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Ein 3D-Bildverarbeitungssystem für alle Fälle

Ein neues 3D-Vision-System macht die Inspektion von Teilen in 3D jetzt so einfach wie mit einer 2D-Smartkamera.

Von
elektronik report 3D-Bildverarbeitung Cognex Prozessautomatisierung

Intuitive Anwendungs-Einrichtung und -Ausführung auf echten 3D-Punktwolkenbildern.

Wenn es darum geht, Teile zu prüfen, können Anwender*innen unter verschiedenen Technologien wählen. Im Fall der industriellen Bildverarbeitung ist zu klären, ob man eine Prüfung in 2D oder 3D benötigt und mit welchem Aufwand die Implementierung der Lösung verbunden ist. Je nach Anwendung ist ein bewährtes 2D-System oft die erste Wahl, selbst wenn die Vorteile der 3D-Bildverarbeitung offensichtlich sein mögen. Das hat zwei Gründe: Bislang gab es kein 3D-Vision-System, das den Anforderungen der meisten Inspektionsanwendungen in Bezug auf Bedienkomfort und Kosten entsprach. Die dreidimensionale Bildverarbeitungsinspektion war meist einfach zu teuer und kompliziert. Zudem gab es nur wenige Bildverarbeitungs-Tools, die mit echten 3D-Bildern arbeiteten. Also musste ein zusätzlicher PC installiert werden, um die Anwendung tatsächlich zu lösen, was zu deutlich mehr Platzbedarf und Programmieraufwand führte. Der zweite Grund: Die 2D-Inspektion mit einer Smart-Kamera funktionierte robust genug und ist benutzerfreundlich. In vielen Fällen bestand keine Notwendigkeit, für den kostspieligen und schwierigen Übergang zu einem 3D-Inspektionssystem.

Automatische 3D-Inspektion

Das Embedded-Vision-Systems In-Sight 3D-L4000 von Cognex ändert die Situation. Diese Smart-Kamera ermöglicht es, eine Reihe von Inline-Prüf-, Führ- und Messanwendungen an automatisierten Produktionslinien schnell und kostengünstiger als bisher zu lösen. Es bietet eine umfangreiche Suite echter 3D-Vision-Tools, die dank der vertrauten und robusten In-Sight Spreadsheet-Umgebung genauso einfach zu bedienen sind, wie die industrieerprobten 2D-Vision-Tools von Cognex. Die patentierte Speckle-freie blaue Laseroptik ist zudem eine Branchenneuheit, die die Erfassung qualitativ hochwertiger 3D-Bilder ermöglicht.

Blaue Laseroptik 

Normalerweise haben 3D-Bildverarbeitungssysteme mit Speckle zu kämpfen – Lichteffekte, die auftreten, wenn das Laserlicht von der Oberfläche des Teils zurück zum Bildverarbeitungssystem gestreut wird, dadurch das Aussehen des Teils verändert und die Bildgenauigkeit verringert. Bislang konnte kein 3D-System Speckle beseitigen und damit ausreichend gute Bilder erzeugen, um zuverlässige Inspektionsanwendungen 3D durchzuführen.

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Im In-Sight 3D L-4000 wird ein patentierter Laser im blauen Lichtbereich verwendet, der Speckle-freie Bilder in einer Auflösung von 2K liefert. Der Imager sieht eine klare Laserlinie, was zu einer höheren Genauigkeit der Bilder sowie die Qualität und Wiederholdbarkeit der Mess- und Prüfergebnisse maßgeblich mitbestimmt. Zudem liefert das System seine eigene Beleuchtung sowohl für 3D- als auch für 2D-Bilder und kommt ohne externe Lichtquelle aus.

Echte 3D-Punktwolkenbilder

Die Abhängigkeit von der PC-Programmierung macht „traditionelle“ 3D-Inspektionen nur für komplexe Anwendungen kosteneffektiv. Das In-Sight 3D-L4000 hingegen hat seine Verarbeitungsleistung direkt integriert. So können die Bildverarbeitungswerkzeuge 3D-Punktwolkeninspektionen durchführen, ohne dass ein externer Controller oder eine PC-basierte Software eines Drittanbieters erforderlich ist. So kann die Analyse der Bilder somit in kürzester Zeit durchgeführt werden.

Die meisten existierenden Systeme verwandeln 3D-Daten in 2D-Bilder. Dabei wird die Höhe eines Punktes als Grauwert abgebildet. Zum Verständnis der Höheninformation verwendet man eine Falschfarbendarstellung des gerasterten 3D-Bildes im 2D-Bild. Dabei ist es sehr schwer Nuancen des 3D-Teils zu sehen und erfolgreich zu verarbeiten. Eine gängige Methode ist, einen Ausschnitt aus dem gerastertem 2D-Bild in ein 1D-Höhenprofil zu wandeln. Durch die Technologie im 3D-L4000, ist das Bild jedoch eine reine Punktwolke: was man sieht und auswertet, ist ein echtes 3D-Bild, keine Reduktion auf ein 1D-Höhenprofil. Da die 3D-Inspektion für die meisten Anwender*innen neu ist, sind die 3D-Werkzeuge so konzipiert, dass alle die neuen dreidimensionalen Werkzeuge verstehen und einsetzen können.

Intuitive Bedienung 

Eine weitere Neuheit ist die Verwendung der intuitiven In-Sight Spreadsheet-Entwicklungsoberfläche zum Einrichten und Ausführen von 3D-Anwendungen, ohne Programmierung oder externer Verarbeitung. Sie ermöglicht die Kombination von 2D- und 3D-Vision-Tools in einer Anwendung, was zu schnelleren Implementierungen führt und die Werksintegration mit einem vollständigen E/A- und Kommunikations-Funktionsset rationalisiert. Das In-Sight 3D-L4000 enthält alle traditionellen 3D-Messwerkzeuge, z. B. zur Ebenen- und Höhenbestimmung. Darüber hinaus verfügt es über 3D-Vision-Tools, wie z.B. PatMax3D, Blob3D, 3D Geometry, die speziell für Inspektionen in einem echten 3D-Raum entwickelt wurden. Dies erleichtert die Vermessung und Lokalisierung von Teilen oder Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche sowie von Spalten, Kanten und Winkeln - selbst bei Teilen mit komplexer Geometrie.

Breite Anwendungspalette 

Das 3D-L4000 erschließt vielfältige Anwendungen in Branchen wie Lebensmittel und Getränke, Konsumgüter, Verpackung, Automobil, medizinische Geräte und Elektronik. Die Benutzerfreundlichkeit und die Tatsache, dass für die Einrichtung und Verarbeitung kein externer PC und keine Programmierkenntnisse erforderlich sind, machen die laserbasierte 3D-Bildverarbeitung zu einer praktikablen Option.