Weniger Verpackungsmüll mit Balluff 3D-Kameras

Die EU hat neue Maßnahmen zur Reduzierung von Verpackungsabfällen verabschiedet (Neue EU-Vorschriften zur Reduzierung, Wiederverwendung und Wiederverwertung von Verpackungen | Nachrichten | Europäisches Parlament), und es besteht der allgemeine Wunsch, die Größe und Menge von Verpackungen zu reduzieren, wo immer dies möglich ist - zum Beispiel legt die erweiterte Herstellerverantwortung (EPR) des Vereinigten Königreichs eine Liste von Gebühren für Verpackungshersteller fest, die sich nach dem Gewicht der verwendeten Materialien richtet. Dieser Blogbeitrag zeigt, wie eine Balluff rc_visard 3D-Smart-Kamera als Teil eines Systems zur Verpackungsoptimierung eingesetzt werden kann.

Die vorläufigen EU-Vorschriften für 2030 sehen unter anderem vor, dass der maximale Leerraumanteil" unter 50 % liegen muss. Für dynamische Verpackungssysteme, bei denen sich der Inhalt ändert, bedeutet dies, dass der Füllstand überwacht werden muss. Für das britische System bedeutet die Minimierung der Verpackung eine Minimierung der Gebühren.

Intelligente 3D-Kamera von Balluff

Die industrielle Smart-3D-Kamerafamilie von Balluff verfügt über integrierte Verarbeitungsfunktionen, um diese Anforderungen zu erfüllen, sowie über eine Auswahl an Basislinien, Optiken und Farb- oder Schwarzweiß-Optionen, um verschiedenen Situationen gerecht zu werden. Da es sich um eine intelligente 3D-Kamera handelt, erfolgt die gesamte Verarbeitung on-board, und die Konfiguration kann über eine Web-GUI erfolgen, ohne dass eine Software installiert werden muss.

Balluff Web-GUI für 3D-Kameras

Das System verwendet ein Bildpaar, um eine Tiefenwahrnehmung zu erzeugen, genau wie ein Augenpaar. Dies ist auf reale Einheiten kalibriert und ermöglicht verschiedene 3D-Bildgebungsanwendungen, einschließlich Roboterführung und 3D-Messungen. Durch die integrierte Verarbeitung können Pick-and-Place- oder in diesem Fall Fill-Level-Anwendungen realisiert werden.

Balluff Smart 3D-Kamerafamilie mit 65mm und 160mm Basisliniengröße.

Optimierte Füllhöhenanwendungen mit Smart 3D-Kameras

Wenn wir die Höhe eines Kartons optimieren wollen, damit er auf die niedrigste Höhe geschnitten werden kann, müssen wir den Karton finden und die Höhe der darin befindlichen Teile messen.

Der erste Schritt besteht darin, den Karton zu finden, und wir können wählen, ob wir den Karton in Zellen unterteilen (vielleicht hat er Unterteilungen, wie ein Weinkarton) oder den gesamten Karton betrachten und die maximale Füllhöhe ermitteln.

Um diesen Prozess zu automatisieren, senden wir eine Anfrage an die 3D-Kamera und erhalten als Antwort den minimalen, maximalen und mittleren Füllstand. Für den einfachen Fall ist das alles, was erforderlich ist:

- Definieren Sie die Größe des eingehenden Kartons (Länge, Breite und Höhe)

- Auslösen der Kamera mit einer Abfrage der Füllstandsinformationen

- Schneiden des Kartons auf die gewünschte Höhe

In der Praxis können die Dinge komplizierter sein. Wie gehen wir mit flexiblen Kartons, Bildartefakten, reflektierenden Produkten und unterschiedlichen Kontrasten um?

Helle und dunkle Produkte in ein und demselben Bild

Einer der größten Unterschiede zwischen unseren Augen und Bildverarbeitungskameras besteht darin, wie sie auf unterschiedliche Helligkeitsstufen reagieren: Die menschlichen Augen reagieren logarithmisch auf Helligkeitsstufen, während Bildverarbeitungskameras nahezu linear auf Licht reagieren. Das bedeutet, dass wir mit sehr unterschiedlichen Helligkeitsstufen umgehen können, während die Kameras in der Regel mit einem kleinen Bereich arbeiten. Die Bilder unten zeigen ein Bild, das für die hellen Produkte optimiert ist, aber die dunklen Objekte werden nicht gut erfasst:

Wir können einige Kameraeinstellungen ändern, um Abhilfe zu schaffen, z. B. kann Gamma den Kontrast verringern und Gain die Helligkeit erhöhen:

Das ist zwar eine Verbesserung, aber in diesem Fall reichen die Kameraeinstellungen allein nicht aus. Nachdem wir den Kontrast mit den Gamma-Einstellungen in der Kamera verringert haben, können wir zusätzliches Licht hinzufügen - ein diffuses Licht, um die allgemeine Helligkeit zu erhöhen und die schwarzen und hellen Produkte in der Schachtel erfolgreich zu finden:

Umgang mit spiegelnden Materialien

Direkte Reflexionen können die Genauigkeit der Stereoberechnungen stören. Stellen Sie sich vor, wie schwierig es ist, die Entfernung zu einem Spiegel wahrzunehmen. Es gibt jedoch wirksame Möglichkeiten, mit spiegelnden Materialien umzugehen - ausgeklügelte Beleuchtungsmethoden oder Polarisationsfilter. Bei der Kreuzpolarisation werden Polarisationsfilter auf dem Licht und auf den Kameraobjektiven eingesetzt. Wenn diese im Winkel von 90 Grad zueinander ausgerichtet sind, werden direkte Reflexionen blockiert, während diffuse Reflexionen in die Kamera gelangen können. Die Tiefenbilder unten zeigen ein Tablett mit einer Mischung aus nicht reflektierenden Gegenständen und einer Plastiktüte, die direkte Reflexionen erzeugt. Das linke Bild ist ohne Kreuzpolarisation, das rechte Bild ist mit Polarisation:

Flexible Pappschachteln

In den meisten Fällen werden Kartons so dünn wie möglich hergestellt, um das Gewicht und die Kosten des Verpackungsmaterials zu reduzieren. Bis der Karton versiegelt ist, wird er dadurch flexibel, und es kann auch eine Überlappung geben, wo der Karton geklebt wird, um den Karton zu bilden. Eine Schachtel ist also nicht unbedingt ein perfekter Quader:

Wir können einen kleinen Puffer von 5 mm um den Karton herum hinzufügen, um Überlappungen und Flexibilität zu berücksichtigen:

Entfernung von Bildartefakten

Die Antwort unten zeigt die freie Höhe in Metern (wie weit unter der Oberkante des Quaders das höchste Element liegt). Der 'min' Level free in Metern zeigt einen negativen Wert an: vielleicht ist etwas wirklich höher als die Oberkante des Kastens, oder es handelt sich um ein Bildartefakt.

Ein Blick auf das 3D-Bild zeigt, dass es sich um ein Bildartefakt handelt: ein kleiner Fleck im Raum, der nichts mit einem realen Objekt zu tun hat (unten in grün dargestellt).

Schlussfolgerung

Im Allgemeinen sind Stereosysteme weniger von Beleuchtungseffekten betroffen als andere Systeme, aber dieses Beispiel zeigt, dass es sich lohnt, bei einem 3D-System die gleichen Grundsätze anzuwenden wie bei jedem anderen Bildverarbeitungssystem:

- Beleuchtung: Optimieren Sie das Bild vor jeder Verarbeitung

- Filterung: Entfernen von Störfaktoren

- Vorverarbeitung: Vorbereiten der Bilder durch Entfernen unerwünschter Artefakte

- Verarbeitung: Wenn die oben genannten Schritte befolgt werden, ist die Verarbeitung unkompliziert.

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Mit der intelligenten 3D-Kamera von Balluff können Anwendungen wie diese schnell und einfach durchgeführt werden, wobei die gesamte Verarbeitung an Bord ist, um eine effiziente und sichere Methode zur Einhaltung der Verpackungsvorschriften zu gewährleisten. Erfahren Sie mehr über unser 3D-Kamera-Portfolio -->Smarte 3D-Kamera | Balluff