Die Luft wird sprichwörtlich rauer - auch in der Bildverarbeitung. Industrietaugliche Vision-Systeme müssen heute weit mehr bieten, als nur gestochen scharfe Bilder in höchster Geschwindigkeit zu erfassen und zu verarbeiten.

National Instruments stellt mit den NI Compact Vision Systemen eine Reihe kleiner, robuster Bildverarbeitungssysteme vor, die eine Anbindung an Industriekameras, offene Kommunikation und FPGA-basierte I/O in einem kompakten Formfaktor bieten. Sie sind dafür konzipiert, Bilder von mehreren Kameras in Echtzeit zu erfassen und zu verarbeiten. Dabei stellen sie ausreichend Flexibilität, Integration und Robustheit für viele Anwendungen im Bereich industrielle Überwachung, Ausrichtung sowie Bildverarbeitung für OEMs bereit. Sie sind mit Intel Atom Prozessoren ausgestattet und zu Gigabit-Ethernet- oder USB-3.0-Kameras kompatibel und bieten Anschlüsse für die Echtzeitanzeige und industrielle Kommunikation sowie industrielle Digital-I/O, die benutzerspezifisch angepasst werden können.

Klein und robust
Neben der Robustheit ist auch die Größe ein wichtiges Kriterium für industrielle und Embedded-Bildverarbeitungsanwendungen. Die Systeme vereinen die gesamte Funktionalität in einem kompakten Gehäuse von 130 mm x 108 mm x 61 mm und bieten ein lüfterloses Design, ein Solid-State-Laufwerk und einen erweiterten Temperaturbereich bis +55°C. Durch einen verringerten Wartungsaufwand eignen sie sich für den Einsatz in rauen Umgebungen, wie sie häufig bei Anwendungen in der Fertigung oder bei Embedded-Systemen vorkommen. Das deterministische Echtzeitbetriebssystem trägt zum zuverlässigen Betrieb bei und stellt gleichzeitig sicher, dass Systeme keine Updates durch die IT-Abteilung benötigen oder sonstige Eingriffe erfordern, die bei Windows-Betriebssystemen üblich sind.

Anbindung für Kameras
Die Kompaktsysteme ermöglichen den Einsatz vielfältiger Bildsensortypen, darunter Sensoren für Infrarot (Wärme), Zeilenscan, Farbe, Flächenscan und 3D-Lasertriangulation. Das NI CVS-1459RT ist mit zwei dedizierten USB-3.0-Anschlüssen für USB3-Vision-Kameras ausgestattet. Das Schwestermodell NI CVS-1457RT unterstützt mit zwei voneinander unabhängigen Gigabit-Ethernet-Anschlüssen alle Kameras, die mit GigE Vision kompatibel sind. Beide Anschlüsse umfassen die PoE-Technologie, was die Systemkomplexität und den Aufwand für die Verkabelung reduziert, da die Kameras über den Ethernet-Bus mit Strom versorgt werden. Daneben werden auch Befehle unterstützt, die eine deterministische Triggerung von GigE-Vision-Kameras über den Ethernet-Bus ermöglichen. Dabei werden über ein einziges Ethernet-Kabel Bilder erfasst, die Kamera mit Strom betrieben und Trigger gesendet.

Echtzeitanzeige und HMI
Ein Compact Vision System kann Bilder und Pass/Fail-Ergebnisse einer Sichtprüfung über den integrierten VGA-Anschluss in Echtzeit ausgeben. Dabei lassen sich alle vom Anwender definierbaren Bildüberlagerungen programmatisch ändern, um benutzerspezifische Anzeigen zu erstellen. Für die Auswahl von Inspektionen, die Aktualisierung von Parametern oder die Einrichtung eines neuen Teils kann ein einfacher Webbrowser auf einem beliebigen Windows-(Embedded)-7-Touchpanel als Bedienoberfläche dienen. Mit der verfügbaren Bildverarbeitungssoftware sind Anwender weiterhin in der Lage, eine eigene Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) zu programmieren.

Industrielle Kommunikation
Für die Kommunikation im industriellen Umfeld verfügen die Systeme über 24 rekonfigurierbare Digital-I/Os: acht isolierte Eingangskanäle mit 5 bis 24 VDC, acht isolierte Ausgangskanäle mit 5 bis 24 VDC und acht bidirektionale TTL-Kanäle. Hinzu kommt ein bidirektionaler RS-422-kompatibler Kanal, der als Quadratur-Encoder-Eingang genutzt werden kann. Diese Kanäle umfassen Funktionen zum Erzeugen von Abtastimpulsen, Triggerung und Schreiben auf/Lesen von Digitalkanälen. Mit diesen Signalen können Beleuchtungen oder Kameras dynamisch gesteuert, mit einem Fließband synchronisiert oder mit SPSen integriert werden. Darüber hinaus kann das System Befehle und Daten an andere Geräte senden, etwa an SPSen und Bedienoberflächen. Dafür bedient es sich industrieller Protokolle wie Ethernet/IP, RS232/RS485, serieller Modbus und Modbus/TCP. Dank Netzwerkkonnektivität können Ergebnisse von Inspektionen überwacht, Bilder angesehen oder Daten für die statistische Prozesssteuerung in Datenbanken gespeichert werden. Zur Anbindung an ein Netzwerk besitzen die Systeme einen Gigabit-Ethernet-Anschluss, einen vom Anwender wählbaren seriellen RS-232/RS-485-Anschluss sowie zwei Hochgeschwindigkeits-USB-Steckplätze für die externe Datenspeicherung.
Die Digital-I/O-Kanäle sind direkt mit einem rekonfigurierbaren FPGA verbunden. Benötigt eine Anwendung spezielles Timing oder I/O-Verhalten, wie benutzerspezifische Trigger, Timing, PWM-Ausgänge, anwenderdefinierte digitale Protokolle und Hochgeschwindigkeits-Counter, können die Digital-I/O per Software mit LabVIEW FPGA für zusätzliche Funktionalität umkonfiguriert werden. Das Schreiben eigener I/O-Schnittstellen und Mechanismen für die Datenkommunikation in anderen Low-Level-Softwarewerkzeugen und Hardwarebeschreibungssprachen gestaltet sich damit mühelos.

Umfangreiche Softwarebibliothek
National Instruments liefert seit fast 20 Jahren eine umfangreiche Bibliothek von Bildverarbeitungsfunktionen, mit denen sich ein breites Spektrum von Bilderfassungs- und Bildverarbeitungsanwendungen umsetzen lässt. Die Systeme werden entweder mit der grafischen Systemdesignsoftware LabVIEW und dem Vision Development Module programmiert, oder mit dem einfach bedienbaren „Vision Builder for Automated Inspection" (AI) konfiguriert. Beide Module ermöglichen:
• Nutzung hunderter Algorithmen für die Bildverarbeitung
• Entscheidungsfindung anhand verschiedener Prüfergebnisse
• Ergebnisanzeige über benutzerdefinierbare Schnittstellen
• Kommunikation von Ergebnissen mithilfe von I/O und industriellen Kommunikationsprotokollen
Auch OEMs zeigen sich von den neuen Systemen überzeugt: „Das NI Compact Vision System ist meine erste Wahl für Bildverarbeitungsanwendungen, bei denen Zuverlässigkeit und Betriebszeit eine wesentliche Rolle spielen", so Robert Eastlund, Vice President of Sales bei Graftek Imaging. „Jetzt kann ich von der einfachen Konnektivität und dem hohen Durchsatz für USB3 Gebrauch machen und gleichzeitig von neuen Funktionen für leistungsstarke Verarbeitung und HMI-Integration profitieren. Das ermöglicht Hochgeschwindigkeitslösungen mit hoher Auflösung für industrielle Bildverarbeitungsanwendungen."