Grundlagen der industriellen Bildverarbeitung - Cognex · 2018. 3. 7. · 1 © 2018 Cognex Confidential Grundlagen der industriellen Bildverarbeitung Manuel Koebe | Februar 2018

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Grundlagen der industriellen Bildverarbeitung

Manuel Koebe | Februar 2018


Agenda

▪ Wie funktioniert industrielle Bildverarbeitung (IBV)

▪ Einsatz und Nutzen

▪ Anwendungen

▪ 1D, 2D und 3D Vision

▪ Komponenten

▪ Fachbegriffe

▪ Die optimale Leistung

▪ Zusammenfassung

▪ Fragen & Antworten


Wie funktioniert IBV

Die Kameralinse und der

Sensor nehmen das Bild auf.

Die Bildverarbeitungswerkzeuge

interpretieren das Bild, werten es aus.


Eigene Konsole

Embedded

Boards

Modulare Vision

Systeme

Barcode

Lesegeräte

PC Vision

Vision

Sensoren

1982 Heute

3D Profilsensoren

IBV gestern und heute


Das Bildverarbeitungssystem

1. Analysiert das Bild

2. Trifft Entscheidungen und gibt die Ergebnisse aus

Beispiele

Die Breite beträgt 37.255 mm

Guter Ölfilter:

Alle Löcher sind

durchlässig

Schlechter

Ölfilter: Einige

Löcher sind

blockiert


Bildanalyse

Die industrielle Bildverarbeitung basiert auf der Bildanalyse.

Bild

Entscheidung

Antwort

Position


Where is machine vision used?

Automotive

Industry

Graphic Arts/ Packaging

Consumer

Products

Semiconductor

Industry

Shipping

Transportation

Electronics

Medical

Pharmaceutical

Food Packaging

Industry


▪ Automatisierung von Herstellungsprozessen

▪ Verbesserung der Produktqualität

▪ Schutz der Marke

▪ Senkung der Betriebskosten

Einsatz und Nutzen der IBV

▪ Eliminierung der ineffizientenmanuellen Inspektion

▪ Erhöhung des Durchsatzes

▪ Reduzierung von Ausschuss

▪ Verringerung des Risikos einesRückrufs


Essentiell für strategische Ziele

▪ Hochgeschwindigkeitslinien

▪ Reinraumumgebung

▪ Handling oder Inspektionbei gefährlichen Produkten

▪ Mikroskopische Inspektion

▪ GeschlosseneProzesskontrolle

▪ Roboterführung

▪ Berührungsloses Messen


Ziel in der Produktion Bildverarbeitungs-Applikation

Verbesserte

Produktqualität

Prüfen, Messen, Montageprüfung

Erhöhte Produktivität Automatisierung repetitiver Aufgaben

Produktionsflexibilität und

geringe Stillstandzeiten

Automatische Produktwechsel

Erhöhter Durchsatz Schnelle Inspektionen an

Hochgeschwindigkeitslinien

Verringerter Ausschuss Identifizieren und Ausschleusen defekter

Komponenten gleich am Anfang des

Prozesses

Vorteile industrieller Bildverarbeitung


Anwendungen industrieller Bildverarbeitung


Anwendungskategorien

FÜHREN PRÜFEN MESSEN IDENTIFIZIEREN



Bestimmt die Position eines Teils(x, y und den Winkel)

Automatisiert das Bestücken und Handling:

▪Ausrichten & Positionieren

▪2D & 3D Picking

▪Eliminiert die Notwendigkeit einerFixierung und erhöht die Flexibilitätdes Roboters

Fixierung für das Bildverarbeitungswerkzeug

▪Lokalisierung mindestens einesMerkmals, um die Position und Rotation (x, y) eines Teils/Merkmals zu einemanderen zu berechnen

Führen

Delta Robot - PackExpo 03.mpg


Trained Image Out of focus

Uneven LightingOcclusions

Confusing Background

Rotation and Scale Changes

Geometrischer Mustervergleich


Abweichungen bei der Art des Merkmals/Teils

Schwierigkeiten bei der Lokalisierung von Merkmalen/Teilen


Schwierigkeiten bei der Lokalisierung von Merkmalen/Teilen

Abweichungen bei der Präsentation des Merkmals/Teils

1

6


Position

▪Ausrichtung

▪Neigung

Qualität

▪Defekterkennung

▪Oberflächen-Inspektion

▪Verunreinigung

Vollständigkeit

▪Füllstand

▪Vorhandensein

▪Zählen

▪Verfizierung der Zusammenstellung

Prüfen


Präzisionsmessung

▪ Automatisiertes Messenund Aufzeichnen der Messdaten

Gewährleistet Toleranzen

▪ Durchmesser

▪ Zwischenräume

▪ Buchsen

▪ Gewinde

Messen


Barcode lesen

▪ Gedruckte 1-D & 2-D Matrix Codes

▪ Direktmarkierte Codes

Maschinenlesbare Zeichen

▪ OCR / OCV

Objekte erkennen

▪ Basierend auf Farbe, Formoder Größe

Identifizieren


1D, 2D, 3D VISION


1D Bildverarbeitung

▪ 100% Endlosmaterial

▪ Inspektion und Klassifizierung

▪ VerwendetZeilenkameras

▪ Prüft Materialien wiez. B. Metalle, Papier, Vliesstoffe


1. Beim ‘Abrollen’ zylindrischerzur Inspektion

2. Bei Vision-Applikation auf engstem Raum

3. Wenn die geforderteAuflösung besonders hoch ist

4. Wenn das (Endlos-) Material im permanenten Durchlauf ist

Einsatzbereiche für Zeilenkameras


2D Bildverarbeitung - Flächenscan


3D Bildverarbeitung


Funktionsprinzip des Profilsensors


Profilsensoren


VISION SYSTEME UND SENSOREN


Cognex Vision Sensoren

Compact, modular

body design fits into

tight spaces

Field changeable, high power,

diffuse illumination

Powerful, proven In-Sight®

vision tools for reliable

inspection performance

Field changeable

lenses and filters

for optimal image

quality

Step-by-step setup

with EasyBuilder®


▪ Industry-leading image acquisition and optical character recognition

▪Powerful and precise pattern matching algorithms

▪Most reliable and flexible inspection systems

Cognex 2D Vision Systeme


Cognex 3D Vision Systeme

▪ 3D laser displacement sensors provide three dimensional inspection of products to optimize quality

▪ Measure height, volume or tilt with cross section and plane fitting tools –regardless of contrast or light variations

▪ Expanded range of 3D sensors, factory calibrated to deliver real-world values


SYSTEM KOMPONENTEN


Bestandteile des Vision-Systems

Lichtquelle

Vision System

Vision Software

E/A Komm.

KameraObjektivPOWER

A- BALLEN- BRADLEY

I NPUT

10

23

4567

SLC 5/04 CPURUNFLTBAT

FORCDH+RS232

RUN REM PROG

I NPUT

10

23

4567

O UTPUT

10

23

4567

Eingabe/Ausgabe: Schalter, SPS, Roboter, LEDs

Kommunikation


Zusammenspiel der Komponenten

Kamera

Monitor

Eingabe durch Bedienpersonal

(Trackball, Maus, Touchscreen)

Teile

Lichtquelle

Vision System

Ausgabe:

•Seriell

•Parallel

•ISA, PCI, VME bus

Eingabe:

•Seriell

•Parallel

•ISA, PCI, VME busa

Objektiv


Und so funktionierts

1. Das Prüfteil kommt an der Prüfstation an

5. Der Software Algorithmus auf dem Vision-System verarbeitet das erfasste Bild und/oder wertet es aus.

6. Das Bildverarbeitungssystem sendet ein Signal überden diskreten Ausgaben der einen Wandler aktiviert, wenn das Teil schlecht ist.

7. Der Bediener kann das Ausschussteil sichten, auf dem Bildschirm Statistiken überlaufende Prozesse einsehen oder das System notfalls vom Netz nehmen

2. Der Sensor sendet einen Trigger an das Vision System 3. Der Blitz beleuchtetdas Teil 4. Das Bildverarbeitungssystem erfasst über den

Sensor das Bild

FAIL


Software-Algorithmen

Und das in Millisekunden!

Die Algorithmen der Bildverarbeitungswerkzeuge

wandeln Rohdaten in Merkmale der nächsten Ebene …

- d. h. Rohdaten werden in Kanten, Farben, Zahlen oder

andere Merkmale umgewandelt

… und treffen dann Entscheidungen

- d. h. die Antworten warden als Position, Übereinstimmung,

Abstand, Anwesenheit, Qualitätsstufe ausgegeben


FACHBEGRIFFE


Definitionen

Sichtfeld (Field of View - FOV)

▪ Der Bereich, den das

Bildverarbeitungssystem

sieht.

▪ Das Sichtfeld hängt vom

Objektiv und dem

Arbeitsabstand zwischen

Objekt und Kamera ab.

5” x 7”


Sichtfeld/Field of view

Wie groß ist mein Sichtfeld?3”

4”

8”

15”


Arbeitsabstand und Auflösung

Arbeitsabstand (Working Distance - WD)

▪Abstand zwischen demAußenrand der Linseund dem Ziel

Auflösung

▪Die kleinste Größe des Merkmals beim Prüfteil.

10”


Abhängigkeit Arbeitsabstand/FOV


Tiefenschärfe

Tiefenschärfe/Depth of Field (DOF)

▪ Der Bereich vor und hinter dem Objekt, in dem das Bild scharf ist.

3”

Höhere Tiefenschärfe mit kleiner

Blende (hohe f/Zahl) als mit

großer Blende (kleine f/Zahl)


DIE LEISTUNG OPTIMIEREN


Anderes Objektiv … gleiches Bild?

▪Beleuchtung

▪Feldtiefe

▪Arbeitsabstand

▪Liniengeschwin-

digkeit

▪Belichtungszeit

▪Blende

▪Budget


Beleuchtungen

4

5

HellfeldDunkelfeld

Hinterleuchtet

Diffuses

Domlicht

Axial-diffus

Licht kann auf unterschiedliche Weise strukturiert sein. Winkel und Richtung bestimmen wie das Merkmal und die Umgebung von der Kamera gesehen werden.

Strukturiert


Objektive

Weitere Informationen zur Auswahl von Objektiven auf Cognex.com >

Informationsportal > On-Demand Webinare


Filter

▪ Steuern die Lichtqualität

und –menge

▪ Blenden störendes

Umgebungslicht aus

▪ Lassen nur das Licht, das

für die Inspektion benötigt

wird, durch

▪ Erhöhen den Kontrast und

die Auflösung

Weitere Informationen zur Auswahl von Objektiven auf

Cognex.com > Informationsportal > On-Demand Webinare


Werkzeuge zur Vorverarbeitungdes Bildes

Weitere Informationen zur Vorverarbeitung von Bildern auf

Cognex.com > Informationsportal > On-Demand Webinare


Zusammenfassung

▪ Zweck der Bildverarbeitung ist es, Produkte schneller, besser und kostengünstiger herzustellen.

▪ Messen, Prüfen, Führen und Identifizieren sind die wesentlichen Anwendungskategorien.

▪ Bildverarbeitung benötigt Objektiv, Kamera, Beleuchtung, Bildverarbeitungssoftware und Kommunikationsschnittstellen.

▪ Informieren Sie sich weiter über Objektive, Beleuchtung, Filter, Bildvorverarbeitung um die maximale Leistungherauszuholen.

▪ Fragen Sie uns … unsere Ingenieure helfen Ihnen.


FRAGEN?

[email protected] | www.Cognex.com
mailto:[email protected]

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