Technologie-Sprünge

Welche enorme Entwicklung die Bildverarbeitung in den vergangenen 30 Jahren genommen hat wird in der gegenüberstellung des Data- Man von 1982 und dem heutigen DataMan 50L geradezu plastisch deutlich. In minimalen Abmessungen und Schutzklasse IP65 bietet der neue DtaMan 50L Maximale Leistung im Lesen von Barcodes

Welche enorme Entwicklung die Bildverarbeitung in den vergangenen 30 Jahren genommen hat wird in der gegenüberstellung des Data- Man von 1982 und dem heutigen DataMan 50L geradezu plastisch deutlich. In minimalen Abmessungen und Schutzklasse IP65 bietet der neue DtaMan 50L Maximale Leistung im Lesen von Barcodes

30 Jahre rasante Entwicklung der industriellen Bildverarbeitung

(Autor: Kamillo Weiß, Fachjournalist)

„Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte“ und modernste digitale Bildverarbeitung potenziert dieses Sprichwort. Diese Technologie mit immer leistungsfähigeren Bildsensoren und neuen Bildverarbeitungs- Algorithmen kann noch vieles sichtbar machen, was dem menschlichen Auge verborgen bleibt.Die digitale Bilderfassung und Bildverarbeitung ist heute in seiner ganzen Bandbreite aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Das gilt auch im ganzen industriellen Umfeld aller Branchen, als auch in der Forschung und Entwicklung sowie im Sport.

Sicher auf Achse: Bei der arvato AG ist in der Logistik die Zuverlässigkeit und Zeit ein entscheidender Faktor. Statonäre ID-Lesegeräte DataMan 500 von Cognex lesen mit hoher Flexibilität die Barcodes auf den in der Höhe variierenden Paketen in Hochgeschwindigkeit und mit Leserate von nahezu 100%.

Sicher auf Achse: Bei der arvato AG ist in der Logistik die Zuverlässigkeit und Zeit ein entscheidender Faktor. Statonäre ID-Lesegeräte DataMan 500 von Cognex lesen mit hoher Flexibilität die Barcodes auf den in der Höhe variierenden Paketen in Hochgeschwindigkeit und mit Leserate von nahezu 100%.

Die industrielle Bildverarbeitung ist unverzichtbarer Bestandteil einer hundertprozentigen Qualitätssicherung, Optimierung von Fertigungsprozessen und vollständigen Produktrückverfolgbarkeit durch bildbasiertes Lesen von Klarschrift, 1D und 2D-Codes. In rund drei Jahrzehnen wurden Entwicklungssprünge vollzogen die man sich damals absolut nicht vorstellen konnte. Eine Zukunftsprognose entsprechend der heutigen Realität wäre damals als Phantasterei abqualifiziert worden.

Unaufhaltsame massive Dynamik

Die Verpackungsfolie sorgt für starke Reflexionen über den darunter zu lesenden Codes. In luftiger höhe richtet das Cognex ID-Lesegrät im Druckhaus Axel Springer sein scharfes Auge auf die schnellen Zeitungsbündel.

Die Verpackungsfolie sorgt für starke Reflexionen über den darunter zu lesenden Codes. In luftiger höhe richtet das Cognex ID-Lesegrät im Druckhaus Axel Springer sein scharfes Auge auf die schnellen Zeitungsbündel.

Die industrielle Bildverarbeitung ist eine Querschnittstechnologie mit den vielfältigsten Synergieeffekten aus den unterschiedlichsten Basistechnologien. In allen technologischen Kernbereichen der Bildverarbeitung – Bildsensoren, Optik, Elektronik, Beleuchtungstechnik, Vision- Algorithmen, Programmiersprachen, Mikroprozessortechnik, Kommunikations- Schnittstellen, Steuerungstechnik und Bedienoberflächen – gab es riesige Entwicklungsschritte. Das optimierte Zusammenwirken all dieser Technologien führte zu einer enormen Innovationsdynamik in der ganzen Anwendungsbreite der Industriellen Bildverarbeitung.

Statement Bill Silver, Mitbegründer der Cognex Corporation, Senior Vice President and Senior Fellow: "In nur wenigen Jahrzehnten hat die digitale Bildverarbeitung unser tägliches Leben vollkommen verändert, und so wird zukünftig die industrielle Bildverarbeitung – in seiner ganzen Bandbreite – die industrielle Automatisierung und viele andere Anwendungsfelder in einer Weise umkrempeln, die wir uns heute noch gar nicht vorstellen können."

Statement Bill Silver, Mitbegründer der Cognex Corporation, Senior Vice President and Senior Fellow: „In nur wenigen Jahrzehnten hat die digitale Bildverarbeitung unser tägliches Leben vollkommen verändert, und so wird zukünftig die industrielle Bildverarbeitung – in seiner ganzen Bandbreite – die industrielle Automatisierung und viele andere Anwendungsfelder in einer Weise umkrempeln, die wir uns heute noch gar nicht vorstellen können.“

Welche erstaunliche Entwicklung die Bildverarbeitung in den vergangenen drei Jahrzehnten genommen hat wird am Beispiel des Unternehmens Cognex besonders deutlich. Im Jahr 1981 – in Massachusetts, USA – gegründet, brachte das Unternehmen mit dem DataMan 1982 sein erstes Bildverarbeitungssystem zur (OCR) optischen Zeichenerkennung auf den Markt. Damals war es eine herausragende Errungenschaft, dass innerhalb von 90 Sekunden ein Buchstabe in Klarschrift gelesen werden konnte. Heute erfolgt dies im Bereich von Mikrosekunden, und das mit einem autarken und kompakten Vision-System. In all den vielen Jahren hat das Unternehmen immer wieder technologische Meilensteine in Hard- und Software der Bildverarbeitung gesetzt, und den Markt mit zuverlässigen und präzise arbeitenden Technologien der industriellen Bildverarbeitung nachaltig beeinflusst.

Cognex-Mitbegründer Bill Silver entwickelte 1986 mit „Search“ eine leistungsstarke Software, die Muster in Graustufenbilder rasch und präzise lokalisierte. Mit dieser Vision-Software konnten Anwender die Ergebnisse ihrer Bildverarbeitungssysteme drastisch verbessern. Schon früh erkannten die Strategen aus Massachusetts die Wichtigkeit einer offenen modularen Struktur in Hard- und Software, um die Anwendungsentwicklung und Installation entscheidend zu beschleunigen und zu vereinfachen. Das 1995 vorgestellte Produkt Checkpoint bot eine umfangreiche Bibliothek modernster Softwaretools in Verbindung mit der auf Microsoft Windows basierenden Bedieneroberfläche. Der Anwender verfügte damit über ein hochwertiges objektorientiertes Programmierwerkzeug mit einer sehr schnell erlernbaren und komfortablen Bedieneroberläche. Ein weiterer technologischer Meilenstein war die patentierte Softwaregeneration PatMax®. Die Spezialisten aus Massachusetts befreiten 1997 die Anwender der industriellen Bildverarbeitung von vielen Problemen und Einschränkungen der Grauwertkorrelation. Die Konturen von Werkstücken konnten mit dem neuen geometrieorientierten Verfahren wesentlich schneller, mit bahnbrechender Präzision und hoher Zuverlässigkeit erkannt werden. Aus der Analyse der geometrischen Informationen sowohl der Merkmale (beispielsweise Linie, Dreieck, Kreis, Kurve) als auch deren räumliche Relation wird die Position des Objektes eindeutig und mit höchster Genauigkeit bestimmt. Merkmale wie z.B. Konturen mit geringen Kontrasten werden dadurch extrem zuverlässig, genau und sehr schnell erkannt. Dieses Software-Tool ist unempfindlich gegenüber Lage-, Orientierungs- und Maßstabsveränderung des Objektes. Die gleichzeitige Untersuchung von Kontur und Struktur des Objektbildes eliminiert wechselnde Beleuchtungs- und Kontrastverhältnisse. Aufbauend auf PatMax® erfolgte eine ganze Reihe weiterer Module von Software-Tools wie z.B. PatInspect, PatFlex, PatMax Synthetic, PatMax XCL, PatMax SA als auch IDMax für das absolut zuverlässige Lesen unterschiedlichster 1D- und 2D-Codes.

Wachstum in der ganzen Anwendungsbandbreite

Als einziges Unternehmen innerhalb der Bildverarbeitungsbranche verfügt Cognex über ein branchenübergreifendes komplettes Produktsortiment an modernsten Hard- und Softwarekomponenten der industriellen Bildverarbeitung. Mit den Produktfamilien Vision Software VisionPro, autarke Vision Systeme In-Sight, Vision Sensoren Checker, ID-Lesegeräten Data- Man und dem neuen autarken 3D-Vision- System DS 1000 hat der Anwender den Zugriff auf ein anwendungs- und leistungsspezifisch fein abgestuftes Portfolio erfolgreicher und bewährter Vision-Technologien. Die PC-gestützten Vision-Systeme mit dem vielseitigen Bildverarbeitungs- Entwicklungspaket VisionPro – beinhaltet eine umfassende Bibliothek von Vision Software-Tools zum Lösen komplexeste Aufgaben.

Mit der Markteinführung der Produktfamilie In-Sight im Jahr 2000 erfolgte ein weiterer Schritt welcher die industrielle Bildverarbeitung nachhaltig veränderte. Die leistungsstarken kompakten autarken Vision- Systeme gewährleisten Aufgaben die früher nur PC-basierte Systeme übernehmen konnten. Sie bieten anwendungsspezifisch abgestufte herausragende Leistungsfähigkeit. Dementsprechend sind sie heute ein wichtiger Bestandteil der Qualitätssicherung, Identifikation und Prozessoptimierung in allen industriellen Branchen. Das neue Kommunikationspaket Cognex Connect ermöglicht einen sofortigen vereinfachten Anschluss jedes Vision-Systems an alle gängigen SPS, Roboter, MMS und Feldbus-Systeme, die in der Fabrikautomation verwendet werden. Die 1D- und 2D-Codeleser der umfangreichen Produktfamilie DataMan decken alle Anforderungen im industriellen Umfeld ab. Die bewährten DataMan 100 bis 200 in minimalen Abmessungen und die mobilen DataMan 8000 und 9000 haben integrierte Beleuchtung und die Option der Flüssiglinsen-Technologie. Der DataMan 500 verfügte als erstes bildbasiertes Codelesesystem über den VSoC (Vision System on a Chip), Bilderfassung und Bildverarbeitung in Echtzeit auf dem gleichen Chip. Darüber hinaus war erstmalig in der Branche auch die innovative Entwicklung einer Flüssiglinse integriert. Das optimierte Zusammenspiel ermöglicht höchste Leseleistung, vielseitige Funktonalität und hohe Anwendungsflexibilität bei einfachster Installation. Die intelligente Einstellungstechnologie des neuen DataMan 300 automatisiert die Konfiguration der integrierten Beleuchtung, um die optimale Einstellung zu erhalten, damit ist er das fortschrittlichste Lesegerät auf dem Markt. Bei den neuen DataMan 50L und 60 wurde das Verhältnis von Leistung und minimalen Abmessungen weiter auf die Spitze getrieben. Die hochkompakte Produktfamilie der Vision-Sensoren Checker mit integrierter LED-Beleuchtung bieten ein breites Spektrum vielseitiger Anwendungen in allen Branchen. Vor allem bei der Kontrolle von Teilen auf Vollständigkeit und Maßhaltigkeit. Sie vereinen die Fähigkeiten aus der Welt optoelektronischer Sensoren mit der Effizienz moderner Bildverarbeitung und erübrigen bislang aufwändige Systemtechnik mit klassischen Sensoren.

BV in der Prozessoptimierung

In minimalen Abmessungen von nur 23,5mmx27mmx43,5mm und Schutzklasse IP65 beitet der neue Dataman 50L maximale Leistung im Lesen von Barcodes. Er eignet sich ideal für die Anbringgung unter beschränkten Platzverhältnissen in Produktionslinien und Anlagen und verfügt über Hotbars™, eine speziell für das Codelesen patentierte Bildanalysetechnologie von Cognex.

In minimalen Abmessungen von nur 23,5mmx27mmx43,5mm und Schutzklasse IP65 beitet der neue Dataman 50L maximale Leistung im Lesen von Barcodes. Er eignet sich ideal für die Anbringgung unter beschränkten Platzverhältnissen in Produktionslinien und Anlagen und verfügt über Hotbars™, eine speziell für das Codelesen patentierte Bildanalysetechnologie von Cognex.

Im globalen Wettbewerb muss der Anwender seine Maschinen- und Anlagenprozesse so effizient wie möglich gestalten. Dazu benötigt er Kommunikationspakete, die durch eine einfache Bedienungsoberfläche die Integration in nahezu jedes Fertigungsnetzwerk zügig und mit wenig Aufwand ermöglicht. Konnektivität ist somit ein entscheidender Faktor, um vielfältige Daten möglichst in Echtzeit auszutauschen und um damit hocheffiziente integrierte Prozesse zu gewährleisten. Cognex Connect ist ein Standard-Set von Netzwerkprotokollen, die eine nahtlose Kommunikation mit den Maschinen und Anlagen gewährleisten. Sie umfassen die Protokolle EtherNet/IP mit Rockwell Add On Prfile (ROP), PROFINET mit Siemens GSD, Modbus TCP, MC-Protokoll, POWER LINK und DeviceNet. Dadurch können Cognex Produkte sehr schnell eine Kommunikation zu einer SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder Robotersteuerung aufbauen. Die neue Produktfamilie In-Sight 7000 ist das erste Vision-System am Markt, welches das POWERLINK-Protokoll unterstützt. Das ermöglicht eine deterministische BV-Einbindung für höchste Genauigkeit im Zusammenspiel mit den Maschinen und Anlagen. Es wird kein paralleles Netzwerk für die Bildverarbeitung benötigt, und somit können die Prozess- und Bilddaten über ein einziges Kommunikationsmedium erfolgen. Das ist eine entscheidende Vereinfachung der BV-Integration in die unterschiedlichsten Automatisierungslösungen. Dank POWERLINK kann die Kommunikation zwischen dem Vision-System und der zentralen Maschinen-CPU in Echtzeit erfolgen. Die erfolgreiche Strategie von fortschrittlicher Kommunikation integriert in komplexe Anwendungen hat sich in der intensiven Kooperation und Partnerschaft von Cognex mit den Automatisierungslösungen von B&R, Bernecker & Reiner GmbH, erfolgreich niedergeschlagen. Die Aufhebung bislang bestehender Systemgrenzen in der Automatisierung erschließt neue Funktionen mit deutlich verbesserten Abläufen. Die Transparenz innerhalb der zentralen B&R Steuerung ermöglicht verkürzte Projektlaufzeiten und Kosteneinsparungen.

Perfektion im Codelesen

Leistungsstarke Bildsensoren, Verarbeitungsprozessoren, Optik und Beleuchtung sind nur eine Seite von DataMan, denn neue Code-Detektionsalgorithmen gewährleisten das Lesen in Hochgeschwindigkeit. Das Ergebnis intensiver Entwicklungsarbeit und Forschung ist die patentierte Hotbars™ Hochleistungs- Bildanalysetechnologie von Cognex, um auch für die nächste Generation der Lesegeräte die marktführende Position zu gewährleisten. Eine klar durchstrukturierte Architektur von Vision-Tools, die aufeinander abgestimmt den gesamten Prozess der Detektion rasant beschleunigen und ein Höchstmaß in der Qualität der Detektion erzielen. So erkennt der Hotbars-Finder im unbearbeiteten Ausgangsbild blitzschnell wo sich der Code befindet. Nur in diesen Bereichen erfolgen dann die weiteren Dekodierungen durch omnidirektionale Texturanalysen. In nur wenigen Nanosekunden pro Bildpunkt erfolgt dieser Vorgang. Das erzielt eine erhebliche Beschleunigung für die folgenden Analysen, und gewährleistet eine hohe Robustheit sowie gesteigerte Zuverlässigkeit im Codelesen. Aber auch für die anschließende Signalextraktion wurden neueste Technologien entwickelt. Das betrifft die Kriterien der geometrischen Exaktheit von 1D-Signalen, das Auflösungsvermögen in den Abständen der Barcode-Striche, die Rauschunterdrückung von 1D-Signalen sowie die maximal mögliche Geschwindigkeits-Rate in der Extraktion von 1D-Signalen. Hotbars verwendet ein mathematisches Grundmodell des Verhaltens des Pixelrasters selbst, wodurch Unschärfe verringert werden kann und gleichzeitig perfekte Exaktheit und eine gute Rauschverminderung gewährleistet werden. Gegenüber allgemein eingesetzten bilinearen Interpolationsverfahren erfolgt die Extraktion mit Hotbars rund 20mal schneller. Die Neuartigkeit und Effizienz der eingesetzten Algorithmen liegen einerseits in der Berechnung und andererseits in der Art des Speicherzugangs, wodurch die Hotbars-Signalextraktion viel schneller ist als selbst einfachste frühere Methoden. Durch den enormen Geschwindigkeitsvorteil, der mit dem Hotbars-Finder und der Signalextraktion erzielt wird, mussten keinerlei technische Kompromisse eingegangen zu werden. Da Hotbars mit den jüngsten Fortschritten in der Bilderfassung kombiniert wird, wie etwa Hochintensitäts- LEDs, Flüssiglinse und Megapixel- Sensoren, sind ausgereifte Barcode- Lesegeräte höchster Zuverlässigkeit das Ergebnis, die sowohl die Vorteile halbleiterbasierter Digitaltechnologie gewährleisten, als auch in Leistung und Funktionen optomechanische Laserscanner deutlich übertreffen. Auch die neuen Algorithmen von 2DMax+ stellen einen weiteren Durchbruch im bildbasierten Lesen von Matrix-Codes dar. Beide Lesewerkzeuge liefern herausragende Leseleistung unter selbst schwierigsten Bedingungen, wie bei beschädigten, verzerrten, unscharfen, zerkratzten, kontrastarmen Codes, oder solchen auf reflektierenden Oberflächen bzw. Hintergründen.

Weitere Informationen:
www.cognex.com

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