Artikel Vision & Control GmbH

Schwerpunktwellenlängen sind Blau und IR, womit die neuen TZB-Serien 28 und 38 optimal als Hintergrundbeleuchtung in Kombination mit den telezentrischen Objektiven vicotar® TO18 und TO30, sowie TOB11 und TOB22 einsetzbar sind. Lieferbar sind von jedem Modell drei elektrische Varianten - P-24V Standard für Durchlichtanwendungen, HP-24V für Auflicht und die SL-Varainten für Durch- und Auflicht sind blitzbar. Insgesamt stehen unseren Kunden 12 neue telezentrische Beleuchtungen für divere Einsatzmöglichkeiten zur Verfügung.

Dank geringer Divergenz und einer hohen Lichtleistung sind die TZB28 und TZB 38- Serien hervorragend geeignet für die gezielte Hervorhebung von Kanten und Oberflächenstrukturen sowie zur Detektion von Einschlüssen und Fehlstellen in transparenten Materialien und im Auflicht.

Die gewohnte Portfoliokompatibilität zeigt sich in umfangreichem Zubehör von Filteradaptern über Objektivhalter bis Umlenkspiegel und vielfältigen Befestigungsmöglichkeiten.

Die Firma LISI-Autmotive in Mellrichstadt produziert eine Vielzahl von Kleinteilen für die Automobilindustrie. Darunter auch Kunststoffclips aus unterschiedlichen Materialien im gleichen Spritzgusswerkzeug. Zur Unterscheidung sind die Granulate verschieden eingefärbt. Da es beim Umrüsten passieren kann, dass kleinteiliges Material der vorherigen Charge in der Zuführung übersehen wird, ist eine zuverlässige Kontrolle der Farbe für die Qualität der Produktion von entscheidender Bedeutung.

Mit dem Mehrkamera-Bildverarbeitungssystem vicosys® 5400 hat Vision & Control die Qualitätskontrolle kostengünstig um eine Farbprüfung erweitert. Kernstück der Prüfeinrichtung ist das vicosys® 5400. In Kombination mit der digitalen Erweiterungskarte ADDI DATA 16/16 kann es bis zu 16 Kameras asynchron triggern. Die Aufnahmen werden von der kompakten Gigabit-Ethernet-Kamera BFS-PGE-04S2C-CS PoE zusammen mit dem entozentrischen Objektiv VCN 1,8/50 geliefert. Für eine optimale Ausleuchtung sorgt dabei die diffuse weiße LED-Flächenbeleuchtung DL30x30-W5K7/24V, in Kombination mit der Strahlteilereinheit STE30x30-VIS für koaxiale Einspiegelung.

Mittels der windowsbasierten Programmierumgebung vcwin wurde eine Prüfsequenz erstellt, die per Blobanalyse den Mittelpunkt des Prüflings findet und anschließend einen Farbtest durchführt. Diese arbeitet so schnell, dass trotz der bereits bestehenden Kontrollen, etwa zu Überspritzungen oder Fehlstellen aus mehreren Perspektiven, eine hohe Taktrate von rund 300 ms/Teil fehlerfrei gehalten werden kann.

In der Spritzgussfertigung garantiert das Bildverarbeitungssystem vicosys® 5400 auch bei hohen Taktraten eine fehlerfreie Farbkontrolle.

Kunststoffteile für die Automobilindustrie unterliegen strengen Qualitätskriterien. Werden defekte Rastnasen, Überfüllungen oder fehlendes Material vom Zulieferer übersehen, kann das teure Folgen haben. Mit konventionellen visuellen Prüfmethoden sind manche Fehler allerdings nur schwer oder gar nicht zu entdecken. Wichtige Details, wie etwa Rastnasen, sind mit klassischer Beleuchtung vor dem Hintergrund des Gusskörpers kaum zu erkennen. Zudem ist die Beleuchtungsauslegung für verschiedene Bauteile zeitraubend und fehleranfällig.

Dagegen liefert eine Wärmebildkamera von den noch warmen Spritzgussteilen ein sehr kontrastreiches Bild. Selbst Rastnasen heben sich bei Betrachtung der Wärmeverteilung deutlich vom Hintergrund ab, weil sie rascher abkühlen als das massive Material. In Zusammenarbeit mit Industriethermografie Schweiger hat der Bildverarbeitungsspezialist Vision & Control aus diesem innovativen Ansatz ein thermografisches Prüfsystem für große Kunststoffteile aus der Spritzgussfertigung entwickelt. Unmittelbar nach dem Spritzen nimmt ein Roboter das Bauteil aus der Form und hält es in verschiedenen Positionen vor die Wärmebildkamera. So können zum Beispiel die letzte Füllstelle, Rastnasen, der Einspritzpunkt oder andere funktionsrelevante Details genauestens inspiziert werden.

Als Wärmebildkamera kommt im ThermoInspection genannten System entweder die FLIR A35 (IR-Auflösung 320 x 256 Pixel)oder die FLIR A65 (IR-Auflösung 640 x 512 Pixel) zum Einsatz. Die Bildverarbeitung übernimmt das Mehrkamerasystem vicosys® 5400. Neben 16 Kameraeingängen bietet es auch vier Power-over-Ethernet-Schnittstellen. Sein Betriebssystem webHMI arbeitet vollständig Web-basiert. Es ist kompatibel zu allen gängigen Browsern und Steuerungsoberflächen in der Fertigungsumgebung. So kann praktisch jedes Eingabegerät im gleichen Netzwerk mit ThermoInspection kommunizieren - ob es nun der PC direkt an der Maschine, der Rechner im Büro der Qualitätssicherung oder das Tablett in der Hand des Technikers vor Ort ist. Dank seines klar strukturierten Bedienkonzepts ist es für den Anwender sehr einfach, neue Prüfungen anzulegen.

Die ThermoInspection ist bereits erfolgreich bei Thermografie Schweiger und dem führenden Autoteilezulieferer Magna HIG im Einsatz.

In der Bildverarbeitung ist oft beides notwendig: maximale Auflösung und perfekte Schärfentiefe. Aber leider arbeiten diese optischen Kerngrößen gegeneinander. Nur durch geschicktes balancieren mit Blende, Wellenlänge und Abbildungsmaßstab erreicht man für jede Aufgabe die bestmögliche Abbildung.

Hohe Auflösung mit kurzer Wellenlänge

Selbst bei einem Objektiv ohne Abbildungsfehler ist das Auflösungsvermögen durch die Beugung begrenzt. Ein Objektpunkt wird vom optischen System immer als Beugungsscheibchen, mit einem hellen Zentrum, umgeben von hellen und dunklen Interferenzringen, abgebildet. Dessen Radius in µm ergibt sich aus dem Produkt der Wellenlänge des abgestrahlten Lichts mal der Blendenzahl und dem Faktor 1,22. Sind zwei benachbarte Bildpunkte um den Radius dieses Airy-Scheibchens verschoben, fällt das helle Zentrum des einen Punktes gerade in das erste Minimum des anderen. Gemäß dem Rayleigh-Kriterium ist damit die Grenze „für die bequeme Beobachtung mit dem Auge“ erreicht. Neben einer möglichst kleinen Blendenzahl ist die Wellenlänge der Beleuchtung von entscheidender Bedeutung. Mit grünem Licht (550 nm) sind zwei benachbarte Punkte im Abstand von 5,4 µm gerade noch zu unterscheiden. Unter Verwendung von blauem Licht (450 nm) können sie sogar auf 4,4 µm zusammenrücken.

Vielfach sind die erforderliche Auflösung und das Gesichtsfeld bereits vorgegeben. Gilt es beispielsweise eine Struktur von 5 µm noch kontrastreich darzustellen, muss deren Abbildung größer als die Grenzauflösung nach dem Rayleigh-Kriterium sein. Die Pixelauflösung des Sensors sollte dabei mindestens das Doppelte betragen. Für eine geläufige Pixelgröße von 3,45 µm muss die Struktur daher auf mindestens 7 µm, besser noch 10 µm abgebildet werden. Daher ist ein Abbildungsmaßstab von 2 erforderlich.

Mehr Tiefe mit kleiner Blende und kleinem Maßstab

Die maximal scharfe Abbildung entsteht nur in der Bildebene. Allerdings sind reale Objekte selten völlig flach. Es ist daher notwendig einen gewissen Tiefenraum abzubilden, in dem die Unschärfe einen Maximalwert nicht überschreitet. Für die Abbildung im Nahbereich ist diese Schärfentiefe direkt proportional zu Blendenzahl und dem Quadrat des Abbildungsmaßstabs. Für das oben genannte Beispiel mit 5 µm erforderlicher Auflösung, erzielt man bei einem Abbildungsmaßstab von 2, mit Blende 11 lediglich eine Schärfentiefe von 0,3 mm (Siehe Bild 4). Mit einem Abbildungsmaßstab von 1 und der Blendenzahl 8 erreicht man zwar nur 5,5 µm Auflösung, aber einen doppelt zu großen Schärfentiefebereich. Ein kleiner Verlust an Schärfe steht hier einem großen Gewinn an Tiefe gegenüber.

Um eine möglichst große Schärfentiefe zu erreichen, sind kleine Abbildungsmaßstäbe und entsprechend kleinerem Sensor günstig. Ein Objektiv mit großem Abbildungsmaßstab mit einem großen Sensor einfach nur abzublenden, führt nicht zum Erfolg.