Embedded-Bildverarbeitungssystem in rauer Umgebung
Für anspruchsvolle Anforderungen

Ein neues Embedded-Bildverarbeitungssystem, das auf den neuesten industriellen PACs (PAC = Programmable Automation Controller) von National Instruments basiert, bietet Fertigungsingenieuren und Systemintegratoren die Möglichkeit, schnelle Echtzeit-Systeme für die industrielle Bildverarbeitung für Anwendungen zu erstellen, wie z. B. Sortieren von Produkten, Verifizieren von Objekten und Prüfen von Verpackungen.
Die industriellen PACs bieten Anbindungsmöglichkeiten zu Prüf- und Messplattformen des Unternehmens und eignen sich sehr gut für robuste Anwendungen, die eine lüfterlose Kühlung erfordern und über USB, MXI Express, Ethernet, PCI oder PCI Express an externe Geräte angebunden werden sollen. Ein PAC ist quasi eine Verschmelzungsform aus SPS und Industrie-PC. Ein neues, auf diesen Controllern basierendes Embedded-Bildverarbeitungssystem bietet die Möglichkeit, schnelle Echtzeit-Systeme für die industrielle Bildverarbeitung zu erstellen, beispielsweise für Anwendungen wie das Sortieren von Produkten, Verifizieren von Objekten und Prüfen von Verpackungen. Beim NI EVS-1464RT Embedded Vision System handelt es sich um einen leistungsstarken Multicore-Controller, der die Erfassung und Verarbeitung von Bildern mehrerer IEEE-1394- und GigE-Vision-Kameras ermöglicht. Des Weiteren bietet das Embedded Vision System einen erweiterten Temperaturbereich, ein Echtzeitbetriebssystem, eine Solid-State-Festplatte und einen lüfterlosen Aufbau, wodurch sich das System insbesondere für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen eignet.

Für die raue Industrieumgebung

Bisher bestand NIs PAC-Produktlinie hauptsächlich aus dem FPGA-gestützten Datenerfassungs-, Steuerungs- und Regelungssystem CompactRIO (mitsamt dem Erweiterungs-Chassis NI 9144), den PAC-Boards der Serie Single-Board RIO und dem I/O-System Compact FieldPoint. Als Software-Basis dient jeweils LabVIEW, dessen aktuelle Version 2009 Design, Prototypenerstellung und Serienfertigung gleichermaßen abdeckt und dem Anwender die Programmierung von FPGA-Bausteinen in PAC-Systemen erlaubt. Die beiden neuesten lüfterlosen Single-Box-Industrie-PCs sprechen mit ihrem PCI-Express- oder PCI-Einschub-Slot nun auch die Messtechnik an. NI 3110 und NI 3100 eignen sich für Multithreading-fähige Mess-, Steuer- und Regelanwendungen; ihre Stärken spielen sie aber hauptsächlich im Zwischenbereich zwischen Automatisierungs- und Messtechnik aus.

Zugeschnitten auf die Belange der Bildverarbeitung

Diese Industrie-PC-Version gibt es auch als Embedded Vision System, das speziell auf die Belange der Bildverarbeitung zugeschnitten ist. Beim Embedded Vision System (EVS) handelt es sich um einen robusten Automatisierungscontroller, der die Anbindung von Indust-riekameras mit offener Kommunikation und Multicore-Leistung verbindet. Das EVS-1464RT wurde für die Echtzeiterfassung und -verarbeitung von Bildern von mehreren IEEE-1394- und GigE-Vision-Kameras konzipiert. Es eignet sich für Bildverarbeitungsanwendungen wie z. B. Hochgeschwindigkeitssortierung, Montageverifizierung und Verpackungsprüfung. Dieser Industrie-PC bietet ein lüfterloses Design, das eine Solid-State-Festplatte sowie einen erweiterten Temperaturbereich und ein Echtzeitbetriebssystem beinhaltet. Dadurch kann es unter anspruchsvollen Bedingungen in der Fertigung eingesetzt werden, da weniger Wartung nötig ist und gleichzeitig die Zuverlässigkeit erhöht wird.

Höhere Zuverlässigkeit

Aufgrund einer Vielzahl an Digital-I/O und Kommunikationsoptionen für die Industrie kann dieses System mit einer breiten Palette von Automatisierungsgeräten kommunizieren und als Teil dieser Geräte integriert werden, darunter speicherprogrammierbare Steuerungen, Mensch-Maschine-Schnitt­stellen, Roboter, Sensoren und Aktoren. Zudem ist das EVS-1464RT aufgrund seines Multicore-Prozessors und Echtzeitbetriebssystems ideal für komplexere Inspektionen bei höherer Geschwindigkeit.

Komplexe Kontrolle bei hoher Geschwindigkeit

Das Embedded Vision System unterstützt IIDC-konforme IEEE-1394-Kameras und GigE-Vision-konforme Ethernet-Kameras. National Instruments hat die erste Echtzeittreibersoftware für die Kommunikation, Konfiguration und Erfassung von Bildern sowohl von IEEE-1394- als auch von GigE-Vision-Kameras entwickelt.

Multicore-Bildverarbeitung

Mithilfe von NI-Bildverarbeitungssoftware und der Software NI LabVIEW kann das EVS-1464RT seine Multicore-Prozessoren voll ausnutzen, weil die Rechenlast automatisch auf die zur Verfügung stehenden Kerne verteilt wird. Bildverarbeitungsanwendungen können mithilfe des LabVIEW Real-Time Module deterministisch und zuverlässig ausgeführt werden. Das Modul ermöglicht die Implementierung maschinennaher Steuerungen, um wichtige Aufgaben zu priorisieren, so dass etwa die Sichtkontrolle mit höherer Priorität als die Bildschirmanzeige ausgeführt wird.

Unterstützung mehrerer Kameras

Das EVS-1464RT bietet eine kostengünstige Möglichkeit, simultan Bilder von mehreren Kameras zu erfassen und zu verarbeiten und so Teile aus verschiedenen Winkeln zu untersuchen, die Gesamtauflösung zu erhöhen und mehrere Spezialkameras (Farbe, schwarz-weiß, Zeilenscan usw.) gleichzeitig zu nutzen. Dank zweier IEEE-1394b-Anschlüsse und einem weiteren Gigabit-Ethernet-Anschluss können mehrere IEEE-1394a/b- und GigE-Vision-Kameras angeschlossen werden. Außerdem können je nach Bandbreitenanforderungen Hubs genutzt werden, um simultane Kontrollen mit zusätzlichen Kameras durchzuführen.

Echtzeitanzeige und Mensch-Maschine-Schnittstelle

Das System ermöglicht die Ausgabe von Echtzeitbildern und Gut/Schlecht-Ergebnissen über den integrierten DVI-Anschluss. Alle benutzerdefinierbaren Bildüberlagerungen können programmatisch geändert werden, um so anwenderspezifische Anzeigen zu erstellen. Zudem kann auch ein einfacher Webbrowser auf jedem Touchpanel mit Windows CE, XP, oder XP Embedded als Bedienoberfläche fungieren, um Ansichten auszuwählen, Parameter zu aktualisieren oder ein neues Teil einzurichten. Die Bildverarbeitungssoftware bietet die Möglichkeit, eine Benutzeroberfläche für das Bildverarbeitungssystem zu programmieren.

Industrielle Kommunikation und integrierte Digital-I/O

Dieses Embedded Vision System verfügt über 29 rekonfigurierbare Digital-I/O-Kanäle: 15 Digitaleingangskanäle, wovon 13 isolierte 24-V-Kanäle und zwei dedizierte TTL-Kanäle sind sowie 14 Digitalausgangskanäle, davon vier isolierte 24-V- und 10 dedizierte TTL-Leitungen. Diese Kanäle besitzen integrierte Funktionalität für die Kommunikation mit externen Geräten, wie beispielsweise das Le­sen von einem Inkrementaldrehgeber, das Erzeugen von Taktimpulsen, Triggerung und das Ein- bzw. Auslesen von Digitalkanälen. Mithilfe dieser Signale lassen sich die Beleuchtung oder Kameras dynamisch steuern, die Anlage mit einem Förderband synchronisieren oder an speicherprogrammierbare Steuerungen anschließen. Darüber hinaus kann das System Befehle und Daten über Industrieprotokolle wie z. B. EtherNet/IP, RS232, Modbus Serial und Modbus/TCP an andere Geräte schicken (etwa speicherprogrammierbare Steuerungen und Bedienoberflächen).

Unternehmensweite Anbindung

Dank unternehmensweiter Anbindung können auch die Prüfergebnisse überwacht, Bilder gesichtet oder Daten in Datenbanken zur statistischen Prozesskontrolle gespeichert werden. Das Bildverarbeitungssystem besitzt einen FPGA (Field-Programmable Gate Array), der direkt mit den Digital-I/O-Kanälen verbunden ist. Benötigt eine Anwendung präzises Timing oder benutzerdefiniertes I/O-Verhalten, kann das LabVIEW FPGA Module genutzt werden, um die Digital-I/O-Kanäle zu konfigurieren und zusätzliche Funktionen zu erhalten, wie z. B. spezielle Triggerfunktionen, Timing, Pulsweitenmodulationsausgänge, anwenderspezifische digitale Protokolle und Hochgeschwindigkeitszähler.

Robustes Industriedesign

Das NI Embedded Vision System wurde für raue Industrieumgebungen konzipiert. Es wird lüfterlos gekühlt und der Temperaturbereich von 0 bis 45°C gewährleistet einen durchgehenden Betrieb. Es besitzt eine Solid-State-Festplatte mit 512MB, die um weitere CompactFlash-Speicher ergänzt werden kann. Da keine beweglichen Teile verbaut sind, ist das Bildverarbeitungssystem eine zuverlässige Erweiterung für Verpackungs-, Montage- und Produktionssysteme.

Konfiguration und Programmierung der visuellen Kontrolle

Prüfungen können mit der bedienfreundlichen Stand-alone-Software Vision Builder for Automated Inspection (AI) konfiguriert werden. Anspruchsvolle, benutzerdefinierte Funktionen lassen sich mit dem Vision Development Module programmieren. Beide Optionen nutzen die zahlreichen integrierten Funktionen für die industrielle Bildverarbeitung und -visualisierung, um etwa Bilder zu vergrößern sowie Anwesenheit, Lage und Maße von Objekten zu prüfen.

Softwareskalierbarkeit

Dieselbe Konfigurationssoftware (Vision Builder AI) und Programmiersoftware (Vision Development Module) wird für die gesamte NI-Bildverarbeitungshardware genutzt. So muss der Anwender sich nur einmal in die Bildverarbeitungssoftware einarbeiten und kann dadurch Zeit und Kosten reduzieren, um Systeme zu warten oder neue Anwendungen zu erstellen. Dazu kann er die jeweils passende Hardware auswählen, sei es ein PC, ein Embedded Vision System oder eine Smart Camera. Im Lieferumfang der Bildverarbeitungssoftware ist NI Vision Acquisition enthalten. Dabei handelt es sich um eine Sammlung von Treibern für IEEE-1394- und GigE-Vision-Kameras, die sich erweitern lässt, um eine größere Vielfalt von Kameratypen für den Einsatz mit anderer NI-Bildverarbeitungshardware zu unterstützen.

Autor: Johannes Bauer, National Instruments