Ohne umfassende Qualitätssicherung und weitreichende Kontrollmechanismen sind hochautomatisierte Abläufe heute nicht mehr realisierbar. Verlässliche Prüfsysteme und -verfahren, die sich gut in die jeweilige Automatisierungslandschaft einbinden lassen, werden dadurch zur Notwendigkeit. Kein Wunder also, dass sich die automatische Bildverarbeitung ein breit gefächertes Anwendungsspektrum erschlossen hat. Ausgereifte Komponenten kombiniert mit viel Know-how und langjähriger Erfahrung der Systemanbieter ermöglichen mittlerweile kostengünstige, schnell realisierbare Lösungen ebenso wie Systeme für ausgefallene Aufgabenstellungen. Die im Folgenden beschriebene Applikation zeigt, in welche Bereiche moderne Bildverarbeitungssysteme inzwischen vordringen.
Dipl.-Ing.(FH) Dietrich Homburg und Ellen-Christine Reiff, Redaktionsbüro Stutensee
Die Schrifterkennung, auch bekannt unter dem Begriff OCR (optical character recognition) ist für heutige Bildverarbeitungssysteme eigentlich eine alltägliche Aufgabe. Sie wird in zahllosen industriellen Bereichen zur Qualitätssicherung eingesetzt. Es gibt jedoch Einsatzbereiche, bei denen die Anforderungen an die Systeme weit über das übliche Maß hinaus gehen. Ein typisches Beispiel hierfür liefert eine Entwicklung, die an einer modernen Druckmaschine im Berliner Werk der Philip Morris GmbH eingesetzt ist.
Kontrolle während der Bewegung
Die Druckmaschine mit dem bezeichnenden Namen Speed master SM52 von der Heidelberger Druckmaschinen AG macht ihrem Namen alle Ehre: Pro Stunde kann sie bis zu 15.000 Bogen bedrucken, das entspricht 250 Bogen pro Minute. Bei einer solchen Geschwindigkeit im Rahmen der Druckbogenkontrolle bestimmte Zeichenfolgen zuverlässig zu erkennen, verlangt dem eingesetzten Bildverarbeitungssystem Einiges ab: Die Bogen werden zwar vereinzelt und getaktet zugeführt; die Anwendung verlangt es jedoch, dass während der Bewegung kontrolliert wird.
Für diese Hochgeschwindigkeitsanwendung wurde durch die Firmen aviCOM und OMRON Electronics eine maßgeschneiderte Lösung für Philip Morris gefunden. Die aviCOM GmbH, Berlin, gilt als Spezialist für die Planung und Realisierung individueller Bildverarbeitungslösungen. Eingesetzt werden dabei hauptsächlich Komponenten und Systeme aus dem breiten Programm der OMRON Electronics. In der beschriebenen Applikation fiel die Wahl auf das kompakte Bildverarbeitungssystem OMRON F210, das sich nicht nur für extrem hohe Arbeitsgeschwindigkeiten eignet, sondern obendrein auch noch einfach zu bedienen ist und gute Einbindungsmöglichkeiten in die vorhandene Automatisierungsumgebung bietet.
Perfekte Integration in die Anwendung
Das komplette System besteht im Prinzip aus drei Komponenten: einer Kamera mit integrierter Optik und intelligenter Beleuchtung, einem leistungsfähigen Controller für die Verarbeitung und Auswertung der Kamerabilder sowie einer komfortablen Bedieneinheit. Die Kamera (Bild 1) wurde an der Druckmaschine so montiert, dass sie in einem definierten Bildfeld auf jedem Einzelbogen den Aufdruck erfassen kann, der zur Kontrolle aufgebracht ist. Diese Zeichenfolge wird vom Controller mit den vom Bediener vorgegebenen Sollzeichen verglichen. Bei falschen Zeichen, verdrehter Lage des Bogens oder unbedrucktem Bogen (Weißbogen) gibt der Controller (Bild 2) ein Schlechtsignal aus, das einen Maschinenstopp auslöst. Dadurch wird zuverlässig verhindert, dass die Druckmaschine Falschbögen einzieht und weiterverarbeitet.
Die Triggerung übernimmt ein spezieller Sensor, ebenfalls aus dem Hause OMRON, der nach dem Start der Druckmaschine jede Umdrehung der Welle erkennt, und die Bildaufnahme initialisiert. Unmittelbar nach dem Einschalten der Maschine sind die Abstände der Bögen jedoch noch nicht klar definiert. Diese Zustände in der Übergangsphase würden eigentlich zu einem Schlecht-Signal und damit zu einem ungewollten Maschinenstopp führen. Das ließ sich jedoch durch eine geschickte Gestaltung der Messvorschrift und systeminterne Verknüpfungen in der der Bildverarbeitung überbrücken.
Komfortable Programmierung
Unterstützt wurde diese Lösung durch die komfortablen Möglichkeiten zur Makroprogrammierung, die der Controller bietet. Zur Erstellung von Flussdiagrammen beispielsweise muss man nur die benötigten Verarbeitungsfunktionen aus einer Bibliothek auswählen und miteinander verknüpfen. Einfache Befehle ermöglichen den direkten Zugriff auf alle Ein- und Ausgänge sowie die Benutzeroberfläche. Prüfvorschriften oder spezielle Menüs lassen sich einfach erstellen, modifizieren und an die jeweiligen Anforderungen anpassen.
„Diese Möglichkeiten, die das Bildverarbeitungssystem bietet, hat uns die Einbindung der Druckkontrolle in die Maschine erheblich erleichtert“, fasst Peter Lakomy, Projektleiter bei aviCOM, die Vorteile des Systems zusammen. „Um die Bildverarbeitung in die Druckmaschine zu integrieren, waren keine Eingriffe ins übergeordnete System notwendig. Wir konnten Bildverarbeitungssystem perfekt an die Applikation anpassen und dabei gleichzeitig die Wünsche unseres Kunden in puncto Bedienung erfüllen“, ergänzt Peter Lakomy.
Bedienung angepasst an die Anwenderwünsche
Der Controller wurde – gemeinsam mit weiteren Hardwarekomponenten – komplett in einem Bedienpult untergebracht, das gut zugänglich neben der Druckmaschine platziert ist (Bild 3). In die Oberseite des Pultes wurde das Bedienterminal integriert (Bild 4). Es verfügt über eine Videoschnittstelle, man kann sich dadurch das von der Kamera aufgenommene Bild auch ansehen. Bei einem Maschinenstopp aufgrund eines Schlecht-Signals der Bildverarbeitung beispielsweise sieht der Bediener die Ursache dadurch auf den ersten Blick.
Die Bedienung ist praxisgerecht. Mit Hilfe der Makroprogrammierung wurde die Funktionalität der sonst bei diesem Bildverarbeitungssystem üblichen Handkonsole vollständig emuliert. Die Sollwerte beispielsweise kann der Bediener dadurch sehr einfach ändern. Eine grafische, übersichtlich gestaltete Benutzeroberfläche unterstützt ihn dabei. Sämtliche Änderungen werden auf dem Controller automatisch (ebenfalls über einen Makro) gespeichert; bleiben also auch nach einer Unterbrechung der Stromversorgung erhalten. Der integrierte Passwortschutz verhindert Veränderungen durch Unbefugte.
Einmal mehr haben moderne Bildverarbeitungssysteme damit beweisen, dass sich selbst Applikationen mit sehr hohen Anforderungen an die Leistungsfähigkeit effizient und benutzerfreundlich realisieren lassen. Die Druckbogenkontrolle an der schnellen Druckmaschine jedenfalls hat sich mittlerweile im Einsatz bewährt und funktioniert zur vollsten Zufriedenheit der Betreiber.
Omron Electronics, Langenfeld
QE 540
Teilen:
