Wenn es darum geht, Teile zu prüfen, können Anwender*innen unter vielen etablierten Technologien wählen. Entscheiden sie sich für die industrielle Bildverarbeitung, stellen sich die Fragen: Ist eine Prüfung in 2D oder 3D nötig und mit welchem Aufwand ist die Implementierung der jeweiligen ­Lösung verbunden? Je nach Anwendung ist dann ein bewährtes 2D-System oftmals die erste Wahl – auch dann, wenn die (theoretischen) Vorteile der 3D-Bildverarbeitung offensichtlich zu sein scheinen. Hierfür gibt es zwei Gründe: Bislang gab es kein 3D-Vision-System, das den Anforderungen der meisten Inspektionsanwendungen in Bezug auf Bedienkomfort und Kosten entsprach. Die dreidimensionale Bildverarbeitungs­inspektion war für die meisten Unternehmen einfach zu teuer und kompliziert, und es gab zudem nur ­wenige Bildverarbeitungs-Tools, die mit echten 3D-Bildern arbeiteten. Also musste ein ­zusätzlicher PC installiert werden, um die ­Anwendung umzusetzen, was zu deutlich mehr Platzbedarf und Programmieraufwand führte. Der zweite Grund ist, die 2D-Inspektion mit einer Smartkamera funktionierte robust genug und mit großer Benutzerfreundlichkeit. Daher besteht oder bestand in vielen Fällen keine wirkliche Notwendigkeit, den kostspieligen und schwierigen Übergang zu einem 3D-Inspektionssystem zu vollziehen.

Embedded-Vision-System für die automatische 3D-Inspektion

Diese Situation ändert sich nun mit der Einführung des Embedded-Vision-Systems In-Sight 3D-L4000 vom Bildverarbeitungshersteller Cognex. Diese Smartkamera ­ermöglicht es Ingenieur*innen, eine Reihe von Inline-Prüf-, Führ- und Messanwendungen an automatisierten Produktionslinien schnell, präzise und kostengünstig zu lösen. Es bietet eine umfangreiche Suite echter 3D-Vision-Tools, die durch die In-Sight-Spreadsheet-Umgebung genauso einfach zu bedienen sind wie die industrieerprobten 2D-Vision-Tools von Cognex. Die patentierte Speckle-freie blaue Laseroptik ist darüber hinaus eine Branchenneuheit, die das ­Erfassen hochwertiger 3D-Bilder ermöglicht.

Die blaue Laseroptik sorgt für den Unterschied

Anwender*innen von 3D-Bildverarbeitung kennen das bestimmt: Normalerweise haben 3D-Bildverarbeitungssysteme mit Speckle zu kämpfen – Lichteffekte, die auftreten, wenn das Laserlicht von der Oberfläche des Teils zurück zum Bildverarbeitungssystem gestreut wird. Speckle ist ein Problem in ­bestehenden 3D-Vision-Systemen, da es das Aussehen des Teils für die Kamera verändert und die Bildgenauigkeit verringert. Das ­System kann daher lediglich schätzen, wo sich der Laser befindet. Bislang ist es keinem 3D-System gelungen, Speckle zu beseitigen und damit ausreichend gute Bilder zu erzeugen, um zuverlässige Inspek­tionsanwendungen in 3D durchzuführen. Im In-Sight 3D L-4000 wird ein Laser im blauen Lichtbereich verwendet, der Speckle-freie Bilder in einer Auflösung von 2K liefert. Der Imager sieht eine klare Laserlinie, was zu einer höheren Genauigkeit der 3D-Bilder führt und somit die Qualität und Wiederholdbarkeit der Mess- und Prüfergebnisse maßgeblich mitbestimmt. Außer diesem technischen Fortschritt in der laserbasierten Bildverarbeitung liefert das System seine eigene Beleuchtung für 3D- und 2D-Bilder. Die Smartkamera kommt also ohne externe Lichtquelle aus. 

Mit an Bord: Intelligente Verarbeitung auf echten 3D-Punktwolkenbildern

Bei den meisten traditionellen laserbasierten 3D-Vision-Systemen nimmt der Laserkopf ein Bild auf, das zur Verarbeitung an einen PC gesendet wird. Die Abhängigkeit von der PC-Programmierung macht 3D-Inspektionen nur für sehr komplexe Anwendungen kosten­effektiv. Das In-Sight 3D-L4000 hingegen hat seine Verarbeitungsleistung integriert. Dadurch können die Bildverarbeitungswerkzeuge echte 3D-Punktwolkeninspektionen ohne externen Controller oder eine PC-basierte Software eines Drittanbieters durchführen. Der positive Nebeneffekt: Mit der Verarbeitung an Bord kann die Analyse der Bilder in kürzester Zeit durchgeführt werden. 

In der Vergangenheit war die visuelle 3D-Inspektion schwer zu begreifen und zu nutzen. Die meisten existierenden Systeme verwandeln 3D-Daten in 2D-Bilder. Dabei wird die Höhe eines Punktes als Grauwert abgebildet. Zum Verständnis der Höhen­information kommt also eine Falschfarbendarstellung des gerasterten 3D-Bildes im 2D-Bild zum Einsatz. In dieser Darstellung ist es sehr schwer, die Nuancen des 3D-Teils zu sehen und zu verarbeiten.

Eine gängige Methode ist es, einen Ausschnitt aus dem gerastertem 2D-Bild in ein 1D-Höhenprofil zu wandeln. Mit der Technologie, die im 3D-L4000 zum Einsatz kommt, ist das Bild jedoch eine reine Punktwolke. Was der Anwender sieht und auswertet, ist ein echtes 3D-Bild, keine Reduktion auf ein 1D-Höhenprofil. Und da die 3D-Inspektion für die meisten Anwender*innen neu ist, sind die 3D-Werkzeuge so konzipiert, dass alle die neuen dreidimensionalen Werkzeuge vollständig verstehen und einsetzen können. Mit anderen Worten: Die Anwender*innen tun im Wesentlichen das Gleiche, aber im Gegensatz zu früher arbeiten sie an einem Bild, das genauso aussieht wie das Teil selbst. 

Bedienung der 3D-Prüf-Tools ohne Programmierkenntnisse

Eine weitere Neuheit des In-Sight 3D-L4000 ist die In-Sight Spreadsheet-Entwicklungsoberfläche zum schnellen und einfachen Einrichten sowie Ausführen von 3D-Anwendungen, ohne Programmierung oder externe Verarbeitung. Sie ermöglicht auch die Kombination von 2D- und 3D-Vision-Tools in derselben Anwendung, was Implementierungen beschleunigt, und die Werksintegration mit einem vollständigen E/A- und Kommunikations-Funktionsset rationalisiert. 

Die Smartkamera enthält alle traditionellen 3D-Messwerkzeuge, die Anwender*innen von einem 3D-Vision-System erwarten, zum Beispiel zur Ebenen- und Höhenbestimmung. Darüber hinaus verfügt es über einen umfangreichen Satz an 3D-Vision-Tools, wie Patmax 3D, Blob 3D und 3D Geometry, die von Grund auf für Inspektionen in einem echten 3D-Raum entwickelt wurden. Dies erleichtert das Vermessen und Lokalisieren von Teilen oder Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche, aber auch von Spalten, Kanten und Winkeln – auch bei Teilen mit komplexer Geometrie wie Kolben oder Scharnieren. 

Eine breite Palette von Anwendungen

Die Smartkamera 3D-L4000 bietet eine Reihe technischer Neuheiten und erschließt neue Anwendungen in Branchen wie Lebensmittel und Getränke, Konsumgüter, Verpackungen, Automobil, medizinische Geräte und Elektronik. Die hohe Benutzerfreundlichkeit und die Tatsache, dass für die Einrichtung und Verarbeitung kein externer PC und somit keine Programmierkenntnisse notwendig sind, machen die laserbasierte 3D-Bildverarbeitung zu einer praktikablen und erschwinglichen Option. 

Autorin
Janina Guptill, Senior Marketing Communication Specialist