WLAN for Vision
App-basierte Kamera mit zusätzlichem Funkmodul
WLAN ist in der industriellen Bildverarbeitung eine eher unübliche Technologie, denn sie hat im zeitlichen Verhalten und in Bezug auf die Übertragungsstabilität ihre Tücken. Ist es aber völlig ungeeignet für Machine Vision?
Mit einem zusätzlichen Funkmodul ausgestattet stellt die Konzeptstudie IDS NXT vegas WiFi parallel zum IP65-geschützten LAN Anschluss die WLAN-Frequenzen 2.4GHz und 5GHz nach IEEE802.11 sowie Bluetooth für die Übertragung zur Verfügung. (Bild: IDS Imaging Development Systems GmbH)
Drahtlose WLAN-Netzwerke nach IEEE 802.11 sind das Transportmedium von Ethernet durch die Luft. Verglichen mit der kabelgebundenen Ethernet-Übertragung zeigen sich jedoch Einschränkungen der Funk-Technologie im industriellen Umfeld. So sind trotz der aktuellen Standards WLAN-N bzw. WLAN-AC Angaben zu möglichen Datenraten von fast 7Gbit/s nur Theorie, da sie stark von den eingesetzten Geräten und deren Umgebung abhängig sind. Aufgrund erhöhter Störanfälligkeit des nichtdeterministischen Funk-Mediums ist auch mit Datenverlust und unkalkulierbaren Latenzzeiten zu rechnen. Anwendungen mit hartem Echtzeitbedarf sind daher mit kabelloser Kommunikation weniger realisierbar. Der Grund für den WLAN-Erfolg im Consumer-Umfeld liegt in der Mobilität. Welcher Anwender möchte schon meterweise Kabel und unzählige LAN-Dosen in allen Ecken des Hauses installieren, um alle seine LAN-Geräte zu vernetzen. Im WLAN-Sendebereich finden beliebig viele Geräte Zugang zum Netzwerk, bei freier Positionierung. Einmal autorisiert wechseln die Geräte selbstständig Sendebereiche. Benutzerfreundlichkeit, unterstützende Assistenten, Hochsprachen ermöglichen eine einfache Bedienung, unkomplizierte Einrichtung, weniger Wartungsaufwand und letztendlich Zeit- und Kostenersparnis für die Anwender. Dies sind auch für das industrielle Umfeld entscheidende Vorteile.
Kameras mit Funkmodul
Mit den Vision App-basierten Geräten der IDS NXT Serie bietet IDS bereits eine flexible Plattform. Durch ihre einfache Bedienbarkeit und den Einsatz von Vision Apps sind die Geräte zudem schnell konfiguriert und in Betrieb genommen. Anders als klassische Industriekameras können sie Zustände oder Merkmale ihrer Umgebung selbst auswerten und nur wenige, aber anwendungsrelevante Daten als Ergebnisse an PCs oder Prozesssteuerungen übermitteln. Damit sind die Geräte auch für Anwendungsfälle geeignet, in denen Maschinen weitestgehend autonom arbeiten und nur gelegentlich Ergebnis- oder Statusdaten melden müssen. Mit einem zusätzlichen Funkmodul ausgestattet stellt die Konzeptstudie ´IDS NXT vegas WiFi´ parallel zum IP65-geschützten LAN Anschluss die WLAN-Frequenzen 2.4GHz und 5GHz nach IEEE802.11 sowie Bluetooth für die Übertragung zur Verfügung. Durch eine interne Antenne behält der Vision App-basierte Sensor (im selben Raum mit Sichtverbindung) weiterhin die IP65-Schutzklasse und unterstützt damit Funkverbindungen im Nahbereich. Eine zweite Variante mit zertifizierter Außenantenne verleiht der Kamera hingegen eine Funkreichweite, wie sie üblicherweise auch WLAN-Geräte besitzen. Eine Stromversorgung vorausgesetzt, kann der NXT vegas WiFi überall dort Bilder verarbeiten und Ergebnisse übermitteln, wo eine Netzwerkinfrastruktur fehlt. Da das integrierte WLAN Modul sowohl Netzwerk-Client als auch Access Point sein kann, ist auch der direkte Zugriff über Mobilgeräte unabhängig von einem lokalen Netzwerk möglich. Das vereinfacht die Ersteinrichtung, Konfiguration und Wartung der Geräte, da diese an jedem beliebigen Ort über die Mobile-App an einem Tablet erfolgen kann. Auch ein Solar- bzw. gepufferter Akku-Betrieb ist mit einer Betriebsleistung von ca.5W realisierbar und ermöglicht den Geräten den mobilen Einsatz über mehrere Stunden.
Einsatzmöglichkeiten
Von den Möglichkeiten einer drahtlosen Kommunikation profitieren generell alle mobilen Anwendungen, die weichen und festen Echtzeitanforderungen genügen und lediglich geringe Datenvolumen austauschen. Robotik-Anwendungen, deren Arbeitsraum mit am Roboterarm befestigten Kameras visuell erfasst und per Bildverarbeitung ausgewertet werden, erzielen eine höhere Zuverlässigkeit und Genauigkeit. Die kabelgebundene Weiterleitung von Kamerabildern an eine entfernte Auswerteeinheit kann die Beweglichkeit eines Roboterarms jedoch stark einschränken. Die on-camera-Bildverarbeitung mit drahtloser Ergebnisübertragung der IDS NXT vegas WiFi Plattform ermöglicht eine höhere Einsatzflexibilität bei gleichzeitiger Vereinfachung und Kostensenkung der Infrastruktur des Kabelnetzwerks. Auch fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind auf eine weitgehend autonome Arbeitsweise angewiesen. Steuerkommandos in Form von Zahlencodes entlang der Fahrwege oder Weggabelungen können so direkt optisch ausgewertet und über die drahtlose Kommunikation an eine zentrale Hauptsteuerung der FTS weitergegeben werden. Fehler und Statusmeldungen eines FTS sind von überall empfangbar und zusätzlich steht ein mobiler Servicezugang zur Kamera zur Verfügung. Während der Entwicklung und Einrichtung der Vision Apps können die drahtlos kommunizierenden WiFi-Geräte auf ein LAN verzichten. Der integrierte WLAN Access Point gestattet einen mobilen Zugriff auf alle Gerätefunktionen, ohne zusätzliche Peripherie aufbauen zu müssen.
Fazit
WLAN- oder Bluetooth-Funknetzwerke sind durchaus störanfälliger, weniger stabil oder auch langsamer als LAN. Ihre mobilen Eigenschaften ermöglichen aber Bildverarbeitung an Orten zu betreiben, wo Kabelnetzwerke und Stromanschlüsse nicht verfügbar bzw. unmöglich sind. Zusätzlich gewinnen Anwender mehr Komfort in der Einrichtung, Bedienung und Wartung ihrer Geräte.
