Kamerasystem für Verpackungsmaschinen

Aufgabe

 

Halb- und vollautomatische Verpackungsanlagen integrieren Kontrollwaagen, Etikettiersysteme, Druckeinheiten und vieles mehr. Mit hoher Geschwindigkeit werden alle Prozessschritte zusammengeführt und leisten einen hohen Output. Nur kurze Ausfall- oder Standzeiten sind bei  Inbetriebnahme, Gerätetausch oder Reparatur geduldet. Der Herstellungsprozess wird von automatischen optischen Inspektionssystemen begleitet.

 

Unterschiedliche Parameter werden direkt in den Verpackungsmaschinen abgeprüft. Neben technischen Qualifikationen So wie die Verpackungsmaschine selbst muss auch die Kameratechnik zuverlässig und robust arbeiten und notfalls im Plug & Play-Modus reparierbar sein. Die Lösung ist ein Bestandteil der Wertschöpfungskette und begleitet mit Langfristverfügbarkeit den gesamten Lebenszyklus der Maschinen.

Erhöhte Anforderungen für eine optische Inspektion liegen z.B. vor, wenn die Verpackung glänzend foliiert und darum stark reflektierend ist. Für einen solchen speziellen Fall hat Kappa ein Beleuchtungskonzept entwickelt, das auch unter beengten Platzbedingungen noch effizient arbeitet. Die Lösung bei Reflexionen! Damit sich in der Aufnahme alles exakt abbildet, ohne Inhomogenitäten durch Überstrahlungen, setzt Kappa auf ein selbst entwickeltes Beleuchtungsmodul. Die integrierten LEDs mit Diffusor schaffen eine perfekte Aufnahmeszene mit einer homogenen Ausleuchtung. Zusätzlich ist das Kamerasystem mit einer Polarisationseinrichtung ausgestattet. Mit dem Maschinentakt synchronisiert wird die Beleuchtung getriggert.

Zur Kalibrierung und Einrichtung des Systems wird ein separater Video-Stream angeboten. Danach stehen die Daten konform mit dem GigE Vision-Protokoll per XML-File für die Soll/Ist-Bildverarbeitungsprozesse zur Verfügung. Das Kameramodul selbst ist keine komplette Neuentwicklung, es ist im wesentlichen Bestandteil des Kappa Portfolios. Ergebnis ist eine leistungsstarke Industriekamera mit GigE Vision, z.B. 50 fps und einer Auflösung von 782×582 Pixel, allerdings mit intelligenter Anpassung an die Aufgabenstellung.

 

Ein paar Bemerkungen zum Thema Anpassung:

Das Design des Systems ist maßgeblich durch die beengten Platzverhältnisse in der Maschine diktiert. Das System besteht aus zwei Komponenten: abgesetztem Kamerakopf mit integrierter Beleuchtung und separater Kontrolleinheit. Die raue Industrieumgebung mit anhaltenden Schwingungen fordert besondere Vorkehrungen bei der Bauteilauswahl, Konstruktion und Verarbeitung. Hohes Augenmerk wurde auch auf die Fertigungsoptimierung gelegt. Das Gehäuse ist durch Profilkörper realisiert. Die Verklebungen des Schutzglases setzen auf einen sehr haltbaren UV-Kleber, der sich gleichzeitig sehr schnell verarbeiten lässt. Als Schutzglas wurde ein nahezu refexionsfreies Spezialglas mit 99% Transmission ausgewählt, das preisgünstig ist und auch bei sehr hohen Stückzahlen konstante Qualität bietet. Der Kamerakopf mit integrierter Beleuchtung wird werkseitig exakt vorkonfiguriert. Elektrische, optische und mechanische Parameter müssen nicht an der Maschine nachjustiert werden. Ganz unkompliziert kann der Geräteaustausch im Plug & Play-Modus ohne Ausfallzeiten der Maschine stattfinden.

GigE Vision Kameras

Erfolgreiche Komponenten in Bildverarbeitungsanlagen


Die Kameraserie Zelos basiert auf einer modularen Hochleistungsplattform mit 14-Bit-Digitalisierung. Zu den wichtigsten Variablen gehören Sensoren, Schnittstellen und Funktionsumfang. Zahlreiche CCD-, CMOS- und CMOSIS-Sensoren mit VGA bis 5-Megapixel Auflösung können betrieben werden. Mit Ethernet/GigE Vision, USB und CameraLink stehen die wichtigsten industriellen Schnittstellen zur Auswahl. Die rechnerbasierten Systeme werden mit Steuersoftware ausgestattet. Third Party Software ist problemlos direkt über GigE Vision/GenICam oder über die TWAIN-Schnittstelle nutzbar. Für die Integration in spezifische Applikationen bietet das SDK (GV) optimale Anpassungsmöglichkeiten. Die typische Kappa Rugged Qualität sichert hohe Widerstandsfähigkeit und Langlebigkeit. Mit kristallklarer Signalqualität, sauberer Charakterisierung und eigenem Farbprocessing sind die Zelos Kameras perfekt für alle automatisierten Bildverarbeitungsanlagen, dank präziser Synchronisierung auch für 3D-Anlagen.

 


Schweizer

Automobilindustrie

 

Integriertes Bildverarbeitungssystem in der Produktion von Präzisions-Microachsen

 

Mit einer monatlichen Produktion von mehreren zehn Millionen Präzisions-Microachsen für die Autoindustrie zählt Polydec SA (www.polydec.ch) zu den weltweit führenden Anbietern. Die winzigen Stifte aus gehärtetem Stahl sind wichtige Achsen in den Motoren.

 

In der Automobilzulieferindustrie ist eine rigorose Qualitätssicherung gefordert. Deshalb führt Polydec alle Arbeitsschritte auf eigenen Anlagen innerhalb eines zertifizierten Workflows aus. Das integrierte Bildverarbeitungssystem unterstützt die Produktionsanlagen durch maschinelles Sehen.

  

Zusammen mit unserem
Schweizer Partner, Ryf AG.

 

Die Ryf AG aus Grenchen entwickelte dazu eine kundenspezifische Lösung aus Kappa Kameras, applikationsspezifischer Bildverarbeitungssoftware, telezentrischen Objektiven und Beleuchtungen sowie einem komplexen 8-Stationen Runddrehtischsystem. Mit fünf FireWire Kameras, teilweise im Multikamerabetrieb, wird eine 100% QS-Kontrolle der Microachsen durchgeführt. Die integrierte Kappa Software, basierend auf dem Bildverarbeitungs-Tool Halcon, bildet die Schnittstelle zur SPS-gesteuerten Anlage, die am Ende anhand der Bildanalysedaten nur die fehlerfreien Teile in die entsprechenden Chargen sortiert. In weniger als einer Sekunde werden parallel fünf Werkstücke überprüft. Zu denen im Mikrometerbereich definierten Produktparametern gehören Länge, Durchmesser, Oberfläche, Radius der Abschlusskanten und Rotations-Symmetrie der gesamten Microachse (Geradheit).

 


Schweißnahtkontrolle
bei Elektromotoren

 

   

Machine Vision Lösung für die Statorenprüfung - 
in enger Zusammenarbeit mit der Fischer Automaten-Drehteile GmbH & Co. KG

 

Unser Kunde Fischer Automatendrehteile, der unter anderem Drehteile für die Automobilindustrie herstellt, stellte die Aufgabe die Schweißnähte an Statoren für Elektromotoren zu kontrollieren. Diese Statoren bestehen aus einem Lamellenpaket, das durch drei um 120 Grad versetzte Schweißnähte fixiert wird. Pro Prüfling werden mit drei Kameras insgesamt zwölf Aufnahmen gemacht. Die Aufnahmen werden auf zehn verschiedene Merkmale wie etwa Nahtdicke sowie Löcher in der Naht untersucht.

  

Bildverarbeitungssystem:

  • Kameras: Kappa FireWire Digitalkameras
  • Diffuse Dombeleuchtungen
  • Optische Elemente: Prismen und Spiegel
  • Mechanik: Vorrichtungsbau zum Greifen und Positionieren der Prüflinge
  • Steuersoftware: Ansteuerung der Mechanik vom PC, Kappa Bildverarbeitungssoftware
  • Kompletter PC mit Monitor und IO Adapter

 


Detektion von Partikeln auf
Kunststoffoberflächen

 

Sartorius Stedim Plastics GmbH entwickelt und fertigt Kunstoff-komponenten für die Branchen Medizin und Biotechnologie.

 

Zum Produktsortiment gehören auch opake Filtergehäuse „Capsulen“ aus Polypropylen, die in die Fertigungsstrassen einfließen und strengen Richtlinien unterliegen. Beim Spritzguss der Capsulen entstehen prozessbedingt vereinzelt winzige Verunreinigungen, sogenannte Black-Spots.

 

Detektion von Black-Spots

 

Aufgabe des Kappa Bildverarbeitungssystems ist es, diese Black-Spots zu detektieren, zu vermessen und die Objekte nach gut/schlecht zu bewerten. Das System überprüft per Blob-Analyse die Oberfläche samt Einschlüssen mit einer Rundum- und Durchsichtskontrolle des opaken Materials. In einem mehrstufigen Prozess aus Kantenerkennung, dynamischer Grauwertbewertung und morphologischen Berechnungen werden die Black-Spots identifiziert und von anderen Einflüssen unterschieden. Ab einer Partikelgröße von 50 Mikrometern erfasst die Kamera die Black-Spots. Ausschlaggebend für die Sortierung der Makulaturen ist die Anzahl der Spots. Nach definierten Toleranz- und spezifischen Güteklassen werden die Objekte bewertet und selektiert. Für die direkte Prozessrückkopplung sind Alarmfunktionen und weitere Trendanalyse- und Statistikinstrumente (exportierbar in Excel) zuständig.

  

Bildverarbeitungssystem:

  • Kameras: Kappa Digitalkamera mit Megapixel-Auflösung, Kappa Videokameras mit maximalem Dynamikbereich
  • Optik: Präzisionsmakro-Objektive
  • Beleuchtung: Durchlicht mit Spektralselektion
  • Mechanik: Messplatz für die Produktionsstrasse im Reinraum mit Drehtisch
  • Hardware: Industrie PC
  • Software: Kappa Bildverarbeitungssoftware

 


Biotechnologie -
Zentritzitätskontrolle von Membranscheiben

   

Kappa Bildverarbeitungssystem für Sartorius, Sparte Biotechnologie

 

Das System ist in eine Produktionsanlage für sterile Filter integriert. Die Filter (Midisart und Sartolab) werden in den Märkten Pharma, Umwelt und Lebensmittel eingesetzt, z.B. zur Filtration von Luft und Wasser, zur Belüftung von Zellkulturen oder als Spritzenvorsatz. Im Produktionsprozess werden Filtergehäuse und Membranmaterial (PTFE) per Ultraschall verschweißt. Aufgabe des Kappa Bildverarbeitungssystems ist es, die genaue Lage der Membranscheibe zu überprüfen. Exzentrisch verschweißte Membranen werden automatisch selektiert (nicht in Ordnung NIO). Werden 5 Filter hintereinander als NIO gewertet, wird ein Maschinenstopp ausgeführt. Die Mess-und Bilddaten werden produktspezifisch archiviert und für statistische Auswertungen (z.B. nach Chargen) bereitgestellt.

  

Bildverarbeitungssystem:

  • Kameras: Kappa Digitalkamera mit Megapixel-Auflösung
  • Optik: Objektiv mit fester Brennweite
  • Beleuchtung: Diffuses Auflicht + Einzel-LED
  • Hardware: Industrie PC, 15“ TFT-Display
  • Mechanik: Kamera-Stativ mit Halterung für Beleuchtung und Schwingungsentkopplung
  • Software: Kappa Bildverarbeitungssoftware

 

Das Kappa Bildverarbeitungssystem besteht aus einer Digitalkamera mit 12 Bit Digitalisierung und Megapixel-Auflösung, einem Objektiv mit fester Brennweite sowie Auf- und Durchlichtkomponenten. Auf Basis der Kappa Bildverarbeitungssoftware wurde für Sartorius ein kundenspezifisches Auswertungsprogramm erstellt.

 


 

Automatisierte Messtechnik - Machine Vision

 

Kameras zur Maschinen-
Integration

 

Kappa ist Partner für Integratoren und Anlagenbauer: Hochpräzise charakterisierte und parametrierte Kameras sind perfekt ausgelegt zur Maschinen-integration. Kappa bietet Kameras für alle Mess- und Inspektionsaufgaben in verschiedenen Leistungs- und Preisklassen.

 

Die Kamera Module werden auf Wunsch nach OEM Kundenanforderungen angepasst.

Kappa Industriekameras

 

   

Applikationsspezifische Anpassungen

Ganz nach Kundenanforderung bieten wir spezifische Signalverarbeitung, kundenspezifisch belegbare Schnittstellen und mechanische Anpassungen.  Die Auswahl der Schnittstellen erfolgt nach applikationsspezifischen Kriterien. Wir bieten eine breite Auswahl mit GigE Vision, CameraLink und weiteren Schnittstellen.

 

Kompatibilität

Kappa GigE Vision/GenICam Kameramodule sind zur Kombination mit gängigen Bildverarbeitungskomponenten ausgelegt.

  • HALCON
  • Matrox Imaging Library
  • Common Vision Blox
  • LabVIEW
  • MATLAB
  • und viele weitere
  

Rugged Design für
raue Industrieumgebungen

Kappa Kameras im Rugged Design eignen sich besonders für Maschinenintegration unter rauen Industriebedingungen. Diese Kameras sind besonders widerstandsfähig, z.B. mit extremem Temperaturbereich, hoher Schock- und Vibrationsfestigkeit und Beständigkeit gegen Fremdkörper, korrodierende Flüssigkeiten und Öl.

 

Engineering

Wir bieten auch applikationsspezifische Komplettsysteme als Seriensysteme für Multiplikatoren. Hier umfasst das Engineering Kamera Housing, Mechanik, Optik, Beleuchtung und Software.

 


 

 

Dr. Rainer Vetter

Key Account Manager

Fon +49.5508.974.124
Fax +49.5508.974.188

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