Ob Bremsscheiben, Elektronik oder Kekse geprüft werden müssen, anspruchsvolle Bildverarbeitungsaufgaben erfordern leistungsfähige Komponenten und langjähriges Know-how. Ein bayrischer Integrator vertraut seit Jahren auf die Machine-Vision-Produkte eines kanadischen Herstellers.

Als typische Querschnittstechnologie kommt die Bildverarbeitung in einer großen Bandbreite an Anwendungsfeldern zum Einsatz. So sorgt sie beispielsweise in der Automobil-, Luftfahrt- und Elektronikindustrie für fehlerfreie Bauteile, stellt in der Medizin-, Pharma- oder Lebensmittelbranche die Gesundheit von Patienten und Verbrauchern sicher und kommt auch vermehrt in nicht industriellen Anwendungen wie in der Landwirtschaft oder im Sport zum Einsatz. Die Anforderungen an die dabei verwendeten Bildverarbeitungskomponenten können in Bezug auf die technischen Eigenschaften wie Auflösung, Geschwindigkeit, Datenübertragung, Auswertung oder mechanische Robustheit sehr unterschiedlich sein. Auch das Wissensniveau der Anwender kann die Auswahl der optimalen Komponenten beeinflussen.

„Für anspruchsvolle Bildverarbeitungs­lösungen bevorzugen wir schon seit langer Zeit Komponenten von Teledyne Dalsa“, betont Patrick Gailer, einer der Geschäftsführer von Phil-Vision. Die Spezialisten des Systemintegrators entwickeln in enger Absprache mit Endanwendern auf deren individuelle Aufgabe zugeschnittene Systemlösungen. „Dabei steht natürlich immer im Vordergrund, die vorliegende Aufgabenstellung in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht optimal zu lösen. Wir wollen für unsere Kunden die bestmögliche Kombination von Komponenten finden und so in die Anlagen integrieren, dass möglichst über den gesamten Lebenszyklus und auch in Anwendungen, die jeden Tag rund um die Uhr laufen, ein zuverlässiger Betrieb ohne Störungen und mit fehlerfreien Ergebnissen erzielt werden kann“, so Gailer.

Prüfung von Elektronikbauteilen

Das Puchheimer Unternehmen hat in den vergangenen Jahren zahlreiche Erfahrungen in unterschiedlichen Branchen gesammelt, unter anderem in der Elektronikindustrie. Dort gibt es bei der Produktion von Elek­tronikbauteilen sogenannte heiße Prozesse, bei denen beispielsweise Wafer bedampft und anschließend die Qualität des Prozesses überprüft werden muss. Aufgrund der schwierigen Produktionsbedingungen eignen sich dafür nur Industriekameras, die auch in einem erhöhten Temperaturbereich akkurate Ergebnisse liefern. 

„In diesem Umfeld hat sich die Kameraserie Genie Nano von Teledyne Dalsa bewährt“, verrät Gailer. „Diese Kameras liefern selbst bei erhöhten Einsatztemperaturen noch qualitativ hochwertige Bilder und weisen eine sehr geringe Ausfallrate auf. In den seltenen Fällen, in denen es aufgrund der extremen Bedingungen doch einmal zu Ausfällen kam, war Teledyne Dalsa sehr kulant und hat einen schnellen, unbürokratischen Austausch defekter Kameras ermöglicht.“ Als weiteren Vorteil neben der mechanischen Robustheit nennt Gailer die zahlreichen Varianten der Genie-Nano-Kameraserie, die in Bezug auf die verfügbaren Auflösungen und Schnittstellen für nahezu jede denkbare Anwendung von 2D-Bildverarbeitungssystemen ein geeignetes Modell bietet.

„Zudem nutzen wir Genie-Nano-Kameras sehr gerne zum Aufbau von Multi-Stereo­systemen, da sich diese Kameras sehr einfach und präzise über das Precision Time Protocol (PTP) synchronisieren lassen“, so Gailer weiter. „Auf Basis dieses Standards kann auf den Einsatz eines Trigger-Kabels verzichtet werden und die Synchronisation erfolgt ausschließlich über das Netzwerk. ­Genie-Nano-Kameras bieten für diesen Zweck die einfachste und präziseste Ansteuerung, die wir im Markt gefunden haben.“

Fehlersuche Zeile für Zeile 

In vielen Anwendungen, bei denen Bahnwaren überprüft werden müssen, haben sich Zeilenkameras im Vergleich zu Flächenkameras als geeignetere Technologie erwiesen. Die Bildaufnahme erfolgt dabei Zeile für Zeile. Die so erfassten Bildstreifen werden anschließend zu einem theoretisch endlos langen Bild zusammengefügt und ermöglichen somit unter anderem das Überprüfen von Stahl-Coils, ­Papierrollen oder Textilbahnen. 

Teledyne Dalsa ist ein internationaler Entwickler und Hersteller von Zeilenkameras. Auch Phil-Vision setzt regelmäßig auf die Modelle dieses Herstellers, unterstreicht Gailer: „In den Produktreihen Linea, Piranha, Eliixa und Uniiqa stehen neben herkömmlichen Zeilenkameras auch Modelle mit Dual-Line- und TDI-Technologie sowie Swir- und Multispektral-Zeilenkameras zur Verfügung.“

Inspektion in drei Dimensionen

Die 3D-Bildverarbeitung hat sich in den vergangenen Jahren technologisch sehr stark weiterentwickelt und erlaubt heute im Vergleich zu früher eine deutlich einfachere Lösung vieler Anwendungen, die mit 2D-Systemen nicht oder nur mit erheblichem Aufwand realisiert werden können. Dass 3D-Vision-Systeme inzwischen wesentlich praktikablere Optionen eröffnen, ist unter anderem auf parallele Fortschritte bei der Qualität und Geschwindigkeit von Sensoren, bei Embedded-Bildverarbeitungssystemen, FPGAs, Lasern, Optiken und intelligenten Systemen zurückzuführen. Diese Technologie ist inzwischen kostengünstig, zuverlässig, wiederholbar, einfach zu implementieren und hat sich in einer Vielzahl von anspruchsvollen Anwendungen bewährt.

Als typisches Beispiel einer 3D-Anwendung nennt Gailer die optische Inspektion von Bremsscheiben in der Automobilindustrie, die einen besseren Abgleich von Fehlern ermöglicht als 2D-Bildverarbeitungssysteme: „Da Bremsscheiben im Grauguss hergestellt werden, können sie Löcher aufweisen, die dann beim Schleifen freigelegt werden. Diese Löcher auf den Flächen müssen bemaßt und die Tiefe der Wuchtungsfräsung vermessen werden.“ Neben dem reinen Sicherheits­aspekt von KFZ-Bremsen wird laut Gailer außerdem eine ästhetische Komponente immer wichtiger, denn sie sind in bestimmten Autos sichtbar und somit Teil des optischen Erscheinungsbildes. Bremsscheiben mit sichtbaren Defekten sind für die Käufer dieser meist hochpreisigen Fahrzeuge nicht akzeptabel, selbst wenn die Bremsfunktion dadurch nicht beeinträchtigt wird.

Die Prüfung von Bremsscheiben ist aufgrund der Beleuchtungssituation nicht einfach: Ihre Oberflächen sind poliert und weisen Schleifriefen auf, die bei der Produktion unvermeidlich sind und bestimmte Artefakte erzeugen. Erschwerend kommt hinzu, dass Fingerabdrücke oder feinkörniger Sand als Rückstand der vorangegangenen Schleif- und Waschprozesse von 2D-Bildverarbeitungssystemen leicht fälschlicherweise als nicht akzeptabler Fehler erkannt werden. 

„Wir haben für dieses System daher einen 3D-Profilsensor der Z-Trak2-Serie von Teledyne Dalsa eingesetzt, der auf Lasertriangulationsbasis arbeitet und aufgrund seiner hohen Scan-Geschwindigkeit von bis zu 45.000 Profilen/s einer der schnellsten 3D-Scanner am Markt ist. Mit seiner ­Auflösung von 2.048 Bildpunkten pro Profil sowie wegen seiner robusten, kompakten Bauweise ist er für diese Aufgabe geeignet. Diese 3D-Vision-Systeme mit IP67-Gehäuse sind bereits werkseitig kalibriert und lassen sich somit ohne größeren Aufwand in Prüfanlagen integrieren.“ Durch den Einsatz des 3D-Profilsensors konnte Phil-Vision die Anwendung effektiv und zu geringen Kosten für den Kunden lösen.

Anwendungen mit mehreren Kameras

Es gibt Anwendungen, bei denen der Einsatz einer einzelnen Kamera nicht ausreicht, um alle potenziellen Fehlermerkmale zu prüfen. Abhilfe in solchen Fällen können Multikamerasysteme schaffen: Sie inspizieren die Prüfteile mit zwei oder mehr Kameras zeitgleich aus mehreren Richtungen und ermöglichen durch den Abgleich der Bilder aller Kameras eine umfassende ­Auswertung. 

Mit dem Dual-Kamerasystem Vicore bietet Teledyne Dalsa ein leistungsfähiges System an, das die Kombination zahlreicher 2D- und 3D-Kameras ermöglicht. „Mit einem Vicore-System konnten wir bei einem großen europäischen Lebensmittelhersteller eine Anlage realisieren, auf der die Anwesenheit von Keksen, ihre korrekten Abmessungen, der richtige Bräunungsgrad sowie deren Anzahl und Verteilung auf Backstraßen geprüft wird“, erzählt Gailer. „Ein perfektes Backergebnis kann nur unter optimalen Bedingungen erzielt werden, daher war es bei der Realisierung dieser Applikation so wichtig, das Bildverarbeitungssystem exakt an die Vorgaben anzupassen.“ Auch in dieser Anwendung war die Robustheit des Bildverarbeitungssystems ein wichtiges Kriterium, um einen störungsfreien Betrieb rund um die Uhr zu gewährleisten. 

Zahlreiche Erfolgsfaktoren

Der jahrzehntelange, internationale Erfolg von Teledyne Dalsa in der Bildverarbeitung ist nach Gailers Überzeugung auf mehrere Faktoren zurückzuführen. So entwickelt und produziert das Unternehmen als einziger Hersteller der Branche die Sensoren für seine Zeilenkameras selbst und kann diese somit optimal an die Vorstellungen seiner Kunden anpassen. „Hinzu kommt, dass Teledyne Dalsa das komplette Spektrum der Bildverarbeitung abdeckt. Ganz gleich, ob 2D- oder 3D-Systeme, ob sichtbares Licht oder andere Wellenlängenbereiche wie Swir oder UV, ob Einzel- oder Mehrkamerasysteme“, erläutert Gailer. 

Zudem stellt Teledyne Dalsa durch eine eigene Entwicklungsabteilung eine nahtlose Kombination und Anpassung der benötigten Software an das Hardware-Portfolio sicher. „Mit Sherlock, Inspect und Sapera bietet Teledyne Dalsa gleich mehrere Software-Pakete an, die Anwendern mit unterschiedlichem Wissensstand beim Thema Bildverarbeitung 
umfang­reiche Mög­lichkeiten zur Realisierung ihrer Systeme eröffnen“, so Gailer. Zudem erschließt das grafische KI-Trainingstool Astrocyte Anwendern eine effektive Möglichkeit, die Entwicklung von Bildverarbeitungssystemen mit Werkzeugen aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz zu vereinfachen.

Neben leistungsfähigen Produkten ist für Anwender und Integratoren wie Phil-Vision ein weiterer Punkt wichtig: Im Fehlerfall oder bei Fragen muss der Support des Herstellers schnell und kompetent zur Verfügung stehen und zuverlässige Antworten geben. Auch in diesem Punkt fühlt sich das Team von Phil-Vision laut Gailer in guten Händen: „In der Regel unterstützen uns die Experten der deutschen Teledyne Dalsa-Niederlassung auf hervorragende Weise. Bei Bedarf sind wir aber auch in engem Kontakt mit dem Support in der kanadischen Zentrale.“

Auch Martin Grzymek, der als Director of Sales für den Vertrieb von Teledyne Dalsa in Europa verantwortlich ist, freut sich über die gute Zusammenarbeit: „Es ist gut, erfahrene Partner wie Phil-Vision zu haben, die sicherstellen, dass unsere Produkte perfekt für die unterschiedlichsten Anwendungen ausgewählt und bestmöglich integriert werden. Auf diese Weise entstehen leistungsfähige Lösungen, von denen die Kunden von Phil-Vision und dadurch letztlich auch wir profitieren.“

Autor
Peter Stiefenhöfer, Inhaber von PS Marcom Services