Bildverarbeitung im Einsatz -  Anwendungsbeispiele aus zahlreichen Branchen

BILDVERARBEITUNG IM EINSATZ

Kundenreferenzen & Anwendungsbeispiele aus zahlreichen Branchen

3D-Bildverarbeitung für den sicheren Gurt - Sortierung von Kunststoffteilen

September 2015

Mit Hilfe eines 3D-Bildverarbeitungssystems prüft die Lutz GmbH Bauteile für Kfz-Gurtrückhaltesysteme. STEMMER IMAGING lieferte dem Unternehmen die dafür erforderlichen Bildverarbeitungskomponenten und unterstützte es bei der Realisierung ihrer ersten 3D-Anlage.

Auf den ersten Blick lässt sich die Funktionalität des unscheinbaren weißen Kunststoffteils nicht erkennen, das in den Inspektionsanlagen der Lutz GmbH im schwäbischen Alfdorf geprüft und sortiert wird. Es hat jedoch als Teil eines Gurtrückhaltesystems in Kraftfahrzeugen eine wichtige und im Ernstfall lebensrettende Aufgabe. „Die Grundflächen dieser Kunststoffelemente des Sicherheitsgurts müssen absolut plan sein, um ihre Funktion korrekt erfüllen zu können“, erklärt Geschäftsführer Günther Lutz eine wesentliche Anforderung an die Prüfung. „Darüber hinaus muss hundertprozentig sichergestellt sein, dass die Teile keine Risse oder Grate aufweisen“, ergänzt Michael Müller, der als technischer Experte für den Aufbau der Prüfanlage verantwortlich war.

Manuell ließen sich die Kunststoffteile nur schwer zu kontrollieren, und bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von 40 Teilen pro Minute war schnell klar: Diese Aufgabe kann nur durch ein leistungsfähiges Bildverarbeitungssystem gelöst werden. Die Randbedingungen für die Entwicklung der Inspektionsanlage waren dabei alles andere als einfach, denn zum einen gehören Planaritätsprüfungen zu den anspruchsvolleren Tests für die Bildverarbeitung, und zum anderen lag aufgrund des weißen Kunststoffs eine deutliche Lichtstreuung vor, was die Bildauswertung erschwerte.

„Wir hatten uns bereits einige 2D-Bildverarbeitungsansätze sowie kompakte, intelligente 3D-Systeme angesehen und diese getestet, konnten die Aufgabe damit aber nicht lösen“, erinnert sich Müller. „Eine Lösung fand sich dann erst, als wir uns für die Prüfung der Teile an die 3D-Bildverarbeitung auf Triangulationsbasis heranwagten. Auf diesem Feld hatten weder ich noch andere Kollegen hier im Unternehmen bisher Erfahrungen gesammelt, doch mit der Unterstützung der Experten von STEMMER IMAGING konnten wir dann letztendlich doch schnell ein passendes System entwickeln.“

Erfolg mit 3D-Bildverarbeitung

Das System, das Lutz im Endausbau zur Prüfung der Kunststoffteile realisiert hat, besteht aus folgenden Bildverarbeitungskomponenten: Ein linienförmiger Laser des Herstellers Z-Laser beleuchtet die Bauteile, die über ein Transportband durch die Prüfmaschine geführt werden. Eine 3D-Kamera von Automation Technology ist mit einem Winkelversatz zur Laserlinie über dem Band montiert und nimmt die Laserprofile nach dem Triangulationsprinzip auf. Common Vision Blox, die Bildverarbeitungsbibliothek von STEMMER IMAGING, ist an dieser Bildakquisition beteiligt und stellt den Treiber für den Einzug der 3D-Bilder zur Verfügung.

Die so aufgenommenen 3D-Bilder werden mit Hilfe der 3D-Bildverarbeitungssoftware 3D Express von Aqsense metrisch kalibriert und in 3D-Punktewolken überführt. Darauf erfolgt wiederum in 3D Express ein Ebenenfit sowie die Rückprojektion des 3D-Bildes in ein 2D-Grauwertbild in die gefittete Ebene. Dieses 2D-Bild enthält weiterhin die metrisch kalibrierten Koordinaten des Prüfobjekts, kann aber im nächsten Schritt mit konventionellen 2D-Werkzeugen ausgewertet werden. Eine Grauwertstufe entspricht dabei einer Höhe von wenigen µm.

Die Auswertung der auf diese Weise umgerechneten Bilder erfolgt mit der Bildverarbeitungssoftware Sherlock von Teledyne DALSA, die Müller besonders lobend hervorhebt: „Wenn ein Unternehmen wie unseres Maschinenbauprojekte umsetzt, ist die Kombination aus 3D Express und Sherlock die optimale Plattform. Die beiden aufeinander abgestimmten Werkzeuge bieten eine riesige Flexibilität und erlauben das Umrechnen von verschiedenen Datenstrukturen sowie eine einfache Kalibrierung.“ Den Prüfablauf für die Inspektion der Sicherheitsgurtelemente mit Sherlock hat Müller selbst erstellt und ist seitdem begeistert von dieser Technik: „Mich interessiert 3D-Bildverarbeitung sehr und ich möchte sie gerne künftig auch in anderen Maschinen einsetzen, wo es technisch Sinn macht.“

Im beschriebenen System laufen die Teile zunächst auf dem Transportband weiter durch die Maschine und werden am Ende der Förderstrecke ausgeblasen. Je nach Beurteilung des Bildverarbeitungssystems landen sie dort in Behältern für Gut- oder Schlechtteile, für die im System eine maximale Stückzahl eingegeben werden kann. Sobald die maximale Füllmenge eines Behälters erreicht ist, stoppt die Maschine und zeigt dem Anlagenbediener an, dass ein Kistenwechsel erforderlich ist.

„Wir sind mit dieser Anlage bisher komplett reklamationsfrei, d.h. alle Teile, die wir als gut erkannt haben, waren auch tatsächlich in Ordnung“, freut sich Geschäftsführer Lutz über das Ergebnis der Entwicklung. Bei bisher rund 6 Millionen geprüften Teilen hat er allen Grund, stolz und mit der Leistung der Anlage zufrieden zu sein.

Schnelle Realisierung der Anlage

Sehr zufrieden äußern sich Lutz und Müller über die Zusammenarbeit mit STEMMER IMAGING. Besonders positiv empfand ich die schnelle Realisierung des Bildverarbeitungsteils der Anlage. An die für unsere Anwendung optimalen Komponenten haben wir uns nach der ersten Kontaktaufnahme mit STEMMER IMAGING in Form einer Machbarkeitsstudie im Labor in Puchheim herangetastet und so die finale Kombination zusammengestellt“, beschreibt Müller die Entwicklungsphase. Sehr hilfreich war dabei nach seinen Worten die Unterstützung in Bezug auf die 3D-Bildverarbeitung, die für Müller ja Neuland darstellte. „Zwischen der Bestellung der ausgewählten Bildverarbeitungskomponenten und dem Start des Serienbetriebs lagen dann gerade einmal drei Monate – das hat meine Erwartungen übertroffen“, so Müller. Möglich wurde die schnelle Realisierung auch dadurch, dass mit 3D Express und Sherlock eine aufeinander abgestimmte Kombination zweier Softwarelösungen mit grafischer Benutzeroberfläche zur Verfügung steht. Damit kann die 3D-Bildaufnahme und metrische Kalibrierung mit der eigentlichen Bildauswertung einfach konfiguriert werden, ohne dass Programmierkenntnisse notwendig wären. Das eröffnet einen leichten und schnellen Zugang zu Lösungen, die ohne 3D-Bildverarbeitung nicht möglich wären.

Die gewonnene Zeit hat der Abteilungsleiter in die Optimierung der Anlage bei der Prüfung anderer Prüfobjekte investiert. „Als Lohnsortierer steht die Lutz GmbH ja vor der besonderen Herausforderung, dass die Maschinen schnell auf neue oder bereits zu einem früheren Zeitpunkt gelaufene Prüfobjekte eingestellt werden müssen“, erläutert Müller. Ein wichtiges Ziel sei dabei die Reproduzierbarkeit: „Die Ergebnisse müssen auch dann noch stimmen, wenn die Maschine zwischenzeitlich für eine andere Prüfaufgabe umgerüstet und im Einsatz war.“

Müller hat bereits Ideen für die Weiterentwicklung dieser und anderer Anlagen: „Wir planen, das System noch zu erweitern und z.B. mehrere Ausgänge für verschiedene Gutteile einzubauen. Damit könnten wir dann auch eine feinere Sortierung von ähnlichen Produkten realisieren.“ Durch verschiedene Optimierungen will Müller außerdem die Geschwindigkeit der Anlage bis auf 60 Teile pro Minute steigern und eine schnellere Umstellung auf andere Prüfobjekte realisieren.

Zudem hat Müller während der Zusammenarbeit mit STEMMER IMAGING ein neues System kennen gelernt, das er gerne in künftigen Anlagen einsetzen will, wenn es technisch Sinn macht: Trevista habe ich mir während einer Schulung in Puchheim genauer angesehen und bin von diesem Ansatz überzeugt. Ich sehe dafür auch viel Potenzial für unsere Anlagen.

Die gesamte 3D-Bildverarbeitungssystem bei der Lutz GmbH im Überblick

Aqsense

Girona, Spain

Die spanische Firma Aqsense entwickelt Software für die 3D-Bildaufnahme und Verarbeitungs-Technologien für die hundertprozentige High-Speed-Kontrolle in der Bildverarbeitung.

Automation Technology

Bad Oldesloe, Germany

Die 1998 gegründete Firma AT - Automation Technology GmbH mit Sitz in Bad Oldesloe ist Hersteller von Hochgeschwindigkeits-3D-Sensoren für die industrielle Bildverarbeitung.

STEMMER IMAGING

Puchheim, Germany

STEMMER IMAGING ist seit 1987 in der industriellen Bildverarbeitung tätig und mittlerweile Europas größter Technologie-Anbieter in diesem Bereich. 1997 stellte STEMMER IMAGING mit Common Vision Blox (CVB) eine leistungsstarke Programmierbibliothek vor, die eine schnelle und zuverlässige Entwicklung und Implementierung von Bildverarbeitungslösungen ermöglicht und inzwischen weltweit über 40.000 mal in verschiedensten Branchen erfolgreich im Einsatz ist.

Teledyne DALSA

Waterloo, Canada

Die kanadische Teledyne DALSA Inc., ein Unternehmen der amerikanischen Teledyne Technologies Inc., liefert für den Bereich der digitalen Bildverarbeitung ein enormes Produktspektrum. Neben universellen Zeilenkameras umfasst es technologische Highlights wie TDI-Zeilen- (Time Delay Integration), Multi Tap-, High Speed-, Flächen- und hochauflösende Kameras. Daneben zählen PCI-Bilderfassungsboards, Embedded Processing-Systeme bis hin zu intelligenten IPD-Kompakt-Systemen zu den Komponenten für alle Aufgaben in der industriellen Qualitäts-, Vollständigkeits- und Fehlerkontrolle.

Z-Laser

Freiburg, Germany

Z-Laser bietet eine große Bandbreite von leistungsstarken, industriegetesteten Lasermodulen und -systemen, die u.a. in der Textil- und Lederindustrie, Holz-, Stein- und Metallverarbeitung, im Flug-, Fahrzeug- und Formenbau, sowie auch in medizinischen Anwendungen zum Einsatz kommen.

Teledyne DALSA Sherlock - Bildverarbeitungs-Software für den industriellen Einsatz
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