TwinCAT Vision: Integriert die Bildverarbeitung in die Automatisierung.

2 Technische Änderungen vorbehalten

Vision integriert. Maschine optimiert.Produktqualität erhöht.

Beckhoff als Spezialist für PC-based Control ergänzt mit TwinCAT Vision die seit vielen Jahren erfolgreiche TwinCAT-Welt um die integrierte Bildverarbeitung. Die Bildverarbeitung nimmt einen immer größeren Stellenwert ein und wird für Maschinenbauer und deren Kunden zuneh-mend zum entscheidenden Qualitätskriterium: bei Industrie-4.0-Anwendungen, für die Qualitätsop-timierung oder für Track-and-Trace-Funktionali-täten. Der Ansatz der PC-basierten Steuerungs-

Erhöhte Wettbewerbsfähigkeit. Mit einer in die Gesamtsteuerung integrierten Bildverarbeitung lassen sich Maschinen effizienter gestalten. Überlegene Echtzeit- anwendungen werden um Vision erweitert.

Vereinfachte Industrie-4.0- Anwendungen. Die Integration aller Funktio- nalitäten von SPS, Motion, Messtechnik und Vision mit IoT und Analytics auf einer Steue-rungsplattform vereinfacht die Umsetzung von Industrie 4.0.

3Technische Änderungen vorbehalten

technik bietet hier die ideale Lösung: Neben SPS, Motion Control, Robotik, Highend-Messtechnik, IoT und HMI wird mit TwinCAT Vision nun auch die Bildverarbeitung auf einer einheitlichen Steu-erungsplattform integriert. Das vereinfacht das Engineering deutlich, weil die Konfiguration bzw. die Programmierung in der gewohnten Umgebung erfolgt. Zugleich lassen sich alle aus der Bildver-arbeitung abgeleiteten Steuerungsfunktionen in einer Runtime exakt in Echtzeit synchronisieren.

Latenzzeiten entfallen; alle Bildalgorithmen werden in Echtzeit ausgeführt. Hier zeigt sich der enorme Qualitätsvorsprung gegenüber herkömm-lichen Vision-Lösungen: Maschinenbauer können mit TwinCAT Vision alle Bildverarbeitungsaufga-ben direkt in die Gesamtsteuerung integrieren. Das Ergebnis sind zeitgemäße Maschinenkonzepte, die künftigen Marktanforderungen entsprechen und die Wettbewerbsfähigkeit und Investitions- sicherheit der eigenen Produkte erhöhen.

Vorsprung durch TwinCAT Vision: � erhöhte Wettbewerbsfähigkeit � einfachere Industrie-4.0-Umsetzung � erhöhte Produktionseffizienz � optimierte Produktqualität � vollständige Synchronität

ErhöhteProduktionseffizienz. Hochpräzise Vermessung sowie eine exakte optische Inspektion sichern die Einhaltung der Prozess- parameter. Qualitätssicherung.

Anwendungen wie Track & Trace ermöglichen die Nachverfolgbarkeit der Produktqualität.

TwinCAT Vision in der Anwendung.

Data M atr i x CoDe:

4 -343399 -876228

DURCHMESSER :

10 mm

10 mm

4 Technische Änderungen vorbehalten

Measurement � Abstände � Durchmesser � Rundheit

Identification � Data Matrix Code � Barcode � QR-Code

Prozess- v isualisierung

Objek terkennung

5Technische Änderungen vorbehalten

Monitoring � Blick in die Maschine � vereinfachter Service � vereinfachte Wartung

Detection � Mustererkennung � Lageerkennung � Farberkennung

PowerHardwareTrigger

Offenheit

Mit TwinCAT Vision setzt Beckhoff das Prin-zip der offenen Steuerungstechnik konse-quent fort. Das beginnt mit der Hardware- unabhängigkeit: TwinCAT Vision unterstützt sowohl Zeilen- als auch Flächenkameras mit „GigE Vision Schnittstelle“. Offenheit besteht auch in Bezug auf Softwareerwei-terungen: Auf die Rohdaten der Kamera kann jederzeit zugegriffen werden. Eigene Bildverarbeitungsalgorithmen sind somit einfach integrierbar.

Durchgängig: die Vision-Lösung für Automatisierer.

6 Technische Änderungen vorbehalten

Echtzeit

Die Integration von SPS, Motion Control, Robotik, Highend-Messtechnik und Vision auf einer Plattform ermöglicht überlegene Echtzeitanwendungen, mit denen die Effizienz der Maschine deutlich erhöht wer-den kann. Unnötige Wartezeiten für Motion oder Robotik werden vermieden.

Cloud-Anbindung

Die Vision-Integration auf der Steuerungsplattform TwinCAT ermöglicht eine direkte Verknüpfung mit TwinCAT IoT und TwinCAT Analytics. Dies stellt eine einfache Cloud-Kommu- nikation sicher, erlaubt den Zugriff auf cloudbasierte Dienste und vereinfacht Industrie-4.0-Anwendungen.

7Technische Änderungen vorbehalten

Modular strukturiert: vom Engineering bis zur Runtime.

ADS

System Manager

TwinCAT Vision Library

ADS Image Watch

Programming– IEC 61131-3– object-oriented extensions– C/C++

System Manager– Configuration

– TcVision Resource Management – Camera – Configuration – Calibration – Simulation – File Source Control

– TwinCAT Vision Library

TwinCAT 3 Engineering Environment based on Visual Studio®

8 Technische Änderungen vorbehalten

TwinCAT Vision ist direkt in die Engineeringum- gebung von TwinCAT integriert. Unter dem neuen Knoten Vision können Kameras einfach eingebun- den und konfiguriert werden. Auch die Kalibrierung der Kamera kann hier erfolgen. Zudem ist es möglich, einen Kamera-Stream aufzuzeichnen und anstelle des Live-Streams der Kamera wieder ein- zuspielen. Alternativ können auch Bilder verschie- denster Formate geladen werden. Der Entwicklung des Bildverarbeitungsablaufs steht somit auch

Modular strukturiert: vom Engineering bis zur Runtime.

TwinCAT 3 runtime

Real-time KernelADS

TwinCAT Automation Device Driver – ADD GigE Vision Driver

TcCO

M PLC

TcCO

M Safety

TcCO

M Motion

TcCO

M Vision

TcCO

M CNC

TcCO

M Simulink® Module

TcCO

M C++ Module

TcCO

M I/O

TwinCAT HMI Integration

Fieldbus

9Technische Änderungen vorbehalten

ohne Kamerazugriff nichts im Wege. Der Ablauf der Bildverarbeitung wird direkt in der SPS in den SPS-Programmiersprachen implementiert. Eine umfangreiche Bibliothek mit verschiedensten Bildverarbeitungsalgorithmen steht hierfür zur Verfügung. Durch die Integration in die SPS erfolgt die Ausführung der Analysekette in der TwinCAT- Laufzeit. Dies ermöglicht eine verzögerungs-freie Kommunikation zu anderen Teilen der SPS, wie den Motion-Komponenten. Alle bekannten

Vereinfachtes Engineering, optimierte Runtime:

� einfache Kamerakonfiguration � Programmierung in

SPS-Programmiersprachen � Analysekette komplett in der SPS � verzögerungsfreie Weiterverarbeitung

Möglichkeiten des Debuggings in der SPS können genutzt werden. Jederzeit lassen sich Zwischen- ergebnisse im Engineering oder im TwinCAT HMI anzeigen.

Kamerasimulation: Einfaches Wechseln zwischen dem Livebild der Kamera und einem aufgezeichneten Stream, bzw. der Aktivierung der Stream-Aufzeichnung, ohne eine Zeile Code zu ändern.

Width

Height

10 Technische Änderungen vorbehalten

Einfache Vision-Konfigurationin gewohnter Umgebung.

Offset Y

Offset X

Live View: Kamera-Livebild zur direkten Kontrolle der Konfigurationsänderungen.

Kamerakalibrierung: Bei der Kamerakalibierung wird der Abbildungsvorgang rekonstruiert und anschließend über extrinsische, intrinsische und Verzeichnungspa-rameter beschrieben. Präzise Positionsbestimmungs- und Vermessungs-aufgaben werden dadurch möglich. Die Kalibrierung kann sowohl im Engineering als auch in der Runtime erfolgen.

Kamerakonfiguration: Integration der Kamerakonfiguration entsprechend des GenICam-Standards ins TwinCAT-Engineering, sodass kein weiteres Tool benötigt wird. Definieren der Region of Interest im Bild.

Height

11Technische Änderungen vorbehalten

Neben der Konfiguration von Motion und I/O kann mit TwinCAT Vision auch die Konfiguration von Kameras im TwinCAT-Engineering erfolgen. Unter dem neuen Vision-Knoten können GigE- Vision-Kameras eingebunden und entsprechend des GenICam-Standard konfiguriert werden. Alle Kameraeinstellungen sind so möglich und kön-nen direkt im Kamera-Livebild überprüft werden. Darüber hinaus kann auch die Kalibrierung der Kamera im Engineering erfolgen. Dabei kann

zwischen unterschiedlichen – auch selbstde-finierten – Kalibriermustern gewählt werden. Auch hier lässt sich das Ergebnis direkt kontrol-lieren. TwinCAT Vision ist vollständig in TwinCAT und Visual Studio eingebunden. Alle Features, wie Docking Windows und Sourcecode-Verwal-tungssysteme, können genutzt werden.

Konfiguration und Programmierung in einem Tool:

� Verwaltung der Vision-Ressourcen � Kontrolle der Konfigurationsänderungen � integrierte Kamerakonfiguration � Kalibrierung in Engineering und Runtime � einfache Stream-Ansteuerung

Vorverarbeitung des Eingangsbildes

Obj

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Konturermittlung

Erkennung werkstückrelevanter Konturen

Vermessung der äußeren Kontur

Vermessung der Augen

Berechnung der Augendistanz

Berechung des Mittelpunktes der Smiley-Augen

Zeichnen der Ergebnisse in ein Bild

12 Technische Änderungen vorbehalten

Vision und alle Steuerungsfunktionen:für eine Plattform programmiert.

Kamerabild

Wenn erkanntes Werkstück = Smiley , dann…

Ergebnisbild

13Technische Änderungen vorbehalten

Die Programmierung der Bildauswertung erfolgt innerhalb der SPS. Aus einer umfangreichen Bib-liothek können verschiedene Funktionsbausteine und Funktionen ausgewählt werden: Es stehen Funktionen für Konturerkennung, Farberkennung, Keypointfeatures und Messauf-gaben zur Verfügung. In der SPS können den Bildern auch weitere Informationen, wie z. B. eingebettete Linien oder Texte, hinzugefügt wer-den. Zu jedem Zeitpunkt der Analysekette kann

ein Zwischenstand als Bild in der Engineeringum-gebung oder im TwinCAT HMI angezeigt werden. Natürlich können auch die aus der SPS bekannten Debugmöglichkeiten genutzt werden. Monitoring von Variablen und das Setzen von Breakpoints gehören dazu. Daneben können Änderungen des Codes über einen Online-Change auch für Bild-verarbeitungsalgorithmen durchgeführt werden.

Alle Funktionen kombiniert: � Objekterkennung � Vermessung inkl. Überwachung

der Verarbeitungszeit � Ergebnisdarstellung

14 Technische Änderungen vorbehalten

Alle Anwendungen in Echtzeit synchronisiert: Motion, Robotik, Vision.

Station 2: Teileerkennung

� Zeilenkamera, Hellfeldbeleuchtung � Objekterkennung (Detektion

und Typbestimmung) � Lageerkennung (Position und Orientierung) Station 1: Scannen der

Mover-/Tablett-ID

� Flächenkamera, Hellfeldbeleuchtung � Auslesen des Data Matrix Code

15Technische Änderungen vorbehalten

Durch die Ausführung der Bildverarbeitungsalgo-rithmen in derselben Umgebung wie SPS, Motion und Robotik, lassen sich Aufgaben einfach synchro-nisieren. Der Zeitpunkt einer Bildaufnahme ist genau bekannt – eventuell durch einen Trigger – und kann einfach in einen zeitlichen Zusammen-hang mit der Position einer Achse oder eines Roboters gebracht werden.

Durch die Integration der Bildverarbeitung in TwinCAT kann das Engineering vereinfacht werden.

Alles kann in einem Tool komfortabel konfiguiert und programmiert werden. Damit bleibt das Know-how für die Bildverarbeitung beim Maschi-nenbauer. Durch die Abarbeitung der Bild- verarbeitungsalgorithmen in der gleichen Laufzeit, im gleichen Takt werden Verzögerungen durch die Kommunikation vollständig eliminiert. Dadurch können Prozesse deutlich optimiert werden.

Bildverarbeitung integriert: � Identifikation � Detection � Vermessung � Qualitätssicherung � verkürztes Time-to-Market

Station 3: Inspektion (Maßhaltigkeitsprüfung)

� Flächenkamera, Dunkelfeldbeleuchtung � Lagekorrektur � Vermessung teilspezifischer Größen � Vergleich mit Referenzmaßen

� Zeilenkamera � Flächenkamera

I/OIPCAutomation

16 Technische Änderungen vorbehalten

Mit dem Konzept der PC-basierten Steuerungs-technik gibt Beckhoff die maximal skalierbare Antwort auf alle Fragen der Automatisierung. Ausgehend vom Grundgedanken der Bündelung aller Automatisierungsfunktionen auf einer zentra-len Steuerungsplattform steht ein umfangreiches Portfolio leistungsstarker Komponenten zur Verfü-gung, mit denen sich modulare Steuerungskonzep-te für unterschiedlichste Anforderungen umsetzen lassen. Dies beginnt bei den Industrie-PCs: vom

Absolut offen, maximal skalierbar:das Beckhoff-Steuerungssystem.

� Linienbeleuchtung � Flächenbeleuchtung � Hellfeld-Ringleuchte � Dunkelfeld-Ringleuchte

Motion

17Technische Änderungen vorbehalten

Ultra-Kompakt-IPC bis hin zum Multicore-Server stehen hinsichtlich Bauform und Leistung exakt skalierbare Lösungen zur Verfügung. Hinzu kom-men Feldbuskomponenten für alle gängigen I/Os und Feldbussysteme, hochdynamische Antriebs-lösungen in allen Leistungsklassen sowie die bewährte, modulare Steuerungssoftware TwinCAT. Darüber hinaus bietet Beckhoff als Erfinder von EtherCAT umfassendes Know-how für die optimale EtherCAT-Anbindung aller Steuerungskomponen-

ten. Kurz: Beckhoff verfügt über das komplette Technologiewissen für alle Produktbereiche – und zudem über ein umfassendes Verständnis der spezifischen Automatisierungsanforderungen von über 25 Branchen.

Breites Portfolio anSteuerungskomponenten:

� hoch skalierbare Industrie-PCs � Feldbuskomponenten für

alle gängigen I/Os � hochdynamische Motion-Lösungen � etablierte Steuerungssoftware TwinCAT

Absolut offen, maximal skalierbar:das Beckhoff-Steuerungssystem.

AucklandMelbourne

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San DiegoLos Angeles

San Luis Potosí

CampinasSão Paulo

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SingapurKuala Lumpur

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NORDAMER I KA

A FR I KA

EUROPA

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Seinäjoki

Tampere

Hyvinkää

Kaunas

PiasecznoBerlin

Dresden

MalmöSolrød

Tønsberg

Hobro

Kolding

LübeckHannover

VerlMoers

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Bologna

PaduaZagreb

MedvodeInnsbruck

BürsLosone

Mailand

Frankfurt Nürnberg

Balingen

LummenKortrijk

Haarlem

Montagny-près-YverdonLyssach

ParisSchaffhausen

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MadridAveiro

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Zürich

Göteborg

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Metz-Tessy

Budapest

İzmir

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Bras-sur-Meuse

Marktheidenfeld

Orvault

Bilbao

AnifKottingbrunn

MünsterMonheim

Henley-on-ThamesHuntingdon

Oulu

Headquarters Distributor

Niederlassung Distributor

Headquarters

Niederlassung

Global abrufbar: die BeckhoffAutomation-Kompetenz.

Beckhoff – New Automation TechnologyBeckhoff realisiert seit über 30 Jahren offene Automatisierungssysteme auf der GrundlagePC-basierter Steuerungstechnik. Das Produkt- spektrum umfasst die Hauptbereiche Industrie-PCs, I/O- und Feldbuskomponenten, Antriebs- technik und Automatisierungssoftware. Für alleBereiche sind Produktlinien verfügbar, die als Einzelkomponenten oder als vollständigeSystemlösung zum Einsatz kommen.

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Umsatz entwicklung

Die „New Automation Technology“ von Beckhoff steht für innovative, branchenunabhängige Steuerungs- und Automatisierungslösungen, die weltweit in den verschiedensten Anwendungen, von der CNC-gesteuerten Werkzeugmaschine über die Windkraftanlage bis zur intelligenten Gebäudesteuerung, zum Einsatz kommen.

Beckhoff im Überblick � Headquarters: Verl, Deutschland � Umsatz 2016: 679 Mio. € (+9,5 %) � Mitarbeiter weltweit: über 3.350 � Niederlassungen Deutschland: 18 � Tochterunternehmen/Repräsentanzen

weltweit: 34 � Vertretungen weltweit: in über 75 Ländern

(Stand 04/2017)

O www.beckhoff.de

Weltweite Präsenz auf allen KontinentenDurch die Präsenz von Beckhoff in über 75 Län-dern erhalten global aktive Beckhoff-Kunden welt-weit schnellen Service und technischen Support in der jeweiligen Landessprache. Darüber hinaus ist die geographische Nähe zum Kunden für Beckhoff die Grundvoraussetzung für das tiefe Verständnis der technischen Herausforderungen, vor denen die Kunden stehen.

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Optimieren Sie Ihre Maschinen mit TwinCAT Vision: Alle Informationen unter

www.beckhoff.de/twincat-vision

DK3

391-

1117

Beckhoff Automation GmbH & Co. KGHülshorstweg 2033415 VerlGermanyTelefon: + 49 5246 963-0info@beckhoff.dewww.beckhoff.de

Beckhoff®, TwinCAT®, EtherCAT®, EtherCAT P®, Safety over EtherCAT®, TwinSAFE®, XFC® und XTS® sind eingetragene und lizenzierte Marken der Beckhoff Automation GmbH. Die Verwendung anderer in dieser Dokumentation enthaltenen Marken oder Kennzeichen durch Dritte kann zu einer Verletzung von Rechten der Inhaber der entsprechenden Kennzeichen führen.

© Beckhoff Automation GmbH & Co. KG 11/2017

Die Informationen in dieser Druckschrift enthalten lediglich allgemeine Beschreibungen bzw. Leistungsmerkmale, welche im konkreten Anwendungsfall nicht immer in der beschriebenen Form zutreffen bzw. welche sich durch Weiterentwicklung der Produkte ändern können. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind nur dann verbindlich, wenn sie bei Vertragsabschluss ausdrücklich vereinbart werden.

Bildnachweise: iStockphoto.com/Liuhsihsiang | iStockphoto.com/kynny | iStockphoto.com/alice-photo | GettyImages.com/PeopleImages/E+