Industrial Vision: Inline-Prüfung am Edge
Vom Trigger bis zum Prüfergebnis: Bilddaten lokal vorverarbeiten und zeitkritische Vision-Aufgaben von Steuerungs- und Softwarefunktionen trennen.
Ein gefrästes Aluminiumgehäuse läuft auf einem Förderband in eine optische Prüfzelle. Eine Kamera von oben erfasst Lage und Bohrungsbild, zwei seitliche Kameras betrachten Konturen, Kanten und sichtbare Oberflächen. Ein Trigger startet die Aufnahme; ein Encodersignal ordnet Bilder und Prüfergebnis der Produktposition zu.
Genau hier entsteht die typische Embedded-Vision-Frage: Welche Bilddaten müssen wirklich gespeichert oder zur Software übertragen werden – und welche Verarbeitung kann direkt im Datenstrom stattfinden?
Praxisbeispiel, keine fertige Referenzanlage
Das beschriebene Szenario zeigt eine mögliche Systemarchitektur für eine industrielle Multi-Kamera-Prüfzelle. Kameramodelle, Frontends, FPGA-Funktionen, Software und Maschinenanbindung werden für die konkrete Anwendung ausgelegt.
Erfassen und synchronisieren
Ein Werkstücksensor kann den Aufnahmezeitpunkt auslösen, während ein Encoder die Position auf dem Förderband liefert. Im Beispiel erfassen drei Kameraperspektiven Geometrie, Vollständigkeit und sichtbare Oberflächen.
Das TEB0865 stellt dafür unter anderem einen dokumentierten MIPI-CSI-2-Anschluss mit vier Daten-Lanes bereit. Weitere Kamerakanäle benötigen ein zur Schnittstelle passendes Frontend, Mezzanine und FPGA-Design.
Bilddaten in der FPGA-Logik vorbereiten
Auf dem TE0865 kann die programmierbare Logik Verarbeitungsschritte übernehmen, die sich für einen kontinuierlichen Datenstrom eignen – zum Beispiel Formatierung, Synchronisation, Korrektur, Filterung oder die Auswahl relevanter Bildbereiche.
Zwischenergebnisse können bei Bedarf im separaten DDR4-Speicher der PL gepuffert werden. Welche Funktionen tatsächlich umgesetzt werden, ist Teil des Applikationsdesigns.
Software auf die Steuerungsaufgaben konzentrieren
Das Processing System kann Prüfrezepte, Parameter, Diagnose, Bedienoberfläche und Kommunikation verwalten. Dadurch muss die Software nicht jeden Pixel zwischen allen Verarbeitungsschritten bewegen.
Der TE0865-02-DGI83MA kombiniert dafür einen AMD Zynq UltraScale+ ZU17EG mit 4 GB DDR4 ECC am Processing System und 4 GB DDR4 an der programmierbaren Logik.
Nur relevante Ergebnisse weitergeben
Nach der Auswertung kann das System zum Beispiel ein Gut-/Schlecht-Ergebnis, Messwerte oder eine Fehlerklasse an die Maschinensteuerung übergeben.
Für HMI, Rückverfolgbarkeit oder Prozessanalyse können ausgewählte Bilder und Diagnosedaten gespeichert werden, während der kontinuierliche Bildstrom lokal in der Vision-Pipeline bleibt.
Warum der Datenpfad praktisch relevant ist
Ein unkomprimierter 1.920 × 1.080-Bildstrom mit 8 Bit pro Pixel und 60 Bildern/s erzeugt rund 124,4 MB/s Nutzdaten pro Kamera.
Drei gleich konfigurierte Kameras kommen bereits auf rund 373,2 MB/s. Werden alle Daten einmal vollständig in einen Speicher geschrieben und wieder gelesen, entspricht das rund 746,5 MB/s reiner Datenbewegung – ohne Protokoll-Overhead, Padding, weitere Speicherzugriffe oder Lastspitzen.
Die Rechnung ist ein Auslegungsbeispiel, kein Hardware-Benchmark.
Der praktische Nutzen der Aufteilung liegt deshalb nicht in einem einzelnen Leistungswert, sondern in einem kontrollierbaren Datenweg: zeitkritische, gut parallelisierbare Verarbeitung bleibt nahe an den Kameradaten, während Software die veränderlichen Aufgaben der Anlage übernimmt.
Neue Prüfrezepte oder Produktvarianten können so softwareseitig angepasst werden, ohne die komplette Erfassungs- und Vorverarbeitungskette neu zu strukturieren.
Bausteine für den Vision-Prototyp
