Scharfes Bild mit Höhen und Tiefen

Dreidimensionale Strukturen auf einer gleichfarbigen Oberfläche etwa für Verpackungen sind für übliche 2D-Vision-Sensoren eine Herausforderung. Eine effektive Lösung stellt die Multishot-Funktion dar, die aus vier unterschiedlich belichteten Aufnahmen ein Pseudo-3D-Bild erzeugt. So lassen sich vertiefte oder erhabene Ziffern oder Codes zuverlässig erfassen und auswerten.

Es ist ein häufiges Problem bei der Identifikation von Bauteilen: Vertiefte oder erhabene Strukturen auf einer glatten Oberfläche – beispielsweise in ein Blech eingravierte, geritzte oder genagelte Ziffern, Buchstaben und Codes oder auch aufgespritzte oder geprägte Markierungen auf Kunststoffteilen – lassen sich mit klassischen Bildverarbeitungsmethoden nur schwer erfassen. Auch bei seitlicher Beleuchtung sind die Konturen infolge der entstehenden Überblendungen und Schatten in der Regel nicht zuverlässig erkennbar, sodass für das Auslesen der enthaltenen Informationen entscheidende Details im Bild fehlen. Bisher gab es für solche Fälle nur zwei Lösungsansätze: entweder in ein 3D-Bildverarbeitungssystem jenseits der 10.000-Euro-Grenze zu investieren oder schlechte Leseraten in Kauf zu nehmen.

Inzwischen gibt es einen ebenso einfachen wie kostengünstigen Ausweg aus diesem Dilemma: Multishot heißt die Lösung, die Sensopart Industriesensorik für seinen Visor Allround Professional anbietet. Diese kombiniert eine Mehrfachbildaufnahme mit einer speziellen, in Quadranten schaltbaren Ringbeleuchtung. Anstatt nur ein einheitlich belichtetes Bild von jedem angelieferten Teil aufzunehmen, werden mit Multishot in kurzer Folge vier Bilder mit unterschiedlicher Belichtungsrichtung – Nord, Ost, West, Süd – aufgenommen. Daraus errechnet der im Vision-Sensor integrierte Signalprozessor ein Pseudeo-Höhenbild, in dem erhöhte oder vertiefte Strukturen deutlich und gleichmäßig hervortreten.

Neben einem Ring mit vier lichtstarken Flächenlichtern ist seit Kurzem auch ein kompakteres LED-Ringlicht verfügbar. Auch die im Sensorgehäuse integrierte Beleuchtung kann entsprechend geschaltet werden, was zum Beispiel bei kleinen, aus kurzen Abständen detektierten Objekten nützlich ist – ein Beispiel sind die in der Regel nur aus einem Zeichen bestehenden Schlagzahlen auf Automobilblechen. Auf eine externe Beleuchtung kann in diesem Fall ganz verzichtet werden.

Das mittels Multishot erzeugte Höhenbild lässt sich außerdem durch entsprechende Voreinstellungen im Visor-Konfigurationsprogramm auf verschiedene Weise filtern, um die Strukturen noch deutlicher hervortreten zu lassen. Beispielsweise ermöglicht die Filterfunktion „Dilatation“ eine Erhöhung des Weißanteils, die filigrane Strukturen verbreitert. Durch Vorgabe eines Schwellenwerts lässt sich der Untergrund komplett eliminieren, sodass die Strukturen „schwarz auf weiß“ hervortreten.

Neben dem Höhenbild bietet die Multishot-Funktion weitere Bildverarbeitungsoptionen wie beispielsweise das Kurvenbild. Je nach zu detektierender Struktur lässt sich so ein optimaler Kontrast zwischen Fläche und Struktur herstellen.

Eine typische Aufgabe für Multishot ist die Identifikation von Blechteilen in der Automobilindustrie, die zwecks Rückverfolgbarkeit allesamt mit Ziffern, Buchstaben oder Codes gekennzeichnet werden. Oft sind diese Markierungen verfahrensbedingt sehr filigran. So wird zum Nageln eines Codes aus Kostengründen häufig dasselbe Werkzeug verwendet wie für das Ritzen von Ziffern, wodurch sich sehr kleine Markierungspunkte ergeben. Mit dem Multishot-Verfahren lassen sich solche, selbst für das menschliche Auge kaum erkennbare Strukturen so aufbereiten, dass sie anschließend mit der im Visor Allround Professional integrierten OCR- und Codelesefunktion mit hoher Zuverlässigkeit ausgewertet werden können.

Die Möglichkeit, den Hintergrund durch Vorgabe eines Schwellenwerts komplett aus der Bildverarbeitung auszublenden, lässt sich auch auf vielfarbigen Hintergründen anwenden, wie sie zum Beispiel in der Verpackungsindustrie häufig vorkommen. Die Auswertung basiert dann ausschließlich auf den erkannten Höhenunterschieden. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Qualitätssicherung: Mittels Multishot-Aufnahmen werden selbst kleinste Beschädigungen auf glatten Oberflächen wie Kratzer und Dellen oder Verschmutzungen auf gleichfarbigem Untergrund sicher erkannt.

Selbst in schnell getakteten Anwendungen lässt sich die Multishot-Funktion in der Regel problemlos nutzen. Bei Bedarf lässt sich die längere Aufnahmezeit für die vier Einzelbilder durch eine Reduktion der Bildauflösung kompensieren. Mit 1280 x 1024 Pixeln bietet der Visor Allround Professional hierfür eine ausreichende Auflösungsreserve. Zwischen Multishot- und Standardbeleuchtung kann zudem jederzeit umgeschaltet werden, sodass sich Prüfungen mit traditionellen Bildverarbeitungstools wie etwa Mustervergleich, Konturerkennung, Abstandsmessung oder Codelesung einfach mit der Multishot-Detektion kombinieren lassen. ■