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Bildverarbeitungssystem erkennt fehlerhafte Stapelleisten

AMS Solutions laser inspection

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AMS Solutions entwickelte ein bildverarbeitungsbasiertes Inspektionssystem zum Erfassen von Stapelleisten, die eine Blockade der Stapelanlage in Sägewerken verursachen könnten. Das Bildverarbeitungssystem verwendet Cognex In-Sight Bildverarbeitungs-Tools zur Qualitätskontrolle an der Schnittholz-Bearbeitungslinie und Cognex VisionView Software zum Anzeigen und Einsehen der Inspektionsergebnisse. Das System sichert den unterbrechungsfreien Betrieb von mechanischen Stapelanlagen.

Stapeln im Sägewerk

Nach Zuschneiden des Holzes im Sägewerk wird die Sägeware in Pakete gestapelt und anschließend getrocknet, wobei das Schnittholz in einem auf eine bestimmte Temperatur geheizten Raum getrocknet wird, um dem Holz Feuchtigkeit zu entziehen und Schädlingsbefall zu vermeiden. Das Schnittholz wird in Lagen gestapelt, die jeweils durch Stapelleisten - ein spezielles Holzprodukt zum Abstand halten während der Trocknung - getrennt sind. Je nach Anforderungen der Sägewerke sind diese Stapelleisten unterschiedlich groß, durchschnittlich aber 122-152 cm lang, 3,8-6,4 cm breit und 1,9 cm stark.  Die Leisten durchlaufen Sägewerk, Trocknungskammer und Hobelanlage und können viele Male wiederverwendet werden, ehe sie ausgetauscht werden müssen.

Automatisches Anordnen der Stapelleisten

Bevor es automatische Anordnungssysteme für Stapelleisten gab, wurden diese beim Stapeln der Pakete manuell zwischen die einzelnen Lagen eingefügt, und wenn sie beschädigt waren, entfernt. Bei den automatischen Anordnungssystemen werden die Stapelleisten in Zuführbehälter entlang der Längsseite der Pakete geladen und an den gewünschten Positionen ausgegeben. Diese Zuführbehälter werden mit einem darüber befindlichen Schiebersystem mit Weichen zum Einordnen der Leisten in die Behälter automatisch nachbestückt. Für die Speisung des Schiebersystems werden die Leisten zuerst mit einem Sortierer vereinzelt, dann mit einem Kettenförderer weitertransportiert, der jede Leiste an ihrem Platz festhält, bis sie dem Schiebersystem übergeben wird. Beim Transport auf dem Kettenförderer werden die Leisten geprüft und bei Bedarf ausgeschleust.

Automatische Anordnungssysteme für Stapelleisten in mechanischen Stapelanlagen erfordern das Erfassen von Leisten, die zu einer Blockade der Stapelanlage führen können. Zerbrochene Leisten bzw. Leisten, die aufgrund ihrer Größe nicht in die Maschine passen, müssen zuverlässig aussortiert werden, um einen unterbrechungsfreien Betrieb aufrechtzuerhalten. Zum Erfassen solch fehlerhafter Leisten gibt es verschiedene Methoden. Ältere Systeme bedienen sich der manuellen Inspektion zum Aussondern der Leisten, bevor sie in die Maschine gelangen. Manuelle Systeme sind teuer, bergen ein gewisses Sicherheitsrisiko in sich und sind nicht annähernd so zuverlässig wie automatische Systeme. Andere Systeme verwenden optoelektronische Sensoren zum automatischen Messen der Leisteneigenschaften an bestimmten Stellen. Dies sind keine zuverlässigen Fehlererkennungssysteme, da Informationen nur beschränkt erfasst werden.

Profil-Scan-Lösung

Eine vorgeschlagene Lösung zum Erkennen fehlerhafter Stapelleisten verwendet die Linear-Scan-Technologie. In einer dafür üblichen Konfiguration werden mehrere Scanner rund um die Leisten auf dem Kettenförderer angeordnet. Jeder Scanner erfasst ein 3D-Bild eines Leistensabschnitts und die einzelnen Bilder werden dann auf einem Computer zusammengefügt, um ein vollständiges 3D-Profil jeder Leiste zu erhalten. Die Kosten für diese Methode sind gerechtfertigt bei Block- und Brettoptimieranwendungen, sie ist jedoch nicht kosteneffizient bei der Leistenprüfung. Aufgrund der hohen Kosten entscheiden sich die meisten Sägewerke für weniger effiziente Prüfmethoden.

Wahl des Bildverarbeitungssystems

„Generell lassen sich die heutigen Bildverarbeitungssysteme in zwei Gruppen einteilen: einerseits PC-basierte und andererseits autarke Smart-Kamera-Bildverarbeitungssysteme“, erklärt Richard Vetter, Vizepräsident von AMS Solutions. „Wir entschieden uns für ein Bildverarbeitungssystem, weil diese im Allgemeinen einfacher zu konfigurieren, zu validieren und instand zu halten sind.“ Aufgrund ihrer halbleiterbasierten Ausführung bieten Smart-Kamera-Bildverarbeitungssysteme eine stabilere Plattform als Windows®-basierte Alternativen von Microsoft®, wodurch sie wartungsärmer sind. Da sie eher konfigurierbar als programmierbar sind, eignen sich Smart-Kamera-Bildverarbeitungssysteme auch besser für zukünftige Änderungen.

Demzufolge entwickelte AMS Solutions das bildverarbeitungsbasierte IdealSTICK Inspektionssystem zum kostengünstigen Einstufen der geometrischen Mängel einer ganzen Stapelleiste bei Geschwindigkeiten von bis zu 300 Stück pro Minute. Das IdealSTICK System wurde an mehreren Standorten erfolgreich installiert.

„Wir wählten das In-Sight Bildverarbeitungssystem von Cognex, weil es über eine Auflösung von 1600 x 1200 Pixel verfügt, was ausreichend ist, um die gesamte Oberfläche der Leiste auf ca. 1,3 mm genau zu prüfen, und weil sein Hochgeschwindigkeitsprozessor den Prüfvorgang innerhalb der Zeitvorgabe abschließen kann“, so Vetter. „Außerdem begeisterte uns seine Robustheit mit dem Aluguss-Gehäuse, den dichten M12-Anschlüssen und der Objektiv-Schutzabdeckung der Schutzart IP67 und IP68 zum Schutz vor Staub und Feuchtigkeit.“

Betrieb des Bildverarbeitungssystems

Durch die Verwendung einer Reihe von Lasern und mittels Draufsicht-Bildanalysen auf der Cognex In-Sight Plattform ist IdealSTICK in der Lage, die Leisten nach Stärke, Breite, Länge, Wölbung, Krümmung, Verdrehung, Beschädigung und Gesamtform einzustufen. Das IdealSTICK System wird durch einfaches Erfassen eines Bildes von einer Leiste mit den gewünschten Abmessungen kalibriert. Dazu stoppt der Bediener das Förderband, positioniert die "ideale" Leiste im Sichtfeld des Bildverarbeitungssystems und drückt die Kalibriertaste. Ab diesem Zeitpunkt vergleicht das Bildverarbeitungssystem jede Leiste mit dem Kalibriermuster und sortiert jene Leisten aus, deren Abmessungen zu sehr von der idealen Leiste abweichen. Das Bildverarbeitungssystemprogramm wurde mithilfe der Cognex In-Sight Explorer Spreadsheet Oberfläche entwickelt. Auf dieser Oberfläche kann eine Bildverarbeitungsanwendung mittels Drag & Drop der Bildverarbeitungs-Tools in eine Matrix programmiert werden, ohne auch nur eine Code-Zeile schreiben zu müssen.

Ein optoelektronischer Sensor stellt fest, wenn sich eine Leiste unter der Kamera befindet, und löst die Bildaufnahme der Kamera aus. AMS Programmierer setzten Bildverarbeitungs-Tools der Cognex Programmiersoftware zum Analysieren der Leisten und zum Generieren eines Pass/Fail-Ergebnisses ein. Das Ergebnis der Analyse, inklusive Bild der geprüften Leiste, wird in Echtzeit auf einem industriellen Touchscreen-PC angezeigt, der am Scanner-Rahmen befestigt ist und auf dem die Cognex VisionView® Software läuft. Die VisionView Software wurde zum Erstellen einer dynamischen Echtzeit-Benutzeroberfläche gewählt, die nicht nur verwendet werden kann, um die jeweils aktuell analysierte Leiste zu überwachen, sondern auch um zuvor aussortierte Leisten anzuzeigen. Dank dieser Rückblicksfunktion kann der Benutzer sehen, warum das System zuvor geprüfte Leisten aussortiert hat.

„Die ersten IdealSTICK Systeme funktionieren sehr gut“, so Vetter. „Die Kunden sind mit den Inspektionssystemen sehr zufrieden und wir glauben, dass mehr und mehr Sägewerke die Vorteile bildverarbeitungsbasierter Prüfungen der Stapelleisten erkennen werden, d.h. die relativ niedrigen Kosten, die hohe Präzision und das zuverlässige Funktionieren in der Sägewerkumgebung.“

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