Die Industrieproduktion befindet sich derzeit im Wandel. Eine immer ausgeprägtere Individualisierung der Produkte stellt den modernen Produktionsprozess auf die Probe. Bildverarbeitungstechnologie kann hier helfen, wird aber oft noch als zu kompliziert empfunden.

Die Smart Factory der Industrie 4.0 nutzt neue Formen der intelligenten Produktionstechnik, nicht nur um innovative Produkte zu generieren, sondern auch um Fabriken ressourceneffizienter und flexibler zu machen. Gleichzeitig wachsen die Anforderungen, immer strengere Qualitätsstandards zu erfüllen und den Durchsatz zu erhöhen. Dabei reichen manuelle Kontrollen nicht mehr aus und Bildverarbeitung wird eines der Standardelemente der Smart Factory von morgen sein, um verschiedenste Kontroll- und Erkennungsaufgaben durchzuführen und diese Ergebnisse dem gesamten Cyber-Physical Produktionssystem zur Verfügung zu stellen. Es ergeben sich verschiedenste Aufgaben, wie die Überprüfung von Barcodes und Textlesbarkeit auf Etiketten, die Überwachung der korrekten Leiterplattenbestückung oder die Kontrolle akzeptabler Abweichungen von Teilen in der Automobilindustrie. In den letzten Jahren haben Bildverarbeitungssystems große Fortschritte gemacht, um eine Einbindung in den Produktionsablauf zu vereinfachen. Viele Produktionsleiter sind jedoch noch immer der Ansicht, dass diese Technologie zu kompliziert, nicht flexibel genug oder zu teuer ist und deshalb nicht in Frage kommt.

Umdenken gefordert
Derzeit erlauben mehrere Trends ein Umdenken in diesem Bereich. Vielfach wird kein Bildverarbeitungsspezialist mehr benötigt, um diese Applikationen zu entwickeln. Vor allem einfachere Aufgaben, wie die Vermessung von Objekten, Lesen von Text und Objektidentifikation, können auch von den Maschinenverantwortlichen in der Produktion implementiert und angepasst werden. Gerade im Bereich der Software wurden in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Algorithmen wie Pattern Matching ermöglichen das zuverlässige Erkennen von Objekten. In vielen Fällen ist es jedoch wichtig, die richtige Inspektionsmethode zu wählen. Das führt dazu, dass spezielle Anforderungen an die Entwicklungsumgebung für die Bildverarbeitung gestellt werden. Die Software sollte so ausgelegt sein, dass verschieden Algorithmen und Inspektionsstrategien sehr leicht ausgetestet werden können. Sie sollte in jedem Fall eine Emulatorfunktion besitzen, die es ermöglicht, abgespeicherte Bilder zu prüfen.
Gerade die Handhabung der Software stellt jedoch viele Entwickler derzeit noch vor Hürden. Deswegen bietet der Markt jetzt vereinfachte Bildverarbeitungssoftware an, die helfen soll diese Hürden zu überwinden. Das beginnt mit Bedienstrategien wie einer schrittweise benutzergeführten Applikationsentwicklung (z.B. die Autovision-Software von Microscan), die von der Erfassung des Bildes, über die Auswahl der Algorithmen bis hin zur externen Kommunikation reicht. Die Bedienoberfläche soll die relevanten Parameter aller Bildverarbeitungsschritte darstellen, um möglichst schnell und einfach die optimalen Parameter für den Inspektionsschritt zu finden. Softwareumgebungen, bei denen die Parameter über „rechten Mausklick" einzustellen sind, sind deshalb zu vermeiden. Dem Einsteiger sollte dabei nur eine begrenzte Auswahl an Verarbeitungsschritten zur Verfügung gestellt werden: Lokalisierung, Messung, Zählung und Prüfung der An-/ Abwesenheit, Dekodier- und OCR Tools. Zusätzlich muss die Software noch logische Verknüpfungen der Inspektionsergebnisse unterstützen. Dies ermöglicht es vor allem Einsteigern mit wenig Bildverarbeitungswissen, sich auf die eigentliche Aufgabe fokussieren zu können. Heutige Algorithmen erlauben es, dass dadurch die Funktionalität nicht eingeschränkt sein muss.

Intuitive Bedienung ist wichtig
Um eine vollständige Anbindung an das Cyber-Physical Produktionssystem zu ermöglichen, muss die Software Standardschnittstellen zu Produktionssystemen und SPSen unterstützen, z.B. Profinet und Ethernet/IP. Dabei ist es wichtig, dass die Software intuitiv alle Parameter zur Verfügung stellt und diese einfach eingebunden werden können. Ein weiterer Trend geht zu Web-Browser basierter Darstellung der Prüfergebnisse in Echtzeit auf internetfähigen Geräten wie Smartphones und Tablets. Diese Oberflächen sollen einfach erstellbar und anpassbar sein. Ein Beispiel hierfür ist das Cloudlink Dashboard in Autovision. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sich diese vereinfachten Entwicklungsumgebungen nur begrenzt für komplexe Bildverarbeitungsapplikationen eignen, bei denen z.B. mehrere Kameras ein Objekt von mehreren Seiten erfassen und das Gesamtbild analysiert werden muss. Bei diesen Applikationen ist es ratsam, einen erfahrenen Bildverarbeitungsspezialisten hinzuzuziehen und bei der Wahl der Bildverarbeitungssoftware so vorzugehen, dass ein Upgrade-Pfad vorhanden ist. Ein Beispiel hierfür ist Visionscape, eine fortgeschrittene umfassende Bildverarbeitungssoftware, die dazu verwendet werden kann, bestehende Autovision-Prüfaufgaben zu erweitern.
Auch bei den anderen Komponenten eines Bildverarbeitungssystems - Kamera, Objektiv, Beleuchtung und Prozessorsystem - hat es Weiterentwicklungen gegeben, die es erlauben kompakte Lösungen einfacher zu erstellen. Gerade der Bereich der kompakten Smart-Kameras ist ein sehr gutes Beispiel dafür. Dabei ist besonders die Integration von flexibler Beleuchtung, von modularen, hochauflösenden optischen Zoom-Systemen und größeren Sensoren hervorzuheben. Erwähnenswert ist auch, dass immer leistungsstärkere Prozessoren in den Smart-Kamera Systemen eingesetzt werden. Diese erlauben es immer komplexere Prüfaufgaben zu erledigen, die in der Vergangenheit nur von PC-basierten Systemen durchgeführt werden konnten. Dabei kann sich der Benutzer auf die Applikationsentwicklung fokussieren und muss sich weniger Gedanken über die Ressourcenausnützung machen.
Der Trend, vereinfacht Prüfaufgaben mittels Bildverarbeitung zu automatisieren, und die immer leichter werdende Anpassbarkeit der Prüfsysteme, wird es ermöglichen, flexibel auf die sich verändernden Herausforderungen in der Smart Factory zu antworten. Basierend auf der Produktionskonfiguration werden fallspezifisch und automatisiert alle Modelle, Algorithmen, Daten und Kommunikation abgeleitet. Einfach zu bedienende Bildverarbeitungssysteme, die flexibel genug sind, um diese Anforderungen zu erfüllen, werden sich durchsetzen und ein wichtiger Bestandteil der Industrie 4.0 Initiative sein.