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24.10.2018

Bildverarbeitungssystem mit Cognex-Triangulationssensor DS1300R von Biber

Reflexsystem erstellt 3D-Scans im bewegten Prozess

Bei einem neu entwickelten 3D-Bildverarbeitungssystem für schnelle Prüfprozesse in der Industrie nimmt ein Lasertriangulationssensor über eine Spiegeloptik das Prüfobjekt aus zwei Richtungen auf. Dadurch können tiefliegende Bereiche vollständig in hoher Qualität erfasst werden.

Bildverarbeitungssystem mit Triangulationssensor DS1300R (© Biber)

Lasertriangulationssensoren erfassen dreidimensionale Objekte in Bewegung mit sehr hohen Geschwindigkeiten. Das prädestiniert sie für Prüfaufgaben in der laufenden Fertigung. Diese Technik ist etablierten Alternativen klar überlegen: So muss die Produktionslinie für Aufnahmen von Oberflächen unter Streifenlicht oder Lasergitter kurz pausieren; und akustische Verfahren erreichen speziell bei kleinen Messobjekten nicht die erforderlichen Genauigkeiten.

Die Herausforderung bei der Lasertriangulation ist jedoch, dass schon Oberflächen mit geringer Komplexität nicht vollständig erfasst werden, weil einige Bereiche im Sichtschatten liegen. Ein Reflexsystem löst dieses Problem optisch. Die einzige andere Methode, ähnlich abschattungsfreie Messungen vorzunehmen, ist der Einsatz einer zweiten Kamera. Dieser führt jedoch zu Geschwindigkeitsverlusten, da die Kameras die einzelnen Linienaufnahmen vor dem Ablegen zunächst zusammenführen müssen. Als Kostenfaktor ist eine zweite Kamera zudem unterm Strich teurer als die Reflexoptik.

Verbesserte Funktion

Lasertriangulationssensoren projizieren eine Laserlinie auf Messobjekte in einer Förderstrecke und nehmen mit einem lateral versetzten Bildsensor das Profil der Linie auf. Durch Synchronisation mit der Fördergeschwindigkeit erstellt das Bildverarbeitungssystem 3D-Bilder. Eine anwendungsspezifische Software detektiert Objekte, Lagen, Flächen- oder Kantenkoordinaten, berechnet Volumen oder gleicht die geometrischen Daten mit einem hinterlegten Muster ab.

Der Berliner Bildverarbeitungsspezialist Bi-Ber setzt mit seiner neuen Bildverarbeitungslösung auf diesem Grundprinzip auf. Das Herz des Systems bildet der Cognex-Triangulationssensor DS1300R. Dieser wird mit mehreren Spiegeln kombiniert. Einer der Spiegel ist halbdurchlässig. Dadurch kann die Laserlinie gleichzeitig aus zwei Richtungen aufgenommen werden, und es gibt keine abgeschatteten Bereiche.

Die Blickwinkel auf die Laserlinie sind gegenüber einem handelsüblichen Triangulationssensor stark abgeflacht: Statt 8° zwischen Laserstrahl und Kamerasichtlinie wird das Laserprofil im Winkel von jeweils 45° aus beiden Richtungen aufgenommen. Dadurch ist das Bildrauschen minimiert.

Das System detektiert Objekte und Fehler bis 2 × 2 × 2 mm³ bei einer maximalen Auflösung von 0,45 mm/Pixel. Der Cognex-Triangulationssensor nimmt 2,5 Millionen Bildpunkte pro Sekunde auf und fügt unter Realbedingungen mit etwa 2500 Hz Linienprofile zusammen.

Individuelle Auslegung

Bi-Ber bietet komplette PC-basierte Lösungen zur Produktionskontrolle individuell konfiguriert an. Anlagenbauer oder Endanwender können 3D-Sensoren ihrer Wahl spezifizieren, zum Beispiel Ausführungen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Auflösung, die nicht als Zwei-Kamera-System verfügbar sind. Die Reflexoptik wird um den Sensor herumgebaut, um seine Funktionalität zu erhöhen. Anwender erhalten so abschattungsfreie Aufnahmen, und zwar ohne Verluste bei Auflösung oder Aufnahmefrequenz.

Trotz der zusätzlichen Komponenten für die Spiegelgruppe ermöglicht das Reflexsystem geringere Arbeitsabstände bei großen Überwachungsbreiten. Damit erleichtert es im Vergleich zu einfachen Triangulationssensoren die Integration in Anlagen mit wenig verfügbarem Platz. Bei einer Überwachungsbreite von 450 mm ist das komplette System 612 mm hoch und 680 mm lang parallel zur Transferrichtung. Die Breite hängt von der gewünschten Scanbreite ab und misst bei einem Sensor 320 mm.

Das System ist eingehaust, um den Laserschutz zu gewährleisten, hygienische Anforderungen zu erfüllen und eine hohe Stoßfestigkeit zu erreichen. Daher brauchen im Bedarfsfall nur die Schutzscheiben gereinigt zu werden. Sollte es zu Beschädigungen kommen, können diese Scheiben viel einfacher, schneller und erheblich kostengünstiger getauscht werden als der 3D-Sensor.

Verschiedene Anwendungen

Das Reflexsystem ermöglicht die Überwachung großer Oberflächen sowie breiter Produktionsbänder mit vielen kleinen Endprodukten. Bei Produktwechseln werden die neuen Formen über die Software eingelernt. So lassen sich zum Beispiel Kunstoffgießformen, Spritzgussteile und Verpackungen auf Schäden und Maßabweichungen überwachen.

Auch die Vollständigkeitskontrolle ist ein wichtiges Einsatzfeld. So kann in Montagelinien geprüft werden, ob Dichtungen eingelegt sind oder ob die richtige Zwischenlegscheibe auf einer Schraube sitzt. Und in der Leiterplattenfertigung kann das Bi-Ber-System sicherstellen, dass nur PCBs ausgeliefert werden, auf denen alle SMT-Komponenten vollständig und auf der korrekten Position montiert sind. Das Reflexsystem kann auch die Blisterkontrolle übernehmen und prüfen, ob in jedem Napf genau ein Dragee liegt, bevor die Verschlussfolie aufgebracht wird.

Der zugehörige Bildverarbeitungsrechner, zum Beispiel ein Panel-PC, übernimmt die Auswertung und Visualisierung sowie die Kommunikation mit der allgemeinen Anlagensteuerung. Wenn Defekte oder Fehler – vollautomatisch – erkannt werden, kann das Bildverarbeitungssystem die Ausschleusung der betroffenen Produkte oder Baugruppen veranlassen. Für eine vollständige Rückverfolgbarkeit kann das System die Datensätze mit Produktcodes, die zum Beispiel über RFID ausgelesen werden, verknüpft speichern.

Biber GmbH & Co. Engineering KG
www.bilderkennung.de

Unternehmensinformation

Biber GmbH & Co. Engineering KG

An der Wuhlheide 232B
DE 12459 Berlin
Tel.: 030 8103222-60
Fax: 030 8103222-61

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