Mess- und Prüftechnik 18.02.2000, 17:24 Uhr

Automatisierte Sichtprüfung checkt das Design

70 000 Flaschen werden pro Schicht rundum gecheckt.

Massenprodukte, wie etwa Haarshampoo, müssen dem Kunden schon allein durch ihre Aufmachung ins Auge fallen: „Hier liegt ein wichtiger Verkaufsfaktor“, betont Frank Gröger, Leiter Entwicklung-Prozesstechnik bei der Wella AG in Hünfeld. Der Etikettenaufdruck auf der Flasche müsse akkurat platziert sein und dürfe keine Fehler aufweisen. Zudem sollen natürlich nur exakt verschlossene Flaschen in den Verkauf gelangen. Bei der schnellen Fertigung von bis zu 70 000 Flaschen pro Arbeitsschicht auf einer Fertigungslinie ist eine 100%ige Qualitätskontrolle leichter gesagt als getan: So ist für die einzelnen Flaschen auf dem laufenden Transportband keine exakte Justierung möglich.
Dazu kommen noch weitere Schwierigkeiten: „Bei der Kontrolle von Aufdruck und Etikettierung führt der simple Ansatz von Vergleich eines fehlerfreien Referenzbildes mit dem Aufdruck zu keinem befriedigenden Ergebnis“, erläutert Frank Gröger. Die jeweilige Position der zu prüfenden Flasche variiere produktionsbedingt, so dass beim Vergleich Fehler entstehen. Die exakte Position der Flasche müsse aber bestimmt werden, um dann im zweiten Schritt Etikett und Aufdruck mit einer Referenz zu vergleichen. „Von Anfang an war klar, dass firmenintern eigenes Bildverarbeitungs-Know-how aufgebaut werden soll. Dies schafft die Möglichkeit, auf neue Anforderungen aus eigener Kraft flexibel und schnell zu reagieren“, umschreibt der Fertigungsexperte den Lösungsansatz.
Seit November 1999 ist das Vision-System Checkpoint von Cognex in Karlsruhe fest in die Produktion integriert. In Farbe und Form unterschiedliche Flaschen und Etiketten werden mit einer Geschwindigkeit von drei Stück pro s auf insgesamt 7 Merkmale geprüft. Die Flaschen auf dem laufenden Band werden von der Vorder- und Rückseite als auch von oben in der Packstation kontrolliert. Der komplette Prüfvorgang erfolgt dabei über drei CCD-Kameras und wird innerhalb von 200 ms im Vision-System abgearbeitet.
Zum Einsatz kommt auch die Vision-Software „PatMax“. Sie unterscheidet sich nach Cognex-Angaben deutlich von anderen Verfahren, welche in erster Linie nach der Binär- oder Grauwertkorrelation aufgebaut sind. Die PatMax-Technologie beschreibt dabei ein Objekt mit geometrischen Grundstrukturen. Hierdurch wird das Vision-Tool invariant gegenüber Lage, Orientierung und Maßstabsveränderungen des Objektes. Durch gleichzeitige Untersuchung von Kontur und Struktur des Objektbildes werden wechselnde Beleuchtungs- und Kontrastverhältnisse eliminiert. Defect Classifier erlauben nach Cognex-Angaben durch Vergleich mit Referenzbildern eine sichere Unterscheidung von Objekten mit hohem nichtlinearen Variationsgrad und eine automatische Fehlerklassifikation. Die feine Kantendetektion ermögliche sehr genaue Positionsbestimmung selbst ovaler Flaschen auf dem laufenden Förderband.
Mittels Checkpoint erfolgt an der ersten Station durch beidseitig angeordnete Kameras die Kontrolle der Etiketten auf der Flaschenvorderseite und der Rückseite. Hier wird auch der exakte Verschluss der Flasche überprüft. Für die Verpackungskontrolle der Flaschen in Sechser- oder Zwölferpacks ist die dritte CCD-Kamera zuständig. In der abschließenden Qualitätskontrolle wird auch eine statistische Auswertung vorgenommen. „Die guten Ergebnisse führten bereits zur zweiten Vision-Installation und es ist die Integration von bis zu sechs Systemen eingeplant“, verrät der Wella-Mitarbeiter.
Durch die hundertprozentige Qualitätskontrolle konnte zudem der Zertifizierungsumfang erweitert werden, hebt man in Hünfeld hervor. Reklamationsursachen aus der Vergangenheit seien dabei eliminiert worden. So konnte man eine fehlerhafte Etikettenlieferung frühzeitig erkennen und rechtzeitig die notwendigen Schritte zur Problembehebung einleiten. „Eine versehentlich eingelegte Etikettenrolle mit anderem Aufdruck wird sofort als Fehler angezeigt“ präzisiert Gröger.
Neben der deutlichen Qualitätssteigerung ergaben sich aber auch noch eine Reihe von Vorteilen, welche die Wella-Techniker ursprünglich gar nicht erwartet hatten. So wurden von Vision-Systemen Fehlerquellen in der Fertigungslinie aufgedeckt, die bis dahin unentdeckt geblieben waren. Früher gab es keine verlässliche Möglichkeit des Nachweises, wie genau die Maschine auf Dauer etikettieren kann. Durch die exakte Vision-Messkontrolle konnte man sich bei den eingesetzten Maschinen wesentlich besser bis an diejenige Grenze der Automatisierung herantasten, bei der noch fehlerfrei gearbeitet wird. Das führte zu einem wesentlich stabiler gestalteten Produktionsprozess, besserer Maschinenauslastung und Erfahrungsübertragung auf andere Produktionslinien.
„Mit dem Aufbau und der Integration dieses Visionsystem haben wir umfangreiche Erfahrungen gesammelt, um weitere Installationen sowohl in diesem Werk als auch in anderen Werken durchzuführen“ resümiert Frank Gröger. Damit habe sich Wella gewissermaßen zum eigenen Systemhaus entwickelt, bei dem das Know-how der Vision-Applikationen im Unternehmen verbleibt.
„Die Bildverarbeitung hat sich im Verlauf der letzten Jahre immer mehr zu einer Messtechnik entwickelt, die eine hohe Akzeptanz bei den industriellen Anwendern findet“, ergänzt Prof. Thilo Pfeifer. Dabei trugen der rapide Preisverfall in der Informationstechnologie bei gleichzeitig atemberaubenden Leistungssteigerungen hinsichtlich Rechenleistung und Speicherkapazitäten entscheidend zum breiten Einsatz der Bildverarbeitung bei. „In der industriellen Praxis treten nach wie vor viele Probleme auf, für deren Beherrschung sich die Bildverarbeitung geradezu anbietet“, so der Leiter des Lehrstuhls für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement am Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre (WZL) der RWTH Aachen.
Und nach wie vor sei nur ein Bruchteil dieser zufriedenstellend Probleme gelöst, so dass hier für die Industrie ein enormes Einsparpotential bei gleichzeitiger Verbesserung der Produktqualität brach liege. „Die Kontrolle von Flaschenetiketten und deren korrekte Positionierung, die einfache Merkmalskontrolle oder komplexe Messaufgaben an gestanzten Teilen sind hier nur wenige von vielen Beispielen“, betont Thilo Pfeifer. C. Weiss/Kip
Dipl.-Ing. Frank Gröger: „Durch umfassende Qualitätskontrolle mittels Bildverarbeitung lassen sich die Produktionsprozesse wesentlich stabiler gestalten und Schwachstellen in den Fertigungslinien aufdecken.“

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