Machine Vision treibt Automatisierung in der Fertigung

Die Digitalisierung der deutschen Industrie ist nicht mehr aufzuhalten. Zu groß sind die Chancen, mit der Automatisierung industrieller Wertschöpfungsketten den Wettbewerbsvorsprung auszubauen. So ist es konsequent, dass der Umsatz mit Industrie 4.0-Lösungen sowie im Spezialgebiet des Industrial Internet of Things (IIoT) 2018 ein Fünftel höher ausfallen wird als im Vorjahr sowie gegenüber 2015 sogar um 77 Prozent steigt, wie der Branchenverband Bitkom Ende 2017 prognostizierte. Bei der Vernetzung von Maschinen untereinander und mit Robotern spielt die Industrielle Bildverarbeitung (IBV) eine Schlüsselrolle. Mit Machine Vision-Lösungen lernen Roboter und Maschinen „sehen“ und ermöglichen dadurch völlig neue Automatisierungslösungen.

Beschleunigung der Produktion

Die Integration von Machine Vision-Lösungen in Fertigungsabläufe kann die Produktion maßgeblich beschleunigen. Bilderfassung und -verarbeitung unterstützen oder übernehmen in Produktionsprozesse einige Arbeitsschritte, die früher nur durch Menschen übernommen werden konnten. IBV hilft beispielsweise bei der Identifikation eines Bauteils oder Werkstücks, erkennt die Lage und assistiert dadurch bei der Ausrichtung auf einem Bearbeitungstisch durch einen Roboter. Es informiert nachgelagerte Fertigungsschritte über Bearbeitungsaufgaben, in dem es einen Barcode scannt und damit einem Bearbeitungszentrum „mitteilt“, an welchen Stellen es das Werkstück mit welchen Werkzeugen bearbeiten soll. In Verbindung mit Robotern und Maschinen kann die IBV also als Sensor und Informationsgeber das Bindeglied stellen, um vollautonome Produktionslinien zu verwirklichen.

In Verbindung mit einem Enterprise Resource Planning-System oder einer Produktionsplanungssoftware können so an einer Linie ganz unterschiedliche Werkstücke bearbeitet werden. Gerade bei kleinen Stückzahlen oder variantenreichen Massenprodukten spielt die IBV ihre Stärken aus. Durch ihren Einsatz können Maschinenrüstzeiten teilweise komplette entfallen. Der Aufwand für die Umsetzung individueller Kundenwünsche sinkt. Das erhöht die Produktivität und senkt zugleich die Kosten.

Losgröße 1 zum Preis der Massenproduktion

Der Trend zu immer kleineren Losgrößen stellt viele Fertigungsunternehmen vor die Herausforderung, ob sie diese Anforderungen noch mit einem vertretbaren Aufwand erfüllen können. Denn die Wirtschaftlichkeit leidet, wenn für kleine Stückzahlen der Produktionsprozess zu planen und Maschinen einzurichten ist. Machine Vision bietet hier die Möglichkeit zur Rationalisierung der Fertigungsplanung und der Produktionsprozesse. Sind beispielsweise Werkstücke abhängig von ihren Größen und Formaten an unterschiedlichen Stellen und mit verschiedenen Werkzeugen zu bearbeiten, kann die IBV die entscheidenden Informationen in kürzester Zeit bereitstellen. Die Kamera erkennt das Werkstück, ruft die Bearbeitungsaufgabe aus dem ERP ab und teilt sie der Maschine mit. Eine Fertigungslinie beispielsweise zur Herstellung von individuellen Türen oder Fenstern muss durch die IBV nur einmal eingerichtet werden. Danach liefert die Kamera die Informationen, die das Zusammenspiel von Robotern, Bearbeitungszentren mit Machine Vision zu einer autonomen Produktion ermöglichen.

Das Ende der Stichprobe: Qualitätssicherung total

Neben der Produktionssteuerung übernimmt die IBV immer mehr Aufgaben in der Qualitätsprüfung und -überwachung. Denn überall, wo Menschen durch optische Täuschung oder mangelhafte Konzentration Fehler machen, sind Machine Vision-Systeme unbestechlich. Sie brauchen auch keine Pausen und haben dank hochauflösender CMOS-Bildsensoren den besseren und schnelleren Durchblick. Und egal wie große ein Bauteil ist, welche Anforderungen es erfüllen muss: Mit IBV lassen sich selbst die kleinsten Qualitätsmängel feststellen, bevor ein Produkt das Werk verlässt.

Consumer Kameras vernetzen Smart Factories

Für eine solche IBV-Anwendung brauchten Fertigungs- und Produktionsplaner bisher teure Industriekameras, die häufig nur für spezielle Aufgaben ausgelegt waren. Heute reichen dafür bereits gewöhnliche Kameras aus dem Consumer-Markt, die sich über ein benutzerfreundliches Software Development Kit (SDK) in alle Fertigungsprozesse einbinden lassen. Viele Canon DSLR-, Kompakt- und Systemkameras können Fertigungs- und Produktionsplaner mittels SDK programmieren und fernsteuern. Über diese universelle Schnittstelle liefern sie Bild- und Metadaten, die sich über eine Produktionsplanungssoftware auswerten lassen. Die Smarte Fabrik oder teilautonome Produktion wird dadurch immer einfacher und kostengünstiger realisierbar.