Check im Dauerlauf

Die hier vorgestellte Prüfanlage dient der Sicherstellung der Etikettierqualität bei einem Hersteller flüssiger diätetischer Nahrungsmittel. Die Abfüll- und Verpackungslinie läuft dort im Dreischichtbetrieb. Aufgrund der hohen Produktvielfalt muß in jeder Schicht mehrfach umgerüstet werden.

Das Systemhaus für Sensorik und Meßtechnik CASTORO-Q, Bernau, installierte bereits vor mehreren Jahren ein Laserprüfsystem für eine besonders sensible Produktgruppe, bei der der Endkunde einen außerordentlich hohen Wert auf die Qualität der Etikettierung legte. Das System prüfte die Anwesenheit von Chargennummer und Verfallsdatum. Es zeigte sich jedoch schnell, daß diese relativ einfache Prüfung mit einem Lasersensor allein den wachsenden Anforderungen des Kunden an die Druckqualität nicht gerecht werden konnte. Ein Ausbau der einfachen Anwesenheitskontrolle hin zur Überprüfung der Vollständigkeit der Beschriftung, des korrekten Etikettensitzes und der Lesbarkeit der zehn Zeichen von Datum und Chargennummer erwies sich als erforderlich. Weitere Anforderungen an ein neues Prüfsystem waren:

l Leichte Bedienbarkeit durch wechselndes Personal, d.h. geringer Schulungsaufwand;

l Schnelle Umrüstung, um den häufigen Produktwechseln innerhalb einer Schicht gerecht zu werden;

l Flexible, einfache Umkonfigurierung zur Einrichtung der Prüfung neuer Produkte und Etikettentypen;

l Möglichkeit zur ein- und zweizeiligen Prüfung;

l Prüfung bei durchlaufendem Etikett mit Geschwindigkeiten von bis zu 1,5 m/s.

Für die gleichzeitige Erfüllung dieser Anforderungen kam als Lösung nur ein Bildverarbeitungssystem in Frage. Seitens CASTORO-Q entschied man sich für die Bildverarbeitungs-Standardsoftware NeuroCheck von DS in Remseck als Grundlage der Realisierung. Der Hauptgrund für diese Entscheidung lag in der einfachen Konfigurierbarkeit der Software, die die Einrichtung einer kompletten visuellen Prüfung per Mausklick, ohne Programmierung, ermöglicht. Das integrierte Konzept der Software erlaubt auch vor Ort, an der Prüfanlage, ein direktes Umschalten zwischen Produktionsbetrieb und Entwicklungsmodus. Dadurch lassen sich Änderungen, die im Dauerbetrieb notwendig werden, sofort durchführen und testen. Ein weiterer Faktor war die Tatsache, daß es sich bei der Software um eine deutsche Entwicklung handelt, so daß einerseits Benutzeroberfläche und Dokumentation in Deutsch vorliegen, andererseits durch die räumliche Nähe des Herstellers schnelle Reaktionszeiten gewährleistet sind.

Die Prüfung erfolgt vor dem Aufbringen des Etiketts auf die Flasche in der Zuführung, die das Etikett mit einer Geschwindigkeit von 1,5 m/s durchläuft. Durch die Prüfung vor dem Aufkleben des Etiketts wird die Problematik umgangen, das Etikett auf der gekrümmten Außenwand der Flasche homogen beleuchten zu müssen. Andererseits erfordert die hohe Geschwindigkeit eine entsprechende Aufnahmetechnik.

Zum Einsatz kommt dabei eine asynchron triggerbare Kamera in Verbindung mit einem entsprechenden PCI-Framegrabber und einer Stroboskopbeleuchtung. Framegrabber, Kamera und Blitz werden vom gleichen Triggersignal angesteuert, wobei die Auslösung des Blitzes minimal verzögert wird, so daß der Beleuchtungsimpuls vollständig in die Shutterzeit der Kamera fällt. Dadurch kann die Lichtintensität optimal ausgenutzt werden und Blende und Shutterzeit der Kamera so weit zurückgenommen werden, daß keine Fremdlichtabschirmung erforderlich ist.

Die Anbindung an die Produktion, d.h. der mechanische Aufbau, Triggerung von Blitz und Kamera und das Ausstoßen der fehlerhaften Flaschen wurden von CASTORO-Q durchgeführt. Die Kameras wurden zum Schutz gegen die Bedingungen der Lebensmittelproduktion in passende Spezialgehäuse (Schutzart IP67) eingebaut.

Die komplette Auswertung der Bildinformation erfolgt in einem Industrie-PC mit dem Softwarepaket NeuroCheck, das eine interaktive Entwicklung der Bildverarbeitungslösung ermöglicht. Die gesamte Lösungsentwicklung erfolgt grafisch geführt unter Windows ohne Programmierung. Die erforderlichen Schnittstellen zur Integration in den Fertigungsprozeß und zur Kommunikation mit der SPS sind in das System ebenfalls bereits integriert und werden wie die Bildverarbeitung selbst grafisch konfiguriert.

Im Gegensatz zu vielen anderen, sog. Black-Box-Systemen, hat der Anwender hier vollen Zugriff auf alle Parameter zur Optimierung des Systems.

Für den Einsatz an der Linie kann dieser Zugriff durch ein Paßwortsystem über mehrere Ebenen eingeschränkt werden, so daß nur noch der Automatikbildschirm zu sehen ist. Das Layout des Automatikbildschirms ist, wie das gesamte System, frei grafisch konfigurierbar, so daß genau die für das Fertigungspersonal relevante Information dargestellt werden kann.

Bei Eintritt des Etiketts in den Aufnahmebereich der Kamera wird durch eine Lichtschranke der Triggerimpuls für Kamera, Framegrabber und Blitz ausgelöst. Um kürzeste Reaktionszeiten sicherzustellen ist die Auswertesoftware währenddessen ständig aktiv, d.h. der Prüfdurchlauf wird durch die Übermittlung des Kamerabildes an den Framegrabber ausgelöst. Zur Zeitersparnis wird nur der relevante Bildbereich von ca. 500 * 200 Bildpunkten auch tatsächlich an die Auswertesoftware übertragen.

Die verwendeten Etiketten kommen in vielen verschiedenen Farbkombinationen vor, die häufig nur sehr wenig Kontrast aufweisen. Daher wird das Bild zunächst einer Vorverarbeitung zur Kontrastverbesserung unterzogen. Danach wird eine Feinpositionierung anhand des dunklen Balkens vorgenommen, in dem sich die Zeichen befinden müssen. Zu diesem Zweck wird eine Ecke des Balkens mit einem Korrelationsverfahren gesucht. Durch die großflächige Gestalt dieses Suchmusters konnte die Suche auf wenige charakteristische Punkte eingeschränkt werden, wodurch ein sehr schnelles und stabiles Suchverhalten erreicht wurde.

Bedingt durch die Art der Aufbringung, sind die einzelnen Zeichen nicht zusammenhängend, sondern bestehen aus separaten Strichen. Wenn ein Zeichen sehr dicht am Rand des dunklen Balkens aufgebracht wird, kann einer dieser Striche mit dem Hintergrund verschmelzen. Da die Gesamtgestalt des Zeichens sich dadurch unter Umständen nur wenig ändert, müssen zur Detektierung dieser Fehlerart die einzelnen Striche gezählt werden. Hierzu werden innerhalb des dunklen Balkens relativ zur gefundenen Position zwei neue Suchbereiche gesetzt. In diesen Bereichen werden mit einem Schwellwertverfahren die einzelnen Striche der Zeichen vom Hintergrund isoliert und nachfolgend gezählt. Das Auswerteprogramm ignoriert dabei Striche, die so dicht am Rand des dunklen Balkens liegen, daß sie mit dem hellen Umfeld verschmelzen. Die Zählung erfolgt separat für Chargennummer und Datum, so daß auch festgestellt werden kann, in welchem Bereich ein Fehler vorlag. Sowohl das vollständige Fehlen eines Zeichens oder Zeichenbestandteils als auch die Verschmelzung mit dem Hintergrund werden also in diesem Stadium ausgeschlossen.

Nur wenn an dieser Stelle kein Fehler auftrat, werden dann im nächsten Schritt sämtliche Zeichen mit einem Korrelationsverfahren als zusammenhängende Objekte vom Hintergrund isoliert, in eine normierte Darstellung überführt und einem neuronalen Klassifikator vorgelegt. Neben der Erkennung der einzelnen Zeichen wird hier auch die Lesequalität bewertet und so eine Rückweisung bei zu geringer Druckqualität vorgenommen, auch wenn die korrekte Zeichenkette aufgebracht wurde.

Bei der Entwicklung dieses Prüfabschnittes war die interaktive Entwicklungsmethode von NeuroCheck von besonderem Vorteil, da auch die Zusammenstellung der Beispieldaten für den Klassifikator vollständig grafisch geführt ist. Das machte es besonders einfach, das System bei Einführung neuer Etiketten oder wechselnder Druckbeschaffenheit anzupassen.

Seit Juni 1996 läuft die Anlage täglich außer Sonntags im 24-Stunden-Betrieb, damals noch in einer etwas einfacheren Form mit Version 3.0. Im November 1997 wurde die Version 4.0 nachgerüstet. Die Prüfanlage hat sich im Fertigungsablauf hervorragend bewährt. Sämtliche Fehlerteile wurden bei sehr niedriger Pseudofehlerrate sicher detektiert. Die komfortable Entwicklung der Bildverarbeitungsanwendung auf der Basis marktgängiger Standardkomponenten ermöglichte dabei eine schnelle und kostengünstige Lösung dieser Qualitätssicherungsaufgabe.

Weitere Informationen A QE 411