Session 7: Projektvorstellung Transferprojekt itsowl-TT ... · PDF Session 7:...

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  • www.its-owl.de

    Session 7: Projektvorstellung Transferprojekt itsowl-TT-kapela 18. August 2015, Gütersloh

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 2

    Einführung

    Zielsetzung

    Ergebnisse

    Agenda Abschlusspräsentation

    itsowl-TT-kapela

    Resümee und Ausblick

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 3

    Einführung HANNING ELEKTRO-WERKE GmbH & Co.KG

    � Familienunternehmen

    � Hauptsitz in Oerlinghausen (Entwicklung und Produktion)

    � 5 Produktionsstandorte weltweit

    � Hohe Fertigungstiefe

    � Umsatz > 130 Mio. €

    � Exportanteil > 55%

    � Mitarbeiter weltweit: rd. 1.500

    � Geschäftsbereiche / Produkte:

    � Antriebstechnik: Kundenspezifische industrielle Antriebssysteme aus Motor, Elektronik & Software bis 7,5kW

    � Gerätetechnik: Kundenspezifische Pumpen-, Motoren- und Elektronik- lösungen

    � Verstelltechnik: Kundenspezifische Antriebssysteme aus Linearantrieben, Bedienelementen, Elektronik und Software

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 4

    � CIIT - Deutschlandweit erstes Science-to- Business-Center der industriellen Automation

    � Forschungsinstitute und Technologieunternehmen unter einem Dach

    � inIT ist eines von zwei Instituten

    � Gemeinsamer Forschungskern: Industrielle Informationstechnik

    � 7 Professoren1)

    � 65 Mitarbeiter1)

    � Über 3,0 Mio. Euro Drittmittel pro Jahr

    Einführung Institut Industrial IT – HS OWL

    1) Im Jahr 2015

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 5

    Einführung Motivation / Ausgangssituation für das Transferprojekt

    � Industrielle Strickmaschinen werden zu Betriebsbeginn per Hand von Experten eingestellt

    � Pro Maschine einige Dutzend Antriebe

    � Forderung nach lokaler und unabhängiger Durchführung von Teilaufgaben durch autonome und intelligente Subsysteme (� Antriebe)

    � Modellanwendung: Überwachung eines Strickprozesses, indem über einen Antrieb der Materialabzug in Strickmaschinen gesteuert wird

    � Qualitätsmerkmal: Porenöffnungen

    � Heute: Dehnung wird ermittelt, indem der Experte die Spannung des Textils per Hand erfühlt (Porenöffnungen zu klein für Sichtprüfung)

    Quelle Grafik: T.Gries, D.Veit B.Wulfhorst, Textile Fertigungsverfahren - Eine Einführung, Carl Hanser Verlag München, 2014

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 6

    Einführung

    Zielsetzung

    Ergebnisse

    Resümee und Ausblick

    Agenda Abschlusspräsentation

    itsowl-TT-kapela

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 7

    Zielsetzung Kamerabasierte Produktdiagnose in elektrischen Antrieben

    � Optische Messung der Gestrickqualität bei der Herstellung textiler Produkte über die Materialdehnung

    � Regelgröße zur Einstellung der Zugkraft über den Antrieb bereitstellen (Fadenzug)

    � Fühlender und sehender Antrieb im Sinne eines Cyber-Physical- Systems

    • Smart-Kamerasystem mit BV-Hardware und Software

    � Ziel: Demonstrator mit Kamerasystem und Antrieb

    Zielsetzung

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 8

    Vorgehensweise

    Definition der HardwareDefinition der Hardware

    Realisierung Applikationssoftware

    Realisierung Applikationssoftware

    Aufbau DemonstratorAufbau Demonstrator

    Phase / Meilensteine Aufgaben / Methoden Resultate

    AP1AP1

    AP2AP2

    AP3AP3

    Umsetzungsfähiges Hardware-Lastenheft Umsetzungsfähiges Hardware-Lastenheft

    Software realisiertSoftware realisiert

    Funktionierender Demonstrator / Abschluss

    Funktionierender Demonstrator / Abschluss

    11

    22

    33

    � Erstellung Applikationslastenheft � Erstellung Hardwarelastenheft � Beschaffung Hardwarekomponenten

    � Umsetzung Betriebssystem, Informationsprozessor und Bildverarbeitung

    � Umsetzung Kommunikation zum Antrieb

    � Realisierung und Operationalisierung des Gesamtsystems

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 9

    Einführung

    Zielsetzung

    Ergebnisse

    Resümee und Ausblick

    Agenda Abschlusspräsentation

    itsowl-TT-kapela

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 10

    � Fokus auf verfügbare Massenhardware

    � Lösung mit Entwicklungsboard

    � Betriebssystem: Android

    � Für die technische Umsetzung wurde das Odroid-C1-Board ausgesucht: Leistungsstarker Prozessor und Kompatibilität zu Android

    � Preisgünstige USB-2.0-Kamera gewählt: 1280 x 720 Pixel, 30 Bilder / Sec., was für den Strickprozess ausreichend ist (2-3 Meter Gestrick / Minute)

    � Bildübertragung: USB-Controller

    Ergebnisse

    Definition der Hardware Bildverarbeitungshardware

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 11

    � Diffuse Durchlichtbeleuchtung gewählt: Dadurch werden Schattenbildung und Reflexionen vermieden

    � Die Kamera befindet sich auf der einen Seite und die Beleuchtung auf der anderen Seite des Objekts (siehe Bild)

    � Porenöffnungen sind hell und Fäden dunkel

    � Dieser Sachverhalt wird für die Segmentierung genutzt

    � Verbesserung der Aufnahme durch Vorverarbeitung: � Rauschunterdrückung: Medianfilter � Kontrastanpassung

    Ergebnisse

    Realisierung der Applikationssoftware Vorverarbeitung

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 12

    Realisierung Applikationssoftware Segmentierung

    � Entscheidung, ob ein Pixel zu einer Porenöffnung oder zu einem Faden gehört

    � Auswahl eines schwellwertbasierten Verfahrens, da Öffnungen hell und Fäden dunkel sind

    � Grundlage ist das Grauwertbild des Textils: Berechnung einer Schwelle, sodass die Varianz der Grauwerte innerhalb einer dieser Klassen möglichst klein ist

    � Gleichzeitig: Varianz zwischen den Klassen möglichst hoch

    � Alle Werte unter der Schwelle erhalten Wert 0 (Schwarz), alle Pixel, über dem Schwellwert, bekommen den Wert 255 (Weiß) � Binäres Bild

    Ergebnisse

    Original

    Grauwertbild

    Binäres Bild

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 13

    Realisierung Applikationssoftware Segmentierung

    Textil 1

    Textil 2 Original

    Original

    Grauwertbild (Vorverarbeitet)

    Grauwertbild (Vorverarbeitet)

    Binäres Bild

    Binäres Bild

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 14

    � Vergrößerungen der Poren des Textils in Dehnrichtung; Verkleinerung senkrecht dazu

    � Messung: Kleinstes Rechteck, welches alle Pixel der Fläche beinhaltet

    � Bestimmung der linken, oberen Ecke

    � Bestimmung der Breite und der Höhe

    � Verhältnis �

    � , Fläche � ∙ �

    � Mindestgröße für Maschen

    � Berechnung der durchschnittlichen Höhen und Breiten

    � Dehnung : � � �� ��

    � �� ��

    Ergebnisse

    Realisierung Applikationssoftware Dehnungsmessung

    H

    B

    Textil 1 Textil 2

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 15

    � Realisierung auf dem ausgewähltem Entwicklungsboard mit preisgünstiger Kamera Android-Betriebssystem

    � Reproduzierbare Messungen wurden mit dem Demonstrator durchgeführt (Bild rechts)

    � Demonstrator besteht im Wesentlichen aus einem gestricktem Band, das dehnbar ist und um zwei gegenüberliegende Wellenpaare gespannt ist.

    � Ein Wellenpaar ist beweglich, sodass der Abstand verändert werden kann.

    � Durch die Änderung des Abstandes wird die Dehnung des Bandes geändert

    � Verschiedene Dehnungen können eingestellt und die dazugehörigen Messwerte ermittelt werden

    Ergebnisse

    Demonstrator

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 16

    Einführung

    Zielsetzung

    Ergebnisse

    Resümee und Ausblick

    Agenda Abschlusspräsentation

    itsowl-TT-kapela

  • © it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 18.08.15 17

    � Das Ziel einer kamerabasierten Produktdiagnose mit ressourcenbeschränkter, günstiger Bildverarbeitungs- hardware wurde erreicht

    � Untersuchungen eines Strickprozesses haben gezeigt, dass dies möglich ist

    � Eine Realisierung als Demonstrator inkl. Entwicklungs- board mit preisgünstiger Kamera und einem Android- Betriebssystem ist erfolgt

    � Kopplung mit einem elektrischen Antrieb konnte aus Zeitgründen nicht umgesetzt werden

    Resümee und Ausblick

    Resümee

    � Industrialisierung über die HANNING-Entwicklung

    � Reglung eines Antriebs auf Basis der vom Smart- Kamerasystem zur Verfügung gestellten Daten über die Porendehnung

    � Verwendung des Ansatzes für andere (textile) Prozesse werden ermittelt und ggf. anwendungsspezifisch angepasst

    Ausblick

  • www.its-owl.de

    Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!