Farberkennung - Der Sensor ist nicht alles...

... aber ohne Sensor ist alles nichts. Eine sichere und schnelle Farberkennung ist Voraussetzung für die Realisierung effizienter Systeme in der industriellen Fertigungsautomatisierung. Die Optimierung der dafür angebotenen Farbsensoren umfasst dabei die Verbesserung der Sensoren, die Optimierung der Optik auf den Anwendungsfall und die Ausstattung mit industriegerechten Schnittstellen.

... aber ohne Sensor ist alles nichts. Eine sichere und schnelle Farberkennung ist Voraussetzung für die Realisierung effizienter Systeme in der industriellen Fertigungsautomatisierung. Die Optimierung der dafür angebotenen Farbsensoren umfasst dabei die Verbesserung der Sensoren, die Optimierung der Optik auf den Anwendungsfall und die Ausstattung mit industriegerechten Schnittstellen.

Die industrielle Bildverarbeitung ist im Prinzip ein einfaches Mittel zur Steuerung von Abläufen im Fertigungsprozess. Ohne Barcode- oder RFID-Etiketten werden die Objekte erkannt, zusätzlich lassen sie sich nach bestimmten Eigenschaften klassifizieren, und schließlich kann ihre Lage im Raum bestimmt werden, so dass sie von einem mechanischen Manipulator ergriffen werden können. Zu den hauptsächlichen Einsatzgebieten gehören die Kontrolle von Merkmalen (da oder nicht da), die Montageprüfung auf Vollständigkeit und der Vergleich von Farben.

Der neue Bild-Sensor von Banner Engineering (www.bannerengineering.de) „PresencePLUS P4 OMNI Color“ (Bild 1) prüft im Prinzip unendlich viele Farbunterschiede im Sichtfeld, um das Vorhandensein oder Fehlen der spezifischen Farben zu ermitteln, die ihm mit einer integrierten Farbfunktion beigebracht wurden. Das Schwestermodell „PresencePLUS Pro- Color“ ist mit kleiner Kamera und separatem Controller für die Hutschienen- Montage erhältlich, die Kamera kann auf Wunsch in IP 68 geliefert werden.

Für die menügeführte Einstellung wird eine firmeneigene Software genutzt, die auch im Betrieb wirksam ist und zudem eine Neukonfiguration ermöglicht. Wird der „PresencePLUS OMNI Color“ mit einem CMOS-Bildaufnehmer mit 720 × 480 Pixeln ausgestattet, dann lassen sich bis zu 900 Teile pro Minute inspizieren. Das Gerät wird per Ethernet/IP bzw. Modbus/ TCP in das Automatisierungs- Netzwerk eingebunden. Für den Export von Inspektionsdateien, Bildern und Ergebnissen stehen „ActiveX“- Funktionen zur Verfügung. Weitere Funktionen sind die Lokalisierung, das geometrische Finden sowie das Zählen von Mustern, Kanten oder Objekten. Darüber hinaus sind Flecken- und Grauwert-Erkennung implementiert.

Hohe Tiefenschärfe durch „optischen Trichter“

Die Firma SensoPart (www.sensopart.de) bietet unter der Produktbezeichnung „FT50 C“ einen Farbsensor, der fünf Referenzfarben verwalten kann (Bild 2). Farb- und Grauselektivität können hier separat eingestellt werden. Der Farbsensor ist mit einer RS-485-Schnittstelle ausgestattet; damit lassen sich drei Einsatzvarianten realisieren:

  • Farbe auf Anforderung: Über die Schnittstelle ist es möglich, in dem Steuerrechner Farben abzulegen bzw. wieder zurückzuladen. In dieser Betriebsart werden zuerst die benötigten Referenzfarben eingelernt und in Form von Farbvektoren mit Sollwert und Toleranzen an die übergeordnete Steuerung übertragen. Vor Prozessbeginn wählt der Farb-Sensor die erforderliche Referenzfarbe aus und gibt über den Schaltausgang das Signal „Übereinstimmung“ bzw. „Nichtübereinstimmung“ aus.

  • Ausgabe des Farbkanals: Der Farbsensor gibt anstelle des Farbwertes die Kanalnummer der erkannten Referenzfarbe aus. Auf diese Weise lassen sich bis zu fünf unterschiedlich gefärbte Objekte erkennen, ohne dass die Steuerung mit der Auswertung belastet wird.

  • Ausgabe des Farbwertes: Der Farb- Sensor gibt den ermittelten Farbwert des Objektes über die RS-485-Schnittstelle aus. Hier muss der Vergleich mit der Referenz in der Steuerung vorgenommen werden. Die Prozessgeschwindigkeit ist dadurch eingeschränkt, allerdings lassen sich so beliebig viele Farben erkennen.

Der Farbsensor arbeitet mit gepulstem Weißlicht, der Lichtfleck kann in drei verschiedenen Geometrien gewählt werden: mit 4 mm Durchmesser, quadratisch 2 mm × 2 mm oder rechteckig 5 mm × 1 mm. Durch eine spezielle, patentierte Optik – der Hersteller spricht von einem „optischen Trichter“ – bietet der Farbsensor eine hohe Tiefenschärfe. Damit lässt sich auch an bewegten oder vibrierenden Objekten der Farbwert sicher bestimmen.

Speziell für die Unterscheidung der farblichen Nuancen von Komponenten für den Innenraum von Automobilen hat die Firma Eltrotec (www.eltrotec.com) ihren neuen „True Color“- Farbsensor entwickelt. Der WLCSTCL- 255 zeichnet sich nach Angaben des Herstellers gegenüber den anderen auf dem Markt angebotenen Farbsensoren dadurch aus, dass eine Transformation in verschiedene Farbräume durchgeführt werden kann. So können die Koordinaten aus dem gängigen CIE-XYZ-Farbraum umgewandelt werden in die der Farbräume CIE L*a*b“, „CIE L*u*v“ und DIN 99. Der Vorteil: Im Gegensatz zu den XYZ-Normfarbwertanteilen sind in diesen Farbräumen die Farbabstände empfindungsgemäß gleich, d.h., der Abstand zwischen einer Referenzfarbe und einer für das menschliche Auge gerade noch als gleich empfundenen Farbe ist in alle Richtungen gleich. Der neue Sensor (Bild 3) lässt sich zudem in einer Master-Slave-Konfiguration betreiben, so dass sich auf engstem Raum mehrere Sensoren nebeneinander einsetzen lassen, ohne sich zu beeinflussen. Neu ist auch eine Farbsequenz- Erkennung, mit der sich Farbreihenfolgen einlernen lassen. Sinnvoll ist dies etwa für die Überprüfung von Buntstift-Verpackungen, 255 Farbspeicher stehen zur Verfügung.

Das Licht wird über einen Eltrotec- „FASOP“-Lichtleiter an den Sensor geführt, wobei mehr als 2000 verschiedene Lichtwellenleiter zur Verfügung stehen. Für die Beleuchtung wird eine 1-W-LED verwendet. Der Farbsensor bietet acht digitale Ausgänge und ist zudem mit einer RS-232- und einer USB-Schnittstelle ausgestattet.