Bildverarbeitungssystem macht 3D-Vision so einfach wie 2D
Das 3D-Vision-System 3D-L4000 von Cognex bietet eine Reihe technischer Neuheiten. Die Benutzerfreundlichkeit und die Tatsache, dass für Einrichtung und Verarbeitung kein externer PC und somit keine Programmierkenntnisse erforderlich sind, machen die laserbasierte 3D-Bildverarbeitung endlich zu einer praktikablen und erschwinglichen Option.
Bei der Schweißnahtprüfung an Gummischläuchen erkennt das 3D Vision-System In-Sight 3D-L4000 selbst kleinste Mängel. Die verarbeitung erfolgt dabei bereits direkt im System. (Bild: Cognex Germany Inc.)
Bei der industriellen Bildverarbeitung stellt man sich oft die Frage: Benötigt man eine Prüfung in 2D oder 3D und mit welchem Aufwand ist die Implementierung der jeweiligen Lösung verbunden? Je nach Anwendung ist dann ein 2D-System oftmals die erste Wahl, selbst wenn die (theoretischen) Vorteile der 3D-Bildverarbeitung offensichtlich sein mögen. Hierfür gibt es zwei Gründe. Der erste: Bislang gab es kein 3D-Visionsystem, das den Anforderungen der meisten Inspektionsanwendungen in Bezug auf Bedienkomfort und Kosten entsprach. Die 3D-Bildverarbeitung war für die meisten Unternehmen einfach zu teuer und kompliziert, und es gab zudem nur wenige Bildverarbeitungs-Tools, die mit echten 3D-Bildern arbeiteten. Also musste ein zusätzlicher PC installiert werden, um die Anwendung zu lösen, was zu mehr Platzbedarf und Programmieraufwand führte. Der zweite Grund: Die 2D-Inspektion mit einer Smart-Kamera funktionierte robust genug und mit einer hoher Benutzerfreundlichkeit.
1a (Bild: Cognex Germany Inc.)
Automatische 3D-Inspektion
Diese Situation ändert sich nun mit der Einführung des Embedded-Vision-Systems In-Sight 3D-L4000 von Cognex. Die Smart-Kamera ermöglicht es Ingenieur*innen, eine Reihe von Inline-Prüf-, Führ- und Messanwendungen an automatisierten Produktionslinien präzise und kostengünstig zu lösen. Es bietet eine umfangreiche Suite echter 3D-Vision-Tools, die dank der vertrauten In-Sight Spreadsheet-Umgebung genauso einfach zu bedienen sind wie die 2D-Vision-Tools von Cognex. Die patentierte Speckle-freie blaue Laseroptik ermöglicht zudem die Erfassung qualitativ hochwertiger 3D-Bilder. Speckle ist ein Problem in bestehenden 3D-Vision-Systemen, da es das Aussehen des Teils verändert und die Bildgenauigkeit verringert. Das System kann lediglich schätzen, wo sich der Laser befindet. Im neuen 3D-System wird ein patentierter Laser im blauen Lichtbereich verwendet, der Speckle-freie Bilder in einer Auflösung von 2K liefert. Der Imager sieht eine klare Laserlinie, was zu einer höheren Genauigkeit der 3D-Bilder führt. Zudem hat das System seine eigene Beleuchtung, kommt also ohne externe Lichtquelle aus.
Onboard-Verarbeitung auf echten 3D-Punktwolkenbildern
Bei den meisten laserbasierten 3D-Vision-Systemen nimmt der Laserkopf ein Bild auf, das zur Verarbeitung an einen PC gesendet wird. Die Abhängigkeit von der PC-Programmierung macht 3D-Inspektionen nur für recht komplexe Anwendungen kosteneffektiv. Das In-Sight 3D-L4000 hingegen hat seine Verarbeitungsleistung direkt integriert. Dadurch können die Vision-Tools echte 3D-Punktwolkeninspektionen durchführen, ohne dass ein externer Controller oder eine PC-basierte Software eines Drittanbieters erforderlich ist. Mit der Onboard-Verarbeitung kann zudem die Analyse der Bilder in kürzester Zeit durchgeführt werden.
Kasten (Bild: Cognex Germany Inc.)
Eine übliche Visualisierungsmethode existierender Systeme ist es 3D-Daten in 2D-Bilder zu verwandeln. Dabei wird die Höhe eines Punktes als Grauwert abgebildet. Zum Verständnis der Höheninformation verwendet man also eine Falschfarbendarstellung des gerasterten 3D-Bildes im 2D-Bild. In dieser Darstellung ist es schwer die Nuancen des 3D-Teils zu sehen und zu verarbeiten. Eine gängige Methode ist einen Ausschnitt aus dem gerasterten 2D-Bild in ein 1D-Höhenprofil zu wandeln. Mit der neuen Technologie, die im 3D-L4000 zum Einsatz kommt, ist das Bild jedoch eine reine Punktwolke; was man sieht und auswertet, ist ein echtes 3D-Bild, keine Reduktion auf ein 1D-Höhenprofil. Und da die 3D-Inspektion für die meisten User neu ist, sind die 3D-Werkzeuge so konzipiert, dass alle die neuen 3D-Werkzeuge sofort einsetzen können. Mit anderen Worten: Man tut im Wesentlichen das Gleiche, aber im Gegensatz zu früher arbeitet man an einem Bild, das genau so aussieht wie das Teil selbst.
Bedienung ohne Programmierkenntnisse
Eine weitere Neuheit ist die Verwendung der In-Sight Spreadsheet-Entwicklungsoberfläche zum Einrichten und Ausführen von 3D-Anwendungen, ohne Programmierung oder externe Verarbeitung. Sie ermöglicht auch die Kombination von 2D- und 3D-Vision-Tools in derselben Anwendung und rationalisiert die Werksintegration mit einem vollständigen E/A- und Kommunikations-Funktionsset. Das In-Sight 3D-L4000 enthält alle traditionellen 3D-Messwerkzeuge, die man von einem 3D-Vision-System erwartet, z. B. zur Ebenen- und Höhenbestimmung. Darüber hinaus verfügt es über einen umfassenden Satz an 3D-Vision-Tools wie z.B. PatMax3D, Blob3D, 3D Geometry, die für 3D-Inspektionen entwickelt wurden. Dies erleichtert die Vermessung und Lokalisierung von Teilen oder Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche, aber auch von Spalten, Kanten und Winkeln – selbst bei Teilen mit komplexer Geometrie wie Kolben oder Scharnieren.
