Aufrufe
vor 8 Monaten

Industrielle Automation 1/2017

  • Text
  • Automation
  • Industrielle
Industrielle Automation 1/2017

TITEL Embedded Vision

TITEL Embedded Vision Was moderne Systeme der industriellen Bildverarbeitung auszeichnet und welche Möglichkeiten sie eröffnen Analog zu Embedded-Systemen in der MSR-Technik sind auch Embedded Vision Systeme durch die zunehmende Miniaturisierung in Elektronik und Optik möglich geworden. Die Hardware solch eines Vision Systems findet auf kleinem Raum Platz und lässt sich in Bezug auf Kosten, Größe und Funktionalität optimieren. Doch was genau verbirgt sich hinter derartigen Entwicklungen, welche Systeme gibt es und wie sehen die Vorteile aus? Ein klassisches Machine-Vision-System besteht aus einer Industriekamera und einem PC. Mittlerweile gibt es sehr kompakte Rechnereinheiten auf einer oder zwei Platinen, deren Leistungsfähigkeit an die des klassischen PCs so weit heranreicht, dass Bildverarbeitungsanwendungen damit erledigt werden können. Solche Rechner bieten gegenüber dem PC deutliche Kostenvorteile. Auf dem Weg zu immer höherer Integration werden heute auch Kameras geringer Baugröße angeboten, die sich z. B. ohne Gehäuse als Boardlevel-Kameras gut in kompakte Systeme eindesignen lassen. Valeria Mix ist Technical Writer bei der Basler AG in Ahrensburg Durch diese zwei Entwicklungen, der Verkleinerung des PCs und der Kamera, können heute Vision Systeme in einem derart kompakten Design entworfen werden, dass sie sich für die Verwendung in einem übergeordneten System eignen. Ein solches eingebettetes Vision-System nennt man Embedded-Vision-System. Embedded-Systeme im Überblick Ein mögliches Beispiel für eine Rechnereinheit ist der Einplatinencomputer, engl. single-board computer (SBC), der Teil eines Embedded-Vision-Systems sein kann. Populärer Vertreter ist hier der Raspberry Pi. Dabei handelt es sich um einen Mini-Computer mit bekannten Schnittstellen, der die gleichen Funktionen bietet wie ein aktueller klassischer PC oder Laptop, wenngleich auch bei geringerer Leistung. Er eignet sich in vielen Fällen auch als Rechnereinheit für ein Embedded-Vision-System. Embedded-Vision-Lösungen können aber auch mit einem sogenannten System-on- Module (= SoM, synonym wird auch der Begriff Computer-on-Module = CoM verwendet) umgesetzt werden, die im Vergleich zu einem SBC deutlich flexibler sind und individuellere Lösungen erlauben. Bei einem SoM handelt es sich um eine Platine, auf der die wesentlichen Bestandteile eines Computers, also Prozessor, Grafik, Spannungsregelung, Speicher usw. auf einer hochkomplexen Platine vereinigt sind. Für die Anpassung an die jeweilige Applikation, z. B. um nach außen die gewünschten Schnittstellen zur Verfügung stellen zu können, benötigt man ein individuelles Carrier-Board, dass das SoM über -oftmals standardisierte- Konnektoren aufnimmt. Das Carrier-Board kann im Gegensatz zu dem SoM recht einfach designt und wirtschaftlich hergestellt werden. Wirtschaftliche Aspekte Ein im Hinblick auf die Herstellkosten noch günstigerer Ansatz ist allerdings der eines Full-Custom Designs, bei dem die gesamte Elektronik für eine bestimmte Anwendung entwickelt wird. Während ein Off-the-Shelf erhältliches SoM durchaus auch Komponenten enthalten kann, die für eine bestimmte Applikation gar nicht benötigt werden, wird man bei einem Full-Custom Design alle unnötigen Bauteile weglassen. Ein solches Design ist, verglichen mit einem SBC- oder Modulansatz, allerdings in der Entwicklung deutlich teurer und lohnt daher nur für entsprechend höhere Stückzahlen. Das Herz der oben beschriebenen Lösungen (SBC, Modul-Ansatz, Full-Custom Design) stellt jeweils ein System-on-Chip (= SoC) dar. Hierbei handelt es sich um ein Bauteil, auf dem CPU, Grafik und Controller (z. B. für Ethernet, USB, SPI, I²C usw.) auf einem einzelnen Chip integriert sind. Erst durch die Entwicklung von SoCs sind Embedded-Vision-Systeme in einer solch geringen Größe und zu so niedrigen Kosten wie heute verfügbar geworden. Abstimmung von Prozessor, Software und Hardware Viele der erwähnten SBCs bzw. SoMs enthalten nicht die in Standard-PCs üblichen Prozessoren aus der x86-Familie. Vielmehr basieren dort die CPUs oft auf der ARM- Architektur. Als Betriebssystem verbreitet ist in der Welt der ARM-Prozessoren das Open-Source-Betriebssystem Linux. Für Linux existieren eine große Menge an Open- 50 INDUSTRIELLE AUTOMATION 1/2017

TITEL Source-Anwendungsprogrammen, aber auch zahlreiche frei verfügbare Programmbibliotheken. Zunehmend finden aber auch x86- basierte SoCs auf Embedded-Lösungen (SBCs, SoMs usw.) Verbreitung. Aber auch für den Software-Entwickler gestaltet sich die Programmentwicklung für ein Embedded-System anders als etwa für einen Standard-PC. Das Zielsystem bietet hier in der Regel keine komfortable Benutzerschnittstelle, die u. a. auch zum Programmieren genutzt werden können. Der Entwickler muss sich, wenn vorhanden, über eine geeignete Schnittstelle (z. B. Netzwerk-Schnittstelle) mit dem Embedded- System verbinden oder aber die Software auf dem Standard-PC entwickeln und dann auf das Zielsystem übertragen. Bei der Entwicklung der Software ist zu beachten, dass das Hardware-Konzept des Embedded-Systems auf eine bestimmte Anwendung ausgerichtet ist und sich dadurch mehr oder weniger deutlich vom universell verwendbaren PC unterscheidet. Die Grenze zwischen Embedded- und Desktop-Computer-System ist jedoch fließend und für manche der komfortabler ausgestatteten Embedded-Systeme teilweise schwer zu ziehen. ist. Ein SBC ist oftmals eine gute Wahl, da man ein Standardprodukt verwendet, das leicht zu handhaben ist. Auch ist diese Lösung praktisch für Entwickler, die bisher wenig mit Embedded Vision zu tun hatten. Andererseits handelt es sich beim SBC aber um ein System, das ungenutzte Komponenten enthält und dadurch im Allgemeinen nicht den schlanksten Systemaufbau erlaubt. Diese Lösung eignet sich für kleine bis mittlere Stückzahlen. Einen schlanken Bei einem Embedded-Vision-System sind CPU, Grafik und Controller auf einem einzelnen Chip integriert. Aufbau erhält man durch ein angepasstes System. Hier muss man aber mit mehr Integrationsaufwand rechnen. Diese Lösung bietet sich folglich für hohe Stückzahlen an. Bei vielen Embedded-Vision-Anwendungen steht man vor der Aufgabe, mit möglichst wenigen Komponenten zum Ziel zu kommen. Das angestrebte System erhält dadurch einen SBC = single-board computer SoM = System-on-Module CoM = Computer-on-Module sparsamen Charakter – es wird potenziell schlanker und spricht nur noch die wirklich wichtigen Anforderungen an. Dadurch erreicht es geringere Herstellkosten und somit Verkaufspreise, die durch Entwicklungen auf Basis universeller Systembestandteile nicht erreicht werden können. Durch die Eigenheiten und spezifischen Vorteile heutiger Embedded-Vision-Systeme erschließen sich neue Märkte und Anwendungen, die ansonsten ohne „Vision“ auskommen müssen, z. B. Fahrassistenzsysteme oder Waagen im Supermarkt, die automatisch die aufgelegte Ware erkennen. Mehr Informationen zu Embedded-Systemen: baslerweb.com/embedded Fotos: Basler AG www.baslerweb.com Es gibt vielseitige Kameramodule für Embedded Vision Anwendungen Embedded-Vision-Systeme und ihre Vorteile Im Einzelfall kommt es immer darauf an, wie das Embedded-Vision-System aufgebaut