01. JULI 2016

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Wurzeln in der Bildverarbeitung


IDENTSYSTEME - Industrielle Bildverarbeitungs-Lösungen müssen keine aufwendigen Spezialentwicklungen sein: Auch ein preiswertes, modular aufgebautes Identsystem erfaßt Klarschrift ebenso zuverlässig wie mehrdimensionale Codes. Eine Vielzahl von Schnittstellen ermöglicht die Einbindung in die jeweilige Anlage. Die Technologie basiert auf der fast 20-jährigen Erfahrung des Bildverarbeitungs-Pioniers Vitronic.

Kamerabasierte Identsysteme kommen nicht nur im Logistik-Bereich zum Einsatz, sondern auch in vielen anderen Industriezweigen, etwa in der Glas- oder der Pharma-Industrie. Meistens dienen die Systeme der Identifikation oder Verifikation von Barcodes, Data-Matrix-Codes und von Klarschrift (OCR). Aufgebracht werden die Codierungen durch unterschiedliche Verfahren direkt auf das Produkt oder auf dessen Verpackung - sei es durch Laserstrahlen, einen Nadelpräger oder mittels Tintenstrahldrucker.

Neben der Steuerung des Materialflusses dient der Einsatz von Ident-Technologie meist einer lückenlosen Dokumentation des Herstellungsprozesses, um eine Teile-Rückverfolgung zu ermöglichen. Zudem übernehmen moderne Bildverarbeitungssysteme aufwendige Protokollierungen und Datenerfassungen, so daß der Anwender sich direkt auf die Prozeßoptimierung konzentrieren kann. Nicht zuletzt garantiert eine Kontrolle der Codierungen die Chargenreinheit und verhindert, daß falsche Teile in den Produktionsprozeß eingeschleust werden.

Insbesondere in der Automobilindustrie ist diese Forderung immer gegeben. So werden beispielsweise die ICs der Beschleunigungs-Sensorik in Airbag-Steuerungen vom Hersteller eindeutig gekennzeichnet, damit sich Produktionsanlage und -zeitpunkt jederzeit identifizieren lassen. Da die zur Verfügung stehende Fläche auf den ICs extrem klein ist, werden die Daten als Data-Matrix-Code mit einem Lasermarkierer auf die IC-Oberfläche aufgebrannt. Schon kleinste Veränderungen in der Laser-Optik, eine geringfügig abweichende Positionierung der ICs oder Störungen im mechanischen Ablauf bewirken dabei eine verminderte Lesbarkeit der Codes.

Geeignet für solche Aufgaben ist beispielsweise das Identifikationssystem Vibar des Wiesbadener Bildverarbeitungsspezialisten Vitronic. Das kompakte Bildverarbeitungssystem ist gemäß der Schutzklasse IP54 konzipiert und eignet sich deshalb zum Einsatz auch unter beengten Platzverhältnissen und in rauher Industrieumgebung. Der Aufbau aus Standard-Komponenten von Vitronic macht das System jederzeit erweiterbar und preiswert. Das Herzstück ist ein extrem kleiner PC mit Windows XP-Betriebssystem.

Das System hat sich bereits in diversen Applikationen bewährt. So zum Beispiel erfaßt es während des Produktionsablaufs alle neun auf einem Werkstückträger befindlichen ICs gleichzeitig, liest die Codes und bewertet die Qualität der Beschriftungen. Ausgelöst wird die Bildaufnahme während einer Stillstandsphase von 60 Millisekunden. Die anschließende Auswertung aller neun Codes benötigt weniger als eine Sekunde.
Bei einer weiteren Anwendung im Werk eines Automobilherstellers liest ein Vitronic-Bildverarbeitungssystem nadelgeprägte Zeichen auf Hinterachsen. Die automatische Identifikation der Markierungen schließt Verwechslungen der Achstypen aus und garantiert, daß keine falschen Achsen in die Fahrzeuge eingebaut werden.

Optimales Bild und intelligente Vorverarbeitung
Die erste Voraussetzung für die Analyse eines Bildes durch die Bildverarbeitungs-Software ist die optimale Darstellung des Codes. Wichtig ist deshalb die Wahl der richtigen Hardware für das Identsystem je nach Hintergrund, Art und Größe der Markierung sowie sonstiger Randbedingungen.

Das Vibar-System bietet dazu Schnittstellen für eine Vielzahl von speziellen Beleuchtungseinrichtungen, die auf die Anforderungen der jeweiligen Applikation abgestimmt werden können, und Vision-Sensoren, von einfachen Matrixkameras bis zu hochauflösenden Autofokus-Zeilenkameras. Die Zeilenkamera ist immer über einen Lichtwellenleiter (LWL) angebunden und auch die Matrixkamera kann optional mit LWL ausgeführt werden. Dadurch lassen sich große räumliche Entfernungen zwischen den Komponenten problemlos überbrücken, zum Beispiel wenn die Auswerteeinheit in einem zentralen Rechnerraum installiert werden soll. Ein weiterer Vorteil ist der Aspekt der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Störungsfelder, etwa durch Motoren, beeinflussen das Videosignal nicht.

Ebenso wichtig für eine zuverlässige Identifikation ist die intelligente Vorverarbeitung der gewonnenen Daten, um die codierten Information vom Hintergrund und von Störungen zu trennen. Möglich macht dies eine Software mit speziellen Such-Algorithmen, welche Störungen eliminieren und die Code-Information schnell und zuverlässig lokalisieren. Der modulare Aufbau der Software erleichtert die Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall ebenso wie die Auswahl des Decodier-Verfahrens.

Variable Decodierung und Datenbank-Anbindung
Dabei kann zwischen allen gängigen Code-Algorithmen für 1D- oder 2D-Codes und Klarschrift-Klassifikatoren gewählt werden. Auch eine Kombination der einzelnen Verfahren ist möglich. Dadurch werden beispielsweise bei Barcodes und DataMatrix-Codes Leseraten von nahezu 100 Prozent erreicht. Besondere Vorteile bietet der Einsatz mehrerer Klassifikatoren (Voting) für die Klarschrift-Erkennung, indem mehrere auf unterschiedlichen Ansätzen basierende Verfahren nacheinander durchlaufen und anschließend bewertet werden. Das Ergebnis ist eine Klarschrift-Identifikation mit hoher Güte - auch bei schlechter Schriftqualität.

Die hohen Leseraten im Klarschrift-Bereich können durch eine Datenanbindung zur Verifikation der Leseergebnisse noch gesteigert werden. Die hardwareseitige Anbindung kann beispielsweise über eine Ethernet Schnittstelle erfolgen. Somit besteht die Möglichkeit, die Informationen bestehender Datenbanken beim Kunden zu integrieren.

Darüber hinaus ermöglichen Bildverarbeitungssysteme im Gegensatz zu Scanner-Systemen eine quasi 100-prozentige Erfassung der Klarschrift-Informationen. Ermöglicht wird das durch Anbindung einer Videocoding-Station. An diesen separaten Arbeitsplätzen werden nicht maschinenlesbare Codierungen - weil sie eventuell verschmutzt sind - auf einem Bildschirm dargestellt. Videocoding-Personal vervollständigt die fehlende Information manuell über eine Bildschirmmaske. Diese Information wird durch das Identsystem wieder in den Leseprozeß eingebunden.

Ausgabe:
aut 02/2004
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