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Pharmaunternehmen stellen Prüfaufgaben, die sich nicht mehr durch den Einsatz von 2D-Kameras lösen lassen. Deshalb setzt Scanware, Anbieter von Inspektionssystemen, seit nunmehr zehn Jahren bei der Erarbeitung kundenspezifischer Lösungen auf die hochauflösende und vielseitig applizierbare 3D-Vision-Kamera von Sick.
„Wir suchten eine Lösung, um die Qualität versiegelter Aluminiumblister sicherzustellen. Um die Qualität des Pharmaprodukts nicht zu gefährden, sollten kleinste Verformungen im Aluminium festgestellt werden, die durch den Transport in der Maschine entstehen“, sagt Harald Mätzig, Geschäftsführer bei Scanware. Um diese Aufgabenstellung zu lösen, wurden Versuche mit Schwarzweiß- und Farbkameras in Kombination mit verschiedenen Beleuchtungstechniken durchgeführt – erfolglos. „Wir suchten nach einem Produkt, das auf einer sehr schnellen Verpackungsmaschine zum Einsatz kommen sollte. Neben der hohen Auflösung war auch eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit wesentlich“, so Mätzig. Auf der Messe Vision entdeckten er und Kollegen die Streaming-Kamera Ranger C50 von Sick.
2007 baute Scanware die Kamera erstmals auf eine Verpackungsmaschine auf. 2008 begann das Team mit der Weiterentwicklung der bestehenden Bildverarbeitungssysteme Lynx-Spectra CL/HR auf Basis der Farbfüllgut-Kontrolle. Das daraus hervorgehende System Lynx-Spectra 3D ist ein hochauflösendes, lasergestütztes Bildverarbeitungssystem zur 3D-Kontrolle der Geometrie von Folien, Tabletten und Kapseln auf unerwünschte Verformungen jeglicher Art, wie zum Beispiel Druckstellen, Ausbuchtungen oder Abplatzungen.
Dominik Hüfner, Systementwickler bei Scanware: „Das System besteht aus einem Farbteil und einem 3D-Teil mit einer Streaming-Kamera Ranger C50 von Sick, um Produkte auf Farbe, Form und Volumen zu prüfen.“ Die Standardkonfiguration der Ranger C50 erfolgte mit einer X/Y/Z-Auflösung von ≈0,1 mm/Pixel bei einer Bandgeschwindigkeit von bis zu 1,5 m/s. „Die Kamera erlaubt es uns, 3D-Daten in sehr hoher Geschwindigkeit mit sehr hoher Qualität zu erzeugen“, so Hüfner. „Das eröffnet uns neue Möglichkeiten, Produktmerkmale zu kontrollieren, die eine 2D-Kamera nicht erfassen kann.“
Erst eine zusätzliche Höhenkontrolle sorgt für das sichere Erkennen von Defekten an Produkt und Verpackung. Wenn Tabletten etwa hochkant stehen, können sie die Siegelfolie durchstoßen und somit den Blister undicht machen. Oder wenn Tabletten in der Mitte auseinandergebrochen sind und nur eine Hälfte im Blister liegt. Hüfner: „Ranger C50 hat es möglich gemacht, solche Defekte in Höhe und Volumen sicher zu erkennen. So können wir mangelhafte Produkte und Verpackungen ausschleusen.“ Das Scanware-System eignet sich sogar für die Kontrolle eines dosierten Volumens kleiner Pulvermengen in Aluminiumblisterstreifen.
Die Erweiterung der bereits vorhandenen Farbsysteme Lynx-Spectra CL/HR um die Streaming-Kamera Ranger von Sick brachte mechanische und elektrische Herausforderungen mit sich. So mussten etwa die Ergebnisse der Kamera mit dem Farbsystem verknüpft und an die Maschine übergeben werden. Darüber hinaus galt es, die Zeilenkameratechnologie der Ranger C50 in bestehende und neue Verpackungsmaschinen verschiedenster Hersteller zu integrieren.
Somit wurde die Kamera vollständig unter dem Echtzeit-Betriebssystem QNX implementiert. Die Bildgenerierung erfolgt über ein Laser-Lichtschnittverfahren. Die Bildaufnahmegeometrie für das Laser-Lichtschnittverfahren wurde in einer Scanware-Beleuchtungseinheit konstruiert, wobei sich die Baugröße der Lasereinheiten durch Spiegelumlenkung verkleinern ließ. Die Nutzung von Ranger C50 setzte einen Frame Grabber und eine Multikamera-Mischkarte voraus, die die zeilenorientierte Bildübertragung unterstützen. Da sämtliche Auswertealgorithmen inhouse entwickelt wurden, konnte Scanware bei der Anpassung des Systems an kundenspezifische Applikationen einen hohen Grad an Flexibilität bei gleichzeitig maximaler Performance erreichen.
Einfache Bedienbarkeit, hohes Maß an Sicherheit
Lynx-Spectra 3D mit der Streaming-Kamera Ranger C50 ist dank seiner Benutzeroberfläche, die der vereinheitlichten Menüstruktur aller Scanware-Systeme entspricht, einfach bedienbar. Die Scanware-Bildverarbeitungsbibliothek ist um 3D-Auswertealgorithmen erweitert. Zum besseren Verständnis der Auswerteergebnisse ist das System mit einer 3D-Visualisierung ausgestattet. Das System ist zertifiziert nach Laserschutzklasse 1 und bietet somit maximale Sicherheit für den Benutzer.
Die Ranger-Kamera verfügt über die sogenannte Multiscan-Funktion, über die sich eine Vielzahl weiterer Objektmerkmale, zum Beispiel Kontrast, Glanz und Laserstreuung, gleichzeitig messen lassen. Somit bietet die Kamera eine bessere Erkennungsleistung bei kontrastarmen Objekten wie etwa Grau auf Aluminium. Die Bereitstellung aller Informationen durch nur eine Ranger-Kamera ermöglicht sichere Entscheidungen und kostengünstige Lösungen.
Mätzig stellt fest: „Die Erfahrungen mit der Ranger-Kamera aus unterschiedlichen Anforderungen bezüglich Geschwindigkeit und Auflösung lassen nun ein breites Spektrum an Kundenanwendungen zu.“ Aufbauend auf den langjährigen guten Erfahrungen Scanwares mit der Streaming-Kamera soll demnächst der neue Systemtyp Lynx-Spectra 3D Color auf den Markt kommen. Er ermöglicht eine pixelgenaue Kombination von 3D- und Farbdaten in einem. In diesem System kommt Sicks 3D-Kamera Colorranger E50 zum Einsatz.
„Colorranger bietet uns die Möglichkeit, 3D-Daten und Farbdaten pixelgenau zu überlagern und somit eine Auswertung von Farbe und 3D in einem Durchgang zu machen“, so Hüfner. Gerade die Reduzierung der Baugröße erlaubt eine bessere Integration in kleine Maschinen und Anlagen. „So lassen sich kundenspezifische Systeme noch kompakter gestalten. Denn jetzt können Farbe und 3D in einem Gehäuse verbaut werden.“ ■
Die Autorin
Nina Hammerin
Produktmanagerin 3D-Vision
Sick IVP
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