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Machine-Vision-SystemeWas können Roboter lesen?

Datenbrille im Serieneinsatz bei Volkswagen

Wie ein Mensch können auch Systeme mit den richtigen Technologien Informationen in der Produktionslinie oder bei der anschließenden Produkt-Qualitätskontrolle „lesen“ und darauf reagieren. Um die Funktionalität von Machine-Vision-Systemen zu erweitern, müssen entsprechende Technologien für Texterkennung, wie OCR, Handschrifterkennung (ICR), Barcode-Erkennung (OBR) und optische Erkennung von Auswahlfeldern (OMR) implementiert werden.

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FachberichtKontrolle ist besser

Messende Sensoren sind für die Bahnkantensteuerung in der Papierindustrie, der Stahlverarbeitung oder bei der Einpresstechnik an automatischen Pressen ebenso nötig wie für Messungen bei Drahtspulen und anderen Wickelgütern. Eltrotec bietet in diesem Bereich eine Auswahl spezialisierter Sensoren unterschiedlicher Komplexität an. In jeder automatisierten Produktion müssen Kanten verfolgt oder Abstände, Durchmesser und Spalte überprüft und gemessen werden.
Sensoren zur Bahnkanten-, Spalt- und Durchmessermessung: Kontrolle ist besser

Laser-Beam-Sensoren und Laser-Mikrometer bestehen aus Sender und Empfänger, die teilweise in großem Abstand voneinander platziert sind. Wenn Kanten oder Spaltbreiten vermessen werden sollen, geschieht dies anhand einer parallelen Laserlinie, die mit telezentrischen Optiken und Spaltblenden erzeugt wird. Die Abschattung einer Kante oder eines Spaltes erzeugt über den Empfänger ein proportionales, lineares analoges Ausgangssignal. Auch über Distanzen von bis zu 8 Metern sind die Werte an jeder Stelle gleich und erlauben die zuverlässige Bahnkantensteuerung. Für diese Aufgaben stehen bei Eltrotec die Serien LBS-MA-34, LZS, LBM oder CLS-K mit verschiedenen Messblenden oder Spaltbreiten mit Lichtleiter-Querschnittswandlern zur Verfügung. Dickenmessungen im Abschattungsbetrieb zwischen Sender und Empfänger lassen sich gegen einen festen Untergrund dort messen, wo für einen Laserdistanzsensor der Platz zu gering oder die Umgebungstemperatur wegen der Nähe zum Sensor zu hoch ist. Tastabstände bis 200 mm und Reichweiten bis 2.000 mm sind das Einsatzgebiet der Lichtleiterverstärker-Serie CLS-K. Sie wird zur Lageerkennung, zur Positions- und Anwesenheitskontrolle und zur Längen- und Durchmesserprüfung eingesetzt. Die Messfrequenz beträgt bis zu 8 kHz, und am Analogausgang werden Signale von 0,1 bis 5 VDC oder 4-20 mA generiert. Auflösungen ab 0,1 mm werden hier für kleine Messbereiche erreicht. Für die Glaserkennung oder die Beschichtungskontrolle von Blechen ist optional eine Ausführung mit UV-Lichtquelle verfügbar.

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Auch Durchmesser, Spalten, Kanten und Segmente sind erfassbar

Lichtleiterverstärker zur Riss- oder Kantenmessung finden beispielsweise in der Papierindustrie Verwendung, wo die Umgebungsbedingungen mit Temperaturen von ca. 100 Grad Celsius bei einer Luftfeuchtigkeit von bis zu 98 % jede Elektronik überfordern. Für andere Applikationen, bei denen höhere Genauigkeit und/oder Verfahrgeschwindigkeit benötigt wird, sind Laser-Beam-Sensoren die richtige Wahl. In anderen Fällen ist nicht die Lichtmengenmessung gefordert, sondern die Messung einzelner Lichtpunkte. Winkel und Auflösungen sind ebenfalls veränderbar. Hier gibt es mit den Baureihen LZS und LBM Ausführungen mit einem CCD-Aufnehmer, der Auflösungen im Mikrometerbereich ab 0,25 ermöglicht. Um große, bis zu acht Meter breite Glasplatten in der Fensterproduktion mit 0,1 mm Genauigkeit zueinander zu positionieren, wird ein Beamsensor mit CCD eingesetzt, der bis zu 50 Schaltschwellen von unterschiedlichen Gläsern abfragt und automatisch anpasst. Auch Durchmesser, Spalten, Kanten und Segmente sind mit den hochauflösenden CCD-Sensoren erfassbar. Mit den Laser-Mikrometern ist auch die Spaltmessung zwischen laufenden Wellen problemlos möglich. Der sichtbare Laserstrahl macht die Justage der Sensoren besonders einfach. Für stark verschmutzte Umgebungen und schwierige Oberflächen steht eine Glasoptik mit Interferenz- und Polfilter zur Verfügung. Die Baureihe LZS ist für gerade Messungen oder als 90 Grad-Ausführung mit Messbereichen bis 100 mm erhältlich. Sie misst mit einer Frequenz von bis zu 25 kHz. Ganz verschleißfrei, da ohne rotierenden Spiegel, arbeitet die Baureihe LBM40. Sie ist mit einer LED-Lichtquelle ausgestattet, deren Auflösung und Genauigkeit dreimal so hoch ist wie bei den Laserversionen. Dadurch ist diese Ausführung besonders für die Messung von Kanten, Durchmessern oder Segmenten im Mikrometerbereich geeignet. Der 40-mm-Messbereich hat dabei eine Reichweite mit fest eingestellter Montageschiene von maximal 400 mm bei 0,25 Mikrometer Auflösung.

Wenn besondere Bedingungen herrschen

Wenn auf laufenden Bahnen die Spur verfolgt werden soll, um die Bahnen präzise in Schneide- oder Falzprozesse zu leiten, können besondere Bedingungen herrschen. Zeilensensoren mit rotem Licht, IR- oder UV-Licht erreichen den bestmöglichen Kontrast bei der zu verfolgenden Spur, auch wenn die Messung nur im einseitigen Auflichtbetrieb mit koaxialer Beleuchtung möglich ist. Die gewonnenen Messwerte lassen sich dann online darstellen, die Software hierfür erlaubt die Überwachung der Spalten- und Kantenwerte und das Monitoring. Die Ausgabe an die Maschinensteuerung erfolgt analog, digital oder per serieller Schnittstelle. Durch eine separate Anordnung der Elektronik eignen sich Lichtleitersensoren auch für explosionsgefährdete Umgebungen. In den Lichtleitern befinden sich ein Mantel (cladding) mit niedrigem und ein hochtransparenter Kern (core) mit hohem Brechungsindex. Dieser Kern besteht aus transparentem Kunststoff oder Glas. Hohe Temperaturen, große Abstände oder spezifische Sendewellenlängen erfordern Glasfasern, einfachere Applikationen können mit den Kunststofffasern ausgerüstet werden. Das übertragene Lichtsignal besteht aus sichtbarem, infrarotem oder ultraviolettem Licht, das nach dem Prinzip der Totalreflexion geleitet wird. Temperaturbereiche von bis zu 400° Grad können somit sicher bedient werden. Die Lichtleiter sind beständig gegen leichte Säuren, Laugen oder aggressive Reinigungsmittel.

Baukastenprinzip

Aufgrund des Baukastenprinzips ist die mechanische Konstruktion zu den Sender- und Empfänger-Komponenten bei Eltrotec anpassbar. Auch die Größe des Gehäuses spielt eine Rolle. Wenn ein bestehendes Maschinengestell nachträglich mit Sensoren für die Spaltmessung zwischen zwei einlaufenden Blechbahnen ausgestattet wird, ist ein kompaktes kundenspezifisches Gehäuse interessant, das Eltrotec bereits für kleine Serien realisieren kann. Sollen hier Spaltgrößen von unter 0,2 mm gemessen und geregelt werden, können die Wellenlänge des Senders, die Blenden und die Elektronik applikationsspezifisch angepasst werden. lg

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