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Industrielle Bildverarbeitung Bildverarbeitung fördert die Automation

Autor / Redakteur: Klaus Vollrath / Rosemarie Stahl

Moderne Bildverarbeitungssysteme können bei der Kontrolle von Produkten oder Prozessabläufen in der Produktion viele Inspektionsaufgaben besser und schneller ausführen als der Mensch. Einer ihrer wesentlichsten Vorteile ist ihre Ermüdungsfreiheit.

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Schnelle optische 100%-Oberflächenprüfung an Zylinderkopfdichtungen.
Schnelle optische 100%-Oberflächenprüfung an Zylinderkopfdichtungen.
(Bild: Vitronic)

Der Fortschritt im Bereich der industriellen Bildverarbeitung scheint sich in den letzten Jahren zu beschleunigen. Hierfür gibt es mehrere Gründe: Einerseits ist die Zahl der verfügbaren Bilderfassungssysteme mit jeweils besonders angepassten Eigenschaften erheblich gestiegen, sodass man für fast jede Anwendung gut „passende“ Lösungen am Markt finden kann. Hinzu kommen ganz neue Kamerasysteme, welche die Erfassung multipler Frequenzspektren schaffen. Dies ermöglicht die Kombination von klassischer mit optischer Inspektion sowie die Thermografie oder sogar die Erfassung des „chemischen Fingerabdrucks“ von Objekten. Weitere Möglichkeiten eröffnen sich zudem durch die 3D-Bilderfassung, mit der komplexe räumliche Strukturen sicher erkannt und geprüft werden können.

Für Anwender zählt die einfache Programmierbarkeit

Eine weitere wesentliche Rolle spielen Fortschritte im Bereich der Software, welche die Flexibilität bei der Änderung oder Neuprogrammierung von Prüfaufgaben, etwa bei wechselndem Teileprogramm, erheblich steigern. Nachfolgend werfen wir einen Blick auf einige besonders interessante Neuerungen. Zu den wesentlichen Anforderungen an Mess- und Prüfsysteme auf Basis von Bildverarbeitungssystemen zählt, dass sie für den Anwender möglichst einfach programmiert und ebenso einfach mit unterschiedlichen Bilderfassungssystemen verknüpft werden können.

Flexibilität durch schnelle, intuitive Programmierung

Hierauf wurde bei der von EVT entwickelten Eyevision-Standardsoftware konsequent geachtet. Eine intuitive Benutzeroberfläche sowie die bequeme Programmierung per Drag-and-drop ermöglichen die schnelle Erstellung neuer Prüfaufgaben. Damit lassen sich optische Mess- und Prüfaufgaben aller Art von der Objekterkennung bis hin zur Vermessung auch ohne Programmierkenntnisse selbstständig lösen. Das Einlernverfahren stets schnell an individuelle Anforderungen angepasst werden, ohne dabei den Produktionsfluss zu unterbrechen. Als Beispiel hierfür kann die Rückrufaktion von Mars dienen. Um die betroffenen Produkte zu finden, musste die Software dazu in aufgenommenen Bildern nach dem Mindesthaltbarkeitsdatum suchen und ein Prüfprogramm generieren, sobald das gesuchte Datum erkannt wurde.

Mit Eyevision lassen sich optische Mess- und Prüfaufgaben von der Objekterkennung bis hin zur Vermessung auch ohne Programmierkenntnisse selbst lösen.

Ein ebenso wichtiger Punkt ist eine möglichst universelle Eignung für den Einsatz mit der Vielzahl der heute am Markt verfügbaren Sensoren. So gibt es heute moderne Kamerasysteme, welche 3D-Bilderfassung und Infrarotthermografie miteinander kombinieren. Durch das Wärmebild lässt sich beispielsweise in Abfüllanlagen für Folienverpackungen die Dichtheit des Siegelrandes kontrollieren, um sicherzustellen, dass sich darin kein abgefülltes Material befindet.

Auf der Automatica wird Stemmer Imaging ein sogenanntes Hyperspektral-Bildverarbeitungssystem präsentieren, das Bilder von Objekten in über 100 Wellenlängenbereichen erzeugt. Da sich unterschiedliche chemische Substanzen bezüglich ihrer Wechselwirkung mit Licht verschiedener Wellenlängen unterscheiden, wird es dadurch möglich, Objekte nach ihren Materialeigenschaften zu klassifizieren. Das System nimmt sozusagen einen chemischen Fingerabdruck der Prüfobjekte und schafft so ganz neue Möglichkeiten für die Bildverarbeitung in einer Vielzahl von Branchen wie Medizin, Pharma, Verpackungs- oder Lebensmittelindustrie sowie in verschiedenen Sortieranwendungen.

Hyperspektrale Bildanalyse erkennt „chemischen Fingerabdruck“

Eine hierfür von Perception Park entwickelte, intuitiv konfigurierbare Software erlaubt es selbst Anwendern ohne vertiefte wissenschaftliche Kenntnisse in Bereichen wie Spektroskopie und Chemometrie, solche Anwendungen in übliche Bilderkennungs- und -verarbeitungsprozesse zu integrieren. Möglich wird dies durch Chemical Colour Imaging (CCI).

Diese Technologie ermöglicht die Extraktion von zweidimensionalen Feature-Bildern (Chemical Colour Images) aus komplexen, multidimensionalen Hyperspektraldaten. In diesen CCI-Bildern werden ortsaufgelöste spektroskopische Informationen in Farbe codiert dargestellt, sodass die hyperspektrale Kamera vom Anwendersystem wie eine normale Farbkamera wahrgenommen wird. Die Farben stellen in Wirklichkeit jedoch molekulare Eigenschaften der untersuchten Objekte dar. Interessante Einsatzbereiche zeichnen sich auch beim Sortieren gemischter Plastikabfälle oder im Lebensmittelbereich bei der Kontrolle des Reifegrads von Früchten und der Erkennung von Schimmelbefall ab.

Automatische optische Oberflächenprüfung an Zylinderkopfdichtungen

Bei der Oberflächeninspektion von Zylinderkopfdichtungen etwa müssen selbst sehr kleine Defekte sicher erkannt und klassifiziert werden. Eine nicht korrekte Klassifikation kann Ursache für Funktionsprobleme des Bauteils sein, während Pseudoausschuss zu unnötigem Materialverlust führt. Das erfordert auf der einen Seite sehr hoch auflösende Kamerasysteme mit bis zu 8000 beziehungsweise 16.000 Bildpunkten pro Linie, auf der anderen Seite wird dadurch die Programmierung auch entsprechend zeitraubend.

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Um dies zu vereinfachen, entwickelte Vitronic eine Systemlösung mit der Bezeichnung Vinspec, die dank einer umfangreichen Fehlerklassifikation mit über 100 Merkmalen Oberflächen- und Geometriefehler sicher erkennt und zugleich Pseudoausschuss auf ein Minimum reduziert. Bei der Neukonzeption wurde besonderer Wert auf Einfachheit, intuitive Bedienbarkeit und Benutzerfreundlichkeit gelegt. Der Einlern- respektive Teach-in-Prozess dauert statt wie bisher circa mehrere Stunden unter Einbeziehung eines Experten jetzt nur noch wenige Minuten und kann mit normalem Personal durchgeführt werden.

Ausgangspunkt der Einrichtung eines neuen Prüfprogramms sind die CAD-Daten des betreffenden Bauteils. Dazu werden die Prüfparameter bestehender Prüfprogramme übernommen und soweit erforderlich adaptiert. Neben der eindeutigen Fehlererkennung und Klassifikation ermöglicht die Software gezielte Korrekturmaßnahmen aufgrund einer komplexen Ausbringungskontrolle mit Trendanalysen und der Analyse von Wiederholungsfehlern. Dies ermöglicht die rechtzeitige Korrektur von Prozessabweichungen. Das System eignet sich für den 100%-Einsatz im Produktionstakt und kann etwa auch für die Prüfung von Getriebesteuerplatten eingesetzt werden.

Unter dem Stichwort „Touch & Automate“ demonstriert Isra die drahtlose Einbindung von Sensoren in „intelligente Netzwerke“. Diese sogenannten Wireless Smart Sensor Networks ermöglichen den flexiblen Einsatz der darin eingebundenen Sensoren beispielsweise an unterschiedlichsten Positionen innerhalb eines Werks.

Verfügbare Datenbank-Lösung wird industriell bereits genutzt

Diese „intelligenten“ Sensoren verfügen über eine grafische Benutzeroberfläche, die eine leichte Bedienung mithilfe von Tablet-PCs mit Windows-Betriebssystem ermöglicht, sodass sich auch komplexe Anwendungen Schritt für Schritt einrichten lassen. Dank ihres eigenen Betriebssystems, das sich wie Windows bedienen lässt (Embedded Windows), können sie wechselnde Aufgaben verrichten, indem per Download neue Programme aufgespielt werden.

Die Vernetzung mehrerer Sensoren entlang einer Produktionslinie ermöglicht beispielsweise die wiederholte Überprüfung der Maßhaltigkeit von Anbauteilen in der Karosseriefertigung innerhalb des Fertigungsprozesses. Das Sensornetzwerk kann so den Produktionsprozess unter verschiedenen Aspekten überwachen, beispielsweise um festzustellen, ob etwa bei der Türmontage sowohl vor als auch nach dem Lackieren die vorgegebenen Spaltmaße eingehalten werden. Die dabei gewonnenen Daten werden miteinander kombiniert und in einer Datenbank vorgehalten. Die Analyse und Visualisierung dieser umfassenden Daten unter vielfältigen Aspekten ermöglicht eine systematische Überwachung und Optimierung des Produktionsprozesses sowie der Produktqualität.

Hierfür bietet Isra seinen Automatisierungskunden nun auch eine neue Qualitätssicherungs-Datenbanklösung an, die auch die Überwachung des Ausschussgeschehens beinhaltet. Diese Lösung wird bereits in der Glas- und Metallindustrie eingesetzt. So können etwa verdichtete Produktionsdaten verschiedener Produktionsstufen, mehrerer Linien oder verteilter Produktionsstandorte – selbst weltweit – zusammengeführt und miteinander verglichen werden. Auf diese Weise werden Trends erkenn- und analysierbar. Als „Big-Data“-Lösung für das effiziente Management von Produktions- und Prozessdaten liefert das System Informationen an verschiedene Entscheidungsebenen der Unternehmen von der Produktionsebene bis zum Topmanagement. MM

* Klaus Vollrath ist freier Journalist in Aarwangen (Schweiz).

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