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Darum geht’s in der industriellen Bildverarbeitung – Eine Einführung

Bildverarbeitung ist Retousche in Photoshop? Keineswegs! Hinter industrieller Bildverarbeitung versteckt sich ein gesamtes Wissensfeld rund um die Erfassung und Verarbeitung von Bildern im industriellen Kontext. Sie umfasst sowohl Soft- als auch Hardware, um den gesamten Bild-Prozess mit Kamera, Belichtung, Datenverarbeitung und -ausgabe abzubilden. Im Zuge der wachsenden Automatisierung und Digitalisierung von Produktionen kommt die Bildverarbeitung dabei vornehmlich zur Roboterführung und Qualitätsprüfung von Werkstücken zum Einsatz.

 

Einsatzmöglichkeiten in der Bildverarbeitung

Machine Vision lohnt sich immer dann, wenn sich eine dieser beiden Aufgaben häufig wiederholt oder eine hohe Taktrate vorweist. Dafür sind jedoch zwingend gleichbleibende Bedingungen und eindeutige Prüfmerkmale notwendig. Genauigkeit, präzise Vergleichbarkeit, stabile und lineare Ergebnisse stellen weitere Anforderungen dar. 

Diese Standardisierung ergibt gleichzeitig auch die größte Herausforderung der industriellen Bildverarbeitung. Marktübliche Systeme benötigen daher meist eine Beschränkung dieser Freiheitsgrade. Viele lassen sich außerdem noch nicht an neue Situationen anpassen oder gar modular erweitern. Doch die nächste Generation performanter Bildverarbeitung steht bereits in den Startlöchern: Sie kommen besser als bisher mit all diesen Parametern zurecht.

Und das ist auch notwendig. Denn für den industriellen Einsatz muss Machine Vision robust und zuverlässig arbeiten. Im Gegensatz zu akademischen oder militärischen Anwendungen steht der Kosten-Nutzen-Aspekt ebenfalls im Fokus.

 

Warum nun ein Bildverarbeitungssystem verwenden?

Machine Vision wird immer dann integriert, wenn eine oder mehrere der folgenden automatisierten Funktionen gefragt sind:

  • Positions- und Lagebestimmung von Objekten,
  • Form- und Maßprüfungen,
  • Oberflächen-Prüfung,
  • Vollständigkeitsprüfung,
  • Barcode-, Flächencode- oder Zeichenerkennung,
  • Reaktive Robotik.

 

Ein komplexes System, das lange unüberwindliche Herausforderungen stellte

Industrielle Bildverarbeitung gibt es erst seit etwa 1975 und war lange Zeit ein vernachlässigtes Feld in Produktionsstätten, da die Aufnahme von Bildern mit hohen Anforderungen an digitalen Speicher und Verarbeitungskapazitäten verbunden war. Die gestiegene Leistungsfähigkeit von Industrie-PCs im letzten Jahrzehnt hat dieser Entwicklung massiven Vorschub geleistet. Dementsprechend macht Software heute einen nicht geringen Anteil an der Bildverarbeitung aus.

Diese muss in der Lage sein, große Datenmengen in kürzester Zeit zu verarbeiten: Denn digitale Bilder beinhalten eine Vielzahl von Informationen, noch dazu in hoher Auflösung. Soll eine Bildverarbeitungs-Software mit der Taktrate in der Produktion Schritt halten, sind leistungsfähige Prozessoren unerlässlich. Deswegen kommen hier meist sog. Embedded Computer oder Industrie-PCs zum Einsatz. Dort werden eingehende Bilddaten dann segmentiert, gelabelt und klassifiziert, bevor die eigentliche Auswertung stattfindet. So bricht das System die komplexen Bilddaten in maschinenlesbare Informationen herunter.

 

Bessere Ergebnisse durch höhere Spezialisierung 

Jeder, der sich einmal ausführlicher mit den eigenen Urlaubsschnappschüssen befasst hat, versteht, dass es für ein gelungenes Bild mehr braucht als einen Knopfdruck. Das gilt auch für die industrielle Bildverarbeitung. Zwar gibt es hier keinen künstlerischen Anspruch, dafür erfordert der dokumentarische Charakter der Bilder maximale Präzision. Um diesen Ansprüchen zu genügen, haben sich zahlreiche Unterbereiche der Bildverarbeitung und multidisziplinäre Ansätze entwickelt. So sollen auch schwierige Ausgangssituationen zu guten Aufnahmen führen. Zu den einzelnen Kategorien zählen heute:

  • Kameraauswahl inkl. Objektiven und Sensoren,
  • Beleuchtung,
  • Bild- und Datenübertragung via Framegrabber,
  • Aufnahmesituation,
  • Industrie-PCs,
  • Bildverarbeitungs-Software,
  • Anbringung und Objektführung.

Für ein gutes Zusammenspiel dieser Komponenten sind fundiertes Wissen und Erfahrung notwendig. Nicht selten kommen deswegen für Bildverarbeitungs-Projekte Spezialisten aus verschiedenen Bereichen oder Unternehmen zusammen. Auch das führt dazu, dass Machine Vision bei manchem Werkleiter auf wenig Gegenliebe stößt: Die komplexen Projekte führten in der Vergangenheit selbst bei sorgfältigster Planung so manches Mal zu unvorhergesehenen Herausforderungen. Neue Systeme können die Planung und Umsetzung zu einem gewissen Grad erleichtern.

 

Unternehmerische Chancen durch Machine Vision

Begrenzte Freiheitsgrade, herausfordernde Projekte, unvorhersehbare Turbulenzen – warum setzen Unternehmen überhaupt auf industrielle Bildverarbeitung?

Ihr Einsatz gründet sich auf dem wachsenden Bestreben nach fehlerfreier und kostengünstiger Produktion. Sowohl Globalisierung als auch die alternde Bevölkerung führen dazu, dass Unternehmen einfache und repetitive Aufgaben zunehmen automatisieren. Im Gegenzug werden die Aufgaben von Produktionsmitarbeitern spannender und weniger körperlich belastend.

Neue Möglichkeiten, robustere Systeme, sinkende Preise: Die industrielle Bildverarbeitung mausert sich vom Sorgenkind zum Shooting Star. Schnellere Innovationszyklen in Optik und Computerleistung sowie sinkenden Preise führen zu hochwertigen Lösungen für Unternehmen. Damit versetzen diese Entwicklungen die industrielle in die Lage, steigenden Qualitätsansprüchen auch zukünftig zu genügen.

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