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Session 7: ProjektvorstellungTransferprojekt itsowl-TT-kapela18. August 2015, Gütersloh

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Einführung

Zielsetzung

Ergebnisse

Agenda Abschlusspräsentation

itsowl-TT -kapela

Resümee und Ausblick

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EinführungHANNING 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

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� 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

EinführungInstitut Industrial IT – HS OWL

1) Im Jahr 2015

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EinführungMotivation / 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

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Einführung

Zielsetzung

Ergebnisse

Resümee und Ausblick

Agenda Abschlusspräsentation

itsowl-TT -kapela

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ZielsetzungKamerabasierte 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

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Vorgehensweise

Definition der HardwareDefinition der Hardware

Realisierung Applikationssoftware

Realisierung Applikationssoftware

Aufbau DemonstratorAufbau Demonstrator

Phase / Meilensteine Aufgaben / Methoden Resultate

AP1AP1

AP2AP2

AP3AP3

Umsetzungsfähiges Hardware-LastenheftUmsetzungsfähiges 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

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Einführung

Zielsetzung

Ergebnisse

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Agenda Abschlusspräsentation

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� 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 HardwareBildverarbeitungshardware

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� 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 ApplikationssoftwareVorverarbeitung

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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

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Realisierung Applikationssoftware Segmentierung

Textil 1

Textil 2Original

Original

Grauwertbild (Vorverarbeitet)

Grauwertbild (Vorverarbeitet)

Binäres Bild

Binäres Bild

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� 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

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� 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

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Einführung

Zielsetzung

Ergebnisse

Resümee und Ausblick

Agenda Abschlusspräsentation

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� 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

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