Anwendungsspezifische Systemauswahl

Wichtige Punkte, die vor der Einführung eines Bildverarbeitungssystems überprüft werden sollten

  1. Auswahl der für die Überprüfung erforderlichen Komponenten:
    Auswahl der Komponenten, die den Prüfanforderungen entsprechen
    Kamera / Controller / Beleuchtung / Objektiv / Monitor
  2. Erfassung und Beurteilung
    Erprobung des Bildverarbeitungssystems am Prüfobjekt.
    Referenzteile für Gut- und Schlechtteile
    Prüfzykluszeit
    Vielfalt der Prüfungen
  3. Auswahl des Installationsortes
    Beurteilung der spezifischen Installationsbedingungen.
    Bewegliches bzw. stationäres Prüfobjekt
    Umgebungsbedingungen, einschließlich Umgebungslicht und Vibration
  4. Automatisierungssteuerung
    Festlegen der Ein- und Ausgaben des Bildverarbeitungssystems
    Zeitsteuerung der Bilderfassung / Beurteilungsergebnis / SPS-Steuerung / Datenausgabe
  5. Vor-Ort-Prüfung
    Erprobung des Bildverarbeitungssystems an einer Produktionslinie
    Feinanpassung der Einrichtung
    Statistik
    Prüfung der Kommunikation (Ein- und Ausgaben)
  6. Grundlagenkenntnisse der Bedienung
    Grundlegende Einstellverfahren für eine stabile Überprüfung
    Einstellung der Toleranzwerte
    Empfindlichkeitseinstellung
    Ändern der Prüfeinstellungen
    Referenzbilder/-werte

In Bildverarbeitungssystemen eingesetzte Kameras können im Allgemeinen den unten aufgeführten Kategorien zugeordnet werden. Wählen Sie innerhalb dieser Kategorien den Kameratyp, der optimale Bilder für die gewünschte Anwendung und deren Zweck liefert.

(1)Modell mit hoher Auflösung (2)Hochgeschwindigkeitsmodell (3)Standardmodell (4)Kompaktmodell Alle Modelle sind in Farb- und S/W-Ausführungen erhältlich.

Auswahl der für die Prüfung benötigten Instrumente [Kameraauswahl]

【Kameraauswahl - Schritt 1】Auswahl der Auflösung (hohe Auflösung oder Standardauflösung).

Der Bildsensor (CCD oder CMOS) einer Bildverarbeitungskamera besteht aus Pixeln, die gitterförmig angeordnet sind. Standardbildsensoren bieten im Allgemeinen 310000 Pixel (640 × 480), hochauflösende Modelle hingegen ab 2 und bis zu 21 Megapixeln. Die Anwendungsanforderungen bestimmen, welcher Kameratyp geeignet ist.

Allgemein gilt, dass eine Kamera auf Grundlage der Größe des Sichtfelds und der Pixel-Auflösung gewählt wird. Die Größe des Sichtfelds entspricht dem Bereich, indem das Prüfobjekt erfasst wird. Er kann durch die verwendeten Objektive angepasst werden. Die Pixel-Auflösung gibt an, welchem Längenmaß der einzelne Pixel entspricht. Diese Beziehung wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

Pixel-Auflösung = Größe des Sichtfelds in Y-Richtung (mm) ÷ Sensor-Pixelanzahl in der Y-Richtung

Nehmen wir als Beispiel für eine Pixel-Auflösung ein Sichtfeld von 30 mm in der Y-Richtung an. In diesem Beispiel nutzen wir als Bildsensor ein Standardmodell mit 310000 Pixeln (Y = 480 Pixel) sowie das hochauflösende 2-Megapixel-Allzweckmodell (Y = 1200 Pixel).

[Pixel-Auflösung einer 310000-Pixel-Kamera] = 30 mm/480 Pixel = 0,063 mm/Pixel
[Pixel-Auflösung einer 2-Megapixel-Kamera] = 30 mm/1200 Pixel = 0,025 mm/Pixel

Wenn die gewünschte Pixel-Auflösung für die Kamera bekannt ist, kann diese Gleichung auch für die annähernde Berechnung des Sichtfelds eingesetzt werden, das die Kamera bietet. Die Prüfung von Qualitätsmerkmalen und die Dimensionsprüfung sind typische Anwendungen von Bildverarbeitungssystemen. Bei OK/N.i.O.-Beurteilungen ist für die Prüfung von Qualitätsmerkmalen das Detektionsvermögen und bei Dimensionsprüfungen die Dimensionstoleranz von Bedeutung.

Die folgenden allgemeinen Prinzipien können bei der Berechnung als Referenz angewendet werden:
Auflösungsvermögen = Fläche von 4 Pixel
Maßtoleranz = ±5 Pixel

Mit der oben berechneten Pixel-Auflösung kann das Detektionsvermögen für die Prüfung von Qualitätsmerkmalen bestimmt werden.
[Detektionsvermögen einer 310000-Pixel-Kamera] = 0,063 mm/Pixel × 4 Pixel Fläche = 0,25 mm Fläche
[Detektionsvermögen einer 2-Megapixel-Kamera] = 0,025 mm/Pixel × 4 Pixel Fläche = 0,1 mm Fläche

Basierend auf diesen Berechnungen ist für die Erkennung von Fremdkörpern von 0,1 mm Größe und mit einem Sichtfeld von 30 mm eine Kamera mit einer Auflösung von 2 Megapixeln oder mehr erforderlich.

Referenz: Vergrößerte Ansicht eines 0,5 mm großen Fremdkörpers in einem Sichtfeld von 30 mm

310000 Pixel / 2 Megapixel [2 Megapixel-Kameras können Bilder mit besseren Kontrastunterschieden erfassen.]

Kameraauswahl – Schritt 1

Berücksichtigt man die Pixel-Auflösung als OK/N.i.O. -Beurteilungskriterium kann eine Kamera mit optimaler Pixelanzahl einfacher ausgewählt werden.

【Kameraauswahl - Schritt 2】Farb- oder S/W-Ausführung des Bildsensors als Auswahlkriterium

Bei der Auswahl einer Kamera stellt sich häufig die Frage, ob ein Farb- oder ein S/W-Modell gewählt werden sollte. Grundsätzlich bieten Farbkameras dann Vorteile, wenn die Abweichung an den Abtastpunkten auf Basis von Farbunterschieden erkannt werden soll. Das folgende Beispiel zeigt, wie durch Farbverarbeitung ein gelber Fleck auf einem weißen Grund erkannt wird, der für eine S/W-Kamera nur schwer erkennbar ist.

(1)Mit einer Farbkamera erfasstes Bild (2)Farblich bearbeitetes Bild (3)Kontrastbild der Fleckenerkennung / Mit einer S/W-Kamera erfasstes Bild > In Fällen wie diesem, wo nur geringe Unterschiede in der Helligkeit vorhanden sind, ist der Kontrast zum Hintergrund so gering, dass eine S/W-Kamera wahrscheinlich keine korrekte Erkennung liefert. Bild (2) zeigt, dass der Kontrast zwischen Gelb und Weiß intern von der Farbkamera deutlich erkannt wird. Bild (3) zeigt ein Kontrastbild, das mithilfe der Kratzererkennungsfunktion ausgegeben wird. Dies zeigt, dass bei Prüfungen stabile Erkennung durch Farbverarbeitung möglich ist.

S/W-Kameras haben jedoch einige Vorteile gegenüber Farbmodellen. Wenn Dimensionsmessungen mit Hintergrundbeleuchtung durchgeführt werden, wie unten gezeigt, sind S/W-Kameras aufgrund des starken Kontrastwechsels ideal. Und da Farbkameras Bayer-Filter einsetzen (bei dem für eine vollständige Farbinformation der einzelne Pixel die Farbinformation des Nachbarpixels benötigt), sind sie im Allgemeinen bei Dimensionsmessungen mit Kantenbezügen weniger genau als S/W-Kameras.

Dimensionsprüfung von Metallgegenständen mit Hintergrundbeleuchtung

Kameraauswahl – Schritt 2

Ermitteln Sie bei der Wahl des Bildsensors, ob bei den Abtastpunkten Abweichungen bei der Farbe oder bei der Helligkeit vorliegen!

【Kameraauswahl - Schritt 3】Auswahl nach Bildübertragungsgeschwindigkeit(Hochgeschwindigkeits- oder Standardmodelle)

Kameras in Bildverarbeitungssystemen können, bei gleicher Pixelzahl, verschiedene Bildverarbeitungsgeschwindigkeiten ermöglichen. Nimmt man ein 310000 Pixel-Modell als Beispiel, bieten Standardmodelle eine Übertragungszeit von 16,0 ms, während Hochgeschwindigkeitsmodelle 1,7 ms erreichen können. Durch Teilbilderfassung sind noch höhere Geschwindigkeiten möglich. Hochgeschwindigkeitskameras sind nicht nur für schnelle Produktionslinien effizient, sondern bieten auch bei Anwendungen mit normaler Geschwindigkeit Vorteile, da hier mehr Verarbeitungszeit für Bildverarbeitung und Extras zur Verfügung steht, die eine Prüfung stabiler gestalten können.

Anwendungen, die Hochgeschwindigkeitskameras nutzen
[ Kameraprüfung von elek. Bauteilen(7× Geschwindigkeit + 310000 Pixel S/W-Kamera) ] Prüfungen: Kratzer auf Formteilen / Dimensionsprüfung / Positionskorrektur(Xyθ) | Trigger-Intervall: 3 ms / Prüfungskapazität: 19,980Teile pro Minute [ Kameraprüfung von Deckeln (7× Geschwindigkeit + 310000 Pixel Farbkamera)] Prüfungen: Überprüfung der Druckqualität / Positionskorrektur(XY) / Winkelkorrektur(360°) | Trigger-Intervall: 12 ms / Prüfungskapazität:4,999Teile pro/Minute

Kameraauswahl – Schritt 3

Zu den Vorteilen einer Hochgeschwindigkeitskamera gehören eine stabile Verarbeitungsleistung und zusätzlich eine schnellere Prüfzykluszeit!

【Kameraauswahl - Schritt 4】Auswahl nach Kameragröße (Kompakt- oder Standardmodelle)

Kompaktkameras sind kleiner, haben jedoch die gleichen Spezifikationen wie größere Kameras. Standardkameramodelle und hochauflösende (2 Megapixel) Kompaktmodelle sind als Farb- und S/W-Ausführung erhältlich. Kompaktmodelle werden hauptsächlich bei Installation mit begrenztem Raum eingesetzt. Insbesondere wenn ein Bildverarbeitungssystem in einer vorhandenen Anlage installiert werden soll, können Kompaktkameras auch bei begrenztem Raumangebot zum Einsatz kommen, ohne Maschinenumbauten vornehmen zu müssen.

Berechnung des Platzbedarfs für die Installation

Wie unten gezeigt, ist der Platzbedarf einer Kamera die Summe aus A (Arbeitsabstand – der Abstand zwischen der Spitze des Objektivs und dem Messobjekt), B (Objektivgröße), C (Kameragröße) und D (Platz für Kabel, einschließlich Biegungen).

Beispiel: Verwendung einer Standardkamera mit Objektiven mit einer Brennweite von 6 mm und einem Sichtfeld von 30 mm

[ A:40mm, B:40mm, C:50mm, D:85mm ] A + B + C + D = 215mm Für diese Installation ist ein Abstand von 215 mm nach oben erforderlich. / [ A:30mm, B:15mm ] Einbauplatz entspricht lediglich 45 mm (A + B). / Falls der Platzbedarf von 215 mm nicht bereitgestellt werden kann, lassen sich erhebliche Platzeinsparungen durch die Kombination einer Kompaktkamera und eines Spiegelaufsatzes erzielen.

Kameraauswahl – Schritt 4

Wird eine Kompaktkamera dem vorhandenen Installationsraum entsprechend gewählt, vermeidet man unnötige Änderungen an den Produktionsmaschinen.

Auswahl der erforderlichen Komponenten für die Überprüfung: Kamera (Zusammenfassung)

Um eine stabile Überprüfung sicherzustellen, ist der Kameratyp bei der Bildverarbeitung das wichtigste Element. Die unten aufgeführte Spezifikationsliste enthält eine Zusammenfassung der verschiedenen verfügbaren Kameratypen.

  1. [Schritt 1] Auswahl nach Erscheinungsbild: Wie können die Pixel die geforderte Genauigkeit erfüllen?
  2. [Schritt 2] Auswahl nach Übertragungsgeschwindigkeit: Auswahl eines Hochgeschwindigkeitstyps, wenn eine schnelle oder stabilere Verarbeitung benötigt wird.
  3. [Schritt 3] Auswahl nach Kameragröße: Auswahl eines kompakten Typs, wenn der Einbauraum begrenzt ist.
  4. [Schritt 4] Auswahl nach CCD-Typ (Farbe/Monochrom): Auswahl einer Farbkamera, wenn Farbtonänderungen erkannt werden sollen.
【1】 21 Megapixel 5 Megapixel 2 Megapixel
5104×4092 2432×2040 2432×2050 1600×1200
【2】 109.9ms 27.6ms*1
50.3ms*2
29.0ms*1
52.4ms*2
61.2ms 11.6ms*1
20.1ms*2
11.6ms*1
20.2ms*2
29.2ms 58.5ms
【3】 Standard Standard Standard Standard Standard Standard Standard/Kompakt *
【4】 S/W CA-H2100M CA-HX500M - CV-H500M CA-HX200M - CV-H200M CV-200M CV-S200M
Farbe CA-H2100C - CA-HX500C CV-H500C - CA-HX200C CV-H200C CV-200C CV-S200C
【1】 310000 Pixel~470000 Pixel
784×596 512×480 784×596 512×480 640×480
【2】 2.9ms*1
5.2ms*2
1.7ms*1
2.8ms*2
2.9ms*1
5.3ms*2
1.7ms*1
2.9ms*2
4.7ms 16.0ms
【3】 Standard Standard Standard Standard Standard/Kompakt *
【4】 S/W CA-HX048M - CV-H035M CV-035M CV-S035M
Farbe - CA-HX048C CV-H035C CV-035C CV-S035C

* 1 Bei Verwendung der CV - X 400 Serie und der CV - X 200 Serie + CA - EC 80 HX / EC 80 L * 2 Bei Verwendung der CV-X100-Serie oder der CV-X200-Serie + CA-EC80

0800-5393623

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