Technologien der industriellen Bildverarbeitung: 2D und 3D Machine Vision im Vergleich

Lösungen für die industrielle Bildverarbeitung ermöglichen es Maschinen zu „sehen“, sodass manuelle Inspektionsaufgaben durch den Einsatz von Machine-Vision-Lösungen unterstützt oder gar vollständig ersetzt werden können. Die Technologie dient in zahlreichen Branchen und Applikationen der Automatisierung von Produktionsprozessen.

Dabei stellt sich häufig die Frage: Wird eine 2D-Vision-Lösung benötigt oder eine 3D-Vision-Lösung? Wann ergibt welche Technologie Sinn – damit beschäftigt sich der Blogartikel und gibt Handlungsanweisungen zur richtigen Nutzung der Technologie.

Auf dem Gebiet der industriellen Bildverarbeitung wurden in den vergangenen Jahren bedeutende technologische Fortschritte erzielt. Und die Lösungen werden günstiger und somit wirtschaftlich rentabler. Sie haben das Potenzial, die Effizienz industrieller Applikationen deutlich zu verbessern. Steigender Wettbewerbsdruck, Fachkräftemangel, hohe Qualitätsstandards sowie die Notwendigkeit, individualisierte Produkte in kürzeren Zyklen zu fertigen, machen die Automatisierung der Produktion somit zu einem erstrebenswerten Ziel. Bei den entsprechenden Technologien handelt es sich um Lösungen, die mithilfe optischer Sensoren und Bildverarbeitung Tätigkeiten wie Qualitätskontrollen durchführen oder Koordinaten und Positionsdaten an einen Roboter übermitteln.

Leistungsstarke Bildverarbeitungstechnologien ermöglichen eine präzise Erfassung und Analyse von Objekten in Echtzeit. Das führt zu einer verbesserten Produktqualität, geringeren Fehlerquoten und optimierten Prozessen. Weitere Vorteile sind die Steigerung von Ertrag, Durchsatz und Kundenzufriedenheit sowie ein reduzierter Ressourcenverbrauch

2D-VISION-TECHNOLOGIE: WAS IST DAS?

2D-Vision-Lösungen bilden die Grundlage vieler industrieller Automatisierungsprozesse. Ein großer Vorteil der 2D-Technologie ist die präzise Erkennung von Mustern und Kontrasten auf verschieden geformten Objektoberflächen und die genaue Erkennung von Unregelmäßigkeiten und Defekten. 2D-Lösungen kommen vor allem dann zum Einsatz, wenn die Information im Kontrastunterschied liegt. Diese Technologie ist derzeit sehr weit verbreitet. 2D-Vision ist intuitiv und sehr flexibel: Es lassen sich verschiedene Arten von Lichtquellen einsetzen, um die Leistung der Vision-Lösung zu optimieren. Damit können 2D-Vision-Kameras gewünschte Objekteigenschaften genau erfassen.

2D VISION IM EINSATZ IN DER INDUSTRIE

Mithilfe benutzerfreundlicher Software sind diese Lösungen einfach in Maschinen und Anlagenintegrierbar und leicht bedienbar. Die Lösungen sind robust und anpassungsfähig und daher ideal für anspruchsvolle industrielle Umgebungen und Aufgaben wie:

Vollständigkeitskontrolle und Montageprüfung
Erkennung von Defekten
Erkennung von Fremdkörpern
Inspektion und Klassifizierung von Objekten
Codelesung und Überprüfung von Etiketten

Die Stärken von 2D-Vision-Lösungen liegen in ihrer Einfachheit, Kosteneffizienz, Vielseitigkeit und leichten Integration in bestehende Prozesse.

Fazit: Die Stärken von 2D-Vision-Lösungen liegen in ihrer Einfachheit, Kosteneffizienz, Vielseitigkeit und leichten Integration in bestehende Prozesse. Die Technologie ist allerdings auf Anwendungen beschränkt, bei denen keine Tiefeninformationen erforderlich sind.

3D-VISION IM ÜBERBLICK

3D-Vision-Lösungen bieten dank Tiefenwahrnehmung detaillierte Aufnahmen von der Geometrie eines Objekts. Form oder Farbe des Objekts haben keinen Einfluss auf die Anwendung. 3D-Lösungen kommen vor allem dann zum Einsatz, wenn die Information im Höhenunterschied liegt. Im Gegensatz zu 2D-Technologien haben 3D-Technologien die Erfassung der Form und räumlichen Anordnung von Objekten zum Ziel. Man unterscheidet zwischen den folgenden Technologien:

Scantechnologien: Diese erfassen 3D-Bilder Profil für Profil, indem sie das Objekt entweder durch den Messbereich führen oder die Kamera über das Objekt bewegen. Diese Methode erfordert eine konstante oder bekannte Bewegung, z. B. mithilfe eines Encoders.
Snapshot-Technologien: Diese erzeugen mit nur einer Aufnahme detaillierte 3D-Bilder. Es ist keine Bewegung des Objekts oder der Kamera erforderlich, aber die Bilder sind oft weniger genau als die von Scantechnologien.

3D-VISION – DIE VERSCHIEDENEN TECHNOLOGIEN IM DETAIL

Lasertriangulation

Ein Laserstrahl wird auf ein Objekt projiziert und eine Kamera zeichnet das reflektierte Licht auf. Durch Messung der Position der reflektierten Laserlinie auf dem Kamerasensor ist die Höhenposition des Objekts berechenbar. Die Kamera zeichnet das reflektierte Licht sequenziell auf und erstellt aus den aufgenommenen Profilen eine dreidimensionale Objektdarstellung.

Lichtlaufzeittechnologie

Diese Snapshot-Technologie misst die Zeit, die ein Lichtstrahl für den Weg zu seinem Ziel und zurück benötigt, und erstellt ein 3D-Bild in Echtzeit. Die Lichtlaufzeittechnologie ist besonders für Anwendungen mit einem großen Sichtfeld und Arbeitsabständen von mehr als einem halben Meter geeignet.

Diese Snapshot-Technologie erstellt ein 3D-Bild in Echtzeit.

Stereotechnologie

Diese Snapshot-Technologie funktioniert ähnlich wie das menschliche Sehen, indem zwei 2D-Bilder aus verschiedenen Positionen kombiniert werden. Sie eignet sich gut für Anwendungen mit einem großen Sichtfeld und für den Einsatz im Freien. Die Messgenauigkeit lässt sich mit einer zusätzlichen Lichtquelle, die Muster auf das Objekt projiziert, verbessern.

3D VISION EINSATZGEBIETE

Die 3D-Bildverarbeitung kommt z. B. in der Qualitätskontrolle und in Robot-Vision-Anwendungen zum Einsatz, die präzise Messungen und detaillierte Analysen erfordern. Zu den Applikationen zählen:

Vollständigkeits- und Montageprüfung
Erkennung von Defekten
Erkennung von Fremdkörpern
Messungen
Klassifizieren und Sortieren von Objekten
Lokalisierung von Objekten
Steuerung von Robotern / Greifarmen

Fazit: Der große Vorteil der 3D-Bildverarbeitung liegt darin, dass man ein detailliertes 3D-Objektbild erhält. Dies ist bei Applikationen wichtig, bei denen Tiefe, Volumen und präzise Messungen von entscheidender Bedeutung sind.

DAS VISION-LÖSUNGSPORTFOLIO VON SICK

Je nach Anforderungen des Kunden und Komplexität der Aufgabe bietet SICK die richtige Lösung. Vom einzelnen Vision-Sensor über anwendungsspezifische Systeme für Bildverarbeitungssensoren bis hin zu digitalen Lösungen und Services für Machine Vision: Das Vision-Portfolio von SICK umfasst eine Vielzahl unterschiedlicher Kameras und Lösungen für die industrielle Bildverarbeitung. Unabhängig davon, ob 2D- oder 3D Kameras eingesetzt werden: Die Softwarebasis SICK Nova unterstützt dabei, Vision-Applikationen schnell und einfach zu konfigurieren. Abgestimmt auf Aufgabenstellung und Einsatzgebiet bietet SICK ein breites Spektrum an state-of-the-art Lösungen sowie umfassende Beratung, um die passende Machine-Vision-Lösung für Ihre spezifischen Herausforderungen zu finden.