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EF 2019

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Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik - Fachzeitschrift für Industrielle Automation, Mess-, Steuer- und Regeltechnik

Sensoren Einfluss

Sensoren Einfluss farbiger Beleuchtung auf die Bildgebung zur Bewertung von z. B. Farbstiften. Selbst bei monochromer Bildgebung (unten) lassen sich hierdurch spezifische Farben hervorheben bzw. unterdrücken (Bild: ipf GmbH) können, stehen für die verschiedensten Objektive Zwischenringe zur Verfügung. Die richtige Beleuchtung zum Objektiv Zur Wahl des richtigen Objektivs und damit der applikationsspezifisch erforderlichen Brennweite gehört die korrekte Beleuchtung. Kamerasensoren mit C-Mount-Objektaufnahme integrieren daher einen Blitzcontroller für den Einsatz von externer Beleuchtung. Der Controller versorgt die Lichtquellen nicht nur mit Spannung, sondern optional auch mit einem Blitzimpuls, der notwendig ist, um die Helligkeit einer externen Beleuchtung zu vervielfachen. Leistungsstark und dennoch einfach in der Bedienung Wie bereits eingangs erwähnt, ist die Parametriersoftware im Grunde das Herzstück jedes Kamerasensors, da sie als entscheidende Schnittstelle zwischen Anwender und Gerät fungiert. Die Software wird zunächst auf einem PC installiert, um den Kamera sensor zu konfigurieren und Prüfprogramme zu erstellen. Danach ermöglicht ein Webinterface vordefinierte Veränderungen vorzunehmen und dies von jedem PC oder Laptop im Netzwerk, in dem sich auch der Kamerasensor befindet. Nach der Parametrierung eines Kamerasensors arbeitet dieser autonom, also ohne weitere Anbindung an die Software. Eine leistungsstarke und somit vielfältig einsetzbare Parametriersoftware sollte Anwender in die Lage versetzen, aus einer Fülle an Prüfmerkmalen auszuwählen, um hieraus applikationsspezifische Prüfprogramme zu erstellen, die wiederum eine ganze Reihe an Objektmerkmalen abfragen und zudem auch Merkmalsprüfungen miteinander kombinieren können. Trotz aller Komplexität einer solchen Lösung muss die Software im Sinne der „Usability“ dennoch einfach zu bedienen und daher mit nur wenigen Schritten konfiguriert und einsatzbereit sein. Alles eine Frage des Lichts Damit die Parametriersoftware und somit die Bildverarbeitung im Fehlerhafte Kronkorken auf Flaschen. In einer Abfüllstation kontrolliert ein Kamerasensor u.a. den korrekten Sitz des Verschlusses auf den Flaschen (Bild: ipf GmbH) Kamerasensor ein zur Objektprüfung verwertbares Bild erhält, ist vor allem zusätzlich zum Objektiv und damit der Brennweite die Art und Position der Lichtquelle (der Winkel, in der das Licht auf ein Prüfobjekt trifft) entscheidend. Hierbei wird generell zwischen Auf- und Durchlicht sowie zwischen Hellfeld, partielles Hellfeld und Dunkelfeld unterschieden. Bei Auflicht befindet sich die Lichtquelle sensorseitig oberhalb einer Objektebene, während Durchlicht unterhalb der Objektebene angeordnet ist. Für Auflicht und Durchlicht stehen eine ganze Reihe an Beleuchtungstechniken zur Verfügung. Zu den Gebräuchlichsten gehören in diesem Zusammenhang wohl gerichtete koaxiale Beleuchtung (Auflicht), diffuse Beleuchtung (Auflicht, Durchlicht) sowie kollimierte/ telezentrische Beleuchtung (Auflicht, Durchlicht). An dieser Stelle hierauf detaillierter einzugehen, würde zu weit führen. Nur so viel: Diese Techniken eignen sich für die Ausleuchtung einer Fülle an transparenten und nicht-transparenten Objekten, z. B. mit reflektierenden, glänzenden oder unebenen Oberflächen, um nur einige wenige Beispiele zu nennen. Aber welchen Einfluss haben Hellfeld und Dunkelfeld in Kombination mit einer entsprechenden Beleuchtungstechnik auf die Objektprüfung? Prüfaufgabe und Objekteigenschaften Innerhalb des Hellfeldes wird das von einem Objekt reflektierte Licht vollständig vom Kamera sensor erfasst. Die Hellfeldbeleuchtung als Auflicht eignet sich daher insbesondere zur Ausleuchtung von rauen Objekten mit nur geringen reflektierenden Eigenschaften. Mit Durchlicht (diffus oder telezentrisch) können über das Hellfeld bspw. Bohrungen, Ausstanzungen oder Konturen in Objekten sehr gut geprüft werden. Beim Dunkelfeld wird hingegen das auf ein Objekt treffende Licht zum größten Teil außerhalb des Erfassungsbereichs der Kameraoptik reflektiert. Dunkelfeld-Ausleuchtungen als Auflicht werden daher vor allem zur Detektion von Gravuren oder Oberflächenfehlern wie bspw. Kratzer in nicht-transparenten Materialien eingesetzt. Dagegen lassen sich im Dunkelfeld bei Durchlicht sehr gut Materialfehler auf transparenten Objekten aus Kunststoff oder Glas erfassen. Die Grafik in Bild 4 verdeutlicht den Einfluss einiger beschriebener Beleuchtungstechniken sowie die Effekte von Hellfeld, partielles Hellfeld und Dunkelfeld auf verschiedene Objekte.Nicht 56 Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik 2019

Sensoren In einer Anlage, die automatisch Fensterprofile mit Dichtungen versieht, kommt zusätzlich zum Kamerasensor ein Laserlinienpointer zum Einsatz. Für jeden Profiltyp ergibt sich ein unterschiedlicher Konturverlauf der Laserlinie, der vom Kamerasensor erfasst und mit der in der Software hinterlegten Referenzkontur verglichen wird (Bild: ipf GmbH) Bei der Prüfung des Kantenverlaufs wurden insgesamt 36 Suchstrahlen innerhalb eines um die Verschlussaußenkontur liegenden Kreisringes angelegt (oben). Zusätzlich zur Lage des Verschlusses erfolgt die Prüfung der Ovalität (unten) mithilfe eines vordefinierten Differenzwertes (Bild: ipf GmbH) nur die Art und Position der Lichtquelle haben Einfluss auf ein Prüfergebnis, sondern mitunter auch die Farbe der Beleuchtung. Selbst mit einem monochromen Kamerasensor können durch den Einsatz einer farbigen Beleuchtung (z. B. blau, grün oder rot) spezifische Farben hervorgehoben oder unterdrückt werden. Der durch eine derartige Beleuchtung erzeugte Kontrast kann als Unterstützung dienen, um relevante Merkmale sicher zu unterscheiden. Viele Potenziale für die Praxis Wie in nahezu allen Fällen zeigt wiederum die Praxis am deutlichsten, welche Potenziale Kamerasensoren für unterschiedlichste und mitunter diffizile Aufgabenstellungen tatsächlich bergen. Hierzu zwei Applikationsbeispiele: Zum einen ein Getränkehersteller, der in einer Abfüllstation verschiedenfarbige Flaschenverschlüsse überprüfen möchte und zum anderen ein Fensterbauer, der in einer Sonderanlage die automatische Zuführung unterschiedlicher Fensterprofile überwachen will. Mit Kombination von Merkmalen zum Ziel In einer Abfüllstation eines Getränkeproduzenten werden täglich bis zu 21.000 Flaschen mit wechselnden Produkten abgefüllt. Mit jedem Produktwechsel ändert sich auch der Flaschentyp sowie deren Kronkorken, die somit verschiedene Farben haben und überdies in ihrem Glanzgrad variieren. Die Kronkorken sollen mit einem Kamera sensor durchgängig, also zu 100 Prozent, auf korrekten Sitz hin geprüft werden. Die Herausforderung, die verschiedenfarbigen und in ihrem Glanzgrad variierenden Flaschenverschlüsse eindeutig identifizieren zu können, löste man mit einer sogenannten Dombeleuchtung, die für diese Aufgabe ein diffuses und schattenfreies Licht liefert. Die Parametriersoftware zum Kamerasensor ist äußerst viel seitig mithin flexibel einsetzbar, sodass sich für diese spezielle Applikation eine Kombination aus Merkmalsprüfungen empfahl: Kantenverlauf, Lageerkennung und -nachführung sowie Differenzwertermittlung. Mit der Kante ans Runde Das Prüfprogramm „Kantenverlauf“ ermöglicht es, eine Objektkontur mit mehreren softwareseitigen Suchstrahlen abzutasten und den hierbei ermittelten Konturabstand pro Suchstrahl mit festgelegten Bedingungen zu vergleichen. Die Abtastbereiche lassen sich hierzu in beliebiger Form gestalten und in diese theoretisch eine unbegrenzte Anzahl an Suchstrahlen legen. Theoretisch deshalb, da die Auswerte- und damit Reaktionszeit des Kamerasensors immer auch mit der Anzahl der Suchstrahlen korreliert. Die Kronkorken sollen in der Abfüllstation senkrecht von oben überprüft bzw. die Außenkontur des Verschlusses kontrolliert werden. Dies geschieht mit einem kreisringförmigen und über die Außenkontur des Kronkorkens gelegten Abtastbereich mit 36 Suchstrahlen innerhalb des Kreisringes. Weil sich die Flaschen und somit die Kronkorken während des Transports auf einem Förderband nicht immer mittig im Erfassungsbereich der Kamera befinden, wird außerdem die Lageerkennung und -nachführung der Kamerasensorsoftware eingesetzt, die sich an der Deckelkontur der Kronkorken orientiert. Die Kantenkontrolle stellt zunächst sicher, dass sich ein Kronkorken vollständig auf einer Flasche befindet. Andernfalls wird die Flasche als NIO bewertet und aus der Station ausgeschleust. Erfasst der Kamerasensor indes über alle Suchstrahlen einen Konturabstand, erfolgt eine zusätzliche Prüfung des Kronkorkens anhand eines vordefinierten Differenzwertes, der zuvor durch den Vergleich der Abstände vom längsten und kürzesten Suchstrahl ermittelt wurde. Dieser Wert markiert somit einen Toleranzbereich für die zulässige Unrundheit oder Ovalität des Verschlusses. Ist diese zu groß, sitzt der Verschluss nicht korrekt und die Flasche wird aussortiert. Um sämtliche, in ihren Farben und Glanzgrad variierende Kronkorken bei einem Produktwechsel zuverlässig kontrollieren zu können, wurde für jede Verschlussvariante 1 STÜCK KEINE MINDESTBESTELLMENGE …DISTRIBUTION AS IT SHOULD BE. Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik 2019 57

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