Digitale Objekt-Transformation

Technologieübergreifende 2D- und 3D-Sensorintegration

In der Optoelektronik und speziell in der Bildverarbeitung stoßen konfigurierbare Produkte oft an ihre Grenzen, wenn es auf die Umsetzung bestimmter Funktionen oder Leistungsmerkmale ankommt. Systemintegratoren und OEMs haben nun mit AppSpace die Möglichkeit individuelle Applikationen und Bedienoberflächen auf der Basis programmierbarer Kameras und optischer Sensoren zu entwickeln. Die Sensor Integration Machine SIM4000 – ein leistungsfähiger Multi-Kamera- und Sensor-Prozessor – geht sogar deutlich weiter: Sie kann die Daten von Sick-Sensoren und -Kameras fusionieren und ermöglicht so eine digitale Objekt-Transformation.

Bild 1: Die Sensor Integration Machine SIM4000 ermöglicht eine technologieübergreifende Sensorintegration als One-Box-Solution für komplexe Vision-Applikationen. (Bild: Sick AG)

Zahlreiche Endkunden wünschen sich individuell auf ihre Aufgabenstellungen und Randbedingungen zugeschnittene Lösungen, einschließlich einer individuellen Bedienoberfläche. Konfigurierbare Produkte werden jedoch mit jeder neuen Funktion immer komplexer im Aufbau und komplizierter in der Konfiguration und Bedienung. Dabei geht es in den meisten Fällen nur darum, die letzten Prozent der Funktionalität einer Bildverarbeitungslösung an die Kundenwünsche anzupassen. Wollen Hersteller dies für all ihre Kunden umsetzen, führt dies zu einer Explosion des Portfolios. Integratoren, OEMs und Bildverarbeitungsspezialisten hingegen können diese Individualisierung technisch und wirtschaftlich effizient selbst umsetzen, wenn sie die Möglichkeit haben, aufbauend auf dem Level vorhandener Grundfunktionen, Tools und Bibliotheken ihre Applikationen individuell zu programmieren und die Benutzeroberflächen genau nach den eigenen Bedürfnissen zu gestalten. Diese Philosophie setzt Sick mit seinem Portfolio an programmierbaren Kameras und AppSpace um.

Freiraum für individueller Applikationen

Die AppSpace-Plattform umfasst drei Bereiche: Hardware in Form von programmierbaren Sensoren und Geräten, die Softwarebausteine AppStudio zur Applikationsentwicklung und AppManager für die Implementierung und Verwaltung von Apps im Feld sowie die Community des AppSpace Developers Club, in dem sich Entwickler von Sick und von Kunden sowohl im Netz als auch auf jährlichen Konferenzen austauschen und die weiteren Entwicklungsschritte des Eco-Systems definieren. Alleinstellungsmerkmal von AppSpace ist, dass es sich erstmals um eine gemeinsame Programmierplattform für verschiedene Sensortechnologien handelt, also nicht nur für bildverarbeitende, sondern auch für optoelektronische Sensoren z.B. zur Distanz- oder Volumenmessung bzw. Navigation. Über die Entwicklungsumgebung von AppStudio erhält der Software-Entwickler Zugang zu gerätespezifischen Algorithmen, die in Form einer API (Application Programming Interface) in programmierbaren Sick-Sensoren hinterlegt sind. Darüber hinaus können Halcon-Prozeduren in die Applikations-Software übernommen werden. Die Anwender können sie aus mehr als 2.000 verfügbaren Operatoren der Halcon-Bildverarbeitungsbibliothek zusammenstellen. Neben der Programmierung individueller Applikationslösungen (Sensor-Apps) stellt AppStudio mit dem UI-Builder (User Interface) auch eine Funktionalität zur graphischen Gestaltung kunden-, anwendungs- oder arbeitsplatzspezifischer Bedienoberflächen bereit. Der AppManager unterstützt die Installation und Verwaltung der Sensor-Apps von programmierbaren Sensoren und Geräten im Feld. Er soll in absehbarer Zeit die App-Verwaltung und das Downloadmanagement mit der Sick AppCloud synchronisieren.

Technologieübergreifende Sensorintegration

Bild 2: AppSpace besteht aus dem AppStudio und den programmierbaren Sick-Sensoren. Es bietet volle Flexibilität bei der Entwicklung von maßgeschneiderten Lösungen. (Bild: Sick AG)

Aus dem AppSpace-Ansatz ist die Technologie der Sensor Integration Machine (SIM) entstanden – zur technologieübergreifenden Bildverarbeitung und Datenerfassung für Industrie 4.0. SIM4000 ist ein leistungsfähiger Multi-Kamera- und Sensor-Prozessor für komplexe Vision-Applikationen im One-Box-Design, der aufgrund der Vollständigkeit – u.a. sind Beleuchtungssteuerung und -versorgung, Anschlüsse für Feldbus, digitale I/Os im Gegensatz zu IPC-Lösungen schon vorhanden – einen sofortigen Projektstart zulässt. Die integrierte Halcon-Bildverarbeitungsbibliothek und AppSpace ermöglichen – wie auch bei programmierbaren Sensoren – die kundenspezifische Entwicklung von Apps für anspruchsvolle 2D- und 3D-Vision-Anwendungen. Kosten für eine Laufzeitlizenz zur Nutzung der Halcon-Prozeduren und Tools fallen dabei nicht an, da diese bereits im Produkt berücksichtigt sind. Zukunftsweisend ist die technologieübergreifende Sensorintegration. Diese ermöglicht erstmals eine vollständige, digitale Objekttransformation für die Datenerfassung und -archivierung zur Qualitätskontrolle, Prozessanalyse und vorausschauenden Wartung im Umfeld von Industrie 4.0. So können – neben den klassischen Bildverarbeitungsaufgaben – Daten von Sick-Sensoren und -Kameras zu einer 3D-Punktwolke fusioniert, ausgewertet, archiviert und übertragen werden. Ein Beispiel hierfür ist die abschattungsfreie Zwei-Seiten-Darstellung eines von zwei 3D-Kameras aufgenommenen Objektes mit anschließender Fusion zu einer Punktwolke. Ein weiteres Beispiel ist Stitching, die Aggregation mehrerer Einzelbilder z.B. eines Förderobjektes zu einem Gesamtbild, das dann gespeichert und analysiert werden kann. Damit dies nicht zu Lasten der Performance insbesondere in Fast-Loop-Applikationen geht, verfügt SIM4000 über einen Multi-Core Prozessor mit Hardware-Beschleuniger für die Bildvorverarbeitung und das I/O-Handling in Echtzeit. Für 2D- oder 3D-Kameras stehen acht GigE-Schnittstellen z.T. mit Spannungsversorgung über Ethernet (PoE) zur Verfügung. Weitere Sensoren können über vier IO-Link-Ports eingebunden werden, z.B. für Abstands- und Höhenmessung. Vier weitere Ports mit einer Ausgangsleistung bis 1,5A erlauben den Anschluss und die Steuerung von Beleuchtungen. Eine zusätzliche Beleuchtungselektronik ist nicht erforderlich. Die Synchronisation der Daten über alle Anschlüsse kann mittels einer Multi-Encoder-Schnittstelle erreicht werden.