Industrielle Bildverarbeitung Kontur- und Objekterkennung in einem Vision-Sensor

Bildverarbeitungsanwendungen, die in der Qualitätskontrolle oder Qualitätssicherung zum Einsatz kommen, lassen sich in der Regel in zwei Klassen unterteilen: Konturerkennung und Objekterkennung. Der neue Vision-Sensor Dualis von IFM kann beides.

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Die prinzipielle Struktur einer Bildverarbeitung ist immer ähnlich und besteht aus drei Schritten: Bild aufnehmen, auswerten und Ergebnisse ausgeben. Das Konzept von smarten Vision-Sensoren beruht darauf, alle Schritte in einem kompakten Gerät umzusetzen. Im Idealfall ist auch bereits eine Beleuchtung mit integriert. Mit dem O2D5xx Dualis von IFM steht genau solch ein Vision-Sensor zur Verfügung, der für verschiedenste Anwendungen etwa in der Inline-Qualitätskontrolle geeignet ist.

Zwei Varianten zur Auswahl

Anwender, die den Dualis verwenden möchten, müssen im ersten Schritt die passende Variante auswählen. Je nach Umgebungslicht und Farbe des Objekts kann entweder die Infrarotvariante oder die Variante für den sichtbaren Bereich (RGB-W-Variante) gewählt werden. Die RGB-W-Variante hat vier Beleuchtungssegmente im roten (625 nm), grünen (525 nm), blauen (453 nm) und weißen Spektralbereich. Dadurch ist auch ohne Verwendung eines Farbsensors eine Farbunterscheidung von Objekten möglich.

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Um die geometrischen Rahmenbedingungen – insbesondere den Abstand zwischen Objekt und Sensor – zu berücksichtigen, sind Standard-, Weitwinkel- oder Teleobjektiv erhältlich. Ein Bildfeldrechner auf der IFM-Website hilft bei der Auswahl des passenden Sensors. Der Fokus, der für ein scharfes Bild sorgt, arbeitet elektromechanisch. Mit der hohen Schutzart IP65 und möglichen Umgebungstemperaturen von -10 °C bis 50 °C ist der Dualis für den Einsatz in rauer Industrieumgebung geeignet. Durch die drehbaren Stecker sind Einbau und Anschluss unkompliziert.

Die letzte Wahl, die der Anwender treffen muss, ist die Art der Anbindung an übergeordnete Systeme – hierfür stehen beim Dualis entweder Ethernet/IP oder Profinet zur Verfügung.

Robust gegenüber Fremdlicht

Um Störungen durch Fremdlicht zu vermeiden, verwendet der neue Vision-Sensor ein besonderes Verfahren: In kurzer Folge nimmt er bis zu fünf Bilder mit unterschiedlichen Belichtungszeiten auf. Die Software kann im Anschluss die Aufnahme mit der optimalen Belichtung auswählen und auswerten. Robust gegenüber Fremdlicht ist der Dualis auch durch ein integriertes Tageslichtfilter. Mithilfe eines optionalen Polarisationsfilters können außerdem Störungen durch Reflektionen auf metallischen Oberflächen vermieden werden.

Die optischen Qualitätsmerkmale des Vision-Sensors sind aber nur die halbe Miete, wenn es um die Anwendung geht, denn das aufgenommene Bild muss im Anschluss noch ausgewertet werden. Hier bietet der Vision-Sensor Dualis einen weiteren entscheidenden Vorteil: Die Inbetriebnahme einer Anwendung wird durch den Vision Assistant von IFM deutlich vereinfacht. Bei der Entwicklung dieser Software wurde vor allem Wert darauf gelegt, dass sie auch von Anwendern bedient werden kann, die keine ausgewiesenen Spezialisten in der Bildverarbeitung sind.

Standardanwendungen unkompliziert implementieren

Für die Inbetriebnahme sind mehrere Assistenten vorhanden, mit denen sich die Standardanwendungen – Konturerkennung und Objekterkennung – implementieren lassen. Verschiedene Bildverarbeitungsalgorithmen sind enthalten und können verwendet werden, ohne dass eine Programmierung stattfinden müsste. Die sehr intuitiv zu bedienende Software führt den Anwender, nachdem er die Auswahl zwischen Konturerkennung oder Objekterkennung getroffen hat, in jeweils elf Schritten durch die Parametrierung. Dabei werden zunächst Belichtung und Fokussierung angepasst und der richtige Bildausschnitt gewählt, bevor die eigentliche Erkennung konfiguriert wird.

Kamera

Vier Neuheiten aus der Kameratechnik

Die möglichen Auswertungen sind extrem vielfältig und decken praktisch alle möglichen Anwendungen in der Inline-Qualitätssicherung ab. Es können zum Beispiel Konturen, Flächen, Größe und Anzahl von Objekten, deren Position innerhalb des Bildes, Drehlage und viele weitere Eigenschaften analysiert werden. Konturen, die im Bild erkannt werden sollen, können sogar direkt aus technischen Zeichnungen übernommen werden.

Fehlerhafte Bauteile sofort aussortieren

Auch die Ausgabe der Ergebnisse der Bildverarbeitung erfolgt durch einfache Parametrierung. Dabei wird festgelegt, welche Werte in welcher Form und wie oft über Ethernet/IP bzw. Profinet an eine übergeordnete Steuerung übertragen werden. Über einen digitalen Ausgang kann zudem ein Schaltsignals an eine SPS übergeben werden. Damit kann etwa ein fehlerhaftes Bauteil, das die Bildverarbeitung erkennt, von der Steuerung sofort aussortiert werden. Eine frühzeitige Erkennung, ob das Bauteil den Qualitätsmerkmalen entspricht, verhindert hohe Kosten, die in einem späteren Fertigungsschritt durch Ausschuss entstehen würden.

Kamerasensoren

Codierung auf Glas zuverlässig erkennen

Die Bildqualitätsprüfung überwacht während des Betriebs die Funktion des Vision-Sensors und ermöglicht so eine Echtzeit-Wartung der Anwendung. So ist beispielsweise eine Suchzonenüberwachung integriert. Diese kann den Anwender automatisch warnen, wenn das Objekt an den Rand der Suchzone gerät. Eine zusätzliche Dejustageüberwachung überprüft ständig, ob die Fokussierung und die Beleuchtung noch in Ordnung sind. Störungen beispielsweise durch sich veränderndes Fremdlicht werden damit sofort erkannt und können beseitigt werden. Ein Vergleich des aktuellen Livebilds mit einem abgespeicherten Referenzbild kann sehr schnell überprüfen, ob sich die Situation im Vergleich zur Inbetriebnahme verändert hat.

Komplexe Auswertungen mit wenigen Mausklicks

Für Anwendungen, die umfangreichere Auswertungen erfordern, stehen im benutzerdefinierten Modus des Vision Assistant umfangreiche Funktionen zur Verfügung. In der sogenannten Logik lassen sich Verknüpfungen innerhalb der Bildverarbeitung sehr einfach erstellen. Statt eine logische Verknüpfung zu programmieren werden diese einfach grafisch erstellt, indem verschiedene Funktions- und Logikbausteine auf der Arbeitsfläche platziert und mit wenigen Mausklicks miteinander verschaltet werden. So lässt sich etwa der Abstand zweier erkannter Bauteile mit einer entsprechenden Verknüpfung berechnen und anschließend ausgeben.

Industrielle Bildverarbeitung

Smarte Profilsensoren – das Ende der Vorurteile

Der benutzerdefinierte Modus ermöglicht auch komplexere Anwendungen, bei denen Konturerkennung und BLOB-Analyse miteinander verknüpft werden. So kann zum Beispiel ein Bauteil über eine Konturerkennung identifiziert werden; anschließend kann eine BLOB-Analyse in einem bestimmten Bereich des Bauteils erfolgen. Durch die Kontur-Lagenachführung bzw. Ankerfunktion funktioniert dies auch, wenn das Bauteil in einem beliebigen Winkel verdreht ist. Solche Anwendungen sind innerhalb des Logik-Layers im Vision Assistant einfach zu parametrieren. Den Auswertungen sind dabei fast keine Grenzen gesetzt: Abstände verschiedener erkannter Objekte, der Größe oder Positionen können als Parameter in den logischen Verknüpfungen verwendet werden. Die Ausgänge können abhängig von verschiedenen Ergebnissen geschaltet werden, wobei bedingte Anweisungen möglich sind.

Schnittstellen bieten weitere Möglichkeiten

Über die integrierte Ethernet/IP- bzw. Profinet-Schnittstelle lassen sich beispielsweise über FTP-Push die vom Dualis aufgenommenen Bilder auf einem externen Server speichern. Auf diese Weise können die Ergebnisse der Qualitätssicherung nachverfolgbar dokumentiert werden. Auch diese Datenübertragung kann in Abhängigkeit der Auswertung der Bildverarbeitung geschehen. So kann der Anwender festlegen, dass nur bei erkannten Fehlern die Bilder gespeichert werden. Die Übertragung kann optional auch verschlüsselt per SFTP erfolgen. Gerade für Branchen wie Medizintechnik oder Automobilindustrie, in denen Qualitätssicherung und Tracebility sehr wichtig sind, sind diese Funktionalitäten von großem Vorteil. Die Netzwerkanbindung kann auch verwendet werden, die vom Vision-Sensor aufgenommenen Bilder in Echtzeit zu streamen. So kann etwa ein Mitarbeiter der Qualitätssicherung die Anwendung in seinem Büro jederzeit überprüfen, ohne vor Ort an der Anlage zu sein.

Der Austausch eines Vision-Sensors ist dank der integrierten USB-Schnittstelle ebenfalls problemlos. Der Dualis ist mit einem ifm-Speicherstick ausgestattet, auf dem sämtliche Parameter und Anwendungen gespeichert werden. Im Falle eines erforderlichen Gerätetauschs kann der Stick zur einfachen Übertragung aller für den Betrieb erforderlichen Einstellungen und Parameter in den neuen Dualis eingesetzt werden. Das reduziert den Arbeitsaufwand erheblich. Alternativ lassen sich die Daten auch im Vision Assistant exportieren, auf einem PC ablegen und dann wieder importieren.

Optische Qualitätskontrolle und -sicherung

Der Vision-Sensor Dualis lässt sich in zahlreichen Anwendungen der optischen Qualitätskontrolle und -sicherung einsetzen. Er erkennt beispielsweise Ausstanzungen in Blechteilen und kann auch deren richtige Positionierung überprüfen. In Montageanwendungen wird die Anwesenheit sämtlicher Teile vor dem nächsten Arbeitsschritt verifiziert, und in Klebeanwendungen kann der Vision-Sensor erkennen, ob an allen vorgesehenen Stellen Klebstoff aufgetragen wurde. Speziell in der Automobilindustrie oder bei der automatisierten Montage hilft er in solchen Anwendungen, Fehler frühzeitig zu erkennen und so teuren Ausschuss zu minimieren.  (jv)

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