Heißes Eisen

Embedded Imaging Kits für individuelle Thermografiegeräte

Das Thermal Imaging Kit PhyBoard Nunki ermöglicht die schnelle Einbindung von Wärmebildkameramodulen in ein Embedded System und sorgt dafür, dass Sie dabei einen kühlen Kopf behalten.

Das Thermal Imaging Kit ermöglicht die schnelle Einbindung von Wärmebild-Kameramodulen in ein Embedded System und ist für 398.-€ zzgl. MwSt. erhältlich. (Bild: Phytec Messtechnik GmbH / ©Kadmy/Istockphoto.com)

Kennzeichnend für vollintegrierte Embedded Imaging Systeme ist, dass Bildaufnahme, -verarbeitung und Auswertung sowie die Steuerung von Aktoren in einem individuell auf die Aufgabe designten System zusammengefasst sind. Gegebenenfalls sind auch weitere Sensoren in das System integriert. Die Individualisierung passt das System an die Aufgabe exakt an und macht es auch in größeren Serien kosteneffizient. Nehmen wir z.B. die Entwicklung eines Add-ons für eine Fräsmaschine, bei der auf Basis der Temperatur von Fräser und Werkstück der Fräsprozess und die Kühlung geregelt werden sollen. Oder die Essensausgabe einer modernen Großküche, bei der die Temperatur von Teller und Speisen berührungslos gemessen werden, um die Temperatur verschiedener Heizelemente zu regeln. In beiden Fällen – und zahlreichen anderen Anwendungen – steht die unmittelbare Integration von Datenerfassung und Regelung oder Steuerung auf dem Embedded System im Zentrum. Diese Lösung ist gegenüber getrennten Einheiten kostenoptimiert und deutlich platzsparender.

Aufbau des Boards

Bleiben wir beim Beispiel der (fiktiven) Fräsmaschine. Das Embedded System soll auf Grund der Temperaturdaten Vorschub und Geschwindigkeit des Fräsers regeln, sowie eine Kühlmittelpumpe am Fräskopf steuern. Die Erfassung der Temperaturen soll berührungslos mittels eines Wärmebildmoduls erfolgen. Der Einstieg in die Entwicklung des individuellen Embedded Systems beginnt mit einem Embedded Imaging Kit wie dem Thermal Imaging Kit phyBoard-Nunki. Es basiert auf einem Mikrocontrollermodul (System-on-Module) mit NXP i.MX 6 Prozessor und einem industrietauglichen Wärmebild-Kameramodul mit 32×32 Pixeln Auflösung und integrierter Optik. Die Softwareunterstützung des Kits ermöglicht einen direkten Einstieg in die Entwicklung der Applikation. Damit ist ein sofortiger Proof-of-Concept ohne aufwändige Hardwareentwicklung möglich. Dennoch wird bereits in diesem Schritt mit den gleichen Komponenten gearbeitet, wie in der späteren, individuellen Zielhardware. Die Wärmebilddaten werden vom Kameramodul bereits korrigiert und aufbereitet über die parallele Kameraschnittstelle an den i.MX 6-Prozessor übertragen. Dieser besitzt zwei integrierte Image Processing Units (IPUs), sodass sogar eine weitere Kamera (z.B. für sichtbares Licht zur Positionierung) hinzugefügt werden könnte. Im vorinstallierten Embedded-Linux-System sind die Treiber für die Kameramodule bereits integriert. Die softwareseitige Abbildung erfolgt über Video-4-Linux (V4L2). Die Bildverarbeitungs- und Anwendungssoftware kann also schon in diesem Schritt, z.B. mit Hilfe von Bibliotheken wie OpenCV, entwickelt und verifiziert werden.

Vielfältige Schnittstellen

Kernstück des Kits für die schnelle Evaluierung unterschiedlicher Produktideen ist die Basisplatine, die das Mikrocontrollermodul trägt und bereits eine Vielzahl unterschiedlichster Schnittstellen bereitstellt. Kameramodule können über parallele phyCam-P, LVDS-basierte phyCam-S+ Schnittstellen oder ein MIPI-CSI-2 Interface angeschlossen werden. Für die Anbindung von Aktoren, Sensoren und Displays verfügt das Board über zahlreiche Kommunikationsschnittstellen. Im Beispiel unserer Fräsersteuerung könnte die Kontrolle von Vorschub und Fräsgeschwindigkeit über ein CAN-Interface an die vorhandene Steuerung der Fräsmaschine erfolgen. Der Motor der separaten Kühlmittelpumpe soll über ein PWM-Signal geregelt werden. In der Evaluierungsphase kann der Motortreiber als separates Modul an die Basisplatine angeschlossen werden. Ein kapazitiver Sensor zur Füllstandsüberwachung des Kühlmittels wird über eine I²C-Schnittstelle integriert.

Vom Konzept zur Serie

Wie alle Single Board Computer von Phytec ist auch das phyBoard-Nunki für den industriellen Serieneinsatz geeignet. So verfügt das Board über einen 12 bis 24V Versorgungspannungseingang. Es könnte – ggf. auch in einer abgerüsteten Variante – für das Seriengerät eingesetzt werden. In der Regel wünschen Kunden jedoch eine Anpassung von Schnittstellen und Platinenformat sowie die Integration individueller und teils bereits vorhandener Schaltungsteile. Für die Fräsmaschine könnte die Motorsteuerung für die Kühlmittelpumpe mit auf der Platine des Embedded Systems integriert werden. Lage und Ausführung von Steckverbindern können nach Designvorgaben erfolgen, um das Gerät in Bezug auf Kosten und Größe weiter zu optimieren. Die erprobten Schaltungsteile des phyBoard-Nunki können für die individuelle Lösung übernommen werden. Dies reduziert Design-Risiken und beschleunigt die Zeit bis zur Marktreife. Auf Wunsch übernimmt Phytec die komplette Hardwareentwicklung vom Funktionsmuster über die Serienqualifizierung bis zur Produktion und Montage.