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Messtechnik & Sensorik

Tipps & Tricks im Umgang mit dem Vision System SIMATIC VS120

Einstellhilfe

Gewährleistung, Haftung und Support

Tipps & Tricks zur SIMATIC VS120 Beitrags-ID: 26700877

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Hinweis Die Tipps und Beispiele sind unverbindlich und erheben keinen Anspruch

auf Vollständigkeit hinsichtlich Konfiguration und Ausstattung sowie jeglicher Eventualitäten. Die Tipps und Beispiele stellen keine kunden-spezifische Lösungen dar, sondern sollen lediglich Hilfestellung bieten bei typischen Aufgabenstellungen. Sie sind für den sachgemäßen Betrieb der beschriebenen Produkte selbst verantwortlich. Diese Tipps und Beispiele entheben Sie nicht der Verpflichtung zu sicherem Umgang bei Anwendung, Installation, Betrieb und Wartung. Durch Nutzung dieser Beispiele erkennen Sie an, dass Siemens über die beschriebene Haftungsregelung hinaus nicht für etwaige Schäden haftbar gemacht werden kann. Wir behalten uns das Recht vor, Änderungen an diesen Beispielen jederzeit ohne Ankündigung durchzuführen. Bei Abweichun-gen zwischen den Vorschlägen in diesen Tipps und Beispielen und anderen Siemens Publikationen, wie z.B. Katalogen, hat der Inhalt der anderen Dokumentation Vorrang.

Gewährleistung, Haftung und Support

Für die in diesem Dokument enthaltenen Informationen übernehmen wir keine Gewähr.

Unsere Haftung, gleich aus welchem Rechtsgrund, für durch die Verwendung der in diesem Applikationsbeispiel beschriebenen Beispiele, Hinweise, Programme, Projektierungs- und Leistungsdaten usw. verursachte Schäden ist ausgeschlossen, soweit nicht z.B. nach dem Produkthaftungsgesetz in Fällen des Vorsatzes, der groben Fahrlässigkeit, wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit, wegen einer Übernahme der Garantie für die Beschaffenheit einer Sache, wegen des arglistigen Verschweigens eines Mangels oder wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten zwingend gehaftet wird. Der Schadensersatz wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten ist jedoch auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht Vorsatz oder grobe Fahrlässigkeit vorliegt oder wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit zwingend gehaftet wird. Eine Änderung der Beweislast zu Ihrem Nachteil ist hiermit nicht verbunden.

Copyright© 2007 Siemens A&D. Weitergabe oder Vervielfältigung dieser Tipps und Beispiele oder Auszüge daraus sind nicht gestattet, soweit nicht ausdrücklich von Siemens A&D zugestanden. Bei Fragen zu diesem Beitrag wenden Sie sich bitte über folgende E-Mail-Adresse an uns:

mailto:[email protected]

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Vorwort

Ziel der Applikation Diese Dokumentation dient dazu, dem Leser Hinweise im Umgang mit dem Vision System 120 zu geben. Die in der Dokumentation aufgeführten Hinweise bieten Informationen, die Sie für die Inbetriebnahme und die Nutzung des Vision Sensor Systems SIMATIC VS120 benötigen.

Gültigkeitsbereich Die Dokumentation ist gültig für alle Liefervarianten des Vision Sensor Systems SIMATIC VS120 und des Auswertegeräts mit der Bestellnummer (MLFB) 6GF1 018-2AA10.

Kerninhalte dieser Applikation Folgende Kernpunkte werden in dieser Applikation behandelt:

• Darstellung von Grundlagen zum Einsatz des SIMATIC VS120.

• Reduzierung der Mustervergleichszykluszeiten des SIMATIC VS120.

Abgrenzung Diese Applikation enthält nicht/ keine Beschreibung…

• …zum Aufbau der PROFIBUS oder Ethernet-Kommunikation

• …der Verwendung und Einstellung ausgewählter Beleuchtungen

Grundlegende Kenntnisse über diese Themen werden voraus gesetzt.

Referenz zum Automation and Drives Service & Support Dieser Beitrag stammt aus dem Internet Applikationsportal des Automation and Drives Service & Support. Durch den folgenden Link gelangen Sie di-rekt zur Downloadseite dieses Dokuments.

http://support.automation.siemens.com/WW/view/de/26700877


Vorwort


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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis......................................................................................................... 4

Tipps & Tricks zum SIMATIC VS120 ........................................................................... 5

1 Allgemeines zum Vision Sensor SIMATIC VS120........................................ 5 1.1 Einrichtung optimaler Beleuchtungsverhältnisse .............................................. 5 1.2 Optimierung des erfassten Objektbereichs....................................................... 5

2 Verringerung der Zykluszeit .......................................................................... 6 2.1 Startbedingungen ............................................................................................. 6 2.1.1 Voraussetzungen.............................................................................................. 6 2.1.2 Ziel der Optimierung ......................................................................................... 7 2.2 Allgemeines ...................................................................................................... 7 2.2.1 Faktoren zur Beeinflussung der Gesamtzykluszeit........................................... 7 2.2.2 Beeinflussung der Gesamtzykluszeit durch Algorithmen.................................. 7 2.3 Winkelgenauigkeit............................................................................................. 8 2.4 Zusätzliche Auswertebereiche (Sub-ROIs)....................................................... 9 2.5 Einschränkung des Drehwinkels..................................................................... 10 2.6 Festlegung der Skalierung.............................................................................. 12 2.7 Veränderung der Genauigkeit......................................................................... 13

3 Zusammenfassung ....................................................................................... 16

Anhang und Literaturhinweise .................................................................................. 17

4 Literaturhinweise .......................................................................................... 17 4.1 Literaturangaben............................................................................................. 17 4.2 Internet-Link-Angaben .................................................................................... 17

5 Historie .......................................................................................................... 18

Tipps & Tricks zum SIMATIC VS120

Allgemeines zum Vision Sensor SIMATIC VS120


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Inhalt Hier verschaffen Sie sich einen Überblick über die Anwendung des Vision Sensor Systems SIMATIC VS120.

Dabei werden Ihnen Hinweise gegeben, wie durch geeignete Einstellungen des Vision Sensor Systems eine Reduzierung der Gesamtzykluszeit errei-cht werden kann.

1 Allgemeines zum Vision Sensor SIMATIC VS120

Der Vision Sensor SIMATIC VS120 ist für Objektformprüfung bzw. Objekt-findung konzipiert. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, müssen auch optimierte Bedingungen der Objektumgebung hergestellt werden.

1.1 Einrichtung optimaler Beleuchtungsverhältnisse

Der wichtigste Punkt für die Objektformprüfung bzw. Objektfindung ist die Einrichtung optimaler Beleuchtungsverhältnisse.

Die Auswahl einer geeigneten Beleuchtung bzw. eines geeigneten Leucht-mittels ist dabei von größter Bedeutung.

Beispielsweise muss bei hochglänzenden Oberflächen versucht werden, die Reflexionen an der Oberfläche des zur prüfenden Objekts deutlich zu reduzieren. Dies kann auf verschiedene Arten erreicht werden:

• Verwendung von diffus strahlenden Leuchten, um punktuelle Reflexio-nen auf der Objektoberfläche zu vermeiden.

• Veränderung des Einstrahlwinkel des Lichts zum Aufnahmewinkel des Vision Sensors, um direkte Reflexionen in die Kameraoptik zu ver-meiden.

Eine umfassende Lösung dieses Problems kann an dieser Stelle jedoch auf Grund der Vielfältigkeit dieses Themenbereichs nicht gegeben werden.

1.2 Optimierung des erfassten Objektbereichs

Ein zweiter wichtiger Punkt ist die Optimierung der Objektgröße bzw. die Auflösung des durch den Vision Sensor aufgenommenen Bildes.

Auf diesen Themenkomplex wird im Folgenden kurz eingegangen. Jedoch kann auch hierzu, auf Grund der Vielfältigkeit des Themenbereichs, keine umfassende Lösung dargestellt werden.

Es werden jedoch einige Hinweise zur Optimierung des Mustersuche-Prozesses aufgezeigt und damit Tipps und Tricks zur Reduzierung der Gesamtzykluszeit des Vision Sensors SIMATIC VS120 gegeben.


Verringerung der Zykluszeit


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2 Verringerung der Zykluszeit

Hier erfahren Sie… …welche Parameter des Vision Sensor SIMATIC VS120 Sie verändern müssen, um die Gesamtzykluszeit der Mustersuche geeignet beeinflussen zu können.

2.1 Startbedingungen

2.1.1 Voraussetzungen

Als Startvoraussetzung wurden alle Parameter des Vision Sensor SIMATIC VS120 aktiviert und auf den Modus Automatik umgestellt.

Die daraus resultierende Zykluszeit beträgt 1248ms.

Abbildung 2-1 Resultierende Zykluszeit mit Standrad-Einstellungen

Hinweis Alle nachfolgenden Zykluszeiten sind dieser Applikation entnommen und können zu anderen Applikationen stark abweichen.

Andere Umgebungslicht-, Beleuchtungs-, und Größenverhältnisse, sowie die verwendeten Einstellungen haben direkten Einfluss auf die Gesamt-zykluszeit des Vision Sensors.




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2.1.2 Ziel der Optimierung

Ziel der Optimierung der Parameter des Vision Sensor SIMATIC VS120 ist es, die Gesamtzykluszeit der Mustersuche am vorliegenden Beispiel auf circa 100ms zu reduzieren.

2.2 Allgemeines

Beim Einsatz des Vision Sensors SIMATIC VS120 sollte besonders auf die geforderten Genauigkeiten bei der Objektformprüfung bzw. Objektfindung geachtet werden.

2.2.1 Faktoren zur Beeinflussung der Gesamtzykluszeit

Die Ausführungszeit (Gesamtzykluszeit) der Objektformprüfung bzw. Objektfindung hängt dabei stark von folgenden Faktoren ab:

• Auswahl der relevanten Merkmale eines Prüfobjekts.

• Genauigkeit der Übereinstimmung von eindeutigen Merkmalen ver-schiedener Objekte.

• Anzahl der unterschiedlichen Merkmale, die durch den Vision Sensor zu prüfen sind.

Je höher die Anforderungen an den Vision Sensor in diesen Bereichen gestellt werden, desto größer wird die Gesamtzykluszeit des Sensors bei der Durchführung der Objektformprüfung bzw. Objektfindung.

2.2.2 Beeinflussung der Gesamtzykluszeit durch Algorithmen

Ein zweiter wichtiger Punkt zur Beeinflussung der Gesamtzykluszeit des Vision Sensors ist die Anwendung von Algorithmen des Sensor-Systems.

Jeder bei der Objektformprüfung bzw. Objektfindung verwendete Algorith-mus, z.B. für Belichtung und Skalierung des Prüfobjekts, reduziert die Perfomance des Vision Sensors.

Im Folgenden soll aufgezeigt werden, wie Sie die notwendigen Faktoren und Algorithmen auswählen und parametrieren, um die notwendigen Anfor-derungen an den Vision Sensor zu erfüllen und dennoch die gewünschten Zykluszeitgrenzen einhalten.

Hinweis Veränderte Parameter, unter anderem die Größe und Verdrehung der ROIs (Region of Interest = Auswertebereich), Belichtungszeit und Genau-igkeit, müssen zusammen mit dem Objekt neu trainiert werden. Dazu können Sie jedoch das bisher trainierte Objekt als Vorlage verwenden und dieses mit den geänderten Parametern neu abspeichern.




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2.3 Winkelgenauigkeit

Im Menü Optionen befindet sich im Register Extras der Parameter zur Einstellung der Winkelgenauigkeit.

Die Einstellung der Winkelgenauigkeit legt die Genauigkeit der Winkelbe-rechnung des Drehwinkels fest, den das aktuell erkannte Objekt relativ zur eingelernten Position bzw. zur Winkellage des eingelernten Objekts besitzt.

Mögliche Parameteränderungen Die Standard-Einstellung der Winkellage beträgt ±0,1°.

Ist die Winkellage bei der Objektformprüfung bzw. Objektfindung nicht von Bedeutung, kann dieser Wert auf ±1° herabgesetzt werden.

Abbildung 2-2 Einstellung der Winkelgenauigkeit

Auswirkung der Parameteränderungen Durch die Herabsetzung der Winkelgenauigkeit von ±0,1° auf ±1° konnte eine Reduzierung der Gesamtzykluszeit auf 1178ms erreicht werden. Abbildung 2-3 Resultierende Zykluszeit mit Herabsetzung der Winkelgenauigkeit




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2.4 Zusätzliche Auswertebereiche (Sub-ROIs)

Zusätzliche Auswertebereiche (Sub-ROIs) werden benötigt, um weitere wichtige Details des Objektes stärker zu berücksichtigen.

Mögliche Parameteränderungen Ist nur die Form des Gesamtobjekts von Interesse und müssen Vollständig-keit, Unversehrtheit und die genaue Winkellage des Objekts nicht berück-sichtigt werden, können eventuell vorhandene Sub-ROIs gegebenenfalls reduziert oder sogar deaktiviert bzw. gelöscht werden.

Hinweis Nach dem Entfernen eines Sub-ROIs muss das Objekt nochmals trainiert werden.

Anderenfalls werden die trainierten Parameter des vorher gespeicherten Objekts bei der nächsten Objekterkennung wieder verwendet.

Auswirkung der Parameteränderungen Durch das Deaktivieren des vorher verwendeten Sub-ROIs konnte die Gesamtzykluszeit um weitere 300ms auf 894ms herabgesetzt werden.

Abbildung 2-4 Resultierende Zykluszeit nach entfernen eines Sub-ROIs




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2.5 Einschränkung des Drehwinkels

Im Menü Optionen befindet sich im Register Training der Parameter zur Einstellung der maximalen Verdrehung des Objekts bei der Mustersuche.

Mögliche Parameteränderungen Die Einstellung des Drehwinkels legt fest, wie weit das aktuell erkannte Objekt relativ zum gespeicherten Modell verdreht sein kann.

Abbildung 2-5 Einstellung der maximalen Verdrehung

Eine weitere Möglichkeit des Zugriffs auf diesen Parameter finden Sie im Menü Trainieren im Register ROI.

Hinweis Die Eingabe des maximalen Drehwinkels erfolgt als Betragswert, der sich in positiver und negativer Winkelrichtung bezüglich der Nulllage aus-wirkt. Beispiel: Ein maximaler Drehwinkel von 10° bedingt eine maximale Verdrehung des Ob-jekts bei der Mustersuche von -10° bis +10°. Daraus resultiert eine Gesamtver-drehung des Objekts von maximal 20°.

Auswirkung der Parameteränderungen Durch die Verringerung der maximalen Verdrehung des Objekts bei der Mustersuche überprüft der Sensor nicht den gesamten Bereich bis 360° auf Übereinstimmung mit dem gespeicherten Modell, sondern beschränkt sich auf den definierten Winkelbereich.

Wird der definierte Winkelbereich überschritten, stimmt das aktuell er-kannte Objekt für den Sensor nicht mehr mit dem gespeicherten Modell überein und das Muster wird als „nicht erkannt“ klassifiziert.

Durch die Einschränkung des Drehwinkels konnte die Gesamtzykluszeit um weitere 300ms bis 400ms reduziert werden.

Die nachfolgenden Abbildungen zeigen dabei die Ergebnisse der Gesamt-zykluszeit für verschiedene maximale Drehwinkel:




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• Durch die Reduzierung des maximalen Drehwinkels auf 50° konnte die Gesamtzykluszeit auf 582ms reduziert werden. Abbildung 2-6 Resultierende Zykluszeit mit einer maximalen Verdrehung von 50°

• Durch die Reduzierung des maximalen Drehwinkels auf 10° konnte die

Gesamtzykluszeit sogar auf 470ms reduziert werden. Abbildung 2-7 Resultierende Zykluszeit mit einer maximalen Verdrehung von 10°




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2.6 Festlegung der Skalierung

Im Menü Trainieren befindet sich im Register ROI der Parameter zur Einstellung der Skalierung bei der Mustersuche.

Mögliche Parameteränderungen Die Einstellung der Skalierung legt fest, ob das zu findende Objekt sich in der Größe zum gespeicherten Modell unterscheiden kann.

Abbildung 2-8 Einstellung der Skalierung

Die Einstellungen des Parameters zur Skalierung haben folgende Aus-wirkungen:

• Im Modus „Auto“ kann sich das aktuell erkannte Objekt um ±10% vom gespeicherten Modell unterscheiden. Diese Einstellung hat jedoch eine höhere Bearbeitungszeit des gesamten Prüfprozesses zur Folge.

• Im Modus „Fest“ wird dieser Prüfprozess deaktiviert und die Skalie-rungstoleranzen werden durch das System ignoriert.

Auswirkung der Parameteränderungen Durch die Deaktivierung des Skalierungsalgorithmus im Modus „Fest“ konnte die Gesamtzykluszeit um weitere 300ms auf 192ms reduziert werden.




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Abbildung 2-9 Resultierende Zykluszeit durch Deaktivierung der Skalierung

2.7 Veränderung der Genauigkeit

Ebenfalls im Menü Trainieren befindet sich im Register ROI der Parameter zur Einstellung der Genauigkeit bei der Mustersuche.

Mögliche Parameteränderungen Abbildung 2-10 Einstellung der Genauigkeit




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Der Parameter dient zur Festlegung der verwendeten Bildauflösung durch den CCD-Sensor der Kamera. Je höher die Bildauflösung am Sensor ge-wählt wird, desto genauer können Kantenübergänge an den Prüfobjekten gefunden werden.

Folgenden Einstellungen der Genauigkeit können ausgewählt werden:

• Genauigkeit „Fein“: Der Vision Sensor arbeitet mit der vollen Auflösung der CCD-Kamera von 640 x 480 Pixel. Mit dieser Einstellung wird eine Bildaufnahmezeit von 30ms erreicht.

• Genauigkeit „Mittel“: Der Vision Sensor arbeitet mit der halben Auflösung der CCD-Kamera von 320 x 240 Pixel, wobei die Bilder anschließend zur Auswertung auf die volle Auflösung von 640 x 480 Pixel hochgerechnet werden. Mit dieser Einstellung wird eine Bildaufnahmezeit von 16ms erreicht.

• Genauigkeit „Grob“: Der Vision Sensor arbeitet mit einem Viertel der Auflösung der CCD-Kamera von 160 x 120 Pixel, wobei die Bilder anschließend zur Aus-wertung ebenfalls auf die volle Auflösung von 640 x 480 Pixel hochge-rechnet werden. Mit dieser Einstellung wird eine Bildaufnahmezeit von 10ms erreicht.

Hinweis Je nach eingestellter Genauigkeit kann die Position einer Kante durch die Umrechnung der Pixelwerte nie genauer als das Verhältnis der einge-stellten Genauigkeit zur vollen Auflösung sein. Beispiel: Bei Einstellung der Genauigkeit „Mittel“ kann die Position einer Kante maximal auf 2 Pixel genau bestimmt werden. Bei Einstellung der Genauigkeit „Grob“ kann die Position auf maximal 4 Pixel genau ermittelt werden.

Auswirkung der Parameteränderungen Durch Veränderung des Parameters Genauigkeit konnte die Gesamtzyklus-zeit nochmals deutlich reduziert werden.

Ein Richtwert für die Reduzierung der Gesamtzykluszeit durch Verände-rung der Genauigkeit kann nicht gegeben werden, da die zeitliche Reduk-tion stark von der Größe des Auswertebereichs (ROI) und den verwende-ten Genauigkeitsparametern abhängt.

Die nachfolgenden Abbildungen zeigen dabei die Ergebnisse der Gesamt-zykluszeit für verschiedene Einstellungen der Genauigkeit am vorliegenden Beispiel:




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• Durch die Reduzierung der Genauigkeit auf „Mittel 1“ konnte die Gesamtzykluszeit auf 79ms reduziert werden. Abbildung 2-11 Resultierende Zykluszeit mit Genauigkeit „Mittel 1“

• Durch die Reduzierung der Genauigkeit auf „Grob 1“ konnte die

Gesamtzykluszeit auf 49ms reduziert werden. Abbildung 2-12 Resultierende Zykluszeit mit Genauigkeit „Grob 1“


Zusammenfassung


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3 Zusammenfassung

Für den optimalen Einsatz des Vision Sensors SIMATIC VS120 gibt es keine Standard-Einstellungen. Diese müssen stets auf die geforderten Funktionen des Sensors optimiert werden.

Für die Optimierung der Einstellungen sollte jedoch immer auf optimale Bedingungen in der Einsatzumgebung des Vision Sensors SIMATIC VS120 geachtet werden. Dabei sollten besonders störende Fremdlichteinflüsse und Verschmutzungen der Optik vermieden werden. Aber auch die korrekte Auswahl der zum Prüfobjekt passenden Beleuchtungsquelle und der richtigen Kameraoptik tragen zur deutlichen Verbesserung des Prüfprozes-ses bei.

Beachtet man diese wichtigen Randbedingungen, kann auch durch die richtige Wahl der Einstellungsparameter des Vision Sensors SIMATIC VS120 eine ressourcenschonende Einstellung der Prüfalgorithmen des Vision Sensors erreicht werden.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch Optimierung bzw. Deaktivierung bestimmter Einstellungen und Prüfalgorithmen eine deutliche Beschleunigung des Prüfprozesses durch den Vision Sensors SIMATIC VS120 erreicht werden kann. Diese Einstellungen sind jedoch jeweils vom Anlagenprojektierer an die anlagenspezifischen Umgebungsbedingungen und an das Prüfobjekt anzupassen.

Anhang und Literaturhinweise

Literaturhinweise


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4 Literaturhinweise

4.1 Literaturangaben

Diese Liste ist keinesfalls vollständig und spiegelt nur eine Auswahl an ge-eigneter Literatur wieder. Tabelle 4-1 Literaturangaben

Themengebiet Titel /1/ Vision Sensors SIMATIC VS120 - Bildverarbeitungssysteme

Siemens Betriebsanleitung Ausgabe 02/2006 MLFB: A5E00757506-01

/2/ Vision Sensors SIMATIC VS120 - Bildverarbeitungssysteme Siemens Betriebsanleitung (kompakt) Ausgabe 02/2006 MLFB: A5E00757512-01

4.2 Internet-Link-Angaben

Diese Liste ist keinesfalls vollständig und spiegelt nur eine Auswahl an ge-eigneter Literatur wieder. Tabelle 4-2 Internet-Links

Themengebiet Titel \1\ Referenz auf

den Beitrag http://support.automation.siemens.com/WW/view/de/26700877

\2\ Siemens A&D Customer Support

http://www.ad.siemens.de/support

\3\ Vision Sensors SIMATIC VS120 - Bildverarbeitungssysteme Siemens Betriebsanleitung http://support.automation.siemens.com/WW/view/de/17205286

\4\ Vision Sensors SIMATIC VS120 - Bildverarbeitungssysteme Siemens Betriebsanleitung (kompakt) http://support.automation.siemens.com/WW/view/de/17205708



http://www.ad.siemens.de/support






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5 Historie Tabelle 5-1 Historie

Version Datum Änderung

V1.0 05.11.2007 Erste Ausgabe

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