Mit Stemmer Imaging robuste Bildverarbeitungssysteme implementieren

Robuste Bildverarbeitung

Mit Stemmer Imaging und der VDI/VDE 2632-2 zum richtigen System

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Robustheit bedeutet in Zusammenhang mit Bildverarbeitungssystemen mehr als reine Zuverlässigkeit. Es geht vielmehr darum, dass ein System die natürlichen Schwankungen seiner Betriebsumgebung auffangen können muss. Doch welche Einflussfaktoren muss ein Anwender dafür bei der Auswahl der Komponenten beachten und inwiefern können ihm VDI-Richtlinien dabei helfen?

Mark Williamson, Director, Corporate Market Development, Stemmer Imaging

Die Planung, Spezifikation und Implementierung eines geeigneten Bildverarbeitungssystems sollte mehr beinhalten als nur die Auswahl der robustesten Bildverarbeitungskomponenten. Eine mögliche Hilfestellung bei diesen Prozessen finden Anwender in den VDI-Richtlinien VDI/VDE/VDMA 2632 für die industrielle Bildverarbeitung, herausgegeben von der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik, die in Zusammenarbeit mit dem VDMA Industrielle Bildverarbeitung in Deutschland entwickelt wurde. Teil 2 dieser Richtlinie beinhaltet den „Leitfaden für die Erstellung eines Lastenheftes und eines Pflichtenheftes“, in der die Darstellung und Beschreibung von Einflussfaktoren sowie deren Auswirkungen besonders hervorgehoben werden. Ein Vorgehen nach dieser Richtlinie ermöglicht nicht nur die Ermittlung einer optimierten Lösung, sondern stellt auch sicher, dass bei der Angebotseinholung von mehreren Lieferanten neben denselben Begriffen und Definitionen auch eine konsistente Terminologie verwendet wird. Dadurch ist eine exakte Vergleichbarkeit zweier Systeme gewährleistet. Der Spezifikationsprozess beginnt im Leitfaden mit einer detaillierten Bewertung der Applikation:

  • Exakte Ermittlung der durchzuführenden Messaufgabe
  • Genaue Festlegung der Zielvorgabe der Prüfung, der zu validierenden Merkmale und Musterteile und der besonderen Anforderungen
  • Identifikation aller Details des Prüfobjekts wie zum Beispiels das Typenspektrum, vorgelagerte Prozesse, Objektkontaminierung, thermische/mechanische Objektstabilität
  • Genaue Beschreibung des Vorgangs in Bezug auf Positionierung, Maschine und Umfeld, störende Umgebungseinflüsse
  • Genaue Beschreibung des Prozesses, einschließlich Prozessintegration, Schnittstellen, räumliche Einschränkungen, Betriebsmodi
  • Ermittlung von Zusatzinformationen, wie etwa das Bedienkonzept, die Mensch-Maschine-Schnittstelle sowie die Visualisierung

Um das Bewusstsein dafür zu schärfen, wie die Richtlinie VDI/VDE 2632-2 dazu beitragen kann, Bildverarbeitung erfolgreich in Produktionsanlagen zu integrieren, führt Stemmer Imaging in Zusammenarbeit mit der European Imaging Academy eine Reihe von Schulungen durch. Darin wird Anwendern, die ein Machine-Vision-Projekt realisieren möchten, vermittelt, welche Fragen an den Lieferanten wichtig sind und wie sie die Qualität und Vollständigkeit eines Angebots bewerten können.

Anforderungen an ein Bildverarbeitungssystem

Bildverarbeitungssysteme bestehen aus vielen Einzelkomponenten wie Optiken, Beleuchtungen, Kameras, Komponenten für die Bilderfassung und Datenübertragung sowie Software-Tools für die Bildverarbeitung, Vermessung und Auswertung. Um ein robustes System zu erhalten, kommt es bei der Auswahl der Komponenten jedoch nicht nur darauf an, dass sich mit ihnen aufgrund der richtigen Auflösung, Bildrate, etc. die gewünschten Messaufgaben durchführen lassen, sondern auch auf die maschinellen Voraussetzungen und die äußeren Umwelteinflüsse. Im industriellen Umfeld gibt es eine Vielzahl von Einflussfaktoren – zum Beispiel Abweichungen bei den Prüfobjekten, Handling, Positionierung, Prozessschnittstellen, Vibrationen, Umgebungslicht, Temperatur, Staub, Wasser, Öl oder elektromagnetische Strahlung. Extrem raue Umgebungen erfordern darüber hinaus oft auch den Einsatz von speziellen Schutzgehäusen. Dennoch kann man durchaus auch in vielen industriellen Anwendungen auf Standardkomponenten zurückgreifen.

Äußere Einflüsse können zweierlei Auswirkung haben. Zum einen können sie Schäden an Bildverarbeitungskomponenten verursachen, zum anderen können sie Messergebnisse signifikant beeinflussen. Das wird beispielsweise besonders deutlich, wenn Bildverarbeitungssysteme starken Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Die meisten modernen Kameras sind für Temperaturbereiche zwischen -5 °C und +65 °C ausgelegt. Auch wenn sie in diesem Bereich keinen Schaden nehmen, so bewirken hohe Temperaturen dennoch ein erhöhtes Rauschen in den Aufnahmen des Kamerasensors. Vermeiden lässt sich dieser Effekt mit einer ausreichend hellen Beleuchtung, die für eine signifikante Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses sorgt. Doch auch die Leistung von LED-Beleuchtungen wird durch die Temperatur beeinflusst, da ihre Helligkeit mit zunehmender Erwärmung abnimmt. Dieses Problem lässt sich durch den Einsatz einer Beleuchtungssteuerung lösen, die die Lichtleistung an ein Kompensationsprofil der LED anpassen kann. Zudem hat die Temperatur auch einen signifikanten Einfluss auf die zu vermessenden Prüfobjekte. So können beispielsweise Temperaturschwankungen bei metallischen Bauteilen zu Abweichungen von den tatsächlichen linearen und volumetrischen Abmaßen führen.

Der Messvorgang

Ein Fallstrick für ungeübte Bildverarbeiter ist oft der signifikante Unterschied zwischen dem menschlichen Auge und dem Bildaufnahmesystem. Das Auge passt sich einem erkennbar hohen Dynamikumfang automatisch an, während eine fest installierte Kamera nicht in der Lage ist, gleichzeitig sehr helle und sehr dunkle Bereiche zu erfassen. Für verlässliche Messergebnisse ist es deshalb wichtig, die Gesamtheit der Einflussfaktoren zu berücksichtigen.

Die Messungen selbst erfolgen je nach Konfiguration des Bildverarbeitungssystems. Intelligente Kameras verfügen über integrierte Bilderfassungs-, Verarbeitungs- und Auswertungsfunktionen. Kompakte Embedded-Systeme für anspruchsvolle Bildverarbeitungs- und Automatisierungsanwendungen, die den Einsatz mehrerer Kameras erfordern, stellen diese Funktionen dagegen in der Rechnereinheit zur Verfügung. Und bei PC-basierten Systemen wird die Software auf dem PC installiert. Die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Messergebnisse hängt jeweils von den verwendeten Softwarealgorithmen und ihrer Subpixel-Genauigkeit ab.

Heutige Bildverarbeitungssysteme tolerieren sogar eine geringe Abweichung der Produktgröße oder -form und können auch Naturprodukte, die zwangsläufig Abweichungen aufweisen, zuverlässig klassifizieren. Aber selbst bei den robustesten Bildverarbeitungssystemen können äußere Einflüsse zu schlechten Messergebnissen führen. Letztendlich bedarf die Auswahl der optimalen Komponenten ein umfangreiches Know-how und viel Erfahrung. ik

www.stemmer-imaging.de

Details zu den Schulungsterminen von Stemmer Imaging in Zusammenarbeit mit der European Imaging Academy:
http://hier.pro/Ux9MI

Hannover Messe 2018: Halle 17, Stand E40

Messe Control 2018: Halle 6, Stand 421

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