2D/3D-Bildverarbeitung in der Automatisierung

Transkript

1 Vision D/3D-Bildverarbeitung in der Automatisierung Dr. Albrecht Kienemund

2 Vorteile von Kamerasystemen mit Bildverarbeitung in der Automatisierung Adaption an manuelle Fertigungsprozesse bei Steigerung des Durchsatzes und Verbesserung der Präzision Große Datenmenge zur Bewertung eines Vorganges, Zustandes Redundanz Gute Anbindung an Steuerungen (SPS, Industrie-Roboter), Netzwerke, Fernwartung, Datenbanken Interface zur Peripherie Physikalisch-optische Bedingungen bei der Datengewinnung Aufgabe: Anpassung von Licht, optischen Komponenten, Elektronik, Datenverarbeitung,, Steuerungstechnik, Maschinenbau an vorliegende Problemstellung tragfähiges Gesamtkonzept Voraussetzung: Erfahrungen, Know-How in allen Details

3 Vorgehensweise in der Bildsensorik als Querschnittstechnologie Bildgewinnung Kamera Scanner Taster Bildfilterung Segmentierung/ Merkmalsdefinition Voraussetzungen: Aufgabenstellung, Hardware-Aufbau + Gewinnung von Musterbildern aller Typen in ausreichender Menge mit möglichst allen erdenklichen Bildfehlern Bildinterpretation/ Bildauswertung Mathematik, -Erstellung, Tests an Musterbildern, Implementierung und Feinarbeit Ergebnisausgabe SPS, Roboter, Netzwerk etc.

4 Anwendungsgebiete Fabrikautomation Qualitätssicherung Identifikation Palettieren/Depalettieren mit Robotanbindung Ablaufsteuerung Prozessbeeinflussung Oberflächeninspektion Vorhandenseins- /Vollständigkeitsprüfung Einbau- und Montageprüfung Kontur- und Geometrieprüfung Labelerkennung Barcodes

5 2D / 3D? 2D : - Erzeugung zweidimensionaler Grau- oder Farbbilder durch optische Abbildung von remittierenden Objekten, oft große Datenmengen - Abhängigkeiten von Beleuchtung, optischen Eigenschaften der Objekte, Optik und Kameratarget - Merkmale auf Basis von Remissionsverteilungen, durch Remissionsschwankungen gestört guter Kontrast wesentlich 3D: - Erzeugung zweidimensionaler Abstandsbilder (Laufzeit, Triangulation) - Reduktion der Remissionsabhängigkeit durch definierte Beleuchtung (Laser-Linie, Streifen) - Merkmale auf Basis von Abstandsverteilungen, weniger störanfällig bei Schwankungen der optischen Eigenschaften der Objekte - Höherer technischer Aufwand

6 2D-Bilderzeugung Bedingung: Verzeichnungsfreie optische Abbildung des Objektes auf das Kameratarget (Projektion) Vorteil: Linearität zwischen Objekt- und Bildstrecken Kamera Objekt

7 2D Lageerkennung in Spezialmaschine mit Matrixkamera Vordere Kante Hintere Kante

8 Roboter mit Kamera zur Qualitätssicherung von Gewinde und Bohrung FS 03 Gewindeinspektion auf Verunreinigung und Lage mit hoher Auflösung bei großem Arbeitsbereich Bedienerzugriff

9 Rad-Designerkennung im Durchlauf (auch bei glänzenden Rädern) Vorteile: - Erkennung im Durchlauf ohne Vorzentrierung im Produktionstakt, - unabhängig von Farbe und Glanz - Bestimmung von Muster, Höhe und Einpresstiefe - niedrige Bauhöhe

10 Lack-Oberflächenkontrolle in explosiver Umgebung mittels Zeilenkameras

11 Entnahme und Handhabung von Kautschukplatten Quelle. Lödige Automation

12 3D-Erfassung durch Laserlaufzeit-Scanner ( LMS 400) -Scannen von 700 Punkten in ca. 3ms -Rohdaten auf TCP/IP als Polarkoord. -Umrechnung auf X-Y-System notwendig -3D-Oberfläche durch Verschieben des LMS -Mechanische Achse notwendig für Bild -Genauigkeit abhängig von Oberfläche -Pal./Depal. bei ausreichender Genauigkeit -Kompaktes System, Fremdlicht unerheblich Aber: - begrenzte Laserleistung-> nicht an allen Oberflächen einsetzbar - Datenverarbeitung bei geringem Remissionssignal schwierig - Max. 700 Punkte pro Scan

13 Automatische Abstapelung von Naturkautschukplatten in der Tartanbahnfertigung durch sensorgeführte Industrieroboter Quelle. Lödige Automation

14 Fabrikautomation Flexible Depalettierung Paletteneinlauf Lagen- Scanning

15 Fabrikautomation Flexible Depalettierung 3D-Darstellung (xyz, Durchmesser, Radhöhe und Verkippung)

16 3D-BV zur KLT-Depalettierung für Automobilisten und andere Anwender xyz, Winkellage, KLT-Typ

17 3D-BV zur KLT-Depalettierung für Automobilisten und andere Anwender Monitorbild

18 Depalettieren und Palettieren in einem Schritt durch Kombination von 2D und 3D Scannerbild Kamerabild Quelle. Lödige Automation

19 Lageerkennung von Gussteilen bei automatischer Zuführung an einer CNC-Bearbeitungszelle Objekt nach Aufnahme an Portalachse

20 3D Verfahren : Laser-Triangulation (Linien-Laser) Quelle: Sick

21 Rissbilder Probeaufbau 2D NIO-Teile IO-Teil

22 Pressteil mit Laserlinie 3D-Bild des Pressteils (Höhe als Grauwert) 3D-Rendering (Raumlage)

23 Messen Spur und Sturz in Endmontage durch Streifenprojektor

24 Bild eines Rades mit projiziertem Streifenmuster 3D-Profil einer Radoberfläche aus Streifenprojektion Flächennormale auf Tangentialebene des Rades auf 0,5

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Für Fragen stehe ich selbstverständlich gern zur Verfügung! Dr. A. Kienemund Tel.: