Um Teile zu prüfen, gibt es verschiedene etablierte Technologien. Entscheiden sich Anwender für die industrielle Bildverarbeitung, stellt sich die Frage, ob eine Prüfung in 2D oder in 3D angeraten ist und mit welchem Aufwand die Implementierung der jeweiligen Lösung verbunden ist? Je nach Anwendung ist dann oft ein bewährtes 2D-System die erste Wahl – selbst wenn die (theoretischen) Vorteile der 3D-Bildverarbeitung offensichtlich sein mögen.

Hierfür gibt es zwei Gründe: Zum einen gab es bislang kein 3D-Vision-System, das den Anforderungen der meisten Inspektionsanwendungen in Bezug auf Bedienkomfort und Kosten entsprach. Die dreidimensionale Bildverarbeitungsinspektion war für die meisten Unternehmen einfach zu teuer und kompliziert, und zudem gab es nur wenige Bildverarbeitungs-Tools, die mit echten 3D-Bildern arbeiteten. Das heißt, es musste ein zusätzlicher PC installiert werden, um die Anwendung tatsächlich zu lösen. Erhöhter Platzbedarf und gesteigerter Programmieraufwand waren die Folgen.

Zum anderen funktionierte die 2D-Inspektion mit einer Smart-Kamera meist robust genug und mit hoher Benutzerfreundlichkeit. Ergo besteht oder bestand in vielen Fällen keine wirkliche Notwendigkeit, den kostspieligen und schwierigen Übergang zu einem 3D-Inspektionssystem zu vollziehen.

Blaue Laseroptik

Bei der Schweißnahtprüfung an Gummischläuchen erkennt das ‚In-Sight 3D-L4000‘ selbst kleinste Mängel und kann präzise Messungen vornehmen.

© Cognex

Mit der Einführung des Embedded-Vision-Systems ‚In-Sight 3D-L4000‘ von Cognex soll sich dies ändern. Diese Smart-Kamera ermöglicht es Ingenieuren, eine Reihe von Inline-Prüf-, Führ- und Messanwendungen an automatisierten Produktionslinien schnell, präzise und kostengünstig zu lösen – dank einer umfangreichen Suite echter 3D-Vision-Tools, die aufgrund der ‚In-Sight‘ Spreadsheet-Umgebung genauso einfach zu bedienen sind wie die in der Industrie erprobten 2D-Vision-Tools von Cognex. Eine Branchenneuheit ist auch die patentierte Speckle-freie blaue Laseroptik.

Normalerweise haben 3D-Bildverarbeitungssysteme mit Speckle zu kämpfen 
– Lichteffekte, die auftreten, wenn das Laserlicht von der Oberfläche des Prüfteils zurück zum Bildverarbeitungssystem gestreut wird. Speckle ist in bestehenden 3D-Vision-Systemen ein Problem, da es das Aussehen des Teils verändert und die Bildgenauigkeit verringert. Das System kann lediglich schätzen, wo sich der Laser befindet.

Im ‚In-Sight 3D L-4000‘ wird ein neuer, patentierter Laser im blauen Lichtbereich verwendet, der Speckle-freie Bilder in einer Auflösung von 2K liefert. Der Imager sieht eine klare Laserlinie, was die Genauigkeit der 3D-Bilder erhöht und so die Qualität und Wiederholbarkeit der Mess- und Prüfergebnisse maßgeblich mitbestimmt. Das System liefert zudem seine eigene Beleuchtung sowohl für 3D- als auch für 2D-Bilder, kommt also ohne externe Lichtquelle aus.

Intelligente Verarbeitung

Bei den meisten ‚traditionellen‘ laserbasierten 3D-Vision-Systemen nimmt der Laserkopf ein Bild auf, das zur Verarbeitung an einen PC gesendet wird. Diese Abhängigkeit von der PC-Programmierung macht 3D-Inspektionen nur für sehr komplexe Anwendungen kosteneffektiv. Das 3D-System von Cognex hingegen hat seine Verarbeitungsleistung direkt integriert. Dadurch können die Bildverarbeitungswerkzeuge echte 3D-Punktwolkeninspektionen durchführen, ohne einen externen Controller oder eine PC-basierte Software eines Drittanbieters erforderlich zu machen. Ein weiterer positiver Nebeneffekt: Dank der Verarbeitung on board lässt sich die Analyse der Bilder in kürzester Zeit durchführen.

In der Vergangenheit war die visuelle 3D-Inspektion schwer zu begreifen und zu nutzen.

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Die meisten existierenden Systeme verwandeln 3D-Daten in 2D-Bilder. Dabei wird die Höhe eines Punktes als Grauwert abgebildet. Das heißt, zum Verständnis der Höheninformation dient eine Falschfarbendarstellung des gerasterten 3D-Bildes im 2D-Bild. In einer solchen Darstellung ist es schwierig, die Nuancen des 3D-Teils zu sehen und erfolgreich zu verarbeiten. Es ist gängig, einen Ausschnitt aus dem gerastertem 2D-Bild in ein 1D-Höhenprofil zu wandeln.

Mit der im ‚3D-L4000‘ genutzten Technologie ist das Bild hingegen eine reine Punktwolke – gesehen und ausgewertet wird ein echtes 3D-Bild, keine Reduktion auf ein 1D-Höhenprofil.

Ohne Programmierkenntnisse bedienen

Janina Guptill ist Senior Marketing Communications Specialist bei Cognex Germany in Karlsruhe.

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‚In-Sight 3D-L4000‘ verwendet die intuitive In-Sight-Spreadsheet-Entwicklungsoberfläche zum schnellen und einfachen Einrichten und Ausführen von 3D-Anwendungen, ohne Programmierung oder externe Verarbeitung. Sie ermöglicht auch die Kombination von 2D- und 3D-Vision-Tools in derselben Anwendung, was zu schnelleren Implementierungen führt, und rationalisiert die Werksintegration mit einem vollständigen E/A- und Kommunikations-Funktionsset.

Das 3D-System enthält alle 3D-Messwerkzeuge, die herkömmlich von einem 3D-Vision-System erwartet werden, zum Beispiel zur Ebenen- und Höhenbestimmung. Darüber hinaus verfügt es über einen umfassenden Satz an 3D-Vision-Tools wie 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 wie Kolben oder Scharnieren.