Eine gezielt und passend gewählte Ausleuchtung ermöglicht gute, kontrastreiche Bilder und schafft so eine sichere und genauere Detektion, denn das Licht ist der Informationsträger der Bildverarbeitung. Ohne profunde Beleuchtungskenntnisse werden schnell die Grenzen des Machbaren erreicht. Die Beitragsserie gibt einen Überblick über die unterschiedlichen Beleuchtungskonzepte und ihre Anwendungsmöglichkeiten.
Dipl. Ing. Alexander Kühn Produktmanager Beleuchtung Vision & Control GmbH, Suhl
Die Anwendung bestimmt das Beleuchtungskonzept. Das klingt profan, ist aber so. Zeichen, Codes und Oberflächenfehler kann man nicht mit Durchlicht und stark glänzende Teile nicht mit Auflicht prüfen. Grundsätzlich kann der Anwender zwischen den Beleuchtungskonzepten Auflicht und Durchlicht wählen. Hinzukommen spezielle Anordnungen wie telezentrische Beleuchtung und Dunkelfeldbeleuchtung.
Der Beitrag beschäftigt sich mit dem Beleuchtungskonzept Auflicht. Hier erfolgt die Beleuchtung aus der Beobachtungsrichtung bis hinunter zur Ebene des Prüfobjekts. Generell eignet sich dieser Aufbau zur homogenen, gerichteten Ausleuchtung von flachen bis leicht gewölbten, diffus reflektierenden Objekten, also für Objekte mit wenig bis mäßig spiegelnden Oberflächen. Vision &Control stellt dafür eine breite Palette unterschiedlichster Beleuchtungskomponenten standardmäßig zur Verfügung.
Temperatursensoren für die Ansaugluft im Kfz
Ein typisches Beispiel für das Beleuchtungskonzept Auflicht ist das Erkennen und die Inspektion von Teilen. Temperatursensoren für die Ansaugluft im Kfz werden als Dickschichtschaltkreis auf Keramik gedruckt. Nach dem Trocknen und dem Separieren in einzelne Plättchen erfolgt die elektrische Funktionsprüfung. Schlechte Temperatursensoren werden mit einem Kreuz markiert. Bei der anschließende optische Prüfung werden die als schlecht markierten Teile sowie Sensoren mit abgeplatzten Ecken, Kanten und Rissen aussortiert. Eine pictor Smart Camera von Vision & Control steuert über einen Vibrationswendelförderer und einer Linearstrecke die Zuführung. Zum Einsatz kommt eine IR-Blitzbeleuchtung in Auflichtanordnung. Falsch herum liegende Teile (auf dem Kopf liegend) werden in den Vibrationswendelförderer zurückgeblasen, Gutteile direkt in die Gutteilkiste geblasen.
Schweißnahtkontrolle mit Robotersteuerung
Beim Stumpfschweißen von Gewindebolzen an die Kfz-Karosserie müssen die Abstände exakt stimmen, um später Teile der Innenraumausstattung daran befestigen zu können. Neben der Kontrolle von Schweißnähten übernimmt die Bildverarbeitung die Steuerung des Schweißroboters. Dabei ist zu beachten, dass Kamera, Optik und die Ringbeleuchtungen mit zentriertem Kameradurchblick direkt neben dem Schweißkopf angebracht werden müssen.
Der Schweißroboter fährt an die erste Position und schweißt den Gewindebolzen an. Eine pictor Smart Camera von Vision & Control überprüft die Schweißqualität und bestimmt den Mittelpunkt des Gewindes. Danach übergibt die Kamera die anzufahrende Koordinaten des zweiten Bolzens an die Robotersteuerung. Der Roboter fährt zur zweiten Position und schweißt den zweiten Bolzen an, danach kontrolliert das Bildverarbeitungssystem die Schweißqualität und ermittelt den Bolzenabstand.
Die Machine Vision Einheit ist als kompakte Baugruppe aufgebaut, um den Beschleunigungen des Roboters standzuhalten. Das System besteht aus einer pictor Smart Camera, einem telezentrischen Objektive, einer Ringbeleuchtung, Objektivhalter und einer Montageplatte. Ströme von 15 kA beim Schweißen dürfen am Vision System keine Störungen hervorrufen. Smart Cameras eignen sich dafür hervorragend.
Kontrolle der Druckbildqualität an Pässen
Auf einer Fertigungslinie werden in einem Fertigungsschritt Pässe vollautomatisch im Heißprägeverfahren bedruckt. Das Bildverarbeitungssystem übernimmt dabei die Kontrolle der Druckqualität und die Regelung des Anpressdruckes der Heißprägeeinrichtung. Die Pässe werden dazu in einem Halter in fixem Abstand zur Kamera gehalten.
Auf Grund der benötigten hohen Auflösungen kommen zwei pictor Smart Cameras mit entozentrischen Objektiven zum Einsatz. Damit die Muster, Bilder und Buchstaben einwandfrei erkannt werden, erfolgt die Beleuchtung indirekt in einem weißen Gehäuse (Simulation einer schattenfreien Beleuchtung).
Die Prüfung erfolgt salopp gesagt durch „Pixel zählen“ in 130 separaten Feldern. Besonders problematisch dabei sind die Festlegung der Qualitätskriterien z.B. für die Schnabelspitze des Emus und der Schwanzspitze des Kängurus. Hierzu sind aufwändige Vorarbeiten notwendig, um die menschlichen Beurteilungskriterien auf das Bildverarbeitungssystem zu übertragen. Wie sieht ein guter, ein schlechter und ein gerade noch guter Buchstabe P, A, S, O, R, T, etc. aus? Das Ausloten der Toleranzwerte erfolgte durch statistische Untersuchungen im Abgleich mit den menschlichen Erfahrungswerten.
Worauf kommt es an?
Alle Beleuchtungskomponenten von Vision & Control ordnen sich einer klar strukturierten und einheitlichen Philosophie unter: Sie sind standarmäßig weltweit lieferbar, rückwärts kompatibel, einfache zu installieren und leicht handzuhaben. Das rund 1000 Standardkomponenten umfassende vicolux Beleuchtungsprogramm ermöglicht den Aufbau von Sonderlösungen aus Standardkomponenten statt kostspieliger Eigenentwicklungen. Damit eine einfache Handhabung garantiert wird, hat Vision & Control alle Komponenten (Ansteuerschaltung, Stromquelle, Lichtquelle, Strahlführung) zum Aufbau einer Beleuchtung in ein Gehäuse integriert. Nach anlegen der Betriebsspannung sind die Systeme betriebsbereit. Alle Komponenten arbeiten im Niederspannungsbereich von 10 bis 36 VDC (Weitbereichseingang), sind EMV-geprüft, dauergetestet und CE-zertifiziert.
Vision&Control, Suhl
QE 528
Glossar: Machine Vision
Auf der Webseite der Vision & Control GmbH finden Interessierte ein hilfreiches und ausführliches online Lexikon zur industriellen Bildverarbeitung und Machine Vision. Für alle in dem Beitrag verwendeten Fachbegriffe gibt es unter http://www.vision-control.com weiterführende Erklärungen.
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