Industrielle Bildverarbeitung mit Vision. Jan Wagner Applications Engineer National Instruments Germany GmbH

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Maike Krause
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1 Industrielle Bildverarbeitung mit Vision Builder AI Jan Wagner Applications Engineer National Instruments Germany GmbH

2 Agenda Einführung Bildverarbeitung Übersicht Hard- und Software Digitale Kameraschnittstellen und Auswahlkriterien Vision Builder for Automated Inspection Demonstration Bilderfassung & Verarbeitung mit VBAI Übung mit NI Smart Camera Zusätzliche Informationen

Builder for Automated Inspection Demonstration Bilderfassung &

3 Einführung Bildverarbeitung Inspektion von LCD-Displays Symbol- und Displaykontrolle Texterkennung

4 Spezifische Anwendungen Überprüfung analoger Anzeigen Vollständigkeit überprüfen Barcode auslesen

5 Spezifische Anwendungen Optische Maßkontrolle Identifikation/Verifikation Sortierung/Klassifikation Positionierung/Lage Zählen von Objekten Vollständigkeitskontrolle Oberflächeninspektion

6 Übersicht Hardware Compact Vision System (CVS) Embedded Vision System (EVS) PXI-Express- Bildverarbeitungssystem Smart Camera Smart Cameras Anwendungskomplexität PC-basiertes Bildverarbeitungssystem Panel-PC-Bildverarbeitungssystem Embedded- Bildverarbeitungssysteme PC-basierte Bildverarbeitungssysteme Größe

Anwendungskomplexität PC-basiertes Bildverarbeitungssystem

7 Übersicht Software Bildverarbeitungsanwendung Konfiguration - Vision Builder AI - Programmierung - Vision Development Module - NI Vision Acquisition Software

8 NI Vision Development Module Programmierung von Bibliotheken für LabVIEW, LabVIEW Real-Time, Visual Basic, C++ und.net Hunderte Bildanalysefunktionen Einschließlich Vision Assistant Prototypisiert und bewertet Anwendungen Erzeugt Programmcode für LabVIEW, Visual Basic und C

net Hunderte Bildanalysefunktionen Einschließlich Vision Assistant

9 Vision Builder for Automated Inspection Bedienfreundlichkeit Interaktive, menügesteuerte Bildverarbeitungssoftware Anbindung, Konfiguration und Serieneinsatz Schnelle Entwicklung Leistungsstarke Bildverarbeitungswerkzeuge Fortgeschrittene Entscheidungsfindung Active X, Aufruf von LabVIEW, SDK Industrielle Überwachung Isolierte Digital-, Analog- und serielle I/O Integrierte industrielle Kommunikationsprotokolle Komplette Gut/Schlecht-Verwaltung

Bildverarbeitungswerkzeuge Fortgeschrittene Entscheidungsfindung Active X, Aufruf von LabVIEW, SDK Industrielle

10 Digitale Schnittstellen in der Bildverarbeitung Preis Neue Schnittstelle LEISTUNG 32 MP/s 64 MP/s 100 MP/s 650 MP/s ~1,25 GP/s

11 Warum digitale Schnittstellen statt analog? Höhere Auflösungen möglich als im Video-Standard (> 1 MPixel) Höhere Geschwindigkeit und Datenrate möglich (analog max. 80 MB/s) Direkter Zugriff auf Kameraparameter per Software (Belichtungszeit, Gain, Offset, Area of Interest, Restart/Reset ) Vorverarbeitung und Optimierung der Bilddaten bereits in der Kamera möglich (Gamma-Korrektur, Rauschreduzierung, digitales Binning ) Nutzung von I/O-Kanälen der Kamera per Software (z. B. zur Steuerung von Blitz, Triggerung und Synchronisierung mehrerer Kameras)

80 MB/s) Direkter Zugriff auf Kameraparameter per Software (Belichtungszeit, Gain, Offset, Area of Interest, Restart/Reset )

12 Welche Kriterien beeinflussen die Auswahl der Kameraschnittstelle? Maximal übertragbare Datenrate? (Auflösung x Bildrate x Byte pro Pixel) Anschluss zum PC wird ein Framegrabber benötigt? Übertragungs- und Verzögerungszeiten (Echtzeitfähigkeit)? Verfügbarkeit der nötigen Kabelversionen (Standardkabel, schleppkettentauglich, Schraubverbindung )? Maximale Kabellänge? Protokoll als Industriestandard verfügbar und unterstützt? (z. B. durch NI Vision Builder etc.)

Übertragungs- und Verzögerungszeiten (Echtzeitfähigkeit)?

13 Vision Builder for Automated Inspection Schritt 1: Bilder erfassen/ Beleuchtung steuern Schritt 2: Bildanalyse/Resultate Schritt 3: Prozessanbindung Schritt 4: Bedienung/HMI Schritt 5: Datensicherung => die Vision-Software muss alle Themen unterstützen!

Schritt 3: Prozessanbindung Schritt 4: Bedienung/HMI Schritt 5:

14 VBAI starten Zielsystem wählen konfigurieren

15 VBAI Konfigurations-Interface

16 VBAI-Konfigurationsoberfläche Auswahl ROI-Tool Interaktive Hilfe Online-Bild-/Ergebnisanzeige Parametereinstellungen

17 VBAI-Laufzeitoberfläche Prüfstatistik Aktuelle Anzeige Ergebnisse/Schritt Auslastung & Performance

18 Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo VBAI-Übersicht VBAI starten Zielsystem auswählen und Konfigurationsmodus starten Einzelne Funktionen als Schrittkette konfigurieren Statemachine für aufwändigere Programmstrukturen (einzelne Programmabschnitte und Entscheidungen) Wechseln zur Laufzeitoberfläche Prüfapplikation starten und testen

Funktionen als Schrittkette konfigurieren Statemachine für aufwändigere Programmstrukturen

19 Bilddatenerfassung & Visualisierung Acquire Image: Erfasst Bilder von einer Kamera, welche sich an einem Framegrabber befindet Acquire Image (IEEE 1394): Erfasst Bild von einer Firewire-Kamera Simulate Acquisition: Es werden Bilder von der Festplatte geladen. Select Image: Wurden mehrere Bilder in einer Sequenz erfasst, kann mit dieser Funktion der Speicherzugriff verwaltet werden. Display Image: Visualisiert das erfasste Bild

Acquisition: Es werden Bilder von der Festplatte geladen.

20 Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Bilderfassung mit Smart Camera und VBAI Smart Camera als Zielgerät wählen Kamera konfigurieren und verbinden Bilderfassungsschritt einfügen und Parameter einstellen Bild erfassen Eventuelle Korrekturen vornehmen

Zielgerät wählen Kamera konfigurieren und verbinden Bilderfassungsschritt

21 Grundlegende Algorithmen der Bildanalyse Bildvorverarbeitung: Filter, Morphologie, Bildoperationen, Farbkanäle extrahieren etc. Kantentool: lokalisiert und zählt Kanten entlang ROI Kantentool (Gerade): lokalisiert eine gerade Kante innerhalb eines ROI (Kantensuche + Bestfit-Gerade) Kantentool (Kreis): lokalisiert eine runde Kante innerhalb eines ROI (Kantensuche + Bestfit-Kreis) Schieblehre: Messen der max. (Außenschieblehre) und min. (Innenschieblehre) Distanz von Objektkanten Geometrie: Abstand, Mittelpunkt, Schnittpunkt, Lot- Abstand, Winkel, Best-Gerade/-Kreis/-Ellipse u. ä. Basic-Partikel-Analyse: lokalisiert und zählt Objekte homogener Intensität (x, y, Fläche, BH-Verhältnis, Orientierung, Anzahl eingeschlossener Objekte) Intensität: kalkuliert innerhalb eines ROI mittleren GW, Min.-/Max.-GW und Standardabweichung Count Pixels: kalkuliert innerhalb eines ROI den % - Anteil der Pixel einer definierten Intensität Koordinatensystem: definiert ein KS basierend auf einer gemessenen Position oder einem Winkel Farbmessung: ermittelt die Farbe und vergleicht sie mit den gewünschten Toleranzwerten Pattern-Match: lokalisiert Graumuster im Bild/ROI Geometrisches Pattern-Match: lokalisiert Objekte anhand ihrer Geometrie Farbvergleich: vergleicht die Farbe innerhalb eines ROI mit einem vorgegebenen Farbspektrum Calculator: Numerik, boolesche Operationen, String- Operationen, Vergleiche (=> für Zwischenergebnisse) Entscheidungstool: komplexe PASS/FAIL- Entscheidungen über logische Verknüpfungen der Prüfergebnisse Kalibrierung: einfache Skalierung, Mehr-Punkte- Kalibrierung, GRID-Kalibrierung

22 Bildanalyse (Kantenerkennung) IMAQ Edge Tool Find Horizontal and Vertical Edges Best-Fit-Gerade wird direkt berechnet

23 Bildanalyse (Kantenerkennung) Best-Fit-Kreis wird direkt berechnet Best-Fit-Gerade wird direkt berechnet

24 Koordinatensystem verwenden Koordinatensystem: definiert ein KS basierend auf einer gemessenen Position oder einem Winkel Beispiel: Lagenachführung Beispiel: Lagenachführung?

25 Bildanalyse (Kantenerkennung und Geometrie) Vorgehensweise: 1. Mehrfache Antastung => Ermitteln der ersten und letzten Kante pro Suchstrahl 2. Ermitteln des Extremwertes jeder Seite 3. Berechnen des Abstands zwischen den Extremwerten

26 Pattern Matching Pattern einlernen: kann zeitintensiv sein, sollte unabhängig vom Prozess (Automatikbetrieb) laufen Prüfen (Matching): man erhält die Position (X,Y), die Winkellage und den Gütefaktor Pattern-Match: lokalisiert Graumuster im Bild/ROI Farb-Pattern-Match: lokalisiert Farbmuster im Bild/ROI

27 Geometric Matching Geometrisches Pattern-Match: lokalisiert Objekte anhand ihrer Geometrie

28 Statemachine des VBAI nutzen Einzelne Programmschritte Verzweigungen mit Entscheidung (Transitionen) Komplexe Programmstrukturen realisierbar Schnellere Zykluszeiten Einsatz vom Schnittstellen wie TCP/IP für Transitionen

29 Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Bildverarbeitung mit VBAI Smart Camera als Zielgerät wählen Bild erfassen Funktionalitäten einbinden als Ablaufkette Resultat überprüfen

30 Übung mit NI Smart Camera Einbinden einer NI Smart Camera mit VBAI Kamera konfigurieren und testen Bilder erfassen Bildverarbeitung durchführen

31 Zusätzliche Informationen Start >> Programme >> National Instruments >> VBAI 2009 SP1 >> Documentation \\National Instruments\Vision Builder AI 2009 SP1\Manuals Im Menü unter Help >> Online Help...

32 Fragen???? Fragen???

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