Vision-Sensor richtig einrichten: 7 typische Fehler und wie Sie diese vermeiden
Praxiswissen zur industriellen Bildverarbeitung
Industrielle Vision-Sensoren ermöglichen zuverlässige Anwesenheits-, Vollständigkeits-, Farb-, Maß- und Zeichenprüfungen. Moderne Geräte wie der Keyence IV4 erleichtern die Einrichtung durch automatische Bildoptimierung und AI-basierte Prüfwerkzeuge erheblich.
Trotzdem entsteht ein stabiles Prüfprogramm nicht allein durch die Auswahl eines passenden Tools. Viele Anwendungen funktionieren bei der ersten Einrichtung gut, verursachen im späteren Produktionsbetrieb jedoch Fehlausschuss oder übersehen fehlerhafte Teile.
Die Ursache liegt häufig nicht im Sensor, sondern in den Aufnahmebedingungen und der grundlegenden Einrichtung. Die folgenden sieben Fehler treten in der Praxis besonders häufig auf.
1. Das Prüfwerkzeug wird eingerichtet, bevor das Bild stabil ist
Ein häufiger Fehler besteht darin, sofort mit AI Check, AI Count, einer Konturprüfung oder einem anderen Prüfwerkzeug zu beginnen.
Das Kamerabild bildet jedoch die Grundlage der gesamten Prüfung. Ist die Aufnahme unscharf, ungleichmäßig beleuchtet oder von Reflexionen abhängig, kann auch ein leistungsfähiges Werkzeug keine dauerhaft stabilen Ergebnisse liefern.
Vor dem Einrichten der eigentlichen Prüfung sollten deshalb folgende Punkte kontrolliert werden:
- Ist das relevante Merkmal scharf abgebildet?
- Ist der Kontrast zwischen Merkmal und Hintergrund ausreichend?
- Treten Reflexionen oder überstrahlte Bereiche auf?
- Bleibt das Bild bei unterschiedlichen Gutteilen stabil?
- Verändert Fremdlicht das Ergebnis?
Erst wenn diese Voraussetzungen erfüllt sind, sollte das Prüfwerkzeug eingerichtet werden.
2. Bildfeld, Arbeitsabstand und Auflösung passen nicht zur Aufgabe
Ein großes Bildfeld bietet zwar mehr Übersicht, reduziert aber gleichzeitig die Anzahl der verfügbaren Pixel auf dem eigentlichen Prüfmerkmal.
Soll beispielsweise eine kleine Beschriftung gelesen oder eine geringe Maßabweichung erkannt werden, muss das relevante Merkmal mit ausreichend vielen Pixeln dargestellt werden. Ist das Objekt im Bild zu klein, helfen auch nachträglich erhöhte Empfindlichkeiten oder engere Schwellwerte nur begrenzt.
Der Sensor sollte daher so positioniert werden, dass:
- alle zulässigen Bauteilpositionen im Bildfeld liegen,
- das Prüfmerkmal möglichst groß dargestellt wird,
- der vorgesehene Arbeitsabstand eingehalten wird,
-- genügend Reserve für Positionsabweichungen vorhanden ist.
Ein sinnvoll gewähltes Bildfeld verbessert nicht nur die Erkennung, sondern erleichtert auch die spätere Einrichtung der Prüfbereiche.
3. Die Beleuchtung wird nur nach der Helligkeit ausgewählt
Die hellste Beleuchtung erzeugt nicht automatisch das beste Prüfbild.
Bei metallischen, glänzenden oder gewölbten Oberflächen kann direktes Licht starke Reflexionen verursachen. Bereiche des Bauteils werden dann überstrahlt, während andere Bildbereiche zu dunkel bleiben. Beschriftungen, Farben und Konturen können dadurch schlechter sichtbar werden.
Abhängig von der Anwendung können unterschiedliche Beleuchtungsarten sinnvoll sein:
- gerichtetes Licht zur Hervorhebung bestimmter Strukturen,
-- weiches Licht für eine gleichmäßigere Ausleuchtung, - diffuse Domebeleuchtung zur Reduzierung störender Reflexionen,
- Polfilter zur Verringerung polarisierten Glanzes.
Die Beleuchtung sollte immer anhand der tatsächlichen Prüfaufgabe bewertet werden. Entscheidend ist, wie stabil das relevante Merkmal sichtbar wird – nicht, wie hell das gesamte Bild erscheint.
4. Eine notwendige Positionskorrektur fehlt
Prüfteile liegen in der Produktion selten immer exakt an derselben Position. Sie können sich verschieben, verdrehen oder innerhalb einer Aufnahme leicht unterschiedlich ausrichten.
Ohne Positionskorrektur bleiben die Prüfbereiche an einer festen Stelle im Bild. Das relevante Merkmal kann dadurch teilweise oder vollständig aus dem Prüfbereich herauswandern.
Eine Positionskorrektur erkennt zunächst ein geeignetes Referenzmerkmal und führt die nachfolgenden Prüfbereiche entsprechend der aktuellen Bauteillage mit.
Bei der Auswahl des Referenzmerkmals sollte darauf geachtet werden, dass es:
- auf allen Gutteilen vorhanden ist,
- eindeutig erkannt werden kann,
- möglichst wenig durch Prozessschwankungen beeinflusst wird,
- nicht selbst Teil des variablen Prüfmerkmals ist.
Nach der Einrichtung muss die Korrektur mit verschobenen und verdrehten Bauteilen getestet werden.
5. Schwellwerte werden nur mit einem einzigen Gutteil festgelegt
Ein einzelnes Gutteil zeigt nicht die tatsächliche Streuung der Produktion.
Materialunterschiede, Oberflächen, Bauteiltoleranzen, Chargenwechsel und geringe Lageabweichungen beeinflussen die Ergebnisse. Wird der Schwellwert nur anhand einer Aufnahme eingestellt, kann die Prüfung später unnötigen Fehlausschuss erzeugen.
Für eine belastbare Bewertung sollten verwendet werden:
- mehrere Gutteile aus unterschiedlichen Produktionszeiträumen,
- bekannte Schlechtteile mit realen Fehlern,
- Grenzteile nahe der zulässigen Toleranz,
- unterschiedliche Bauteilpositionen,
- realistische Helligkeits- und Prozessschwankungen.
Der Schwellwert benötigt ausreichend Abstand zwischen typischen Gut- und Schlechtergebnissen. Eine möglichst knappe Grenze ist nicht automatisch eine besonders genaue Grenze.
6. Das falsche Prüfwerkzeug wird verwendet
Viele Prüfaufgaben lassen sich mit mehreren Werkzeugen grundsätzlich lösen. Trotzdem unterscheiden sich Stabilität, Einrichtungsaufwand und Aussagekraft deutlich.
Einige typische Beispiele:
- Anzahl von Merkmalen prüfen: AI Count oder Blob
- Zeichen und Nummern lesen: AI OCR
- Bauteil beziehungsweise Variante erkennen: AI Identify
- Gut- und Schlechtmerkmale unterscheiden: AI Check
- Breite oder Durchmesser prüfen: entsprechendes Messwerkzeug
- Farbige Fläche bewerten: Farbpixel oder Farbmittelwert
Die Auswahl sollte sich danach richten, welche Information tatsächlich benötigt wird. Eine reine Anwesenheitsprüfung benötigt nicht automatisch eine komplexe Messung. Umgekehrt reicht eine einfache Helligkeitsauswertung nicht aus, wenn eine konkrete Form oder Beschriftung bewertet werden muss.
7. Das Programm wird nicht unter Produktionsbedingungen getestet
Ein Prüfprogramm kann am Arbeitsplatz perfekt funktionieren und an der Maschine trotzdem instabil werden.
Im realen Betrieb treten zusätzliche Einflüsse auf:
- wechselndes Umgebungslicht,
- Vibrationen,
- Bauteilbewegungen,
- Verschmutzungen,
- unterschiedliche Taktzeiten,
- schwankende Positionen,
- Kommunikation mit der Maschinensteuerung.
Deshalb sollte die abschließende Prüfung möglichst unter realistischen Bedingungen erfolgen. Neben der Bildauswertung müssen auch Trigger, Ein- und Ausgänge, Ergebnislogik sowie die Reaktion der Maschine kontrolliert werden.
Zusätzlich empfiehlt es sich, fehlerhafte und grenzwertige Bilder zu speichern. Mit einem Simulatormodus können diese Aufnahmen später erneut ausgewertet werden, ohne dass die Anlage dafür laufen muss.
Fazit: Ein stabiles Bild ist wichtiger als ein komplexes Werkzeug
Die Zuverlässigkeit eines Vision-Sensors hängt nicht nur vom ausgewählten Prüfwerkzeug ab. Bildfeld, Fokus, Beleuchtung, Positionskorrektur, Schwellwerte und realistische Tests wirken unmittelbar zusammen.
Eine saubere Vorgehensweise lautet daher:
- Prüfaufgabe eindeutig definieren
- stabiles Kamerabild erzeugen
- Positionsabweichungen berücksichtigen
- geeignetes Prüfwerkzeug auswählen
- Gut-, Schlecht- und Grenzteile testen
- Ergebnisse und Kommunikation absichern
Wer diese Reihenfolge einhält, reduziert Fehlausschuss und erhält ein Prüfprogramm, das nicht nur bei der Einrichtung, sondern auch im laufenden Produktionsbetrieb zuverlässig funktioniert.
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