Beleuchtungssystem für hochgenaue Blitzzeitpunkte
Beleuchtungssysteme für die industrielle Bildverarbeitung gibt es wie Sand am Meer. Dennoch hat sich B&R entschieden, ein eigenes, integriertes System auf den Markt zu bringen. Wieso diese Entscheidung dennoch die richtige war und welche Rolle dabei das Thema Integration spielt, erklärt Produktmanager Andreas Waldl im Interview.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHUmfassendes Beleuchtungsportfolio
Das Beleuchtungsportfolio von B&R umfasst Backlights, Balkenleuchten und Ringleuchten in unterschiedlichen Ausführungen. Zudem sind auch Kameras mit bis zu 64 integrierten LEDs erhältlich. Jede Leuchte verfügt über einen integrierten Blitz-Controller und lässt sich gleichzeitig mit bis zu vier unterschiedlichen LED-Farben ausstatten. Die Auswahl reicht von Weiß, über mehrere sichtbare Farben, bis hin zu IR und UV. Dadurch lassen sich Kontrast, Lichtfarbe, Ausleuchtung und Belichtungsstärke für jede Anwendung anpassen. Die flexiblen Balkenleuchten verfügen über einen elektronisch verstellbaren Abstrahlwinkel von -40 bis +90°. Die Balkenleuchten stehen auch als fertig konfigurierte vier-, sechs- und achtfache Ringleuchte zur Verfügung. Alle B&R-Beleuchtungssysteme benötigen lediglich ein Kabel. Über einen M12-Hybridanschluss werden Leuchte und Kamera in das Maschinennetzwerk eingebunden und gleichzeitig mit 24VDC versorgt. Ein zweiter Hybridanschluss ermöglicht Daisy-Chain-Verkabelungen mit weiteren Leuchten oder Kameras.
Herr Waldl, Hand aufs Herz, ist es wirklich notwendig, dass ein Automatisierungsanbieter wie B&R ein eigenes Beleuchtungssystem im Portfolio hat?
Andreas Waldl: Vor knapp zehn Jahren hätte ich diese Frage sicherlich noch mit nein beantwortet. Doch dann habe ich mich grundlegend mit dem Thema Machine Vision beschäftigt und bin zu dem Schluss gekommen, dass sich viele Anforderungen moderner Maschinen nur lösen lassen, wenn das Vision-System und die restliche Maschinenautomatisierung aus einer Hand kommen.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHNun, das erklärt, wieso B&R eigene Kameras entwickelt hat. Aber wieso auch ein eigenes Beleuchtungssystem?
Waldl: Weil für die Qualität des aufgenommenen Bildes die Beleuchtung sogar noch wichtiger ist. Im Endeffekt bestimmen der Zeitpunkt, die Intensität und die Homogenität des Lichtblitzes darüber, ob die gewünschten Vision-Funktionen fehlerfrei ausgeführt werden können. Und genau dafür benötigen wir ein integriertes Beleuchtungssystem.
Was verstehen Sie in diesem Zusammenhang unter integriert?
Waldl: Schauen wir uns eine herkömmliche Beleuchtung an. In den meisten Fällen gibt es genau eine Möglichkeit, diese anzusteuern: Einen digitalen Trigger-Eingang. Manche Leuchten haben zusätzlich noch ein Potenziometer, um die Lichtintensität manuell anzupassen. Es gibt sicher Anwendungsfälle, in denen das ausreicht. Aber wenn die Applikation schneller ist, und wechselnde Produkte gefertigt werden ?
? braucht es eine integrierte Beleuchtung.
Waldl: Ganz genau, denn so eine integrierte Beleuchtung bekommt mehr Informationen vom Steuerungssystem. Zuallererst natürlich einen extrem genauen Blitzzeitpunkt - bei unserem System liegt die Synchronisierungsgenauigkeit bei unter einer Mikrosekunde; sowie die Information mit welcher Farbe und welcher Intensität geblitzt werden soll, um das jeweilige Produkt bestmöglich abzubilden. Unsere Beleuchtungen können im Prinzip bei jedem einzelnen Bild mit unterschiedlichen Parametern arbeiten, ohne dass dadurch eine Verzögerung entsteht. Meines Wissens gibt es keine Leuchten auf dem Markt, die so eine hohe Flexibilität und Genauigkeit erreichen.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHWenn die Leuchten von B&R so viele Möglichkeiten bieten, sind sie dann kompliziert zu bedienen?
Waldl: Nein, und das ist auch ein Vorteil der tiefen Integration. Da sämtliche Variablen aus dem Steuerungssystem auch für die Vision-Funktionen zur Verfügung stehen, können wir unseren Kunden viele Vision-Funktionen anbieten, die sie einfach in ihrer gewohnten Entwicklungsumgebung verwenden können. Der Anwender muss sich lediglich die Komponenten zusammenstellen, die er benötigt und diese dann parametrieren.
Wenn ich Sie richtig verstehe, lassen sich all diese Vorteile aber nur nutzen, wenn auch eine Kamera von B&R eingesetzt wird. Ist das richtig?
Waldl: Nur zum Teil. Es ist natürlich richtig, dass sich unsere Kameras, Leuchten und Maschinensteuerungen gut ergänzen, aber viele der Vorteile unserer Leuchten kommen auch zum Tragen, wenn sie mit Kameras von Drittherstellern kombiniert werden. Unser Beleuchtungssystem kann sogar manche Schwachpunkte anderer Kamerasysteme ausmerzen. Die meisten Kameras haben nämlich aufgrund des verwendeten Sensors von Haus aus einen so hohen Jitter, dass es unmöglich ist, sie exakt mit den Achsbewegungen der Maschine zu synchronisieren. Diese Ungenauigkeit lässt sich jedoch einfach mit unseren Beleuchtungen kompensieren, denn diese blitzen mit einer Genauigkeit und einer minimalen Pulsdauer von einer Mikrosekunde. Auf diese Weise lassen sich selbst Produkte scharf abbilden, die sich mit einer Geschwindigkeit von 50m/s bewegen.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHFür wen könnte so eine Kombination aus B&R-Licht und Dritthersteller-Kamera interessant sein?
Waldl: Zum Beispiel für Systemintegratoren, die sehr unterschiedliche Anforderungen bedienen müssen. Wenn sie für bestimmte Aufgabenstellungen eine spezielle Kameralösung benötigen, können sie trotzdem unser Beleuchtungssystem einsetzen. Dazu verwenden sie einfach eines unserer Standard-Interface-Module und binden ein oder mehrere B&R-Leuchten in ihr Maschinennetzwerk ein.
Geht das nicht auch mit anderen externen Blitz-Controllern?
Waldl: Unser System eröffnet weit mehr Möglichkeiten als ein handelsüblicher Blitz-Controller. Diese können nur hartverdrahtete externe Trigger-Quellen verwenden und auch nur eine definierte Anzahl an Leuchten ansteuern. Bei B&R reicht die Bandbreite von einer Leuchte bis hin zu einer Kombination aus beliebig vielen Leuchten, die über frei wählbare Variablen und Signale getriggert werden können. Der Anwender kann mit Hard- und Software aus dem Standard-Portfolio von B&R eine völlig flexible Controller-Lösung erstellen, die über eine eigene webbasierte Bedienoberfläche verfügt. Diese Lösung kann dann mit beliebigen Kommunikationsprotokollen angesprochen werden, natürlich auch mit OPC UA. Für die Erweiterung um Ethernet TSN ist das B&R-System auch schon vorbereitet.
Sie bieten nun Kameras, diverse Leuchten und die dazugehörigen Software-Funktionen an. Ist das B&R-Vision-Portfolio damit vollständig?
Waldl: Wir haben einen sehr guten Grundstock auf den Markt gebracht, damit lassen sich schon viele Aufgabenstellungen lösen. Aber wir haben noch lange nicht das Ende der Fahnenstange erreicht. Wir entwickeln bereits an weiteren Lösungen und Produkten, mit denen wir unser Portfolio in den kommenden Jahren ergänzen werden. Zu Details kann ich mich im Moment leider noch nicht äußern. Aber so viel kann ich schon verraten: Wir sind noch lange nicht am Ziel unserer spannenden Reise.
Das B&R-Vision-System
B&R hat von Grund auf eine eigene Machine-Vision-Lösung entwickelt und vollständig in sein Steuerungssystem integriert. Vision-Applikationen lassen sich nun schneller umsetzen, da Steuerungstechnik und Vision erstmals aus einer Hand kommen, weswegen auch die Gesamtkosten deutlich niedriger sind. Die Vision-Lösung besteht aus einem Beleuchtungssystem, Kameras und intelligenten Bildverarbeitungsalgorithmen. Die Beleuchtung ist wahlweise in die Kameras integriert oder als externes Gerät verfügbar und wird automatisch mit dem Bildeinzug synchronisiert. Die tiefe Integration eröffnet Möglichkeiten, die weit über die Qualitätssicherung hinausgehen. Die Informationen des Vision-Systems können in Echtzeit in Regelkreise eingebunden und für die Maschinensteuerung verwendet werden. Achsbewegungen und Kamera werden mikrosekundengenau synchronisiert.
Beleuchtungssysteme für die industrielle Bildverarbeitung gibt es wie Sand am Meer. Dennoch hat sich B&R entschieden, ein eigenes, integriertes System auf den Markt zu bringen. Wieso diese Entscheidung dennoch die richtige war und welche Rolle dabei das Thema Integration spielt, erklärt Produktmanager Andreas Waldl im Interview.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHUmfassendes Beleuchtungsportfolio
Das Beleuchtungsportfolio von B&R umfasst Backlights, Balkenleuchten und Ringleuchten in unterschiedlichen Ausführungen. Zudem sind auch Kameras mit bis zu 64 integrierten LEDs erhältlich. Jede Leuchte verfügt über einen integrierten Blitz-Controller und lässt sich gleichzeitig mit bis zu vier unterschiedlichen LED-Farben ausstatten. Die Auswahl reicht von Weiß, über mehrere sichtbare Farben, bis hin zu IR und UV. Dadurch lassen sich Kontrast, Lichtfarbe, Ausleuchtung und Belichtungsstärke für jede Anwendung anpassen. Die flexiblen Balkenleuchten verfügen über einen elektronisch verstellbaren Abstrahlwinkel von -40 bis +90°. Die Balkenleuchten stehen auch als fertig konfigurierte vier-, sechs- und achtfache Ringleuchte zur Verfügung. Alle B&R-Beleuchtungssysteme benötigen lediglich ein Kabel. Über einen M12-Hybridanschluss werden Leuchte und Kamera in das Maschinennetzwerk eingebunden und gleichzeitig mit 24VDC versorgt. Ein zweiter Hybridanschluss ermöglicht Daisy-Chain-Verkabelungen mit weiteren Leuchten oder Kameras.
Herr Waldl, Hand aufs Herz, ist es wirklich notwendig, dass ein Automatisierungsanbieter wie B&R ein eigenes Beleuchtungssystem im Portfolio hat?
Andreas Waldl: Vor knapp zehn Jahren hätte ich diese Frage sicherlich noch mit nein beantwortet. Doch dann habe ich mich grundlegend mit dem Thema Machine Vision beschäftigt und bin zu dem Schluss gekommen, dass sich viele Anforderungen moderner Maschinen nur lösen lassen, wenn das Vision-System und die restliche Maschinenautomatisierung aus einer Hand kommen.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHNun, das erklärt, wieso B&R eigene Kameras entwickelt hat. Aber wieso auch ein eigenes Beleuchtungssystem?
Waldl: Weil für die Qualität des aufgenommenen Bildes die Beleuchtung sogar noch wichtiger ist. Im Endeffekt bestimmen der Zeitpunkt, die Intensität und die Homogenität des Lichtblitzes darüber, ob die gewünschten Vision-Funktionen fehlerfrei ausgeführt werden können. Und genau dafür benötigen wir ein integriertes Beleuchtungssystem.
Was verstehen Sie in diesem Zusammenhang unter integriert?
Waldl: Schauen wir uns eine herkömmliche Beleuchtung an. In den meisten Fällen gibt es genau eine Möglichkeit, diese anzusteuern: Einen digitalen Trigger-Eingang. Manche Leuchten haben zusätzlich noch ein Potenziometer, um die Lichtintensität manuell anzupassen. Es gibt sicher Anwendungsfälle, in denen das ausreicht. Aber wenn die Applikation schneller ist, und wechselnde Produkte gefertigt werden ?
? braucht es eine integrierte Beleuchtung.
Waldl: Ganz genau, denn so eine integrierte Beleuchtung bekommt mehr Informationen vom Steuerungssystem. Zuallererst natürlich einen extrem genauen Blitzzeitpunkt - bei unserem System liegt die Synchronisierungsgenauigkeit bei unter einer Mikrosekunde; sowie die Information mit welcher Farbe und welcher Intensität geblitzt werden soll, um das jeweilige Produkt bestmöglich abzubilden. Unsere Beleuchtungen können im Prinzip bei jedem einzelnen Bild mit unterschiedlichen Parametern arbeiten, ohne dass dadurch eine Verzögerung entsteht. Meines Wissens gibt es keine Leuchten auf dem Markt, die so eine hohe Flexibilität und Genauigkeit erreichen.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHWenn die Leuchten von B&R so viele Möglichkeiten bieten, sind sie dann kompliziert zu bedienen?
Waldl: Nein, und das ist auch ein Vorteil der tiefen Integration. Da sämtliche Variablen aus dem Steuerungssystem auch für die Vision-Funktionen zur Verfügung stehen, können wir unseren Kunden viele Vision-Funktionen anbieten, die sie einfach in ihrer gewohnten Entwicklungsumgebung verwenden können. Der Anwender muss sich lediglich die Komponenten zusammenstellen, die er benötigt und diese dann parametrieren.
Wenn ich Sie richtig verstehe, lassen sich all diese Vorteile aber nur nutzen, wenn auch eine Kamera von B&R eingesetzt wird. Ist das richtig?
Waldl: Nur zum Teil. Es ist natürlich richtig, dass sich unsere Kameras, Leuchten und Maschinensteuerungen gut ergänzen, aber viele der Vorteile unserer Leuchten kommen auch zum Tragen, wenn sie mit Kameras von Drittherstellern kombiniert werden. Unser Beleuchtungssystem kann sogar manche Schwachpunkte anderer Kamerasysteme ausmerzen. Die meisten Kameras haben nämlich aufgrund des verwendeten Sensors von Haus aus einen so hohen Jitter, dass es unmöglich ist, sie exakt mit den Achsbewegungen der Maschine zu synchronisieren. Diese Ungenauigkeit lässt sich jedoch einfach mit unseren Beleuchtungen kompensieren, denn diese blitzen mit einer Genauigkeit und einer minimalen Pulsdauer von einer Mikrosekunde. Auf diese Weise lassen sich selbst Produkte scharf abbilden, die sich mit einer Geschwindigkeit von 50m/s bewegen.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHFür wen könnte so eine Kombination aus B&R-Licht und Dritthersteller-Kamera interessant sein?
Waldl: Zum Beispiel für Systemintegratoren, die sehr unterschiedliche Anforderungen bedienen müssen. Wenn sie für bestimmte Aufgabenstellungen eine spezielle Kameralösung benötigen, können sie trotzdem unser Beleuchtungssystem einsetzen. Dazu verwenden sie einfach eines unserer Standard-Interface-Module und binden ein oder mehrere B&R-Leuchten in ihr Maschinennetzwerk ein.
Geht das nicht auch mit anderen externen Blitz-Controllern?
Waldl: Unser System eröffnet weit mehr Möglichkeiten als ein handelsüblicher Blitz-Controller. Diese können nur hartverdrahtete externe Trigger-Quellen verwenden und auch nur eine definierte Anzahl an Leuchten ansteuern. Bei B&R reicht die Bandbreite von einer Leuchte bis hin zu einer Kombination aus beliebig vielen Leuchten, die über frei wählbare Variablen und Signale getriggert werden können. Der Anwender kann mit Hard- und Software aus dem Standard-Portfolio von B&R eine völlig flexible Controller-Lösung erstellen, die über eine eigene webbasierte Bedienoberfläche verfügt. Diese Lösung kann dann mit beliebigen Kommunikationsprotokollen angesprochen werden, natürlich auch mit OPC UA. Für die Erweiterung um Ethernet TSN ist das B&R-System auch schon vorbereitet.
Sie bieten nun Kameras, diverse Leuchten und die dazugehörigen Software-Funktionen an. Ist das B&R-Vision-Portfolio damit vollständig?
Waldl: Wir haben einen sehr guten Grundstock auf den Markt gebracht, damit lassen sich schon viele Aufgabenstellungen lösen. Aber wir haben noch lange nicht das Ende der Fahnenstange erreicht. Wir entwickeln bereits an weiteren Lösungen und Produkten, mit denen wir unser Portfolio in den kommenden Jahren ergänzen werden. Zu Details kann ich mich im Moment leider noch nicht äußern. Aber so viel kann ich schon verraten: Wir sind noch lange nicht am Ziel unserer spannenden Reise.
Das B&R-Vision-System
B&R hat von Grund auf eine eigene Machine-Vision-Lösung entwickelt und vollständig in sein Steuerungssystem integriert. Vision-Applikationen lassen sich nun schneller umsetzen, da Steuerungstechnik und Vision erstmals aus einer Hand kommen, weswegen auch die Gesamtkosten deutlich niedriger sind. Die Vision-Lösung besteht aus einem Beleuchtungssystem, Kameras und intelligenten Bildverarbeitungsalgorithmen. Die Beleuchtung ist wahlweise in die Kameras integriert oder als externes Gerät verfügbar und wird automatisch mit dem Bildeinzug synchronisiert. Die tiefe Integration eröffnet Möglichkeiten, die weit über die Qualitätssicherung hinausgehen. Die Informationen des Vision-Systems können in Echtzeit in Regelkreise eingebunden und für die Maschinensteuerung verwendet werden. Achsbewegungen und Kamera werden mikrosekundengenau synchronisiert.
B&R Industrie-Elektronik GmbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 10 (Oktober) 2021 - 06.10.21.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
