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Sensormodule beschleunigen die Entwicklung von Embedded Vision: Ausgabe 18/2019, 07.11.2019

Wenn Maschinen sehen lernen

Mit Bildsensormodulen kann visuelle Sensorik einfach und kundenspezifisch in Maschinen und Geräte integriert werden, die damit quasi Augen bekommen und sehen lernen. Entwickler von Robotern, Drohnen, IoT, Endgeräten und Überwachungsanwendungen profitieren von den kleinen Vision-Elementen. Die untereinander austauschbaren Sensormodule und Adapter erleichtern und beschleunigen die Entwicklung von Embedded-Vision-Produkten.

Bilder: Framos

Geräte und Maschinen mit integrierter Bildverarbeitung sind meist kundenspezifische Lösungen, kurze Entwicklungszyklen verschaffen innovativen «sehenden» Produkten einen Vorsprung gegenüber dem Wettbewerb. Kleine, kompakte und spezifisch entwickelten Sensormodule können hier einen entscheidenden Vorteil bieten. Gerade im Consumer-Bereich können existierende Lösungen vergleichsweise einfach um Bildverarbeitung erweitert und damit neu erfunden werden.

Rohdatenerfassung auf kleinstem Raum
Sensormodule erlauben die Rohdatenerfassung auf kleinstem Raum und sind dank MIPI-CSI2Schnittstelle direkt mit Mikroprozessoren, SoCs, ISPs, GPUs und AI Engines kompatibel. Für Vision-Ingenieure und -Entwickler verkürzen diese Module die Time-to-Market und optimieren die Ressourcen vom Prototyping über das Testing bis hin zur Serienproduktion.

Sensormodule und Adapter
Der Vision-Experte Framos hat diesen modularen Ansatz jetzt professionalisiert. Neben einsatzfertigen Sensormodulen bietet die Embedded-Vision-Produktreihe standardisierte Steckverbinder vom Sensormodul bis hin zu einer Vielzahl an Processing-Boards. Mit diesen passenden Konnektoren können Prozessorkarten einfach konfiguriert werden, um praktisch jedes Sensormodul zu unterstützen. André Brela, Produktmanager bei Framos, sagt dazu: «Auch wenn ein Kunde mitten im Projekt den Prozessor wechseln muss, wirkt sich das mit unserer Modulreihe nur in einem zusätzlichen Adapter aus. Durch die gleichbleibende Schnittstelle bleiben alle bisherigen Evaluierungen und Tests unberührt. Jede Komponente ist austauschbar, wodurch die Entwicklung sehr flexibel bleibt und eine ausgezeichnete Referenz für die finale Produktion darstellt.» Die beschleunigte Produktentwicklung besteht aus fünf Phasen.

Phase 1 – Proof of Concept
Phase 1 der Produktentwicklung ist der «Proof of Concept», welcher die Funktion des Gesamtkonzepts sicherstellt. Sensormodule helfen in dieser Phase, um aus einer Reihe von Sensoren und Processing-Plattformen eine schnelle und kompromisslose Lösung zu finden. «Ingenieure können etwa fünf Module, ein paar Adapterkarten und einen Prozessor kaufen, um zu sehen, welche Kombination am besten passt», sagt Chris Baldwin, Technical Service Manager bei Framos. «Sie können nicht nur aus verschiedenen Optionen wählen, sie können auch verschiedene Sensoren und Prozessoren gleichzeitig testen.»
Zwei Systeme mit unterschiedlichen Processing-Leveln können auf derselben Basisplattform parallel entwickelt werden, oder die Softwareentwickler arbeiten mit einem kompletten Kit zur Applikationsentwicklung, während das Hardware-Team parallel am endgültigen Design arbeitet. «Kunden können mit Sensormodulen auch eventuell mangelnde Erfahrung im Design sensorbasierter Hard- und Software ausgleichen. Das Design einer Sensorplatine und die Signalübertragung erfordern ein tiefes Wissen sowie Zeit und Ressourcen. Mit einsatzfertigen Sensormodulen entfällt der Entwurf und das Prototyping einer eigenen Sensorplatine», ergänzt André Brela.
Sensormodule garantieren den einfachen Zugang zu Rohbilddaten, sie eignen sich auch für die Validierung und das Testing, erste Bilder sind meist in wenigen Minuten verfügbar. Entwickler profitieren von Open-Source-Software und einer grossen Support-Community. Bewährte Hardware ist der Schlüssel, den Proof of Concept einfach, schnell und erfolgreich zu gestalten.

Phase 2 – Prototyping
In der zweiten Phase, dem Prototyping, machen Sensormodule aus der Evaluierungsplattform einen veritablen Testaufbau, der als Arbeitsreferenz beim Debuggen neuer Hard- und Software hilft. «Um etwas Neues zu bauen, Funktionen zu erweitern oder einfach neue Sachen auszuprobieren, ist bewährte Hardware die Grundlage für Erfolg. Die Ingenieure müssen auf eine fehlerfreie Referenz vertrauen können, wenn sie Bugs in ihren Designs suchen.» Das Ausprobieren verschiedener Kombinationen von Sensoren und Processing-Boards ist so einfach wie das Zusammenklicken der Boards. Daher dominiert die Sensorauswahl nicht mehr die Entwicklung. Um das Design sicher zu validieren, ist es nicht mehr notwendig mehrere PrototypBoards zu bauen. Mit bereits vorhandenen Designs für Prototypen und Endprodukt entfallen bisher notwendige Anpassungen, um Fehler im Originalbauteil zu korrigieren.

Phase 3 – Pilot-Produktion
Nach erfolgreichem Abschluss des Prototypings beginnt die dritte Phase, die Pilotproduktion. Sensormodule können sicherstellen, dass es bei den ersten Produktchargen keine Probleme mit der Auftragsfertigung gibt, was zu einer hundertprozentigen Ausbeute führt. Für ein Unternehmen ermöglicht dies eine schnelle Reaktion auf spontane Vertriebsanforderungen oder die schnelle Erstellung verschiedener Modelle für verschiedene Zielgruppen. Die Verwendung von Hardware, die leicht miteinander verbunden werden kann, macht den Herstellungsprozess einfacher und zuverlässiger. Standardprodukte halten die Lagerbestände niedrig und sorgen für kurze Lieferzeiten, sie vereinfachen Wareneingangstest und die Qualitätssicherung. Mithilfe der Embedded-Vision-Produktreihe können während der Pilot-Produktion weitere Test-Suiten und -Versionen erstellt werden, während bereits die ersten Designs beim Auftragsfertiger vom Band laufen. Dies verringert die Zeitspanne bis zur Markteinführung weiter.

Phase 4 – Serienproduktion
Die Serienproduktion ist Phase 4 und profitiert von Sensormodulen durch geringere Stückkosten und einen verbesserten Cashflow. Kunden mit kleineren Stückzahlen (<10000 Stück) können durch die in grossen Mengen und damit kostengünstig hergestellten Module günstige Einkaufspreise erzielen, und sparen gleichzeitig durch weniger komplexe Herstellungsprozesse sowie durch einfachere Wareneingangskontrollen.
Unternehmen, die von der Fertigung geringer Stückzahlen zur Grossserienfertigung übergehen, sehen sich oft mit unvorhergesehenen Problemen konfrontiert. Etwa wenn sie den Auftragsfertiger wechseln, der sich dann möglicherweise in einem fremden Land befindet oder weniger qualifizierte Arbeitskräfte vorhält. Module bieten einen robusten und kostengünstigen Ansatz, um diese Probleme zu entschärfen.

Phase 5 – Update zur nächsten Generation
In Phase 5 geht es um Innovation und einen schnellen Weg, um die nächste Produktgeneration auf den Weg zu bringen. Mit Sensormodulen lassen sich neue Sensoren oder Prozessoren schnell in bestehende Produkte einfügen. Die Entwickler können sofort sehen, wie es funktioniert. Die Vertrautheit mit der Produktreihe macht den neuen Proof of Concept schnell, der modulare Aufbau der Embedded-Vision-Produktreihe erlaubt inkrementelle Technologieschritte. R&D-Entscheidungen werden einfacher und risikoärmer, um Innovationen auf den Weg zu bringen.

Sensormodule – Chance für KMU, Machine Vision umzusetzen
Die gesamte Framos-Produktreihe spart Zeit und Ressourcen während der Evaluierung und dem Prototyping. Während der ersten Produktionsläufe macht die Produktreihe als bewährte Referenz Probleme leichter nachvollziehbar. Die gleichen Komponenten können dann als Testaufbauten für neue Produkte, die von Auftragsfertigern gebaut werden, hergenommen oder zur Validierung der eigenen Produktion und Montage angepasst werden. Alle Sensormodule werden mit Referenztreibern und Source Codes, Datenblättern, Schaltplänen, Gerber- und LayoutDateien ausgeliefert, um die Applikationen während ihrer gesamten Entwicklung flexibel und individuell gestalten zu können.
Der Schlüssel zur Gesamtflexibilität der Framos-Sensormodule ist ein 120-PinStecker. Dieser 120-Pin-Stecker ist der Abstraktionspunkt, an dem Sensoren und Prozessor-Boards angeschlossen sind. Es ist das Gateway für Strom, Daten, Befehle und Steuersignale. Mit den Adaptern profitieren die Kunden von einem «Mix and Match»- sowie «Plug and Play»-Ansatz der Produktreihe. Sie erhalten dadurch mehr Flexibilität für den Austausch von Komponenten in jeder Phase ihres Entwicklungsprozesses.

Fazit
Sensormodule eliminieren Design-, Geschäfts- und zeitliche Risiken, die typischerweise mit der Integration von Bildverarbeitung in Maschinen und Geräte verbunden sind. Insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen und Start-ups bieten Sensormodule eine schnelle Möglichkeit, maschinelles Sehen in ihren Anwendungen umzusetzen. Das Testen der endgültigen Konzepte kann bereits früh in der Designphase beginnen. Ingenieure sehen auf einen Blick, wie das System funktioniert und können Einstellungen übernehmen und ändern oder neue Sensoren oder ProzessPlattformen ausprobieren. Vom Start-up bis zum hochvolumigen OEM (Original Equipment Manufacturer = Erstausrüster) stellen die Skalierbarkeit und die Kostenvorteile einen wesentlichen Pluspunkt von Sensormodulen dar.

Infoservice
Framos GmbH
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Tel. 0049 89 710 66 70, Fax 0049 89 710 667 66
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Kleine, kompakte und spezifisch entwickelte Sensormodule können bei kundenspezifischen Lösungen wie bei dieser VR-Brille (Virtual Reality) entscheidende Vorteile bieten
Bild: Stock



Ein kompakter Sensormodul-Adapter von vorne (links) und hinten


Die umfangreiche Framos-Produktreihe an Sensormodulen, Adaptern sowie Erweiterungs-Boards