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f+h fördern und heben 7-8/2022

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f+h fördern und heben 7-8/2022

PERSPEKTIVEN NEUE

PERSPEKTIVEN NEUE EDGE-ARCHITEKTUR FÜR SMARTE VISION-SYSTEME BILDVERARBEITUNG IM WANDEL Die industrielle Bildverarbeitung ist aktuell im Umbruch. 3D-Kameras, Künstliche Intelligenz (KI) und hohe Rechenleistung in Edge Devices eröffnen neue Möglichkeiten in zahlreichen Anwendungen. Autonome Fahrerlose Transportfahrzeuge oder Roboter, gehören zu den Anwendungsfeldern, die von den neuen Technologien profitieren können. Am Anfang steht die Kamera, die quasi das Auge in der industriellen Bildverarbeitung ist. Auflösung, Geschwindigkeit, Lichtempfindlichkeit, 3D-Informationen – die technische Entwicklung bei den industriellen Kameras liefern immer bessere Ergebnisse und erzeugen dabei immer größere Datenmengen. Und diese müssen von der nachfolgenden Hardware verarbeitet werden, um so die benötigten Informationen zu extrahieren, die für den Prozess benötigt werden. Aufgrund der großen Datenmengen muss die Hardware entsprechend leistungsfähig sein. Dabei ist zu entscheiden, wo genau die Verarbeitung oder die Vorverarbeitung der Daten geschehen soll. Ein Ansatz, der in den vergangenen Jahren häufig verwendet wurde, war die Vorverarbeitung der Daten direkt in der Kamera. Die Menge der Daten, die dann übertragen werden muss, nimmt dadurch ab. Dieser Vorteil wird allerdings mit einem vergleichsweise hohen Preis der Kameras „erkauft“ und wird vor allem in den Applikationen unwirtschaftlich und für den Anwender komplex, in denen mehrere Kamerasysteme für die Applikation notwendig sind. Ein Beispiel sind Mehrkamerasysteme für die Umfelderkennung in der Logistik oder Fördertechnik. EDGE-ARCHITEKTUR MIT HOHER RECHENLEISTUNG Einer der wichtigsten Anwendungsfälle – die mobile Robotik – zeigt, wie umfangreich die Anforderungen an die industrielle Bildverarbeitung und andere Sensortechnologien sind. Ziel sind autonom agierenden Fahrzeuge, die z. B. Waren selbstständig von Punkt A zu Punkt B transportieren. Diese verwenden i. d. R. mehrere Sensoren, die mit unterschiedlichen Prinzipien arbeiten. Neben RGB-Kameras und 3D-Kameras, wie die aus der O3R- Serie des Unternehmens ifm electronic, kommen auch Laserscanner, Radar- oder Ultraschallsensoren zum Einsatz. Diese sind die Sinnesorgane der mobilen Maschine. Verwendet wird hier die Sensordatenfusion, bei der zusätzliche Informationen aus der Kombination der Daten der verschiedenen Sensoren gewonnen wird. Die Synchronisation der Sensoren und Fusion der Sensordaten stellen allerdings Anwender und Hardware vor große Herausforderungen. Mit der Hardware-Plattform O3R bietet das Unternehmen ifm electronic eine Lösung für solche Anwendungen und erleichtert 14 f+h 2022/07-08 www.foerdern-und-heben.de

PERSPEKTIVEN Entwicklern die Vorentwicklung und die Serienentwicklung durch eine ausgeklügelte Software-Umgebung und reiche Auswahl an Software-Tools und -Schnittstellen. Zentrale Komponente ist ein Edge-Device, das eine hohe Rechenleistung zur Verfügung stellt und ferner die Möglichkeit, unterschiedliche Sensoren einfach anzubinden. Bis zu sechs 3D-Kameras und zahlreiche weitere Sensoren lassen sich anschließen. Der Kamera-Anschluss geschieht über FDP-Link (Flat Panel Display Link), für die anderen Sensoren stehen GigE-Schnittstellen zur Verfügung. CAN-Schnittstellen sorgen für die einfache Einbindung in die Architektur eines mobilen Roboters. Ein leistungsfähiges Linux- System, das mit einer Nvidia Video Processing Unit ausgerüstet ist, bildet die Hardware-Basis. Die Leistungsfähigkeit dieser GPU ist skalierbar und kann so auf die jeweilige Applikation angepasst werden. Mit den ROS2-Treibern lässt sich das System einfach in Robotik-Applikationen integrieren. Da die Bildverarbeitung bei dem O3R-Konzept in das Edge-Gerät wandert, ist in der Kamera kaum Datenverarbeitung notwendig. Daher lassen sich auch mehrere verschiedene Kameras einsetzen, die entsprechend günstig sind. ifm bietet passend dazu Kamera-Köpfe, die 3D-Sensoren oder eine Kombination aus 3D- und 2D-Sensoren mit verschiedenen Öffnungswinkeln und Auflösungen enthalten. NEURONALE NETZE UND KI Da das Edge-Device auf Linux-Basis viel Rechenleistung bietet, können auch anspruchsvolle Applikationen umgesetzt werden. Anwendungen von KI, die in der industriellen Bildverarbeitung eine immer größere Rolle spielen, sind auf diese Leistungsfähigkeit angewiesen. So lassen sich etwa neuronale Netze für Bildverarbeitungs-Anwendungen implementieren, die mit herkömmlichen algorithmischen Methoden nicht möglich wären. Diese Methoden des Deep Learning lassen sich etwa einsetzen, um eine verbesserte Orientierung von autonomen mobilen Robotern (AMR) zu realisieren. Durch das dazu verwendete Verfahren, Simultaneous Localization and Mapping (Slamming), weiß der AMR, wie seine Umgebung aussieht und wo er sich innerhalb dieser Umgebung befindet (Localization). Wenn er sich in dieser Umgebung bewegt, kann er zusätzlich eine Karte seiner Umgebung anfertigen (Mapping). Durch den Einsatz von neuronalen Die Hardware-Plattform O3R eröffnet neue Möglichkeiten in der industriellen Bildverarbeitung Netzen und anderen Methoden der KI lassen sich solche Aufgaben lösen. Damit simuliert ein solches System genau die Methode, mit der ein Mensch diese Aufgabe löst. Mit unseren Sinnesorganen nehmen wir die Daten aus unserer Umgebung auf, und das neuronale Netz in unserem Gehirn erstellt daraus eine abstrakte Vorstellung einer Karte der Umgebung, in der wir uns bewegen. BILDVERARBEITUNG WIRD KOSTENGÜNSTIGER Die O3R-Plattform macht nicht nur innovative Bildverarbeitungs- Anwendungen möglich, sondern gleichzeitig verringern sich auch die Kosten für solche Lösungen. Dadurch eröffnen sich neue Perspektiven, autonome mobile Roboter in Anwendungen einzusetzen, die bisher aus Kostengründen ausgeschlossen waren. Auf Basis der O3R-Plattform soll eine komplette Suite von Lösungen für unterschiedliche Bereiche entstehen. Fotos: ifm electronic www.ifm.com Zuverlässiger Partner für zukunftssichere Logistikprozessautomation In einer sich rasant verändernden Welt benötigen Sie einen zuverlässigen Partner, der Ihnen hilft, die Erwartungen Ihrer Kunden zu übertreffen. Vanderlande kennt die Komplexität, die mit einem erfolgreichen Lagerbetrieb einhergeht. Daher haben wir die nächste Generation skalierbarer Lösungen definiert – Evolutions. > vanderlande.com www.foerdern-und-heben.de f+h 2022/07-08 15

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