Perfekte Auswahl

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Farb-/Multispektralauswertung von Sortiergut in Echtzeit

Bei der industriellen Verarbeitung von Schüttgütern ist es wichtig, dass die Produkte in hoher Reinheit sortiert und fehlerhafte Teile sicher entfernt werden. Hierfür entwickelt das Fraunhofer IOSB seit Anfang der neunziger Jahre Sortieranlagen für die automatische Sortierung von Schüttgut wie Glas, Kunststoff, Gestein, Mineralien, Getreide, Kaffeebohnen und weitere Lebensmittel. Als wichtige Sortierkriterien werden Farbe, Form, Länge, Oberfläche und die Materialbeschaffenheit eingesetzt.

Für die automatische Sortierung fällt das Schüttgut von einem Förderband. Ein IPC steuert die Ausblasdüsen positions- und zeitgenau an. Während der Flugzeit von ca. 30ms erkennt er fehlerhafte Teile bei einem Durchsatz von 70 Millionen Pixeln/s.

(Bild: Fraunhofer IOSB) Für die automatische Sortierung fällt das Schüttgut von einem Förderband. Ein IPC steuert die Ausblasdüsen positions- und zeitgenau an. Während der Flugzeit von ca. 30ms erkennt er fehlerhafte Teile bei einem Durchsatz von 70 Millionen Pixeln/s.

Für die automatische Sortierung fallen die einzelnen Schüttgutobjekte/-teile in einer Wurfparabel z.B. von einem Förderband. Während des Flugs mit einer Geschwindigkeit von etwa 3m/s nehmen eine oder mehrere 4K Zeilenkameras Farbbilder mit 4.000 Pixeln auf. Kurz hinter der Sichtlinie der Kamera befindet sich für das Ausschleusen fehlerhafter Teile eine Ausblaseinrichtung, d.h. eine Leiste mit Druckluftdüsen (etwa 200 Düsen/m Förderbandbreite). Ein schneller Bildauswertungsrechner steuert die Düsen positions- und zeitgenau an. Während der Flugzeit von ca. 30ms zwischen der Sichtlinie der Kamera und der Ausblaslinie erkennt er die fehlerhaften Teile bei einem Durchsatz von 70 Millionen Pixeln/s.

Echtzeit dank Framegrabber-FPGAs

Ein häufiges Bildauswertungsverfahren bei der Schüttgutsortierung ist es, für jeden Bildpunkt eine Klassifikation durchzuführen. Dabei kommen Klassifikatoren für die Unterscheidung von Farben, Flächen- und Längenanalyse sowie morphologische Operationen zum Einsatz: In mehreren Binärbildern sind alle Bildpunkte markiert, deren Helligkeit im Produkt nicht oder selten vorkommt. Darauf findet eine Bildbereinigung durch morphologische Filter statt. Anschließend werden die verbliebenen Teile vermessen und nach ihren Eigenschaften klassifiziert. Nach der Aufnahme eines RGB-Bildes, das einem Weißabgleich unterzogen wird, werden die Bilddaten in den HSI-Farbraum gewandelt, um die Farben von Hintergrund und Gutteilen besser zu definieren und zu separieren. Vor der eigentlichen Sortierung werden die Anlagen anhand von Aufnahmen repräsentativer Teile über eine grafische Benutzeroberfläche eingelernt, sowie Produktklassen simuliert und parametriert. Anwender haben die Möglichkeit, während der Sortierung einzugreifen und das Ergebnis der Klassifikation durch Wahl der jeweils geeigneten Sortierregel, sowie durch Anpassung verschiedener Parameter, zu beeinflussen. Die Entscheidungstabellen für den Farbklassifikator werden vor Beginn automatisch angelernt. Beim Sortierergebnis beträgt je nach Produkt die Menge der fälschlicherweise ausgeschossener Teile knapp 0,5 bis 3%, während der Fehlanteil im Gutmaterial weit unter 0,01% liegt. „Die hervorragenden Resultate bei der Sortierung des Schüttguts sind vor allem auf die hochleistungsfähigen Kameras und Bildsensoren in Verbund mit der nachgelagerten Bildverarbeitung, -auswertung und -darstellung in Echtzeit über Framegrabber-FPGAs zurückzuführen. Die Bildverarbeitungskomponenten sind maßgeschneidert auf die jeweilige Inspektionsaufgabe ausgerichtet und erlauben sehr schnelle Erkennungszeiten bei der Klassifizierung“, unterstreicht Dipl.-Ing. Günter Struck, Gruppenleiter Sichtprüfsysteme am Fraunhofer IOSB. So werden bei den zahlreichen Projekten des Instituts hochauflösende Zeilenkameras unterschiedlichen Typs (Farbe, Grauton, UV, hyperspektral) bis in den nicht sichtbaren Frequenzbereich hinein (IR-, UV-Strahlung) eingesetzt. Die hohe Verarbeitungsleistung des Bildverarbeitungssystems bei schnell bewegtem Schüttgut wird durch die FPGAs auf den Framegrabbern erzielt, die über zwei Camera Link Schnittstellen direkt an die Kameras angeschlossen sind. Dadurch ist es möglich, Kamerabilder als Rohdaten in hoher Qualität und in Echtzeit vorzuverarbeiten, ohne die CPUs auf den Rechnern zu belasten.

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Thematik: inVISION 4 2018
Ausgabe:
Silicon Software GmbH
www.silicon-software.de

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