Bei der Herstellung von Bauteilen mit hohen Stückzahlen gilt die Lasermarkiertechnik als einer der Bausteine für eine lückenlose Rückverfolgbarkeit. Da digitale Daten direkt und dauerhaft auf das Produkt aufgetragen werden, sorgen sie für ein hohes Maß an Fälschungssicherheit. Ebenso wichtig wie das zu­verlässige Aufbringen von Bar- und Data-Matrix-Codes sowie markenrelevanter Komponenten – Logos ebenso wie Produkt- und Firmennamen – ist das Gegenlesen und die Verifikation. Der Einsatz eines Bildverarbeitungssystems ist unabdingbar, weil Laserscanner weder Data-Matrix-Codes noch Klarschrift und Grafiken lesen können. Aber: Die eingesetzte Hardware ist nur so leistungsstark und flexibel, wie es die verwendete Bildverarbeitungs-Software zulässt. Die Firma Asys Automatisierungssysteme aus Dornstadt, Anbieter auf dem Gebiet der Lasermarkiertechnik, setzt in ihrem Lasermarkiersystem „Insignum 2000“ die Vision-Software „VisionPro“ von Cognex ein.

Das Lasermarkiersystem markiert einen kompletten Beschriftungsbereich mit einem feststehenden Laser. Das Gegenlesen des Data-Matrix-Codes erfolgt per Kamera. Dabei liegen die Taktzeiten beim Lesen von maximal 20 Codes unter 15 Sekunden – inklusive Handling. Neben dem Lesen der Codes übernimmt die Kamera die Verifikation und damit Qualitätskontrolle der kompletten Lasermarkierung.

Der Laser und das Lesegerät sind stationär oberhalb des Transportsystems montiert, so dass die zu markierende Leiterplatte die Markierposition schnell und präzise erreicht. Kern der gesamten Anlage ist die Ablenkeinheit: Die Kamera ist in den Strahlengang des Lasers eingekoppelt und ermöglicht das Bearbeiten eines Markierfelds mit einer Größe von 350 mm × 350 mm, ohne auf ein mechanisch angetriebenes Achssystem zurückgreifen zu müssen. Für ein beidseitiges Markieren lässt sich optional eine Wendestation integrieren. Sollen höhere Taktzeiten erreicht werden, kann ein Laser integriert werden, der die Leiterplatten von unten markiert.

Das Zusammenspiel von Laser und Vision-System bietet im Vergleich zur Scanner-Technik deutliche Vorteile: So lassen sich nicht nur Codes und Schriftzeichen zur lückenlosen Rückverfolgbarkeit gegenlesen, sondern auch Passmarken werden erkannt und Leiterplatten durch einen Layout-Vergleich sicher identifiziert.

Die Vision-Software

Eine der Bedingungen der Entwickler bei der Auswahl der Vision-Software war das einfache Einbinden in die Asys-Software „Asymark“. Hilfreich für die Entscheidung für die Cognex-Lösung war deren integriertes Tool „Cognex Connect“, eine Sammlung standardisierter Kommunikationslösungen für die Prozessoptimierung.

Auch kleinste Codes auf großen Flächen lassen sich per Galvokopf mit integriertem Kamerasystem und moderner Vision-Software identifizieren.

© Cognex

Die im Lasermarkiersystem benötigten Tools der Vision-Software ließen sich problemlos in die interne Automationssoftware integrieren, so dass Anwender letztlich auf nur eine Arbeitsoberfläche zugreifen – für Scanner, Laser und Drucker gleichermaßen. Bei Systemen anderer Hersteller hingegen sind für verschiedene Prüf- und Arbeitsschritte mehrere Programme zu öffnen und zu bearbeiten.

Darüber hinaus sorgt die Drag-&-Drop-Verbindung zwischen den einzelnen Tools von Vision Pro für die schnelle Übermittlung von Werten, Ergebnissen und Bildern. Das dynamische Positionieren erfolgt über die intelligente Software-Einrichtung. Wieder verwendbare Tool-Gruppen, die Anwender bei Bedarf auch selbst definieren können, verkürzen die Entwicklungszeit. Dabei ist die Bildverarbeitungssoftware intelligent genug, unkritische Veränderungen im Aussehen der Markierungen zu ignorieren und sich auf diejenigen kritischen Merkmale zu konzentrieren, von denen die Abnahme eines Produktes abhängt.

Autor: Ralf Baumann ist freier Fachjournalist.

Das Software-Paket

Das Bildverarbeitungs-Softwarepaket „VisionPro“ bietet Hardware-unabhängig eine Palette von Fähigkeiten für alle Industriebranchen und integriert eine Bibliothek von Vision-Tools sowie eine flexible Entwicklungsumgebung.

Die im Paket enthaltene Vision-Software „PatMax“ verwendet geometrische Grundstrukturen für die Objekterkennung. Aus der Analyse der geometrischen Informationen sowohl der Merkmale als auch deren räumlicher Relation wird die Position des Objektes eindeutig bestimmt. So lassen sich auch Merkmale wie Konturen mit geringem Kontrast erkennen. Das Tool ist gegenüber Lage-, Orientierungs- und Maßstabsveränderung des Objektes unempfindlich. Die gleichzeitige Untersuchung von Kontur und Struktur des Objektbildes eliminiert wechselnde Beleuchtungs- und Kontrastverhältnisse.

Auf dieser Technologie basiert eine Reihe weiterer Module von Vision-Tools wie beispielsweise PatInspect, PatFlex, PatMax Synthetic, PatMax XCL, PatMax SA und IDMax. PatFlex zum Beispiel lokalisiert Objekte selbst dann noch, wenn sie unterschiedliche Oberflächenper­spektiven oder verzerrte Oberflächen aufweisen. Weitere Tools enthalten eine Reihe von Algorithmen der Farbbildverarbeitung (etwa SearchMax, Color Extractor, NxM Filter und High Speed Color Conversion). Der ColorExtractor zum Beispiel ist ein Segmentierungstool für Bilder mit komplexen Farbzusammenstellungen.

Dabei ist das Anwendungsspektrum der Tools von VisionPro auf Hochgeschwindigkeitsleistung optimiert, insofern als unter anderem die Multicore-Arbeitsweise moderner Computer-Prozessoren integriert ist. Das Vision-Tool unterstützt nahtlos alle Entwicklungsmodi.