Die Zukunft ist smart - Bildverarbeitung ein wichtiger Bestandteil der Industrie 4.0

Sind Sie auf der Suche nach einer neuen Hose? Heute würden Sie in ein Geschäft gehen oder sich eine Hose bestellen. Konfektionsgrößen sind dabei standardisiert und meist auf vier Varianten zwischen S und XL reduziert. Niedrige Stückkosten werden durch Massenproduktion erreicht.

Eine Kleidungsproduktion im Rahmen der Industrie 4.0 hingegen kann individuelle Einzelstücke durch effiziente Datenverarbeitung liefern. Sobald sich ein Kunde für ein Modell entschieden hat, können die Maße über ein Bildverarbeitungssystem (Machine Vision System) ermittelt werden.

Denkbar wäre eine kleine Kabine, in der vier Kameras ein Bild von jeder Seite des Körpers machen. Softwarebasiert werden die Körpermaße und damit das Schnittmuster für die Produktion berechnet. Die weitere Fertigung läuft bis zum endgültigen Versand automatisch.

Modehäuser werden also in Zukunft nicht mehr durch volle Regale mit einem großen Angebot glänzen können, sondern durch eine große, virtuelle Auswahl und eine schnelle, verlässlich arbeitende Produktion.

Wie Industriekamerasysteme die Visionen zukünftiger Fertigungsabläufe real werden lassen

Schon heute sind Bildverarbeitungssysteme mit Industriekameras ein essentieller Bestandteil in einer automatischen Produktion. In allen Schritten der Produktion, von der Inspektion des Rohmaterials über die Prozesskontrolle (z.B. Detektion von Fehlern) bis hin zur Endkontrolle und einem Soll-Ist-Vergleich sind sie für das Erreichen einer hohen Effizienz und hoher Qualitätsstandards unerlässlich.

Der Begriff Industrie 4.0 steht für eine neue Form der Abläufe und Organisation der industriellen Fertigung. Kernelement ist dabei die Vernetzung und extensive Datenkommunikation. Das Ziel ist eine selbstorganisierte, stärker individualisierte und effizientere Produktion, die auf umfangreicher Datenerhebung und effektivem Informationsaustausch basiert.

Hier kann Bildverarbeitung entscheidend zur Ermittlung bestimmter Informationen beitragen. Ein wichtiger Punkt ist dabei, dass Kameras immer kleiner und günstiger werden und das bei besserer Performance.

Wo vorher komplexe Systeme eingesetzt wurden, können heute kleine, effiziente Systeme das gleiche oder sogar noch mehr leisten. Diese technologische Entwicklung zusammen mit den Möglichkeiten einer immer weitreichenderen Vernetzung eröffnen im Rahmen von Industrie 4.0 neue Anwendungen.

Neue Möglichkeiten für kleine Produktionsmengen

Ein wichtiger Effekt der Industrie 4.0 ist die Tatsache, dass durch die Steuerungsautomatisierung viele Werkstücke nicht nur in Massen kostengünstig erzeugt werden können, sondern auch in deutlich kleineren Mengen - das Stichwort ist hier ‚Losgröße 1‘. Ein Beispiel hierfür ist die oben beschriebene Kleiderproduktion, ein weiteres die Fertigung von individuell gestalteten, nach Kundenwunsch designten Anfertigungen aus Metall, wie z.B Briefkästen oder Geländern.

Doch wie können nun präzise Industriekamera-Systeme dabei unterstützen?

Denkbar ist ein Einsatz solcher Systeme bei der Lackierung der erstellten Metallteile. Automatische Sprühköpfe arbeiten nach vorprogrammierten Sprühbewegungen. Bei Einzelanfertigungen sind diese zunächst nicht gegeben. Sie zu berechnen wäre anhand des Designs möglich, das finale Sprühbild zu berechnen ist aber sehr komplex und ungenau. Industriekameras können hingegen das Bauteil, seine individuelle Form und seine aktuelle Position genau erfassen und die Sprüharmtätigkeit steuern. Gleichzeitig kann das Lackier-Ergebnis optisch kontrolliert werden, z. B. durch die erfasste Farbgebung oder durch die Messung komplexerer Reflexionseigenschaften der Beschichtung. Diese Kontrolldaten können dann in Echtzeit in die Steuerung einfließen. So kann das System zur automatischen Lackierung zu einem selbstlernenden System werden. Neue ähnliche Bauteile würden dann mit der vorher gewonnen Erfahrung effizienter bearbeitet werden können.

Neue Möglichkeiten für kleine Produktionsmengen

Kameras als unermüdliche Prozesskontrolleure

Sensordaten können auch dabei helfen, verändertes oder sogar fehlerhaftes Verhalten von Geräten frühzeitig zu erkennen und automatisiert Gegenmaßnahmen einzuleiten (z. B. durch Änderung von Prozessparametern, Bestellen von Verschleißmaterial oder Serviceeinsätzen). Dies gilt sowohl innerhalb der Fertigungsanlagen als auch für die Endprodukte. Industriekameras spielen hier eine wesentliche Rolle, da sie die Möglichkeit bieten, ermüdungsfrei auch große Werkstücke und Produkte auf farbliche, strukturelle und geometrische Eigenschaften/Veränderungen zu untersuchen. Dadurch können auch ‚weiche‘ Faktoren, z.B. Schmierungen, Abnutzung oder Rostbefall berücksichtigt werden, die dann als Input z. B. für die ERP (Enterprise-Resource-Planning)-Systeme eines Unternehmens dienen.

Bildverarbeitung in der Produktion - Roboter und Mensch Hand in Hand

Auch die Mitarbeiter in der Produktion profitieren von Anwendungen mit Industriekameras. Trotz aller Automatisierung wird der Mensch seinen Platz in der industriellen Fertigung aus verschiedenen Gründen behalten: Wegen seiner spezifischen „menschlichen“ sensorischen Möglichkeiten, seiner Flexibilität oder schlicht aufgrund der Kosten.

Dennoch werden sich zukünftige Arbeitsabläufe im Rahmen der Industrie 4.0 auch verändern. Die menschliche Effizienz lässt sich z. B. durch intelligente Bildverarbeitungssysteme erhöhen, die in Helme, Kleidung oder Werkzeuge integriert sind. Technisch ist dies machbar, da Kamerasysteme immer kleiner und leichter werden: Hochpräzise Industriekameras in der Größe einer Briefmarke, die weniger als 30 g inklusive Objektiv und Gehäuse wiegen, sind schon heute erhältlich. Diese Vision Systeme nehmen die Tätigkeit und den Arbeitsstatus visuell auf, kontrollieren Ergebnisse, erkennen sinnvolle nächste Schritte oder erforderliche Informationen und geben diese an den Menschen weiter. Dies kann z.B. durch Einblendungen in Datenbrillen erfolgen, „erweiterte Realitätsdarstellung“ (Augmented Reality). Hierdurch oder durch das zeitgenaue Bereitstellen von Arbeitsmitteln kann die Produktivität erhöht werden.

Bildverarbeitung in der Produktion - Roboter und Mensch Hand in Hand

Fazit

Egal wie sich das, was heute als Industrie 4.0 bezeichnet wird, konkret in der Produktion und Geschäftsprozessen niederschlägt, Bildverarbeitung wird ein wichtiges Element davon sein und sorgt für:

Neue und effizientere Geschäftsmodelle durch Applikationen mit Bildverarbeitungssystemen
Automatisierte, selbstorganisierte Produktion, basierend auf umfangreichen Datenerhebungen und visuell ermittelter Information
Effizientere Produktion durch weitreichende Vernetzung von Vision Systemen im Betriebsablauf