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Auf den Punkt gebracht

01  Der Laserlötkopf von Wolf Produktions­systeme lässt sich mithilfe von Vision-Pro einfach auf wechselnde Werkstücke einstellen

02  Sechs Laserquellen umrahmen das Auge der Kamera, die das Lötwerkzeug millimetergenau im Blick behält

03  In die unternehmenseigene Benutzeroberfläche integriert, bildet ein Software-Tool von I-Mation den Schnellzugriff auf ­Vision-Pro

Immer mehr Maschinen arbeiten mit Kamerasystemen. Dabei stellt die reine Bilderfassung heutzutage keine große Herausforderung mehr dar. Über die Leistungsfähigkeit von Anlagen entscheidet, was sich hinter dem Prozess verbirgt: die Vision-Software. Am Beispiel von Laserlötköpfen der Wolf Produktionssysteme wird deutlich, wie leistungsfähig beispielsweise die Bildverarbeitungs-Software von Cognex ist.

Hohe Stückzahlen und minimale Kontaktflächen machen sekundenschnelle Lötprozesse zur Herausforderung. Daher baut die Wolf Produktionssysteme GmbH & Co. KG auf eine Kombination moderner Technologien. Beim Zusammenspiel von Laserquellen und Lötwerkzeugen kommt der intelligenten Bildverarbeitung eine entscheidende Bedeutung zu. Der Sondermaschinenbauer auf den Gebieten der Löttechnik und Montageautomatisierung setzt dazu auf Bildverarbeitungs-Software aus dem Haus Cognex . Mit ihrer Hilfe lassen sich Laserlötköpfe (Bild 1) auch ohne Programmierkenntnisse einfach und schnell auf die wechselnden Geometrien von Werkstücken einrichten.

Zehnfache Lebensdauer
Eine der neuesten Entwicklungen von Wolf Produktionssysteme ist der Diodenlaser , der statt mit einem mit sechs Laser­strahlen arbeitet (Bild 2). Sie erreichen ihr gemeinsames Ziel aus unterschiedlichen Richtungen. Die Leistung eines jeden einzelnen Laserstrahls liegt bei maximal 10 W; in Summe ergibt sich eine Laserleistung zum Löten von 60 W. Aufgrund ihrer im Einzelnen niedrigen, zusammen aber großen Leistung ist die Lebensdauer der Laserquellen rund zehnmal höher als bei vergleichbaren Hochleistungsdiodenmodulen.

Einfaches Einrichten
Neben der Laserquelle ist das Lötwerkzeug der wichtigste Bestandteil einer automatischen Laserlötmaschine. Es baut sehr kompakt und ist über einen flexiblen Lichtwellenleiter mit der Laserquelle verbunden. Das Lötwerkzeug selbst ist mit einer Fokussieroptik mit integrierter CCD-Kamera ausgestattet. Als Bildverarbeitungs-Software und -Entwicklungsumgebung kommt Vision-Pro von Cognex zum Einsatz. Die Software dient dem Einrichten und der visuellen Überwachung des Lötprozesses.
Die in Vision-Pro enthaltene patentierte Vision-Software Pat-Max verwendet geometrische Grundstrukturen für die Objekterkennung. Aus der Analyse der geometrischen Informationen, sowohl der Merkmale als auch deren räumliche Relation, wird die Position des Objekts eindeutig und mit hoher Genauigkeit bestimmt. Merkmale, wie Konturen mit geringen Kontrasten, werden dadurch zuverlässig, genau und schnell erkannt. Das Vision-Tool ist unempfindlich gegenüber Lage-, Orientierungs- und Maßstabsveränderung des Objekts. Die gleichzeitige Untersuchung von Kontur und Struktur des Objektbilds eliminiert wechselnde Beleuchtungs- und Kontrastverhältnisse.
Ein zentrales Tool zum Einrichten des Laserlötkopfs ist die Livebild-Funktion einer in dieser Vision-Software integrierten Bedienersoftware (Bild 3) des Unternehmens I-Mation . Sie liefert eine weitere Vereinfachung der Bedienung, indem der Maschineneinrichter per Drag-and-drop ein Fadenkreuz auf das Kamerabild projiziert. Ein zusätzlicher Kreis beschreibt den Auftreffpunkt des Lasers. Im Zusammenspiel aus Fadenkreuz und Laserkreis können Bediener so die richtige Position mit wenigen Klicks einprogrammieren.

Konfigurieren statt Programmieren
Für anspruchsvollere Aufgaben steht Vision-Pro Quick-Build zur Verfügung. Mit ihm lassen sich einzelne Jobs detailliert einrichten. Hierin zeigt sich eine der Stärken des Softwarepakets. Es arbeitet einerseits als eigenstän­dige Vi­sion-Software-Basis, lässt sich andererseits aber auch unkompliziert an bestehende anwenderspezifische Softwareumgebungen adaptieren.
Mitarbeiter von Wolf Produktionssysteme können mit Vi­sion-Pro Quick-Build ohne Programmierkenntnisse ­unter anderem die Teileerfassung konfigurieren, Vision-Werk­zeuge optimieren und Pass/Fail-Entscheidungen treffen. Die Vision-Leistungs-Tools sind intelligent genug, unkritische Veränderungen im Aussehen zu ignorieren und sich auf die kritischen Merkmale zu konzentrieren, von denen die Abnahme eines Produkts abhängt. Leistungs-Tools benötigen für die endgültige Lösung keine aufwendige Vorverarbeitung des Bildes. Der Vision-Ingenieur profitiert somit von einer schnelleren Anwendungsentwicklung und das Unternehmen von geringeren Lebenszykluskosten. (ih)

Anforderungen an die Bildverarbeitungs-Software und ihr Lösungsspektrum
Die Bildverarbeitung hat immer komplexere Aufgaben in Qualitätssicherung und Identifikation zu bewältigen und soll zur Prozessoptimierung beitragen. Sie muss sich reibungslos in den Fertigungs­prozess und die Betriebskommunikation einbinden lassen. Gleichzeitig muss sie aktuelle Anforderungen der Dokumentation, beispielsweise die europäische Maschinenrichtlinie und internationale Normen, erfüllen.

Für diese Anforderungen liefert das Bildverarbeitungs-Softwarepaket Vision-Pro hardwareunabhängig eine breite Palette an Möglichkeiten für alle Industriebranchen. Inte­griert ist eine Bibliothek von effizient und sicher arbeitenden Vision-Tools zur Qualitätssicherung und von ID-Aufgaben. Gleichzeitig stellt Vision-Pro eine flexible Vision-Entwicklungsumgebung dar.
Das Softwarepaket umfasst inzwischen eine ganze Reihe weiterer Module, zum Beispiel Pat-Inspect, Pat-Flex, Pat-Max Synthetic, Pat-Max XCL, Pat-Max SA sowie ID-Max für das zuverlässige Lesen unterschiedlicher 1D- und 2D-Codes. So lokalisiert Pat-Flex beispielsweise mit hoher Zuverlässigkeit auch dann noch Objekte, wenn sie unterschiedliche Oberflächenperspektiven oder verzerrte Oberflächen aufweisen. Weitere Vision-Tools enthalten Algorithmen der Farbbildverarbeitung. Dazu zählen Search-Max, Color Extractor, „NxM“-Filter und High Speed Color Conversion (RGB-Gewichtung). Sie erweitern die Anwendungsvielfalt und -flexibilität. Beispielsweise ist der Color-Extractor ein sehr schnelles und sicher arbeitendes Segmentierungs-Tool für Bilder mit komplexen Farbzusammenstellungen. Weltweit arbeiten mehr als 500 Partner-System-Integratoren (PSI) von Cognex mit Vision-Pro-2D -Werkzeugen bei Bildverarbeitungs- und Roboteranwendungen. Vision-Pro 3D bietet zusätzliche Möglichkeiten, um selbst komplexe Ausrichtungsanwendungen zu erledigen. Integriert in die bestehende Vision-Pro-Bibliothek haben die Anwender und Integratoren auch im 3D-Umfeld Zugang zum Angebot an Identifikations- und Inspektionswerkzeugen der Software.
Das gesamte Anwendungsspektrum der Vision-Tools von Vision-Pro ist auf Hochgeschwindigkeit optimiert. Viele neue Funktionen dienen der weiteren Optimierung und Steigerung der Leistung. Weitere Vorteile bietet die Möglichkeit, beliebige Bildaufnahmequellen sowohl aus dem Umfeld der Framegrabber als auch der Direct-Connect-Kameras – mit „GigE“- und „PoE“-, Fire-Wire- sowie USB-Anschluss – einbinden zu können.
Von großer Bedeutung für den Systemintegrator als auch den Anwender ist, dass “Vision-Pro”: alle Entwicklungsmodi unterstützt. Durch seine „Drag-and-drop“-Bedienoberfläche ist die Programmierung von Aufgaben rund um die Bildverarbeitung komfortabel und einfach zu bewerkstelligen.
Die Softwarewerkzeuge und Entwicklungsumgebung von Vision-Pro ermöglichen die Lösung selbst komplexer Aufgaben. Und mittels der Vision-Tools gestaltet sich die Programmierung auch von komplexen und sehr anspruchsvollen Applikationen einfach.

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Autor: Ralf Baumann ist freier Fachjournalist aus Karlsruhe.