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27. Oktober 2011

Die aktuellen Trendthemen zur Vision

Beitrag aus openautomation 5/2011


Als größtes IBV-Event fördert die Vision jedes Jahr eine ganze Reihe Neuheiten zutage. 2011 stehen Themen, wie 3-D-Prüfverfahren, neue Datenschnittstellen, erweiterte Anwendungsgebiete für Vision-Sensoren, höhere Auflösungen bei Kamerasystemen und vieles mehr auf dem Innovationsprogramm.


Einen Schwerpunkt der diesjährigen Vision in Stuttgart bilden 3-D-Prüfverfahren. Diese erfreuen sich derzeit großer Nachfrage: Deutsche und europäische Branchenumfragen des VDMA, Fachbereich Ma­chine Vision, sowie der European Machine Vision Association (EMVA) haben ergeben, dass im Zeitraum von 2008 auf 2009 ein sprunghafter Anstieg von 10 % auf 15 % beim Anteil der 3-D-Messaufgaben erfolgt ist. Auf die europäische Bildverarbeitungsindustrie bezogen waren es sogar 16 %.

„In einer Zeit, in der elektronische Bauteile jeglicher Art immer komplexer und dabei immer kleiner werden, stoßen herkömmliche 2-D-Prüfverfahren an ihre Grenzen, da sie nicht das gesamte Fehlerspektrum wie etwa eine falsche Pinhöhe abdecken“, sagt Dieter A. Riehl, geschäftsführender Gesellschafter von Sirius Advanced Cybernetics (SAC). Und beim Löten von SMD-Bauteilen komme es ganz entscheidend auf deren Koplanarität an. „Um diese zu gewährleisten, ist eine Vermessung in allen drei Raumachsen x, y und z unumgänglich“, sagt er weiter. Das ist nur eines von vielen Beispielen, in denen dreidimensionale bildverarbeitende Prüfverfahren ihre Vorteile ausspielen.


3-D-Highlights

Auf der diesjährigen Vision werden unter anderem neue 3-D-Bildverarbeitungsprodukte, -Systeme und Applikationslösungen zu sehen sein. Hierzu gehören neben Vorrichtungen für die 3-D-Bildaufnahme Softwaretools für die Auswertung und Darstellung der 3-D-Daten. Dr. Tobias Henzler, Technologiespezialist für 3-D bei Stemmer Imaging, unterscheidet drei grundsätzliche 3-D-Bildaufnahmeverfahren. „Beim Triangulationsverfahren werden die geometrischen Daten ausgewertet“, nennt er das erste. Dazu zählt er Stereo-Vision, Laser-Lichtschnitt, Shape-from-Shading und Streifenprojektion. „Die zweite Verfahrensweise nutzt die Wellenlänge des Lichtes aus, wie Fokusvariation und Interferometrie. Und die dritte misst die Laufzeit des Lichts, etwa Laser-Scanner und Time-of-Flight (TOF)“, erklärt er weiter. Dabei bestimmt die Anwendung das Verfahren.

Als großen Vorteil der 3-D-Bildaufnahme und -verarbeitung nennt Dr. T. Henzler, dass Merkmale und Fehler in Freiformoberflächen erfasst werden können, ohne dass Form, Farbe oder Textur der Oberfläche große Schwierigkeiten bereiten. Außerdem würde man eine metrische Höheninformation erhalten, die die 2-D-Bildverarbeitung nicht bieten kann. Als Beispiel nennt er die Inspektion von Klappkisten aus dem Logistikbereich. Hier konnten neben Verschmutzungen der Oberflächen auch Defekte in der Klappmechanik der grauen Kisten detektiert werden, die sich dann in einer Waschstraße rechtzeitig aussortieren ließen. Zum Einsatz kamen dabei Hochgeschwindigkeits-Triangulationskameras der Serie C4 von Automation Technology sowie Linienlaser von Z-Laser.

Ein ganz wichtiger Punkt liegt in der Einfachheit der Integration von 3-D-Prüfsystemen. Darauf hat SAC bei der Entwicklung des Inline-3-D-Inspektionssystems Pulsar, das auf dem Prinzip der Streifenlichttopometrie basiert, besonderen Wert gelegt. Mit möglichst wenig Prüfaufwand sollten Ergebnisse schnell und genau ermittelt werden können. Auf der Vision 2011 demonstriert SAC, wie der neue Pulsar Sensor Head berührungslos und ohne bewegte Teile die exakten 3-D-Daten der Lötanschlüsse von SMD-Bauteilen errechnet und daraus ein genaues 3-D-Modell des Prüflings erstellt. Das geschieht mithilfe von hoch optimierten Auswertealgorithmen. Neben der Koplanaritätskontrolle kann das System auch weitere Aufgaben, wie Pitch-Ermittlungen, durchführen. „Mit dem neu entwickelten Pulsar Sensor Head steht ein betriebsbereiter, vorkalibrierter, kompakter Messkopf zur Verfügung, mit dem insbesondere die nachträgliche Integration einer Prüfstation in eine Produktionsanlage sehr einfach wird“, sagt Sarah Klug, zuständig für Marketing und PR bei SAC.

„Die Erfahrungen, die wir in den vergangenen Jahren gesammelt haben, zeigen uns, dass quer durch alle Indus­triebranchen die Nachfrage an 3-D-Bildverarbeitungslösungen steigt“, so Jan-Erik Schmitt, Geschäftsführer Vertrieb bei Vision Components. Deren Umsetzung scheitere allerdings oft noch am Preis für die 3-D-Technik, sodass viele Anwender schließlich doch wieder auf 2-D-Lösungen ausweichen würden, die sich dann nur mit großem Aufwand verwirklichen ließen. Deshalb hat Vision Components die frei programmierbare 3-D-Smart Kamera VC Nano 3D entwickelt, die mit dem Laser-Triangulationsverfahren arbeitet und laut Hersteller einen günstigen Einstieg in 3-D-Projekte bietet.

Mit Blick in die Zukunft erwarten Experten, dass die 3-D-Bildverarbeitung langfristig typische 2-D-Applikationen weitläufig ablösen wird. Als Gründe dafür werden ihre absolute Genauigkeit und Zuverlässigkeit angegeben. Zudem soll es immer mehr hybride Lösungen geben, wodurch 2-D- und 3-D-Bildverarbeitung verschmelzen. „Für uns liegt die Zukunft in Bildverarbeitungslösungen, die in der Lage sind, als kompakte Stand-alone-Systeme beliebig viele Aufgaben zu bewältigen“, meint J.<>E. Schmitt. Neue Technologien, 3-D-Algorithmen sowie einfachere Schnittstellen und somit verbesserte Bedienbarkeit hätten laut Dr. T. Henzler dazu beigetragen, dass die 3-D-Bildaufnahme immer mehr akzeptiert werde: „Die Bilanz unseres im Juni abgelaufenen Geschäftsjahres 2010/2011 hat gezeigt, dass die 3-D-Bildverarbeitung überdurchschnittlich zugelegt hat. Wir erwarten, dass dieser Trend auch in den nächsten Jahren anhalten wird.“ „Wir arbeiten daran, dass die dritte Dimen­sion im Bereich Machine Vision bald ebenso selbstverständlich wird, wie sie es im Unterhaltungs und Multimedia­bereich bereits ist“, resümiert D. A. Riehl.

Die Kamera-Highlights
Kameras werden immer schneller und hochauflösender, wobei sich bei den Bildsensoren die CMOS-Technologie gegenüber der CCD-Technologie zunehmend durchzusetzen scheint. So führt Basler zur Vision 2011 eine neue Zeilenkamera-Familie ein. „Dank neuester Cmos-Technologie liefert sie eine sehr gute Bildqualität“, so Hennig Tiarks, Leiter Produktmanagement bei Basler. Zunächst sind Modelle mit 2k und 4k Auflösung wahlweise mit Camera-Link- oder „GigE“-Schnittstelle erhältlich. Sie erreichen Zeilenraten von bis zu 48 kHz mit GigE und 80 kHz mit Camera-Link. „Im nächsten Jahr werden weitere Modelle mit höheren Auflösungen folgen“, verrät H. Tiarks.

Auf Cmos-Sensoren setzt auch Baumer mit der neu entwickelten Matrix-Kamera-Serie HXG. „Selbst aktuelle Kameras mit hochwertigen CCD-Sensoren werden hinsichtlich der Sensitivität übertroffen“, so Mirko Benz, Produktmanager bei Baumer. Die Auflösung von 2.048 × 2.048 Pixel erlaubt die Inspektion sehr kleiner Details. „Damit kommen wir den Anforderungen der Industrie nach hoher Auflösung und Bildrate bei exzellenter Bildqualität nach, um Produktqualität und Durchsatz in Automatisierungslösungen zu optimieren“, informiert er weiter. Eine „Dual-GigE“-Schnittstelle sorgt für schnelle Datenübertragung und einfache Integration.
Gesteigertes Datenvolumen bei der Bildaufnahme fordert wiederum schnellere Datenschnittstellen. Hierzu wurden erst kürzlich neue Standardlösungen wie „CoaX-Press“ ins Leben gerufen. Auf der Messe werden erste Produkte offeriert, wie die High-Speed-Kamera Q-2A340 der Quartz-Series von Adimec. Sie liefert bis zu 340 fps bei 2.048 × 1.088 Pixel Auflösung mit 10 bit pro Pixel. Dabei handelt es sich um eine Cmos-basierte Flächenkamera und laut Hersteller mit CCD-Bildqualität. Wahlweise wird die Kamera mit 10-tap-Camera-Link- oder der Dual-„CoaXPress“-Schnittstelle ausgeliefert.

Bei der Datenübertragung über „CoaXPress“ muss die Kamera über einen Framegrabber an den Host angeschlossen werden. Auch hier gibt es erste Produkte auf der Messe zu sehen, zum Beispiel die Karbon-CXP-Framegrabber-Serie von Bit-Flow. Über ein 75-Ω<>Koaxkabel lassen sich sowohl Bilddaten, Kommunikations und Steuerdaten als auch die Stromversorgung übertragen. Karbon-CXP unterstützt eine Datenübertragungsgeschwindigkeit pro Kabel zwischen Kamera und Host (downlink) von bis zu 6,25 Gbit/s und uplink 20 Mbit/s für Kommunikations- und Steuerungsdaten. Die Leitungslänge kann bis zu 135 m betragen.
Eine Smart Kamera als Steuerung wird Festo vorstellen. Die intelligente „SBO..-Q“-Kamera ist auf dem Frontend eines elektrischen Ausleger-Handlings montiert. Statt der zu prüfenden Objekte, wird die Kamera bewegt. Dabei übernimmt sie mittels integrierter speicherprogrammierbarer Steuerung (SPS) die komplette Steuerung des Handlings. „Eine zusätzliche Steuerung ist so nicht notwendig. Die gesamte Anlage ist damit weniger komplex und Prüfvorgänge an Bauteilen lassen sich schneller und mit geringerer Fehlerquote ausführen“, sagt Hansjörg Hutt aus der Projektierung Machine Vi­sion bei Festo.


Vision-Sensoren

Der Markt für Vision-Sensoren hat sich in den vergangenen Jahren rasant entwickelt. Ihr Vorteil: Sie sind kompakt, robust, werden immer intelligenter und sind ohne hohes Know-how zu implementieren. Cognex hat das Anwendungsspektrum seiner Vision-Sensoren Checker erweitert. Das betrifft die Taktraten bei der Teileanwesenheits-, Vollständigkeits-, und Maßhaltigkeitskontrolle, aber auch die vereinfachte Installation und Programmierung. Der neue Checker 4G ist jetzt auch mit farbigen Beleuchtungs- und Polarisierungsoptionen erhältlich.

Weitere Informationen unter
www.baumer.com,
www.baslerweb.com,
www.cognex.de,
www.festo.de,
www.sac-vision.de,
www.stemmer-imaging.de,
www.vision-components.de und
www.messe-stuttgart.de/VISION.

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