Industrielle Bildverarbeitung
Software, Kameras, Grundlage der industriellen Bildverarbeitung ✓ Einsatzgebiete ✓ Funktionen ✓ Beleuchtungstypen
Die industrielle Bildverarbeitung umfasst Anwendungen, bei denen eine Kombination aus Software und Hardware Geräte durch Bilderfassung und -verarbeitung unterstützt. Zur industriellen Bildverarbeitung gehören neben einem Bearbeitungssystem bzw. einer Software auch technologische Komponenten wie Kamera, Belichtung, Zuführung und Rechner. Über die Kamera werden bei passender Belichtung statische oder bewegte Bilder aufgenommen und mit der Software auf dem Rechner verarbeitet. Es gibt verschiedene Kamerasysteme und Objektive für unterschiedliche Prüfaufgaben. Da in Echtzeit sehr große Datenmengen verarbeitet werden müssen, werden häufig spezielle Rechner von den Herstellern angeboten, sogenannte Embedded Computer. Der gesamte Prozess von Beleuchtung, optischer Abbildung, Speicherung, Übertragung und Digitale Transformation wird auch als Bildverarbeitungskette bezeichnet. Zu den Verarbeitungsschritten der Bilder gehören die Segmentierung, das Labeling und die Klassifizierung. Damit wird die Basis für die darauf folgende Auswertung geschaffen.
Ein wichtiges Qualitätsmerkmal der technologischen Komponenten ist, dass sie sich an verschiedene Produkte und Prüfgeschwindigkeiten anpassen lassen. Um eine schnelle Bildübertragung zu erreichen, eignet sich die Schnittstelle Camera Link, welche von der Automated Imaging Association verwaltet wird. Industriekameras werden mit einem CL-Kabel mit dem Rechner verbunden, welcher wiederum mit einem CL-Framegrabber ausgestattet ist. Letzterer ist zum Digitalisieren der Videosignale geeignet.
Anwendungen industrieller Bildverarbeitung
Laut dem IFF Frauenhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung arbeiten Bildvearbeitungslösungen schnell und berührungslos. Sie werden in einer Vielzahl an Bereichen eingesetzt, wie der Prüftechnik, Montagekontrolle und immer mehr auch für die Prozessregelung. Die industrielle Bildverarbeitung ist beispielsweise in der Automobilindustrie und Pharma-Industrie nicht mehr wegzudenken. Typische Anwendungen und Einsatzfelder von Bildverarbeitungssystemen sind folgende:
- Deformationserkennung
- Klarschriftlesung
- Inspektion von Oberflächen (Oberflächenprüfung)
- Machine bzw. Robot Vision
- Bin Picking bzw. Griff in die Kiste
- Schweißnahtprüfung
- Track and Trace
Häufig finden Bildverarbeitungssysteme Verwendung an Maschinen, Anlagen und Geräten in der Fertigung bzw. Produktion. Ziel ist, die Produktqualität sicherzustellen.
Funktionen industrielle Bildverarbeitung
- Positionsbestimmung, Verarbeitung von Positionsdaten
- Messung und Prüfung Umfang und Oberfläche
- Vollständigkeitsprüfung
- Barcode- und Flächencodeerkennung
- Zeichenerkennung
- Qualitätssicherung und Fehlererkennung (z. B. zuverlässige Erkennung von Gussfehlern)
- Prozessverfolgung
Kameras für die Bildverarbeitung
Aufgrund der unterschiedlichen Voraussetzungen für die Prüfungsverfahren von Waren gibt es verschiedene Typen von Kameras für industrielle Bildverarbeitungssysteme. Verwendete Kameraarten sind:
- Flächenkamera
- 3D-Kamera
- Hochgeschwindigkeitskamera
- Contact Image Sensoren
- Zeilenkamera
- Mobile NVR Systeme
Smart Cam
Die Smart-Kamera ist ein autonomes und intelligentes optisches System, das nicht nur Bilder aufnehmen kann, sondern auch anwendungsspezifische Informationen aus jenen Aufnahmen herausfiltern, verarbeiten und darauf basierend Entschlüsse treffen kann. Die Smart Cam verfügt über einen internen Prozessor, auf denen die Bildverarbeitungsoptionen durchgeführt werden.
Optik und Beleuchtung sind keine festen Bestandteile und müssen vom Anwender selber ausgewählt werden. Die Kameraauflösung ist heute bereits bei 5 Megapixel.
Smart-Cams bzw. Smart-Kameras bestehen aus verschiedenen Komponenten:
- Sensor (CCS-/CMOS-Sensor)
- Bildpseicher
- Bildverarbeitungsprozessor (DP/GPU)
- Datenspeicher & Informationsverarbeitung (je nach Einsatz)
- mehreren Schnittstellen, wie z. B. via USB-Stecker, Ethernet-Stecker (RJ45) etc
Vision Sensoren
Der Übergang zwischen einer Smart Cam und Vision-Sensoren ist fließend. Vision-Sensoren sind Modelle, dessen System aus Optik und Beleuchtung besteht. Sie können einfach Identifikationsaufgaben, Messapplikationen und Anwesenheitskontrollen ausführen. Basismodelle sind bereits für unter 1000 Euro erhältlich.
Ihren hauptsächlichen Einsatz finden Vision-Sensoren im Prüfen und Ausrichten von Bauteilen - durch Bildvergleiche.
Zu unterscheiden sind hauptsächlich zwei Funktionsprinzipien und Sensortypen:
- S/W-Modelle
- Farbmodelle
Beleuchtungstypen
Je nach Nutzung und Problemstellung werden folgende Beleuchtungen verwendet:
- Halogen-Glühleuchten
- LED-Beleuchtungen
- Fluoreszenzlicht
Besonders beliebt ist die Beleuchtungsart LED, da sie für Langlebigkeit, Robustheit und beliebige Gehäuseformen steht. Darüber hinaus kann sie sowohl eine weiße, rote und blaue, als auch eine infrarote und ultraviolette Lichtfarbe haben.
Software für industrielle Bildverarbeitung
Mithilfe der integrierten Bildverarbeitungssoftware können anhand der gewonnenen und gespeicherten Bildinformationen Entscheidungen getroffen werden. So können beispielsweise Erzeugnisse vermessen, Gewicht sowie Volumen berechnet oder Waren in hoher Geschwindigkeit nach definierten Merkmalen überprüft werden. Bekannte Unternehmen, die Hardware und Software zur industriellen Bildverarbeitung anbieten und innovative Lösungen entwickeln, sind zum Beispiel Cognex, elunic und Blumenbecker.
Weiterbildung zur industriellen Bildverarbeitung
Über das VDI Wissensforum können Seminarplätze zur industriellen Bildverarbeitung gebucht werden. Eine dieser Schulungen gibt zum Beispiel einen Überblick über wesentliche Objektivtypen und Abbildungskonzepte. Hier kann man sich neue Aufgaben und Kenntnisse aneignen, vielfältige Bereiche rund um Bildverarbeitungssysteme kennenlernen und ein Austausch mit Experten ist möglich.