Bildverarbeitungssysteme
Leistung trifft Einfachheit. Eine universelle Plattform für Bildverarbeitung mit zahlreichen Funktionen für schnelle und zuverlässige Lösungen aller Ihrer Prüfanforderungen. Die Produktpalette stellt eine Komplettlösung für die Bildverarbeitung dar: Kameras, Objektive, Beleuchtung und Zubehör. Die Kombination aus ausgefeilter Technik, überragender Funktionalität und einfacher Bedienung stellt das ultimative Werkzeug für Ihre Inspektion dar.
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Produktpalette : Bildverarbeitungssysteme
Die Modellreihe VS ermöglicht dank ihrer smarten Hardwarearchitektur eine schnelle Problemlösung für eine Vielzahl von Prüfanwendungen. Die All-in-One Kamera ist mit einer neuen Funktion zur Erstellung optimaler Bilder ausgestattet, Darüber hinaus bietet sie eine Vielzahl von Funktionen sowohl für AI als auch für regelbasierte Prüfungen und eine neue Software für eine schnelle Einrichtung von Prüfprogrammen.
Die Modellreihe CV-X ist ein innovatives, benutzerfreundliches Bildverarbeitungssystem, das mit Hochgeschwindigkeitskameras Inspektionsaufgaben in allen Fertigungsindustrien löst. Das Bildverarbeitungssystem CV-X umfasst Kameras und Beleuchtung, um Teile in der Fertigungslinie stabil abzubilden und so die Effizienz zu steigern und die Qualität zu sichern. Zu den belieferten Branchen gehören die Automobil-, Elektronik-, Medizin-, Lebensmittel- und Verpackungsindustrie sowie alle Prozesse, die eine Inspektion von Teilen mit hohen Stückzahlen erfordern. Zu den üblichen Anwendungen gehören die Fehlererkennung und Oberflächeninspektion, die Prüfung auf das Vorhandensein von Teilen und Merkmalen, die Überprüfung von Baugruppen, Messungen und das Lesen von Codes.
Die Modellreihe XG-X ist eine High-End Bildverarbeitung mit großer Flexibilität mit erweiterten Bildverarbeitungs- und Programmierfunktionen. Das XG-X wurde für den fortgeschrittenen Anwender entwickelt und bietet diesem Flexibilität durch die Programmierung im Flussdiagrammstil. Das Bildverarbeitungssystem XG-X unterstützt alle KEYENCE-Kameras, einschließlich Zeilenkameras und 3D-Kameras, und ist die Lösung für anspruchsvolle Prüfanwendungen sowie für Probleme mit Abweichungen zwischen einzelnen Teilen. Die Modellreihe XG-X ist außerdem mit ShapeTrax™ 3 ausgestattet, einem leistungsstarken Suchwerkzeug, das die Stabilität der Inspektion verbessert, indem es automatisch die optimalen Kontureinstellungen aus den Bilddaten konfiguriert.
Zeilenkameras nehmen das Bild Zeile für Zeile auf. Das Objekt oder die Kamera werden während der Aufnahme bewegt. Das Bildfeld im Moment der Aufnahme ist ein Schlitz von der Breite des gewünschten Bildes. Dadurch ist es möglich große Bildfelder (0,2m -6m) mit gleichmäßiger Beleuchtung zu erzeugen. Für Zeilenkameras ist die Geschwindigkeit sehr wichtig. Sie bestimmt wie schnell große Flächen erfasst werden können. Mit hoher Geschwindigkeit können auch sehr hohe Auflösungen (1µm) auf sehr kleinen Teilen realisiert werden. Die KEYENCE Zeilenkamera scannt mit 165kHz (165000 Zeilen in einer Sekunde). Kleine Defekte wie z.B. Kratzer, Schmutz und Dellen können sicher erkannt werden. Der neu entwickelte LumiTrax™-Spiegelreflexionsmodus verwendet eine Streifenbeleuchtung zusammen mit den Zeilenkameras, um Oberflächendefekte zu erkennen, die von gewöhnlichen Systemen nicht erkannt werden.
Die Hardware der 2D Robot Vision von KEYENCE hat sich zum weltweiten Standard bei der Ausrüstung von Robotern für Pick & Place- und Greiferkorrekturanwendungen entwickelt. Eine vereinfachte Bildverarbeitungsschnittstelle für Roboter, gepaart mit den von KEYENCE bereitgestellten Roboterprogrammen, ermöglicht eine einfache Plug & Play Verbindung mit allen wichtigen Roboterherstellern. Die Kamera kalibriert sich automatisch mit nur einem Klick zum Roboterkoordinatensystem. Mit leistungsfähiger Bildverarbeitungstechnologie und hochpräzisen Mustererkennungswerkzeugen sind diese Systeme bestens geeignet, um jede 2D-Positionierungsaufgabe erfolgreich und einfach zu lösen.
Produktpalette : Weiteres Zubehör
KEYENCE LED-Beleuchtungen können direkt an KEYENCE-Bildverarbeitungssysteme angeschlossen und von diesen gesteuert werden. So wird die gewünschte Beleuchtungssituation schnell erreicht, egal ob es um eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung des Prüfobjekts oder das hervoreben bestimmter Merkmale geht. Die Produktpalette reicht von bewährter Bildverarbeitungsbeleuchtung (erhältlich in Weiß, Rot und Blau) bis hin zu innovativen, leistungsstarken Beleuchtungstechniken. Die leistungsstarke Beleuchtung ermöglicht Überprüfungen, die zuvor unmöglich oder unzuverlässig waren. Die LumiTrax™-Beleuchtung ermöglicht eine Qualitätsprüfung von Oberflächen ohne Beeinflussung durch Hintergrundblendung und Muster. Die multispektrale Beleuchtung kombiniert 8 verschiedene Lichtfarben, um subtile Unterschiede und Defekte zu unterscheiden. Die Streifenprojektionsbeleuchtung ermöglicht in Kombination mit einer 2D-Kamera ein Bildverarbeitungssystem, das simultane 2D- und 3D-Bilder aufnehmen und auswerten kann.
Die Produktpalette der Objektive von KEYENCE bietet die nötige Flexibilität, um alle Installations- und Anwendungsanforderungen industrieller Bildverarbeitungskameras zu erfüllen. Wählen Sie aus Merkmalen wie hoher Auflösung, geringer Verzerrung, IP-Schutzklasse, telezentrischer Abbildung oder platzsparender Bauform das beste Objektiv, um den Bildverarbeitungssystemen optimale Rohbilder zur Verfügung zu stellen. Auch Zubehör wie Polarisations-, Kanten- und Blaufilter zur Unterstützung einer stabilen Bilderfassung durch Reduzierung von Umgebungseinflüssen gehört zum Sortiment. Schutzfilter sorgen für eine lange Lebensdauer des Objektivs, indem sie Schäden durch Verschmutzung und Wartung verhindern.
Bildverarbeitungssysteme kombinieren Industriekameras, Objektive und Beleuchtungen, um die visuelle Prüfung zu automatisieren. Man unterscheidet zwischen Controller-basierten Systemen und Smart Kameras.
Die Vision-Systeme von KEYENCE sind Controller-basiert, wodurch sie zu den schnellsten und vielseitigsten Systemen auf dem Markt gehören.
Bildverarbeitungssysteme sind auf breiter Front einsetzbar, z. B. zur Fehlererkennung, Montagekontrolle, zum Lesen von Zeichen und Codes sowie zur Positionierung für Industrieroboter.
Funktionsprinzipien und Mechanismen von Bildverarbeitungssystemen
Bildverarbeitungssysteme werden an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung angepasst. Jedes System besteht in der Regel aus einer Kamera, einer Beleuchtung und einem Controller. Im Gegensatz zu Smart Kameras benötigen Sie keinen zusätzlichen Aufwand um mehrere Beleuchtungen und Kameras zu synchronisieren. In diesem Abschnitt sind die Prinzipien der Verwendung eines Bildverarbeitungssystems für Inspektionen vorgestellt und der Prozess vom Beginn der Bildaufnahme bis zur Ausgabe der Inspektionsergebnisse erklärt.
1. Bilderfassung
Um ein Bild zu erfassen, wird ein Bauteil beleuchtet, welches dann durch ein Objektiv auf den Bildsensor der Kamera abgebildet wird. Die gesammelten Bildinformationen aus dieser Erfassung werden dann zur Bildverarbeitung und -beurteilung an den Controller übertragen.
2. Vorverarbeitung
Bevor die Bilder analysiert werden, werden durch Vorverarbeitung unerwünschte/verrauschte Eigenschaften entfernt und gleichzeitig gewünschte Merkmale in den Bilddaten hervorgehoben.
3. Messverarbeitung
Nach der Vorverarbeitung des Bildes können Inspektionen wie Messen, Positionieren, Zählen, OCR/Codelesen und Defekterkennung erfolgen.
4. Sortierung/Ausgabe
Verarbeitete Bilddaten werden verwendet, um eine OK/NG-Beurteilung durchzuführen, Messergebnisse aufzuzeichnen oder Teile zu kategorisieren. Anschließend können Bilder und Daten ausgegeben sowie die Kommunikation mit anderen Geräten hergestellt werden.
Vielfältige Anwendungen innerhalb verschiedener Branchen werden mit visuellen Prüfungen gelöst. Bildverarbeitungssysteme von KEYENCE bieten dank intuitiver Software und anpassbarer Hardware einfach zu bedienende Schnittstellen mit leistungsstarken Ergebnissen. Die richtige Auswahl von Kameras, Beleuchtungen und Steuerungen ist entscheidend für maßgeschneiderte und optimierte Inline-Prüfungen. Darüber hinaus werden die Inspektionen an die jeweilige Anwendung angepasst, um sicherzustellen, dass die richtigen Kriterien erfüllt werden.
Neben der Identifizierung von Teilen, der Erkennung von Fehlern und der Überprüfung können Bildverarbeitungssysteme auch für den wachsenden Bedarf an bildverarbeitungsgesteuerter Robotik eingesetzt werden. Die Bildverarbeitungssysteme von KEYENCE sind so konzipiert, dass sie direkt an alle gängigen Marken von Robotersteuerungen angeschlossen werden können. Durch mitgelieferte Roboterprogramme für jeden Hersteller entfällt für den Endanwender die komplizierte Roboterprogrammierung. Zu den unterstützten Marken gehören FANUC, Yaskawa, ABB, KUKA, Denso, Epson, Kawasaki, Mitsubishi, Staubli, Yamaha, Universal Robots und andere.
Vorteile von Bildverarbeitungssystemen
Die Einführung eines Bildverarbeitungssystems ermöglicht die automatische Durchführung einer 100-prozentigen Inline-Inspektion für Produkte, die sonst manuell geprüft werden müssten. Nach der Installation des Bildverarbeitungssystems sind keine zusätzlichen Kosten erforderlich und Abweichungen bei den Beurteilungsergebnissen zwischen den Bedienern können eliminiert werden.
Verbesserungen in der Bildverarbeitungssystemtechnologie haben fortschrittliche, automatisierte Inline-Prüfungen für jede Benutzerebene ermöglicht. Es ist nun möglich, 100 % der Produkte auf Hochgeschwindigkeits-Fertigungslinien zu prüfen, sodass fehlerhafte Teile vor der weiteren Verarbeitung oder Freigabe identifiziert werden können. Würden ähnliche Inspektionen manuell von Anwendern durchgeführt werden, wäre dieser Prozess langsamer und weniger zuverlässig.
Dank Hochgeschwindigkeitskameras und Bildprozessoren können mehrere Bilder unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen schnell genug für eine 100 prozentige Inline-Inspektion aufgenommen werden. Dadurch ist es möglich, mehrere Inspektionen gleichzeitig durchzuführen und mit variabler Beleuchtung komplexe oder kontrastarme Merkmale und Defekte herauszuarbeiten.
Die Verwendung eines Bildverarbeitungssystems als "Augen" eines Industrieroboters kann die Genauigkeit und Effizienz fortschrittlicher Kommissionierungsvorgänge erheblich verbessern. Das Bildverarbeitungssystem berechnet die Position eines Produkts im Koordinatensystem des Roboters und gibt diese Messungen direkt an die Robotersteuerung zur dynamischen Anpassung aus.
Bei konventionellen Industrierobotern müssen die Anwender die Koordinaten manuell mit einem Programmierhandgerät festlegen. Dieser manuelle Vorgang ist zeitaufwendig und die Genauigkeit variiert von Anwender zu Anwender. KEYENCE Bildverarbeitungssysteme können direkt mit Robotern vieler Hersteller kommunizieren, was eine einfache Verbindung und effiziente Programmierung des Roboters ermöglicht. Durch diese Verbindung werden die aufwändigen Aufgaben der Kalibrierung und Berechnung automatisiert, was die Prüfungen stabilisiert und den Zeitaufwand für die Integration reduziert.
Anwendungsbereiche von Bildverarbeitungssystemen
Fallstudien zu Bildverarbeitungssystemen in der Automobilindustrie
In der Automobilindustrie kann schon ein kleiner Defekt zu einem schweren Unfall führen. Um dieses potenzielle Risiko zu minimieren, sorgen strenge Prüfanforderungen für rigorose Qualitäts- und Sicherheitsstandards. Mit Bildverarbeitungssystemen können Anwender Qualitätsvorgaben einhalten, die Effizienz steigern, Kosten senken, die Genauigkeit verbessern und die Rückverfolgbarkeit von Bauteilprüfungen sicherstellen. Anwendungsbeispiele sind:
- Anwesenheitserkennung: Feuchtigkeitsschutzmittel auf Steuergeräten, Überprüfung der Montage von Sicherungen
- Prüfung von Qualitätsmerkmalen: DPF/OPF, Öldichtung, Motorventil, Kolbenbeschichtung und Differenzialgetriebe
- Mess-/Ausrichtungskontrollen: Batteriepositionierung, verbogene Steckerklemmen, Zündkerzenabmessungen, Erfassen von Positionsdaten für Pick-and-Place-Roboteranwendungen
Fallstudien zu Bildverarbeitungssystemen in der Lebensmittel- und Medizinindustrie
In der Lebensmittel- und Medizinindustrie Produktsicherheit zu gewährleisten gelten immer höhere Inspektionsstandards und Anforderungen and die Rückverfolgbarkeit. Ein Bildverarbeitungssystem ermöglicht es, Inspektionen zu automatisieren und Bild-/Ergebnisdaten einfach zu speichern. Anwendungsbeispiele sind:
- Anwesenheitserkennung: Sicherstellung einer korrekten Kistenzählung, mehrere Komponenten wie z. B. Strohhalme, die an Getränkekartons haften
- Prüfung von Qualitätsmerkmalen: Zeichenerkennung (OCR) für Chargencodes, korrekte Form und keine Defekte bei Lebensmittelschalen, Schrumpffolien, Blisterverpackungen und Dosen
- Mess-/Ausrichtungskontrollen: Etikettenplatzierung, Siegelbreite und -position, Nadelabmessungen, Erfassen von Positionsdaten für Pick-and-Place-Roboteranwendungen
Fallstudien zu Bildverarbeitungssystemen in der Elektronikindustrie
Da elektronische Geräte wie Smartphones, Spielkonsolen und PCs immer kleiner und dünner werden, müssen ihre Halbleiter und andere elektronische Komponenten noch kompakter und genauer sein. Bildverarbeitungssysteme von KEYENCE verbessern die Prüfgenauigkeit, um den wachsenden Anforderungen an diese präzisen Baugruppen gerecht zu werden. Zusätzlich bringen 3D-Bildverarbeitungssysteme ultimative Stabilität in diese Inspektionen, um Höhenänderungen trotz geringer Kontraste in Materialien zu erkennen. Anwendungsbeispiele sind:
- Anwesenheitserkennung: Pins, Steckverbinder, Lot
- Prüfung von Qualitätsmerkmalen: Kristalloszillatoren, IC-Formen, LEDs
- Mess-/Ausrichtungskontrollen: Pin-Kontrolle & Koplanarität, Träger-Ausrichtung, Leiterplattenverzug, Klemmenhöhen
Fallstudien zu Bildverarbeitungssystemen in der Kunststoff- und Behälterindustrie
Bildverarbeitungssysteme werden in der Spritzguss- und Kunststoffindustrie eingesetzt, um Inspektionen zu automatisieren und sicherzustellen, dass keine fehlerhaften Produkte freigegeben werden. Diese Inspektionen sind notwendig, um eventuelle Fehler in Prozessen wie Spritzgießen, Kunststoffformung, Kaschierungen und Produktkennzeichnung zu erkennen. Anwendungsbeispiele sind:
- Anwesenheitserkennung: Kunststoffbeschichtungen, Vorhandensein von Kappen, korrekte Etikettierung
- Prüfung von Qualitätsmerkmalen: Inspektion der Innenfläche von Behältern, Produktgrat, Kratzer/Abplatzungen im Kunststoff, Fremdkörper, Stiftlöcher
- Mess-/Ausrichtungskontrollen: Erkennung einer Außermittigkeit von Dichtungen, Erkennung von Etikettenversatz, Abmessungen von Flaschenöffnungen
Bei der Verwendung eines Bildverarbeitungssystems wird die Hardware auf der Grundlage der Anwendungsspezifikationen und der gewünschten Prüfdetails selektiert. In diesem Abschnitt wird beschrieben, wie Sie Kamera, Objektiv, Beleuchtung, Controller und anderes Zubehör optimal auswählen.
Auswahl einer Kamera
Matrixkameras werden in vier Hauptgruppen eingeteilt: hochauflösende Kameras, Hochgeschwindigkeits-Kameras, Standard-Kameras und Minikameras. Zusätzlich gibt es noch die Option Farbe oder Schwarz/Weiß. Die Auswahl der richtigen Kamera ist abhängig von der Anwendung, was im Folgenden skizziert wird.
1. Welche Pixelanzahl ist entsprechend der geforderten Genauigkeit nötig?
2. Welche Übertragungsgeschwindigkeit erfordert die Anwendung?
3. Welche Kameragröße lässt der Einbauraum zu?
4. Farb- oder eine S/W-Kamera? Abhängig von der Art Inspektion.
Auswahl eines Objektivs
Bei der Auswahl des richtigen Objektivs für das Bildverarbeitungssystem gilt es, eine Vielzahl von Faktoren zu berücksichtigen. Sowohl das Sichtfeld (FOV) als auch der Arbeitsabstand (WD) des Prüfaufbaus bestimmen die richtige Objektivbrennweite für die Bilderfassung. Die Tiefenschärfe (Bereich der Fokustiefe) und der Kontrast sind weitere wichtige Aspekte bei der Auswahl eines Objektivs. Im Folgenden wird ein allgemeines Auswahlverfahren skizziert.
(1) Bestimmen Sie die Brennweite anhand des Sichtfeldes (FOV) und der Anforderungen an den Arbeitsabstand (WD).
(2) Bestimmen Sie die erforderliche Tiefenschärfe anhand der Höhe und Form des Prüfobjekts. Prüfobjekte mit unterschiedlich hohen Oberflächen und Merkmalen erfordern eine größere Tiefenschärfe. Die Tiefenschärfe nimmt mit zunehmendem Arbeitsabstand, mit abnehmender Brennweite und mit kleiner werdender Blende zu.
(3) Wählen Sie ein hochauflösendes Objektiv oder ein Standardobjektiv entsprechend der erforderlichen Prüfgenauigkeit und dem Kontrast des Prüfobjekts.
Auswahl der Beleuchtung
Die Beleuchtungsrichtung, -farbe und -art wird durch eine Kombination aus Prüfobjektmerkmalen, Inspektionsanforderungen und der Umgebung bestimmt. Im Folgenden wird eine allgemeine Vorgehensweise zur Auswahl der Beleuchtung beschrieben:
(1) Aus welcher Richtung soll die Beleuchtung erfolgen?
Je nach Material und Form des Prüfobjekts, sowie dem Prüfzweck wählen Sie eine der folgenden Beleuchtungsarten aus: Spiegelreflexion, diffuse Reflexion oder Durchlicht.
(2) Welche Form und Größe soll die Leuchte haben?
Für eine Spiegelreflexion empfehlen wir entweder eine Koaxial-Leuchte, Ringleuchte oder Stableuchte.
Möchten Sie eine diffuse Reflexion erreichen verwenden Sie entweder eine Flachwinkelleuchte, eine Ringleuchte oder eine Stableuchte.
Für Durchlicht wählen Sie entweder eine Flächenleuchte oder Ringleuchte.
(3) Welche Farbe (Wellenlänge) der Beleuchtung ist nötig?
Für Prüfungen mit Farbkameras ist eine weiße Beleuchtung Standard. Bei S/W-Kamerainspektionen kann eine farbige Beleuchtung helfen den Bildkontrast mit Hilfe von Komplementärfarben und Wellenlängen zu erhöhen.
Häufig gestellte Fragen zu Bildverarbeitungssystemen
Eine Farbkamera wird im Allgemeinen bevorzugt, wenn auf Farbveränderungen oder farbliche Unregelmäßigkeiten geprüft werden soll. Jedes Pixel eines Farbbildes enthält RGB-Informationen, die dreimal so groß sind wie die Daten eines monochromen Pixels. Da es mehr Daten pro Pixel gibt, ist die Extraktion und Differenzierung einfacher.
Monochrome Kameras werden bevorzugt für messtechnische Prüfungen eingesetzt, bei denen eine starke Kantenextraktion erforderlich ist. S/W-Kameras werden häufig auch mit farbiger Beleuchtung kombiniert, um die Inspektion zu erleichtern. Beispiele sind die Abschwächung des Umgebungslichts, das Fluoreszieren eines UV-gefärbten Materials und die Hervorhebung von Oberflächenkratzern.
Gewöhnlich wird eine farbige Beleuchtung mit einer S/W-Kamera gepaart und die Farbe (Wellenlänge) des Lichts variiert je nach gewünschter Inspektion. Farben, die der eines bestimmten Prüfobjekts nahe kommen oder komplementär zur Farbe des Prüfobjekts sind, können das Bild strategisch manipulieren und stabilisieren. Um feine Unterschiede in der Oberflächenbeschaffenheit zu erfassen und die Inspektionen weiter zu stabilisieren, verwendet die intelligente, multispektrale Beleuchtungstechnologie acht verschiedene Lichtfarben, um mehr Daten pro Pixel zu erfassen. Durch die Daten mehrerer Wellenlängen wird ein größerer Kontrast zwischen gleichartigen Farben erzeugt, und es kann trotz der Verwendung einer S/W-Kamera ein Echtfarbbild auf dem Bedienbildschirm angezeigt werden.
Bildverarbeitungssysteme von KEYENCE können Kameraprüfungen auf einer Vielzahl von Prüfobjektoberflächen durchführen. Ausgereifte Inspektionsalgorithmen, wie z. B. das Defektwerkzeug, können lokale Kontrastveränderungen erkennen, um Kratzer und Flecken zu identifizieren. Da bei der Inspektion nach lokalen Veränderungen gesucht wird, stören äußere Einflüsse wie das Umgebungslicht die Inspektion nicht. Zusätzlich zu den robusten Inspektionswerkzeugen stehen 24 Bildaufbereitungsfilter zur Verfügung, um die Auswirkungen von ungleichmäßiger Beleuchtung, rauen Oberflächen oder Abweichungen zwischen Produkten zu reduzieren. Zwei bemerkenswerte Filter sind die Extraktion von Kratzern, die lineare Fehler auf rauen Prüfobjekten hervorhebt. Weiterhin die Schattierungskorrektur, die scharfe Kontraständerungen hervorhebt, während sie allmähliche Änderungen eliminiert.
Die stabile Erkennung von Graten und Spänen hängt von der Genauigkeit der Kantenextraktion ab. Die Bildverarbeitungssysteme von KEYENCE umfassen Kantendefektwerkzeuge, die Linien, Kreise, Ovale und freie Kantenformen präzise extrahieren, um alle Abschnitte zu erkennen, die zu weit von der erwarteten Form abweichen. Der Benutzer kann Schwellenwerte festlegen, um die Größe und den Schweregrad der berücksichtigten Fehler zu steuern.
Alle Bildverarbeitungssysteme von KEYENCE verfügen über eine breite Palette von Mess- und Abmessungswerkzeugen, die das Auffinden von Schnittpunkten, Mittelpunkten und Abständen sehr einfach machen. Klicken Sie z. B. einfach auf eine beliebige Stelle entlang einer Kante, um diese Linie automatisch zu extrahieren, oder beziehen Sie sich auf Linienergebnisse eines bereits konfigurierten Werkzeugs. Mit dieser intuitiven Benutzeroberfläche können Anwender auf einfache Weise komplexe Prüfeinstellungen erstellen und dabei mehrere Messungen und Abmessungen kombinieren.
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