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Breit aufgestellt für die Produktion

Die gesamte Prozesskette mit Bildverarbeitung sichern
Breit aufgestellt für die Produktion

Die aufeinander folgenden Fertigungsprozesse in der ganzen Bandbreite der Elektronik-Produktion müssen in der Qualität weiter optimiert und letztendlich wirtschaftlicher gestaltet werden. Beides, effektive Bildverarbeitung und bildbasiertes und absolut zuverlässiges Lesen von Barcodes, sind Garanten für die dokumentierte Qualität.

Kamillo Weiß, freier Fachjournalist in Leinfelden-Echterdingen, für Cognex Germany in Karlsruhe www.cognex.com

In der gesamten Fertigung elektronischer Komponenten ist das Endprodukt in seiner Qualität nur so gut, wie es die hundertprozentige Qualität der einzelnen Bauteile garantiert. Wer die Ausschussrate von kompletten Systemen auf wenige ppm senken muss, der kann das nur gewährleisten, wenn auch jedes einzelne Bauteil eine hundertprozentige Qualität aufweist. In der ganzen Bandbreite der Fertigung von Mikroelektronik, Elektronik und Leistungselektronik geht nichts mehr ohne Bildverarbeitung zur Qualitätssicherung, in Kombination mit der vollständigen Rückverfolgbarkeit mittels 1D- und 2D-Codes auf den eingebauten Bauteilen und fertigen Komponenten. Oft nur wenige Millimeter groß, können dennoch Codes beispielsweise mit dem Laser aufgetragen und die Codes im laufenden Prozess mit bildbasierten Lesealgorithmen absolut sicher gelesen und dokumentiert werden. Nur einwandfreie Bauteile sind in den Platinen verbaut und eine vollständige Rückverfolgung des Endproduktes ist sicher gewährleistet.
Kompakte Leistungsstärke
Die autarken Vision-Systeme in minimalen Abmessungen bieten die Vorteile einfacher Integration in beschränktes Raumangebot und können dennoch anspruchsvolle Aufgaben der Qualitätskontrolle und Anwesenheitskontrolle übernehmen. Komfortable Bedienungsoberflächen und Entwicklungsumgebungen erschließen die Möglichkeit, auch ganze Netzwerke von Vision-Systemen einfach zu integrieren und zu handhaben.
Neben den PC-basierten Vision-Systemen auf der Basis von VisionPro für besonders komplexe Anforderungen bietet Cognex mit der Produktfamilie In-Sight ein breites Angebot von leistungs- und anwendungsspezifisch abgestuften autarken kompakten Vision-Systemen. In einem kleinen robusten IP67-Aluminiumgehäuse ist das komplette System aus Kamera, modularer Optik, Rechner, Kommunikationsschnittstellen und individuell auch LED-Beleuchtung mit hoher Integrationsdichte zusammengefasst. Die Produkte der In-Sight Serie – mit den Modellen 5400, 5600, der neue 7000er Reihe, der High-Speed In-Sight 500 und der extrem klein dimensionierten Serie In-Sight Micro 1020 bis 1413 – bieten hohe Leistungsfähigkeit, sodass sie viele Aufgaben übernehmen, die bislang PC-basierten Systemen vorbehalten waren. Die Modellreihe deckt eine große Bandbreite von Anforderungen ab, beispielsweise das Lesen und Verifizieren der 1D- und 2D-Codes in Hochgeschwindigkeit, bis hin zu hoher messtechnischer Präzision mit 5 Megapixel Bildauflösung und Color-Bildverarbeitung.
Hinzu kommen die Entwicklungs- und Bedienungsumgebungen von In-Sight-Explorer und der neuen Bedieneinheit VisionView 900, mit der ganze Netzwerke von Vision-Systemen erstellt und auf einfache Weise programmiert werden können. Mit der neuen Konfigurationssoftware EasyBuilder können die Hochleistungs-Bildverarbeitungswerkzeuge ohne Programmierkenntnisse schnell eingesetzt werden. Diese große System-Bandbreite in Leistung und Funktion ermöglicht es dem Anwender und Systemintegrator seine Anforderungen bestmöglich abzudecken und eine zügige und einfache Integration zu gewährleisten.
Deterministische BV-Einbindung
Der BV-Anwender muss im globalen Wettbewerb in zunehmender Weise seine Maschinen- und Anlagenprozesse so effizient wie möglich gestalten. Dazu benötigt er Kommunikationspakete, die durch eine einfache Bedienungsoberfläche die Integration in nahezu jedes Fertigungsnetzwerk zügig und mit wenig Aufwand ermöglichen. Konnektivität ist somit ein entscheidender Faktor, um vielfältige Daten möglichst in Echtzeit auszutauschen und um damit hocheffiziente integrierte Prozesse zu gewährleisten. Cognex Connect ist ein Standard-Set von Netzwerkprotokollen, die eine nahtlose Kommunikation der autarken Vision-Produktfamilie In-Sight und der ID-Lesegeräte DataMan mit den Maschinen und Anlagen gewährleisten. Sie umfassen die Protokolle Ethernet/IP mit Rockwell Add On Profile (ROP), Profinet mit Siemens GSD, Modbus TCP, MC-Protokoll, Powerlink und Devicenet. Dadurch können die Vision- und ID-Systeme in direkter Kommunikation an eine SPS oder Robotersteuerung angeschlossen werden. Es können auch mehrere BV-Systeme von einem vernetzten PC oder einem HMI ferngesteuert werden.
In-Sight 7000 ist das erste Vision-System, das das Powerlink-Protokoll unterstützt. Es wird kein paralleles Netzwerk für die Bildverarbeitung benötigt, sodass die Prozess- und Bilddaten über ein einziges Kommunikationsmedium übertragen werden können. Durch den Wegfall von Komponenten zum Triggern der Prozesskette verringert sich die Komplexität der Maschinen und Anlagen, mit letztendlich reibungslosen Prozessen und Kosteneinsparungen.
Dank Powerlink kann die Kommunikation zwischen dem Vision-System und der zentralen CPU in Echtzeit erfolgen. Die damit gegebenen sehr schnellen Zykluszeiten im Mikrosekundenbereich und die festgelegten Vorbedingungen von BV-Ereignissen können mit einer Genauigkeit unter 1 µs erfolgen. Das ermöglicht eine synchrone Kopplung von Bildauswertung mit den Fertigungs- und Handhabungsprozessen. Reibungslosere Abläufe mit deutlicher Produktionssteigerung von Maschinen und Anlagen in Hochgeschwindigkeit können wesentlich besser realisiert werden. Da alle Variablen zwischen Steuerung und BV vorab angelegt werden können, erspart dies aufwendiges Programmieren und Parametrieren.
Die erfolgreiche Strategie von fortschrittlicher Kommunikation integriert in komplexe Anwendungen hat sich in der intensiven Kooperation und Partnerschaft von Cognex mit den Automatisierungslösungen von B&R erfolgreich niedergeschlagen. Die Aufhebung bislang bestehender Systemgrenzen in der Automatisierung erschließt neue Funktionen mit deutlich verbesserten Abläufen. Die Transparenz innerhalb der zentralen B&R-Steuerung ermöglicht verkürzte Projektlaufzeiten und Kosteneinsparungen.
Bildbasiertes Codelesen kontra Laserscanner
Das schnelle und absolut sichere Lesen von 1D- und 2D-Codes ist ein unabdingbarer Bestandteil in der gesamten Wertschöpfungskette der Fertigung einschließlich der Aspekte der Distribution und der vollständigen Rückverfolgbarkeit der Produkte. Das bildbasierte Codelesen durch äußerst zuverlässige BV-Algorithmen kann auch schwierige Anforderungen mit extremer Zuverlässigkeit erfüllen und erweist sich laserbasierten Systemen damit weit überlegen. Das zeigt sich insbesondere bei Leseraten bis nahezu 100 %. Schon geringfügige Steigerungen in der Leserate können reibungslose Prozesse bewirken und erhebliche wirtschaftliche Vorteile erzielen.
Auch hier kann der Anwender oder Systemintegrator aus der breit abgestuften Produktfamilie der autarken Code-Lesesysteme DataMan auswählen. Durch die Fortschritte in den Bereichen der Mikroprozessoren, Bildsensoren, miniaturisierte Optik und optimierte Beleuchtung sowie extrem sicher arbeitende Decodier-Algorithmen wurden die bildgestützten ID-Lesegeräte leistungsfähiger und wirtschaftlicher. Die Produktfamilie umfasst die Serien DataMan 100/200 im Miniformat, die mobile auch kabellose Serie 8000 und 9500, Serie 500, die Serie 300, den Hochgeschwindigkeits-Codeleser DataMan 503, und die neue Serie 50L und 60 in winzigen Abmessungen. Der DataMan 50L liegt in den Investitionskosten bereits nahe den Laserscannern, und die Integration dieses leistungsfähigen Codelesers kann in die oft beengten Anlagen der Elektronik-Fertigung wesentlich einfacher erfolgen.
Perfekt beim Codelesen
Das Ergebnis intensiver Entwicklungsarbeit und Forschung ist die zum Patent angemeldete Hotbars-Hochleistungs-Bildanalysetechnologie des Herstellers. Sie bietet eine klare Architektur von Vision-Tools, die aufeinander abgestimmt den gesamten Prozess der Detektion beschleunigen und ein hohes Maß bei der Qualität der Detektion erzielen. So erkennt der Hotbars-Finder im unbearbeiteten Ausgangsbild blitzschnell, wo ein Barcode vorliegt. Nur in den Bereichen erfolgen dann die weiteren Dekodierungen durch omnidirektionale Texturanalysen. Dieser Vorgang dauert nur wenigen Nanosekunden pro Bildpunkt. Aber auch für die anschließende Signalextraktion wurden neueste Technologien entwickelt. Das betrifft die Kriterien der geometrischen Exaktheit von 1D-Signalen, das Auflösungsvermögen in den Abständen der Barcode-Striche, die Rauschunterdrückung von 1D-Signalen sowie die maximal mögliche Geschwindigkeits-Rate in der Extraktion von 1D-Signalen.
Hotbars verwendet ein mathematisches Grundmodell des Verhaltens des Pixelrasters selbst, wodurch Unschärfe verringert werden kann und gleichzeitig perfekte Exaktheit und eine gute Rauschverminderung gewährleistet werden. Gegenüber allgemein eingesetzten Interpolationsverfahren erfolgt die Extraktion mit Hotbars rund zwanzigmal schneller. Die Effizienz der eingesetzten Algorithmen liegt vor allem in der Berechnung und andererseits in der Art des Speicherzugangs. Auch die Algorithmen von 2DMax+ stellen einen weiteren Schritt im bildbasierten Lesen von Matrix-Codes dar. Beide Lesewerkzeuge liefern hohe Leseleistung unter schwierigsten Bedingungen, wie bei beschädigten, verzerrten, unscharfen, zerkratzten, kontrastarmen Codes, oder solchen auf reflektierenden Oberflächen beziehungsweise Hintergründen. ge

INFO-TIPP
Zur Technologie von Hotbars und seinen Vorteilen bietet Cognex das Whitepaper „Eine Grundlage des Lesens von 1D-Barcode: Hotbars Bildanalysetechnologie“:

PRAXIS PLUS
Eine Sortierlinie, die mit einer Geschwindigkeit von 2 Paketen pro Sekunde und 22 Betriebsstunden je Tag arbeitet, ermöglicht eine theoretische Tagesleistung von 158.400 Sendungen. Bei einer Leserate von 99% müssten 1584 Pakete pro Tag für die manuelle Nachbearbeitung ausgeschleust werden. Möglich ist es nun, durch eine Investition von etwa 100.000 Euro in neue bildbasierte Barcode-Lesesysteme die Leserate von 99 auf 99,9% zu steigern. Dann müssten 1426 Pakete pro Tag weniger ausgeschleust werden. 350 Produktionstage ergäben insgesamt 499.100 nicht ausgeschleuste Sendungen. Legt man eine manuelle Nachbearbeitungszeit von 1,5 Minuten pro Paket und einen Stundenlohn von 12 Euro zugrunde, dann ergäbe dies ein rein auf Personalkosten beruhendes Einsparpotential von 428 Euro pro Tag und von 149.730 Euro pro Jahr. Nach bereits 8 Monaten hätte sich die Investition amortisiert. Würde man in diesem Beispiel eine Leseratesteigerung von 95% auf 99,9% erzielen, dann ergäbe sich ein noch höheres Einsparpotenzial.
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