Aus Zwei mach Eins

Vorteile der 3D-Zeilenkamera

Bild 3 | An einer Station des EIS-3D Moduls wird die Steckseite des Verbinders vermessen, die zweite prüft die Seite des Verbinders, welche an die Leiterplatte gelötet wird. (Bild: Eberhard AG)

Im Vergleich zu einem typischen Stereo-Vision-System, bei dem zwei horizontal gegeneinander versetzte Flächenkameras verwendet werden, nutzt die 3DPixa Compact 15µm von Chromasens eine neuartige Methode zur Abbildung von 3D-Oberflächen mit einem 7.300×3 (RGB) Linienscanner, der Stereo- und Zeilenkameratechnologie kombiniert sowie 2D-Farb- und 3D-Messungen ermöglicht. Zur Aufnahme von 3D-Daten verwendet das Kamerasystem zwei Objektive, mit denen das Licht sowohl auf die rechte als auch die linke Seite des Zeilenscanners fokussiert wird. 3D-Informationen werden berechnet, indem ein Satz von Punkten in einem Bild mit demselben Satz von Punkten im zweiten Bild verglichen wird. Durch den Vergleich kann die relative Tiefeninformation berechnet und in Form einer sogenannten Disparitätskarte kenntlich gemacht werden, in der Objekte, die näher am Stereokamerasystem liegen, eine größere Disparität haben als weiter entfernte. Aufgrund der erforderlichen hohen Auflösung beträgt die Tiefenschärfe der Kamera lediglich 2,6mm. Da sich die Referenz am Kunststoffgehäuse üblicherweise in einer Ebene befindet, die 5 bis 20 mm von der Ebene der Pinspitzen entfernt ist, können Pinspitze und Kunststoffreferenz nicht gleichzeitig in einem einzigen Bild fokussiert werden. Folglich erfasst das System zwei Bilder, die dann zueinander in Bezug gesetzt werden. Ein Bild auf der Ebene der Pinspitzen und das andere auf der Bezugsebene.

Pinspitzen und Referenzebene

Während der Inspektion wird das Kunststoffgehäuse jedes Steckverbinders in einem Werkstückträger fixiert, so dass die korrekte Position und Winkelstellung des Steckers relativ zur Kamera sichergestellt ist. Das erste Bild wird mit Fokus auf die Referenzebene aufgenommen. Ein linearer Servomotor bewegt die Kamera über den Steckverbinder. Nach dem Erfassen des ersten Bildes bringt der Servomotor die Kamera in ihre Ausgangsposition zurück und die Kamerahöhe wird angepasst, um die Pinspitzen in den Fokus zu bringen. Dann wird das zweite Bild aufgenommen und die Kamera fährt in ihre Ausgangsposition zurück. Um eine genaue Berechnung der Pinkoordinaten zu gewährleisten, müssen die beiden aufgezeichneten Bilder exakt zueinander positioniert werden. Hierzu wird ein separater Glasmaßstab eingesetzt. Dieser triggert die beiden Bildaufnahmen und sorgt für eine hochgenaue Positionierung. „Abhängig vom Steckverbinder und der erreichbaren Beleuchtung sind Aufnahmegeschwindigkeiten von bis zu 280mm/s möglich“, bestätigt Haller. Die Rohbilddaten werden anschließend über CameraLink zu einem Framegrabber auf einen PC übertragen. Die Pin Inspection Software von Eberhard verwendet Halcon, um die Chromasens 3D-Software und zusätzliche Bildverarbeitungstools auszuführen. „Die 2D-Bilder zeigen markante Farbverläufe, welche für ein stabileres Ergebnis sorgen, indem die Farbkanäle einzeln verarbeitet und der Durchschnitt der resultierenden Positionen verwendet wird“, erläutert Haller. „Für jeden Steckverbindertyp sind die Bildverarbeitungsfunktionen entsprechend parametriert, um die Position der Pinspitzen und der Referenzgeometrie mit Subpixel-Genauigkeit im Bild zu identifizieren. Die gewünschten Geometrien werden mit in Halcon programmierten Algorithmen gesucht. Sie geben die Position der Pinspitzen oder Referenzgeometrien, die im linken und rechten Teil des Stereobildes gesucht wurden, in Pixelkoordinaten (subpixelgenau) für das jeweilige Bild, aus.

Höhere Genauigkeit, geringere Kosten

Durch die erkannten Positionen der Pinspitzen und Referenzpositionen in den Stereoaufnahmen A und B können die x, y und z-Koordinaten im von der Kamera aufgespannten Koordinatensystem ermittelt werden. Dies wird mit den Pinspitzen, sowie auf der anderen Aufnahme mit den Referenzen durchgeführt. Zur Berechnung der Pinhöhe wird der exakte Abstand der Kamerahöhenverstellung mit einem digitalen Kontaktsensor gemessen. Damit wird der Abstand der beiden Bilder in z-Richtung (Höhe) mikrometergenau erfasst. Die berechneten Ergebnisse für jeden Steckverbinder werden in einer Datenbank abgelegt und über HMI visualisiert. Der Bediener kann die Produktion auf einem Live-Bildschirm verfolgen und vergangene Produktionsdaten in Punktewolken, Histogrammen oder Regelkarten auswerten. „Verglichen mit den bislang eingesetzten berührenden Prüfverfahren verbessert das neue optische Inspektionssystem die Genauigkeit und reduziert Kosten, weil nun nicht mehr zwei Prüfstationen notwendig sind und produktspezifische und schwierig zu handhabende Adapter wegfallen“, betont Haller.

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Thematik: inVISION 2 2018
Ausgabe:
Chromasens GmbH
www.eberhard-ag.com www.chromasens.de

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