Vision Academy. Die Vision Academy - Kunden 15/10/2015. seit 2015 Bestandteil des Komponentenherstellers.

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1 Eine Gemeinschaftsveranstaltung der MOTEK und der Vision Academy Erfurt. Vorteile, Möglichkeiten, Grenzen der Bildverarbeitung in der Montage-und Handhabungstechnik Dipl.-Ing. Ingmar Jahr Schulungsleiter 1

2 Die Vision Academy seit 2015 Bestandteil des Komponentenherstellers Vision & Control Industrie-Dienstleistungen für Bildverarbeitung / Machine Vision Tätigkeitsbereiche: SCHULUNG BERATUNG WISSEN Unterstützung / Begleitung von Unternehmen zum erfolgreichen Technologie-Einsatz Leitspruch: Verstehen Beraten Anwenden effektive und fachrichtungsübergreifende Vermittlung von Praxiswissen BV-Lösungen prüfen, erörtern, entwickeln, begleiten weltweiter Aktionsradius Zielgruppe: Maschinenbauer, Produzenten, Systemintegratoren Ziele: weniger Kosten selbständiges Verstehen / Beherrschen der Technologie mehr Zeit passgenaue Beratung / Wissen mehr Sicherheit zuverlässig arbeitende Maschinen mit Bildverarbeitung zukunftsfähige Unternehmen 3 Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Die Vision Academy - Kunden Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek

3 Und das erwartet Sie jetzt Bildverarbeitung ist im Maschinenbau angekommen Vorteile des Messens und Prüfens mit Bildverarbeitung Möglichkeiten und Mängel des menschlichen Auges Neue, mehr und schnellere Möglichkeiten als das Auge Grenzen beim Einsatz von Bildverarbeitung Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Bildverarbeitung ist im Maschinenbau angekommen Mitte der 1970er Jahre: erste Anwendungen in der Industrie höchst individuelle Lösungen von Spezialisten: Skepsis Kinderkrankheiten undurchschaubar für Anwender serviceunfreundlich Aschenputtel 1976: Bonddrahtkontrolle in der Halbleiterindustrie mit Zeilenkamera Heute: Vertrauen der Maschinenbauer in Bildverarbeitung: robust zuverlässig serienfähig Maschinenregelung Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek

4 Bildverarbeitung ist im Maschinenbau angekommen Schlüsseltechnologie Bildverarbeitung breiter Anwendungsbereich Grundlage für weitere technologische Entwicklungen hohes Wettbewerbspotenzial hoher Diversifikationsgrad hohe Wertschöpfung Schrittmachertechnologie 3D-Bildverarbeitung ist noch relativ frühes Entwicklungsstadium hohes Potenzial, Wettbewerbslage in vielen Branchen zu verändern wird sich zur Schlüsseltechnologie weiterentwickeln Quelle: VDI-Technologiezentrum 7 Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Bildverarbeitung ist im Maschinenbau angekommen Automotive Mikro-Techniken Elektronikkomponenten Medizintechnik Pharmazie optische Industrie Solar & Potovoltaik Verpacken & Befüllen G Größe und Art der Teile spielt für die Bildverarbeitung keine Rolle, da berührungslos! Mikro G Makro Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek

5 Vorteile des Messens und Prüfens mit Bildverarbeitung vielseitiger Einsatz im gesamten Produktentstehungsprozess Erfassung komplexer Daten flächendeckend genau und objektiv berührungslos, d.h. verschleißfrei zerstörungsfrei auch an empfindlichen, aggressiven, heißen Objekten Erfassung kleinster bis großer Strukturen möglich robust im Prozess sind 100% der Daten verfügbar Regelung des Produktionsprozesses möglich vielfältige Grundlage für Industrie 4.0 Quelle: Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Vorteile des Messens und Prüfens mit Bildverarbeitung BV vermeidet Mängel menschlicher Sichtprüfung : Durchgehende automatisierte Lösungen Ersatz des Risiko- und Geschwindigkeitsfaktors Mensch Schneller, sicherer produzieren Produkte mit dokumentierter 100%-Qualität Qualitätsgüter erzielen größeren Umsatz. Produktsicherheit steigt. Lückenlose Dokumentation der Qualität, sofortiger Nachweis. Keine Wertschöpfung an Schlechtteilen Kostenersparnis. Größeres Produktionsvolumen. Vermeidung von Folgekosten Minimierung von Nachbearbeitung, Gewährleistung, Produkthaftung. Ohne Stillstand zu besserer Maschinenauslastung Objektiv, unbestechlich, ermüdungsfrei: 24/7. Bessere Beherrschung technologischer Prozesse Einstellen von Qualität. Prozesssteuerung und Qualitätskontrolle in Einem. Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek

6 Vorteile des Messens und Prüfens mit Bildverarbeitung BV vermeidet Mängel menschlicher Sichtprüfung : Schnelle 100%-Kontrolle Prüftechnologie mit > 10 Teile/s. Qualitätsnachweis auch bei schneller Produktion. Flexible Lösungen Zeit, Kosten sparen beim Umrüsten. Schnelle Weiterproduktion. Verknüpfung mit anderen Technologien Vorstöße in neue Märkte. Durchlässigere Warenflüsse Maschinenlesbare Codes in allen Produktionsschritten. Durchgehend hohe Qualität und Produktsicherheit. Arbeit in gefährlicher Umgebung Schutz des Menschen. Marktfähigkeit Schnelle Amortisation. 100% Qualität wird besser bezahlt, verbessert Image, Marktposition, Kundenzufriedenheit. 11 Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Möglichkeiten und Mängel des menschlichen Auges Menschliches Sehen Produkt von Jahrmillionen Optimierung Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte Auge: % menschlicher Wahrnehmung 130 Mio. Pixel, 10 Mrd. verarbeiteter! Pixel / s Schnelles Erfassen / Reduzieren komplexer Informationen, Tausende parallel arbeitende BV-Prozessoren Große Hell- / Dunkel-Dynamik (Sonne / Mond) 3D-Farbbildverarbeitung am Tag Graubildverarbeitung in der Nacht Schnelle abgeleitete Aktionen am Bewegungsapparat Abgestimmte Zusammenwirken von Hard- und Software Kognitives Sehen: flexibel und schnell umzutrainieren Sieht das Auge zu wenig? Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek 2015 Zapfen und Stäbchen (elektronenmikroskopische Aufnahme) 12 6

7 Möglichkeiten und Mängel des menschlichen Auges Menschliches Sehen individuell und subjektiv Auflösung, Farb-, Peripherie-Erkennung sind geschlechtsabhäng! Erkennung / Unterscheidung durch subjektive Referenz (Kontextorientierung) Mess genauigkeit? nur qualitative Aussagen Abbildungsfehler (Schärfe, Verzeichnung) langsame Anpassung (Akkomodation / Adaptation) optische Täuschungen, Simultankontrast, Farbe nicht alles ist sichtbar zu langsam serielle Abarbeitung von Prüfaufgaben eine Ansicht begrenzte Aufmerksamkeit, Zuverlässigkeit, Tagesform Kompensation: subjektiv-intelligente Nachbearbeitung Mangelnde Mess genauigkeit Optische Täuschungen Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Mehr Möglichkeiten als das Auge Bereiche des Lichts Teil der elektromagnetischen Strahlung Einteilung nach DIN 5031 < 15 nm: Röntgenstrahlung > 800 µm: Mikrowellen bis < 1100 nm typ. Si - Sensoren (CCD, CMOS) bis < 2500 nm InGaAs - Sensoren Lichtfarbe Wellenlänge / nm Ultraviolett A 320 bis 370 Violett 370 bis 410 Indigo 410 bis 430 Blau 430 bis 480 Blaugrün 480 bis 500 Grün 500 bis 540 Gelbgrün 540 bis 560 Gelb 560 bis 580 Orange 580 bis 610 Rot 610 bis 650 Tiefrot 650 bis 780 Infrarot A 780 bis 1400 Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek

8 Schnellere Möglichkeiten als das Auge Schnelle Bildsensoren und Kameras Taktzeit der Maschine = Schrittmacher für BV Transportgeschwindigkeit = Schrittmacher für Bildaufnahme BV i.a. schneller als mechanische Prozesse Verarbeitungsgeschwindigkeit sehr verschieden typisch: Blobanalyse 500 µs Kantenort finden: G 20 ms Muster suchen G x ms komplettes Prüfprogramm braucht Zeit eine Aufgabe - verschiedene Lösungen: schnelle, langsame, sichere, unsichere: schnell und sicher langsam und unsicher Wissen und Erfahrung sind notwendig schneller wird s durch Parallelisierung: Bildaufnahme und Bildverarbeitung Beleuchtung ist fast immer begrenzender Faktor bei schnellen Vorgängen Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Schnellere Möglichkeiten als das Auge Prüfen in Bewegung bei Zuführung, Handhabung und Montage auf Förderband bei Vibrationsförderung am / vor dem Roboter am Rundtakttisch auf der Rutsche beim freien Fall am Montageautomaten G Robust machende Technologien helfen dabei: Lage- / Drehlagenachführung Mustersuche Kurzzeitshutter schnelle Datenbusse schnelle Algorithmen Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek

9 Mehr Möglichkeiten als das Auge IR und UV machen mehr sichtbar Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Mehr Möglichkeiten als das Auge Lösbare Aufgaben mit industrieller Bildverarbeitung maßliches Prüfen (Messen) geometrisch Koordinaten Längen (Breiten, Höhen, Abstände) Winkel / Orientierung Flächeninhalte Schwerpunkte Gerad-, Rundheiten Formen / Konturen fotometrisch Helligkeiten / Intensitäten colorimetrisch/ spektrometrisch Farben Wellenlängen thermometrisch Temperaturen nichtmaßliches Prüfen (Lehren) alle Aufgaben maßliches Prüfen plus: Anwesenheits- / Vollständigkeitskontrolle Grad der Ausprägung / attributiver Test Lage- / Drehlageerkennung Oberflächenkontrolle Struktur-, Texturerkennung Druckbild-, Druckinhaltskontrolle Mustererkennung Objekt-/ Typerkennung / Teileidentifikation Zeichen lesen / prüfen Code lesen Anzahlen, Mengen G Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek

10 Neue Möglichkeiten robustere 3D-Bildverarbeitung leistungsfähigere Bildsensoren und Kameras standardisierte Schnittstellen schnellere Kopplung von Vision & Motion präzisere Oberflächenkontrolle einfacherere Vision Systeme erweiterte / fusionierte Spektralbereiche spezialisierterer Service Quelle: ISRA Vision AG neue Lichtquellen neue optische Konzepte mobile Bedienkonzepte G Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Grenzen beim Einsatz von BV nicht oder schwer greifbare Messwerte unzureichende Kenntnisse über das Prüfobjekt Gesetze und Grenzen der Physik des Lichtes komplexe Wechselwirkungen beteiligter Technik-Disziplinen bzw. BV-Komponenten individuelle Prüfeinrichtungen Seriengeräte starker Einfluss der Prüfverfahren Umgebungsbedingungen, d.h. auch Faktor Mensch Kenntnisse verschiedenster Fachrichtungen entscheiden über Güte der Messung. Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek

11 Grenzen beim Einsatz von BV Die Erwartungen sind hoch: 100%ig Schnell Genau Berührungslos verschleißfrei Wartungsarm Einfach Vermessung von Tintentropfen im Flug bei Geschwindigkeit 8 m/s (Gesichtsfeld 0,6 x 0, 8 mm². BV bei 450 o C Umgebungstemperatur. Extreme Anwendungen, die in Erinnerung bleiben: Stanzteilvermessung: 50 Hübe/s, Vorschub 2 m/s, 0,08 mm genau Oberflächenprüfung Endlosmaterial, Geschwindigkeit 120 km/h Steuerung Gießereikran, 450 o C Umgebungstemperatur Oberflächenfehler an Einspritzdüsen: Fehler < 300 nm Grenzen gibt es scheinbar kaum 21 Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Grenzen beim Einsatz von BV Aufgabenstellung / Prüfobjekt zu viele zu prüfende Eigenschaften / Wanderpokale unpräzise Aufgabenstellung (es gibt VDI-Richtlinien!) heutige und künftige (unbekannte Teile) sollen prüfbar sein unkooperative Teile zu stark wechselnde Teileeigenschaften / Produkte: Größen, Eigenschaften (Korrosion, Farbabweichungen), ungünstige Teilegeometrie, G Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek

12 Grenzen beim Einsatz von BV Physikalische / technologische Phänomene Licht-Wellenlänge, Beugung Auflösung < 1 µm nur mit statistischen Verfahren Güte der Komponenten / technische Parameter Verbot des Einsatzes notwendiger Technologien (Laser) Genauigkeit, Robustheit der Berechnungsverfahren ( Griff in die Kiste ) z. T. noch beschränkte Modellbildung (Farbe, 3D) erreichbare Genauigkeiten sind anwendungsabhängig! Wiederholgenauigkeit in Industrieumgebung < 10 µm kaum erreichbar Zeiten Fehlerfortpflanzung entlang der Signalkette: Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Grenzen entlang der Signalkette beim Einsatz von BV Bilder = Ausgangsdaten der Bildverarbeitung (BV)! Bildgewinnung = Schätze heben! Bildgewinnung ist verantwortlich für: Zuverlässigkeit / Sicherheit Genauigkeit Arbeitsersparnis Kostenersparnis der BV - Lösung Bildgewinnung ist ein komplexer Prozess entlang der Signalkette. Bildgewinnung braucht Wissen: Was ein BV-aussagekräftiges Bild? bei allen Schritten Informationsreduktion schwächstes Glied bestimmt Leistungsfähigkeit Systemkomponenten aufeinander abstimmen Was hier versäumt wird, läßt sich später nicht oder nur aufwändig kompensieren. Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek

13 Grenzen entlang der Signalkette beim Einsatz von BV Einige Aspekte Beleuchtung: zu wenig Licht bei schnellen Prozessen und Entfernungen Prüfobjekt: unkooperative Teile Optik: geometrische Sichtbarkeit der zu prüfenden Eigenschaften, Perspektive des Objektivs, Beugung Kamera: Pixelauflösung, Auslese- / Transportgeschwindigkeit für Bilder BV-Rechner: Geschwindigkeit, spezielle Prozessoren BV-Software: Präzision, Robustheit, Geschwindigkeit Automatisierungstechnik: Echtzeitbus, Datentransport Maschinenbau: Präzision, Handhabung, Zu- / Abführung der Teile 25 Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Grenzen beim Einsatz von BV Umweltbedingungen Schwankungen sind immer problematisch: Licht / Fremdlicht Schwingungen Temperatur (Längendehnung, Flimmern, Drift, Rauschen G) Staub / Schmutz Luftfeuchtigkeit Aerosole, Ölfilm Aggressive Chemikalien starke elektromagnetische Störstrahlung G 26 Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek

14 Grenzen beim Einsatz von BV Menschliche Einflüsse Tatsache: Bildverarbeitung ist leistungsfähig aber auch pflegebedürftig! Ursachen: unrealistische Erwartungen / Technikglaube des Anwenders Management stellt keine personellen Ressourcen frei für BV unqualifiziertes / sabotierendes Personal BV-Weiterbildung Prozesse, werden transparenter, Fehler werden sichtbar Bildverarbeiter bekommt Bringschuld - in Vergangenheit war ja alles richtig Sichtprüfungspersonal fühlt sich überflüssig / Angst vor Verlust der Arbeitsplatzes Vormachtstellung von Star-Einrichtern / Mechanikern sinkt Zurückhalten von Wissen schlechte Erfahrungen mit der Technologie werden mitgenommen und weitergegeben 27 Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Grenzen beim Einsatz von BV Finanzielle Aspekte viele Randbedingungen: Teile, Komplexität, Genauigkeit, Zuverlässigkeit, Umgebung, G selbst grobe Kostenabschätzung nur mit langjähriger BV-Erfahrung möglich, Hilfsmittel: Clusterung: einfache, mittlere und schwierige Aufgaben Skalierung der Leistungsfähigkeit der BV-Systeme Diskrepanz Leistungserwartung / Preis ( Vision Sensor = BV für 600 EUR ) Was kostet die BV? Gegenfrage: Was kostet ein Auto? (Tata G Bugatti) Was wird zu den Kosten gezählt? (Komponenten, Engineering, Integration, Machbarkeitsuntersuchung, Schulung der Mitarbeiter, Service, G?) Engineering wird für umsonst erwartet ( Berechnet die Autowerkstatt auch nur Teile G? ) 28 Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek

15 Für BV muss man einen (Fahr)Plan haben Wie vorgehen beim (Erst-)Einsatz von BV? Einschätzung der Aufgabenstellung Die Teile Fixierung der Anforderungen: Lasten- und Pflichtenheft nach VDI-Richtlinien Machbarkeitsuntersuchungen Angebot Make or buy Umsetzung Inbetriebnahme Bildverarbeitung am Laufen halten 29 Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Schulung Beratung - Wissen Schulung verschiedene Anwendergruppen Basics, Themen, Experten, Branchen, Inhouse Aufbau von BV-Abteilungen weltweit Beratung Applikationslabor Anwendungsberatung Machbarkeitsuntersuchungen Lösungsworkshops Komponentenauswahl / -optimierung Inbetriebnahme- / Projektbegleitung 30 Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek

16 Schulung Beratung - Wissen Wissen Systematisierung, Vermittlung, Didaktik Verstehen - Begreifen Anwenden Transfer Termine und mehr: 31 Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek Knacken Sie mit uns harte Nüsse! Wir freuen uns auf Ihre Herausforderungen. Vorteile. Möglichkeiten und Grenzen der BV, Motek

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