Viel Leistung auf wenig Platz

Dipl.-Ing. (FH) Jochen Sander, Produktmanager für Bildverarbeitung, Matsushita Electric Works GmbH, Holzkirchen

Das neue Bildverarbeitungssystem A 110/ A 210 schließt eine Lücke zwischen kleinen intelligenten Kameras und teuren PC-Systemen. Der Einsatz bietet sich damit überall dort an, wo die Leistung intelligenter Kameras oder der seit drei Jahren erfolgreichen M-Serie erschöpft, PC-Systeme aber zu groß oder zu teuer sind. Die Zentraleinheit lässt sich mit einer Größe von 120 x 40 x 74 mm³ leicht in bestehende Schaltschränke integrieren, einzig die Kamera mit 29 x 31 x 55 mm³ muss vor Ort montiert werden. Diese kleine Baugröße spielte auch bei der Kontrolle von Zahnpasta-Tuben eine entscheidende Rolle, denn der Platz an der bestehenden Anlage war sehr eingeschränkt.

Vor dem Hintergrund verschiedener Lebensmittelerpressungen werden viele Tubenverpackungen mit einem kleinen Siegel zusätzlich geschützt. Mit dem Bildverarbeitungssystem sollen Lage und vollständige Verschweißung dieses Siegels kontrolliert werden. Dies erfordert zwei Kameras. Eine Kamera blickt senkrecht von oben auf die Öffnung, während die zweite das Gewinde im Profil und die Lage des Siegels prüft. Bei einer Taktrate von 35 ms kommen die meisten Bildverarbeitungssysteme schnell an ihre Leistungsgrenze, da schon die Bildaufnahme typischerweise 20 ms dauert. Sollen gleich zwei Kameras aufgenommen und ausgewertet werden, ist meist der Einsatz eines PCs erforderlich. Der A 210 kann diese Aufgabe direkt lösen.

Mit zwei Kameraeingängen kann er gleichzeitig beide Bilder aufnehmen. Die neu entwickelten Double-Speed-Kameras benötigen für die Bildaufnahme nur noch 8,4 ms. So stehen für die anschließende Auswertung noch circa 25 ms zur Verfügung, ausreichend Zeit für die schnelle RISC-CPU des A 210.

Die Rechenzeit eines Kantenfinder zur Vermessung des Gewindeansatzes beträgt zum Beispiel nur noch 0,3 ms. Kantenfinder werden bei dieser Applikation für drei Teilaufgaben verwendet. Die Konturüberwachung des Gewindeprofils übernehmen je ein Kantenfinder am Gewindestutzen. Die Lage der Siegelnase wird mit einem weiteren Checker kontrolliert. Zusätzliche war gefordert, die Position der Bedruckung grob bestimmen zu können. Da für die Gewindekontrolle nur ein Durchlicht in Frage kam, musste eine zusätzliche Auflichtbeleuchtung die Tube von vorne beleuchten. Polfilter reduzierten störende Reflexe auf der Tube. (Bild 2 und 3).

Schwieriger als die Vermessung des Profils gestaltet sich die Kontrolle des Siegels. Die metallisch glänzende Metallfolie muss äußerst homogen beleuchtet werden, damit der Konturabdruck zwischen Folie und Gewindestutzen zu erkennen ist (Bild 4). Fehler konnten hier mit den klassischen Methoden der Bildverarbeitung nicht sicher erkannt werden. Erst der Einsatz des neuen Smart-Matching-Verfahrens brachte den Erfolg. Bei diesem Mustervergleich wird das Referenzbild eines guten Abdrucks im System gespeichert. Der Kontroller vergleicht dann das aufgenommene Kamerabild mit dem hinterlegten Referenzbild. Stellt er Abweichungen fest, filtert ein nachgeschalteter intelligenter Algorithmus automatisch die Differenzen heraus. Für den Anwender ist dieser leistungsfähige Algorithmus einfachst zu handhaben. Nach der Parametrierung reicht ein Knopfdruck zum Abspeichern eines Referenzmusters, so dass bei Typenwechsel oder Produktionsumstellung die Anpassung in Sekundenschnelle erfolgen kann.

Sollten bei einer Umstellung doch einmal Anpassungen erforderlich sein, kann die Konfiguration mittels eines kleinen Keypads ohne zusätzlichen Laptop vorgenommen werden. Alle Einstellungen werden auf dem Monitor sofort angezeigt.

Bei der Inbetriebnahme unterstützen zahlreiche Tools den Anwender bei der Parametrierung, zum Beispiel bei der Blendeneinstellung. Die Wahl der richtigen Blende ist oft entscheidend für die sichere Kontrolle. Eine Einstellung, die unerfahrenen Nutzern nicht immer leicht fällt. Der A 210 führt den Anwender menüunterstützt durch diese Aufgabe. Er muss nur den Blendenring einmal in den linken und in den rechten Endanschlag drehen. Das System errechnet aus diesen Grenzwerten und der Analyse des Bildinhaltes die optimale Blendenstellung. Ein Paragraph zeigt dies anschaulich. Die optimale Blende ist gefunden, wenn ein Wert von 100 Prozent erreicht wird. Ähnlich einfach lassen sich auch andere Parameter einstellen.

Bei der Inbetriebnahme an dieser sehr schnell laufenden Maschine war der Bildspeicher des A 210 eine große Erleichterung. Bei Taktraten von 35 ms kann man eine Maschine nicht mehr schnell genug anhalten um den Fehler zu erkennen und zu beurteilen. Hier bietet der A 210 Platz für 32 Bilder. Der Benutzer kann selbst wählen, ob er hier die letzten 32 Aufnahmen oder die letzten 32 Fehler speichern will. So kann man in Ruhe die Fehler analysieren und den Prozess optimieren. Die Bilder lassen sich über eine serielle Schnittstelle sichern, was der Kunde für die Dokumentation der Fehlerursache gerne nutzte.

In der laufenden Produktion sind für die Schichtführer die statistischen Kennwerte der verschiedenen Messungen wesentlich wichtiger. In einer kleinen Tabelle sind Min-, Max-, und Mittelwerte sowie die Anzahl von Fehlteilen zusammengefasst. Die Aufschlüsselung nach den verschiedenen Fehlerarten ermöglicht ein gezieltes Eingreifen in die Anlage.

Ein Passwort schützt den Zugang zum System, in dem einzelne Menüpunkte aber auch ganze Konfigurationsgruppen vor dem normalen Anwender versteckt werden können. Er sieht so nur noch die Punkte, die für seine tägliche Arbeit wichtig sind und kann nicht versehentlich wichtige Einstellungen verändern.

Der Einsatz in der Verpackungsindustrie ist nur ein Beispiel für die Einsatzmöglichkeiten des A 210. Bei der Entwicklung standen der universale Einsatz für eine Großzahl von Applikationen im Vordergrund. In der Automobil, Metall- und Elektroindustrie lassen sich über 90 Prozent der Aufgaben auf Anwesenheits- und Positionskontrolle, Vermessungen, Typerkennung, beziehungsweise -unterscheidung und Oberflächenprüfung, reduzieren. Aufgaben für die die Algorithmen des A 210 optimiert wurden. Binäre und Grauwert-Prüffenster, fast 100 Kantenfinder, je 32 Mustervergleichs- und Merkmalchecker zur Bestimmung der geometrischen Eigenschaften des Prüfobjektes lassen fast keine Wünsche mehr offen. Bei verschobenen oder verdrehten Objekten führt die Lagekorrektur die Prüffenster automatisch nach, so dass keine Einschränkungen der Messgenauigkeit entsteht.

Der A 210 ergänzt die bisherige Micro-Imagechecker-Serie im oberen Leistungsbereich bei Aufgaben, für die bisher häufig noch PC-Systeme eingesetzt werden mussten. Mit einer Grundfläche von 40 x 120mm² benötigt das System aber nicht mehr Platz als manche intelligente Kamera. Insgesamt 64 unterschiedliche Projekte mit fast 300 Checkern bieten knapp 19 000 Prüfmöglichkeiten. Sollten dennoch einmal besondere Anforderungen gestellt werden, die über die Möglichkeiten der Standardsoftware hinausgehen, steht eine in C programmierbare Version des A 210 zur Verfügung.

Weitere Informationen A QE 401