Die eigentliche Aufgabe: Fehler ohne Schatten
Das grundlegende Problem in einem System für die Qualitätskontrolle war die Erkennung kleiner Löcher auf einer flachen Oberfläche. Zwei Bedingungen machten die Aufgabe besonders schwer:
- Art des Fehlers: Die Löcher hatten dieselbe Farbe und dieselbe Struktur wie das Grundmaterial, eine einfache Analyse von Farbe oder Muster schied damit aus.
- Licht in der Halle: Die Produktionshalle mit vielen Dachfenstern und seitlichen Lichtbändern war von starkem, aber sehr stark gestreutem Licht durchflutet. Für die Sicherheit am Arbeitsplatz ist so ein Licht erwünscht, für ein Bildverarbeitungssystem ist es tödlich, denn es beseitigt praktisch jeden Schatten.
Ohne Schatten wirken Vertiefungen optisch flach und lassen sich vom Rest der Oberfläche nicht unterscheiden.
Der erste Versuch und sein Scheitern: eine übliche Industriekamera
Die erste Idee war eine übliche Industriekamera mit hoher Auflösung, gerichtet auf die Produktionslinie.
Ergebnis: Vollständiges Scheitern. Im Bild der Kamera war von den Fehlern nichts zu sehen.
Analyse: Das Problem lag nicht an der Auflösung der Kamera, sondern an der Physik des Lichts. Fehlende Schatten im Bild bedeuten fehlende Information über die Tiefe. Die Folgerung war klar: Wir müssen das Licht selbst steuern und Schatten aktiv erzeugen.
Bewertung anderer Beleuchtungskonzepte
Wir haben drei Konzepte gegeneinander geprüft:
Konzept 1: Lineare Leuchte parallel zur Linie
- Idee: Eine einzelne lange Leuchte, schräg entlang der Produktionslinie angebracht.
- Problem: Ungleichmäßige Ausleuchtung. Die Lichtstärke fällt mit der Entfernung stark ab.
Urteil: Verworfen.
Konzept 2: Linienscan mit LED Leuchte
- Idee: Wechsel der Architektur auf Linie für Linie. Eine lineare Leuchte steht quer zur Bewegung des Produkts, für die Aufnahme dient eine Zeilenkamera.
- Vorteile: Löst das Problem der gleichmäßigen Ausleuchtung.
- Nachteile:
- Mechanisch aufwendig, es braucht ein aktives System zur Ausrichtung der Leuchte
- Hoher Stromverbrauch
Urteil: Technisch machbar, aber aufwendig und im Betrieb teuer.
Konzept 3: Linienscan mit Laser
- Idee: Dieselbe Architektur wie in Konzept 2, als Lichtquelle dient jedoch ein Linienlaser.
- Vorteile:
- Keine beweglichen Teile, der Laser kann weit entfernt montiert werden
- Sehr geringer Stromverbrauch
Urteil: Sieger.
Entscheidung und nächste Schritte
Wir haben uns für den Linienscan mit Laser entschieden, weil er die zuverlässigste und wirtschaftlichste Architektur bietet. Der Verzicht auf bewegliche Teile senkt die Gesamtkosten der Anlage und erhöht die Verfügbarkeit im Betrieb.
Die nächsten Beiträge der Reihe gehen auf die Umsetzung ein:
- Auswahl der Parameter des Lasers
- Analyse der Signatur der Laserlinie auf Fehlern
- Strategien der Bildverarbeitung und Entwicklung der Algorithmen