High-Speed Kameras sorgen für kontinuierliche Produktionsüberwachung in Falzmaschinen Auf vollen Touren - Quality Engineering

High-Speed Kameras sorgen für kontinuierliche Produktionsüberwachung in Falzmaschinen

Auf vollen Touren

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In der neuesten Generation von Falzmaschinen mit dem Namen „Le Mans“ hat MBO eine Industriekamera von Matrix Vision implementiert. Sie erlaubt dem Bediener den direkten Blick in die Maschine.

Le Mans lässt bei vielen Renn-Enthusiasten das Herz höher schlagen: Hohe Geschwindigkeiten, schnelle Wechsel, unterschiedliche Klassen, 24 Stunden lang – das sind die Zutaten für eine erfolgreiche und weltweit bekannte Marke. Stimmiger konnte die Namenswahl für die Neuentwicklung des neuen High-Speed Falzsystems Le Mans von MBO, Oppenweiler, nicht sein.

Bei der Spezifikation des Falzsystems standen daher auch die Geschwindigkeit und die Ergonomie im Mittelpunkt. Bei einem Falzvolumen von circa 70 Millionen Druckbogen und mehr pro Jahr beziehungsweise 23 000 Bogen pro Stunde als Maximum (als 16-Seiter auf A4 gefalzt) erreicht das System Geschwindigkeiten, bei denen es erforderlich wird, es so weit zu umschließen, dass eine Gefährdung des Bedieners ausgeschlossen werden kann. Dies erschwert jedoch dem Bediener das Einstellen und das Prüfen der Produkte. Eine Lösung war aber schnell in Sicht: Ein Kamerasystem für das Falzsystem sollte dem Bediener den direkten Blick in das System wieder ermöglichen.
Die Vorteile eines bildbasierten Kamerasystems hat MBO schnell ausgemacht: Neben der Rückverfolgung bei auftretenden Störungen war auch das personensichere Beobachten der laufenden Produktion wichtig. Die Anforderungen an das System waren auch schnell gestellt. Softwaremäßig sollten in einer Bedienoberfläche die Livebilder mehrerer Kameras gleichzeitig als Thumbnails in einer reduzierten Bildwiederholrate dargestellt werden. Wählt der Bediener ein Thumbnail aus, dann sollte das Bild vergrößert in der richtigen Bildwiederholrate dargestellt werden. Darüber hinaus sollte es dem Bediener ermöglicht werden, dass die letzten Sekunden der Produktion in Slow-Motion angeschaut werden können. Die Kamera-Hardware wiederum sollte mindestens 100 Bilder pro Sekunde aufnehmen können, eine Auflösung von mindestens 640 x 480 Pixel aufweisen und Graubilder liefern.
Während MBO sowohl Software als auch die Hardware der Falzmaschine selbst entwickelt, wollte das Unternehmen beim Thema Kamerasystem auf Nummer sicher gehen und band schon früh die Bildverarbeitungsexperten von Matrix Vision in den Entwicklungsprozess ein. Diese beleuchteten gemeinsam mit dem Maschinenbauer die unterschiedlichen Aspekte der Bilderfassung wie Kamera und Sensor, Beleuchtung, Optik, Hardware sowie Anschluss und Verkabelung. Bei 640 x 480 Pixeln und einem 8-Bit-Graubild ergibt sich bei mindestens 100 Bildern pro Sekunde eine Transferrate von ungefähr 31 MB/s.
Drei Kameras benötigen eine Bandbreite von 93 Megabyte pro Sekunde
Drei Kameras werden jeweils zur Kontrolle von Parallel-, Kreuz- und Dreibruch benötigt, das ergibt eine benötige Bandbreite von 93 MB/s. Für Gigabit Ethernet würde dies ausreichen, jedoch sind das die Mindestanforderungen. Wünschenswert wären sowohl die doppelte Auflösung als auch die doppelte Bildwiederholrate. Das wiederum ergibt eine Bandbreite von 1280 x 960 x 1 Byte x 200 FPS ≈ 246 MB/s, bei drei Kameras ≈ 738 MB/s. Aktuelle Festplattencontroller SATA III schaffen maximal 600 MB/s, wobei die Schreibgeschwindigkeit von SSD-Festplatten circa 520 MB/s beträgt.
Sowohl USB 3.0 als auch Dual-GigE decken die Bandbreite einer Kamera ab, jedoch hat Dual-GigE die Nase bei der möglichen Kabellänge von bis zu 100 m vorn, während die einstellige Kabellänge von USB 3.0 die Flexibilität von MBO zu sehr einschränken würde. Damit war die Wahl für die Schnittstelle getroffen.
Im Portfolio von Matrix Vision stehen eine Vielzahl an Dual-GigE Kameras der MV Bluecougar-XD Serie zur Verfügung. Letztlich entschied sich MBO aufgrund der passenden Auflösung, der passenden Bildwiederholrate und der Bildqualität für die MV Bluecougar-XD104d als Grauvariante. Der in der Kamera verbaute Pregius CMOS-Sensor IMX174 von Sony besticht ferner durch sein reduziertes Dunkelrauschen und seine Dynamik von über 71 dB. Da unterschiedliche Belichtungsszenarien in der Falzmaschine auftreten werden, ist ein hoher Dynamikumfang elementar wichtig.
Damit über Dual-GigE die Bilddaten erfolgreich abgespeichert werden können, empfahl Matrix Vision die Verwendung von drei separaten Dual-GigE Netzwerkkarten sowie drei SSD-Festplatten. Mit den GigE-Kabeln sowie drei Kabeln zur Steuerung der Kameras würde die Verkabelung kompliziert werden. Auch hier bot der Bildverarbeitungsspezialist über eine Kabelsonderanfertigung eine vereinfachende Lösung an, welche die drei Steuerungskabel überflüssig machte. Selbstredend sind die Kabel verschraubbar und tragen so zur Robustheit des Kamerasystems bei.
Auch für die Optik und die Beleuchtung gab Matrix Vision Hilfestellung: Die Entfernung zwischen Kamera und Objekt betrug circa 140 mm, während die Bildgröße 75 x 60 mm ausmachen sollte. Mit einem passenden 6-Millimeter-Objektiv konnten diese Vorgaben abgedeckt werden. Bei der Beleuchtung brachte eine weiße, auf das Objektiv aufschraubbare LED-Ringleuchte die entsprechende Lösung. MBO zeigte sich mit dem Gesamtergebnis, der Auswahl der einzelnen Komponenten sowie der eingesparten Zeit durch die Konsultation der externen Expertise sehr zufrieden.
Das Fazit lautet somit: Egal ob durch Zeitmangel oder Kostendruck – nicht selten scheitert der Versuch, sich in ein neues Themengebiet einzuarbeiten. Gerade die industrielle Bildverarbeitung beziehungsweise die Bilderfassung gehört zu den Feldern, in denen der Teufel oft im Detail steckt. Umso besser, wenn ein Partner gefunden wird, der einem von Anfang an hilft, Klippen zu umschiffen. So konnte sich auch MBO durch die externe Unterstützung auf ihre Kernkompetenz konzentrieren. Und das Feedback gibt dem Maschinenbauer recht. Auf der Drupa 2016, der weltgrößten Messe für Printmedien in Düsseldorf, sorgte die ständige Produktionsüberwachung mit den drei Kameras für ein positives Echo bei den Besuchern. Die Bilder werden zusätzlich kontinuierlich abgespeichert, wodurch der Bediener auch „in die Vergangenheit“ sehen kann. ■

Der Autor

40420639

Ulli Lansche
Technischer Redakteur
Matrix Vision

Webhinweis

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Wie die Bildverarbeitung in der vollautomatischen Falzanlage für eine Inline-Qualitätskontrolle sorgt, sehen Sie in diesem Video: http://hier.pro/MrxX6. Einfacher geht‘s über das Scannen des QR-Codes.
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