Vision-Sensoren. Digitale Revolution Anwendungen und Beispiele aus der Praxis

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1 Vision-Sensoren Digitale Revolution Anwendungen und Beispiele aus der Praxis Dipl. Inf. Christian Ott Leiter Produktmanagement Vision, SensoPart GmbH

2 Inhaltsverzeichnis Kurze Vorstellung Fa. SensoPart Vision-Sensor Hardware Bildverarbeitung früher und heute Zahlen VDMA Industrielle Bildverarbeitung Vergleich Vision-Sensor, Vision-System, Klassische BV (PC) Was muss bei einer Anwendung vorab geklärt sein? Anwendungsbeispiele

3 Daten und Fakten zu SensoPart Familienunternehmen Ca. 150 Mitarbeiter weltweit Sensoren für industrielle Automatisierung Einsatz in Maschinen zur Serienproduktion (Automobil, Lebensmittel, Consumer-Produkte, Pharmazeutika, ) 4 Tochtergesellschaften, Vertriebspartner in ca. 40 Ländern Vertrieb auch über OEM Partner

4 Meilensteine der Unternehmensgeschichte 1994 Gründung der SensoPart Industriesensorik GmbH in Wieden 1997 Gründung von SensoPart UK Ltd Gründung von SensoPart France SARL 2001 Eröffnung des zweiten deutschen Standortes in Gottenheim 2004 Gründung von SensoPart Inc. USA 2005 Erweiterung des Firmengebäudes in Gottenheim 2012 Gründung von SensoPart (Shanghai) Co. Ltd

5 SensoPart Produktspektrum SensoPart Produktspektrum Sensorik Dienstleistung Vision Optisc h Ultrasch all Kapazit iv Indukti v Sensor System Smart Camera

6 Produktportfolio Vision VISOR Vision- Sensoren Eyesight Vision- Systeme Smart Cameras Copyright: Larry Ewing, Simon Budig, Anja Gerwinski, 1996

7 Es ist eingerichtet! VISOR. Der Vision-Sensor, mit dem Sie sofort loslegen können. Auspacken, einstellen, fertig. In nur zehn Minuten betriebsbereit: Unsere VISOR Vision-Sensoren lösen Automatisierungsaufgaben einfach und effektiv. 7

8 Inhaltsverzeichnis Kurze Vorstellung Fa. SensoPart Vision-Sensor Hardware Bildverarbeitung früher und heute Zahlen VDMA Industrielle Bildverarbeitung Vergleich Vision-Sensor, Vision-System, Klassische BV (PC) Was muss bei einer Anwendung vorab geklärt sein? Anwendungsbeispiele

9 Vision-Sensor VISOR - Hardware Robuster Aluminium Korpus (IP67) Integrierte LED-Beleuchtung (weiß, rot, IR) Integriertes Objektiv (3 Varianten) Auspacken, einstellen und loslegen LED-Anzeige Fokusschraube Integrierte Kommunikationsschnittstellen 9

10 Vision-Sensor VISOR - Inbetriebnahme PC Parametrierung Intelligenter Vision-Sensor

11 VISOR -Software: Schritt für Schritt zum Ziel 1. Prüfaufgabe wählen oder neu anlegen 2. Definition eines Lagedetektors 3. Auswertung festlegen 4. Prüfergebnisse den Schaltausgängen zuordnen 5. Konfiguration testen 6. Sensor starten

12 Inhaltsverzeichnis Kurze Vorstellung Fa. SensoPart Vision-Sensor Hardware Bildverarbeitung früher und heute Zahlen VDMA Industrielle Bildverarbeitung Vergleich Vision-Sensor, Vision-System, Klassische BV (PC) Was muss bei einer Anwendung vorab geklärt sein? Anwendungsbeispiele

13 Bildverarbeitung früher und heute Quelle: Fraunhofer-Allianz Vision Kleinere Baugrößen Höhere Auflösungen Höhere Geschwindigkeiten Günstiger Einfachere Bedienung

14 Bildverarbeitung früher und heute 1979: Intellect (Stemmer) Das erste industriell eingesetzte BV-System. 10 kg 1982: Cognex DataMan Erstes industrielles System für optische Zeichenerkennung (OCR). 90s um die Zahl 6 zu lesen. Quelle: Cognex

15 Bildverarbeitung früher und heute 1988: Optoluchs (RSB Optotechnik GmbH) Erste Generation von Grauwertsystemen mit Subpixelauswertung. 1994: Optoluchs CCD (RSB Optotechnik GmbH) Erste intelligente Kamera auf dem europäischen Markt. Schuhkartongröße

16 Bildverarbeitung früher und heute 1996: VC 11 (Vision Components) Eine der ersten intelligenten (kompakten) Kameras. Maße: 100 x 50 x 36 mm 2000: Insight (Cognex) Bildverarbeitung für Endkunden Drag & Drop Benutzeroberfläche

17 Vision-Sensoren auf dem Markt (heute)

18 Inhaltsverzeichnis Kurze Vorstellung Fa. SensoPart Vision-Sensor Hardware Bildverarbeitung früher und heute Zahlen VDMA Industrielle Bildverarbeitung Vergleich Vision-Sensor, Vision-System, Klassische BV (PC) Was muss bei einer Anwendung vorab geklärt sein? Anwendungsbeispiele

19 Umsatz Industrielle Bildverarbeitung (VDMA) Quelle: VDMA Stand: 11/2012 * Prognose 20

20 Anteil nach Branchen (VDMA) Quelle: VDMA Stand: 05/

21 Inhaltsverzeichnis Kurze Vorstellung Fa. SensoPart Vision-Sensor Hardware Bildverarbeitung früher und heute Zahlen VDMA Industrielle Bildverarbeitung Vergleich Vision-Sensor, Vision-System, Klassische BV (PC) Was muss bei einer Anwendung vorab geklärt sein? Anwendungsbeispiele

22 Vergleich Sensor, System, PC Wann kann ein Vision-Sensor eingesetzt werden? Einfache Bauteilmerkmale, geringe Teilevielfalt Einfach BV-Werkzeuge werden benötigt (Mustervergleich, Konturvergleich, Grauwertvergleich etc.) Wann wird ein Vision-System eingesetzt? Kombination von BV-Werkzeugen wird benötigt (iterativ verknüpft) Anspruchsvollere BV-Werkzeuge werden benötigt Wann kommen Klassische Bildverarbeitungssysteme (PC-basiert) zum Zug? Mehrere Kameras müssen parallel für die Auswertung eingesetzt werden Aufgabe ist zu komplex für Vision-Sensoren/-Systeme (Auflösung, Geschwindigkeit, BV-Werkzeuge, Teilevielfalt)

23 Vergleich Sensor, System, PC Performanc e/ Komplexität Klassische BV-Systeme (PC) Vision-Sensoren Vision-Systeme Preis

24 Vergleich Sensor, System, PC Vision-Sensor Vision-System Klassische BV Benötigte BV- gering mittel hoch Kenntnisse Bedienung parametrierbar parametrierbar / programmierbar programmierbar Anzahl Kameras 1 1 > 1 Geschwindigkeit bis 50 Bilder/s bis 50 Bilder/s > 50 Bilder/s Auflösung bis 1.3 MP bis 2 MP > 2 MP Platzbedarf gering gering hoch Komponenten integriert integriert kombinierbar Industrietauglichkeit IP65/IP67 IP65/IP67 Zusatzgehäuse nötig Energiebedarf gering gering hoch Preis sehr günstig günstig hoch 25

25 Vergleich Sensor, System, PC Screenshot Vision-Sensor VISOR

26 Vergleich Sensor, System, PC Screenshot Vision- System Eyesight

27 Inhaltsverzeichnis Kurze Vorstellung Fa. SensoPart Vision-Sensor Hardware Bildverarbeitung früher und heute Zahlen VDMA Industrielle Bildverarbeitung Vergleich Vision-Sensor, Vision-System, Klassische BV (PC) Was muss bei einer Anwendung vorab geklärt sein? Anwendungsbeispiele

28 Fragen Was sollte bei einer Anwendung u.a. vorab geklärt sein? Teile in Bewegung oder in Ruhe (Bewegungsunschärfe) Geforderte Genauigkeit (Auflösung, optischer Aufbau) Arbeitsabstand (Objektivwahl) Mögliche Beleuchtung klären? (Hintergrundlicht, Auflicht, Dunkelfeld, ) Schnittstelle zur Steuerung (Ethernet, seriell, digitale I/Os etc.) Bei einem falschen optischen Aufbau nützt auch die teuerste BV wenig!

29 Inhaltsverzeichnis Kurze Vorstellung Fa. SensoPart Vision-Sensor Hardware Bildverarbeitung früher und heute Zahlen VDMA Industrielle Bildverarbeitung Vergleich Vision-Sensor, Vision-System, Klassische BV (PC) Was muss bei einer Anwendung vorab geklärt sein? Anwendungsbeispiele

30 VISOR Vision-Sensoren Objekt- und Farberkennung Codelesung, OCR Photovoltaik Industrie 31

31 VISOR Objektsensor Anwesenheits-/ Positionskontrolle Vollständigkeitsprüfung Teileerkennung/- unterscheidung Teilesortierung Ausschusskontrolle Pick & Place

32 Bsp. Automotive: Bauteil Bei dieser Applikation sollen an einem Schalter verschiedene Rastnasen und Federn auf Anwesenheit kontrolliert werden. Insgesamt sollen 11 Merkmale geprüft werden. 33

33 Bsp. Automotive: Aufbau Um die Abfragen prozesssicher lösen zu können wird empfohlen das Objekt in zwei Bereiche zu unterteilen und mit jeweils einer Kamera zu prüfen. Es wurde hierzu jeweils ein VISOR V10 mit integriertem 12 mm Objektiv eingesetzt. Für eine stabile und sichere Auswertung wird der Versuch in der Durchlichtanordnung aufgebaut. Die Vision-Sensoren werden wie folgt abgebildet senkrecht zum Objekt ausgerichtet

34 Bsp. Automotive: Aufbau Der Abstand zwischen Kamera und Objekt beträgt 250 mm. Hintergrundbeleuchtung

35 Bsp. Automotive: Ergebnisse Aufgrund der Durchlichtbeleuchtung erhält man ein kontrastreiches Bild. Mittels Kontrastdetektoren kann an den entsprechenden Positionen der Rastnasen und Federn auf deren Vorhandensein geprüft werden. Bildausschnitt

36 Bsp. Automotive: Ergebnisse Die Anzahl der Detektoren hängt bei der Prüfung von der Anzahl der Merkmale ab. Jeder Detektor kann separat ausgewertet, bzw. alle Detektoren zu einem Gesamtergebnis verknüpft werden. Bildausschnitt

37 Bsp. Kunststoff: Aufgabe Erkennen von auf Kunststoff aufgedruckter Schrift Unterschiedliche Aufdrucke Aufdrucke können verschiedenfarbig sein Kunststoff kann verschiedenfarbig sein

38 Bsp. Kunststoff: Aufbau Dunkelfeldbeleuchtung von der Seite um Reflektionen zu vermeiden Beleuchtung mittels diffusem weißen Flächenlicht

39 Bsp. Kunststoff: Erkennung des Aufdrucks Kontrastdetektoren IO Kontrastdetektoren NIO

40 Bsp. Kunststoff: Lagerichtigkeit

41 Bsp. O-Ring: Aufgabe An Scheideringen soll die Montage von O-Ringen geprüft werden. Auf der Anlage werden 6 Varianten verarbeitet, welche sich in Ihren Abmaßen unterscheiden

42 Bsp. O-Ring: Aufbau Für diesen Versuch wurde ein VISOR V10 Objektsensor eingesetzt. In der Durchlichtanordnung kann die Anwesenheit des O- Ring geprüft werden. Der Arbeitsabstand zum Objekt betrug mit einem integrierten 12 mm Objektiv 95 mm. Um eine bessere Beleuchtung zu erzielen, wurde der Bereich rechts und links des Schneidringes abgedeckt. So werden störende Reflektionen minimiert

43 Bsp. O-Ring: Ergebnisse Grundlage der Auswertung ist die Nut in der der Ring montiert wird. Wird der Ring nicht montiert, bleibt die Nut frei. Eine Lagenachführung gleicht Positionierungsabweichungen aus. IO NIO

44 Bsp. Montagekontrolle: Aufgabe Bei dieser Applikation soll geprüft werden, ob der Gehäusedeckel korrekt montiert wurde. die Verlötung vorhanden ist Es gibt mehrere Varianten des Bauteils. Der Deckel ist immer an der gleichen Position

45 Bsp. Montagekontrolle: Aufbau Deckel Es wurde ein VISOR V10 Objektsensor eingesetzt. Der Vision-Sensor wurde senkrecht zum Objekt ausgerichtet. Mittels Lichtschnittverfahren erhält man eine stabile, prozesssichere Beleuchtung

46 Bsp. Montagekontrolle: Ergebnisse Deckel Über das Lichtschnittverfahren erhält man eine Höheninformation. Wenn der Deckel plan abschließt, erhält man eine gerade Linie. Schließt der Deckel nicht sauber mit dem Gehäuse ab, kann man einen Sprung in der Linie detektieren. IO, Linie ohne Sprung NIO, Linie mit Sprung

47 Bsp. Montagekontrolle: Aufbau Lötkontrolle Es wurde ein VISOR V10 Objektsensor eingesetzt. Mit dem integriertem 6 mm Objektiv erhält man bei einem Abstand von 70 mm ein Sichtfeld von 40 x 30 mm. Der Vision-Sensor wurde senkrecht zum Objekt ausgerichtet

48 Bsp. Montagekontrolle: Ergebnisse Lötstelle Mit einer Hellfeldbeleuchtung werden die Lötpunkte mit einem deutlichen Kontrast zu den Leiterbahnen abgebildet. Mit dem Detektor Kontrast kann dies je Leiterbahn geprüft werden. Um kleine Positionsänderungen auszugleichen, kann eine Lagenachführung konfiguriert werden. IO, alle Lötpunkte vorhanden NIO, alle Lötpunkte fehlen NIO, ein Lötpunkte unten rechts fehlt

49 Bsp. Positionierung: Aufgabe Bei Halteblechen soll die Drehlage bestimmt werden. Der Abstand des Vision-Sensors zum Objekt soll ca. 300 mm betragen

50 Bsp. Positionierung: Aufbau Es wurde eine VISOR V10 Objektsensor eingesetzt. Um bei dem Arbeitsabstand von ca. 300 mm eine optimale Sichtfeldausnutzung zu erhalten, wurde die Version mit dem integrierten 25 mm Objektiv verwendet. Als Beleuchtung wurde die integrierte Rotlichtbeleuchtung verwendet. Der Vision-Sensor wurde senkrecht zum Objekt ausgerichtet um die totale Reflexion des Materials auszunutzen. Der Hintergrund wurde dunkel gewählt. Reflexionen im Hintergrund könnten die Erfassung beeinträchtigen

51 Bsp. Positionierung: Ergebnisse Mit dem Detektor Kontur kann die Außenkontur des Halteblechs als Referenz hinterlegt werden. Der Detektor ermöglicht es, Objekte mit 360 Rotationstoleranz zu finden. Die Ergebnisse können über Ethernet bzw. einer seriellen Schnittstelle ausgegeben werden

52 Bsp. Positionierung: Ergebnisse

53 Bsp. Zuführung: Aufgabe Zwei Varianten an Ringen (wellig, rund) Bestimmung der Lage und Variante Produkt: VISOR V10 Objektsensor Abstand: 50 mm Detektoren: 8 x Kontur-Detektor Auf Grund der nicht-symmetrischen Form der Zapfen an den Ringen ergeben sich pro Variante vier mögliche Positionen

54 Bsp. Zuführung: Bauteillagen Variante 1: Wellig Variante 2: Rund

55 Bsp. Zuführung: Ergebnis

56 VISOR Code Leser Für 2D Codes und 1D Codes Klarschriftlesung mit OCR Einfache Anbindung an PC- / SPS-Umgebungen Produktkennzeichnung/- identifikation Produktverfolgung (Tracking) Ermittlung von standardisierten Qualitätsparametern 57

57 VISOR Solarsensor Position und Drehlage des Wafers und der Busbars Abmessung des Wafers Qualität, Ausbrüche Automatische, hochpräzise Konturermittlung (Subpixel-Auflösung)

58 Eyesight Vision-System Bildverarbeitungspaket mit Smart Camera Programmierung per Drag & Drop Komplexe, iterative Verknüpfung von Einzelprüfungen Programmierung eigener Funktionen Frei programmierbares Datenprotokoll 59

59 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen?