Industrielle Praxisfälle optischer Oberflächeninspektion in 2D und 3D. Dr. Helge Moritz SIGNUM Computer GmbH, München.

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1 Industrielle Praxisfälle optischer Oberflächeninspektion in 2D und 3D Dr. Helge Moritz SIGNUM Computer GmbH, München Anlässlich des Technikforums Industrielle Bildverarbeitung Industrielles 2D/3D-Messen, Inline- und Oberflächenmesstechnik, Identifikation, Robot Vision des Technologie Centrum Westbayern, Nördlingen Dienstag, 01. July 2014 Agenda Über SIGNUM SIGNUM Philosophie 3D-Messprinzipien mit Kameras 2D: manchmal die bessere Lösung Beispiele realisierter IBV-Projekte 2 1

2 Über SIGNUM Lieferant für IBV-Systeme industrielle (rauhe) Produktionsumgebung Komplettsysteme Problemanalyse Entwicklung Konstruktion Inbetriebnahme Schulung Spezialisiert auf Aufdruckkontrolle (Druckbild, Farbe) Oberflächeninspektion 2D und 3D Positionsvermessung, -regelung Prozesskontrolle 3 Über SIGNUM Gründung November 1982 als Signum Computer für Signalverarbeitung und Mustererkennung Mustererkennung industrielle Bildverarbeitung Teilung 1996 SIGNUM Computer GmbH Signum Bildtechnik GmbH 4 2

3 Geschäftsmodell SIGNUM IBV Komplettsysteme Quelle: vision-doctor.de 5 Geschäftsmodell Keine intelligenten Kameras oder Vision-Sensoren 6 3

4 Hardware Zukaufteile projektspezifisch nur, was sich bewährt hat und (voraussichtlich) lange verfügbar ist 7 Unsere Software ist das Kernstück unserer IBV-Lösungen Basissoftware, der projektspezifisch BV-Tools angepaßt werden und kundenspezifische Wünsche realisiert werden, wie GUI, spezielle Auswertungen, Messwertdarstellungen, Schnittstellen (z.b. zu Robotern), etc. 8 4

5 Erfahrungsschwerpunkte Inspektion von bearbeiteten Oberflächen Produktionsfehler Beschädigungen Verschmutzungen mit Zeilen- und Flächenkameras in 2D und 3D Qualitätskontrolle von Aufdrucken (bei Massenprodukten) Tampon-, Sieb-, Offset-, Heißpräge-, Funktionsdruck Farbbildverarbeitung Positionsvermessung und regelung Maschinensteuerung Prozesskontrolle Zeichenerkennung 9 Interferometrie Deflektometrie Deflektometrie Shape from Shading (SfS) 10 5

6 Scannendes Verfahren: - Sensor oder Objekt müssen verfahren werden Höhenbild, Höheninformationen, Punktewolke; - Abschattungen an steilen Flanken möglich 11 Streifenprojektion Gray-Code-Verfahren - Objektgröße ist beliebig Phasenshiftverfahren - Abschattungen möglich - Objekt stationär - schnell: 1 s 12 6

7 Streifenprojektion (Gray-Code, Phasenshift) Stereo-Sehen, photometrisches Stereo - Fernerkundung, (z.b. Archäologie, Geodäsie) - Form großer Objekte (z.b. Gebäude, Steinbrüche) 13 Streifenprojektion (Gray-Code, Phasenshift) Stereo-Sehen, photometrisches Stereo Shape from Focus (SfF) - Höheninformation aus Schärfentiefe / Kontrast - scannendes Verfahren - auch pixelweise - Mikroskopieverfahren 14 7

8 Streifenprojektion (Gray-Code, Phasenshift) Stereo-Sehen, photometrisches Stereo Shape from Focus (SfF) Konfokale Mikroskopie - Dort, wo beim Standardmikroskop die Kamera wäre, ist nun eine Lochblende. - Hauptsächlich das Licht der Schärfenebene wird durchgelassen und auf die Kamera (Detektor) abgebildet. 15 Streifenprojektion (Gray-Code, Phasenshift) Stereo-Sehen, photometrisches Stereo Shape from Focus (SfF) Konfokale Mikroskopie Konfokal-chromatischer Abstandssensor Quelle: Fraunhofer IOSB 16 8

9 Streifenprojektion (Gray-Code, Phasenshift) Stereo-Sehen, photometrisches Stereo Shape from Focus (SfF) Konfokale Mikroskopie Konfokal-chromatischer Abstandssensor Interferometrie 17 Interferometrie Weißlichtinterferometrie - Messfeld bis 50 x 50 mm² - Auflösung (z) bis 5 nm - Taktrate 1,5 s Bohrloch mit kegelförmigen Flächen 18 9

10 Interferometrie Weißlichtinterferometrie Laufzeit-Verfahren (Time of Flight-Kamera) - Lichtlaufzeitverfahren - Misst pixelweise die Entfernung direkte 3D-Aufnahme - Distanzauflösung: 10 mm laterale Auflösung: 200 x 200 Pixel 19 Streifenprojektion (Gray-Code, Phasenshift) Stereo-Sehen, photometrisches Stereo Shape from Focus (SfF) Konfokale Mikroskopie Konfokal-chromatischer Abstandssensor Interferometrie Weißlichtinterferometrie Laufzeit-Verfahren (Time of Flight-Kamera) Deflektometrie 20 10

11 Deflektometrie Deflektometrie Anwendungen: Inspektionen spiegelnder Oberflächgen (lackierte Karosserieteile, Scheiben, Metalloberflächen) 21 Deflektometrie Deflektometrie Shape from Shading (SfS) Form durch Schattierung - benötigt annähernd paralleles Lichtfeld aus mindestens 3 Richtungen 3 Bildaufnahmen - Messfeld: bis zu einigen Dezimetern - Anwendungen: Rauigkeiten, Oberflächendefekte, Schlagzahlen, Quellen: in-situ, OBE 22 11

12 Streifenprojektion (Gray-Code, Phasenshift) Stereo-Sehen, photometrisches Stereo Shape from Focus (SfF) Konfokale Mikroskopie Konvokal-chromatischer Abstandssensor Interferometrie Weißlichtinterferometrie Laufzeit-Verfahren (TOF) Deflektometrie Deflektometrie Shape from Shading (SfS) 23 Reicht nicht oft auch 2D? 3D: Hardware- und Software-Aufwand sind recht hoch Auswertezeit höher 3D-Informationen stecken oft bereits in 2D-Einzelbildern (Deflektometrie, SfS, Mehrfachbilder) Dunkelfeldbeleuchtung 2½-D Mono-3D 24 12

13 Reicht nicht oft auch 2D? Dunkelfeldbeleuchtung (streifende Beleuchtung von der Seite) Auflicht DFB Quellen: 25 Reicht nicht oft auch 2D? 2½-D - Dritte Dimension ist nicht vollwertig einbezogen, - lediglich ein Attribut: pro 2D-Lagekoordinate (x,y,winkel z ) ein Höhenwert (z), - z.b. Höhenmodell eines Geländes, bekannte 2D-Objektstruktur 26 13

14 Reicht nicht oft auch 2D? Mono 3D - alle 6 Raumkoordinaten mit einem Bild messbar - Voraussetzung: Die Raumkoordinaten (x, y, z) von mindestens 3 lokalisierbaren Messpunkten müssen bekannt sein. - z.b.motorblock, Punktemuster 27 Beispielapplikationen Oberflächeninspektion von Dosen Kontrolle der Aufdrucke (2D, Zeile) Umbörtelung von Falzen () Beulen () 28 14

15 Beispielapplikationen Bahnmaterial 1 z.b. Aluminium-Bänder oder Profile, Stahlwalzen für Papierproduktionsmaschinen auf Risse, Blasen, Krater, Flecken, Poren, Lunker, Beschichtungsfehler, Löcher, Maßhaltigkeit Aluminiumbänder in einem Walzwerk Coil-Prüfanlage Aluminium-Strangprüfanlage 29 Beispielapplikationen Bahnmaterial 2 z.b. Endlos -Folien (Kunststoff-, Mehrschicht-, Keramikfolien) auf Löcher, Einschlüsse, Dünnstellen Inspektion von Grünfolien Inspektionsmodul Gute und schlechte Fehler Innenansicht 30 15

16 Beispielapplikationen Inspektion von rotationssymetrischen Behältern und Verpackungen z.b. Tuben, Dosen, Kartuschen, auf Qualität von Aufdrucken und Prägungen (Gold-, Silberprägungen) 31 Beispielapplikationen Inspektion von rotationssymetrischen Behältern und Verpackungen z.b. Flaschen, Gläsern, auf Qualität von Aufdrucken und Prägungen 32 16

17 Beispielapplikationen Lebensmittelindustrie: Flammkuchen (o.ä.) Zusammensetzung des Belages Farbzeilenkamera Messung der Dicke im Belagbereich und am Rand 33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Zu Fragen und Anregungen stehen wir Ihnen jederzeit gerne zur Verfügung! 34 17

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