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Industrielle Bildverarbeitung

Eine Automatisierungstechnik der Zukunft

Der Begriff Industrielle Bildverarbeitung bezieht sich auf ein Einsatzgebiet der Bildverarbeitung: Hierbei handelt es sich um die visuelle Überwachung industrieller Produktionsprozesse, so beispielsweise die automatisierte Überprüfung von Einzelteilen und -schritten bei der Fertigung. Die Optische Bildverarbeitung findet daher vor allem in der Qualitätskontrolle der Produktherstellung Anwendung. Sie dient aber auch der Videoüberwachung sowie der Mustererkennung und Objekterkennung. Aufgrund ihrer Möglichkeiten zur autonomen elektronischen Überwachung zählt die Optische Bildverarbeitung zu den Automatisierungstechniken der Zukunft.

Industriekameras für unterschiedliche Prüfaufgaben

Neben einem Bearbeitungssystem umfasst die benötigte Hardware für die Industrielle Bildverarbeitung Komponenten wie Kamera, Rechner und Belichtung.
Die Kamera dient der Aufnahme statischer oder bewegter Bilder zur anschließenden Verarbeitung auf dem Rechner. Am Markt gibt es diverse Kameras für unterschiedliche Prüfaufgaben. Eingesetzt für einfache Überwachungsaufgaben oder messtechnische Aufgabenstellungen zur Qualitätskontrolle mittels Bildverarbeitung, bestechen sie durch ihrer Robustheit und Bildqualität. Im Gegensatz zu handelsüblichen Kameras haben Industriekameras üblicherweise keine Bedienelemente wie Drücker oder Schalter. Inzwischen dominieren am Markt Kameras mit digitaler Schnittstelle wie USB oder FireWire. Ein wichtiges Anliegen hierbei ist die Durchsetzung von Standards. Diese gewährleisten im Idealfall die Austauschbarkeit von Kameras verschiedener Hersteller und Ausprägungen. Neueste Entwicklungen integrieren den Prozess der Bildverarbeitung sogar direkt in die Kamera – zur Reduktion des zu übertragenden Datenvolumens auf der Schnittstelle. Digitale Ein- und Ausgänge übernehmen eigenständig einfache Steuerungsaufgaben, so beispielsweise das Aussortieren fehlerhafte Teile.

Von Lageerkennung bis Defekterkennung – Machine Vision

Die Optische Bildverarbeitung erfordert die Verarbeitung sehr großer Datenmengen in Echtzeit. Schließlich umfasst die Bildverarbeitungskette den Prozess von Speicherung, Abbildung, Beleuchtung, Übertragung und Digitalisierung. Zu den Verarbeitungsschritten der Bildaufnahmen gehören Segmentierung, Labeling und Klassifizierung. Sie schaffen die Basis für die darauffolgende Auswertung. Aufgrund der Komplexität des Prozesses braucht es schnelle und zuverlässige Embedded Computer. Diese Bildverarbeitungssysteme, das haben wir bereits gehört, finden vor allem in der Qualitätskontrolle der Fertigung Anwendung. Ihre Anwendungsgebiete reichen von Klarschriftlesung über Oberflächenprüfung, Schweißnahtprüfung, Deformationserkennung und Track and Trace bis hin zu Robot/Machine Vision. Letztere ist eine Form des Maschinellen Sehens zur Lösung von sich an den Fähigkeiten des menschlichen visuellen Systems orientierenden Aufgabenstellungen. Eingesetzt wird Machine Vision als Form der Automatischen Optischen Inspektion vor allem in den Bereichen Qualitätssicherung und Automatisierungstechnik.
Ob Lageerkennung, Mustererkennung, Defekterkennung oder Objekterkennung: Machine Vision liefert eine wirtschaftlich sinnvolle Lösung visueller Aufgabenstellungen. Hierbei wesentlich sind Algorithmen aus der Bildverarbeitung, so beispielsweise die Segmentierung oder das Verfahren der Mustererkennung beziehungsweise Objekterkennung zur Klassifizierung. In industriellen Umgebungen dient Machine Vision der Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung, so beispielsweise auf einem Förderband. In dieser Form verkleinern Bildverarbeitungssysteme die Fehlerquote des Endprodukts um gleich mehrere Zehnerpotenzen.

Positives Image und verbesserte Kundenbindung

Eine Qualitätssicherung mit Hilfe Industrieller Bildverarbeitung dient der Festlegung und Erhaltung von Qualitätsstandards. Es handelt sich um einen Sammelbegriff für Ansätze und Methoden, basierend auf der Verwendung verschiedener Werkzeuge wie Vision, Ökonomiekarte, Prozessbeschreibung und Optimierungskreislauf. Im Wesentlichen geht es um die Kontrolle eines zuvor fest definierten Qualitätsmaßes. Wird dieses nicht erreicht, ist das Ausscheiden beziehungsweise Nachbessern der entsprechenden Produkte oder Dienstleistungen die Folge. Eine erfolgreiche Qualitätskontrolle, so beispielsweise in Form Optischer Bildverarbeitung beziehungsweise Industrieller Bildverarbeitung, sorgt für positive Effekte wie ein positives Image oder eine verbesserte Kundenbindung. Übrigens beschreibt der Begriff Qualitätssicherung im Gegensatz zum Qualitätsmanagement nicht die Optimierung eines ganzen Systems mitsamt sämtlicher Elemente der Wertschöpfungskette. Vielmehr nimmt dieser Teilaspekt des Qualitätsmanagements „lediglich“ die Qualität des Endprodukts in den Blick.

Kein Produkt von der Stange

Prinzipien der Optischen Bildverarbeitung beziehungsweise Industriellen Bildverarbeitung kommen immer dann vorteilhaft zum Einsatz, wenn es um die parallele Verarbeitung ganzer Muster oder Zeichenfelder in Echtzeit geht. Im Gegensatz zu herkömmlichen digital-elektronischen Systemen sorgen sie für die Auswertung anfallenden Bildmaterials in einer wirtschaftlich vertretbaren Zeit. Daher finden Bildverarbeitungssysteme – neben der Qualitätskontrolle in der Fertigung – auch in der Medizin, der Fernerkundung sowie der Verkehrs- und Sicherheitstechnik Verwendung.

Übrigens: Für die meisten Anwendungen ist ein Bildverarbeitungssystem kein Produkt von der Stange. Vielmehr verlangt die eingesetzte Hardware eine anwendungsspezifische Anpassung. Aufgaben eines Bildverarbeitungssystems sind die Handhabung, das Bildverstehen, die Bildverbesserung, die Identifikation von Werkstücken, die Überwachung von Räumen oder Einrichtungen sowie die Durchführung von Prüf- und Messaufgaben in der Fertigung. Seine Arbeitsweise basiert auf der Bildaufnahme mit Optik, Kamera und Beleuchtung, der Digitalisierung der Daten, der Suche nach Wesensmerkmalen, der Interpretation der Ergebnisse sowie der Reaktion mit der Regelung der Maschine. Grundvoraussetzung für die korrekte Funktion des Systems ist die richtige Anordnung der Beleuchtung. Ob Auflichtverfahren oder Durchlichtverfahren – unter Ausnutzung von Licht, Schatten, Reflexion und Interferenzmuster bereitet die Auswertung der zu überprüfenden Merkmale üblicherweise keine Probleme.

Korrekturwerte zur Verbesserung der Produktqualität

Jede Kamera betrachtet ein bestimmtes Merkmal, so beispielsweise Ecken oder Löcher, am Werkstück. Die Genauigkeit des Systems ist stark abhängig von der Bildfeldgröße der Kamera. Je kleiner das Bildfeld, desto kleiner der Suchbereich – und desto genauer das Endergebnis. Zur Justierung des Bildverarbeitungssystems genügt oft ein automatischer Justierverlauf. Dieser sorgt für die Aufnahme und Abspeicherung von Vergleichsfotos in einem Raumwürfel um ein Merkmal. Aus den Vergleichsfotos berechnet ein System zur Industriellen Bildverarbeitung beispielsweise den Schwerpunkt des Merkmals. Im Falle einer Werkstückentnahme fährt das Handling in die Bildaufnahmeposition. Anschließend vergleicht die Verarbeitungseinheit Korrekturbild und Vergleichsfoto. Anhand der relativen Lageunterschiede des Merkmalschwerpunkts berechnet die Verarbeitungseinheit konkrete Korrekturwerte.

Hardware für die Industrielle Bildverarbeitung

Im Falle eines Realisierungswunsches einer Applikation im Bereich Fabrikautomation oder Inspektion mittels Optischer Bildverarbeitung beziehungsweise Industrieller Bildverarbeitung liefern Bildverarbeitungssysteme vorkonfigurierte, sofort einsatzbereite Komplettlösungen. Als Experte für Embedded Technologien bietet AXIOMTEK Ihnen basierend auf einem facettenreichen, sorgfältig abgestimmten Produktportfolio für jede Applikation das optimale System. AXIOMTEKs unkompliziert zu installierende Systeme eignen sich für den Einsatz in Automatisierungsanlagen. Schließlich werden Bildverarbeitungssysteme zunehmend zu einem festen Bestandteil automatisierter industrieller Fertigungen. Motivation für ihren Einsatz sind komplexer werdende Produkte sowie wachsende Anforderungen an Effizienz und Produktqualität. Ob Vollständigkeitsprüfung, Oberflächeninspektion oder Barcode- und Flächencodeerkennung: AXIOMTEKs Onlineshop liefert qualitativ hochwertige Produktlösungen für die automatische visuelle Prüfung und Prozesssteuerung. Sie gewährleisten die Bereitstellung objektiver Ergebnisse und Beurteilungen mit einer hohen Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit. Ganz gleich, ob allgemeine oder spezielle Anforderungen: AXIOMTEK bietet ein breites Spektrum an Hardware für individuelle und anspruchsvolle Aufgaben im Bereich Industrieller Bildverarbeitung. Das Leistungsspektrum erstreckt sich über Embedded Systeme und Single Board Computer, so beispielsweise Picos und Nanos, in Form flexibler, individuell konfigurierbarer Systeme. Sie eignen sich bestens für den Einsatz in Optischen Bildverarbeitungssystemen.

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