Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Industrielle 2D- und 3D-Bildverarbeitung: Das Fraunhofer IWU untersucht mit verschiedenen Kamerasystemen und 3D-Sensoren die Eignung von Anwendungsfällen für eine automatisierte Bauteilprüfung, Fehlererkennung und Qualitätssicherung.
Machbarkeitsuntersuchung für 2D- und 3D-Bildverarbeitung in der Produktion
Eine Machbarkeitsuntersuchung für 2D- und 3D-Bildverarbeitung zeigt, ob sich industrielle Kamerasysteme für die automatisierte Prüfung, Erkennung und Lokalisierung von Merkmalen an Bauteilen und in Produktionsprozessen eignen. Das Fraunhofer IWU untersucht dafür Ihre Bauteile und Prozessanforderungen mit unterschiedlichen 2D- und 3D-Bildverarbeitungslösungen und bewertet deren Eignung für den vorgesehenen Anwendungsfall.
Kurz zusammengefasst
Bei einer Machbarkeitsuntersuchung werden unter anderem folgende Fragen beantwortet:
- Welche Bildverarbeitungstechnologie eignet sich für die konkrete Prüfaufgabe?
- Reicht eine 2D-Prüfung aus oder bietet eine 3D-Erfassung Vorteile?
- Welche Kamera- und Beleuchtungstechnik ist geeignet?
- Welche Fehler, Merkmale oder Geometrien lassen sich erfassen?
- Welche technischen Grenzen hat die untersuchte Lösung?
- Welche Hardware und Software kommen für eine spätere Umsetzung infrage?
- Wie lässt sich die Bildverarbeitung in den Produktionsprozess integrieren?
Welche Prüfaufgaben lassen sich mit Bildverarbeitung automatisieren?
Industrielle Bildverarbeitung ermöglicht die automatisierte Erfassung und Bewertung sichtbarer Merkmale von Bauteilen und Produkten. Typische Prüfaufgaben sind:
- Bauteilfehler erkennen: Erkennung und Lokalisierung von Kratzern, Graten, Beschädigungen und anderen sichtbaren Abweichungen
- Anwesenheit prüfen: Kontrolle, ob Bauteile oder Komponenten vorhanden und korrekt positioniert sind
- Geometrien erfassen: Prüfung von Konturen, Abmessungen, Höhen und räumlichen Merkmalen
- Zeichen und Codes lesen: Erkennung und Prüfung von Data-Matrix-Codes, QR-Codes und Zeichen
- Oberflächen prüfen: Erfassung visuell erkennbarer Oberflächenmerkmale
- Qualitätskontrollen automatisieren: Untersuchung, ob eine bisher manuell durchgeführte visuelle Prüfung mit einem Kamerasystem automatisiert werden kann
Ob eine konkrete Prüfaufgabe automatisiert werden kann, hängt unter anderem vom Prüfmerkmal, Bauteil, Oberflächenzustand, Kontrast, Beleuchtung, Taktzeit und den geforderten Erkennungseigenschaften ab.
Was wird bei der Machbarkeitsuntersuchung geprüft?
Die Untersuchung basiert auf den konkreten Bauteilen und Prozessanforderungen des Anwendungsfalls. Typischerweise werden folgende Faktoren betrachtet:
| Anforderungen | Bedeutung für die Untersuchung |
|---|---|
| Zu erkennende Fehler und Merkmale | Welche Abweichungen oder Eigenschaften müssen erkannt werden? |
| Fehler- und Erkennungsanforderungen | Welche Prüfanforderungen bestehen an die spätere Anwendung? |
| Taktzeit | Wie viel Zeit steht für Aufnahme und Auswertung eines Bauteils zur Verfügung? |
| Bauteilgeometrie | Welche Konturen, Höhen und räumlichen Eigenschaften müssen erfasst werden? |
| Oberflächenbeschaffenheit | Wie beeinflussen Oberfläche, Reflexionen oder Kontraste die Bildaufnahme? |
| Gut- und Ausschussteile | Welche Referenzteile stehen für die Erprobung zur Verfügung? |
| Produktionsumgebung | Welche Anforderungen ergeben sich aus der späteren Integration in den Prozess? |
Das Ergebnis ist eine technische Einschätzung, welche untersuchten Bildverarbeitungslösungen für den konkreten Anwendungsfall infrage kommen und wo ihre technischen Grenzen liegen.
2D- oder 3D-Bildverarbeitung: Welche Sensorik und Software kommt infrage?
Die Auswahl der Bildverarbeitungstechnik richtet sich nach dem Merkmal, das geprüft werden soll.
| Technologie | Typische Prüfaufgaben |
|---|---|
| 2D-Industriekameras (Farbe, Schwarz-Weiß) | Prüfung von Merkmalen, Oberflächen, Zeichen und Codes; Kontrastbasierte Merkmals- und Fehlererkennung |
| 3D- und Laserlinienkameras | Erfassung von Geometrie, Höhen und räumlichen Merkmalen; 3D-Erfassung von Konturen und Oberflächen |
| Farbkameras | Unterscheidung und Prüfung anhand von Farbmerkmalen |
| Unterschiedliche Beleuchtungssysteme | Optimierung der Sichtbarkeit relevanter Merkmale |
| Bildverarbeitungssoftware (HALCON, Cognex In-Sight, OpenCV) | Auswertung und Klassifikation der aufgenommenen Bilddaten |
Eine Machbarkeitsuntersuchung kann dazu dienen, verschiedene technische Ansätze unter vergleichbaren Bedingungen zu erproben und ihre Eignung für die konkrete Prüfaufgabe zu bewerten.
Wie läuft die Machbarkeitsuntersuchung ab?
Die Untersuchung erfolgt typischerweise in folgenden Schritten:
- Anforderungen klären
Bauteile, Prüfmerkmale, Fehlerbilder und Anforderungen des Produktionsprozesses werden betrachtet. Dazu gehören beispielsweise verfügbare Taktzeiten und die Anforderungen an die spätere Integration. - Lösungskonzepte auswählen:
Auf Basis der Prüfaufgabe werden geeignete Kameras, Beleuchtungssysteme und Softwarelösungen für den Anwendungsfall zusammengestellt. - Bauteile untersuchen:
Die vorhandenen Referenzteile werden am Bildverarbeitungs-Versuchsstand aufgenommen und analysiert. - Technische Ansätze prototypisch erproben:
Unterschiedliche Bildverarbeitungskonzepte werden praktisch getestet und hinsichtlich ihrer Eignung und technischen Grenzen verglichen. - Ergebnisse bewerten und Empfehlung ableiten:
Die getesteten Lösungen werden hinsichtlich ihrer technischen Eignung für den vorgesehenen Produktionsprozess bewertet. Daraus können Empfehlungen für geeignete Hardware, Software und nächste Umsetzungsschritte abgeleitet werden.
Was erhalten Sie als Ergebnis?
Die Machbarkeitsuntersuchung liefert eine technische Entscheidungsgrundlage für die weitere Umsetzung. Das Ergebnis kann unter anderem umfassen:
- Kurzbericht zur untersuchten Prüfaufgabe
- Bewertung der getesteten Bildverarbeitungslösungen
- Empfehlung geeigneter Hardware- und Softwarekomponenten
- Beschreibung technischer Grenzen der untersuchten Lösung
- Codebeispiele für die prototypische Umsetzung
Damit lässt sich die Frage beantworten, welche technische Lösung für die weitere Implementierung untersucht beziehungsweise eingesetzt werden kann.
Eckdaten der Machbarkeitsuntersuchung
| Komponente | Details |
|---|---|
| Dauer | 2–3 Werktage am Fraunhofer IWU |
| Testobjekte | Gut- und Ausschussteile (Kundenmaterial) |
| Kameratechnik | 2D/3D-Industriekameras, Laserlinien-Profilscanner, Farb-/SW-Kameras |
| Beleuchtung | variable Beleuchtungskonzepte |
| Software | Halcon, Cognex InSight, OpenCV (versionierte Bibliotheken) |
| Ergebnis | Kurzbericht, Hardware-/Software-Empfehlung, Codebeispiele |
| Kosten | Keine Vorabinvestition in Hardware; Projektpreis auf Anfrage |
Für wen ist eine Machbarkeitsuntersuchung geeignet?
Das Angebot richtet sich insbesondere an Unternehmen aus dem produzierenden Gewerbe, die prüfen möchten, ob sich eine visuelle Prüf-, Erkennungs- oder Lokalisierungsaufgabe mit 2D- oder 3D-Bildverarbeitung automatisieren lässt.
Eine Untersuchung ist insbesondere dann relevant, wenn noch offen ist:
- welche Kameratechnik für die Prüfaufgabe geeignet ist,
- ob 2D- oder 3D-Bildverarbeitung benötigt wird,
- welche Beleuchtung die relevanten Merkmale sichtbar macht,
- welche Fehler oder Merkmale zuverlässig untersucht werden können,
- welche technischen Grenzen bei der Automatisierung bestehen,
- welche Hardware- und Softwarekomponenten für eine spätere Umsetzung infrage kommen.