Bildverarbeitung - Bohrungserkennung und Positionsmessung gesucht

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Hallo an Alle!,

wie der Titel schon verrät bin ich gerade dabei, mich ein wenig zum Thema Bildverarbeitung zu informieren. Angesichts von durchgeführten Bohrversuchen bei uns und umfangreicheren Versuchsserien suche ich konkret nach Kamerasystemen und möglichen Softwareimplementierungen die folgendes Problem ( im besten Fall kostengünstig *gg) lösen können:

Werkstück: Scheibe mit einem Durchmesser von 200 bis 250mm Durchmesser, Dicke ca. 20 bis 50mm (konstante Dicke) - Axial ca 30 Bohrungen mit einem Durchmesser von 7mm auf unterschiedlichen Position.
Oberfläche des Werkstücks: metallisch glänzend (Scheibe wurde zuvor auf einer Drehmaschine abgestochen )
Abstand der Kamera zum Werkstück: "beliebig"

Gesucht ist: die Position der Bohrung (Radius und Winkel oder X/Y Koordinaten) der Bohrung, Genauigkeit der Positionsbestimmung +-0,1mm
-> das bedeutet in einem ersten Schritt soll das Werkstück händisch unter die Kamera gelegt werden. Über eine Referenzmarke am Umfang eine Verbindungslinie zum Scheibenmittelpunkt gelegt werden - dass soll dann die Referenzlinie werden, von der aus der Winkel zur Lagebestimmung der Bohrung aus gemessen wird (in Polarkoordinaten). Bzw. vom Zentrum der Scheiben aus eben der Radius zur Bohrung (zum Bohrungszentrum).


Meine Frage an euch ist:

Ich bin bei Beckhoff schon ein wenig fündig geworden:

https://www.beckhoff.com/de-at/produkte/automation/twincat-vision/ - Verwendung von Kamera Systemen mit "Gige Vision Schnittstelle"

Kamera Hersteller die mir so eingefallen sind: Keyence, Baumer usw.

und bezüglich der Bildverarbeitung bin ich auf OpenCV gestoßen (und Funktionen zur Dedektion von Kreisen)



Leider bin ich mit Vision Systemen bis her noch nicht wirklich in Berührung gekommen, in der Anwendung oben könnte uns ein Vision System jedoch sehr gute Dienste leisten...

Ich frage mich: auf welche Kamera Optionen sollte ich aufpassen? (Auflösung usw) / Schnittstellen zum PC? - bei Beckhoff "Gige Vision" / werden die Bildverarbeitungsfunktionen normalerweise direkt vom Kamera Hersteller angeboten? (Kostenpflichtig?) oder werden zur Ausarbeitung normalerweise die kostenlosen Bibliotheken wie OpenCV verwendet? - die Kamera fotografiert das Bauteil und schickt die Bilddatei über eine Schnittstelle an den PC, wo die Datei dann eben weiter verarbeitet wird?

Perfekt wäre: Werkstück unter Kamera legen, wird fotografiert - alle gefundenen Bohrungen werden angezeigt durchnummeriert und deren Position als Datei mit Nummerierung in Form eines (?) Datenformats ausgegeben.

Würde mich über Ratschläge von euch freuen ... - vl habt ihr ähnliche Anwendungen bzw. könnt mir sagen "wie aufwändig" ihr das ganze Unterfangen so einschätzt? / ob ihr vl. sogar bereits fertige Lösungen für solch ein Problem kennt?..

Die Kameras müssen auch nicht neu sein, für erste Versuche reicht uns auch eine gebrauchte Kamera.. vl könnt ihr ja auch Hardware empfehlen, mit der ihr gute Erfahrungen gemacht habt

Vielen Dank für eure Unterstützung!

lG

 

[Ralle]

Ich würde diese Aufgabe mal an Keyence und Cognex übergeben. Die sehen sich das an und können direkte Aussagen liefern, Gegebenenfalls machen die auch Versuche zum Thema. Ich kenne Cognex-Systeme, mit denen wird die korrekte Lage von Steckern und das korrekte Einstecken von Flachkabeln geprüft, recht umfangreich. ich selbst habe letztens mit einer Cognex Insight 7900 Tests gemacht. Mit der SPS per Profinet verbunden kann man Daten an die Kamera übergeben und auch Daten von dieser zurückbekommen. In der Kamera kann man das in einer Excel-ähnlichen Tabelle einsehen und auch Daten berechnen und ausgeben. Ich hatte eine Ecke einer Kiste gesucht und die Abweichung in X/Y sowie die Verdrehung um einen Winkel zurückbekommen. Mit Koordinaten als Input konnte ich direkt die Korrekturkoordinaten ausgeben. Allerdings kann ich niht sagen, ob die Auflösung für dein Problem ausreichen würde, das ist schon ganz schön, was du da vwerlangst. Aber die Kollegen von Keyence bzw. Cognex können dir das genauer beantworten. NAtürlich word das mit der Komplexität immer teurer, schon die von mit genutzte Cognex liegt wohl oberhalb 7K €, das geht dann auch mal locker Richtung 40K €. Die Lösungen dort sind komplett in der Kamera, kein Rechner, der irgendwelche Bilder bekommt.

 

[Thomas_v2.1]

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Ohne mich in dem Bereich auszukennen, würde ich auch vermuten, dass du bei der geforderten Genauigkeit um ein Komplettsystem aus Software und zugehöriger Kamera nicht umhin kommst. Bei der Größe und und einer Aufnahme muss das schon kalibriert sein, oder du brauchst eine Kamera mit langer Brennweite. Ich hatte mir wegen einer ähnlichen Anfrage hier im Forum OpenCV mal angesehen. Da musst du schon sehr viel Logik selber drumherum programmieren um das zu einem fertigen Produkt für den Endbenutzer verkaufen zu können. Dort sind eigentlich nur viele grundlegende notwendige Algorithmen vorhanden, Dateien einlesen, Kanten erkennen, Kreuzkorrelation etc. Und "universal" ist das auch nicht, sondern die Parameter müssen auf die konkrete Anwendung angepasst werden. Aber wenn ich die Beckhoff Seite so überfliege, ist das dort auch notwendig. Ich denke auch 40 k€ für ein System was gut und zuverlässig funktioniert ist noch durchaus im Rahmen.

 

[STEP7_NEWBEE]

Zunächst einmal vielen Dank für eure ersten Einschätzungen!

@Thomas: es soll an sich keine Maschine/Prüfanlage für einen Endkunden werden, sondern wird bei uns im eigenen Haus eingesetzt - meine Kollegen sind dann quasi die "Endkunden" .. - es soll uns die Arbeit im wesentlichen vereinfachen, weil die händische Vermessung dieser Bohrungen einen ziemlichen Aufwand bei einer dementsprechenden Versuchsanzahl ausmacht..

Wie Ralle oben schreibt sind die Kameras recht teuer.... also wenn ich euch richtig verstehe seht ihr die Kosten eher beim Preis des Kamera Systems? oder wie würdet ihr die Kosten ungefähr aufteilen? - Hardware vs Implementierung?

@Ralle: leider habe ich dazu keine Erfahrungen, ob meine geforderte Genauigkeit für Bildverarbeitungssysteme "herausfordernd" ist.

Bin gerade am überlegen, ob eine Kamera die einzige sinnvolle Variante zur Erstellung eines Bildes ist... oder ob die Datei vl auch für die ersten Versuche über einen 08/15 Scanner mit dementsprechender Auflösung erstellt werden könnte... - vor allem weil die zu vermessenden Scheiben auch "beliebig" schmal sein können.

lG

 

[Ralle]

Wie gesagt, ich würde ein Foto / Zeichnung der Scheibe an Vertriebler von Keyence und Cognex (es gibt noch andere, aber mit denen hatte ich noch nicht zu tun) geben und mal ein Angebot anfragen. Dann hast du zumindest mal ein paar Aussagen zu Kameras, Auflösung, Kosten.

 

[STEP7_NEWBEE]

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Ok super, danke auf alle Fälle für den Tipp! - werd ich mal versuchen ..

Kann euch dann hoffentlich nach der Umsetzung eine kurze Rückmeldung geben, wie wir das Problem in den Griff bekommen / gelöst haben & hoffe euch nicht mitteilen zu müssen - die Bohrungen werden nun alle einzeln händisch von einem Mitarbeiter vermessen ..- weil das schneller und günstiger ist

Lg

 

[Thomas_v2.1]

Du kannst ja vielleicht mal ein Beispielbild hier anhängen, um nur mal zu sehen um was es da geht (und evtl. für eigene Experimente).

 

[STEP7_NEWBEE]

Hallo Thomas, ich häng euch am Abend eines an .. wird leider ein wenig dauern ..
aber konkret geht es darum: Welle mit Durchmesser 200mm wird axial gebohrt - und anschließend in Scheiben geschnitten - die Position der Bohrungen soll möglichst genau / reproduzierbar ermittelt werden .. Bild kommt noch!
Lg

 

[roboticBeet]

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weil das schneller und günstiger ist

Bildverarbeitung ist grundsätzlich nicht gerade günstig. Es spielt nicht nur die eigentliche Kamera und der Bildverarbeitungsrechner mit rein, sondern auch die Beleuchtung spielt eine ganz entscheidende Rolle in der Bildverarbeitung. "Billig" ist das nur selten. Ein sinnvoller ROI ergibt sich manchmal auch erst durch Berücksichtigung von Nebenprozessen, welche dadurch ggf. erheblich einfacher werden.
Bei den bereits genannten Firmen Cognex und Keyence bist du auf jedem Fall in guten Händen.

Wenn du dich für das Thema interessierst und dich vorab ein bisschen eindenken willst, kannst du dir auch schonmal ausrechnen, welche Auflösung (mm/px) du bräuchtest, um deine Messgenauigkeit zu erreichen. Rechne hier abhängig von der Beleuchtung unbedingt einen Sicherheitsfaktor von 3-5 (Durchsicht) und 5-10 (Auflicht) ein. Abhängig von der Scheibendicke ist möglicherweise auch ein telezentrisches Objektiv erforderlich.

 

[STEP7_NEWBEE]

@ roboticBeet: Danke für den Input... ja das ist eben genau das Thema - Wie lange dauerts, was kostets und wann kann man mit ersten brauchbaren Ergebnissen rechnen/ab wann wird einem die Arbeit dadurch wirklich erleichert
kannst du vl. Unterlagen, Bücher / Videos/ Tutorials empfehlen, die einem den Einstieg in dieses Thema ein wenig vereinfachen?

lG

 

[roboticBeet]

Also, wir haben ja noch keine Detailinfos zu der Messaufgaben. Aber ein paar Stichpunkte kann ich dir hier nochmal schreiben.

• Vergiss OpenCV. Das ist ganz nett für akademische Geschichten oder wenn du viel grundlegend selber programmieren willst. Aber im industriellen Umfeld wirst du in meinen Augen glücklicher mit den üblichen Industrielösungen von Cognex oder Keyence und schneller ein stabil funktionierendes Ergebnis erzielen.
• Die Vision Funktion in TwinCAT kenne ich nicht. Basler baut hier auch gute GigE Vision Kameras
• Wie schnell es am Ende geht, ist im Forum natürlich schwer zu sagen. Für eine solche Vermessungsaufgabe gibt es aber Standardfunktionen bei Cognex und Keyence, da wird dir ein Vertriebler schon bei einem kurzen Besuch erste Ergebnisse vorzeigen können, sofern er die passenden Komponenten als Demo-Geräte hat.
• Ganz entscheidend für die Zuverlässigkeit und Stabilität dieser Aufgabe ist aber die Beleuchtung.

Wirklich gute Literatur kenne ich leider auch nicht. Von Stemmer Imaging habe ich aber das Bildverarbeitungs-Handbuch, das erklärt ganz gut die Grundlagen zur Beleuchtung, Kameratechnik etc. Habe ich mir vor einigen Jahren da im Zusammenhang mit einem Projekt einfach bestellt. Stemmer Imaging kann auch Machbarkeitsstudien oder Leihstellungen anbieten.

 

[Ralle]

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Du kannst auf jeden Fall mal die Keyence-Seite durchforsten, die haben viele Broschüren und auch so eine Art Lern- oder Erklärmaterial für verschiedenste Meßaufgaben. On das so frei verfügbar ist, kann ich nicht sagen, vor ein paar Jahren kam immer mal eine Mail und da war jedesmal so ein "Erklärwerk" verlinkt. Fand ich ganz praktisch.

 

[Thomas_v2.1]

Um die Probleme zu erkennen, kann man auch einfach ein paar Versuche machen. Z.B. selber ein Foto machen und es versuchen durch Pixel vermessen selber die Positionen auszurechnen. Dann wird man evtl. schon feststellen, dass bei einer normalen Kamera nicht überall im Bild das gleiche Verhältnis Pixel/mm gilt. Die Kamera muss also in irgendeiner Weise kalibriert werden, z.B. über ein Referenzbild mit einem entsprechenden Muster (Lineal / Millimeterpapier), oder du brauchst eine Kamera die gleich über Optik oder Anpassung in Software dieses korrigiert.
Wenn man ein klein wenig programmieren kann, dann kommt man unter Verwendung von OpenCV auch erstaunlich schnell zu brauchbaren Ergebnissen. Aber man wird auch erkennen, dass das in dieser einfachen Variante eben nur unter genau gleichen Laborbedingungen funktioniert.

 

[TP-Inc]

Wir haben sehr gute Erfahrungen mit Keyence gemacht und setzen viele XG-X Controller ein. Das Zeug ist zwar teuer, aber der Support und die Möglichkeiten sind top.

 

[oliver.tonn]

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Wir haben sehr gute Erfahrungen mit Keyence gemacht und setzen viele XG-X Controller ein. Das Zeug ist zwar teuer, aber der Support und die Möglichkeiten sind top.

Das mit der XG-C kann ich bestätigen. Die hatten Kunden im Einsatz. Hatte vorher noch nie damit zu tun gehabt und konnte nach kurzer Zeit halbwegs sinnvolle Programme erstellen.
Bei der Auswahl der Komponenten sollte man sich aber kompetente Hilfe ins Haus holen, da kann man schnell viel falsch machen

 

[TP-Inc]

Das mit der XG-C kann ich bestätigen. Die hatten Kunden im Einsatz. Hatte vorher noch nie damit zu tun gehabt und konnte nach kurzer Zeit halbwegs sinnvolle Programme erstellen.
Bei der Auswahl der Komponenten sollte man sich aber kompetente Hilfe ins Haus holen, da kann man schnell viel falsch machen

Für einen Nicht-Programmierer ist die CV-X wahrscheinlich besser zu hantieren, die XG-X kann allerdings richtig coole Sachen.

 

[SchrödisSCLchaos]

Hi,
ich baue Anlagen zur 100% Sortierung.
Habe aufgrund der Vorgaben bei Projektstart auf Keyence gesetzt. Das System mit 2 Kameras und Beleuchtung liegt ganz schnell im fünfstelligen Segment. Aber in Verbindung der Siemens S7 und der ProfiNet Schnittstelle habe ich eine Datenverarbeitung im unteren Millisekunden Bereich. An den Keyence Controller angeschlossen Monitor und Maus lassen sich die verschiedenste Werkzeuge einstellen. Das ProfiNet Protokoll lässt sich selbst Parametrieren.