Weltweit zum ersten Mal vereint ein Vision-System 2D- und 3D-Bildver­arbeitung sowie die Nutzung von traditionellen und KI-basierten ­Algorithmen in einem Gerät.

2D oder 3D? Mit dieser grundlegenden Frage muss sich jeder Anwender befassen, wenn er in die Planung für ein neues Bildverarbeitungssystem einsteigt. Die Antwort darauf hängt von vielen Parametern ab, unter anderem und ganz wesentlich von der Geometrie der zu untersuchenden Objekte sowie den zu erkennenden Fehlern beziehungsweise Messergebnissen. Seit einiger Zeit müssen sich Anwender von Vision-Systemen zudem entscheiden, ob sie ihr Projekt ausschließlich mit traditionellen, regelbasierten Algorithmen angehen wollen oder ob der Einsatz von Methoden der Künstlichen Intelligenz sinnvoll ist. Nach diesen grundsätzlichen Festlegungen und der nachfolgenden Realisierung von Bildverarbeitungssystemen gibt es zwar in der Regel immer noch Möglichkeiten, von 2D auf 3D aufzurüsten oder KI-Funktionalitäten zu ergänzen. Doch der wesentliche Vorteil der KI, das vereinfachte Konfigurieren der Vision-Systeme, ist dann schon verschenkt. Nachträgliche Anpassungen sind in der Summe erheblich ineffizienter als Systeme, die die optimale Technologie von Anfang an bereitstellen.

Mit seinem neuen 3D-Bildverarbeitungssystem In-Sight L38 nimmt Cognex den Planern die Sorge ab, bei diesen grundsätzlichen Festlegungen auf das falsche Pferd zu setzen. Als weltweit erstes Bildverarbeitungssystem vereint dieses Produkt 2D- und 3D-Technologien und ermöglicht das Lösen einer Reihe von Prüf- und Messanwendungen, die mit KI-Funktionalitäten, wie beispielsweise dem Trainieren von Beispielbildern, eingerichtet und mit regelbasierter Software angepasst werden können.

„Diese Flexibilität macht das In-Sight L38 zu einem einzigartigen Produkt auf dem Markt“, betont Ruben Ferraz, der als Product Manager bei Cognex wesentlich an der Entwicklung dieser Neuvorstellung beteiligt war. „Cognex ist seit Jahrzehnten im Bereich der industriellen Bildverarbeitung weltweit führend. Diese lange Erfahrung ist in das In-Sight L38 eingeflossen, in dem die besten traditionellen Bildverarbeitungswerkzeuge für das Erfassen und Auswerten von 2D- und 3D-Bildern integriert sind. Darüber hinaus lassen sich diese Werkzeuge auch mit KI-Tools kombinieren und entweder separat oder zusammen nutzen, um mit möglichst geringem Aufwand für die Entwickler robuste Anwendungen zu erstellen, die zuverlässig genaue Ergebnisse liefern. Das Beste aus beiden Welten, sozusagen.“

Hochwertiger Laser für perfekte Bilder

Die Grundlage für das Aufnehmen hochwertiger Bilder bilden zwei Schlüsseltechnologien im Bereich der integrierten Laser-Beleuchtung: Speckle-Free und High-Power Laser Line. Die von Cognex patentierte Speckle-Free-Technologie behebt Probleme im Zusammenhang mit dunklen und hellen Bereichen auf der eingesetzten Laserlinie, die durch Interferenzeffekte verursacht werden. „Durch die Reduzierung der als Speckle bezeichneten Unregelmäßigkeiten einer Laser-Linie wird das räumliche Rauschen minimiert“, erklärt Ferraz. „Dies erhöht die mögliche Bildauflösung im Vergleich zu konventionellen Lasersensoren und führt so zu einer deutlich verbesserten Wiederholbarkeit bei der Inspektion von Prüfobjekten.“

Die ebenfalls von Cognex patentierte High-Power-Laserlinie des In-Sight L38 bietet gleich mehrere Vorteile. Dazu zählen fünfmal kürzere Belichtungszeiten im Vergleich zu Cognex-Systemen mit bisher verwendeten Laser-Beleuchtungen, die eine bessere Inspektion und höhere Liniengeschwindigkeiten bei sich schnell bewegenden Teilen ermöglichen. Zudem zeichnen sich High-Power-Laserlinien durch eine größere Homogenität von der Mitte bis zu den Rändern der Linie sowie durch eine zusätzliche Reduzierung der Fleckenbildung aus. 

Als weiteren Vorzug nennt Ferraz die Laser-Schutzklasse 2 des In-Sight L38: „Im Gegensatz zu Produkten der Laser-Schutzklasse 3 sind beim Einsatz dieses Systems keine Sicherheitsingenieure oder Spezialgehäuse erforderlich. Dennoch sorgt die integrierte hochwertige Laser-Linienbeleuchtung, die in Rot und Blau verfügbar ist, für eine fleckenfreie und sehr homogene Beleuchtung von Objekten.“ Auf dieser Basis lassen sich in Kombination mit der eingesetzten hochwertigen Optik unerwünschte Reflexionen reduzieren, was ein wesentlicher Grund für die hohe Qualität der aufgenommenen Bilder ist. „Wer sich für das In-Sight L38-Modell mit großem Field of View entscheidet, erhält außerdem den Laser mit der höchsten Intensität, der auf dem Markt für Laser der Klasse 2 erhältlich ist“, unterstreicht Ferraz. „Dies führt insbesondere beim Untersuchen von Objekten, die schnell am Bildverarbeitungssystem vorbeigeführt werden, zu einer höheren Bildqualität.“

Auch ohne Programmierkenntnisse zum Erfolg

Als herausragende Eigenschaft des In-Sight L38 nennt Ferraz die Tatsache, dass dieses System das erste Embedded-3D-Produkt mit KI-Tools weltweit ist. Der daraus resultierende wesentliche Vorteil für den Anwender nach seinen Worten: „Für das Erstellen, den Einsatz und die Wartung selbst komplexer Anwendungen sind keinerlei Erfahrungen mit Programmierung oder KI erforderlich. Das Gerät vereinfacht die Konfiguration von 3D-Systemen dank der integrierten KI-Technologie Edge Learning erheblich, die vortrainierte Modelle mit anwendungsspezifischen Daten verwendet. Dadurch genügt ein beispielbasiertes Training von Objekten und Fehlerklassen. Dies ersetzt die komplexen Programmierschritte, die bisher die Kombination vieler regelbasierter Tools erforderten, und rationalisiert so die Anwendungsentwicklung.“ 

Die KI-gesteuerten 3D-Tools lassen sich innerhalb weniger Minuten einrichten und benötigen nur fünf bis zehn markierte Bilder, um eine Aufgabe zu automatisieren. Mit einem einzigen Tool können Anwender somit Fehler und Abweichungen in drei Dimensionen erkennen und Ergebnisse in realen Messgrößen angezeigt bekommen. In-Sight L38 gewährleistet dabei eine genauere Reproduktion der geprüften Teile als bisher, was zu zuverlässigeren Inspektionen und Messungen führt. 

„In-Sight L38 stellt Anwendern eine extrem einfache Software für das Erstellen von Anwendungen und die Möglichkeit zur Verfügung, innerhalb derselben Software herkömmliche regelbasierte Tools als auch KI-basierte Tools zu verwenden beziehungsweise zu kombinieren. Diese einfache Handhabung ebnet den Weg zu einer schnellen, wirtschaftlichen Implementierung von 2D- und 3D-Bildverarbeitungssystemen und ist eine große Stärke des Geräts“, so Ferraz. 
Das In-Sight L38 basiert, wie der Name schon sagt, auf der In-Sight Software von Cognex. Das bedeutet, dass Vision-Anwender kosteneffizient über die Produktpalette skalieren können. Von einfacheren 2D-Anwendungen, die sich mit In-Sight 2800 lösen lassen, über schnellere Anwendungen, für die In-Sight 3800 optimal ist, bis hin zu In-Sight L38, wenn dreidimensionale Merkmale geprüft werden sollen. Das minimiert nicht nur die Zeit, die für das Einrichten der Systeme benötigt wird, sondern auch den internen Schulungsaufwand. Wenn die Aufgabe komplexer wird, kann problemlos auf das nächsthöhere System umgerüstet werden.

Vielseitige Anwendungsbereiche 

Die Frage, wofür sich das In-Sight L38 besonders eignet, beantwortet Ferraz mit „Für fast alle Anwendungsgebiete und Branchen. Unsere Hauptzielgruppen sind die Automobil- und die Verpackungsindustrie, da diese beiden Branchen in besonders hohem Maße auf Bildverarbeitungssysteme angewiesen sind. Aufgabenstellungen wie Volumen- und Höhenmessungen, die Lokalisierung und Klassifizierung von Objekten, das Lesen von Codes und der Vergleich von Teilen sind dort an der Tagesordnung und werden über die Funktionen des In-Sight L38 perfekt abgedeckt. Sowohl der Automobil- als auch der Verpackungssektor profitieren somit stark von den Technologien dieses Vision-Systems, um eine zuverlässige Qualitätskontrolle zu gewährleisten und Prozesse zu rationalisieren, da damit eine große Vielfalt an Teilen und Produkten überprüft werden kann.“

Die Fortschritte im Bereich der künstlichen Intelligenz aus den vergangenen Jahren haben darüber hinaus jedoch zusätzliche neue Möglichkeiten für die industrielle Bildverarbeitung eröffnet, so Ferraz: „Wir sind heute nicht mehr auf traditionelle Anwendungsfälle beschränkt. KI ermöglicht es uns, auch Aufgabenstellungen mit einem hohen Maß an natürlicher Variation zu bewältigen, wie beispielsweise die Inspektion von Holz, Obst und Gemüse sowie verschiedener anderer Arten von Lebensmitteln, bei denen sich jedes Teil vom nächsten unterscheidet. Durch seine Flexibilität in Bezug auf zwei- und dreidimensionale Aufgabenstellungen und die Option, entweder regelbasiert, mit KI-Methoden oder mit einer Kombination aus diesen beiden Technologien vorzugehen, stellt das In-Sight L38 einen umfassenden Lösungsansatz für viele Anforderungen in den unterschiedlichsten Branchen dar.“

Dass sich das System auch in der Praxis bewährt, zeigen die ersten Lösungen, die Cognex mit bestehenden und neuen Kunden bereits realisiert hat. „Die bisherige Resonanz ist sehr positiv und hat unsere hohen Erwartungen nicht nur erfüllt, sondern sogar übertroffen“, berichtet Ferraz. „Anwendungen wie dem Klassifizieren von Lötstellen anhand ihres Aussehens, dem Erkennen von Oberflächendefekten auf unebenen Oberflächen, dem Lesen von Codes auf Teilen, die selbst mit dem menschlichen Auge nur schwer zu erkennen sind, oder dem Zählen von Teilen, die sich berühren, sind einige Beispiele dafür, wo Anwender unser 3D-System mit KI schon erfolgreich einsetzen. Durch die Verschmelzung von 2D-, 3D-, regelbasierter Bildverarbeitung und KI-Technologien kann das In-Sight L38 außerdem komplizierte Muster oder Defekte erkennen, die Bildqualität erhöhen und folglich bessere Ergebnisse erzielen. 2D- und 3D-Funktionen in ein- und demselben Produkt zu haben, eröffnet zahlreiche Möglichkeiten und erhöht die Vielseitigkeit für verschiedene Anwendungsfälle. Wir sind daher optimistisch und freuen uns auf weitere Aufgaben, in denen sich das In-Sight L38 auszeichnen kann.“