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Kein Ende in Sicht…

Zeilenkamera-System überprüft Farbübergänge
Kein Ende in Sicht…

Für die Qualitätssicherung in Endlosprozessen ist eine sicher funktionierende Bildverarbeitung von unerlässlicher Bedeutung. Diese hat mit dem Licus-Farbzeilenkamerasystem eine neue Dimension erhalten.

Dipl.-Ing. Jürgen Oehlmann, Geschäftsführer, Lioba Friese, beide Visolution GmbH, Kandel

Farbkameras werden in Bereichen eingesetzt, bei denen so hohe Kontraste erforderlich sind, die mit Schwarz-Weißkameras nicht mehr erreicht werden könnten. Ein hoher Kontrast gewährleistet eine gute Erkennungssicherheit des Bildverarbeitungssystems und damit eine niedrige Rejectrate (Rate der unberechtigten Zurückweisungen).
Bei Farbkameras wird zwischen 1-Chip und 3-Chip-Kameras unterschieden. Die 1-Chip-Kameras sind kostengünstiger, da sie nur einen Matrix-Aufnahmesensor haben, so dass von jeweils einem Bildpunkt entweder nur der Rot-, Grün- oder Blauanteil ermittelt werden kann. Die volle Farbinformation wird bei 1-Chip-Kameras nur durch Interpolation der Nachbarpixel erreicht, während bei 3-Chip-Kameras die Farbinformation in allen drei Grundfarben für jeden einzelnen Bildpunkt vorliegt. Durch ein Prisma wird die eingehende Farbinformation in die drei Farben rot, grün und blau aufgeteilt. Für große, farblich gleichmäßige Flächen reichen 1-Chip-Kameras zur Berechnung der Farbinformation aus. Farbliche Grenzübergänge erfordern jedoch die volle Farbinformation pro Pixel, was den Einsatz von 3-Chip-Kameras nötig macht.
Applikationsbeispiel
In einem Galvanisierungsprozess werden gestanzte Kupferbänder, die aus aneinanderhängenden Steckerpins bestehen, zunächst im Tauchverfahren mit Nickel beschichtet. Nachfolgend wird die Lötseite, die die Verbindung zur Platine darstellt, in Zinn eingetaucht. Auf die Kontaktseite wird Gold aufgebracht, um eine Oxidation des Metalls zu verhindern und damit den Übergangswiderstand der Stecker so gering wie möglich zu halten. Die Aufbringung des Goldes erfolgt nicht im Tauch- sondern im Brushverfahren. Der Vorteil des Brushverfahrens besteht darin, dass das Gold nur an den benötigten Stellen, also an den Kontaktseiten aufgebracht wird, was Material und damit immense Kosten spart. Nachteilig ist an diesem Verfahren allerdings, dass eventuell auch nur leicht verbogenen Steckerpins nicht mit Gold beschichtet werden.
Unumgängliche Kontrolle
Da die Endkunden nur zu 100 Prozent fehlerfreie Steckerbänder anerkennen, ist der Einsatz von Bildverarbeitung zur Kontrolle der Goldbeschichtung auf Vollständigkeit unumgänglich. Die Prüfaufgabe wird gelöst, indem die Grenzübergänge zwischen den verschiedenen Metallen aufgrund verschiedener Farbklassen erkannt und vermessen werden.
Hierbei stellen die besonders starken Reflexionen des Materials hohe Anforderungen an die Beleuchtung. Darüber hinaus entstehen bei einer unzureichenden Beleuchtung durch Verformungen des Materials Reflexionspunkte, in denen keine Farbinformation enthalten sind. Außerdem müssen nicht nur eine Steckerform sondern alle möglichen geometrischen Formen von Steckerpins überprüft werden.
Die gleichmäßige Beleuchtung der zu prüfenden Objekte erfordert eine besonders starke Beleuchtung. Diese wird durch mehrere unterschiedlich angeordnete, hochfrequent getaktete Warmtonlampen und zusätzliche Reflektoren, die das von den Prüfobjekten reflektierte Licht wieder zurückleiten, erreicht.
Extrem hohe Anforderungen
Die extrem hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit erfordern eine besonders hohe Auflösung und somit den Einsatz einer 3-Chip-Farb-Zeilenkamera. Eine Zeilenkamera besitzt in der Breite eine mehr als drei mal höhere Auflösung als eine Flächenkamera. Da die Farbübergänge zwischen den verschiedenen Metallen genau gemessen werden müssen, wird die volle Farbinformation, also das RGB-Triple von jedem einzelnen Bildpunkt benötigt. Dies kann nur eine 3-Chip-Kamera liefern. Außerdem ist die Anzahl der nicht auswertbaren Randpixel bei einer 3-Chip-Kamera geringer als bei einer 1-Chip-Kamera, was wiederum die Messgenauigkeit erhöht.
Auch kann aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Förderbandes (23cm/s) nur eine extrem niedrige Rejectrate von 0,040/00 akzeptiert werden, weil das Band bei „Schlecht“-Erkennung angehalten und der schlechte Steckerpin herausgeschnitten werden muss. Um eine hohe Auflösung in Förderrichtung zu erreichen, muss die Belichtungszeit der Kamera so kurz wie möglich gehalten werden, was wiederum eine starke Beleuchtung erfordert. Pro Sekunde nimmt die Kamera 7.800 einzelne Zeilen auf. Diese extrem große Bildinformation ist notwendig, um der geforderten niedrigen Rejectrate gerecht zu werden.
Prüfung der Steckerbänder
Für die Prüfung der Steckerbänder werden vier verschiedene Farbklassen definiert: Nickel, Zinn, Gold und alle anderen Farben. Beim Anlernen der Farbklassen werden verschiedene Farbnuancen aufgenommen, so dass diese innerhalb der Farbklassen als „gut“ akzeptiert werden. Da Zinn und Nickel beide silberfarben sind, müssen sich die angelernten Nickel-Nuancen alle eindeutig von den angelernten Zinn-Nuancen unterscheiden.
Während des Anlernens werden die aufgenommenen Bilder in den Farbklassenraum transformiert. Dieser wird als Erleichterung für den Benutzer in Falschfarben dargestellt. Das bedeutet, dass alle angelernten Gold-, Nickel- und Zinn-Nuancen als rot, grün und blau, alle nicht eingelernten Farben als schwarz erscheinen. Diese Darstellung liefert eine Rückmeldung über den Trainingszustand, das heißt darüber, ob alle Farbklassen mit ihren jeweiligen Farbnuancen richtig eingelernt wurden. Überschneidungen in den Zinn- und Nickel-Nuancen erkennt das System als weiß. Sie können gegebenenfalls „weg“-gelernt werden. Durch die Falschfarbendarstellung kann der Benutzer erkennen, ob er die Farbklassen richtig angelernt hat und dass somit die farblichen Grenzübergänge sicher berechnet werden können.
Eine Besonderheit des Bildverarbeitungssystems ist der sogenannte Makrorekorder. Dieser ist eine unentbehrliche Hilfe für das Anlernen der Farbnuancen. Alle aus dem praktischen Prozess aufgenommenen Bilder, die aus mehreren Zeilen bestehen, werden im Makrorekorder gespeichert und verwaltet. Dadurch erhält der Anwender einen repräsentativen Querschnitt der vorkommenden Farbnuancen, die zur Farbklassendefinition verwendet werden. Die Definition der Farbklassen erfolgt anhand einzelner ausgewählter Bilder. Anschließend werden die Grenzübergänge parametrisiert. Der Makrorekorder berechnet dann auf der Grundlage der eingegebenen Parameter aus den Farbinformationen aller aufgenommenen Bilder, welche Grenzübergänge als „gut“ erkannt werden.
Nach Durchführung der Anlernphase ist das System für die Qualitätskontrolle der Steckerpins voll einsatzfähig und erfüllt die hohen Anforderungen der Prüfaufgabe in vollem Umfang. Alle nicht korrekt beschichteten Steckerpins werden vom System erkannt und ausgeschleust.
Für diese Applikation hat der Hersteller ein System geschaffen, das sich hervorragend für die Prüfung von Farbübergängen bei schnell laufenden Endlosprozessen eignet. Licos liefert damit einen wesentlichen Beitrag für die Verbesserung der Qualitätssicherung.
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