Optische Bildverarbeitung kommt sowohl als Stand-Alone Lösung, als auch eingebettet in eine Automatisierungsumgebung zum Einsatz. Totally Integrated Automation (TIA) bedeutet die Integration aller Komponenten, die mit der Automatisierungsaufgabe befasst sind. Dazu müssen beteiligte Software- und Hardwarebausteine eine aufeinander abgestimmte Funktionalität besitzen. Das verkürzt die Engineering- und Inbetriebsetzungsphase und bietet den erwarteten Komfort für den Betrieb. Bedienen und Beobachten findet heute in einer klassischen TIA-Umgebung statt, die aus einem HMI-Gerät und vernetzten Automatisierungskomponenten besteht. Von der optischen Sensorik wird erwartet, dass sie sich in diese Systemumgebung einfügt. Maschinennahes Bedienen und Beobachten soll nicht nur den Zugriff auf den Prozess ermöglichen, sondern auch die BV transparent machen.

Qualitätssicherung stellt eines der Hauptanwendungsgebiete von modernen Vision Sensoren dar, in denen ihre Stärke – Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit der Objektanalyse – zum Tragen kommt. Im Fertigungsprozess soll der Vision Sensor keine Blackbox sein, sondern der Anwender fordert Transparenz in Bezug auf seine Funktion und Zugriff auf den Vision Sensor in Hinblick auf:

• zentrale Bedienung eines oder mehrerer Vision Sensoren
• Livebild-Visualisierung
•  Analyse von fehlerhaften Prüfobjekten
• Anzeige der Ergebniswerte der Bildanalyse
• Archivierung der Ergebniswerte

Zentrale Visualisierung

Simatic HMI Soft- und Hardware bieten auf den ersten Blick keine Funktionalität, die den Erfordernissen der BV Rechnung trägt, jedoch ist es durch die Nutzung von Microsoft DCOM und ActiveX-Technologie möglich, diese Funktionalität in Simatic HMI zu integrieren. HMI Controls VS 720 nutzen diese Technologien und sind speziell für Simatic Multi Panels und PC-basierte Lösungen auf Basis WinCC und ProTool/Pro konzipiert. Synergien und damit eine kostengünstige Lösung erreichen die Controls durch die Erweiterung der bestehenden Funktionalität von Simatic HMI.

Arbeitsweise

Die HMI Controls VS 720 lassen sich in die Engineering-Umgebung von WinCC und ProTool/Pro als Funktion einbinden. Als ActiveX-Control sind sie dann in der gleichen Art und Weise wie die HMI-Standardfunktionen nutzbar. Ihre Größe und die Positionierung im Visualisierungsfeld bestimmt der Anwender. Bei der Projektierung müssen für jeden Vision Sensor die Verbindungseigenschaften angegeben werden, die ihn im Netzwerk und die Anzahl seiner Verbindungen kennzeichnen. Bis zu drei Verbindungen je Sensor sind zulässig, wobei jede Verbindung einer Funktion zugeordnet werden kann.

Schnappschuss

Vor Ort in der Fertigung übermittelt der Vision Sensor Echtzeitbilder an die HMI Controls. Der Anwender entscheidet, welcher Bildertyp zur Anzeige kommen soll:

• Livebilder: Objekte, die als gut oder fehlerhaft erkannt werden. 
• „Gut“-Bilder: Das Objekt entspricht den Prüfprogrammkriterien und wird als fehlerfrei eingestuft. 
• „Fehler“-Bilder: Das Prüfprogramm meldet fehlerhafte Objekte im Bild.

Allein die Anzeige des Objekts in einem „Fehler“-Bild führt in bestimmten Fällen nicht zum gewünschten Ergebnis der Fehlerlokalisierung. Deswegen gibt es die Möglichkeit, die Overlays der Prüfkriterien des Prüfprogramms mit einzublenden, um dadurch die Fehleranalyse zu erleichtern. Bequem kann der Bediener Bilder von bis zu vier Vision Sensoren sequentiell einblenden und zur Anzeige bringen.

Eine alleinige Anzeige der Bilder eines Sensors ist in bestimmten Fällen nicht ausreichend, denn Fehler, die einer Analyse bedürfen, können auch in den Pausen des Bedienpersonals auftreten und werden dann nicht erkannt. Deswegen ermöglichen die HMI Controls eine Archivierung der Bilder, damit sie zu einem späteren Zeitpunkt ausgewertet werden können. Selbstverständlich kann der Anwender – wie bei der Bildanzeige – den Bildtyp wählen, der archiviert werden soll. Additiv stehen verschiedene Möglichkeiten der Archivierung zur Auswahl: 

• Speicherung einer projektierten Bilderanzahl in Form eines Ringpuffers, der immer wieder zyklisch überschrieben wird. 
• Nutzung der Ringpufferfunktion und Stopp der Archivierung beim Auftreten eines „Fehler“-Bildes. 
• Archivieren einer definierten Anzahl von Bildern.

Gleichzeitig mit der Archivierung erfolgt die Anzeige der Bilder, jedoch kann der Bediener der HMI Controls die archivierten Bilder auch zu einem späteren Zeitpunkt zur Anzeige bringen. Alternativ ist es möglich, die Bilder mit der Engineering- Software Spectation, die zur Projektierung der Vision Sensoren dient, mit dem zugehörigen Prüfprogramm offline auf einem PC zu analysieren.

Erkennen und bewerten

Die alleinige Anzeige eines Bildes genügt oftmals nicht, wenn weitere Informationen zum geprüften Objekt benötigt werden. Dabei handelt es sich im einfachen Fall um eine „Gut“-/„Fehler“-Aussage oder ggf. auch um Messwerte, die die Abmessungen bestimmter Objektmerkmale in einer physikalischen Einheit angeben. Die HMI Controls zeigen bei Bedarf bis zu 20 Werte je Vision Sensor an. In Simatic Spectation bestimmt der Anwender die Auswahl der Werte aus dem Prüfprogramm. Sie werden dann an die Controls übermittelt und in einer Tabelle mit einer eindeutigen Bezeichnung übersichtlich dargestellt. In bestimmten Fällen bedürfen Werte der Bildanalyse des Vision Sensors einer weiteren Auswertung, z. B. um für jedes analysierte Objekt ggf. Messwerte nachweisen zu können. Ein weiterer wichtiger Anwendungsfall ist die statistische Nachbereitung vorhandener Messwerte, um die Qualität der gefertigten Teile zu optimieren oder sehr enge Fertigungstoleranzen sicherstellen zu können. Deswegen bieten die HMI Controls VS 720 die Möglichkeit, alle angezeigten Werte zu archivieren. Gleichzeitig erfolgt die Speicherung von bis zu 20 Werten in eine CSV-Datei, die sich zu einem späteren Zeitpunkt oder auch während des Betriebs in Microsoft Excel nach Anwenderwünschen weiter verarbeiten lassen.

Vision Sensor steuern

Die HMI Controls VS 720 schließen als weiteren wichtigen Bestandteil eine Bedienung der angeschlossenen Vision Sensoren ohne das Engineering Tool Simatic Spectation mit ein. Falls ein anderes Teil gefertigt und vom Gerät analysiert werden soll, kann das Prüfprogramm durch eine einfache Remote- Bedienung geändert werden. Weitere Funktionen erleichtern die Inbetriebnahme des Vision Sensors oder sind auch während des Betriebs von Wichtigkeit:

• Manuelles Triggern und Bild aufnehmen 
• Starten und Stoppen der Inspektion 
• Statistik der Inspektionszeit

HMI Controls VS 720 bilden ein wichtiges Element der Remote-Bedienung und der Beobachtung von Vision Sensoren in einem Industrial-Ethernet-Netzwerk. Sie sind als Funktion einfach auf Simatic HMI Geräten implementierbar und erhöhen deren Wertigkeit durch die Erweiterung ihrer Funktionalität. Vision Sensoren erhalten dadurch eine komfortable Bedienbarkeit. 

Dipl.-Ing. (FH) Hubert Schleippmann, Produktmanager industrielle Bildverarbeitung Siemens AG www.siemens.de/simatic-sensors/mv