Bildverarbeitungssystem in der Flascheninspektion
Max Reijngoudt
Wenn Sie den Inhalt von Flaschen prüfen wollen, ist die Integration eines hochwertigen Bildverarbeitungssystems entscheidend, um das Material in den Flaschen zuverlässig zu identifizieren und zu prüfen. Wir wissen, dass es schwierig sein kann, die richtige Kamera, Beleuchtung und Software zu finden. In nur 4 Schritten führt Sie dieser Artikel durch die Auswahl der richtigen Hardware und Software für die automatische Bildverarbeitung.
Zum Beispiel hat einer unserer Bildverarbeitungsingenieure die folgenden Komponenten für dieses Flascheninspektionssystem empfohlen. Über die Links gelangen Sie sofort zu unseren Produkten und Preisen, so dass Sie direkt zu detaillierten Informationen über dieses Flascheninspektionssystem gelangen.
In dieser Testanwendung wollte ein Entwickler, der sich nach dem Flascheninspektionssystem erkundigte, Bilder von Glasflaschen aufnehmen, um die Flüssigkeit in der Flasche zu untersuchen. Partikel in der Flüssigkeit mussten erkannt werden, um die spezifische Flüssigkeit in der Flasche zu klassifizieren. Die Verwendung eines Bildverarbeitungssystems zur Erkennung dieser Partikel ermöglichte es, die Flüssigkeit in den Flaschen je nach Anzahl und Größe der Partikel für die weitere Verwendung zuzulassen oder abzulehnen.
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Auswahl der Industriekamera
Wir beginnen mit der Auswahl der Industriekamera für das Bildverarbeitungssystem zur Flascheninspektion. Die Empfehlung für unsere 20MP-USB3-Kamera 'MER2-2000-19U3C' basiert auf den Spezifikationen des Entwicklers. Der Entwickler wusste nicht, welche Kameraschnittstelle er benötigt und hatte auch keine konkreten Vorgaben. Wenn der Abstand zwischen PC und Kamera kleiner als 4,6m ist, empfiehlt es sich, USB3 als Kameraschnittstelle zu verwenden. Diese bietet eine viermal höhere Bandbreite als eine GigE-Kamera, benötigt nur ein Kabel für Datenübertragung und Stromversorgung und ist preisgünstiger.
Um Farbunterschiede erkennen zu können, wurde eine Farbkamera gewählt. Außerdem werden die Bilder nur aufgenommen, wenn sowohl die Kamera als auch die Flaschen stillstehen. Aus diesen Gründen können wir für dieses spezielle Flascheninspektionssystem eine Rolling-Shutter-Kamera anstelle einer Global-Shutter-Kamera empfehlen. Weitere Informationen zu Global Shutter vs. Rolling Shutter finden Sie in diesem Artikel in unserem Knowledge Center.
Um die erforderliche Auflösung zu bestimmen, boten wir dem Entwickler unsere Hilfe an, da dieser die Auflösung nicht im Voraus definieren konnte. Wir haben die Auflösung wie folgt berechnet: Es sollen Bilder von jeweils einer Flasche der Größe 20x80mm aufgenommen werden. Um die kleinsten Partikel von ca. 0,05mm innerhalb dieses Sichtfeldes zu erkennen, ist eine Systemauflösung von 0,017mm/Pixel erforderlich. Geht man also von drei Pixeln pro kleinstem Partikel aus, sind mindestens 3300x4800 Pixel erforderlich. Die 20MP Kamera mit dem Sony IMX183 Sensor hat 5496x3672 Pixel, was zu einer Systemauflösung von sogar 0,015mm/Pixel führt. Unsere MER2-2000-19U3C Kamera bietet eine ausgezeichnete hochauflösende Möglichkeit für die präzise Erkennung von Partikeln bei der Flascheninspektion.
Das Objektiv für den Sony IMX183 Sensor
Die für dieses Flascheninspektionssystem ausgewählte 20 MP Kamera ist mit einem 1" Sony IMX183 Sensor ausgestattet. Um herauszufinden, welches Objektiv für dieses Bildverarbeitungssystem am besten geeignet ist, haben wir unseren Online-Objektivrechner verwendet. Anhand von nur zwei Vorgaben, dem benötigten horizontalen Sichtfeld und dem Arbeitsabstand, wird die richtige Brennweite berechnet. Das Bild rechts zeigt diese Berechnung; mit Hilfe der Kameraauflösung und der Pixelgröße kann auch das zu erwartende Sichtfeld berechnet werden
Der Entwickler benötigt ein Sichtfeld (Field of View, kurz FOV) von 80x20mm und bevorzugt einen Arbeitsabstand (Working Distance, kurz WD) zwischen 100 und 150mm. Die Berechnung zeigt, dass ein Objektiv mit 16mm Brennweite für diese Spezifikationen geeignet ist. Es zeigt sich auch, dass ein Arbeitsabstand von 113mm ausreicht und das Sichtfeld etwas größer ist als gewünscht. Dies hängt mit dem Format des Kamerasensors zusammen, der nicht das gleiche Seitenverhältnis wie das Sichtfeld von 80x20mm hat. Das tatsächliche Sichtfeld wird etwa 80x53mm betragen. Unser 16MM F2.8 C-Mount Objektiv, das VA-LCM-20MP-16MM-F2.8-110, ist ein verzeichnungsfreies Objektiv (< 0,5%), das eine ausgezeichnete Ergänzung für die 20MP Kamera darstellt
Beleuchtung des Inspektionssystems
Die Ergänzung des Bildverarbeitungssystems für die Flascheninspektion durch eine industrielle Beleuchtung erhöht den Kontrast und hebt die Farben und Partikel der Flüssigkeit hervor. Um Reflexionen an den Flaschenkonturen zu minimieren und Schatten zu beseitigen, wird eine Hintergrundbeleuchtung empfohlen. Der erhöhte Kontrast bei Verwendung einer Hintergrundbeleuchtung für das Flascheninspektionssystem erleichtert die Erkennung von Partikeln in der Flüssigkeit. Alle unsere Hintergrundbeleuchtungen sind standardmäßig mit einem Diffusor ausgestattet. Für die Beleuchtung empfehlen wir eine Leuchte, die ca. 10% größer als das Sichtfeld ist. Unsere von unten beleuchtete Hintergrundbeleuchtung 'VA1-BLBL2-100X100-W' erfüllt mit einer Größe von 100x100mm diese Anforderungen. Außerdem ist die Rückleuchte in unserem Expresslager verfügbar, d.h. sie ist sofort ab Lager lieferbar.
Um die Reflexionen der Glasflaschen weiter zu minimieren, empfehlen wir für dieses spezielle Flascheninspektionssystem sowohl eine Polarisationsfolie als auch einen Polarisationsfilter. Die Polarisation des Lichts sorgt für eine bessere Sichtbarkeit und eine genauere Analyse der Flüssigkeit und der Partikel in der Flasche. Die folgenden Komponenten wurden verwendet
- Eine Polarisationsfilterfolie: Die lineare Polarisationsfilterfolie polarisiert das Gegenlicht, wenn sie vor die Lichtquelle gehalten wird. Sie kann auf die gewünschte Größe zugeschnitten werden.
- Ein polarisierender Objektivfilter: The lens filter is made for C-mount lenses with the filter thread of M35.5xP0.5 such as the recommended 16MM C-mount lens.
Durch die Verwendung beider Filter wird eine Kreuzpolarisation erreicht, die in diesem Knowledge Center-Artikel näher erläutert wird: Polarisation in Ihrer Bildverarbeitungsanwendung.
Bildverarbeitungssoftware zur Flascheninspektion
Eine einzelne Kamera, ein Objektiv und eine Beleuchtung reichen nicht aus, um ein komplettes Bildverarbeitungssystem für die Flascheninspektion zu erstellen. Für die eigentliche Flascheninspektion wird eine Bildverarbeitungssoftware benötigt, um die Partikel in den Flaschen zu erkennen. Unsere Kameras sind GenICam-kompatibel, was bedeutet, dass sie mit einer Vielzahl von Drittanbieter-Software verwendet werden können, einschließlich MvTec Halcon, NI Labview, Cognex Vision Pro, Matlab oder OpenCV. Für die anfängliche Programmierung kann unser kostenloses Software Development Kit (SDK) verwendet werden, das die Aufnahme von Bildern und die Einstellung der Kameraparameter ermöglicht. Das Software Development Kit ist kompatibel mit Standard- und Industrie-PCs sowie ARM-Plattformen, einschließlich der NVIDIA TX-Serie und Raspberry Pi. Unterstützte Betriebssysteme sind Windows, Linux und Android. Betriebssysteme wie Apple MAC OS werden für den industriellen Einsatz nicht unterstützt, aber Entwickler können eine kompatible virtuelle Maschine mit Windows oder Linux auf dem MAC ausführen. Das SDK unterstützt Programmiersprachen wie C++, C#/.NET und Python. Weitere Sprachen können auf Anfrage erworben werden und sind nicht im Standardpaket enthalten
Für dieses Anwendungsbeispiel der Flascheninspektion war es dem Entwickler wichtig, mit einer Software zu arbeiten, die auch für weniger erfahrene Anwender einfach zu bedienen ist. Aus diesem Grund wurde die Verwendung von Zebra Aurora Vision Studio empfohlen. Diese leistungsstarke und benutzerfreundliche Software bietet eine robuste grafische Umgebung, die wie ein Werkzeugkasten verwendet werden kann
Mit dieser Software, die Ihr Flascheninspektionssystem vervollständigt, können Sie sowohl die Partikelgröße als auch die Partikelmenge bestimmen. Um sich mit der Aurora Vision Software vertraut zu machen, wurde die kostenlose Lite-Version verwendet. Diese beinhaltet alle verfügbaren Standardalgorithmen. Darüber hinaus vermittelt das Beispiel einer Flascheninspektion auf der Website von Zebra Technologies einen guten ersten Eindruck der Software: Bottle Inspection - Aurora Vision.
Anwendungen der Flascheninspektion
Ein Bildverarbeitungssystem zur Flascheninspektion wird auch in einer Vielzahl anderer Anwendungen und Branchen eingesetzt. Dieses Bildverarbeitungssystem wurde für die Flascheninspektion in der chemischen Industrie empfohlen. Vergleichbare Systeme werden jedoch auch in der Getränke-, Pharma- und Lebensmittelindustrie eingesetzt. Beispielsweise könnte ein Bildverarbeitungssystem in der Lebensmittelproduktion das Zählen und Identifizieren einer großen Anzahl von Flaschen mit hoher Geschwindigkeit automatisieren. Für die Hochgeschwindigkeitsbildaufnahme ist eine Industriekamera wie unsere 1,6 MP-Kamera mit 227 Bildern pro Sekunde eine hervorragende Hardwarelösung für die Bilderfassung.
Neben der Inspektion von Partikeln in der Flüssigkeit durch das Flaschenglas kann ein Bildverarbeitungssystem auch zur Erkennung von Defekten im Flaschenglas eingesetzt werden. Wenn es darum geht, Risse oder Defekte zu erkennen, verlassen sich Ingenieure und Hersteller häufig auf ein solches Inspektionssystem.
Unterstützung bei der Entwicklung von Bildverarbeitungssystemen für die Flascheninspektion
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