Die prinzipielle Struktur einer Bildverarbeitung ist immer ähnlich und besteht aus drei Schritten: Bild aufnehmen, auswerten und Ergebnisse ausgeben. Das Konzept von smarten Vision-Sensoren beruht darauf, alle Schritte in einem kompakten Gerät umzusetzen. Im Idealfall ist auch bereits eine Beleuchtung mit integriert. Mit dem O2D5xx Dualis steht genau solch ein Vision-Sensor zur Verfügung, der für verschiedenste Anwendungen etwa in der Inline-Qualitätskontrolle geeignet ist.
Absicherungen gegen Fremdlicht
Anwender, die den Sensor verwenden möchten, müssen im ersten Schritt die passende Variante auswählen. Je nach Umgebungslicht und Farbe des Objekts kann entweder die Infrarotvariante oder die Variante für den sichtbaren Bereich (RGB-W-Variante) gewählt werden. Diese hat vier Beleuchtungssegmente im roten (625nm), grünen (525nm), blauen (453nm) und weißen Spektralbereich. Dadurch ist auch ohne Verwendung eines Farbsensors eine Farbunterscheidung von Objekten möglich. Um die geometrischen Rahmenbedingungen – insbesondere den Abstand zwischen Objekt und Sensor – zu berücksichtigen, sind Standard-, Weitwinkel- oder Teleobjektive erhältlich. Ein Bildfeldrechner auf der ifm-Website hilft bei der Auswahl des passenden Sensors. Der Fokus, der für ein scharfes Bild sorgt, arbeitet elektromechanisch. Mit der Schutzart IP65 und für Umgebungstemperaturen von -10 bis +50 °C ausgelegt, ist der Dualis für den Einsatz in rauer Industrieumgebung geeignet. Durch die drehbaren Stecker sind Einbau und Anschluss zudem unkompliziert. Die letzte Wahl, die der Anwender treffen muss, ist die Art der Anbindung an übergeordnete Systeme – hierfür stehen entweder Ethernet/IP oder Profinet Schnittstellen zur Verfügung. Um Störungen durch Fremdlicht zu vermeiden, verwendet der Vision-Sensor ein besonderes Verfahren: In kurzer Folge nimmt er bis zu fünf Bilder mit unterschiedlichen Belichtungszeiten auf. Die Software kann im Anschluss die Aufnahme mit der optimalen Belichtung auswählen und auswerten. Robust gegenüber Fremdlicht ist der Sensor auch durch ein integriertes Tageslichtfilter. Mithilfe eines optionalen Polarisationsfilters können außerdem Störungen durch Reflektionen auf metallischen Oberflächen vermieden werden.
Parametrierung in elf Schritten
Die optischen Qualitätsmerkmale des Vision-Sensors sind aber nur die halbe Miete, wenn es um die Anwendung geht, denn das aufgenommene Bild muss im Anschluss noch ausgewertet werden. Hier bietet der Dualis einen weiteren Vorteil: Die einfache Inbetriebnahme einer Anwendung durch den Vision Assistant von ifm. Bei der Entwicklung dieser Software wurde vor allem Wert darauf gelegt, dass sie auch von Anwendern bedient werden kann, die keine ausgewiesenen Bildverarbeitungsspezialisten sind. Für die Inbetriebnahme sind mehrere Assistenten vorhanden, mit denen sich die Standardanwendungen (Konturerkennung und Objekterkennung) implementieren lassen. Verschiedene Algorithmen sind installiert und können verwendet werden, ohne dass eine Programmierung stattfinden müsste.
Die intuitiv zu bedienende Software führt den Anwender, nachdem er die Auswahl zwischen Konturerkennung oder Objekterkennung getroffen hat, in jeweils elf Schritten durch die Parametrierung. Dabei werden zunächst Belichtung und Fokussierung angepasst und der richtige Bildausschnitt gewählt, bevor die eigentliche Erkennung konfiguriert wird. Die möglichen Auswertungen decken praktisch alle möglichen Anwendungen in der Inline-Qualitätssicherung ab. Es können zum Beispiel Konturen, Flächen, Größe und Anzahl von Objekten, deren Position innerhalb des Bildes, Drehlage und viele weitere Eigenschaften analysiert werden. Konturen, die im Bild erkannt werden sollen, können direkt aus technischen Zeichnungen übernommen werden. Auch die Ausgabe der Ergebnisse der Bildverarbeitung erfolgt durch einfache Parametrierung. Dabei wird festgelegt, welche Werte in welcher Form und wie oft über Ethernet/IP bzw. Profinet an eine übergeordnete Steuerung übertragen werden. Auch die Ausgabe eines Schaltsignals über einen digitalen Ausgang an eine SPS ist möglich. Damit kann etwa ein erkanntes fehlerhaftes Bauteil, von der Steuerung sofort aussortiert werden.
Die Bildqualitätsprüfung überwacht während des Betriebs die Funktion des Vision-Sensors und ermöglicht so eine Echtzeit-Wartung der Anwendung. So ist beispielsweise eine Suchzonenüberwachung integriert. Diese kann den Anwender automatisch warnen, wenn das Objekt an den Rand der Suchzone gerät. Eine zusätzliche Dejustage-Überwachung überprüft ständig, ob die Fokussierung und die Beleuchtung noch in Ordnung sind. Störungen beispielsweise durch sich veränderndes Fremdlicht werden damit sofort erkannt und können beseitigt werden. Ein Vergleich des aktuellen Livebilds mit einem abgespeicherten Referenzbild ermöglicht zudem die Überprüfung, ob sich die Situation im Vergleich zur Inbetriebnahme verändert hat.
Komplexe Auswertungen mit wenigen Klicks
Für Anwendungen, in denen umfangreichere Auswertungen benötigt werden, ist der Dualis ebenfalls geeignet. Auch hier muss der Anwender nicht programmieren, sondern kann den Vision Assistant verwenden. Im benutzerdefinierten Modus stehen umfangreiche Funktionen zur Verfügung. In der sogenannten Logik lassen sich Verknüpfungen innerhalb der Bildverarbeitung einfach erstellen. Statt eine logische Verknüpfung zu programmieren werden diese einfach grafisch erstellt, indem verschiedene Funktions- und Logikbausteine auf der Arbeitsfläche platziert und mit wenigen Mausklicks miteinander verschaltet werden. So lässt sich etwa der Abstand zweier erkannter Bauteile mit einer entsprechenden Verknüpfung berechnen und anschließend ausgeben. Der benutzerdefinierte Modus macht auch komplexere Anwendungen möglich, bei denen Konturerkennung und Blob-Analyse miteinander verknüpft werden. So kann zum Beispiel ein Bauteil über eine Konturerkennung identifiziert werden. Danach kann anschließend eine Blob-Analyse in einem bestimmten Bereich des erkannten Bauteils erfolgen. Durch die Kontur-Lagenachführung bzw. Ankerfunktion funktioniert dies auch, wenn das Bauteil in einem beliebigen Winkel verdreht ist. Solche, relativ komplexe Anwendungen sind innerhalb des Logik-Layers im Vision Assistant ebenfalls einfach zu parametrieren. Den Auswertemöglichkeiten sind dabei fast keine Grenzen gesetzt: Abstände verschiedener erkannter Objekte, der Größe oder Positionen können als Parameter in den logischen Verknüpfungen verwendet werden. Die Ausgänge können abhängig von verschiedenen Ergebnisse geschaltet werden, wobei bedingte Anweisungen möglich sind.
Schnittstellen bieten weitere Möglichkeiten
Über die integrierte Ethernet/IP- bzw. Profinet-Schnittstelle sind noch weitere Funktionen möglich. So lassen sich beispielsweise über FTP-Push die vom Sensor aufgenommenen Bilder auf einem externen Server speichern. Auf diese Weise können die Ergebnisse der Qualitätssicherung nachverfolgbar dokumentiert werden. Auch diese Datenübertragung kann in Abhängigkeit der Auswertung der Bildverarbeitung geschehen. So kann der Anwender festlegen, dass nur bei erkannten Fehlern die Bilder gespeichert werden. Die Übertragung kann optional auch verschlüsselt per SFTP geschehen. Gerade für Branchen wie Medizintechnik oder Automobilindustrie, in denen Qualitätssicherung und Tracebilitywichtig sind, sind diese Funktionalitäten von großem Vorteil. Die Netzwerkanbindung kann aber auch dafür verwendet werden, die vom Vision-Sensor aufgenommenen Bilder in Echtzeit zu streamen. So kann etwa ein Mitarbeiter der Qualitätssicherung die Anwendung in seinem Büro jederzeit überprüfen, ohne vor Ort an der Anlage zu sein.
Der Austausch eines Vision-Sensors ist dank der integrierten USB-Schnittstelle ebenfalls problemlos. Der Dualis ist mit einem ifm-Speicherstick ausgestattet, auf dem sämtliche Parameter und Anwendungen gespeichert werden. Im Falle eines erforderlichen Gerätetauschs kann der Stick zur einfachen Übertragung aller für den Betrieb erforderlichen Einstellungen und Parameter in den neuen Sensor eingesetzt werden. Das reduziert den Arbeitsaufwand erheblich. Alternativ lassen sich die Daten auch im Vision Assistant exportieren, auf einem PC ablegen und dann wieder importieren.
Typische Anwendungen
Der Vision-Sensor Dualis lässt sich in zahlreichen Anwendungen der optischen Qualitätskontrolle und -sicherung einsetzen. Er erkennt beispielsweise Ausstanzungen in Blechteilen und kann auch deren richtige Positionierung überprüfen. In Montageanwendungen wird die Anwesenheit sämtlicher Teile vor dem nächsten Arbeitsschritt verifiziert, und in Klebeanwendungen kann der Vision-Sensor erkennen, ob an allen vorgesehenen Stellen Klebstoff aufgetragen wurde. Speziell in der Automobilindustrie oder bei der automatisierten Montage hilft er in solchen Anwendungen, Fehler frühzeitig zu erkennen und so teuren Ausschuss zu minimieren.
