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Industriekameras – Industrielle Kameratechnik und Sensorik

Moderne Produktions- und Prüftechnologien in Unternehmen mit einem hohen Automatisierungsgrad basieren auf der Erkennung von Gegenständen mithilfe von industriellen Kameras und Sensoren sowie auf der Auswertung der erhaltenen Daten.

Die Genauigkeit bei der Erkennung von Gegenständen durch industrielle Kameras bestimmt die Datenqualität und hat einen entscheidenden Einfluss auf die Funktionalität von komplexen Prozessen.
Industrielle Kameras von 3defacto finden hier ihre Bestimmung.

Sie erfüllen auch nach langjährigem Einsatz noch qualitativ höchste industrielle Ansprüche und garantieren die schnelle Ausgabe von fehlerfreien Daten. Die kompakte Bauweise dieser optischen Instrumente erlaubt ihren Einsatz auch bei geringen Platzverhältnissen.

Funktionsweise von Industriekameras

Im Vergleich zu herkömmlichen Kameras für Hobbyfotografen bestehen Kameras für industrielle Anwendungen hauptsächlich aus einer Linse und Bildsensoren, die optische Veränderungen wahrnehmen und in digitale Daten umwandeln. Diese werden mit der entsprechenden Software aufbereitet, ausgewertet und weiterverarbeitet.

Während ältere Modelle die optischen Signale zuerst in ein analoges Signal umwandelten, das in einem separaten PC weiterverarbeitet wurde, enthalten die Industriekameras der neuesten Generation bereits eine digitale Schnittstelle, z. B. Ethernet, USB 3 oder FireWire.

Die automatische Erkennung von Gegenständen erfolgt über Bildsensoren, die die optischen Einflüsse in Pixelbilder verwandeln. Ein Analog-Digitalwandler sorgt für die Digitalisierung der Bildinformationen, die in einem weiteren Schritt in einem Mikroprozessor gespeichert werden. Über eine digitale Schnittstelle werden diese Daten von der Industriekamera an einen PC übertragen, wo sie mit entsprechender Software und hinterlegten Algorithmen ausgewertet und weiterverarbeitet werden.

Die Genauigkeit der Bildsensoren sowie die hinterlegten Algorithmen für die Filterung der wichtigen Informationen bilden hierbei die Voraussetzungen zur schnellen Verarbeitung der Daten in Echtzeit. Für die Erhöhung der Kamerapräzision kann bei den Industriekameras eine Anpassung der Helligkeit vorgenommen oder ein einzelner Bildausschnitt selektiert werden. Bei Problemen mit Bildrauschen dienen verschiedene Filter, wie z.B. ein Gauß-Filter oder ein Sobel-Filter, die Farben und Muster sauber erkennen lassen.

Mithilfe von neuronalen Netzen erfolgt ein Training der Kamera auf bestimmte Muster, die danach von ihr automatisch erkannt werden. Je mehr Bilddaten bereits in der Kamera selbst verarbeitet werden, desto geringer ist die Belastung der Schnittstelle zum PC mit großen Datenmengen. Aus der übertragenen Datenmenge entstehen Befehle, die zur Prozesssteuerung z. B. einer handelsüblichen SPS verwendet werden können.

Berechnungsalgorithmen erklärt

Für die kundenspezifische Anwendung von industrieller Kameratechnik und Sensorik, z. B. in einer Produktionslinie, oder zur Steuerung von größeren Anlagen, werden individuelle Berechnungsalgorithmen für die Datenselektion und Datenspeicherung notwendig. Ein Berechnungsalgorithmus ist die Software, die von der Kamera erfasste Dimensionen in X-Richtung, Y-Richtung, bei 3-D-Objekten auch in Z-Richtung filtert und mit den programmierten Daten vergleicht.

Berechnungsalgorithmen können neben den Hauptdimensionen die Oberflächenrauheit von Objekten, runde oder flache Formen, Farben, Lichtreflektionen oder Zusammenhänge zwischen weiteren Merkmalen enthalten. Aus den von der Kamera erfassten Punkten, Formen und Farben werden von der Steuerung Reliefbilder erstellt und mit vorgegebenen Eigenschaften abgeglichen.

Durch den Abgleich mit trainierten Objekten und bereits gespeicherten Spezifikationen erkennt eine Industriekamera, ob es sich bei dem erfassten Gegenstand um ein identisches oder ein nicht-identisches Objekt handelt, und gemäß dem Ergebnis einen hinterlegten Steuerbefehl ausgeben. Bei Berechnungsalgorithmen für verschiedene Objekte kann die Industriekamera z. B. auch zum Selektieren von verschiedenen Gegenständen eingesetzt werden.

Darüber hinaus geben Berechnungsalgorithmen vor, welche Daten von gemessenen Objekten gespeichert und für weitere Erkennungen wiederverwendet werden.

Diese Daten können für die Verfeinerung des Erkennungssystems, des sogenannten Deep Learning, verwendet werden. Speziell bei automatischen Prüfprozessen mit unterschiedlichen Prüfmerkmalen führt die Anwendung der Deep-Learning-Methode zur effizienten Anwendung industrieller Kameratechnik. Durch die Erhöhung der Quantität der geprüften Objekte verfeinert sich das Erkennungssystem in Abhängigkeit der programmierten Berechnungsalgorithmen von selbst.

Die Anzahl und Häufigkeiten der gespeicherten Merkmale sorgen dabei für die Optimierung der Sensoren zur Bilderfassung. Dieser eigenständige Optimierungsprozess ist die Voraussetzung für KI-Anwendungen.

Unsere Stärke – Wir individualisieren Industriekameras nach Ihren Anforderungen!

Wir bei 3defacto haben uns auf den kundenspezifischen Einsatz unserer industriellen Kameratechnik spezialisiert.

Für die Anpassung unserer standardisierten Kameratechnik auf individuelle Kundenanforderungen nutzen unsere Ingenieure und Programmierer ihre jahrelange Erfahrung aus branchenübergreifenden Anwendungen mit verschiedenen Maschinenherstellern. Für die professionelle Erfüllung der Kundenanforderungen durch unsere Fachkräfte werden die Vorgaben und Ziele gemeinsam mit dem Kunden analysiert und festgelegt.

Nach der Ermittlung des individuellen Anpassungsaufwandes erfolgt eine Kosten- und Zeitplanung des Gesamtprojektes. Unsere Maschinenbauer und Softwareprogrammierer begleiten den Kunden beratend bei der Selektion von Soft- und Hardware für den spezifischen Anwendungsbereich.

Bei der Realisierung des Projektes werden Konstruktions- und Produktionsprozesse auf Optimierungsmöglichkeiten untersucht und in gemeinsamen Gesprächen aufgezeigt. Für die Anbindung an bereits vorhandene Unternehmens- und Betriebssoftware kann auf Standardschnittstellen zurückgegriffen werden. Unsere Softwareingenieure sind auch darauf vorbereitet, spezifizierte Schnittstellenprogramme zu entwickeln.

Hierbei wird stets auf eine enge Zusammenarbeit auch mit anderen Herstellern und Dienstleistern beim Kunden geachtet. Nach der erfolgreichen Implementierung der Hard- und Software führen unsere Anwender Schulungen beim Kunden durch und stehen selbst nach dem Projekt mit einem schnellen und kompetenten Service zur Seite.

Software-Updates, Schulungen für neues Personal oder Auffrischungsschulungen können jederzeit durchgeführt werden, ohne dass der laufende Prozessablauf beeinträchtigt wird.

Unser Ziel ist es, unsere Stärken auf dem Gebiet der industriellen Kameratechnik für die Realisierung der perfekten individuellen Lösung beim Kunden einzusetzen. Hierfür arbeiten unsere Experten mit Leidenschaft und einer Vernetzung in unterschiedlichste Gewerke zur vollsten Zufriedenheit des Kunden.

Anwendungsgebiete für Kameratechnik

Industrielle Kameratechnik und Sensortechnik finden in unterschiedlichsten Bereichen Anwendung. Vor allem aber dort, wo Inspektionen mit dem menschlichen Auge durch präzisere und fehlerfreie Hard- und Software ersetzt werden sollen.

So z. B. in den Produktionswerken der Automobilindustrie und ihrer Teilelieferanten. Hier geht es oft um tägliche Stückzahlen kleinerer Teile im bis zu fünfstelligen Bereich, die in der Taktfertigung auf entsprechenden Produktionslinien erfolgt.

Nach der Montage dieser Kleinteile zum kompletten Fahrzeug kann jedes fehlerhafte Teil einen großen Schaden verursachen, dessen Folgen zu Unfällen mit Personenschäden führen können. Umso wichtiger ist die Qualitätsprüfung nach einzelnen Arbeitsgängen bereits in der Produktionslinie, wo fehlerhafte Teile mithilfe industrieller Kameratechnik automatisch erkannt und umgehend aussortiert werden. Industriekameras arbeiten in diesem Bereich schneller und genauer als Personen.

Ein weiteres großes Anwendungsgebiet findet sich in der Lebensmittelindustrie bei der Kontrolle von Verpackungen, z. B. der richtige Sitz von Kronenkorken auf Bierflaschen.

Dieser automatische Verpackungsprozess erfordert Schnelligkeit, damit die Kohlensäure des Bieres nicht heraustritt. Darüber hinaus ist der präzise Sitz der Kronenkorken und die Garantie des Verschlusseffektes entscheidend. In großen Brauereien kann dieser Vorgang nur mit Industriekameras gelöst werden, weil der tägliche hohe Ausstoß und das Risiko für Lebensmittelverunreinigungen zu hoch sind, um es durch Personen kontrollieren zu lassen.

Weitere Anwendungsfelder sind in der Luftfahrtindustrie, Halbleiterindustrie und im Maschinenbau wiederzufinden, wo kritische Bauteile produziert werden und die Anzahl der produzierten Bauteile oder die Anforderungen an die Prüfungsgenauigkeit bzw. die Wiederholbarkeit der Prüfungsprozesse durch Arbeitskräfte nicht realisiert werden können.

Der Einsatz von Industriekameras erhöht die Prüfeffizienz und verringert Fehlerquoten.

Vor- und Nachteile von Industriekameras

Der Einsatz industrieller Kameralösungen in der Produktion bietet große Vorteile bei der Geschwindigkeit von Messungen. Vor allem in Produktionslinien von Massenproduktionen kann auf die Schnelligkeit von Industriekameras nicht verzichtet werden. Gleichzeitig ist die Messgenauigkeit um ein Vielfaches höher als das menschliche Auge. Durch die verschiedenen Bildsensoren erfolgt die Messung von Punkten und Merkmalen, z. B. im Nanometerbereich in der Elektroindustrie, in einem Bruchteil von Sekunden.

Schließlich ist über den Berechnungsalgorithmus der Industriekamera, durch die Festlegung der zu prüfenden Qualitätsmerkmale und durch die feste Installation in die jeweilige Produktionsanlage die Wiederholbarkeit der Messungen gewährleistet. Während menschliche Mitarbeiter in Abhängigkeit von z. B. Lichteinfall, Müdigkeits- oder Gesundheitszustand jeweils andere Entscheidungen treffen, kann eine Industriekamera ein Objekt unter stets gleichen Bedingungen messen und liefert das gleiche Messergebnis.

Nachteilig können sich industrielle Kameralösungen vor allem bei den Anschaffungs- und Installationskosten auswirken. Die Implementierung von Hard- und Software sowie das Training vom Erkennungssystem, aber auch vom Bedienpersonal, ist mit erheblichen Kosten verbunden, die sich nur bei einem hohen Produktionsausstoß oder bei hohen Fehlerfolgekosten amortisieren.

Darüber ist ein industrielles Kamerasystem mit Sensorik an die Messanforderungen der Prüfteile gebunden. Das umfasst die Art der Messsensoren, die Messpräzision und die Dimensionen der Bauteile generell. Einmal installiert, ist eine Änderung des Systems nur mit erneut hohen Investitionskosten verbunden. Das System ist nicht so flexibel wie z. B. menschliche Arbeitskräfte.

Aus diesen Gründen ist eine umfangreiche Beratung über Einsatzgebiet, Nutzen und Nachteile mit erfahrenen Experten von 3defacto für eine garantierte Effizienzsteigerung von Vorteil.

Abschließend bleibt zu sagen: Mit der Technologie von 3defacto lassen sich jetzt Prozesse automatisieren, die jahrzehntelang ausschließlich per Hand ausgeführt wurden. Zu unserem Know-how im Bereich Industriekameras gehören u. a. Berechnungsalgorithmen, die je nach Anforderung individuell angepasst werden.

Die Ergebnisse der Berechnungen werden in Echtzeit verarbeitet und von der industriellen Kameratechnik in Prozessbefehle umgewandelt. Somit kann die jeweilige Maschine wie gewohnt mit einer handelsüblichen SPS programmiert und verwendet werden.

Unsere Programmierer und Physiker arbeiten Hand in Hand mit Maschinenbau-Ingenieuren und finden für jede Herausforderung eine Lösung.