Das Erscheinungsbild eines Produktes hat im Kundenkreis der Kosmetik eine sehr hohe Bedeutung und wird mit seiner Qualität in direkte Beziehung gesetzt. Markenartikel müssen sich durch eine perfekte makellose Optik auszeichnen. Die Qualitätskontrolle des Unternehmens Schwan-Stabilo Cosmetics GmbH bei Nürnberg nimmt diese Aufgabe sehr ernst.
Dipl.-Ing. Kamillo Weiß, Fachjournalist, Leinfelden-Echterdingen
Dieses Unternehmen stellt hochwertige Kosmetikprodukte für verschiedene internationale Markenfirmen her. Ein perfektes Erscheinungsbild gehört zum Markenimage. Markenfirmen der Kosmetikbranche verpflichten deshalb ihre Zulieferer zu absolut fehlerfreien Produkten. Ein scheinbar simples Produkt wie Schminkstifte stellen an die Qualitätskontrolle Anforderungen, die manuell nicht mehr wirtschaftlich gelöst werden können. In einer Charge von 10 000 Stück ‘lip-liner’ darf kein einziger fehlerbehafteter Stift dabei sein, sonst kann die ganze Charge als Reklamation zurückkommen. Das sind Qualitätsanforderungen wie sie auch bei den Zulieferern in der Automobilindustrie Standard sind. Hier kann man nicht mehr von einer hundertprozentigen Qualitätskontrolle sprechen, sondern es geht um die viel höhere Anforderung in Richtung von ppm (parts per million).
Auf die Spitze getrieben
Neben den Qualitätsmerkmalen in der Beschaffenheit des gesamten Stiftes mit Aufdruck und Verschlusskappe gilt ein Schminkstift in Bezug auf die Stiftspitze unter folgenden Kriterien als fehlerhaft:
l Der Stift an der Mine ist schlecht ange spitzt. (Abgebrochene oder eingekerbte Minenspitze)
l Nur angespitztes Holz ist vorhanden. (Die Mine fehlt an dieser Stelle.)
l Das Holz am Übergang zur zugespitzten Mine ist ausgefranst.
l Die Mine ist aussermittig im Holz einge- bettet und entsprechend ungleichmässig angespitzt.
l Der Stift hat eine falsche Minenfarbe. (Er ist versehentlich in die falsche Charge geraten.)
Diese hohe Qualitätsanforderung liegt einerseits in der Vermeidung möglicher selbst geringfügiger Verletzungen durch fehlerhafte Ware und daraus folgenden Haftungsgründen und andererseits im optischen Erscheinungsbild. Eine angespitzte nur aus Holz bestehende Stiftspitze (bei der die Mine fehlt) oder eine angespitzte aussermittig eingebettete Mine kann eventuell beim Schminken am Auge zu Verletzungen führen. Eine abgebrochene, unsauber zugespitzte oder aussermittige Minenspitze ist ein schlechtes Erscheinungsbild und gilt als Ausschuss. Diese Anforderungen waren unter anderem auch Bestandteil des Pflichtenheftes für die Problemlösung mittels der Kontrolle durch ein Visionsystem.
Dazu Manfred Dinkel, Abteilungsleiter in der Betriebsmittelplanung von Schwan-Stabilo in Heroldsberg: „Früher waren manche Chargen mit etwas problematischen Materialeigenschaften der Mine beim maschinellen Spitzvorgang mit häufigeren Fehlern behaftet. Hier musste eine geschulte Person die Produktion ständig überwachen und manuell in Augenschein nehmen. Dabei wurden aber immer noch Fehler übersehen, da ja nicht jeder Stift einzeln gedreht werden konnte. Das war im Hinblick auf wirtschaftliche Aspekte und unsere Anforderungen für die QS und ISO 9000 Zertifizierung nicht mehr tragbar.“
Starke Kombination
Erfahrungen im Einsatz mit Visionsystemen lagen bereits vor und man wollte auch diese Aufgaben mit einem Visionsystem lösen. Die Problemstellung wurde verschiedenen Anbietern von Visionsystemen gestellt. Die Entscheidung fiel auf das System Checkpoint 900 C, nicht nur weil man mit dem weltweit grössten Anbieter arbeiten wollte, sondern vor allem auch weil durch die umfassende Technologie vieles vereinfacht werden konnte. Das betrifft insbesondere auch die einfache Bedienung, Programmierung und Flexibilität. Mit Checkpoint 900 C läuft alles über eine Videokamera, eine PC-Einsteckkarte und Vision-Software. In alternativer Lösung wäre eine Frame-Grabber, eine IO-Karte, PC mit Software sowie eine Farbkamera und eine Graubildkamera notwendig gewesen.
Durch die Applikation mit Checkpoint und seinen integrierten Schnittstellen wurde eine hohe Schnelligkeit und Genauigkeit erzielt und das gesamte System konnte wesentlich kompakter, flexibler und einfacher aufgebaut werden. Sowohl die Farbbildverarbeitung für die absolut sichere Erkennung der Minenfarbe als auch die Konturvermessung der Stiftspitze durch Graubild konnte mit dieser Kamera-Lösung gleichzeitig und sehr schnell über nur ein System ablaufen.
Die Farberkennung zeigte sich als so feinfühlig, dass selbst bei pastellnen Minenfarben identisch zur Holzfarbe eine sichere Unterscheidung zwischen reiner Holzspitze oder Holz mit Mine zuverlässig gewährleistet war. Selbst wenn einmal ein Schminkstift mit geringfügig unterschiedlicher Farbe einer anderen Charge versehentlich in die laufende Produktion geriet, wurde der Stift exakt erkannt und aussortiert. Das liegt an der Fähigkeit von Checkpoint sehr feine kundenspezifische Farbtransformationen durchzuführen. Die RGB-Werte der Kamera werden in die besser zu verarbeitenden Werte von Farbart, Farbsättigung und Helligkeit transformiert. Diese sogenannte HSI-Transformation gewährleistet die sichere Bestimmung der Farbart sowie feinste Selektierbarkeit nach Farbkanälen. Diese Farbkanäle können direkt der Graubildverarbeitung zur Verfügung gestellt werden. Ausserdem stehen Kombinationen der Farbsubtraktion, -addition als auch der Grauwerte zur Verfügung, womit beliebige Farbwerte definiert und herausgearbeitet werden können.
Wie bereits in seiner sehr erfolgreichen Graubildverarbeitung hat Cognex auch im Bereich von Color-Vision besonders zuverlässige Softwarealgorithmen und -tools entwickelt.
Im Sekundentakt
Gefordert war eine möglichst hohe Taktrate, die sich im Bereich von einer Sekunde pro geprüftem Stift bewegen sollte. Eine Aufgabe die vom Visionsystem einiges an Leistung abverlangt, denn jeder Stift muss während einer kompletten Umdrehung von 360° in der Kontur überprüft werden. Mit 18 Bildern pro Sekunde wird der gesamte Spitzenumfang von gleichzeitig vier Schminkstiften durch Drehung des Stiftes kontrolliert. Der Messplatz liegt in einer vom Umgebungslicht abgeschossenen Box. Im Auflicht erfolgt die Kontrolle mit der Farbbildverarbeitung und nach schneller Umschaltung folgt im Durchlicht die Konturvermessung. Am Bildschirm über der Box kann der ganze Prüfprozess kontinuierlich verfolgt und kontrolliert werden.
Die Leistungsfähigkeit von Checkpoint 900C ist damit noch längst nicht ausgeschöpft. Das Visionsystem könnte auch noch wesentlich kürzere Taktraten realisieren, aber auch die gesamte Mechanik des Stiftetransportes und der Stiftdrehung muss dann auf eine Geschwindigkeitssteigerung ausgelegt werden. Dementsprechend sieht Herr Dinkel im Hinblick auf die vielen Chargen von jeweils 10 000 Stück sehr wohl noch weitere Steigerungsmöglichkeiten. Gegenüber der vormals manuellen Produktionskontrolle erzielte er die Einsparung einer qualitätsgeschulten Mitarbeiterin, welche nun anderweitig viel nutzbringender eingesetzt werden kann. Selbst unter Berücksichtigung des höheren Aufwandes in der Produktionslinie durch aufwendigere Mechanik, SPS, Steuerungssoftware usw. geht man bei Schwan-Stabilo davon aus, dass sich das Visionsystem bereits nach einem Jahr amortisiert hat. So ist es kein Wunder, dass bereits zwei Color-Visionsysteme Checkpoint 900 C in der Produktion integriert sind. Sehr positiv bewertet Herr Dinkel die Erfahrungen mit dem Hersteller in der Entwicklung, Installation und insbesondere auch im schnellen zuverlässigen Service. Im Oktober 1998 hat das dritte Color-Visionsystem seine Arbeit aufgenommen. Dabei wurden noch weitere Qualitätsmerkmale im System integriert.
Einfache Bedienung und Programmierung
Die Installation weiterer Systeme mit Checkpoint 900 C ist das Ergebnis von positiven Erfahrungen in der einfachen Bedienung, Programmierung und Wartung. War man früher im Hardwareservice und in der Visionprogrammierung von externen Fachleuten abhängig, so erfolgt heute der EDV-Hardwareservice fast vollständig im eigenen Hause. Das gilt aber auch für die Anpassungen und Änderungen in der Programmierung der Bildverarbeitung. Die Bedienoberfläche des Visionsystems mit seinen Einstellmenüs konnte entsprechend den Wünschen von Schwan-Stabilo gestaltet werden. Das Einlernen neuer Minenfarbnuancen kann das Maschinenpersonal sehr schnell durchführen. Gegenüber früher ist man bei diesem Kosmetikhersteller jetzt wesentlich flexibler und reaktionsschneller, weil eine Änderung im Programm von hauseigenen Mitarbeitern innerhalb weniger Minuten bewältigt werden kann. Da Checkpoint 900 C mit allen Schnittstellen unter Windows NT ausgestattet ist, erwies sich die Anbindung an Steuerungen als auch für die Auswertung in Statistischen Programmen recht einfach.
Weitere Informationen A QE 404
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