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Alle menschlichen Sinne sind bewusst oder unbewusst beim Zugriff auf die süße Versuchung eines Leckerlis beteiligt. Dementsprechend sensibel reagieren die Kunden auf kleinste negative Wahrnehmungen. Nur die einwandfreie Beschaffenheit und gleichbleibende Qualität des Produktes ist der Garant für den Markterfolg.

 

Die mit Haselnusscreme gefüllte‚Mannerschnitte’, auch als ‚Neapolitaner’ bekannt, ist in Österreich mehr als nur eine Wortschöpfung. Sie ist zum Inbegriff für eine landesweit erfolgreiche und sehr beliebte Waffel geworden. Vor über 100 Jahren trat sie ihren Siegeszug an und wurde weit über die Landesgrenzen hinaus bekannt und beliebt. Heute ist die Unternehmensgruppe Josef Manner & Comp. AG der größte rein österreichische Süßwarenproduzent mit mehreren sehr bekannten Markennamen. In diesem sensiblen und harten Wettbewerbsumfeld hat das Thema Qualität den höchsten Stellenwert. Durch den Einsatz des Vision-Sensor In-Sight® werden nur noch hundertprozentig geprüfte Mannerschnitten weiterverpackt.

 

Fehlerquellen ausschließen

Am Produktionsstandort Perg, bei Linz, steht der weltweit größte Waffelbackofen mit einer Jahreskapazität von 8.000t Flachwaffeln und Schnitten. Die enormen Produktionsmengen müssen von den nahezu 100 Mitarbeitern akkurat weiter verarbeitet und die Portionen sowohl einzeln verpackt als auch anschließend in Kartons gestapelt werden.

Jedwede Verwechslungen in der Verpackung müssen ausgeschlossen werden und außerdem muss die Dichtheit der Verpackung sicher gewährleistet sein. Es wäre ein fataler Fehler, wenn  beim Endverbraucher eine geschmackliche Beeinträchtigung gegeben wäre, oder noch schlimmer, wenn das Produkt durch längere defekte Lagerung nicht mehr genießbar wäre. Das Thema Hygiene und Verpackungsdichtheit ist in der Lebensmittelindustrie von größter Wichtigkeit.

Wenn verpackungsbedingt statt einem erwarteten Haselnussgeschmack etwas anderes vorliegen würde, dann kann man damit Kunden verlieren. Sogenannte „negative Überraschungspakete“ müssen ausgeschlossen sein. Reklamationen und deren Kette von Folgen wie Beispielsweise Kosten und Imageverlust kann sich das Unternehmen nicht leisten. Gefragt ist deshalb die hundertprozentige Qualität der Produkte bis zum Endkunden. Nicht nur der eigenen Markenprodukte, sondern auch im wichtigen Markt der Auftragsproduktion für Großkunden.

In diesem Aufgabenumfeld hatte man bereits eine Qualitätskontrolle mittels Bildverarbeitung installiert. Das System verfügte aber nur über eingeschränkte Funktionalitäten und die Produktionsgeschwindigkeit sowie –flexibilität entsprach nicht mehr den zukünftigen Anforderungen. Um die steigenden Ansprüche in der Qualität sicher zu bewältigen suchte man nach einer neuen effektiven Lösung. Kernpunkte der Vision-Anforderung waren die sichere 100%ige Kontrolle der Verpackung bei Produktionsgeschwindigkeiten bis maximal 400 Packungen/Minute, die Flexibilität hinsichtlich dem Wechsel vieler Produktvarianten und vor allem die einfache Bedienung sowie Programmierung. Letztendlich sollte mit der neuen Kontrollstation auch der Produktionsprozess - im dreischichtigen Betrieb und 6 Tagen in der Woche - flüssiger gestaltet werden.

Dazu bemerkt Reinhard Gassner, Betriebsleiter im Werk Perg: „Wenn beispielsweise 270 Packungen pro Minute über das Transportband fliesen, dann ergeben einige Sekunden fehlerhafte Produktion schon mehrere Dutzend Ausschusspackungen. Das ist nicht nur eine Kostenfrage sondern das hemmt auch den Fertigungsfluss. Derartige Probleme sind nun Vergangenheit.“

 

Präzision und Hochgeschwindigkeit

Unter den eingeholten verschiedenen Angeboten überzeugten die Lösungsansätze der Firma Schmachtl GmbH aus Linz. An Hand von mehreren verschiedenen Musterteilen der Firma Manner führte dieses Systemhaus für Automatisierungs- und Bildverarbeitungslösungen im eigenen Visionlabor die Machbarkeit der Aufgaben durch und präsentierte die Ergebnisse im Fertigungswerk Perg. Die Lösung mittels Vision-Sensor In-Sight von Cognex ermöglichte einen einfachen Aufbau der Kontrollstation. Die ganze Mechanik und Montage konnte dadurch intern von der Betriebstechnik/Instandhaltung der Firma Manner und mit der beratenden Unterstützung durch die Firma Schmachtl durchgeführt werden. 

Ende April 2006 wurde der Auftrag erteilt. Bereits Ende Mai erfolgte die Implementierung der Qualitäts-Kontrollstation. Um sofort mit hoher Fertigungseffizienz zu arbeiten hatte das Linzer Unternehmen, Partner System Integrator (PSI) von Cognex, für eine ganze Reihe von verschiedenen Verpackungsvarianten die komplette Programmierung der kundenspezifischen Bildverarbeitungsaufgaben geliefert. Das umfangreiche Know-how der Bildverarbeitung des Systemintegrators ermöglichte die sofortige Produktionsaufnahme mit hohem Durchsatz und  hundertprozentiger Qualitätskontrolle einiger Verpackungsvarianten. Wenn derzeit rund 25 verschiedene Verpackungsvarianten mit Verpackungsfolien von Hellgelb bis Dunkelblau die Kontrollstation durchlaufen, dann kommt noch hinzu dass dabei auch etwa 100 verschiedene Texte mit unterschiedlichen Sprachen vorliegen können. Deshalb ist es sehr wichtig, dass das Einlernen sehr schnell und einfach direkt durch die Mitarbeiter von Manner zu bewerkstelligen ist.

Gemessen wird in der Kontrollstation, ob die Folie links und rechts zum Packungsrand den gleichen Abstand hat, Eindellungen oder Folienverletzungen vorliegen, welcher Bildaufdruck und Text gegeben ist und vieles mehr. Durch die hohe Leistungsfähigkeit des Vision-Sensor In-Sight und der besonderen Fähigkeiten der Visionsoftware PatMax können viele Merkmale sehr schnell gleichzeitig geprüft werden. Die im laufenden Produktionsbetrieb gewonnenen Erfahrungen können umgehend in der Programmierung neuer Merkmale einfliesen. Wenn vom Folienlieferanten Fehler vorliegen, dann erkennt das BV-System diese ebenfalls und dadurch konnte der vormals gegebene Ausschuss weitestgehend abgestellt werden.

 

Produktionssteigerung und minimierte Störungen

Als besonders wichtig hat sich erwiesen, dass durch die einfache Bedienung das Einlernen der Merkmale für die Bildverarbeitung in der ganzen Typenvielfalt hausintern bei Manner erledigt werden kann. Das ermöglichte eine schnelle Reaktionsfähigkeit auf Störungen verschiedener Art und Weise. Wenn eine Packung beispielsweise eingedellt ist, kann sich diese im weiteren Prozess der Einpackung verkannten. Das führt zu einem unnötigen Ausschuss und Mehraufwand. Derartige Fehlerquellen konnten radikal minimiert werden. Inzwischen kann man für ein Makelloses Aussehen und die Dichtigkeit der Folie garantieren. Markanteste externe Auswirkung ist, dass es keine Reklamationen mehr gibt. Das wirkt sich natürlich auch positiv auf die Kosten aus, denn der nachträgliche Aufwand für das Warum und Weswegen kann zigfach höher liegen als für die Kosten einer frühzeitigen Fehlerbehebung. Die hundertprozentige Prüfung der Ware hat auch zu einem wesentlich besseren Qualitätsbewusstsein der Mitarbeiter geführt. Die Minimierung von Störungen hat sich mit rund 5 %  Steigerung auf die Produktivität ausgewirkt, wobei diese auch immer als Kette mit vielen Gliedern zu betrachten ist. Außerdem konnten auch positive Effekte in der Auslastungsgestaltung der Produktion erzielt werden. Die vielen positiven Erfahrungen mit dieser Kontrollstation haben in der Zwischenzeit auch dazu geführt, dass man bereits andere Fertigungsbereiche auf den Einsatz der Bildverarbeitung überprüft. Die hundertprozentige Qualitätskontrolle jeder einzelnen Packung hat sich auf die Wettbewerbsfähigkeit hinsichtlich von Aufträgen von Großkunden positiv ausgewirkt und sich auch in der Qualitätszertifizierung niedergeschlagen. Das Werk Perg ist innerhalb der Manner AG zu einem Kompetenzzentrum geworden, für den ganzen technologischen Bereich bestmöglicher Prozesstechnik mit Einbindung effektiver Bildverarbeitung.

 

Bildverarbeitungsalgorithmen höchster Zuverlässigkeit

Das ehemals für PC-basierte Bildverarbeitungssysteme entwickelte Vision-Softwarepaket PatMax® von Cognex ist in der Zwischenzeit auch auf der Produktfamilie In-Sight implementiert. Dies erschließt extrem sichere und sehr genaue Prüfmöglichkeiten. Im Gegensatz zur allgemeinen Grauwertkorrelation arbeitet PatMax mit den geometrischen Grundstrukturen von Objekten (ähnlich der CAD Konstruktion). 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 eintrainierten 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. Durch gleichzeitige Untersuchung von Kontur und Struktur des Objektbildes werden wechselnde Beleuchtungs- und Kontrastverhältnisse eliminiert. Die Visiontools von PatMax sind damit invariant gegenüber Lage, Orientierung und Maßstabsveränderung des Objektes. Die einzelnen Packungen der Mannerschnitten können damit ohne jegliche fixierte Zentrierung auf dem laufenden Band durch die Kontrollstation fließen.

Um die Rechnerleistung des In-Sight für den angestrebten hohen Produktionsdurchsatz wesentlich günstiger auszunützen hat das Systemhaus Schmachtl das ganze Bildfeld von der Verpackung in 12 einzelne PatMax-Fenster unterteilt. Durch die Unterteilung in lauter kleine Bereiche konnte die Merkmalsfindung wesentlich schneller, flexibler und effizienter gestaltet werden. So kann man in der Summe der Merkmale sehen, ob die Ware in Ordnung ist. So sind zwei Fenster nur dafür verantwortlich, ob die Folie zentriert ist. In einem anderen Feld erfolgt der Vergleich von 12 Pixeln, ob diese mit dem Muster übereinstimmen. Ist Beispielsweise die Abbildung der Haselnuss auf der Folie vorhanden. Genauso werden auch die Ecken auf Eindellungen geprüft und mögliche Folieneinrisse erkannt. Neben der Merkmalsfindung mit PatMax konnte auch durch die komfortable Bedienungsoberfläche auch die Einbindung des Vision-Sensors mit integrierter Ethernet-Schnittstelle in die gesamte Prozessteuerung günstig gestaltet werden.

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