Bildverarbeitung zur Bewertung und Steuerung nachgelagerter Prozesse

Transkript

1 Bildverarbeitung zur Bewertung und Steuerung nachgelagerter Prozesse Domenic Foerderer M. Sc., ProNES Automation GmbH Matthias Hielscher B. Eng., MüKo Maschinenbau GmbH

2 Agenda Vorstellung der Referenten Anforderungsbeschreibung Aufbau der Gesamtanlage MSR Konzept Kamerastation NI-Produkte und sonstige Hardware Bildverarbeitungssoftware Kalibrierung und Abgleich der Systeme Kommunikationswege und Teilnehmer Künftige Erweiterungen 2

3 Anforderungsbeschreibung Konzeption Rundtakter zur Prozesssteuerung und Kontrolle Skalierbarkeit des Systems, um große Typenvielfalt und produktspezifische Besonderheiten abzudecken Materialien Abmaßen Anzahl an Zellen Rezepturverwaltung mit Autoeinstellung Kamerasystem Speicherung von Bilder 3

4 Aufbau der Gesamtanlage Rundtakter mit folgenden Stationen Werkstück wird manuell eingelegt Folie wird auf den Prüfling appliziert Werkstück wird durch das Bildverarbeitungssystem vermessen Applizierte Folie auf Werkstück wird in der Laserstation bearbeitet Werkstück an sich wird bearbeitet Folie wird entfernt Austaktung 4

5 MSR Konzept Übergeordnete Steuerung Steuert Rundtakter Triggerung Bildaufnahme des Werkstückes via Profibus Übergabe Parameter des jeweils eingelegten Werkstücks an die BV-Software -> entsprechendes Prüfprogramm aufrufen o Bildaufnahme Start, Kontur nicht lasern, Außerhalb Kontur lasern, Außenzellen nicht extrapolieren, Modus, Zellgröße, Material, Anzahl Zeilen/Spalten, Seriennummer und Bauteilseite Zentrale Applikation zur Visualisierung und als Bedieneinheit 5

6 Kamerastation Rundtisch mit Werkstück Zustellbare Abdeckung Zustellbare Einhausung Beleuchtungseinheit Fest montierte Kamera 6

7 Kamerastation Takt < 10 Sekunden Werkstückkontur erfassen und als Linienzug in DXF-Datei speichern Strukturen des jeweiligen Werkstückes erkennen Drehwinkel und Abstand zum Werkstück über Referenzmarken auf der Grundplatte des Werkstückträgers ermitteln Einzelpositionen aller erkennbaren Zellen bestimmt über Linienmuster markieren, welche Zellen im nachfolgenden Arbeitsschritt berücksichtigt 7

8 Werkstück, Träger und Referenzmarken 8

9 NI-Produkte und sonstige Hardware Hochperformanter PC mit Windows 7 (32-bit) Betriebssystem PCI Profibus-Slave Karte NI PCIe-8231 GigE Karte Vision Acquisition Software IMAQ und IMAQdx 5MP Kamera mit 12mm Objektiv vier Linienbeleuchtungen mit separate Steuerung der Intensität Lichtabschottung 9

10 Bildverarbeitungssoftware (1) suchen von vorhandenen Zellen über Pattern Matching Ausschnitt einer Zelle als Musterbild Vereinfachung des Templates gefundene Zellen werden einem Schachbrettmuster zugeordnet Start in der theoretischen Mitte des Werkstücks aufgrund Verformungen im Randbereich rekursiver Algorithmus arbeitet von der Mitte nach außen und umrandet gefundene und zugordnete Zellen 10

11 Bildverarbeitungssoftware (2) Suchfeld von 3x3 Feldern über die jeweils gefundene Zelle Nachbarzellen bewerten und Positionen dem Schachbrettmuster zugeführt wiederholen, bis bei allen gefundenen Zellen die Kontur bestimmt und die Position im Schachbrettmuster eingeordnet ist Zu stark verformte Zellen werden extrapoliert und entsprechend andersfarbig kennzeichnen Algorithmus arbeitet auch mit extrapolierten Zellen -> ermöglicht Extrapolierung über mehrere Zeilen/Spalten 11

12 Bildaufnahme mit Overlays Wabenerkennung 12

13 Wabenerkennung Prüfung der Laser-Stift-Position Auswertung der Referenzmarken auf dem Werkstückträger Erkennen der Waben mittels Mustervergleich (Kreis mit Kreuz) Zuordnung jeder Wabe in eine Zeile und eine Spalte (großes Rechteck) Extrapolieren der fehlenden Waben (kleinere Rechtecke) Erstellen des Linien-Musters in jede zweite Zelle (horizontale Linien) 13

14 DXF-Datei für Laserstation generieren Gesamtanzahl der gefundenen und extrapolierten Zellen muss mit dem Parametersatz übereinstimmen DXF-Datei für Laserbearbeitung wird generiert, hierzu werden horizontale Linien in die Zellen gezeichnet dieses Vorgabemuster wird vom Laser abgefahren Schnittstelle zur Laser-Station besteht aus einer Ordner- Freigabe BV-System legt die DXF-Datei ab, das Laser-System liest und löscht diese 14

15 DXF-Datei mit den horizontalen Linien 15

16 Kalibrierung Kamera Kalibrierung Kamerasystem über vermessene und mit Bezugspunkten gekennzeichnete Platte anstelle eines Prüflings Bildverarbeitungssystem ermittelt Abstände und Winkel der Bezugspunkte zueinander und vergleicht diese mit den hinterlegten Sollwertvorgaben Über einen Nullabgleich kalibriert sich das System selbst 16

17 Abgleich Koordinatensystem Kamera / Laser Laser wird über spezielles Kalibrierprogramm angewiesen ein Muster auf eine eloxierte Alu-Platte zu lasern Bezugspunkte aus der Kamerakalibrierung werden berücksichtigt Überprüfung Laserbild mit Kamerasystem, Abgleich tatsächlich gelasertes Bild mit Vorgabewerten Abweichung fließt als Offset-Werte in die Generierung der DXF-Datei ein 17

18 Kamerakalibrierung 18

19 Gelaserte Folie 19

20 Kommunikationswege/Teilnehmer Anlagensteuerung / Beckhoff PC BV über Profibus Kundennetzwerk Datenübergabe 20

21 Künftige Erweiterungen Produkte mit variabler Zellgröße (nicht quadratisch) Produkte mit variabler Außenkontur Produkte aus unterschiedlichen Materialien Statistische Auswertung über Fehler Automatisierte Rückkopplung der gewonnen Daten in die Produktion 21