Das Auge isst mit

Fertigungsautomation

BV-Systeme - Konsequentes Total Productive Maintenance auf dem aktuellen Stand der Technik garantiert beim Lebensmittelhersteller Knorr hohe Produktqualität. Beutelverpackungen etwa werden einer 100-prozentigen Kontrolle mit Hilfe eines Vision-Systems von Cognex unterzogen.

22. April 2014

Die beutelabpackmaschine im Heilbronner Fertigungswerk von Knorr, einem Unternehmen des Unilever-Konzerns, hat schon viele Millionen Fix-Produkte abgepackt, zum Beispiel Spaghetti Bolognese, Gulasch oder Schmorbraten. Dank TPM (Total Productive Maintenance) ist es gelungen, die Produktivität der Anlage und die Verpackungsqualität über die Jahre hinweg immer weiter zu steigern; freilich unter Einhaltung aller lebensmittelhygienischen Anforderungen. 2011 schließlich wurde zur 100-Prozent-Kontrolle der Siegelnähte an den Beuteln das vollkommen autark arbeitende Bildverarbeitungssystem In-Sight Micro 1400 in die Anlage integriert – ausgestattet mit der Vision-Software In-Sight Explorer (mit PatMax Mustererkennungstechnologie) und dem VisionView-700-Benutzer-Display inklusive Anwendungssoftware.

100 Prozent Qualität

Bei Verpackungsvorgängen im Hochgeschwindigkeitsbereich verwundert es nicht, wenn es im Verlauf der Beutelfertigung, -befüllung und dem abschließenden Verschweißen vereinzelt zu Fehlern kommen kann. Obwohl sich diese im Bereich von unter zwei Promille bewegen, toleriert Knorr nur eine Null-Fehler-Quote. Da sich, wie bei den meisten Produktionsmaschinen unterschiedlichster Branchen, eine minimale Fehlerrate unter anderem aufgrund von Verschleiß nicht vermeiden lässt, bleibt zum Ausschluss von möglichen Fehlteilen nur die penible Kontrolle der Endprodukte. Bis Mitte 2011 erfolgte diese durch Mitarbeiter am Ende der Herstellungslinie. Die gefüllten Trays wurden per Auge in nur wenigen Sekunden auf fehlerhafte Siegelnähte untersucht. Auch wenn dies sehr gut gelang und kundenseitig keine Produktreklamationen eintraten, wollte Knorr mit dem Vision-System von Cognex auf Nummer sicher gehen und den Prozess weiter optimieren.

Die Cognex Corp. entwickelt, produziert und vermarktet industrielle Bildverarbeitungslösungen, ID-Systeme und Computer, die Maschinen ein »intelligentes Sehen« ermöglichen und die weltweit für vielfältigste Prüf-, Identifikations- und Steuerungsanwendungen im gesamten Herstellungs- und Vertriebsprozess eingesetzt werden. Das Unternehmen gehört mit mehr als 700.000 ausgelieferten Systemen zu den Großen der Branche.

Skepsis weicht Begeisterung

Die anfängliche Skepsis der Mitarbeiter, ob die automatische optische Produktkontrolle – direkt in den Prozess integriert – mit der hohen Anlagengeschwindigkeit mithalten kann, wich schon nach kürzester Zeit der Begeisterung. Was anfangs nur schwer vorstellbar war, können die Mitarbeiter jetzt mit eigenen Augen sehen: Das Vision-System wertet in rasender Geschwindigkeit die Qualität der verschweißten Siegelnähte aus. Ihr feines Relief liefert im S/W-Modus der Kamera sehr gute Hell-Dunkel-Kontraste. Mögliche Materialüberlappungen oder fehlerhafte Verschweißungen werden sofort erkannt und das Produkt wird ausgeschleust.

Ein wichtiges Qualitätsmerkmal ist auch der Winkel der Siegelnähte zur Außenkante der Beutel. Von großem Vorteil erweisen sich hierbei die Vision-Tools der Mustererkennungstechnologie PatMax. Diese verwendet geometrische Grundstrukturen für die Objekterkennung. Aus der Analyse der geometrischen Informationen hinsichtlich der Merkmale und ihrer räumlichen Relation werden mit hoher Genauigkeit Merkmalspositionen bestimmt. Merkmale wie Konturen mit geringem Kontrast werden dadurch zuverlässig, genau und sehr schnell erkannt. Das Vision-Tool ist unempfindlich gegenüber Lage-, Orientierungs- und Maßstabsveränderung des Objektes. Die gleichzeitige Untersuchung von Kontur und Struktur des Objektbildes eliminiert wechselnde Beleuchtungs- und Kontrastverhältnisse. Das Vision-System erfasst die Ist-Werte der Merkmale, setzt sie mittels internem Prozessor in Relation zu den Toleranzwerten und sendet im Falle eines Über- oder Unterschreitens ein n.i.O.-Signal an die SPS, die das Produkt aus dem Prozess nimmt.

Klasse statt Masse

Mit Hilfe der integrierten Bildaufnahme-Technologie RoI (Region of Interest) – einer Verkleinerung des Bildausschnitts auf ausschließlich für die Qualitätsprüfung relevante Bildbereiche – ist es den Bildverarbeitungsexperten von Aku Automation, Aalen, gelungen, die Auswertungsrate auf 840 Aufnahmen pro Minute zu steigern. Damit verfügt das Vision-System immer noch über genügend Leistungsreserven und prüft mit höchster Zuverlässigkeit.

Mit dem In-Sight Micro 1400 verlässt sich Knorr auf ein vollkommen autark arbeitendes Bildverarbeitungssystem – untergebracht in einem 30 x 30 x 60 Millimeter messenden Gehäuse. Aufgrund seiner geringen Größe verfügt das System über flexible Montagemöglichkeiten für den Einsatz überall direkt in einer Produktionslinie, selbst unter sehr beengten Verhältnissen an Robotern und schwer zugänglichen Orten.

Das VisionView-700-Benutzer-Display ermöglicht es dem Anwender, die Überwachung von Fertigungsverfahren sehr einfach zu gestalten. Die leistungsstarke und kostengünstige Benutzeroberfläche erlaubt die passwortgeschützte Benutzersteuerung, um Vision-Tool-Parameter und Zielbereiche ganz ohne PC auf Werksebene einzustellen. So können die verantwortlichen Mitarbeiter von Knorr schon nach kurzer Einlernphase selbstständig die Anlage parametrieren und bei Abweichungen regulierend in den Prozess eingreifen.

Ralf Baumann

Erschienen in Ausgabe: 03/2014