Bernhard Furrer, Joachim Bächle
Die Aufgabe des Bildsensors von Baumer Electric besteht darin, einmal eingelernte Objekte, wie bedruckte Seiten oder Etiketten, bedruckte oder gewobene Textilien und bedruckte Verpackungen zuverlässig wieder zu erkennen. Weichen die Objekte in irgend einer Weise von den Originalen ab, leitet der Sensor dies an die Steuerung der Maschine weiter. Der Sensor erfüllt diese Aufgabe bei Prozessgeschwindigkeiten bis zu 2,5 m/s mit maximaler Genauigkeit. Er lässt sich in vielen Applikationen wie Prüfen von Verpackungen, bedruckten Schriftstücken, Bilddrucken und Etiketten sowie zur Schrifterkennung einsetzen. Darüber hinaus sind maßgeschneiderte kundenspezifische Lösungen realisierbar.
Der Bildsensor beinhaltet alle notwendigen Komponenten, wie Optik, Kamera, Beleuchtung, Auswertung, Anzeige und Bedienelemente in einem IP 65-Gehäuse. Die Reinigung der Frontscheibe ist so einfach wie bei einem Optosensor. Die hochpräzise Optik ermöglicht eine bis in die äußerste Randzone gestochen scharfe Abbildung des Objektes auf die CCD-Zeile. Die integrierte Weisslichtbeleuchtung führt zu kontrastreichen Bildern, unabhängig von der Farbe der Vorlage. Die Lebensdauer der Beleuchtung entspricht nahezu derjenigen von Halbleiterbeleuchtungen. Signalverarbeitung und Auswertung sind in einer kompakten Schaltung realisiert. Die Schnittstellen ermöglichen ein Betreiben des Sensors über normale digitale I/Os oder die Integration in bestehende Busnetzwerke. Um den Sensor von einem laufenden Prozess zu entkoppeln, können mit der On/Off-Taste die Ausgänge unterdrückt werden. Die zweite Taste ermöglicht dem Anwender ein individuelles Einlernen von neuen Objekten. Die Anzeige informiert über die aktuelle Betriebsart und den Gerätezustand.
Die Bildaufnahme erfolgt durch eine CCD-Zeile deren bewegungssynchrone Erfassung durch die Verbindung mit einem Drehgeber ermöglicht wird. Dadurch haben Änderungen der Objektgeschwindigkeit keinen Einfluss auf die Prüfaufgabe des Sensors. Messungen bis zum Stillstand der Maschinen sind möglich. Gegenüber der Erfassung mit einer Flächen-CCD hat dieses Bilderfassungskonzept den Vorteil, dass wesentlich längere Objekte erfasst und verarbeitet werden können. Mit dem Sensor lassen sich so bis zu 500 mm lange Objekte verarbeiten.
Die erfassten Bilddaten, die bei Maximalgeschwindigkeit mehrere MB pro Sekunde betragen können, werden im Feature-Extractor einer Datenreduktion unterzogen. Diese in FPGAs realisierte Vorverarbeitung binarisiert und segmentiert die einlaufenden Bilddaten in Echtzeit. Das Ergebnis ist eine Feature-Liste mit nur wenigen KB Grösse. Der Signalprozessor vergleicht nun diese Feature-Liste mit zuvor eingelernten Referenzobjekten und kann daraus eine Gut/Schlecht-Entscheidung fällen. Dieses Ergebnis wird entweder über eine Datenschnittstelle, zum Beispiel CAN-Bus, ausgegeben oder direkt durch einen Schaltausgang an einer bestimmten Position des zu prüfenden Objektes signalisiert. Neben dem Verfahren mit dem binarisierten Bild wird auch parallel, je nach Objekt und Applikation direkt das Grauwertbild für Analysezwecke herangezogen. Durch die Teach-Funktion kann der Sensor sehr einfach auf neue Objekte umgestellt werden. Der Sensor wählt aus dem, während des Einlernvorgangs aufgenommen Bild automatisch geeignete Referenzobjekte und entscheidet sich für eine optimale Betriebsart.
