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Drei- statt zweidimensional

Trend in der industriellen Bildverarbeitung
Drei- statt zweidimensional

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Die Bedeutung der Automatisierung in der Fertigung steigt – und mithin werden Lösungen benötigt, mit denen die hundertprozentige Qualitätskontrolle gewährleistet ist. Dabei erweist sich, dass 3D-Bildverarbeitung für viele Anwendungen die einzige realisierbare Lösung für die automatisierte Qualitätskontrolle ist.

Ein häufig unterschätztes Problem bei 2D-Sensoren ist, dass sie keine Messungen in Bezug auf die 3D-Form unterstützen. 2D-Sensoren können demnach entscheidende Produktmerkmale wie Oberflächenebenheit oder Teilvolumen nicht messen. Ein 3D-Profilsensor wiederum erzeugt Profil- beziehungsweise Oberflächendaten, die auch Informationen zur 3D-Form liefern. Diese Profile sind wichtig, um die Einhaltung von Toleranzen für Oberflächenqualität, Montage, Passgenauigkeit und Endbearbeitung zu messen.

So kann 2D-Bildverarbeitung zum Beispiel nicht für die Prüfung von Klebstoffen und Dichtmitteln verwendet werden, da sie transparente Klebstoffe nicht von umliegenden Material unterscheiden kann. Außerdem ist 2D bei diesem Beispiel nicht in der Lage, Höhendaten und Volumen zu messen. 3D-Smart-Sensoren hingegen liefern hochaufgelöste Höhendaten, mit denen der Benutzer die Position und das Volumen des Klebstoffs genau bestimmen kann.

Auch bei Roboteranwendungen ist 3D- der 2D-Technologie überlegen, etwa beim Bin Picking, also dem Griff in die Kiste. Industrielle Roboter arbeiten in einer dreidimensionalen Welt. 2D-Technologie ist indes nicht in der Lage, die notwendigen Tiefeninformationen beziehungsweise räumlichen Informationen – in sechs Freiheitsgraden – zu liefern, die für moderne Robotersichtführung und automatisierte Qualitätskontrolle notwendig sind. Ein 3D-Profilsensor (sowie Snapshot-Sensor) hingegen ermöglicht dem Sensor die Sicht, sodass er Variationen in seiner physischen Umgebung erfassen und sich entsprechend anpassen kann. Dies erhöht die Flexibilität, den Nutzwert und die Geschwindigkeit des Roboters bei wichtigen Anwendungen wie Pick-and-Place. Neben der Sichtführung bieten Profilsensoren auch integrierte Scan-, Mess- und Steuerungsfunktionen, die für eine Vielzahl von flexiblen Roboterprüfanwendungen erforderlich sind.

Kontrastbasierte Messungen

2D-Sensoren messen die Kontraste von Objekten. 2D ist für die Merkmalserkennung also auf Beleuchtungs- und Farb-/Graustufenvariationen angewiesen. Bei Objekten mit geringem Kontrast, bei denen entscheidende Merkmale die gleiche Farbe wie der Hintergrund aufweisen, stellt dies jedoch ein Problem dar. So kann 2D beispielsweise keine schwarzen Objekte auf einem schwarzen Hintergrund erkennen oder Objektmerkmale ohne spezielle Beleuchtung unterscheiden.

Die Beleuchtung ist für den 2D-Sensor notwendig, um das Vorhandensein und die Definition einer Kante zu erkennen. Im Gegensatz zu 2D-Identitätsdaten ist 3D kontrastunabhängig. Die Form wird also unabhängig von der Oberflächenfarbe gemessen. Dies macht 3D ideal für die Messung von Objekten mit geringem Kontrast. Außerdem haben Umgebungslicht oder Schatten keinen Einfluss auf die Messergebnisse.

3D-Bildverarbeitung liefert zudem mehr Daten, die für eine robuste Inspektion unerlässlich ist. Infolgedessen werden sich 3D-Lösungen zunehmend weiter durchsetzen. 3D-Profilsensoren kombinieren 3D- und 2D-Fähigkeiten für eine vollständige Qualitätskontrolle. Neben 3D-Formmessungen, werden die Intensitätsdaten des Laser- oder LED-Lichts verwendet, um ein 2D-Oberflächenbild eines Objekts zu erzeugen. Mit diesen Informationen können Oberflächenmarkierungen wie Barcodes und aufgedruckte Texte extrahiert werden.

Eine weitere Anwendung ist die Prüfung von Batterien, die sowohl aufgrund von Sicherheits- als auch aus Zuverlässigkeitsaspekten ein kritischer Prozess ist. 3D-Bildverarbeitungssysteme spielen eine entscheidende Rolle bei der Qualitätsprüfung von Batterien und der Vermeidung von Abfall. Bevor die Batterie geschweißt wird, muss der Spalt und Versatz zwischen der Batteriehülle und der oberen Abdeckung geprüft werden. Wenn das Maß mehr als 0,5 mm (für Spalt) oder 1 mm (für Versatz) beträgt, ist es nicht möglich, die Hülle und die obere Abdeckung zusammenzuschweißen. Die Gocator 3D-Sensoren von LMI Technologies bieten eine schnelle 3D-Inspektion sowie ein integriertes Spalt- und Versatzwerkzeug, um diese Herausforderung zu lösen. Die typische Systemkonfiguration umfasst ein Gocator 2330-Multi-Sensor-Netzwerk, um den kompletten Messbereich abzudecken.

Ein weiterer Bereich ist die Schweißnahtprüfung der Batteriezellen. Diese Schweißnaht muss einer Qualitätsprüfung unterzogen werden, um festzustellen, ob es Überläufe oder Brüche/Öffnungen in der Naht gibt. Vernetzte Gocator 3D-Profilsensoren lassen sich für diese Aufgabe in einem Winkel von 45 ° in der Z- und X-Achse anbringen, um alle vier Kanten der Batterie zu scannen, während sie an jeder Kante die gleiche hohe Leistung erzielen.

Auch für die Punktschweißprüfung am Steckverbindermodul kommen 3D-Sensoren zum Einsatz: Nachdem die Zellen verschweißt sind, werden die einzelnen Zellen mit einer Packung und einer Steckerabdeckung zu einer Einheit zusammengefasst. Der Verbinder ist an den Elektroden punktgeschweißt, um sie in Reihe zu bauen. Die Schweißpunkte müssen auf korrekte Höhe und Position geprüft werden. Gocator bietet zwei integrierte Werkzeuge zur Lösung dieser Herausforderung. Das erste ist ein natives Höhenerkennungswerkzeug, das auf Blob-Analyse basiert, und das zweite ist ein Positionserkennungswerkzeug, das Daten von allen vier Seiten der Batterie verwendet, um hochgenaue Ergebnisse zu erzielen.

Im nächsten Schritt werden die Zellen in einem Paket zusammengefasst, das in der Ecke der Hülle zusammengeschweißt werden muss. Diese Schweißnaht muss geprüft werden, um sicherzustellen, dass die Verpackung stabil ist. Für diese Anwendung kann je nach Bedarf entweder ein Gocator 3D-Linienprofilsensor oder Snapshot-Sensor verwendet werden. Gocator lokalisiert die Naht und erzeugt Höhen- und Intensitätsdaten. Außerdem zählt er, wie viele Eckschweißnähte IO oder NIO sind bei überlaufenden, gebrochenen oder fehlenden Nähten. ■


Der Autor

Terry Arden

CEO

LMI Technologies

www.lmi3d.com


Webhinweis

Welche neuen Gocator-3D-Produkte auf den Markt gekommen sind, erklärt LMI Technologies in diesem Video von der Control 2019: http://hier.pro/Fm8jx



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