Bildverarbeitung für die optische Qualitätskontrolle

Bildverarbeitung ist ein etabliertes Verfahren zum Messen und Prüfen von Objekten oder Produkten (optische Qualitätskontrolle), welches auf einer optischen Auswertung beruht. Mittels Bildverarbeitung lassen sich sehr schnell und berührungslos viele Merkmale gleichzeitig bestimmen, die zu einer Qualitätsbeurteilung oder Weiterverarbeitung der Ergebnisse dienen können.

Es werden in vielen Branchen optische Prüfungen sehr häufig direkt in den Produktionslinien eingesetzt, um permanent die Produkte in jedem Fertigungsschritt zu überwachen und notfalls auszusortieren. Einsatzgebiete sind sehr häufig in der Automobilzulieferindustrie, im Maschinenbau oder auch in der Medizintechnik zu finden. So ist es heute in der Serienproduktion aus Kostengründen praktisch unmöglich, jedes produzierte Teil von einem Mitarbeiter der Qualitätssicherung einzeln prüfen zu lassen, zumal auch die Fehlerquelle „Mensch“ eine der größten Ursachen darstellt, und dieser eben nicht gleichmäßig zuverlässig und tagesformabhängig arbeitet.

Bildverarbeitung findet auch in vielen anderen Bereichen statt, sei es an automatisierten Grenzkontrollen mittels biometrischer Auswertung der Person und der Reisepässe, im Bereich der Fahrzeugüberwachung der Polizei zum Auslesen von Fahrzeugkennzeichen oder zukünftig als Assistenzsystem in Fahrzeugen zur Erkennung von Verkehrsschildern und automatisches Anpassen der Geschwindigkeit oder um das Einparken zu erleichtern und zu automatisieren.

Auch der Bereich 3D-Bildverarbeitung ist ein stark wachsender Markt. Der berühmte „Griff in die Kiste“ ist bereits Realität, auch wenn hier noch viel Entwicklungspotenzial vorhanden ist, da das Produktspektrum noch recht eingeschränkt ist. Mit 3D-Bildverabeitung lassen sich durch die Anordnung mehrerer Kamerasysteme in einem festen Winkel zueinander auch Tiefeninformationen gewinnen, die z.b. Roboteranlagen ermöglichen, oben und frei liegende Teile in einer Gitterbox selbstständig zu erkennen und zu greifen.

Man sieht, den Anwendungsgebieten sind fast keine Grenzen gesetzt und die Systeme werden immer intelligenter.

Von einer übergeordneten Steuerung wird in einem ersten Schritt ein sogenannter Trigger ausgelöst, welcher die Messanforderung auf dem PC startet. Die auf dem PC installierte Bildverarbeitungssoftware nimmt über eine angeschlossene Digitalkamera ein Bild auf und transferiert dieses zurück in die Software. Anschließend beginnt die Auswertung des Bildmaterials. Hierbei werden über diverse mathematische Algorithmen zunächst die interessanten Bildteile herausgefiltert und optimiert (vorverarbeitet) und mittels optischer Prüfung (Routinen) ausgewertet.

• Anwesenheitskontrolle:
  Ein Originalbildmerkmal wird eingelernt und bei jeder Prüfung mit dem Prüfbild verglichen. Daraus entsteht ein prozentualer Übereinstimmungsgrad
• Kantendetektion:
  Körperkanten in Form von Hell-Dunkel oder Farbübergängen werden im erkannt und gemessen. Dies eignet sich für eine Abstandsbestimmung oder Positionsbestimmung
• Lagekontrolle und Nachführung:
  Objekte werden mittels der Kantenkontraste als Objektkonturen eingelernt. Das System erkennt das Teil dann in Form und Lage automatisch wieder und kann anhand der Position angeschlossene Systeme wie Roboter nachführen, um das Teil unabhängig von der Lage greifen zu können.
• Optische Zeichenerkennung (OCR):
  Selbstständige Erkennung von Textinformationen im Kamerabild und Umwandlung in normalen Text zur weiteren Verarbeitung
• Optische Zeichenverifikation (OCV):
  Eine Abwandlung der OCR-Funktion, bei  ein 1:1 Vergleich von Textinformationen gegenüber einer festen Vorgabe erfolgt
• Barcode/2D-Code-Erkennung:
  Auslesen von diversen Codetypen aller Art

• Eine monochrome oder farbige Digitalkamera, welche an einen PC angeschlossen werden kann
• Eine geeignete Beleuchtung, um die zu prüfenden Produkte immer einheitlich und homogen auszuleuchten (meist LED-Technik)
• Auswerte-PC
• Bildverarbeitungssoftware zur Weiterverarbeitung und Auswertung des Bildmaterials

ruhlamat besitzt in dem Bereich der Bildverarbeitung seit vielen Jahren weitreichende Kompetenzen. Insbesondere die Produktion von ID-Karten und Reisepässen stellt in vielerlei Hinsicht eine große Herausforderung dar, da hier nicht immer Standardalgorithmen Anwendung finden können. So werden bei der Chipkartenproduktion zum Beispiel sehr schnelle Verfahren zur optischen Prüfung der personalisierten Texte benötigt. Eine besondere Schwierigkeit ist hierbei die Notwendigkeit, auch internationale Schriftzeichen wie kyrillisch, griechisch, arabisch schnell und mit hoher Sicherheit vergleichen zu können. Gleichzeitig darf auch der Bedienkomfort für den Operator nicht vernachlässigt werden. Auch biometrische Auswertealgorithmen für den Vergleich von personalisiertem Passbild zu den Textdaten ist ein besonderes Gebiet.

Zu den allgemein größten Schwierigkeiten in der Bildverarbeitung zählt die optische Auslegung. Je nach Produkt muss zum Beispiel eine geeignete Beleuchtung gefunden werden, um später keine bösen Überraschungen in der Zuverlässigkeit zu erleben. So ist es enorm wichtig, das Produkt richtig und gleichbleibend (homogen) zu beleuchten. Spiegelungen auf den Messobjekten sind oft nicht erwünscht und müssen vermieden werden. Der Markt bietet hier eine Fülle an speziellen LED-Beleuchtungen. Die Auswahl ist oft nicht trivial und sollte einem Fachmann überlassen werden.

Schwierig sind auch bestimmte Produktgruppen. Hierzu zählt unter anderem der Bereich der Naturprodukte. Holz, Leder oder das Verarbeiten von Obst, Gemüse und Früchten ist nach wie vor eine der größten Herausforderungen, da hier die Vielfalt und Eigenschaften stark variieren.

Interessieren Sie sich für das Thema Bildverarbeitung im Zusammenhang mit optischen Qualitätskontrollen oder Prüfstationen? Dann nehmen Sie Kontakt mit uns auf, wir helfen Ihnen gerne!