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© 2018 Cognex Confidential1
Grundlagen der industriellen Bildverarbeitung
Manuel Koebe | Februar 2018
© 2018 Cognex Confidential2
Agenda
▪ Wie funktioniert industrielle Bildverarbeitung (IBV)
▪ Einsatz und Nutzen
▪ Anwendungen
▪ 1D, 2D und 3D Vision
▪ Komponenten
▪ Fachbegriffe
▪ Die optimale Leistung
▪ Zusammenfassung
▪ Fragen & Antworten
© 2018 Cognex Confidential3
Wie funktioniert IBV
Die Kameralinse und der
Sensor nehmen das Bild auf.
Die Bildverarbeitungswerkzeuge
interpretieren das Bild, werten es aus.
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Eigene Konsole
Embedded
Boards
Modulare Vision
Systeme
Barcode
Lesegeräte
PC Vision
Vision
Sensoren
1982 Heute
3D Profilsensoren
IBV gestern und heute
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Das Bildverarbeitungssystem
1. Analysiert das Bild
2. Trifft Entscheidungen und gibt die Ergebnisse aus
Beispiele
Die Breite beträgt 37.255 mm
Guter Ölfilter:
Alle Löcher sind
durchlässig
Schlechter
Ölfilter: Einige
Löcher sind
blockiert
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Bildanalyse
Die industrielle Bildverarbeitung basiert auf der Bildanalyse.
Bild
Entscheidung
Antwort
Position
© 2018 Cognex Confidential7
Where is machine vision used?
Automotive
Industry
Graphic Arts/ Packaging
Consumer
Products
Semiconductor
Industry
Shipping
Transportation
Electronics
Medical
Pharmaceutical
Food Packaging
Industry
© 2018 Cognex Confidential8
▪ Automatisierung von Herstellungsprozessen
▪ Verbesserung der Produktqualität
▪ Schutz der Marke
▪ Senkung der Betriebskosten
Einsatz und Nutzen der IBV
▪ Eliminierung der ineffizientenmanuellen Inspektion
▪ Erhöhung des Durchsatzes
▪ Reduzierung von Ausschuss
▪ Verringerung des Risikos einesRückrufs
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Essentiell für strategische Ziele
▪ Hochgeschwindigkeitslinien
▪ Reinraumumgebung
▪ Handling oder Inspektionbei gefährlichen Produkten
▪ Mikroskopische Inspektion
▪ GeschlosseneProzesskontrolle
▪ Roboterführung
▪ Berührungsloses Messen
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Ziel in der Produktion Bildverarbeitungs-Applikation
Verbesserte
Produktqualität
Prüfen, Messen, Montageprüfung
Erhöhte Produktivität Automatisierung repetitiver Aufgaben
Produktionsflexibilität und
geringe Stillstandzeiten
Automatische Produktwechsel
Erhöhter Durchsatz Schnelle Inspektionen an
Hochgeschwindigkeitslinien
Verringerter Ausschuss Identifizieren und Ausschleusen defekter
Komponenten gleich am Anfang des
Prozesses
Vorteile industrieller Bildverarbeitung
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Anwendungen industrieller Bildverarbeitung
© 2018 Cognex Confidential12
Anwendungskategorien
FÜHREN PRÜFEN MESSEN IDENTIFIZIEREN
© 2016 Cognex Confidential12
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Bestimmt die Position eines Teils(x, y und den Winkel)
Automatisiert das Bestücken und Handling:
▪Ausrichten & Positionieren
▪2D & 3D Picking
▪Eliminiert die Notwendigkeit einerFixierung und erhöht die Flexibilitätdes Roboters
Fixierung für das Bildverarbeitungswerkzeug
▪Lokalisierung mindestens einesMerkmals, um die Position und Rotation (x, y) eines Teils/Merkmals zu einemanderen zu berechnen
Führen
Delta Robot - PackExpo 03.mpg
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Trained Image Out of focus
Uneven LightingOcclusions
Confusing Background
Rotation and Scale Changes
Geometrischer Mustervergleich
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Abweichungen bei der Art des Merkmals/Teils
Schwierigkeiten bei der Lokalisierung von Merkmalen/Teilen
© 2018 Cognex Confidential16
Schwierigkeiten bei der Lokalisierung von Merkmalen/Teilen
Abweichungen bei der Präsentation des Merkmals/Teils
1
6
© 2018 Cognex Confidential17
Position
▪Ausrichtung
▪Neigung
Qualität
▪Defekterkennung
▪Oberflächen-Inspektion
▪Verunreinigung
Vollständigkeit
▪Füllstand
▪Vorhandensein
▪Zählen
▪Verfizierung der Zusammenstellung
Prüfen
© 2018 Cognex Confidential18
Präzisionsmessung
▪ Automatisiertes Messenund Aufzeichnen der Messdaten
Gewährleistet Toleranzen
▪ Durchmesser
▪ Zwischenräume
▪ Buchsen
▪ Gewinde
Messen
© 2018 Cognex Confidential19
Barcode lesen
▪ Gedruckte 1-D & 2-D Matrix Codes
▪ Direktmarkierte Codes
Maschinenlesbare Zeichen
▪ OCR / OCV
Objekte erkennen
▪ Basierend auf Farbe, Formoder Größe
Identifizieren
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1D, 2D, 3D VISION
© 2018 Cognex Confidential21
1D Bildverarbeitung
▪ 100% Endlosmaterial
▪ Inspektion und Klassifizierung
▪ VerwendetZeilenkameras
▪ Prüft Materialien wiez. B. Metalle, Papier, Vliesstoffe
© 2018 Cognex Confidential22
1. Beim ‘Abrollen’ zylindrischerzur Inspektion
2. Bei Vision-Applikation auf engstem Raum
3. Wenn die geforderteAuflösung besonders hoch ist
4. Wenn das (Endlos-) Material im permanenten Durchlauf ist
Einsatzbereiche für Zeilenkameras
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2D Bildverarbeitung - Flächenscan
© 2018 Cognex Confidential24
3D Bildverarbeitung
© 2018 Cognex Confidential25
Funktionsprinzip des Profilsensors
© 2018 Cognex Confidential26
Profilsensoren
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VISION SYSTEME UND SENSOREN
© 2018 Cognex Confidential28
Cognex Vision Sensoren
Compact, modular
body design fits into
tight spaces
Field changeable, high power,
diffuse illumination
Powerful, proven In-Sight®
vision tools for reliable
inspection performance
Field changeable
lenses and filters
for optimal image
quality
Step-by-step setup
with EasyBuilder®
© 2018 Cognex Confidential29
▪ Industry-leading image acquisition and optical character recognition
▪Powerful and precise pattern matching algorithms
▪Most reliable and flexible inspection systems
Cognex 2D Vision Systeme
© 2018 Cognex Confidential30
Cognex 3D Vision Systeme
▪ 3D laser displacement sensors provide three dimensional inspection of products to optimize quality
▪ Measure height, volume or tilt with cross section and plane fitting tools –regardless of contrast or light variations
▪ Expanded range of 3D sensors, factory calibrated to deliver real-world values
© 2018 Cognex Confidential31
SYSTEM KOMPONENTEN
© 2018 Cognex Confidential32
Bestandteile des Vision-Systems
Lichtquelle
Vision System
Vision Software
E/A Komm.
KameraObjektivPOWER
A- BALLEN- BRADLEY
I NPUT
10
23
4567
SLC 5/04 CPURUNFLTBAT
FORCDH+RS232
RUN REM PROG
I NPUT
10
23
4567
O UTPUT
10
23
4567
Eingabe/Ausgabe: Schalter, SPS, Roboter, LEDs
Kommunikation
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Zusammenspiel der Komponenten
Kamera
Monitor
Eingabe durch Bedienpersonal
(Trackball, Maus, Touchscreen)
Teile
Lichtquelle
Vision System
Ausgabe:
•Seriell
•Parallel
•ISA, PCI, VME bus
Eingabe:
•Seriell
•Parallel
•ISA, PCI, VME busa
Objektiv
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Und so funktionierts
1. Das Prüfteil kommt an der Prüfstation an
5. Der Software Algorithmus auf dem Vision-System verarbeitet das erfasste Bild und/oder wertet es aus.
6. Das Bildverarbeitungssystem sendet ein Signal überden diskreten Ausgaben der einen Wandler aktiviert, wenn das Teil schlecht ist.
7. Der Bediener kann das Ausschussteil sichten, auf dem Bildschirm Statistiken überlaufende Prozesse einsehen oder das System notfalls vom Netz nehmen
2. Der Sensor sendet einen Trigger an das Vision System 3. Der Blitz beleuchtetdas Teil 4. Das Bildverarbeitungssystem erfasst über den
Sensor das Bild
FAIL
© 2018 Cognex Confidential35
Software-Algorithmen
Und das in Millisekunden!
Die Algorithmen der Bildverarbeitungswerkzeuge
wandeln Rohdaten in Merkmale der nächsten Ebene …
- d. h. Rohdaten werden in Kanten, Farben, Zahlen oder
andere Merkmale umgewandelt
… und treffen dann Entscheidungen
- d. h. die Antworten warden als Position, Übereinstimmung,
Abstand, Anwesenheit, Qualitätsstufe ausgegeben
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FACHBEGRIFFE
© 2018 Cognex Confidential38
Definitionen
Sichtfeld (Field of View - FOV)
▪ Der Bereich, den das
Bildverarbeitungssystem
sieht.
▪ Das Sichtfeld hängt vom
Objektiv und dem
Arbeitsabstand zwischen
Objekt und Kamera ab.
5” x 7”
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Sichtfeld/Field of view
Wie groß ist mein Sichtfeld?3”
4”
8”
15”
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Arbeitsabstand und Auflösung
Arbeitsabstand (Working Distance - WD)
▪Abstand zwischen demAußenrand der Linseund dem Ziel
Auflösung
▪Die kleinste Größe des Merkmals beim Prüfteil.
10”
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Abhängigkeit Arbeitsabstand/FOV
© 2018 Cognex Confidential42
Tiefenschärfe
Tiefenschärfe/Depth of Field (DOF)
▪ Der Bereich vor und hinter dem Objekt, in dem das Bild scharf ist.
3”
Höhere Tiefenschärfe mit kleiner
Blende (hohe f/Zahl) als mit
großer Blende (kleine f/Zahl)
© 2018 Cognex Confidential43
DIE LEISTUNG OPTIMIEREN
© 2018 Cognex Confidential44
Anderes Objektiv … gleiches Bild?
▪Beleuchtung
▪Feldtiefe
▪Arbeitsabstand
▪Liniengeschwin-
digkeit
▪Belichtungszeit
▪Blende
▪Budget
© 2018 Cognex Confidential45
Beleuchtungen
4
5
HellfeldDunkelfeld
Hinterleuchtet
Diffuses
Domlicht
Axial-diffus
Licht kann auf unterschiedliche Weise strukturiert sein. Winkel und Richtung bestimmen wie das Merkmal und die Umgebung von der Kamera gesehen werden.
Strukturiert
© 2018 Cognex Confidential46
Objektive
Weitere Informationen zur Auswahl von Objektiven auf Cognex.com >
Informationsportal > On-Demand Webinare
© 2018 Cognex Confidential47
Filter
▪ Steuern die Lichtqualität
und –menge
▪ Blenden störendes
Umgebungslicht aus
▪ Lassen nur das Licht, das
für die Inspektion benötigt
wird, durch
▪ Erhöhen den Kontrast und
die Auflösung
Weitere Informationen zur Auswahl von Objektiven auf
Cognex.com > Informationsportal > On-Demand Webinare
© 2018 Cognex Confidential48
Werkzeuge zur Vorverarbeitungdes Bildes
Weitere Informationen zur Vorverarbeitung von Bildern auf
Cognex.com > Informationsportal > On-Demand Webinare
© 2018 Cognex Confidential49
Zusammenfassung
▪ Zweck der Bildverarbeitung ist es, Produkte schneller, besser und kostengünstiger herzustellen.
▪ Messen, Prüfen, Führen und Identifizieren sind die wesentlichen Anwendungskategorien.
▪ Bildverarbeitung benötigt Objektiv, Kamera, Beleuchtung, Bildverarbeitungssoftware und Kommunikationsschnittstellen.
▪ Informieren Sie sich weiter über Objektive, Beleuchtung, Filter, Bildvorverarbeitung um die maximale Leistungherauszuholen.
▪ Fragen Sie uns … unsere Ingenieure helfen Ihnen.
© 2018 Cognex Confidential50
FRAGEN?
[email protected] | www.Cognex.com
mailto:[email protected]