Die Durchführung einer ZfP in einem unabhängigen Versuchsaufbau erfordert die Umsetzung einer Materialtransporteinheit von Rolle zu Rolle, in die die aus-gewählten Bildaufnahmekomponenten integriert werden. Weiterhin wird die Funktion des Prüfstands durch die Einbindung der Komponenten in eine Kom-munikationsinfrastruktur gewährleistet. Zudem erfordert die spätere Anwendung der Methode zur Klassifikation die Einbindung des Prüfstands in eine umzuset-zende Softwareinfrastruktur.
6.3.1 Umsetzung einer Materialtransporteinheit
Der gesamte Aufbau der Materialtransporteinheit, in welche die Komponenten zur Bildaufnahme integriert sind, ist in Abbildung 34 dargestellt und wird im Folgenden beschrieben.
Alle Komponenten sind in ein Gehäuse integriert, um einen Sauberbereich für die Prüfung zu schaffen. Die Materialtransporteinheit beinhaltet zwei elektrisch getriebene Wickelrollen, welche mit einem pneumatischen Spannmechanismus versehen sind, der die Fixierung des auf Rollen befindlichen Batterieseparators bewerkstelligt. Des Weiteren werden für die Materialführung vier Umlenkrollen eingesetzt. Eine der Umlenkrollen ist als sog. Tänzer ausgeführt, welcher in horizontaler Richtung verschiebbar gelagert ist und pneumatisch betätigt die nötige Bahnspannung herstellt. Die Druckluftbeaufschlagung der Tänzerverstel-lung wird über ein 5/2-Wege-Ventil an ein Linearpotenziometer zur Spannung der Materialbahn weitergegeben. Der Arbeitsdruck von bis zu 1,2 bar wird über ein Feindruckregelventil eingestellt und über eine elektronische Anzeige ausge-geben. Der anliegende Arbeitsdruck verhält sich dabei linear zur Bahnspannung.
Um einen Versatz des Wickelprozesses auszugleichen, sind die Wickeleinheiten, bestehend aus der jeweiligen Spannachse sowie der jeweils unteren Umlenkrol-len, beidseitig auf Schlitten quer zur Wickelrichtung linear verschiebbar gelagert.
Deren Position kann durch einen elektrischen Stellantrieb verändert werden. Zur Steuerung dieser Linearantriebe wird eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) verwendet, die die Bahnposition von vier Ultraschall-Bahnkantensensoren auswertet. Die permanente Korrektur der Bahnposition ermöglicht eine falten-freie Auf- und Abwicklung. Die erforderlichen Winkelgeschwindigkeiten der Wickelwalzen zur Realisierung eines Wickelvorgangs sind abhängig vom Au-ßendurchmesser der darauf befindlichen Rollen. Zur Regelung der Winkelge-schwindigkeiten befindet sich jeweils ein Ultraschallsensor an der Auf- und
Abwickelrolle, der kontinuierlich den Außendurchmesser der Batterieseparator-Rolle misst. Um den Inspektionsbereich herum befindet sich der Justierungsrah-men, in dem zwei Rollen gelagert sind, die die Materialbahn glätten. Der Rah-men dient zur Feinjustierung der Bahnhöhe in die Fokusposition der Kamera.
Hierdurch wird eine optimale Nutzung des Bereichs der Schärfentiefe erreicht.
Ein weiterer Bestandteil des Prüfstands ist ein Inkrementalgeber, der die Bahnge-schwindigkeit erfasst und diese auf einem Bedienpult ausgibt sowie an das Bild-verarbeitungssystem weitergibt (vgl. Abschnitt 6.3.3). Darüber hinaus sind in den Prüfstand die ausgewählten Bildverarbeitungskomponenten integriert. Wie ge-zeigt befinden sich Kamera und Objektiv relativ zum Inspektionsbereich im 2.
Quadranten. Die Positionen der Beleuchtungen wurden – wie im Verfahrensent-wurf in Abschnitt 4.4.3 ausgewählt – umgesetzt. Somit befindet sich analog zu Abbildung 32 die RD-Beleuchtung senkrecht über der Materialbahn sowie die RH- und T-Beleuchtung relativ zum Inspektionsbereich im 1. und im 4. Quadran-ten. Zudem ist zur visuellen Prüfung durch den Bediener ein Leuchttisch auf Höhe der Materialbahn installiert.
Abbildung 34: Optischer Prüfstand für Batterieseparatoren
Wickelrollen starre Umlenkrollen Starre
Umlenkrolle Tänzer
Bahnkanten-sensoren Zeilenkamera
Inkremental-geber
Bahnkanten-sensoren
Durchmesser-sensoren
Beleuchtungs-einheiten
Justierungs-rahmen Leuchttisch
6.3.2 Umsetzung einer Kommunikationsstruktur
Im Folgenden wird eine Kommunikationsstruktur der Komponenten des Prüf-stands dargestellt, welche die Datenübertragung zur Bildauswertung sowie zur Parametrierung des Verfahrens gewährleistet (vgl. Abbildung 35).
Der Inkrementalgeber dient, mittels des auf der Umlenkrolle aufliegenden Rads, der Messung einer Winkelgeschwindigkeit. Dieses Signal gelangt über eine RS 422-Schnittstelle an einen Ein-/Ausgabe (I/O)-Controller, welcher die Win-kelgeschwindigkeit in die Materialgeschwindigkeit umrechnet. Für alle weiteren Schnittstellen wurde die Ethernet-Technologie genutzt, welche durch die IEEE 802.3 (2012) spezifiziert ist. Vom I/O-Controller wird das Geschwindigkeitssig-nal an die Beleuchtungssteuerung, an die Kamera sowie an den PC weitergege-ben. Die Beleuchtungsteuerung dient der Vorgabe der erforderlichen Beleuch-tungsfrequenz in Abhängigkeit von der Materialgeschwindigkeit und der Para-metrierung der einzelnen Beleuchtungskanäle. Die ParaPara-metrierung, d. h. die Vorgabe der Belichtungszeit und der Bestrahlungsstärke relativ zum möglichen Maximalwert, erfolgt für die jeweiligen Beleuchtungskanäle über den PC. Die Bildaufnahmefrequenz der Kamera wird ebenfalls über das Geschwindigkeits-signal des I/O-Controllers geregelt. Des Weiteren finden in der Kamera bereits die Bildvorverarbeitung, d. h. die Korrektur des Grauwertverlaufs und die Sig-nalanpassung, sowie die pixelbasierte Segmentierung statt. Deren Parametrierung erfolgt ebenfalls über den PC. Die segmentierten Bilddaten werden schließlich an den PC übermittelt. Dort findet die Extraktion der Merkmale statt. Zur Klassifi-kation ist ein regelbasierter Klassifikator in die Bildverarbeitung implementiert.
Abbildung 35: Kommunikationsstruktur der Bildaufnahme
Auftretende Ungänzen werden durch den Klassifikator unmittelbar klassifiziert, sowie in der Bilddatenbank gespeichert. Die Visualisierung der Ungänzen
er-Beleuchtung Kamera
Inkremental-geber
PC Bilddatenbank
Beleuchtungs-steuerung
Visualisierung
I/O
möglicht eine Betrachtung der Objektbilder und der zugehörigen Merkmale aus der Bilddatenbank sowie parallel zur laufenden Prüfung (vgl. Abbildung 36).
Abbildung 36: Beispielhafte Darstellung der Visualisierung des Verfahrens
6.3.3 Umsetzung einer Softwarestruktur
Für eine gute technische Integration des Prüfstands in die Abläufe der Methode zur Klassifikation von Ungänzen wird eine Softwareinfrastruktur umgesetzt, welche in Abbildung 37 dargestellt ist.
Über das Konfigurationsinterface kann der Benutzer mit allen Softwarekompo-nenten interagieren. Hierüber werden zunächst die Parameter in die Bildverarbei-tungskette integriert. Die erzeugten Bild- und Merkmalsdaten werden in der Bilddatenbank abgelegt und können dort vom Benutzer gesichtet und im Dateiformat, welches nach der vom W3C-Konsortium herausgegebenen XML-Spezifikation definiert ist (WORLD WIDE WEB CONSORTIUM 2013), als zusam-menhängende Liste ausgegeben werden. Die Erweiterung dieser Liste um die Klasseninformation kann durch ein Tabellenkalkulationsprogramm, wie bspw.
Microsoft Excel, erfolgen. Als Modellierungswerkzeug wurde rapidminer ( RA-PIDMINER 2016) gewählt, welches eine Umgebung für maschinelles Lernen dar-stellt. An diese wird durch den Benutzer eine aus der Bilddatenbank extrahierte Liste an Ungänzen, welche um die Klasseninformation erweitert wurde, im XML-Format übergeben. Darüber hinaus werden über das Konfigurationsinter-face die freien Parameter des Entscheidungsbaumalgorithmus vorgegeben bzw.
ein entsprechender Versuchsplan hinterlegt. Des Weiteren wird dem Benutzer über die Schnittstellen das Feedback über den Lernerfolg in Form der
berechne-Objektbilder der ausgewählten Ungänze
Merkmale der Objektbilder
Darstellung einer Ungänze in der Materialbahn
RH
RD
T
ten Kennzahlen sowie der Modellbäume und der Konfusionsmatrizen bereitge-stellt. Nach der Evaluierung und Auswahl des optimierten Modells wird dieses mittels des Modellierungswerkzeugs in Regeln überführt, welche anschließend im Klassifikator des Bildverarbeitungssystems hinterlegt werden.
Abbildung 37: Softwarestruktur des Verfahrens zur Klassifikation von Ungänzen