Machine Vision auf PC-Basis

Vor einigen Jahren waren noch aufwendige VME-Bus oder andere sogenannte Blackbox Systeme mit integrierten Hardwarelösungen notwendig, um Machine Vision (industrielle Bildverarbeitung) in der Fertigung zur Qualitätssicherung oder zum genauen Justieren von Teilen einzusetzen. Sehr aufwendige und schließlich teure Rechnersysteme wurden für die eine oder andere Aufgabe maßgeschneidert. Die hohen Kosten haben den Einsatzbereich stark eingeschränkt. Machine Vision war in vielen Anwendungen einfach nicht rentabel.

Seit wenigen Jahren hat jedoch ein Trend begonnen, der den PC mit Softwarelösungen zum Standardrechner für die Machine Vision macht. Dabei ist die Standard-Industriekamera das optische Auge, ein Standard PCI-Bus Frame Grabber das Interface zum PC und schließlich die Machine Vision Software die Intelligenz des Systems (Bild 1). Ein wesentlicher Vorteil der Softwarelösungen auf PC-Basis besteht darin, dass der PC bei gleichen Kosten jährlich um mindestens 50 Prozent schneller wird. Die Folge ist, dass immer mehr optische Prüfaufgaben, immer schnellere Verarbeitungszeiten mit solchen Standardkomponenten und den Softwarelösungen erreicht werden können. Der Anwender kann diese höheren Verarbeitungsgeschwindigkeiten sofort nutzen, ohne ein komplett neues System anschaffen zu müssen. Die Software wird von PC zu PC-Generation übertragen. Obwohl Windows kein Echtzeitbetriebssystem ist, hat es sich auch in der Industrie auf der Basis von Win NT 4.0 bewährt. Jedermann kennt die Windows-Oberfläche und kann diese problemlos bedienen. Auch dieser Betriebssystem-Standard spart letztlich dem Kunden viel Mühe und damit auch Kosten.

Auf Microsoft Windows-Basis hat der Bildverarbeitungsspezialist als weltweiter Anbieter von PC Frame Grabbern im Jahre 1999 eine eigene Software für Machine Vision vorgestellt. Bei der Entwicklung wurde besonders auf die Flexibilität und Vielseitigkeit der Software Wert gelegt. Die Anforderungen von ganz verschiedenen Anwendergruppen konnten vereint werden. Mit Vision Foundry steht eine Benutzer-Oberfläche im Windows-Stil zur Verfügung, mit welcher durch reines Konfigurieren, also ohne Programmierung eine Machine Vision Lösung realisiert werden kann. Das integrierte Point & Click Script (Bild 3) ermöglicht die Realisierung von Abläufen und beliebigen Verzweigungen. Dabei lässt sich die Funktionalität von Vision Foundry vom Programmierer auch selbst erweitern. Eigene Bildverarbeitungstools, Auswertealgorithmen oder Kommunikationsprotokolle lassen sich direkt in Vision Foundry integrieren und dann über die Point & Click Script bedienen. Vision Foundry lässt sich jedoch auch in eigene Programme integrieren, da die API-Schnittstellen der einzelnen Vision Foundry DLLs offengelegt sind. Für jedes einzelne Tool steht eine separate DLL zur Verfügung, welche der Programmierer je nach Bedarf in seine eigene Anwendungen einbinden kann.

Mit dem Image Classifier verfügt Vision Foundry über modernste Algorithmen, wie sie in der Vergangenheit im militärischen Bereichen eingesetzt wurden. Der Hersteller hat diese für den industriellen Einsatz angepasst. Das Ergebnis dieser Entwicklung gibt dem Anwender höchste Verarbeitungsgeschwindigkeiten bei der lage- und rotationsunabhängigen Objekterkennung und Klassifizierung. In nur 7 Millisekunden lassen sich verschiedene Münzen in jeder Drehlage erkennen. Als Ergebnis ermittelt das Tool unter anderem die X/Y-Koordinaten sowie den Drehwinkel. Das Tool arbeitet dabei mit einem Netzwerk-Klassifikator, welcher die Grauwerte im Bild beurteilt und als Ergebnis eine Bildzuordnung zusammen mit einer Übereinstimmungswahrscheinlichkeit ausgibt (Bild 2). Bei dem erwähnten Beispiel mit den Münzen können ausschließlich über den eigentlichen Bildinhalt, also die Grauwerte, die Drehlage und Objektklasse ermittelt werden, da alle Münzen dieselbe Größe und Form haben. Häufig sind die zu erkennenden Objekte jedoch bereits mit der Form eindeutig zu beschreiben. Ein einfaches Beispiel dafür ist die Schrifterkennung. Buchstaben sind mit dem Umriss klar zu beschreiben. Sollen also zum Beispiel auf einer Verpackung, die in beliebiger Lage unter die Kamera kommt, Seriennummer, Haltbarkeitsdatum oder sonstige Aufdrucke überprüft werden, kann hier der Contour Classifier zum Einsatz kommen. Diesem Tool wird jedes zu erkennende Objekt (hier Zeichen) einmal in einer beliebigen Lage übergeben und der Zielklasse zugeteilt. Die Trainingsphase ist also äußerst einfach und schnell. Mit dieser Information ist das Tool in der Lage, die trainierten Zeichen in jeder Drehlage, jeder Größe und jeglicher Verzerrung zu erkennen. Die Objekte können hierbei also auch schräg unter der Kamera liegen. Der Contour Classifier übergibt als Ergebnis nicht nur die Objektklasse sondern auch die X/Y-Lage sowie mit den Winkeln Alpha, Beta und Gamma die räumliche Lage. Des weiteren können noch viele andere Variablen wie das Verhältnis zur Originalgröße der Kontur berechnet werden.

Weitere Informationen A QE 402