharmazie an. Hier geht es unter anderem um die zuverlässige Erkennung unterschiedlicher Stopfen. Zudem können die Pharmacodes gelesen werden, was unter den Bereich Schrifterkennung fällt.  

„Prinzipiell dringt die Kameratechnologie aktuell in immer weitere Anwendungsbereiche vor. Das kommt auch uns zugute – zumal unser System preislich trotz der genannten Zusatz-Features, wie höhere Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Präzision, mit den Produkten der etablierten Anbieter auf Augenhöhe liegt“, sagt der Vertriebschef.  

Erste Pilotkunden

Zu den ersten Kunden, die das neue Vision-System im Einsatz haben, gehört unter anderem die Spilker GmbH. Das Unternehmen entwickelt und fertigt seit mehr als 55 Jahren Stanzwerkzeuge, Rotationswerkzeuge und Stanzbleche für die Druck-, Etiketten-, Automobil-, Pharma- und Verpackungs­industrie. Als spezialisierter Anbieter von Lösungen für rotative Stanz- und Konfektionierungsprozesse bietet Spilker zusätzlich die komplette Dienstleistung des Sondermaschinenbaus, von der Idee über das Konzept bis zur Konstruktion und Realisierung beim Kunden. „Bei seinen Etiketten-Stanzmaschinen setzt Spilker bereits Steuerungstechnik von B&R ein. Das Vi­sion-System stammte bislang von einem etablierten IBV-­Anbieter. Mit diesem war es allerdings nur möglich, Gut-Schlecht-Informationen über den Prozess zu erhalten“, erklärt M. Sandhöfner. Das bedeutete in der Praxis, dass im Fall dass nicht mehr tolerierte Abweichungen festgestellt wurden, der Prozess angehalten und nachjustiert werden musste.


Spilker setzt bei einer seiner Stanzmaschinen das Vision-System von B&R ein (Bild: Roßmann)

Spilker setzt bei einer seiner Stanzmaschinen das Vision-System von B&R ein (Bild: Roßmann)


Der Produktionsprozess folgt dem Rolle-zu-Rolle-Verfahren und läuft wie folgt ab: Auf der zuführenden Rolle befinden sich 50 mm × 70 mm große selbstklebende Etiketten, von denen jeweils zwei nebeneinander positioniert sind. Die Etiketten, werden zunächst präzise ausgestanzt und an der nächsten Station mit einem zusätzlichen Sticker versehen. Anschließend werden sie abgeschält und auf ein Trägerpad, das später wieder einer Rolle zugeführt wird, mittig aufgebracht. „Wurden mit dem bisherigen Vision-System Abweichungen von den ­Toleranzen ermittelt, lag der Ausschuss bis zum Anhalten des Prozesses bei 15 bis 20 Etiketten. Hinzu kam, dass es sehr aufwendig war, den Teil der Rolle, auf dem sich die ausschüssigen Etiketten befanden, abzulängen und den Teil mit der Gut-Ware wieder der Rolle zuzuführen“, beschreibt M. Sandhöfner die Ausgangssituation. „Das waren Aspekte, die Spliker dazu bewog, unsere Vision-Lösung zu testen: Sie liefert neben den bisherigen Längeninformationen auch solche zur Breite und Orientierung. Dadurch eignet sie sich nicht nur zur Qualitäts­sicherung, sondern zusätzlich zur Prozessregelung.“

Konkret kommt bei Spilker ein Smart Sensor mit integrierter Beleuchtung und einer Auflösung von 1,3 Megapixeln zum Einsatz. Die 16 eingebauten Hochleistungs-LED arbeiten mit Belichtungszeiten von <100 ms. Anhand von Produktions­mustern wurden zunächst mithilfe des B&R-Support-Teams die Grobeinstellungen vorgenommen und über die integrierte Matching-Funktion des Vision-Systems einige Messfunktionen entsprechend der Aufgabenstellung eingerichtet. Darüber werden nun die drei Positionsparameter geliefert. Wird die Abweichung zu groß, werden die Werkzeuge in den Bearbeitungsstationen entsprechend nachgeführt. Der Smart Sensor ist direkt in die Entwicklungsumgebung der Steuerung und über OPC UA eingebunden. Somit müssen keine Schnittstellen programmiert werden. Die Position, Orientierung und weitere Daten sind für jeden Messpunkt direkt und in Echtzeit in der Steuerung verfügbar. Die Antriebe können somit auf jede Abweichung schnell und hochgenau reagieren.


Der von Spilker eingesetzte Smart Sensor liefert für jedes produzierte Etikett Positionswerte in Echtzeit, die zur Regelung der Stanzwerkzeuge der Anlage verwendet werden (Bild: Roßmann)

Der von Spilker eingesetzte Smart Sensor liefert für jedes produzierte Etikett Positionswerte in Echtzeit, die zur Regelung der Stanzwerkzeuge der Anlage verwendet werden (Bild: Roßmann)


Fazit und Ausblick

Mit seiner Vision-Lösung erwartet sich B&R einen sehr schnellen Zugang zu breiten Märkten. Nach den Potenzialen für das eigene Unternehmen gefragt, zieht M. Sandhöfner eine Parallele zur Antriebstechnik: „Ende der 1990er-Jahre haben wir den Acopos auf den Markt gebracht. Damals konnten wir durch die Erweiterung unseres Portfolios um die Antriebs­technik neue Kundengruppen und Aufträge gewinnen. Ähn­liches erwarten wir uns nun durch die Hinzunahme der Bildverarbeitung – dabei eröffnet auch sie dem Kunden ganz neue Potenziale.“

In diesem Zusammenhang kommt er noch einmal auf die individuelle Massenproduktion zurück: „Unser Vision-System bringt alle Features, zum Beispiel hohe Leistungsfähigkeit, Präzision und Zuverlässigkeit, wie sie für eine große Produktvarianz und hohe Produktionsgeschwindigkeit erforderlich sind, mit. Damit decken wir die aktuellen Anforderungen vonseiten der Maschinenbauer in zweierlei Hinsicht optimal ab: mit unserem Vision-System und mit unserem flexiblen Transportsystem.“ Den derzeitigen Wandel – weg von der etablierten Linienfertigung hin zu flexiblen Lösungen – macht er an der großen Nachfrage nach den B&R-Track-Systeme fest. „Für unseren Acopostrak konnten wir bislang viele Neukunden in unterschiedlichen Branchen, zum Beispiel Verpackung, Food&Beverage, Pharmazie usw., gewinnen. Dabei geht es zum einen darum, eine höhere Flexibilität der Maschinen zu erreichen und zum anderen auf die erhöhte Nachfrage von Kundenseite nach individuellen Produkten reagieren zu können“, gibt M. Sandhöfner an. Der Umstellungsprozess erfolgt aus seiner Erfahrung auf zwei Wegen: „Viele OEM denken zunächst darüber nach, wie sie bestimmte Prozesse innerhalb ­einer Maschine flexibler gestalten können. Daraus resultiert dann oftmals ein Überdenken des Gesamtmaschinenkonzepts und schließlich ein komplettes Neuaufsetzen. Dabei zerlegt der Maschinenbauer den früheren Gesamtprozess in der Regel in mehrere Einzelprozesse.“ Daraus ergibt sich der Vorteil der flexiblen Produktion. M. Sandhöfner: „Die Einzelprozesse müssen nicht mehr in einer definierten Abfolge durchlaufen werden, sondern können entsprechend des individuellen Kundenwunschs angefahren werden.“ Als zweiten Weg nennt er, den Produktionsprozess an sich komplett neu zu denken und aufzusetzen.


Mit dem flexiblen Transportsystem Acopostrak wird die wirtschaftliche Symbiose von Losgröße 1 und Massenfertigung möglich (Bild: B&amp;R)

Mit dem flexiblen Transportsystem Acopostrak wird die wirtschaftliche Symbiose von Losgröße 1 und Massenfertigung möglich (Bild: B&R)


„In beiden Fällen stellt der Acopostrak mit seiner modularen Bauweise und seiner Hochgeschwindigkeitsweiche die optimale Lösung dar. So können Produkte auf einem speziellen Track-Abschnitt, dem Bypass, vorbereitet und über die Weiche individuell und sehr schnell dem Prozess zugeführt werden“, erklärt er. Produkte lassen sich somit in größerer Varianz und in beliebiger Reihenfolge produzieren. „Wie beschrieben, ist unsere Vision-Lösung ebenfalls für genau diese Anforderungen die optimale Lösung. Deshalb stellen beide Systeme im Zusammenspiel die perfekte Lösung für die aktuellen Herausforderungen dar. Damit haben wir zwei Produkte, die es OEM ermöglichen, Maschinen komplett anders und innovativ zu gestalten und somit Alleinstellungsmerkmale bei ihren Maschinen umzusetzen“, sagt M. Sandhöfner. Was das Potenzial für B&R anbelangt, gibt er an: „Ich gehe davon aus, dass wir mit dieser Kombination die Erfolge des Acopos, die wir Anfang 2000 hatten, in den Schatten stellen werden. Aus unserer Sicht haben sie das Potenzial, echte Game Changer zu werden.“

Von dieser Aussage können sich Interessenten auf der SPS 2019 im November in Nürnberg selbst überzeugen. Hier wird dann das Zusammenspiel von Bildverarbeitung, Track-System und Robotik live erlebbar sein.

www.br-automation.com

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Copyright © VDE VERLAG GMBH, zuletzt aktualisiert am 18.06.2019