100% Qualität für Dosen und Deckel

Der US-Konzern Ball Packaging Europe ist weltweit der größte Hersteller von Getränkedosen. In Europa verfügt das Unternehmen über zwölf Werke, die ausschließlich Dosenkörper produzieren, sowie zwei weitere Werke, in denen bis zu 7 Milliarden Dosendeckel pro Jahr gefertigt werden. Eines dieser beiden Deckelwerke befindet sich in Braunschweig. Für die Qualität der dort produzierten Aluminiumdeckel sorgt das High-Speed-Bildverarbeitungs-System TCVision des Puchheimer Unternehmens QUISS, welches unter anderem Bildverarbeitungs-Komponenten von STEMMER IMAGING einsetzt.

Jede Maschine in der Braunschweiger Fertigungshalle spuckt bis zu 2400 Aluminium-Deckel pro Minute aus, die in einer Art Fließprozess in mehreren Schritten gefertigt werden: Zunächst werden die Rohlinge aus einem Aluminiumband gestanzt. Danach wird der Deckel in mehreren hintereinander geschalteten Arbeitsgängen ausgeformt und dann mit der gleichzeitig geformten Lasche zum kompletten Deckel zusammengefügt.

Die so entstandenen Deckel werden vor dem Verpacken mit dem Bildverarbeitungs-System TCVision zu 100% inspiziert. „Früher waren hier Stichprobenkontrollen üblich, um die Qualität der Deckel zu prüfen“, weiß Helmut Gruber, Vertriebsleiter im Geschäftsbereich Packaging bei QUISS. „Wegen des Einsatzfeldes der Produkte reicht das heute aber bei weitem nicht mehr aus: Bei Metallverpackungen muss ein Höchstmaß an Qualität eingehalten werden. Aus den wirtschaftlichen Randbedingungen und den hohen Prüfgeschwindigkeiten ergab sich der Einsatz von schnellen Bildverarbeitungs-Systemen fast zwangsläufig.“

QUISS hat bereits seit einigen Jahren Erfahrung im Aufbau von Prüfsystemen für Dosendeckel. Bei Ball Packaging in Braunschweig ist dabei mit dem TCVision das bisher modernste QUISS-System im Einsatz: Es kontrolliert die Deckel auf Fehler wie Verformungen, Kratzer, Einschlüsse, Verunreinigungen, Formungsfehler, Grate oder Kanten. Zusätzlich wird die Lage der Lasche, der Gesamtdurchmesser und der Nietdurchmesser geprüft. „Es handelt sich also um eine Kombination mehrerer Prüfungen aus den Bereichen Kontur- und Oberflächenanalyse sowie der Anwesenheits- und Positionskontrolle“, so Gruber weiter. „Die Anforderungen sind dabei beachtlich: Die Deckel laufen mit einer Geschwindigkeit von rund 800 Deckeln pro Minute auf drei parallelen Linien an der Prüfstation vorbei. Die erkennbaren Toleranzen bewegen sich dabei bei einigen Prüfkriterien im Bereich von nur 15 µm.“

Um derartige technische Anforderungen auf der Bildverarbeitungs-Seite erfüllen zu können, war eine durchdachte Kombination von geeigneten und gut aufeinander abgestimmten Bildverarbeitungs-Komponenten, nebst einer für diesen Einsatzbereich speziell entwickelten Software erforderlich. Lieferant für Teile der TCVision-Ausrüstung war die ebenfalls in Puchheim ansässige STEMMER IMAGING.

Zum Einsatz kamen dabei die Progressive-Scan-CCD-Kameras M10 und M4+CL des dänischen Herstellers JAI. Für die schnelle Bilderfassung sind Frame Grabber der Typen PC-Vision bzw. PC-CamLink von DALSA Coreco zuständig. Die Kameras arbeiten unter einer hochfahrbaren Abdeckung mit einer applikationsspezifischen Beleuchtung aus Standard-LEDs mit Blitzsteuerung, die QUISS selbst für die Anforderungen bei Hochgeschwindigkeitsprüfungen entwickelt hat.

Neben der technischen Eignung der eingesetzten Komponenten zählten jedoch auch andere Argumente, um QUISS zur Zusammenarbeit mit STEMMER IMAGING zu bewegen: „Der umfassende Support und die fachliche Kompetenz der STEMMER-Mitarbeiter waren für uns die maßgeblichen Gründe, um uns für diesen zuverlässigen Lieferanten zu entscheiden“, so QUISS-Vertriebsleiter Gruber. „Schon im Vorfeld konnten wir für Machbarkeitsstudien die Erfahrung bei STEMMER IMAGING nutzen, um das optimale System für Ball Packaging Europe zu entwickeln.“

Als Ergebnis der engen Zusammenarbeit zwischen QUISS und Ball Packaging Europe ist das modular aufgebaute System TCVision entstanden. „Die Anlage kann auf verschiedene Anforderungen und Prüfvorgänge angepasst werden“, erläutert Gruber. So erkennt die Anlage eine Reihe von Fehlern an den Dosendeckeln, schleust fehlerhafte Teile aus und sorgt bei bestimmten definierten Fehlerarten für eine sofortige Abschaltung der Presse. Das System ist dabei voll konfigurierbar: Es ist möglich, das Anlagenverhalten in Abhängigkeit von der Fehlerklasse zu steuern und z.B. bei leichten Fehlern fünf mangelhafte Teile pro Tausend zuzulassen, schwere Fehler hingegen als sofortiges Abschaltkriterium festzulegen. Defekte Teile werden jedoch immer ausgeblasen.

Die TCVision-Auswerte-Software kontrolliert den Prüfling anhand eines Konturenmodells, das mit einer CAD-Zeichnung vergleichbar ist. Abweichungen von der Sollform der Kontur wie auch Störungen in der Oberfläche lassen sich damit bereits im Subpixel-Bereich wiederholgenau erkennen. Dadurch können nicht nur die verschiedensten Maßhaltigkeits- und Positionskontrollen von beliebig geformten Konturen und Flächen durchgeführt werden, sondern auch die Inspektion auf Deformationen, Beulen, Rissen, Verschmutzungen und Vollständigkeit. Mit diesem neuartigen Auswerteverfahren ist es möglich, selbst solche Defekte wiederholgenau und robust zu detektieren, die bisher mit Bildverarbeitungs-Verfahren nicht zu entdecken waren. Möglich ist damit z.B. auch die Prüfung anderer Designs wie goldfarbener Deckel oder andere Varianten mit unterschiedlichen Oberflächen.

Die ausgereifte Applikations-Software unterstützt den Benutzer außerdem beim Anlegen neuer Produkttypen oder beim Modifizieren der Prüfparameter: Die Konturen werden vorab vom System erkannt, und der Bediener muss lediglich die Konturen auswählen, die inspiziert werden müssen. Er kann diese mit Gut/Schlecht-Kriterien versehen, wie beispielsweise der maximal tolerierbaren Größe eines Risses oder dem maximal und minimal erlaubten Nietdurchmesser. „Das Einlernen von beliebig geformten Freiformflächen und komplexen Kurvengeometrien ist dadurch in kurzer Zeit möglich“, unterstreicht Gruber.

TCVision bietet zahlreiche Auswerteparameter. Die eingesetzten Auswerte-Algorithmen wurden eigens für die vollautomatische visuelle Inspektionen von Produkten der Metallverpackungsbranche entwickelt. Zur Auswertung ist dabei keine spezielle Bildverarbeitungs-Hardware notwendig.

Mit einer Netzwerkverbindung ist es möglich, Parametersätze und Bilder aus der Produktionsebene zu laden, diese offline zu analysieren und zu optimieren. Anschließend kann die aktualisierte Software wieder in das Produktionssystem eingespielt werden, ohne einen Produktionsstopp zu verursachen. Alle Rechner eines TCVision-Bildverarbeitungs-Systems sind in ein Netzwerk eingebunden. Dadurch kann die vollständige Bedienung und Überwachung des Systems auch vom Büro aus oder per Teleservice bzw. Fernwartung, durchgeführt werden. Auch Details wie bestimmte Kamera-Einstellungen etc. lassen sich so komfortabel von einer auf alle Linien übertragen.

Darüber hinaus lässt sich der Fertigungsprozess aufgrund der gewonnenen Daten optimieren und dokumentieren. Dazu bietet das System verschiedene Statistikfunktionen, die zur Visualisierung und Datenanalyse der im Inspektionsprozess auflaufenden Ergebnisse dienen, wie Gruber erläutert: „Es können beispielsweise die Auswerteergebnisse im Zeitverlauf als Säulendiagramm dargestellt werden. Die so genannte Trendansicht erlaubt es, den Anteil der Fehler und Fehlerklassen an den Gesamtauswertungen abzulesen. Zusätzlich zeigen Hinweismarken Uhrzeit und Datum von Systemeingriffen an, um beispielsweise die Auswirkungen einer Änderung der Prüfparameter auf die Prüfergebnisse erkennbar zu machen.“

Zudem sind die Statistikfunktionen mit Filterkriterien versehen. Mit einem Mausklick können so z.B. bahnbezogene, stationsbezogene oder fehlerartenbezogene Daten extrahiert und angezeigt werden. Auch können Warngrenzen eingestellt und in den Statistiken angezeigt werden. „TCVision informiert den Anwender bei einer Häufung dieser Warnungen rechtzeitig über eine Veränderung im Prozess und rät zu einem genauen Blick auf die Produktion, bevor Ausschuss produziert wird“, beschreibt Gruber einen weiteren Vorteil des Systems.

Der Braunschweiger Deckelhersteller Ball Packaging Europe ist mit den Ergebnissen der leistungsfähigen und flexiblen Prüfstation hoch zufrieden. „Die ausführlichen Analyse- und Visualisierungsfunktionen von TCVision ermöglichen zusätzlich zur hundertprozentigen, dokumentierten Qualität eine rechtzeitige und rasche Erkennung von Veränderungen im Prozess“, so Gruber. „Neben der eigentlichen Qualitätskontrolle lässt sich damit der Arbeitsprozess insgesamt verbessern und die Ausschussquote deutlich senken.“

Aufgrund der positiven Erfahrungen in Braunschweig hat sich nicht nur Ball Packaging Europe dazu entschlossen, auch in den anderen Werken auf TCVision zu vertrauen, sondern auch Unternehmen, wie Crown Bevcan UK und Lotte in Südkorea setzen erfolgreiche Inspektions-Systeme von QUISS ein.

QUISS GmbH, Puchheim

STEMMER IMAGING GmbH, Puchheim

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