Parametrierung in drei Schritten

Lackinspektion an Spritzgussteilen intuitiv eingestellt

  • Abb. 1: VorfilterungAbb. 1: Vorfilterung
  • Abb. 1: Vorfilterung
  • Abb. 2: Überlagerung der seitlichen Beleuchtung, einer Lackblase und der rauen Lackoberfläche
  • Abb. 3: Glättung
  • Abb. 4: Lackblase im Grauwertprofil bei unterdrückter Lackierung
  • Abb. 5: Eine dynamische Grauwertschwelle kann den Grauwertverlauf der Lackblase isolieren
  • Abb. 6: Detektion
  • Abb. 7: Durch ihre hohe Flexibilität eignen sich die P400-Bildverarbeitungssysteme auch für komplexe Aufgabenstellungen

Hochwertige Oberflächen von Bedienelementen sind oft wesentlicher Bestandteil von Design­konzepten und sollen beim ­Anwender den Eindruck eines ebenso hochwertigen Produktes wecken. Gleichzeitig müssen diese Produkte natürlich in großen Mengen effizient produziert werden können. Dies gilt auch für Spritzgusskappen von Schalt- und Drehelementen, deren Oberfläche häufig durch Lackieren veredelt wird. Beim Lackieren können allerdings unterschiedliche Defekte auftreten, die gleichzeitig an nur einer Prüfstation aussortiert werden müssen - aber leider kaum aus nur einer Ansicht erkannt werden können. Eine Herausforderung auch für die Parametrierung des Systems.


Moderne Bildverarbeitungssysteme, wie z. B. die PC-gestützten Geräte der P400-Serie von Panasonic, sind durchaus in der Lage, auch solche Defekte sicher zu erkennen, die mit dem bloßen Auge nur schwer zu finden sind. Bei der dazu notwendigen Parametrierung hilft die klare Gliederung der P400-Software, da deren Analysewerkzeuge systematisch aufeinander aufgebaut sind. Mit ein wenig Überlegung kann ebenso systematisch eine zuverlässige Lösung für die Oberflächeninspektion gefunden werden. Der Vorteil hierbei: die Überlegungen können unmittelbar aus der Produktionspraxis abgeleitet und in eine geeignete Parametrierung umgesetzt werden.


Kontrastierung der Lackblase
Bei der Inspektion der Spritzgusskappen werden die Bauteile von der Seite beleuchtet (Abb. 1). Dadurch werfen Blasen einen Schatten, der weich in die Umgebung übergeht. Die Tastkappe hat eine raue Grundstruktur, die ihr ein mattes Aussehen verleiht. Insgesamt setzt sich die Beleuchtung wie folgt zusammen (in der Reihenfolge ihrer Ausdehnung): Die seitliche Beleuchtung verläuft abfallend über die gesamte Kappe. Die Blase dehnt sich dagegen in einer Richtung über rund ein Zehntel der Oberfläche aus. Die raue Oberflächenstruktur schließlich wechselt ihren Grauwert in weniger als einem Hundertstel der Ausdehnung der Kappe.


Um die Lackblase zu erkennen, ist die folgende Überlegung sehr hilfreich: Die unterschiedlichen Ausdehnungen der genannten Oberflächeneigenschaften zeigen sich im Bild als unterschiedlich häufige Grauwertwechsel, die sich überlagern und zusammen das Gesamtbild ergeben.

Das verdeutlicht Abbildung 2. Hier wird vereinfacht ein Grauwertprofil gezeigt, das sich aus der Überlagerung der seitlichen Beleuchtung, einer Lackblase und einer rauen Lackoberfläche ergibt. Um die Lackblase im Bild zu isolieren, muss daher im Prinzip der Verlauf der blauen mit „Blase" gekennzeichneten Kurve aus dem Grauwertprofil rekonstruiert werden.


Grauwertfilter und ­dynamische Schwellen
Für die Rekonstruktion der Kurve sind zwei Schritte erforderlich. Zuerst muss die raue Oberfläche unterdrückt werden. Hier bietet die verwendete Software P400 geeignete Grauwertfilter. Auch für den menschlichen Betrachter ist die Lackblase in der gefilterten Abbildung 3 besser erkennbar. Abbildung 4 zeigt das Grauwertprofil ohne Störungen durch die Lackierung. Übrigens kann man den Effekt der Unterdrückung von störenden Details auch ganz einfach durch Blinzeln mit den Augen nachempfinden. Auch beim Blinzeln wird das Bild unschärfer und die Lackblase auf der Kappe tritt optisch besser hervor.
Bleibt noch der zweite Schritt, der den Effekt der seitlichen Beleuchtung kompensieren muss. Das geglättete Gauwertprofil zeigt, dass die Lackblase nicht mit einer statischen, d. h. für das gesamte Bild festen, Grauwertschwelle segmentiert werden kann. Der ansteigende mittlere Grauwertverlauf von der einen Seite zur anderen Seite der Kappe verhindert dies. Eine gleichmäßige Beleuchtung (z. B. von oben) ist natürlich keine Lösung, denn dann wirft die Blase keinen Schatten mehr und ist überhaupt nicht erkennbar. Also muss der keilförmige Grauwertverlauf über der Kappe unterdrückt werden.


Hier bietet die P400-Software ein ebenso intuitives wie leistungsstarkes Werkzeug, das die Lösung bringt. Mit einer dynamischen Grauwertschwelle kann der abfallende Grauwertverlauf über die gesamte Kappenbreite kompensiert werden. Dies wird schematisch in Abbildung 5 gezeigt. Das Ergebnis der vollständigen Blasenerkennung ist in Abbildung 6 zu sehen.


Ergebnis mit wenigen ­Parametrierschritten
Der Vorteil der geschilderten Vorgehensweise liegt auf der Hand. Die Überlegungen, wie der zu findende Defekt entsteht und sich im Bild auswirkt, können unmittelbar in der P400-Software durch wenige Parametrierschritte nachvollzogen werden. Die Parametrieraufgabe kann so folgerichtig und schnell mit den drei Schritten „Merkmalsfindung" - „Bild filtern" - „Dynamische Schwellwertbildung" umgesetzt werden.
Das vorliegende Applikationsbeispiel zeigt, wie eine anfangs komplex erscheinende Inspektionsaufgabe durch praxisnahe Überlegungen in Teilaufgaben zerlegt werden kann. Die Bearbeitung dieser Teilaufgaben kann dann schrittweise mit Hilfe der intuitiv bedienbaren Bildverarbeitungssoftware P400 von Panasonic zu einer robusten Lösung parametriert werden. Dabei kommen auch Bildfilter zum Einsatz, die hier eine ganz praktische und unmittelbare Anwendung erfahren. Die P400-Software ist mit einer Vielzahl weiterer Bildfilter ausgestattet, die für eine ganze Reihe weiterer Fragestellungen eine ebenso nutzbringende Vorverarbeitung gestatten.

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