Genial einfach

Dipl.-Ing. Jürgen Oehlmann, Geschäftsführer Lioba Friese-Oehlmann, visolution GmbH, Kandel

Das visolution-Bildverarbeitungssystem wird am Ende eines zentralen Förderbandes von beliebig vielen Spritzgussmaschinen eingesetzt. Es dient zunächst der Identifikation von Spritzgussteilen. Anschließend daran werden die Teile auf Grund des Codes automatisch auf verschiedene Ausschleusbänder sortiert.

Wichtig hierbei ist die Erzeugung des Ringcodes in der Urform, das heißt in dem Spritzgusswerkzeug. Dadurch bleibt der Code unverwechselbar mit dem Teil für dessen gesamte Lebensdauer verbunden. Mit Hilfe des Codes können über die Anlage auch weitere Daten, wie z.B. verpackungsspezifische Daten verbunden werden, so dass die sortierten Teile von einer Folieneinschweißmaschine typspezifisch verpackt werden können.

Die Vorteile des urgeformten Ringcodes gegenüber herkömmlichen Kodierungen bestehen vor allem darin, dass der Ringcode für die gesamte Lebensdauer des Spritzgussteiles erhalten bleibt und nicht verwechselt werden kann. Es können zusätzliche Fehlerquellen ausgeschlossen werden, die die Teile unbrauchbar machen würden. Der Ringcode kann nicht versehentlich entfernt werden oder abfallen, wie zum Beispiel Etiketten. Er kann nicht falsch aufgebracht werden, wie zum Beispiel durch falsch programmierte Drucker oder Gravurmaschinen.

Von nicht unerheblicher Bedeutung ist, dass hier keine zusätzlichen Kosten für Verbrauchsmaterial oder weitere Maschinen anfallen. Es werden deren Anschaffungs-, Integrations-, Installations- und Wartungskosten eingespart.

Wichtig für zum Beispiel den Pharma- oder Lebensmittelbereich ist bei dieser Kodierungsform, dass die Teile nicht verunreinigt werden. Auch werden Sie nicht mechanisch, wie bei Gravurkodierung, oder thermisch, wie bei Lasercodierung, belastet.

Die Vorteile des Codes in Ringform liegen in seiner einfachen Herstellung, wie durch das Drehen von konzentrischen Kreisen auf einer Drehbank. Insbesondere ist der Ringcode für die Identifikation robust zu handhaben. Er kann im Gegensatz zu anderen Kodierverfahren, wie Zahlen- oder Barcode, in jeder beliebigen Drehlage beliebig oft ausgelesen werden. Durch diese Mehrfachredundanz wird die Identifikation in besonders hohem Maße sichergestellt. Verwechslungen sind 100%ig ausgeschlossen.

Der Code wird durch das Einbringen von konzentrischen Ringen in die Angussbüchse (Verschleißteil) im Werkzeug erzeugt (Bild 1). Dabei erscheinen die gedrehten Ringe im Spritzgussteil erhaben, wodurch der Ringcode dreidimensional ist. Die Anzahl der Ringe ist durch die geometrischen Abmessungen der Angussbüchse begrenzt.

Für das Bildverarbeitungssystem werden die folgenden drei Ringe benötigt: Der innere und der äußere Fangring, sowie ein Ring, zur Parityprüfung (Bild 2). Der innere und der äußere Fangring werden zur Maßstabsberechnung verwendet. Dadurch wird die Position der restlichen Ringe festgestellt.

Die anderen Ringe entsprechen unterschiedlichen Bits, so dass durch Einbringen und Weglassen von Ringen eine beliebige Bitkombination erzeugt werden kann. Beim Urprozess muss festgelegt werden, wie viele Ringe bzw. wie viel Bitkombinationen erzeugt bzw. benötigt werden, abhängig von der Anzahl der zu unterscheidenden Teile. Dabei entsprechen die eingedrehten Ringe der binären Zahl „1“, die nicht eingedrehten Ringe der binären Zahl „0“.

Bei zum Beispiel 128 (= 27) verschiedenen Teilen werden 7 Datenringe benötigt. Insgesamt werden somit 10 Ringe zur Codierung eingesetzt.

Eine Erweiterung des Codes bietet noch mehr Möglichkeiten. Außer geschlossenen konzentrischen Ringen können auch Ringsegmente in verschiedenen Kombinationen für eine Kodierung verwendet werden, wodurch die Anzahl der Kodiermöglichkeiten um ein Vielfaches gesteigert wird. Bei geschlossenen Kreisen sind bei vier Datenringen 24 = 16 verschiedene Kodierungen möglich. Werden diese vier Datenringe jeweils in vier Segmente aufgeteilt, dann existieren bereits 164 = 65536 Kodierungen! Entsprechend steigen die Möglichkeiten der Kodierungen bei noch mehr Datenringen bzw. Unterteilungen der einzelnen Ringe in noch mehr Segmente.

Das Spritzgussteil wird mit einer Transport-einrichtung so vor die Kamera geführt, dass der Ringcode sichtbar ist (Bild 3). Es wird ein Auflichtbeleuchtungsmodul beleuchtet. Die gesetzten Bits (Bit = 1) werden dunkel und die nicht gesetzten Bits (Bit = 0) hell dargestellt (Bild 4, 5). Vor der Beleuchtung und vor dem Objektiv sind spezielle Filter zur Kontrastverstärkung angebracht. Die eingesetzte Spezialkamera hat eine „Autoshutter Belichtungssteuerung“. Diese Funktion ermöglicht es, trotz extremer Helligkeitsunterschiede bei weißen und schwarzen Spritzgussteilen, eine Unter- bzw. Übersteuerung der Bildaufnahme zu vermeiden.

Technisch bedingt können verschiedene Gegebenheiten auftreten, die bei der Auswertung des Ringcodes besonderer Anforderungen bedürfen: Durch den Spalt zwischen der Angussbuchse und dem Werkzeug (siehe Bild 1 und 5) kann eine Überspritzung vorkommen, die ähnliche Abbildungseigenschaften wie die Ringe aufweisen können. Weiterhin treten Reflektionen auf der äußersten Spitze des Ringes auf, die das Auswertebild entsprechend verschlechtern. Aus diesen Gründen werden zwei angepasste bildverbessernde Softwarefilter und ein nachgeschalteter Kontrastfilter eingesetzt.

Sämtliche geometrische Vorgaben des Ringcodes werden bei der Softwareauswertung berücksichtigt. Redundant gelesene Informationen erhöhen die Datensicherheit und eine „n aus m Entscheidung“ verringert die Reject-rate erheblich (m = Anzahl der Messfenster, n = Mindestanzahl der identischen Ergebnisse). Daher werden an die Qualität der Kontur der Ringe keine besonderen Anforderungen gestellt, ohne dass dies die Auswertefähigkeit beeinträchtigt.

Um bei der gestellten Aufgabe eine robuste Erkennung zu gewährleisten, wurden verschiedene Bildverarbeitungsverfahren in den Bereichen Beleuchtungstechnik, optische Filterung, variabler Integrationszeit, digitale Filterung, modellbasiertes Wissen und Kombinatorik miteinander in Einklang gebracht.

In einer zentralen (vernetzten) Datentabelle können zu jedem Ringcode (Spritzgussteil) typspezifische Daten hinterlegt werden. Nach der Identifikation werden alle Daten, die hinter der Ringcodenummer hinterlegt sind, über eine Schnittstelle (zum Beispiel Profibusschnittstelle) an die übergeordnete Anlage gesendet. Diese zusätzlichen Daten können zum Beispiel relevant für den Prozess in einer Verpackungsmaschine sein.

Mit der Erfindung des Ringcodes eröffnet die visolution ungeahnte Möglichkeiten der Kodierung von Spritzgussteilen. Mehrere visolution-Bildverarbeitungssysteme sind bei einem großen Spritzgussteilhersteller für die Identifikation von zahlreichen unterschiedlichen Spritzgussteilen im Einsatz, um die Qualität der gesamten Produktion zu gewährleisten. Durch die automatische sortenreine Sortierung können Logistikprozesse in der Verpackung und im Versand optimal gelöst werden.