Schattenoptimierer

Inspektionssysteme - Computational Imaging optimiert die Bildverarbeitung und ermöglicht mittels Photometrischer Stereoanalyse auf schwierig zu prüfenden Oberflächen selbst kleinste Details zu erkennen. Stemmer Imaging bietet hierfür verschiedene Optionen an.

19. November 2019
Schattenoptimierer
Computational Imaging bei Glasoberflächen mit mikroskopischen Partikeln, feinen Kratzern, Ätzgrübchen und Öltröpfchen. (Bild: Stemmer Imaging)

Computational Imaging (CI) erzeugt aus einer Reihe von Bildern, die unter verschiedenen Licht- und optischen Bedingungen aufgenommen wurden, ein Ausgabebild mit den für eine bestimmte Bildverarbeitungsaufgabe wichtigsten Bildeigenschaften. Dieses Vorgehen bietet gegenüber herkömmlichen One-Shot-Verfahren erhebliche Vorteile. Mit Computational Imaging lässt sich nicht nur die Leistungsfähigkeit einer Kamera verbessern. Es lassen sich mehr Bilddetails sichtbar machen, die vorher nicht zu erkennen waren.

Im Gegensatz zur herkömmlichen Bilderfassung, gibt CI mit seiner gezielten Merkmalsextraktion direkt das jeweils benötigte Bild aus, was robustere Bildverarbeitungslösungen ermöglicht.

Eine zentrale Voraussetzung von CI ist die Optimierung der Beleuchtungskonfiguration und eine Sequenz aus mehreren Einzelbildern mit unterschiedlicher Beleuchtung für jedes Bild. Das kann für die einzelnen Bilder eine Änderung der Lichtstärke, des Winkels oder der Wellenlänge bedeuten. Durch segmentierte, multispektrale oder mehrere einzelne Lichtquellen sind verschiedene CI-Techniken möglich, wie Verbesserung der Bildqualität und Bildschärfe, Wiederherstellung von Geometrie und Material. Es gibt verschiedene typische CI-Techniken, etwa High-Dynamic-Range Imaging (HDR), Extended Depth of Field (EDOF), Bright Field/Dark Field, Multi-spectral Imaging, 360-Grad-Object-Capture und die Photometrische Stereoanalyse (PMS).

CCS Inc. bietet ein »Computational Illumination Kit«, das für alle Bildverarbeitungs- und die meisten Smart-Kameras geeignet ist. Dazu gehören eine breite Auswahl an Ring- und Balkenbeleuchtungen mit vier Quadranten, Full-Colour-, multispektrale und segmentierte Full-Colour-Beleuchtungen sowie die vierkanalige, programmierbare LED-Beleuchtungssteuerung Light Sequence Switch (LSS), Software sowie Kabel.

Mit einem externen Systemtrigger startet das LSS-System eine vorprogrammierte Beleuchtungssequenz auf den vier Kanälen und erzeugt einen korrelierten Kameratrigger, der eine externe Bildaufnahme automatisch auf die programmierte Beleuchtungssequenz einstellt. Dabei können Trigger- und Belichtungszeit für eine Sequenz ebenso eingestellt werden wie die Pulslänge für jeden einzelnen Kanal. Das System ist kompatibel mit gängiger Machine-Vision-Software, zum Beispiel Sherlock von Teledyne Dalsa, in der die Photometrische Stereoanalyse bereits implementiert ist.

Shape from Shading

Ein wichtiges Einsatzgebiet von Computational Imaging ist die Photometrische Stereoanalyse (Shape from Shading). Die Inspektion glänzender und gekrümmter Materialoberflächen mit schwankender Helligkeit stellt Bildverarbeitungssysteme vor große Herausforderungen. Das Trevista-Ver- fahren beruht auf der Shape-from-Shading-Technologie. Sie wurde entwickelt, um selbst kleinste Fehler auf schwierig zu prüfenden Oberflächen zu erkennen. Dabei handelt es sich um eine voll automatisierte, 100-prozentige Prüfung, bei der Textur und Topografie des Prüfteils getrennt voneinander betrachtet werden. Die kuppelförmige Konstruktion sorgt dabei für eine optimale diffuse strukturierte Ausleuchtung aus vier verschiedenen Richtungen, wodurch Fremdlichteinfluss weitgehend unterdrückt werden kann.

Das Trevista-Verfahren vereint die Geschwindigkeit der 2D-Bildverarbeitung mit der Genauigkeit der 3D-Erfassung. Zur automatischen Auswertung der topografischen Bilder werden Shape-from-Shading-Algorithmen in die Soft- wareumgebung des Systems integriert.

Die optische 3D-Formerfassung erkennt auch Fehler im Mikrometerbereich und erhöht so die Prüfgenauigkeit erheblich. Durch die getrennte Betrachtung von Textur und Topografie verringern sich der Pseudo-Ausschuss und damit verbundene Kosten, da echte Defekte auf Oberflächen, etwa Kratzer, eindeutig von vermeintlichen Defekten, wie Verschmutzungen, unterschieden werden können. Aufgrund der kurzen Taktzeiten lassen sich Inspektionszeiten deutlich reduzieren und die Produktivität ebenfalls erhöhen.

Stemmer Imaging bietet eine Auswahl spezieller Trevista-Systeme. TrevistaCAM ist ein Stand-alone-System, das die intelligente Vier-Megapixel-Kamera Adlink Neon mit Objektiv einsetzt, und wahlweise mit den Softwarepaketen iNspect Express oder Sherlock von Teledyne Dalsa vorkonfiguriert ist.

Die Kamera ist in die domförmige Trevista-Beleuchtungseinheit integriert, die eine diffuse strukturierte Ausleuchtung der Prüfobjekte erlaubt. Das System ist sofort einsatzbereit und lässt sich mühelos in Fertigungsprozesse integrieren. Zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerung stehen Standardschnittstellen zur Verfügung.

Zur Auswahl stehen zwei TrevistaCAM-Modelle mit unterschiedlichen Software-Levels. Mit ihnen gelingt selbst Integratoren, die wenig Erfahrung in Sachen Bildverarbeitung haben, die schnelle und zuverlässige Realisierung von Inspektionsaufgaben. Aber auch erfahrenen Anwendern bieten die leistungsstarken Werkzeuge genau die Funktionalitäten, um anspruchsvolle Prüfaufgaben in verschiedenen Branchen zu bewältigen.

Alle Shape-from-Shading-Algorithmen sind in die Software-Plattformen eingebunden. Anwendungsbeispiele sind unter anderem die Erkennung von geprägten DataMatrix-Codes und Zeichen sowie Braille-Schrift. Auch modulare CVS-Trevista-Systeme sind erhältlich. Dabei unterscheidet man drei Varianten: CVS Trevista Surface setzt eine Flächenkamera ein, die vom Anwender je nach Bedarf frei gewählt werden kann. Mit dieser lassen sich bis zu 200 unbewegliche Teile pro Minute inspizieren. CVS Trevista Cylinder verwendet eine Zeilenkamera zur Prüfung von zylindrischen Bauteilen, während CVS Trevista Multiline zur Prüfung bewegter oder rotierender Bauteile eingesetzt wird und sich damit für Produktionsverfahren eignet, bei denen die Prüfung direkt in der laufenden Produktion stattfindet. Dieses System verwendet eine Flächenkamera, bei der nur einzelne Zeilenpaare ausgelesen werden.

SPS: Halle 7A, Stand 141

Erschienen in Ausgabe: 08/2019
Seite: 38 bis 39

Schlagworte