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SPS Goes Vision

SPS & Bildverarbeitung: Wie geht es weiter? – Teil 2/2

Die Welten der Automatisierung und Bildverarbeitung wachsen immer stärker zusammen. Wo aber stehen wir aktuell? Um dies zu klären, fand eine Podiumsdiskussion auf dem VDMA Forum während der SPS IPC Drives 2018 statt. Im zweiten Teil unserer Serie geht es um die Themen Usability und Echtzeit.

Die Teilnehmer der Expertenrunde auf dem VDMA Forum (v.l.): Dr.-Ing. Peter Ebert (inVISION), Dr. Olaf Munkelt (MVTec Software), Andreas Waldl (B&R), Peter Keppler (Stemmer Imaging), Rainer Schönhaar (Balluff), Dr. Josef Papenfort (Beckhoff) und Dr. Klaus-Henning Noffz (Silicon Software) (Bild: TeDo Verlag GmbH)

Die Teilnehmer der Expertenrunde auf dem VDMA Forum (v.l.): Dr.-Ing. Peter Ebert (inVISION), Dr. Olaf Munkelt (MVTec Software), Andreas Waldl (B&R), Peter Keppler (Stemmer Imaging), Rainer Schönhaar (Balluff), Dr. Josef Papenfort (Beckhoff) und Dr. Klaus-Henning Noffz (Silicon Software) (Bild: TeDo Verlag GmbH)

inVISION: Kann man Bildverarbeitung sicher im Sinne von IEC61508 SIL1234 machen, das heißt, erkennt sie 100 Prozent aller Bilder richtig?

Peter Keppler (Stemmer Imaging): Das Kamerasystem ist ein Sensor und somit nur ein Betriebsmittel innerhalb des Sicherheitskreises. Die IEC61508 betrachtet jedoch das Gesamtsystem einschließlich der Steuerungselemente und Aktoren.

Andreas Waldl (B&R): Sicherheitstechnik im Vision-Bereich muss und wird kommen. Derzeit haben wir die 2D-Technik mit Vision-Algorithmen bereits vollständig integriert. Es gibt aber weitere Technologien wie Hyperspektral Imaging und 3D sowie die Sicherheitstechnik. Ich kann Ihnen nicht sagen, was wir wann haben werden, aber wir schauen uns bereits heute alle diese Themen an.

Dr. Josef Papenfort (Beckhoff): Sicherheitstechnik mit Vision ist eine konkrete Aufgabe für die Zukunft, aber auch der Bereich 3D ist spannend. @Interview – Frage: Bei einer Bildverarbeitung kann es um Hunderte von Parametern gehen. Welche Konzepte ermöglichen hier eine Vereinfachung der Systeme?

Keppler: Wenn es um Applikationen geht, die sich gut in intelligente Systeme oder einem Controller implementieren lassen, kommt man natürlich mit deutlich weniger Parametern aus. Wir sollten aufpassen, dass wir nicht immer zuerst die komplexesten Themen angehen. Es gibt viele Applikationen, die man mit nur wenigen Parametern sehr gut lösen kann, und die sich auch über Apps einfach realisieren lassen.

inVISION: Was versteht ein Steuerungshersteller unter Echtzeit-Bildverarbeitung und Synchronisation?

Papenfort: Bei uns bedeutet Echtzeit die Möglichkeit in Mikrosekunden-Genauigkeit zu synchronisieren. Das gilt natürlich auch zum Triggern einer Kamera oder Beleuchtung. Bildverarbeitungsalgorithmen können aber auch auf aktuellen Rechnerarchitekturen Millisekunden brauchen um ein Ergebnis zu liefern. Aber alle Algorithmen werden in Echtzeit ausgeführt und sind synchron zu PLC und Motion.

Waldl: Wir sprechen von einer mikrosekundengenauen Synchronisierung zwischen Kamera, Beleuchtung, Steuerung und Antrieben sowie einem Jitter von 100ns. Nur so lassen sich Bildeinzug und Lichtblitz so steuern, dass die Geschwindigkeit des Maschinenprozesses nicht beeinträchtigt wird.

Dr. Olaf Munkelt (MVTec Software): Für Bildverarbeiter ist Echtzeit die Zeit, die es braucht, um einen Zyklus zu durchlaufen und das ist – je nach Anwendung – völlig unterschiedlich. Das kann beim Barcode lesen 5ms sein, aber bei einer komplexen Robot-Vision-Lösung auch 500ms oder mehr.

Dr. Klaus Henning Noffz (Silicon Software): Echtzeit bedeutet, dass ich eine garantierte Reaktionszeit habe. Es gibt durchaus Anwendungen, die eine Reaktion unterhalb einer Mikrosekunde erfordern. Wir haben auf der Vision ein System gezeigt, das mit Deep Learning eine Klassifikation macht und eine jitterfreie garantierte Reaktion/Klassifikation erreicht. Diese liegt im Bereich von mehreren Nanosekunden im Prinzip mit einem Jitter und einer Reaktion von einigen Mikrosekunden.

Rainer Schönhaar (Balluff): Wenn ich sehr schnelle Prozesse habe, kann das schon im Milli- oder Mikrosekundenbereich sein. Die Beleuchtung und Bildaufnahmen müssen so schnell erfolgen, wie es die Dynamik des Automatisierungsprozesses und der Objektanwesenheit erlaubt. Die andere Frage ist aber, bis wann ich ein Ergebnis benötige?

Waldl: Bei der Reaktionszeit mit einer FPGA-Lösung habe ich den Vorteil, dass ich die Reaktionszeit steuern kann, das heißt mit mehr Rechenleistung, verschiedenen Hardwarearchitekturen oder Algorithmen. Die Echtzeitfähigkeit bei einer Triggersituation erreiche ich nur, wenn das Vision-System in das Automatisierungssystem komplett integriert ist. Dort muss ich auch auf die harten Echtzeitanforderungen der Antriebs- und Automatisierungstechnik reagieren, und daraus ergibt sich mein Triggerzeitpunkt.

Keppler: Das Ergebnis der Bildverarbeitung muss rechtzeitig zur Verfügung stehen. Der Maschinentakt definiert dabei, was ‚rechtzeitig‘ ist, um beispielsweise Fehlerteile auszuschleusen.

Schönhaar: Wenn man aus Bildverarbeitungssicht sagt `ich hab eine Aufgabe abgeschlossen‘, dann kann diese Aufgabe eventuell aber für die SPS zu diesem Zeitpunkt noch nicht erledigt sein. Wir müssen also neben der Laufzeit der Bildverarbeitung auch zusätzlich die Übertragungszeiten mit berücksichtigen.

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