Industrielle Automation 3/2019

Genauer als das

Genauer als das menschliche Auge Produktionsabweichungen innerhalb eines zehntel Millimeters erkennen Ein Technologieunternehmen hat sich auf die Entwicklung von vollautomatischen 3D-Inspektionszellen spezialisiert, die direkt an der Fertigungsanlage eingesetzt werden können. Spezielle 3D-Kameras nehmen mit großer Genauigkeit komplexe Bauteile unter die Lupe – und das in weniger als 30 Sekunden. Das erhöht die Autonomie und sorgt neben einer deutlichen Zeitersparnis auch für die Vermeidung von Fehlern. Das Technologieunternehmen SenseIT entwickelt vollautomatische 3D-Inspektionszellen, die mit Stereo-3D-Kameras von Ensenso ausgestattet sind. Das System prüft und validiert die Vollständigkeit zusammengesetzter Produkte bis zur Größe eines Schuhkartons und ist bei der Fehlerer kennung äußerst präzise. Dies betrifft alle Arten von Fehlern, die während der Produktion oder des Transports auftreten können: Gebrochene oder fehlende Teile, Verformungen, Zerspanungsmaterial, Vertiefungen oder übermäßige Grate. „Bei der Entwicklung der 3D-Inspektionszelle Val-IT Flex haben wir die Vorteile der 3D-Messtechnik optimal umgesetzt. Dafür haben wir drei Stereo-3D-Kameras von Ensenso implementiert. Aufgrund der 3D- Technologie des Herstellers sind wir in der Lage, Abweichungen innerhalb eines zehntel Millimeters zu erkennen. Das ist mehr, als das menschliche Auge kann“, erklärt Anouar Manders, Mitbegründer von SenseIT. Spezielle Algorithmen suchen nach Bildpunkten Die Val-IT Flex-Zelle besteht aus einem Drehtisch und drei Kameras vom Typ N35 3D von Ensenso. Das zu prüfende Bauteil wird auf den zylindrischen Drehtisch mit einem Durchmesser von 440 und 240 mm Höhe gelegt und von allen Seiten aufgenommen. Während einer vorprogrammierten, vollständigen 360°-Drehung erzeugen die Kameras eine hochauflösende Punktewolke des Bauteils. Das Objekt wird dabei mit unterschiedlichen Integrationszeiten aufgenommen, um der Varianz der Bauteileigenschaften gerecht zu werden. Die Kameras arbeiten dabei nach dem Prinzip des räumlichen Sehens (Stereo Vision), das dem menschlichen Sehvermögen nachempfunden wird. In jedem Gerät befinden sich zwei 2D-IDS-Kameras, um die Szene aus unterschiedlichen Positionen betrachten zu können. Obwohl der Bildinhalt beider Kamerabilder identisch scheint, weisen sie Unterschiede in der Lage der betrachteten Objekte auf. In einem Bildvergleich suchen spezielle Algorithmen durch Matching nach identischen Bildpunkten und visualisieren ihre Verschiebung mit allen gefundenen Unterschieden in einer Disparity-Map. Diese wird anschließend für die Berechnungen von Tiefeninformationen für die resultierende Punktewolke verwendet. Der lichtstarke Projektor der Kameras sorgt für eine genaue, schnelle und zuverläs sige Erfassung des zu prüfenden Bauteiles. Durch eine Textur-Projektion werden auch bei schwierigen Lichtver hältnissen, glatte oder spiegelnde Objekte beziehungsweise Objekte mit nur schwach vorhandenen Strukturen kontrastreich abgebildet, was wiederum beim Matching die Genauigkeit erhöht. Die integrierte FlexView-Technik ermöglicht zudem minimale Verschiebungen der projizierten Textur auf der Objektoberfläche des Bauteiles, wodurch die Hilfsstrukturen variieren. Zur Verschiebung der Textur wird ein Piezoelement verwendet, das die Patternmaske im Lichtstrahl verschieben kann. Die Kombination mehrerer Bilder derselben Szene, aufgenommen mit unterschied lichen Strukturen, erhöht die Anzahl von Bildpunkten. Dadurch wird eine größere Auflösung erzielt. Alle gefundenen Punkte werden zu einer kompletten, hochaufgelösten 3D-Darstellung in Form einer Punktewolke des Bauteils zusammengefügt. Innerhalb der Val-IT Flex Inspektionszelle wird diese dann mit einem CAD-Referenzmodell und Projektionen des Produkts ver glichen. Für die Erfassung und Verarbeitung der Punktewolke verwendet SenseIT die 3D-Machine-Vision-Algorithmen der Bildverarbeitungsbibliothek Halcon von MVTec. Darüber hinaus hat das Unternehmen spezifische Mess- und Verarbeitungs- Dipl. - Ing. (FH) Heiko Seitz, Technischer Redakteur bei der IDS Imaging Development Systems GmbH in Obersulm 66 INDUSTRIELLE AUTOMATION 3/2019

algorithmen entwickelt und über Erweiterungspakete in die Bibliothek inte griert. Mithilfe von Hard warebeschleu nigung wird sichergestellt, dass die komplette Verarbeitungszeit innerhalb von 30 Sekunden liegt. Val-IT Flex führt statistische Analysen durch Abschließend werden alle Daten des erfassten Bauteiles mit möglichen Abweichungen auf einer Benutzeroberfläche abgebildet. Die Abweichungen können zum Beispiel pro Los, Artikelnummer oder Zeitraum angezeigt werden. Schnell und einfach wird veranschaulicht, ob die gescannten Bauteile wiederholte Fehler aufweisen und Der Scan- und Validierungsprozess ist automatisiert und erfordert keine menschliche Interaktion welche Fehler wie bei der Fertigung oder beim Transport entstanden sind. Dadurch kann der Anwender schnell reagieren und den Fertigungs- oder Transportprozess nachjustieren. Alle Informationen über individuell validierte Teile werden in einer großen Datenbank gespeichert. Auf diese Weise ist der Val-IT Flex in der Lage, statistische Analysen durchzuführen, die über wiederkehrende Fehler im Fertigungsprozess informieren. Die Ergebnisse der Analyse werden übersichtlich in einem gesicherten Online­ Portal dargestellt. In Echtzeit präsentierte Informationen über erkannte Fehler ver ringern die Rückmeldezeit und verbessern die Lieferqualität im Folgeprozess. Einblicke in diese sich wiederholenden Fehler helfen den kompletten Fertigungsprozess weiter zu optimieren. Darüber hinaus können dem System vom Anwender selbst einfach und intuitiv neue oder geänderte Bauteile beigebracht sowie Toleranzeinstellungen vorgenommen werden. Umrüstzeiten reduzieren sich dadurch auf ein Minimum und ermöglichen eine effektive Auslastung der Anlage. Der Return of Investment wird in nur wenigen Jahren realisiert. Vorteile durch vollautomatisierte Inline-Prüfung Der Scan- und Validierungsprozess ist vollständig automatisiert und erfordert keine menschliche Interaktion. Dies eliminiert 02 menschliche Interpretationsfehler, die durch Müdigkeit und Ablenkung verursacht werden könnten. Die vollautomatisierte Inline­ Prüfung spart durch erhöhte Messgeschwindigkeit Zeit und steigert durch die frühzeitige Erkennung von fehlerhaften Teilen die Produktivität. In den Fertigungsprozess kann rechtzeitig eingegriffen und Ausschuss vermieden werden. Gerade bei der Fertigung großer Serien ist dies von entscheidender Bedeutung. Die Inline­ Inspektionszellen von SenseIT stellen eine Diagnose mithilfe der Ensenso 3D-Vision-Technologie und der MVTec Halcon-Software – direkt am Ort des Geschehens, platzsparend und auf dem kürzesten Weg. Zur 3D-Erfassung stehender Objekte und für Arbeitsabstände bis 3 000 mm sind die N35-Modelle geeignet und mit Brennweiten von 6 bis 16 mm verfügbar. Die Kameras werden vorkalibriert und inklusive MVTec Halcon-Schnittstelle sowie objektorientierter API (C++, C#/.NET) ausgeliefert. Durch die präzise Digitalisierung mit 3D-Kameras von Ensenso und die dann folgende Bildverarbeitung zur Objektverifikation kann die Qualität der produzierten Objekte für die nachfolgenden Prozessschritte deutlich verbessert werden. Bilder: IDS www.ids-imaging.de 125JAHRE INNOVATIVE PRODUKTE TELEZENTRISCHE OBJEKTIVE: SWIR Objektive Objektive mit variablem Arbeitsabstand CCDOBJEKTIVE TELEZENTRISCHE BELEUCHTUNGEN 01 01 Inspektionszelle vom Typ Val-IT flex 02 Benutzeroberfläche der Inspektionszelle SILL OPTICS GmbH &Co. KG Johann-Höllfritsch-Straße 13 90530 Wendelstein Tel. 09129-9023-0 info@silloptics.de •silloptics.de Industrielle Automation 03_90x130_sill optics Variante 02.indd INDUSTRIELLE 1 AUTOMATION 11.04.2019 3/2019 13:29:46 67 Sill-Optics.indd 1 12.04.2019 09:22:12