Vision-Sensoren Digitale Revolution Anwendungen und Beispiele aus der Praxis Dipl. Inf. Christian Ott Leiter Produktmanagement Vision, SensoPart GmbH
Inhaltsverzeichnis Kurze Vorstellung Fa. SensoPart Vision-Sensor Hardware Bildverarbeitung früher und heute Zahlen VDMA Industrielle Bildverarbeitung Vergleich Vision-Sensor, Vision-System, Klassische BV (PC) Was muss bei einer Anwendung vorab geklärt sein? Anwendungsbeispiele 26.02.2013 2
Daten und Fakten zu SensoPart Familienunternehmen Ca. 150 Mitarbeiter weltweit Sensoren für industrielle Automatisierung Einsatz in Maschinen zur Serienproduktion (Automobil, Lebensmittel, Consumer-Produkte, Pharmazeutika, ) 4 Tochtergesellschaften, Vertriebspartner in ca. 40 Ländern Vertrieb auch über OEM Partner 26.02.2013 3
Meilensteine der Unternehmensgeschichte 1994 Gründung der SensoPart Industriesensorik GmbH in Wieden 1997 Gründung von SensoPart UK Ltd. 1999 Gründung von SensoPart France SARL 2001 Eröffnung des zweiten deutschen Standortes in Gottenheim 2004 Gründung von SensoPart Inc. USA 2005 Erweiterung des Firmengebäudes in Gottenheim 2012 Gründung von SensoPart (Shanghai) Co. Ltd. 26.02.2013 4
SensoPart Produktspektrum SensoPart Produktspektrum Sensorik Dienstleistung Vision Optisc h Ultrasch all Kapazit iv Indukti v Sensor System Smart Camera 26.02.2013 5
Produktportfolio Vision VISOR Vision- Sensoren 26.02.2013 Eyesight Vision- Systeme Smart Cameras Copyright: Larry Ewing, Simon Budig, Anja Gerwinski, 1996
Es ist eingerichtet! VISOR. Der Vision-Sensor, mit dem Sie sofort loslegen können. Auspacken, einstellen, fertig. In nur zehn Minuten betriebsbereit: Unsere VISOR Vision-Sensoren lösen Automatisierungsaufgaben einfach und effektiv. 7
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Vision-Sensor VISOR - Hardware Robuster Aluminium Korpus (IP67) Integrierte LED-Beleuchtung (weiß, rot, IR) Integriertes Objektiv (3 Varianten) 26.02.2013 Auspacken, einstellen und loslegen LED-Anzeige Fokusschraube Integrierte Kommunikationsschnittstellen 9
Vision-Sensor VISOR - Inbetriebnahme PC Parametrierung Intelligenter Vision-Sensor 26.02.2013 10
VISOR -Software: Schritt für Schritt zum Ziel 1. Prüfaufgabe wählen oder neu anlegen 2. Definition eines Lagedetektors 3. Auswertung festlegen 4. Prüfergebnisse den Schaltausgängen zuordnen 5. Konfiguration testen 6. Sensor starten 26.02.2013 11
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Bildverarbeitung früher und heute Quelle: Fraunhofer-Allianz Vision Kleinere Baugrößen Höhere Auflösungen Höhere Geschwindigkeiten Günstiger Einfachere Bedienung 26.02.2013 14
Bildverarbeitung früher und heute 1979: Intellect (Stemmer) Das erste industriell eingesetzte BV-System. 10 kg 1982: Cognex DataMan Erstes industrielles System für optische Zeichenerkennung (OCR). 90s um die Zahl 6 zu lesen. Quelle: Cognex 26.02.2013 15
Bildverarbeitung früher und heute 1988: Optoluchs (RSB Optotechnik GmbH) Erste Generation von Grauwertsystemen mit Subpixelauswertung. 1994: Optoluchs CCD (RSB Optotechnik GmbH) Erste intelligente Kamera auf dem europäischen Markt. Schuhkartongröße 26.02.2013 16
Bildverarbeitung früher und heute 1996: VC 11 (Vision Components) Eine der ersten intelligenten (kompakten) Kameras. Maße: 100 x 50 x 36 mm 2000: Insight (Cognex) Bildverarbeitung für Endkunden Drag & Drop Benutzeroberfläche 26.02.2013 17
Vision-Sensoren auf dem Markt (heute) 26.02.2013 18.
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Umsatz Industrielle Bildverarbeitung (VDMA) Quelle: VDMA Stand: 11/2012 * Prognose 20
Anteil nach Branchen (VDMA) Quelle: VDMA Stand: 05/2012 21
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Vergleich Sensor, System, PC Wann kann ein Vision-Sensor eingesetzt werden? Einfache Bauteilmerkmale, geringe Teilevielfalt Einfach BV-Werkzeuge werden benötigt (Mustervergleich, Konturvergleich, Grauwertvergleich etc.) Wann wird ein Vision-System eingesetzt? Kombination von BV-Werkzeugen wird benötigt (iterativ verknüpft) Anspruchsvollere BV-Werkzeuge werden benötigt Wann kommen Klassische Bildverarbeitungssysteme (PC-basiert) zum Zug? Mehrere Kameras müssen parallel für die Auswertung eingesetzt werden Aufgabe ist zu komplex für Vision-Sensoren/-Systeme (Auflösung, Geschwindigkeit, BV-Werkzeuge, Teilevielfalt) 26.02.2013 23
Vergleich Sensor, System, PC Performanc e/ Komplexität Klassische BV-Systeme (PC) Vision-Sensoren Vision-Systeme 1.000 4.000 8.000 Preis 26.02.2013 24
Vergleich Sensor, System, PC Vision-Sensor Vision-System Klassische BV Benötigte BV- gering mittel hoch Kenntnisse Bedienung parametrierbar parametrierbar / programmierbar programmierbar Anzahl Kameras 1 1 > 1 Geschwindigkeit bis 50 Bilder/s bis 50 Bilder/s > 50 Bilder/s Auflösung bis 1.3 MP bis 2 MP > 2 MP Platzbedarf gering gering hoch Komponenten integriert integriert kombinierbar Industrietauglichkeit IP65/IP67 IP65/IP67 Zusatzgehäuse nötig Energiebedarf gering gering hoch Preis sehr günstig günstig hoch 25
Vergleich Sensor, System, PC Screenshot Vision-Sensor VISOR 26.02.2013 26
Vergleich Sensor, System, PC Screenshot Vision- System Eyesight 26.02.2013 27
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Fragen Was sollte bei einer Anwendung u.a. vorab geklärt sein? Teile in Bewegung oder in Ruhe (Bewegungsunschärfe) Geforderte Genauigkeit (Auflösung, optischer Aufbau) Arbeitsabstand (Objektivwahl) Mögliche Beleuchtung klären? (Hintergrundlicht, Auflicht, Dunkelfeld, ) Schnittstelle zur Steuerung (Ethernet, seriell, digitale I/Os etc.) Bei einem falschen optischen Aufbau nützt auch die teuerste BV wenig! 26.02.2013 29
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VISOR Vision-Sensoren Objekt- und Farberkennung Codelesung, OCR Photovoltaik Industrie 31
VISOR Objektsensor Anwesenheits-/ Positionskontrolle Vollständigkeitsprüfung Teileerkennung/- unterscheidung Teilesortierung Ausschusskontrolle Pick & Place 26.02.2013 32
Bsp. Automotive: Bauteil Bei dieser Applikation sollen an einem Schalter verschiedene Rastnasen und Federn auf Anwesenheit kontrolliert werden. Insgesamt sollen 11 Merkmale geprüft werden. 33
Bsp. Automotive: Aufbau Um die Abfragen prozesssicher lösen zu können wird empfohlen das Objekt in zwei Bereiche zu unterteilen und mit jeweils einer Kamera zu prüfen. Es wurde hierzu jeweils ein VISOR V10 mit integriertem 12 mm Objektiv eingesetzt. Für eine stabile und sichere Auswertung wird der Versuch in der Durchlichtanordnung aufgebaut. Die Vision-Sensoren werden wie folgt abgebildet senkrecht zum Objekt ausgerichtet. 26.02.2013 34
Bsp. Automotive: Aufbau Der Abstand zwischen Kamera und Objekt beträgt 250 mm. Hintergrundbeleuchtung 26.02.2013 35
Bsp. Automotive: Ergebnisse Aufgrund der Durchlichtbeleuchtung erhält man ein kontrastreiches Bild. Mittels Kontrastdetektoren kann an den entsprechenden Positionen der Rastnasen und Federn auf deren Vorhandensein geprüft werden. Bildausschnitt 1 26.02.2013 36
Bsp. Automotive: Ergebnisse Die Anzahl der Detektoren hängt bei der Prüfung von der Anzahl der Merkmale ab. Jeder Detektor kann separat ausgewertet, bzw. alle Detektoren zu einem Gesamtergebnis verknüpft werden. Bildausschnitt 2 26.02.2013 37
Bsp. Kunststoff: Aufgabe Erkennen von auf Kunststoff aufgedruckter Schrift Unterschiedliche Aufdrucke Aufdrucke können verschiedenfarbig sein Kunststoff kann verschiedenfarbig sein 26.02.2013 38
Bsp. Kunststoff: Aufbau Dunkelfeldbeleuchtung von der Seite um Reflektionen zu vermeiden Beleuchtung mittels diffusem weißen Flächenlicht 26.02.2013 39
Bsp. Kunststoff: Erkennung des Aufdrucks Kontrastdetektoren IO Kontrastdetektoren NIO 26.02.2013 40
Bsp. Kunststoff: Lagerichtigkeit 26.02.2013 41
Bsp. O-Ring: Aufgabe An Scheideringen soll die Montage von O-Ringen geprüft werden. Auf der Anlage werden 6 Varianten verarbeitet, welche sich in Ihren Abmaßen unterscheiden. 26.02.2013 42
Bsp. O-Ring: Aufbau Für diesen Versuch wurde ein VISOR V10 Objektsensor eingesetzt. In der Durchlichtanordnung kann die Anwesenheit des O- Ring geprüft werden. Der Arbeitsabstand zum Objekt betrug mit einem integrierten 12 mm Objektiv 95 mm. Um eine bessere Beleuchtung zu erzielen, wurde der Bereich rechts und links des Schneidringes abgedeckt. So werden störende Reflektionen minimiert. 26.02.2013 43
Bsp. O-Ring: Ergebnisse Grundlage der Auswertung ist die Nut in der der Ring montiert wird. Wird der Ring nicht montiert, bleibt die Nut frei. Eine Lagenachführung gleicht Positionierungsabweichungen aus. IO NIO 26.02.2013 44
Bsp. Montagekontrolle: Aufgabe Bei dieser Applikation soll geprüft werden, ob der Gehäusedeckel korrekt montiert wurde. die Verlötung vorhanden ist Es gibt mehrere Varianten des Bauteils. Der Deckel ist immer an der gleichen Position. 26.02.2013 45
Bsp. Montagekontrolle: Aufbau Deckel Es wurde ein VISOR V10 Objektsensor eingesetzt. Der Vision-Sensor wurde senkrecht zum Objekt ausgerichtet. Mittels Lichtschnittverfahren erhält man eine stabile, prozesssichere Beleuchtung. 26.02.2013 46
Bsp. Montagekontrolle: Ergebnisse Deckel Über das Lichtschnittverfahren erhält man eine Höheninformation. Wenn der Deckel plan abschließt, erhält man eine gerade Linie. Schließt der Deckel nicht sauber mit dem Gehäuse ab, kann man einen Sprung in der Linie detektieren. IO, Linie ohne Sprung NIO, Linie mit Sprung 26.02.2013 47
Bsp. Montagekontrolle: Aufbau Lötkontrolle Es wurde ein VISOR V10 Objektsensor eingesetzt. Mit dem integriertem 6 mm Objektiv erhält man bei einem Abstand von 70 mm ein Sichtfeld von 40 x 30 mm. Der Vision-Sensor wurde senkrecht zum Objekt ausgerichtet. 26.02.2013 48
Bsp. Montagekontrolle: Ergebnisse Lötstelle Mit einer Hellfeldbeleuchtung werden die Lötpunkte mit einem deutlichen Kontrast zu den Leiterbahnen abgebildet. Mit dem Detektor Kontrast kann dies je Leiterbahn geprüft werden. Um kleine Positionsänderungen auszugleichen, kann eine Lagenachführung konfiguriert werden. IO, alle Lötpunkte vorhanden NIO, alle Lötpunkte fehlen NIO, ein Lötpunkte unten rechts fehlt 26.02.2013 49
Bsp. Positionierung: Aufgabe Bei Halteblechen soll die Drehlage bestimmt werden. Der Abstand des Vision-Sensors zum Objekt soll ca. 300 mm betragen. 26.02.2013 50
Bsp. Positionierung: Aufbau Es wurde eine VISOR V10 Objektsensor eingesetzt. Um bei dem Arbeitsabstand von ca. 300 mm eine optimale Sichtfeldausnutzung zu erhalten, wurde die Version mit dem integrierten 25 mm Objektiv verwendet. Als Beleuchtung wurde die integrierte Rotlichtbeleuchtung verwendet. Der Vision-Sensor wurde senkrecht zum Objekt ausgerichtet um die totale Reflexion des Materials auszunutzen. Der Hintergrund wurde dunkel gewählt. Reflexionen im Hintergrund könnten die Erfassung beeinträchtigen. 26.02.2013 51
Bsp. Positionierung: Ergebnisse Mit dem Detektor Kontur kann die Außenkontur des Halteblechs als Referenz hinterlegt werden. Der Detektor ermöglicht es, Objekte mit 360 Rotationstoleranz zu finden. Die Ergebnisse können über Ethernet bzw. einer seriellen Schnittstelle ausgegeben werden. 26.02.2013 52
Bsp. Positionierung: Ergebnisse 26.02.2013 53
Bsp. Zuführung: Aufgabe Zwei Varianten an Ringen (wellig, rund) Bestimmung der Lage und Variante Produkt: VISOR V10 Objektsensor Abstand: 50 mm Detektoren: 8 x Kontur-Detektor Auf Grund der nicht-symmetrischen Form der Zapfen an den Ringen ergeben sich pro Variante vier mögliche Positionen. 26.02.2013 54
Bsp. Zuführung: Bauteillagen Variante 1: Wellig Variante 2: Rund 26.02.2013
Bsp. Zuführung: Ergebnis 26.02.2013 56
26.02.2013 VISOR Code Leser Für 2D Codes und 1D Codes Klarschriftlesung mit OCR Einfache Anbindung an PC- / SPS-Umgebungen Produktkennzeichnung/- identifikation Produktverfolgung (Tracking) Ermittlung von standardisierten Qualitätsparametern 57
VISOR Solarsensor Position und Drehlage des Wafers und der Busbars Abmessung des Wafers Qualität, Ausbrüche Automatische, hochpräzise Konturermittlung (Subpixel-Auflösung) 26.02.2013 58
Eyesight Vision-System Bildverarbeitungspaket mit Smart Camera Programmierung per Drag & Drop Komplexe, iterative Verknüpfung von Einzelprüfungen Programmierung eigener Funktionen Frei programmierbares Datenprotokoll 59
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