In den letzten 20 Jahren hat sich der Einsatzbereich von Bildverarbeitungssystemen erheblich gewandelt. Die BV-Systeme avancierten vom exotischen Nischenprodukt zum unerlässlichen Helfer.Weder in der Automatisierungstechnik noch in der Qualitätskontrolle kann auf diese leistungsfähigen, niemals ermüdenden Augen verzichtet werden. Im Vergleich zu den großen Schaltschränken aus der Anfangszeit präsentieren sich aktuelle BV-Systeme kompakt und benutzerfreundlich.

Die Integration der Auswertungselektronik in die Kamera hat den BV-Systemen auch das Pseudonym „Intelligente Kamera“ beschert. Tatsächlich ist es aber eher unbedeutend wo die Elektronik sitzt, vielmehr macht es Sinn, BV-Geräte in verschiedene Leistungskategorien einzuteilen.

Vision-Sensoren

Diese dem Sensor verwandten Systeme schließen eine Lücke zwischen der konventionellen Optosensorik und den leistungsstärkeren Kompakt-BV-Systemen. Anwendung finden sie vor allem dort, wo unterschiedliche Produkte auf einer Fertigungslinie produziert werden. Im Vergleich zur vorwiegend punktuell messenden Sensorik deckt ihr Erfassungsbereich eine definierte Fläche ab.

Jedes Pixel des Kamerachips wirkt quasi wie ein eigener Sensor. Somit können Vision-Sensoren häufig ganze Arrays herkömmlicher Sensorik ersetzen. Ihr Gebrauch erübrigt die elektrische oder mechanische Neujustierung klassischer Sensorik bei einem Produktwechsel. Ein einfaches Applikationsbeispiel für die Anwendung eines Vision-Sensors zeigt Abb. 2. Nach der Wärmebehandlung in einem Ofen muss ein Keramiksubstrat so orientiert werden, dass die meanderförmige Widerstandsschicht auf der Oberseite liegt. Wegen der von Produkt zu Produkt unterschiedlichen Form und der Lage der Widerstandsschicht scheiden Reflexionslichtschranken aus. Mit dem Vision-Sensor LightPix lässt sich das Problem in einfacher Weise lösen. Im Teach Modus wird die Farbe der Widerstandsschicht eingelernt. Anschließend werden die Grenzen für die minimal und maximal erwartete Flächengröße sowie für den Suchbereich vorgegeben.

Die Einstellung der Parameter erfolgt ähnlich wie bei einem herkömmlichen Sensor über wenige Tastendrucke, danach ist das Gerät einsatzbereit. Das abgebildete Bedienterminal kann anschließend abgesteckt werden. Der Sensorkopf mit integrierter Beleuchtung und Auswertungselektronik arbeitet völlig autark. Im Gegensatz zu vielen anderen Systemen nutzt der LightPix einen Farbkamerachip. Dadurch erweitert sich das typische Anwendungsspektrum, das von der einfachen Anwesenheits- und Positionserkennung bis zum Mustervergleich reicht, um die Farberkennung und Farbunterscheidung.

Kompakt-BV-Systeme

Die bereits angesprochenen Kompaktsysteme bilden die nächste Leistungskategorie. Bei relativ kleinen Gehäuseabmessungen bieten sie ein hohes Maß an Verarbeitungsgeschwindigkeit und Flexibilität. Während bei den Vision-Sensoren meist mit preiswerten, fest eingebauten Optiken gearbeitet wird, verwendet man hier handelsübliche Objektive. Somit lässt sich der Arbeitsabstand und die Bildfeldgröße über weite Regionen anpassen. Gleiches gilt für die Beleuchtung: Sie kann durch externe Lampen deutlich flexibler den erforderlichen Prüfbedingungen angeglichen werden.

Häufig bietet man in der Kompaktklasse auch zwei Kameraanschlüsse. Sie ermöglichen eine absolut synchrone Betrachtung von unterschiedlichen Prüfregionen, z.B. für die Vor- und Rückseitenprüfung oder die 2,5 D Vermessung von schnell bewegten Objekten. Relativ selten zu finden sind in dieser Kategorie Farb-BV-Systeme. Der AX40 von Panasonic ist ein typischer Vertreter dieser Klasse. Durch die interne Umrechnung des Farbbildes in ein Grauwertbild lassen sich mit ihm alle in dieser Kategorie üblichen BV-Routinen auf einem Gerät vereinen. Er beherrscht eine subpixelgenaue Grauwertkantenvermessung ebenso wie die Farbextraktion und - prüfung. Genau diese Möglichkeiten werden im nachfolgenden Applikationsbeispiel ausgenutzt:

Exakte Messung

In einer Fertigungsstrasse für KFZ-Sicherungen muss das Endprodukt überprüft werden (Abb. 3). Wichtig ist vor allem die exakte Vermessung der elektrischen Kontakte in Lage und Form, da diese mechanisch in den Kunststoff eingepresst werden. Hierbei können unterschiedliche Presskräfte oder geringfügig abweichende Materialformen zu maßlichen Veränderungen führen. Für die unerlässliche Gesamtprüfung werden deshalb gleich 13 Prüffenster in der Kameraansicht platziert. Zwei dieser Fenster dienen ausschließlich der Lagenachführung der wei-teren Prüfregionen. Diese sitzen an der Außenseite des Kunststoffkörpers. Die exakte Längenbestimmung der Kontaktelemente beginnt mit Kantenantastungen an der Spitze und am Fuß des Bleches. Weitere Kantenantastungen bestimmen den jeweiligen Kontaktmittelpunkt in der Horizontalen.

Damit und mit den beiden Prüffenstern an den Kontaktfüßen wird zusätzlich der Winkel zwischen dem Grundkörper und den Kontaktstiften geprüft. Dieser sollte im Idealfall 90° betragen. Zusätzlich wird aus den gefundenen Positionen auch der exakte Kontaktabstand und die -parallelität berechnet. Eine weitere Vermessung an der Oberseite stellt sicher, dass alle Kontakte auch die erforderliche Anspitzung aufweisen. Da bei einer Produktumstellung vereinzelt alte Kunststoffkörper in der Anlage verbleiben können, ist auch die Prüfung der Kunststofffarbe unerlässlich. Deshalb wurde das obligatorische Durchlicht für die präzise Kontaktvermessung um ein diffuses Auflicht für die Farbbestimmung ergänzt. Ein Fenster auf der Mitte des Kunststoffkörpers prüft die Übereinstimmung zwischen der Farbvorgabe (Stärke der Sicherung in Ampere) und dem Produktbild der Kamera.

Ausblick und weitere Systemklassen

Diese Applikationsschilderung offenbart, dass Kompakt-BV-Systeme durchaus für komplexe Aufgaben geeignet sind. Dennoch gibt es Prüfaufgaben, die noch mehr Datendurchsatz erfordern. Ein PCBV-System wie der Panasonic P400 kann bis zu 12 Kameras verarbeiten. Auch hochauflösende Kameras erfordern immer mehr Rechenleistung. Mit einer Verdoppelung der Auflösung pro Koordinate ergibt sich eine Vervierfachung der Pixelzahl und somit auch der Datenmenge. Deshalb gibt es über der Kategorie der Kompaktsysteme die PC- und Spezialsysteme.

Dass diese Einteilung der Kategorien keinen dauerhaften Bestand hat, zeigt ein Blick auf die Vergangenheit. Die Funktionalität, die früher einen Schaltschrank gefüllt hat, lässt sich heute in einem Kompaktsystem wieder finden. Auch die anhaltende Miniaturisierung elektronischer Bauteile führt zu immer kleineren Geräten. Durch zunehmend leistungsfähigere Prozessoren eröffnet sich weiteres Entwicklungspotential für zukünftige Hard- und Software. Der innovative und stetig wachsende Markt für BV-Systeme wird dieses Potential sicher rasch in die Praxis umsetzen.

Dipl.-Ing. (FH) Roland Anzenberger, Applikationsingenieur Bildverarbeitung Matsushita Electric Works Deutschland GmbH Tel. 08024/648-0 Mew-d@euro.de.mew.com www.matsushita.de