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Sicherheit für Babys - Bildverarbeitung meistert kritische Aufgaben

Huhtamaki Packaging

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Die Lieferung von Verpackungen für Babynahrung darf nicht auf die leichte Schulter genommen werden. Die fehlerfreie Etikettierung ist dabei eine  absolute Notwendigkeit. Leistungsstarke Bildverarbeitung meistert diese Aufgabe.

Der bedeutende Lieferant von Verpackungen - Huhtamaki France - fertigt für einen globalen Hersteller von Babynahrung die Behälter in großen Stückzahlen. Die durchsichtigen Deckel der einzelnen Behälter werden mit sehr hoher Geschwindigkeit und in großen Chargen hergestellt. Mit einem Etikett versehen müssen sie den Inhalt des Lebensmittels detailliert ausweisen. Deshalb ist es sehr wichtig, dass jede Lieferung an den Endkunden richtig etikettiert wird. Der ursprüngliche Etikettenlieferant kann jedoch nicht dafür garantieren, dass jede Charge die richtigen Etiketten enthält.

 

Fehlertoleranz Null

Vertauschte Etiketten könnten möglicherweise in der Ernährung des Babys allergische Reaktionen auslösen. Huhtamaki musste daher die sehr hohen Standards berücksichtigen, die in diesem sensiblen Markt gefordert werden. Damit stand das Unternehmen vor der Herausforderung einer Qualitätskontrolle mit der Fehlertoleranz gleich Null. Es galt nicht nur den Endbenutzer vor  Folgeschäden zu schützen, sondern auch den guten Ruf von Huhtamaki und dessen Kunden zu wahren. Angesichts der extrem hohen Produktionsraten ist das ein recht ehrgeiziges und komplexes Ziel.

Alle Produktionslinien im Werk sind vollständig automatisiert und flexibel ausgelegt. Sie laufen mit hoher Geschwindigkeit 24 Stunden pro Tag und 7 Tage die Woche. Auf jeder Linie können verschiedene Produkte hergestellt werden und Umstellungen müssen sehr schnell erfolgen. Die Firmenzentrale südlich von Paris ist ein großer Fertigungsstandort, der sich auf vier Hauptverpackungsarten für die Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie spezialisiert hat. Seine Haupttätigkeitsfelder beinhalten das Formen von Papier, Extrudieren von Kunststoff, Warmformen, Kunststoffspritzguss als auch das Etikettieren in der Form bei dieser Kontrollaufgabe.

Das Unternehmen beliefert fast alle Sparten der Lebensmittelindustrie von Eiscreme und Babynahrung bis hin zu Obst und Gemüse sowie Fleischwaren. In einem derart sensiblen Markt hoher Qualitätsanforderung hat ein Unternehmen keine andere Wahl, als völlig fehlerfreie Produkte zu liefern und dabei gleichzeitig hohe Produktivität zu gewährleisten. Auch seine Beteiligung am HACCP-Konzept (Hazard Analysis and Critical Control Point; Erstellung einer Risikoanalyse an kritischen Kontrollpunkten), das die strikte Einhaltung von Hygienerichtlinien fordert, muss in Betracht gezogen werden.

Sicherheit durch hundertprozentig zuverlässige Bildverarbeitung

Bei einer derart schnellen Produktion ist die Inspektion durch den Menschen nicht machbar. Der Einsatz effizienter Bildverarbeitung ist die einzige Möglichkeit. Didier Lemaire, technischer Leiter von Huhtamaki in Frankreich, hatte bereits Erfahrung mit der Bildverarbeitung. Doch in diesem Fall benötigte er eine schnellere, robustere und vor allem benutzerfreundlichere Lösung. Er wandte sich an Cognex, Weltmarktführer industrieller Bildverarbeitung. Nach eingehender Konsultation und der Erstellung eines detaillierten Pflichtenheftes begann die Zusammenarbeit mit Caire, einem erfahrenen Bildverarbeitungs-Systemintegrator. Dieser übernahm die Implementierung eines Vision-Systems mit kundenspezifischer Benutzeroberfläche, die auch für künftige Weiterentwicklungen gerüstet ist.

Die Produktion erfolgt auf zwei Fertigungslinien. Die Deckel werden auf dem Förderband vorbeigeführt und jeweils mit dem gleichen Aufkleber etikettiert. Die Deckel drehen sich ununterbrochen um 360 Grad, was die vom Visionsystem auszuführenden Aufgaben noch zusätzlich erschwert. Die etikettierten Deckel müssen erst geprüft werden, bevor sie verpackt an den Kunden ausgeliefert werden. Damit die Kontrolle fehlerfrei und vollkommen zuverlässig arbeitet, musste das System in der Lage sein, eine beträchtliche Menge an Informationen in nahezu Echtzeit zu erfassen und zu verarbeiten, um das Ziel einer völligen Fehlerfreiheit zu erreichen.

Das Kontrollsystem war so bedienerfreundlich auszulegen, dass das Personal ohne große Erfahrung in der Bildverarbeitung problemlos und eigenständig mit dem Programm arbeiten konnte. Das  gewährleistet einfache Änderungen und Anpassungen ohne die Zuverlässigkeit der Systemlösung zu gefährden.

 

In-Sight mit PatMax meistert die Aufgabe

Diese anspruchsvolle Aufgabe wurde mit den Vision-Sensoren aus der Familie In-Sight® realisiert. In beide Förderbänder wurden Vision-Sensoren installiert und über die Ethernet-Schnittstelle in das Fertigungsnetzwerk integriert. Diese leistungsstarken hochauflösenden Vision-Sensoren liefern bis zu 60 Vollbilder/Sekunde und ermöglichen durch partielle Bilder sogar wesentliche höhere Bildfrequenzen. Sie sind in herausragender Weise für die raue industrielle Umwelt ausgelegt. Das kleine, spritzwasserdichte und robuste, Aluminiumgehäuse ist mit den abgedichteten runden M 12 Ethernetsteckern ausgestattet, die eine zuverlässige mechanische und elektrische Verbindung garantieren. Der Vision-Sensor verfügt über die Schutzklasse IP67 (NMEA 6) und verfügt über CE, GUL und FCC Zertifizierung. Vorinstalliert ist eine umfangreiche Vision-Bibliothek auf der Basis von PatMax® mit seinen extrem zuverlässigen Visiontools und einzigartigen Fähigkeiten. Diese bislang auf PC-basierten Systemen eingesetzte Vision-Technologie von Cognex bietet äußerst wirkungsvolle Algorithmen. Damit konnten die anspruchsvollen Aufgaben der Bildverarbeitung extrem zuverlässig durchgeführt werden. Das ergibt eine sehr kompakte einfache Installation, schnelle und sichere Programmierung sowie reduzierte Kosten. Die Spreadsheet-Bedienungsoberfläche sichert eine äußerst einfache und schnelle Programmierung. Die Entwicklungsumgebung ‚In-Sight Explorer’ gewährleistet darüber hinaus alle Aspekte einer Implementierung einschließlich der effizienten Verwaltung bis hin zu einem großen Netzwerk von Vision-Sensoren.

Mit Hilfe von PatMax speichert und erkennt das Programm die einwandfreie Produktqualität an Hand vieler Merkmale des Etiketts und deren Position auf dem Deckel. Es besteht kein Bedarf an komplexer Konfiguration von Parametern, so dass Benutzerfreundlichkeit und langfristige Flexibilität gewährleistet ist. Ein Deckel der nicht genau mit dem trainierten Bild übereinstimmt, wird sofort aussortiert. Die Fähigkeit von PatMax, präzise detaillierte Informationen zu erfassen, gewährleistet nicht nur völlige Fehlerfreiheit, sondern auch eine vernachlässigbare Rate fälschlicherweise aussortierter Produkte. Aspekte der Produktdokumentation erschließen wichtige Schritte der Rückverfolgbarkeit.

Dank der Einfachheit und Zuverlässigkeit dieser Visionlösung erreicht Huhtamaki eine konstant hohe Produktivität, ohne die Qualität zu gefährden. Das Unternehmen prüft bereits weitere Einsatzmöglichkeiten dieser  Technologie auch in anderen Produktionsbereichen.

 

Komplexe Vision-Fähigkeiten

In der Vergangenheit basierte in der Bildverarbeitung die Lokalisierung von Objekten oder Kanten auf der so genannten Grauwert-Korrelation. Bei diesem Analyseverfahren werden die Graustufen der Bildpixel mit dem Reverenzobjekt verglichen und daraus die Position berechnet. Dieses Verfahren stößt sehr schnell an die Grenzen seiner Möglichkeiten wenn höchste Präzision gefragt ist und Einflüsse wie zum Beispiel Rotation, Skalierung oder schwankende Beleuchtungs- und Kontrastverhältnisse zu bewältigen sind.

Die patentierten Verfahren der Vision-Software PatMax® von Cognex verwenden im Gegensatz zur Grauwertkorrelation die geometrischen Grundstrukturen von Objekten in einem dreistufigen Verfahren. Zuerst werden die wichtigsten Einzelmerkmale eines Objektes wie Kanten, Abmessungen, Formen, Winkel, Bögen und Schattierungen isoliert identifiziert. Die räumlichen Verhältnisse zwischen diesen zentralen Merkmalen des eintrainieren Bildes werden mit dem Echtzeit-Bild verglichen. Aus der Analyse der geometrischen Informationen sowohl der Merkmale als auch deren räumliche Relation wird dann die Position des Objektes eindeutig und mit höchster Genauigkeit bestimmt. Merkmale wie z.B. Konturen mit geringem Kontrast können dadurch wesentlich zuverlässiger, genauer und schneller erkannt werden.

So erkennt PatMax zum Beispiel an Hand einer Teilkontur sofort, wo es weitere Merkmale trotz Verdrehung, Verschiebung oder Abdeckung finden muss. Nicht mehr das gesamte Aufnahmebild muss erst linear analysiert werden. Das vereinfacht die Merkmalsfindung und macht das Vision-System sehr schnell, flexibel und extrem sicher. PatMax erschließt sehr hohe Auflösungen bis in den Subpixelbereich und sichere Winkelbestimmungen von Objekten bis 0,02 Grad. Das Visiontool ist invariant gegenüber Lage, Orientierung und Maßstabsveränderung des Objektes. Durch gleichzeitige Untersuchung von Kontur und Struktur des Objektbildes werden wechselnde Beleuchtungs- und Kontrastverhältnisse eliminiert.

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