Aufrufe
vor 2 Jahren

Industrielle Automation 3/2015

  • Text
  • Industrielle
  • Automation
Industrielle Automation 3/2015

Es wird

Es wird dreidimensionaler Warum die 3-D-Bildverarbeitung ein neues Maß an Industrietauglichkeit erreicht Tobias Kröger 3-D-Vermessung hat in der Bildverarbeitung einen regelrechten Boom erlebt. Die weitgefächerte Nachfrage bringt jedoch auch neue Anforderungen mit sich. Diese beinhalten nicht nur präzisere Messergebnisse und höhere Messgeschwindigkeiten, sondern erfordern auch einen zuverlässigen Einsatz in rauen Umgebungen. Längst haben Bildverarbeitungssysteme die klinisch reinen Testlabore verlassen und finden sich in Produktionsanlagen wieder, wo sie z. B. zur In-Line-Qualitätsprüfung oder Anlagensteuerung eingesetzt werden. Viele Messmethoden stoßen hier allerdings an ihre Grenzen, da sie sensibel auf ihre Umgebungsbedingungen reagieren. So können bereits wechselhafte Lichtverhältnisse oder staubbelastete Atmosphären die Zuverlässigkeit eines Bildverarbeitungssystems beeinträchtigen. Auswertung mit HDR-3D Zum Beispiel kann eine verstärkte Sonneneinstrahlung dazu führen, dass am zu vermessenden Objekt Reflexionen hervorgerufen werden. Dieses hätte unauswert- bare Bildaufnahmen zur Folge, da die übersättigten Intensitätswerte im Sensorbild keine Informationen mehr zur Errechnung des Höhenprofils liefern. Um derartige Situationen zu vermeiden, wurde das HDR-3D- Verfahren entwickelt. Dabei umgeht man die Sättigung der Bildpunkte, indem man Grenzwerte für den zu erwarteten Lichteinfall festlegt. Werden diese Werte während einer Belichtung überschritten, wird die Ladung des Pixels auf den Grenzwert zurückgesetzt und die Lichtaufnahme wird fortgesetzt bis die Belichtung beendet ist. Manche 3-D-Sensoren verfügen zudem über die Eigenschaft des „Non-Destructive Read-Out“ (NDR), welches ein mehrfaches Auslesen des Sensor-Chips während einer Belichtung ermöglicht. Somit lässt sich ein Aufnahmebereich mit stark reflektierenden Objekten schon kurz nach dem Beginn der Belichtung auslesen, während ein dunklerer Bereich erst am Ende der Belichtungszeit ausgelesen wird. Aus der Kombination der Teilaufnahmen entsteht dann am Ende ein von Sättigung befreites HDR-Bild. Robuste Gehäuse Doch nicht nur die Bildauswertung benötigt Schutz vor äußeren Einwirkungen, auch die Hardware ist im Industrieeinsatz an besondere Anforderungen geknüpft. Den Kameras gilt dabei eine besondere Beachtung. Diese sind nicht nur empfindlich, sondern bilden auch das Herzstück eines jeden 3-D-Bildverarbeitungssystems. In industriellen Umgebungen ist es deshalb von Nöten, dass die Kameras mit robusten Gehäusen ausgestattet sind. Diese sollen den 3-D-Sensor nicht nur vor Schäden durch Stoßeinwirkungen bewahren, sondern auch ein Eindringen von Staub oder Spritzwasser verhindern. Hierzu muss durch das Gehäuse eine vollständige Trennung zwischen dem Kamerakern und der äußeren Umgebung bewerkstelligt werden. Eine Schwachstelle bildet dabei meist das Objektiv. Neuentwickelte Triangulationssensoren wie die C2- und C5-Serie von AT - Automation Technology sind deshalb optional mit einem Objektivschutz erhältlich, der an der Frontseite des Kameragehäuses aufgeschraubt wird und somit auch am Objektivbereich für ausreichend Schutz sorgt. Allerdings müssen auch die Anschlüsse auf der Rückseite ein Eindringen von Staub und Wasser verhindern, wenn die Kamera die Ansprüche einer entsprechenden Schutzart erfüllen soll. Auch hier haben die ersten Hersteller reagiert und ihre Kameramodelle mit M12-Rundsteckverbindungen ausgestattet. Neben der erforderlichen Schutzart (IP 67) weisen diese außerdem eine starke Zug- und Reißfestigkeit auf. Auf diese Weise wird gleichzeitig eine zuverlässige Datenübertragung und Stromversorgung sichergestellt. Eine weitere Möglichkeit, die sich bei der 3-D-Vermessung mittels Laser-Triangulation oftmals anbietet, ist die erforderliche Lasertechnik mit im Gehäuse des 3-D- Tobias Kröger ist Marketingleiter bei der AT – Automation Technology GmbH in Bad Oldesloe

01 Bildaufnahme einer Glühbirne ohne HDR-3D (links) und mit HDR-3D (rechts) Sensors zu integrieren. Auf diese Weise wird der Laser vor äußeren Einflüssen geschützt und durch die statische Konstruktion wird sichergestellt, dass der für die Messung erforderliche Triangulationswinkel zwischen Sensor und Laser eingehalten wird. Schnelle Ausgabe von genauen Messdaten Da die Schnelligkeit der Produktionsabläufe und die Anforderungen an Qualitätsstandards stetig steigen, erhöhen sich auch die Ansprüche bei der Messgeschwindigkeit und Genauigkeit. In Applikationen wie der Inspektion von Halbleitern, Lotbumps oder BGAs (Ball Grid Arrays) werden 3-D-Messsystemen Höchstleistungen abverlangt. Bei solchen Anforderungen fällt das ansonsten breite Angebot an 3-D-Sensoren allerdings relativ gering aus. Denn nur wenige Hersteller verstehen sich darauf, die Auswertung der Laserlinie bereits in der Kamera durchzuführen. Anstatt des gesamten Bildmaterials werden so nur noch die relevanten Daten an das Bildverarbeitungssystem übergeben. Diese Datenreduzierung ermöglicht eine schnellere Ausgabe der Höhenprofile. Neue Sensorchips und Auswertealgorithmen verbessern die Leistung solcher Hochgeschwindigkeits-3-D-Sensoren zunehmend. So konnte z. B. kürzlich die Messgeschwindigkeit der 12-Megapixel- 3-D-Kamera C4-4090-GigE von 7 kHz auf 14 kHz angehoben werden. Um die Intensitätswerte der Laserlinienaufnahme zu errechnen und somit den Verlauf der Laserlinie zu bestimmen, sind die Hochgeschwindigkeits-3-D-Sensoren mit verschiedenen Auswertealgorithmen wie dem Schwerpunktverfahren (COG), Maximumverfahren (MAX) oder Schwellwertverfahren (TRSH) ausgestattet. Diese verfügen über verschiedene Stärken und erlauben bei einer größeren Auswahl eine flexiblere Anpassung an applikationsspe- 02 C2-Sensor mit und ohne Objektivschutz „Sowohl Hardware als auch Software benötigen Schutz vor äußeren Einwirkungen“ zifische Anforderungen. Zu den bewährten 3-D-Algorithmen gesellt sich nun der neue FIR-PEAK-Algorithmus, der die Positionsbestimmung über eine mathematische Ableitung ermittelt. Dazu verwendet der Algorithmus im Vorfeld einen Glättungsfilter, der die Aufnahmedaten für die Auswertung optimiert. Dieser Filter kann aber auch in Verbindung mit den anderen Auswertungsalgorithmen verwendet werden, so dass Integratoren nun eine Vielzahl an Kombinationsmöglichkeiten erhalten, um präzise 3-D-Messergebnisse zu erlangen. Durch neue Auswerteverfahren und Bauweisen erreicht die 3-D-Bildverarbeitung ein neues Maß an Industrietauglichkeit. Robuste Gehäuse mit zug- und reißfesten Steckverbindern und die Integration von 3-D-Sensor und Lasertechnik in einem kompakten Gehäuse, schützen 3-D-Anwendungen auf physischem Wege vor äußeren 03 C5-Kompaktsensor mit integrierter Laserelektronik Störfaktoren. Die Verbesserung und Neuentwicklung von Auswertealgorithmen wie dem FIR-PEAK-Algorithmus oder das HDR- 3-D-Verfahren zur Reflexionsverringerung machen die Auswertung zudem zuverlässiger, schneller und präziser. www.automationtechnology.de INDUSTRIELLE AUTOMATION 3/2015 89

AUSGABE