InSpectPro 3D von in-situ eröffnet neue Möglichkeiten zum Lesen und Vergleichen erhabener oder geprägten Textstrukturen und Codes auf verschiedenartigsten Oberflächen.

In der Qualitätssicherung gehören kamerabasierte optische Methoden zum Lesen (OCR) und Vergleichen (OCV) von Text auf direkt oder indirekt markierten Teilen längst zum Industriestandard. Trotz jahrelanger Weiterentwicklungen dieser Technologien stößt man aber mit 2D-Kamerasystem nach wie vor an Grenzen, wenn die zu prüfenden Werkstücke fertigungsbedingt starke Schwankungen in der Oberflächenbeschaffenheit aufweisen oder wenn die zu erkennenden Symbole nicht mit ausreichendem Kontrast abbildbar sind. Durch die Einbeziehung dreidimensionaler Bilder können jedoch die Robustheit und Prozesssicherheit eines Systems einen entscheidenden Schritt voran gebracht werden.

In der Produktion sind Markierungen, Strich- und Matrix-Codes sowie Textinformationen oft Teil des Herstellungswerkzeuges. Solche Texte und Codes sind aufgrund schlechter Kontrastiermöglichkeiten mit herkömmlichen Kamerasystemen kaum oder gar nicht zu lesen. Ein prozesssicheres Zurücklesen ist dann in vielen Fällen nicht möglich. Zur Lösung dieses Problems hat in-situ nun die dritte Dimension in sein Standard-Bildverarbeitungssystem InSpectPro3D mit integriert. Die Idee ist genau so einfach wie genial, und weißt bei bereits bestehenden Anlagen eine erstaunliche Prozesssicherheit auf. Von der Oberfläche werden vier Aufnahmen mit unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen erstellt und aus der Kombination dieser Aufnahmen die 3D-Oberfläche errechnet.

Abbildung 1: Aus vier Einzelbildern mit unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen wird ein 3D-Höhenbild der Schrift berechnet. 

Aus den 3D-Daten wird anschließend ein grauwertkodiertes Höhenbild ermittelt, in dem Erhöhungen hell, und Vertiefungen dunkel dargestellt sind. Der dadurch erzielbare Kontrast ist nun nicht länger von störenden Unregelmäßigkeiten in Beleuchtung, Reflexion und Positionierung abhängig, sondern höhenbasiert, und somit weit stabiler und besser als es mit 2D-Systemen erreichbar wäre.

Diese Kontrasterhöhung ist für die nachfolgenden OCV- und OCR-Werkezeuge ein ganz entscheidender Vorteil. Jedes dieser Werkzeuge benötigt ein vorgeschaltetes Segmentierungsverfahren, welches für die Vereinzelung der Zeichen zuständig ist. Normalerweise arbeiten diese Verfahren helligkeits- oder kantenbasiert; sie funktionieren daher umso stabiler, je zusammenhängender und kontrastreicher die Zeichen im Bild erscheinen. Eine absolut scharfe Darstellung der Zeichen ist dabei weniger relevant wie die kontrastbasierte Eindeutigkeit und der Zusammenhang der einzelnen Zeichen. Gerade dieses Merkmal wird mit dem beschriebenen 3D-Verfahren durch die Verrechnung der Höheninformation hervorgehoben.

Eine typische 3D-Bilderfassung benötigt ca. 200 ms bei einem Blickfeld von bis zu 150 x 150 mm². Zum Lesen der Texte und Codes setzt in-situ auf die bewährten Tools der Firma Cognex, welche sich durch äußerste Robustheit und Zuverlässigkeit auszeichnen. Sowohl die beschriebene 3D-Bildaufnahmetechnik, als auch die OCR- und OCV-Tools von Cognex wurden in die in-situ-eigene Standard-Bildverarbeitungssoftware InSpectPro 3D integriert. Durch die Abstrahierung der Steuerungsanbindung kann das System an alle gängigen Industrieschnittstellen wie z.B. Profibus, Profinet, Ethernet, OPC, RS232 oder digitalen Ein- und Ausgängen adaptiert werden.

Mögliche Anwendungen von InSpectPro 3D sind:

• Lesen von erhabenen oder geprägten Schriften auf Metallteilen.

• Lesen von Nestnummern einer Spritzgussform direkt am Bauteil.

• Lesen von erhabenen oder geprägten Datamatrix-Codes.

• Lesen von geprägtem Mindesthaltbarkeitsdatum auf Lebensmittelverpackungen.

Fazit:

InSpectPro 3D von in-situ bietet gerade für gegossene Textstrukturen und Codes als innovatives optisches Lesesystem zahlreiche Vorteile. Mit der beschriebenen 3D-Technologie können auf Basis grauwertkodierter Höhenbilder im Vergleich zu herkömmlichen 2D-Bilderverarbeitungssystemen Kontrast und somit Zuverlässigkeit sowie Prozesssicherheit enorm verbessert werden. Da das System nur mit Standard-Komponenten arbeitet und keine beweglichen Elemente zur Erfassung der 3D-Daten benötigt (wie z.B. bei 3D-Laserscannern), ist es äußerst robust und preiswert. Durch die durchdachte Integration dieser Technologie in InSpectPro 3D erhält der Kunde eine flexible und skalierbare Lösung, die auch die Steuerungsanbindung mit einbezieht und zudem auf andere Bildverarbeitungsanwendungen erweitert werden kann.

Abbildung 2:  Die Verarbeitungsschritte bei der 3D-gestützen Zeichenerkennung. Von oben nach unten:

• 2D-Aufnahme einer gegossenen Schrift mit herkömmlicher Beleuchtung
• Mit InSpectPro 3D aufgenommenes 3D-Höhenbild desselben Werkstücks
• Transformation des 3D-Höhenbildes in ein kontrastreiches, grauwertcodiertes Höhenbild
• Zurückgelesener Ergebnistext auf Basis des grauwertkodierten Höhenbildes

Abbildung 3:

In einer automatisierten Anlage werden Zylinderköpfe anhand der eingebrachten Kokillen-ID eindeutig identifiziert. Die Nummer wird mit InSpectPro 3D inline erkannt, und an die Steuerung übermittelt.