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Intelligente Lösungen

Qualitätsprüfung hat viele Gesichter
Intelligente Lösungen

Panasonic blickt auf jahrzehntelange Erfahrung in der Automatisierungstechnik zurück und kann dem Kunden aus einem vielfältigen Produktspektrum überzeugende Lösungskonzepte anbieten. Ein Teilbereich davon ist die visuelle Qualitätskontrolle mit Hilfe von industrieller Bildverarbeitung.

Dipl.-Ing. (Univ.) Brigitte Geier, Applikationsingenieurin der Abt. Bildverarbeitung bei Matsushita Electric Works (Europe) AG in Holzkirchen

Egal, ob es sich um Anwesenheitskontrolle, Längenprüfung oder das Lesen von Codes und Schriften handelt, Qualität ist dabei oft das Ziel dieser Kontrollen. Wie vielfältig Lösungen für diese Anwendungen aussehen können, hängt in erster Linie von den Prüfungsanforderungen des jeweiligen Produktes ab. Verpackung beispielsweise ist ein wichtiges Produktmerkmal, sowohl für den Hersteller als auch für den Kunden. Sie ist Verkaufs-, Schutz-, Transport- und Informationsmedium zugleich. Auch verpackungslose Produkte weisen eine Vielzahl an Prüfmerkmalen auf, wie zum Beispiel Einkerbungen, Stanzungen und Riffelungen an Metallteilen. Dieser Umstand erfordert bei der Qualitätssicherung flexible und zuverlässige Lösungen. Im Folgenden werden Applikationsbeispiele beschrieben, die mit den aktuellen Bildverarbeitungssystemen LightPix, AX40 und P400S der Firma Panasonic gelöst wurden.
Anwesenheitsprüfung mit intelligentem Sensor
Reflektierende Metallringe mit einer einseitig eingeprägten Rändelung werden auf einem Förderband transportiert. Mit Hilfe des intelligenten Sensors LightPix wird zuverlässig und schnell erkannt, in welcher Seitenlage sich der Ring befindet. Das heißt, liegt die Rändelung linksseitig, wie gewünscht, oder rechtsseitig. Zur Typbestimmung wird die Dicke der Rändelung überprüft. Dazu wird die Farbe der dunklen Rändelung dem Gerät eingelernt.
Für die Prüfung wird im Bildausschnitt linksseitig ein Prüffenster gesetzt, das an dieser Stelle die Anzahl der dunklen Rändelungs-Pixel zusammenzählt. Als Ergebnis wird diese Pixelfläche am Display als Fläche in [mm²] dargestellt. Die Auswertung erfolgt dann folgendermaßen: Werden gemäß der Toleranzgrenzen genügend schwarze Pixel detektiert, liegt die Rändelung links. Werden keine schwarzen Pixel detektiert, da sich nur weiße Pixel im Suchbereich befinden, hat der Metallring die Rändelung rechts liegend. Anhand der Flächengröße werden die Metallringe grob in Typen verschiedener Rändelungsdicke eingeteilt. Dazu kann dieser Wert über die RS485 Schnittstelle ausgegeben und extern, z.B. durch eine Steuerung, ausgewertet werden.
Der Vorteil des intelligenten Sensors gegenüber einem herkömmlichen Sensor liegt dabei darin, dass mit dieser Messmethode die reflektierende Oberfläche des Metallrings die Prüfung nicht stört und gleichzeitig Rändelungen unterschiedlicher Dicke gemessen werden können.
Verpackungskontrolle durch Farb- und Grauwertmessung
Arzneimittellösung wird in kleine Ampullen abgefüllt und anschließend werden die fertigen Ampullen in der Verpackung abgezählt und kontrolliert.
Überprüft wird dies anhand zweier Kriterien: zum einen, ob die verschlossene Ampulle mit Flüssigkeit befüllt wurde, und zum anderen, ob der Ampullenkopf auf dem Ampullenkörper sitzt. Die Anwesenheit der Flüssigkeit lässt sich am Reflex der Luftblase in der Flüssigkeit erkennen. Ist die Luftblase vorhanden, sprich ist Flüssigkeit in der Ampulle, detektiert man auf der Prüflinie drei helle Kanten. Ist dagegen keine Flüssigkeit im Glaskörper, findet man nur eine helle Kante. Für das Prüfen des zweiten Kriteriums nutzt man die bunten Farbringe am Ampullenkopf. Die Farben grün, blau und rot werden jeweils einzeln eingelernt. Es wird in einem festgelegten Bildbereich nach diesen Farbstreifen gesucht. Sitzt der Kopf korrekt am Körper, erscheint jeder Farbstreifen genau einmal. Liegt der Kopf nur lose in der Verpackung, erhält man aufgrund der Schräglage des Kopfes jeden Farbstreifen doppelt. Ist der Kopf gar nicht vorhanden, werden gar keine Farbringe erkannt. Die Anzahl der Kanten aus dem ersten Prüfkriterium und die Anzahl der Farbstreifen aus dem zweiten Kriterium werden im internen Rechenmenü des Controllers berechnet und bewertet. Als Ergebnis erhält man, ob die Ampulle in Ordnung oder nicht in Ordnung ist.
Da im Grauwertbild die drei Farbringe nicht stabil unterschieden werden konnten, entschied man sich in diesem Fall für die Farbbildverarbeitung durch den Imagechecker AX40. Dieses Bildverarbeitungssystem hat beide Möglichkeiten integriert. Es kann die Kanten der Luftblase im Grauwertbild messen und zeitgleich die bunten Farbringe im Farbbild prüfen.
Lesen mit Barcode-Reader und Schriftenerkennung
Bei dieser Anwendung wird der rückseitige Aufkleber eines Kosmetikartikels überprüft. Zur Vorpositionierung der Prüfalgorithmen wird die deutlich zu erkennende, rechteckige Kontur des weißen Barcodefeldes verwendet. Anhand dieser Position wird am oberen und unteren Bildrand der Abstand zwischen Etikett und Plastikrand gemessen. Damit soll ermittelt werden, ob das Etikett richtig aufgeklebt ist, über den Rand hinaus steht oder um 90° verdreht ist. Dieser Abstand kann als Pixelanzahl oder mit vorheriger Kalibrierung in der Maßeinheit [mm] ausgegeben werden. Ebenfalls vorpositioniert werden durch die Ausrichtung der Rechteckkontur die beiden Suchbereiche für die Schrift und den Barcode. Zum Lesen der Schrift wird vorab diese Schriftart eingelernt und als so genannter Font gespeichert. In dem Font liegen dann alle Buchstaben und alle Zahlen in Form von mehreren Musterausprägungen vor. Während der Prüfung werden im Suchbereich einzelne Segmente isoliert und mit den Mustern der Schriftzeichen des Fonts verglichen. Das Schriftzeichen mit dem größten Korrelationswert wird als Ergebnis ausgegeben. Die Anwendung des Barcode-Lesers ist sehr einfach. Nachdem der Suchbereich festgelegt ist, wird nur noch der Barcodetyp als Parameter ausgewählt und das Ergebnis in Form einer Zahlenfolge ausgegeben.
Diese Lösung des Kompaktsystems P400S basiert auf leistungsstarken Prüfalgorithmen: dem Konturvergleich, der selbst bei großen Hintergrundstörungen die Kontur zuverlässig erkennt, dem Code-Leser, der mit wenigen Handgriffen schnell zu parametrisieren ist und dem OCR (Optical Character Recognition), das selbst handschriftliche Schriftzeichen lesen kann. Ebenso können mit diesem Bildverarbeitungssystem auch 2D-Codes geprüft werden, selbst wenn Teile der Matrix fehlen. P400S ist somit ein leistungsfähiges Bildverarbeitungssystem, das eine kompakte Bauform aufweist und dennoch die Leistung eines PC-Systems hat. Die drei beschriebenen Anwendungsbeispiele stellen nur einen kleinen Ausschnitt der vielseitigen Lösungsansätze mit Hilfe von Bildverarbeitungssystemen dar. Das Ziel einer jeden Anwendung ist jedoch immer gleich: das zu überprüfende Merkmal eines Produktes durch eine geeignete Beleuchtung für die Kamera des Systems erkennbar zu machen und im Folgenden dieses Merkmal mit geeigneten Prüfalgorithmen im Sinne der geforderten Qualität zu bewerten.
Matsushita Electric Works Deutschland, Holzkirchen
QE 520
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