Anwesenheitsprüfung

Prüfung der Anzahl vorhandener oder fehlender Teile

Mithilfe der Anwesenheitsprüfung kann man die vorhandene Menge oder das Vorhandensein/ Fehlen von Teilen oder Bearbeitungen an einem Objekt überprüfen. Es gibt viele unterschiedliche Arten von Anwesenheitsprüfungen:

Zählen von Flaschen in einem Pappkarton
Prüfung auf Vorhandensein von Handbüchern/ Zubehörteilen in der Verpackung
Prüfung auf Vorhandensein von Etiketten an Nahrungsmitteln
Prüfung auf Vorhandensein von elektronischen Komponenten an Leiterplatten
Prüfung auf Vorhandensein von Schrauben/ Unterlegscheiben zur Sicherung von Teilen
Prüfung auf Vorhandensein eines aufgetragenen Klebstoffs
Prüfung auf Vorhandensein von Schnitten oder Bohrungen

Anwesenheitsprüfungen waren schon immer eine Selbstverständlichkeit bei der Qualitätskontrolle und in Fertigungslinien. Als Folge der zunehmenden Automatisierungstechnik (FA) der vergangenen Jahre werden aber auch bildgebende Verfahren und Bildverarbeitungstechnologien immer aktiver nachgefragt. Auf dieser Seite werden die Vorteile des Einsatzes von bildgebenden Verfahren und Bildverarbeitungssystemen bei der Anwesenheitsprüfung dargelegt sowie die Grundprinzipien und praktische Anwendungsmöglichkeiten durch Bildverarbeitung vorgestellt.

Grundprinzip der Anwesenheitsprüfung zur präzisen Erkennung von Mengen oder fehlenden Teilen anhand von Bildern

Vorteile der Einführung von Bildverarbeitungssystemen

Lange Zeit bestanden Anwesenheitsprüfungen in einer Sichtprüfung durch die zuständigen Mitarbeiter. Die Qualität der Kontrolle war von Faktoren wie Lichtverhältnissen in der Halle bzw. nach Tageszeit oder dem physischen Gesamtzustand sowie der Erfahrung des Prüfers abhängig. Um dieses Risiko zu mindern und die Effizienz zu steigern wurde die Bildverarbeitung nach und nach in den Bereich der Qualitätskontrolle eingeführt.

In Angesicht der Tatsache, dass Sichtprüfungen von einzelnen Mitarbeitern zu unterschiedlichen Ergebnissen sowie sehr hohen Kosten und Arbeitsaufwand führen, gilt die Bildverarbeitung hingegen als hervorragende Ersatzmaßnahme. In den letzten Jahren kamen darüber hinaus noch hochauflösende Farbkameras mit hohen Übertragungsraten auf und auch in der Entwicklung der Bildverarbeitungstechnologie gab es wesentliche Fortschritte. In vielen Branchen wie der Pharmazie, der Elektro-, Automobil-, Nahrungsmittel- und Konsumgüterindustrie ist die Bildverarbeitung heute weit verbreitet und aus der Automatisierungstechnik ist sie mittlerweile nicht mehr wegzudenken.

Effiziensteigerung durch Senkung der Arbeitskosten

Für die Sichtprüfung ist an jedem einzelnen Prozess ein Mitarbeiter erforderlich. Komplexe Produkte müssen außerhalb der Linie geprüft werden, was zusätzliche Zeit in Anspruch nimmt. Bildverarbeitungssysteme haben sich mittlerweile so weit entwickelt, dass schnellere Übertragungs- und Verarbeitungsraten und infolgedessen auch direkt an der Linie zuverlässige Anwesenheitsprüfungen möglich sind. Neben einer gesteigerten Arbeitseffizienz hat dies noch weitere positive Effekte wie eine erhebliche Reduzierung der Arbeitskosten.

Jedes noch so kleine oder durchsichtige Teil ist erkennbar

Die in der Vergangenheit eingesetzten S/W-Kameras hatten Schwierigkeiten Objekte mit geringem Kontrast wie z. B. weiße von gelben Objekte zu unterscheiden. Farbkameras können demgegenüber mithilfe präziser Erfassung, kaum erkennbarer Objekte, wie das Vorhandensein eines Schmiermittelauftrags erkennen. Darüber hinaus können dank hochauflösender Datenverarbeitung, wie bei der 21-Megapixel-Kamera, dem Einsatz neuester Filter und modernster Bildaufbereitungstechnologien, selbst winzig kleine Teile präzise gezählt werden.

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Grundlagen der Anwesenheitsprüfung: binäre Verarbeitung und Blob-Analyse

Die Anwesenheitsprüfung mithilfe von Bildverarbeitungssystemen basiert auf zwei Verarbeitungsmethoden: der binären Verarbeitung und der Blob-Analyse. In diesem Abschnitt werden beide Methoden anhand von Daten vorgestellt, die mit den für eine S/W-Kamera typischen 256 Graustufen aufgenommen wurden.

Überblick über CCD (Pixel) und die Bildverarbeitung

Bei der Binärverarbeitung werden die Daten in zwei Kontraststufen, schwarz und weiß, umgewandelt.

S/W-Kameras erfassen Bilder in 256 Graustufen. Bei der Binärverarbeitung wird das Graustufenbild in ein Bild mit zwei Kontraststufen umgewandelt. Aufgrund einer vorgegebenen Schwelle wird jedes Pixel entweder in schwarz oder in weiß umgewandelt. Dabei erfolgt die Konvertierung in weiß, wenn ein Wert die Schwelle überschreitet und in schwarz, wenn der Wert unter die Schwelle fällt.

Bei eingestelltem Schwellenwert von 100

Bei der binären Verarbeitung werden uneindeutige Bilder (siehe nachstehende) in eindeutige umgewandelt, was die Extrahierung erleichtert sowie eine schnelle und präzise Beurteilung ermöglicht.

Originalbild(Helligkeit unzureichend)

Binärbild

Blob-Analyse zur Objektzählung

Unter einem Blob versteht man eine kleine Anhäufung. Die Blob-Analyse wird typischerweise verwendet um Bilder zu analysieren, die zwecks einfacherer Unterscheidung mithilfe der Binärverarbeitung konvertiert wurden. Für die Anwesenheitsprüfung besteht dieser Blob in einer Anhäufung von Pixeln, die denselben Kontrastwert haben. In der folgenden Grafik gibt es nach der Binärverarbeitung zwei weiße Bereiche (Prüfobjekte oder Blobs). Die Erfassung der Anzahl dieser weißen Anteile ist eine grundlegende Methode der Anwesenheitsprüfung.

Folgendes Beispiel zeigt eine weitere Blob-Analyse, in der das Originalbild mithilfe der Binärverarbeitung konvertiert wurde und die weißen Ansammlungen abhängig von der Flächengröße gezählt werden.

Außer dem Zählen kann man mithilfe der Blob-Analyse noch weitere Informationen beziehen, wie zum Beispiel:

Vorhandensein/ Fehlen von Objekten in einem Bild
Anzahl von Objekten in einem Bild
Bereiche von Objekten in einem Bild (Einheit: Pixel)
Umfangslänge von Objekten in einem Bild (Einheit: Pixel)
Position der Objekte in einem Bild
Defekte oder geometrische Eigenarten der Objekte in einem Bild

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Weitere Methoden der Anwesenheitsprüfung

Neben der Binärverarbeitung und der Blob-Analyse gibt es noch weitere Methoden, um Mengen oder fehlende Teile zu erkennen. Diese sollen im Folgenden vorgestellt werden.

Suche nach Objekten per Vergleich mit einem Referenzbild

Für die zu zählenden Objekte wird ein Vergleichsbild vorgegeben, anhand dessen anschließend nach ähnlichen Objekten im Prüfbereich gesucht wird.

Erkennung auf Basis von Farbinformationen

In einem ersten Schritt wird ein Bild mit einer Farbkamera aufgenommen und anschließend werden die drei Werte Farbton, Chroma und Helligkeit des Prüfobjekts in numerische Werte umgewandelt und einer Farbunterscheidung unterzogen. Dabei können Unterschiede anhand von Farben erkannt werden, was eine präzisere Beurteilung ermöglicht.

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Praktische Anwendungen

Für Anwesenheitsprüfungen mithilfe der Bildverarbeitung gibt es unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten. In diesem Abschnitt werden einige davon vorgestellt.

Zählen von Flaschen in einer Verpackung

Der grundlegendste Anwendungsfall der Anwesenheitsprüfung ist das Zählen. Die Anzahl an PET-Getränkeflaschen oder medizinischen Ampullen kann selbst an der laufenden Produktionslinie zuverlässig erfasst werden. Wegen der besonderen Sicherheitsanforderungen findet diese Anwendungsmöglichkeit vor allem in der Nahrungsmittel- und der pharmazeutischen Industrie regen Zuspruch.

Erkennung der aufgetragenen Fettmenge

Die Anwesenheitsprüfung ist nicht auf einfache Anwendungen wie die Beurteilung des Vorhandenseins oder Fehlens beschränkt. In der Automobilindustrie werden Bildverarbeitungstechnologien beispielsweise genutzt, um die Schmierung von Kugellagern und Antriebswellenlagern zu kontrollieren.

Prüfbildschirm

Prüfung der Anzahl von Produkten in einem Gehäuse

Neben dem Zählen von Objekten können bei der Bildprüfung auch unterschiedliche Arten von Prüfobjekten unterschieden werden. Sie wird daher auch bei der Endabnahme vor dem Versenden eingesetzt (zum Zählen, zur Typenunterscheidung, Anwesenheitserkennung etc.).