Industrielle Bildverarbeitung: Software, Kameras, Grundlage

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Was ist/sind Industrielle Bildverarbeitung? Definition:
➡ Die Industrielle Bildverarbeitung wird hauptsächlich für die visuelle Überwachung von Produktionsprozessen in der Industrie eingesetzt. Damit lassen sich automatisiert einzelne Teile und Schritte bei der Herstellung von Produkten überprüfen. Daher findet die industrielle Bildverarbeitung vor allem in der Qualitätskontrolle der Fertigung ihre Anwendung, aber auch zur Objekt- und Zeichenerkennung sowie zur Videoüberwachung. Aufgrund der eigenständigen, elektronischen Überwachung, zählt die industrielle Bildverarbeitung zur Automatisierungstechnik der Zukunft.

Synonym(e): Bildverarbeitungssysteme, universelle Bildverarbeitung


Grundlagen der industriellen Bildverarbeitung

Vision & Control: Industrielle Bildverarbeitung

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 Kameras 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 Digitalisierung 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. Die Kamera wird 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 -auomatisierung arbeiten Bildvearbeitungslösungen schnell und berührungslos. Sie werden in der Prüftechnik, Montagekontrolle und immer mehr auch für die Prozessregelung eingesetzt. Die industrielle Bildverarbeitung ist beispielsweise in der Automobilindustrie und Pharma-Industrie nicht mehr wegzudenken. Typische Anwendungen der industriellen Bildverarbeitung und Bildverarbeitungssystemen sind folgende:

Funktionen industrielle Bildverarbeitung

  • Positionsbestimmung
  • Messung und Prüfung Umfang und Oberfläche
  • Vollständigkeitsprüfung
  • Barcode- und Flächencodeerkennung
  • Zeichenerkennung

Kameras für die Bildverarbeitung

Aufgrund der unterschiedlichen Voraussetzungen für die Prüfungsverfahren von Produkten gibt verschiedene Typen von Kameras für die industrielle Bildverarbeitung. Verwendete Kameras sind:

  • Flächenkamera
  • 3D-Kamera
  • Hochgeschwindigkeitskamera
  • Contact Image Sensoren
  • Zeilenkamera
  • Mobile NVR Systeme

Smart Cam

Die Smart-Kamera ist ein autonomes und intelligentes optisches System, deas nicht nur Bilder aufnehmen kann, sondern auch anwendungsspezifische Informationen aus jenen aufgenommenen Bilder herausfiltern, verarbeiten und darauf basierend, Entscheidungen 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:

  1. Sensor (CCS-/CMOS-Sensor)
  2. Bildpseicher
  3. Bildverarbeitungsprozessor (DP/GPU)
  4. Datenspeicher & Informationsverarbeitung (je nach Einsatz)
  5. 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 bei Vision Sensoren hauptsächlich zwei Funktionsprinzipien und Sensortypen:

  1. S/W-Modelle
  2. Farbmodelle

Beleuchtungstypen

Je nach Einsatz und Problemstellung werden folgende Beleuchtungen verwendet:

  • Halogen-Glühleuchten
  • LED-Beleuchtungen
  • Fluoreszenzlicht

Besonders beliebt ist die LED-Beleuchtung, 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 Software können anhand der gewonnenen und gespeicherten Bildinformationen Entscheidungen getroffen werden. So können beispielsweise Produkte vermessen, Gewicht sowie Volumen berechnet oder Waren in hoher Geschwindigkeit nach definierten Merkmalen überprüft werden.

Hersteller für industrielle Bildverarbeitung

Die Hersteller von Hardware und Software zur industriellen Bildverarbeitung bieten sowohl universelle als auch individuelle Komplettlösungen.

Keyence
Keyence bietet verschiedene Bildverarbeitungssysteme zur 2D- sowie 3D-Bilderfassung an. Auch Zeilenkameras gehören zum Portfolio von Keyence dazu.
ifm
ifm bietet im Bereich der industriellen Bildverarbeitung Vision-Sensoren, 3D-Kameras sowie 3D-Sensoren. Objekterkennungssensoren lösen Aufgaben wie Anwesenheits-, Positions- und Qualitätskontrolle, Sortier- und Zählaufgaben. Objektinspektionssensoren sind für Anwesenheits-, Vollständigkeits-, Positions-, Größen- und Qualitätskontrolle sowie zu Sortieraufgaben einsetzbar.
FusionSystems
Die Kernkompetenz der Chemnitzer FusionSystems GmbH ist die Bildverarbeitung als Teilbereich der Signalverarbeitung. Anwendungsbereich der Bildverarbeitung sind die Straßenerkennung, die Personen- und Objekterkennung sowie allen voraus die industrielle Bildverarbeitung. FusionSystems entwickelt kunden- und anwendungsspezifische Bildverarbeitungssoftware.
Cognex
Mit den industriellen Bildverarbeitungs- und ID-Systemen von Cognex können Taktzeiten verkürzt, die Produktqualität gesteigert sowie Kosten reduziert werden. Das stationäre Barccode-Lesegerät DataMan beispielsweise bewältigt komplexe Anwendungen in der Logistik und Produktion. Im Informationsportal sind weitere Informationen rund um das Thema industrielle Bildverarbeitung zu finden.
Datalogic
Datalogic bietet Hardware und Software in verschiedenen Preisklassen un für unterschiedliche Einsatzbereiche an. Dazu gehören Smartkameras und Embedded-Vision-Systems.
Vitronic
Vitronic bietet unterschiedliche Lösungen zu Industrieautomation, Logistikautomation und Verkehrstechnik.
IPC2U
Für die Sparte industrielle Bildbearbeitung stellt IPC2U Netzwerkkameras und Embedded Computer her. Im Wesentlichen können im Bereich industrielle Bildbearbeitung drei große Aufgabengebiete unterschieden werden: Überwachungs- und Sicherheitstechnik, Gesichts- und Personenerkennung und Produktionsüberwachung.
Ni Vision
Ni Vision bietet komplette Bildverarbeitungssysteme mit Rechnern und Industriekameras an sowie Bildverarbeitungssoftware.
Stemmer Imaging
Die industriellen Bildverarbeitungstechnologien von Stemmer, wie beispielsweise die spezielle Beleuchtungstechnik, kommen unter anderem in der Automatisierungs & Fertigungstechnik, Automobilindustrie und Verkehrstechnik zum Einsatz.

Weiterbildung zur industriellen Bildverarbeitung

Über das VDI Wissensforum können Seminarplätze zur industriellen Bildverarbeitung gebucht werden. Eines dieser Schulungen heißt Optik und Sensorik für die industrielle Bildverarbeitung und gibt einen Überblick über wesentliche Objektivtypen und Abbildungskonzepte.

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