Schlüsselfertige Vision-Lösung: Inspektion durch den Flaschenhals

15.06.2021

FPC Food Plastics hatte die Herausforderung in den Hals ihrer produzierten Flaschen zu schauen – um unerwünschte Verfärbungen darin schnell zu identifizieren. Was ihnen fehlte, war eine optische Lösung.

Qualitativ hochwertige industrielle Bildverarbeitung mit midiCam
Qualitativ hochwertige industrielle Bildverarbeitung mit midiCam

Als wichtiger Lieferant von Verschlusskappen und Flaschen unterstützt das australische Unternehmen FPC Food Plastics seit mehr als 20 Jahren die Märkte für Molkereiprodukte, Fruchtsäfte und Gastronomie mit Abfülldienstleistungen. Dabei liegt der Schwerpunkt auf Molkereiprodukten. Die Flaschen reichen von 150 ml bis zu 5 Litern Inhalt. FPC Plastics hatte Probleme mit gelblichen Verfärbungen, die am Boden der Flaschen besonders deutlich hervortraten. Sie benötigten ein zuverlässiges System, das dieses Problem erkennen und die betroffenen Flaschen aus der Produktionslinie entfernen konnte.

„Die gelblichen Verfärbungen sind sehr unregelmäßig aufgetreten“, sagt Patrycja Chrobak, Qualitätsmanagerin bei FPC. „Es lag hauptsächlich an Problemen mit dem Zerkleinerer, die zwischen den Produktionsläufen einzelner Chargen aufgetreten sind. Auch nachdem wir Verfahren und Vorschriften eingeführt hatten, sahen wir immer noch eine kleine Anzahl von Flaschen mit dieser Gelbfärbung. Die Schwierigkeit bestand darin, dass die Verfärbung so gering war, dass wir uns nicht sicher waren, wie wir dieses Problem konsequent unterbinden konnten“, so Ron Woolard, Elektrotechniker bei FPC. „Wenn man ein spezifikationsgerechtes Produkt und das verfärbte Produkt nebeneinanderstellt, ist es für das menschliche Auge extrem schwer zu erkennen.“

Aufgrund der mit menschlichen Prüfern einhergehenden Einschränkungen und hohen Kosten sowie der Erfordernis von zuverlässigen und konsistenten Prüffähigkeiten, die menschliche Arbeitskräfte einfach nicht erfüllen konnten, war dem Team klar, dass es nur über die industrielle Bildverarbeitung ging. Die Idee, Sensoren als Lösung einzuführen, entstand bei einem der Qualitätsmeetings des FPC-Teams. „Ich wusste, dass SICK führend bei optischen Sensoren ist“, so Woolard. „Da ich schon eine ganze Weile in dieser Branche arbeite, war ich ihnen schon oft begegnet und hatte ihre Geräte schon bei verschiedenen Aufgaben eingesetzt.“ Nach der Kontaktaufnahme bat SICK um Muster, um eine bessere Vorstellung vom Ausmaß des Problems und der erforderlichen Kameraqualität zu bekommen. Als weltweiter Hersteller von Sensoren und Sensorlösungen für industrielle Automatisierungsanwendungen hatte SICK die passende Lösung für das Unternehmen parat.

 

Qualitativ hochwertige industrielle Bildverarbeitung mit midiCam

„SICK konnte uns ein Komplettpaket schnüren“, so Woolard. „Anstatt selbst Lösungen auszuwählen, bei denen wir uns nicht ganz sicher waren, haben wir das Problem einfach an sie übergeben und sie kamen mit einer schlüsselfertigen Lösung zu uns zurück.“ Dabei handelte es sich um die midiCam von SICK, die speziell für komplexe Bildverarbeitungsaufgaben entwickelt wurde, zu denen auch das Problem mit den verfärbten Flaschen bei FPC zählt. Das FPC-Team konnte die Kamera mühelos per Plug-and-Play anschließen und in Kombination mit den mitgelieferten Lichttastern und Lichtschranken eine hochwertige optische industrielle Bildverarbeitung installieren.

SICK lieferte auch eine Sensor Integration Machine (SIM1012) und ein Sensor Integration Display (SID120) zusammen mit Netzteilen und einer externen Anzeigeleuchte. Die Sensor Integration Machine stellt eine Schnittstelle zwischen der Kamera, der Beleuchtung und den Sensoren dar, um einen reibungslosen Ablauf des Prozesses zu gewährleisten, während das Sensor Integration Display alle Daten in einer visuellen Anzeige zusammenfasst.

2D Machine Vision
Robuste, industrietaugliche Streaming-Kameras mit GigE-Schnittstelle
midiCam
Sensor Integration Machine
Kompakt. Flexibel. Intelligent.
SIM10xx
Sensor Visualization
Einfache und flexible Visualisierungslösung für Sensorapplikationen
SID
Die Lösung war die midiCam von SICK, die speziell für komplexe Bildverarbeitungsaufgaben entwickelt wurde.
Die Lösung war die midiCam von SICK, die speziell für komplexe Bildverarbeitungsaufgaben entwickelt wurde.

 

Bessere Bestimmung von Verfärbungen dank digitalisiertem Prozess

„Der Prozess nahm mit der Einbindung des technischen Vertriebsspezialisten von SICK, Amit Shinde, richtig Fahrt auf, der maßgeblich daran beteiligt war, das Projekt in Gang zu bringen, das Personal für die Arbeit am Projekt zu organisieren und das Budget einzuhalten“, so Woolard. Der Kontakt begann Mitte Juli letzten Jahres, und der gesamte Prozess wurde bis März 2021 abgeschlossen. Nachdem FPC die Geräte eingerichtet hatte, wurden zwei weitere Installationsspezialisten hinzugezogen, um sicherzustellen, dass die Einstellungen und das Setup korrekt waren, und um die Geräte zu koordinieren. „Sie brachten sogar ihr eigenes Mittagessen mit“, erinnert sich Chrobak lachend. „Sie waren so engagiert, dass sie mindestens vier bis fünf Stunden geblieben sind, um alles einzustellen.“ Nach dem endgültigen Aufbau sah es aus wie bei einem Fotoshooting für Flaschen. Da sich die Flaschen in schnellem Tempo über das Förderband bewegen würden, war eine Lichtquelle erforderlich, um die Verfärbungen innerhalb kurzer Zeit zu erkennen.

„Wir haben von SICK einen ganzen Baukasten mit Teilen bekommen, darunter ein großer Bildschirm, Halterungen für die Kamera und helle Leuchten für die Ausleuchtung der Flaschen“, so Woolard. „Die Leuchten lieferten die Helligkeit und kurzen Belichtungszeiten, die wir brauchten.“ Die Kamera wurde 140 mm über den Flaschen angebracht und speziell auf die Aufnahme von Gelbtönen eingestellt. Der Farbton wurde auf einen bestimmten Wert mit minimaler Toleranz eingestellt, sodass die Kamera in den Flaschen mehr Pixel mit der gelben Verfärbung erfassen konnte. Dabei wurde zwischen „bestanden“ und „nicht bestanden“ unterschieden. Da sich die Flaschen auf einem Förderband befanden, war eine Beleuchtung der Flaschen von unten keine Option. Stattdessen wurde die Leuchte an der Seite der Flaschen platziert und auf den unteren Teil fokussiert. Diese Anordnung ermöglichte es FPC, den Prozess der Bestimmung von Flaschenverfärbungen zu digitalisieren. „Es ist nun nicht mehr nötig, dass eine Person an der Produktionslinie steht und in den Hals jeder Flasche schaut, um das Problem zu erkennen und zu beseitigen“, sagt Woolard. „Und man kann wirklich niemanden an der Linie sitzen haben, der jede vorbeilaufende Flasche untersucht, weil er verrückt werden würde und wir uns das nicht leisten könnten.“

Das Sensor Integration Display fasst alle Daten in einer visuellen Anzeige zusammen.
Das Sensor Integration Display fasst alle Daten in einer visuellen Anzeige zusammen.

 

Die Zukunft: Lösung von Qualitätsproblemen und höhere Genauigkeit

Bei diesem Setup durchläuft ca. alle 60 bis 70 Millisekunden eine Flasche den Kamerabereich. Das Sensor Integration Display hat noch eine weitere Funktion: Es ermöglicht mehrere Voreinstellungen für Flaschen. „Wir lassen mehrere Flaschen in allen Formen und Größen durch die Linie laufen. Wenn wir also einmal die Flasche wechseln müssen, braucht es nur einen Klick, um die Einstellungen auf dem Bildschirm anzupassen“, sagt Woolard. „So einfach ist das. Der schwierigste Teil des Prozesses war das Einrichten und die spezifische Anpassung an jede Flasche. Aber Tim Seymour, Vision Solution Application Manager bei SICK, hat uns dabei großartig unterstützt.“

„Es hat sich die Art und Weise verändert, wie wir den Prozess betrachtet haben“, sagte Woolard. „Anstatt nach Verfärbungen zu suchen, erkannten wir, dass wir lieber nach der Abwesenheit von Farbe suchen sollten. Von da an war es einfacher, verfärbte Flaschen zu markieren und zu finden.“

Für die Zukunft plant FPC, die Anzahl der automatisierten Lösungen von SICK in seinem System auszubauen. „Es ist ein kontinuierlicher Prozess, der sich ständig weiterentwickelt“, sagt Woolard. „Wir denken darüber nach, weitere SICK-Geräte auch an anderen Linien einzusetzen, um ähnliche Qualitätsprobleme zu lösen und die hohe Genauigkeit, mit der wir jetzt arbeiten, noch weiter zu erhöhen.“

Der Vorteil der Zusammenarbeit mit SICK, so Woolard, sei trotz der im Ausland vorhandenen großen Wissensbasis von SICK die Präsenz vor Ort gewesen. „Man kann sie anrufen und sagen: ‚Hey, wir haben dieses Problem‘, und sie können persönlich vorbeikommen und helfen“, so Woolard. „Dank ihrer großen Erfahrung in der Branche und ihrem Wissen über optische Sensoren wussten wir, dass wir mit ihnen eine schnelle und effektive Lösung finden würden.“

Müheloses Anschließen per Plug-and-Play: In Kombination mit den Lichttastern und Lichtschranken von SICK entstand eine hochwertige optische industrielle Bildverarbeitung.
Müheloses Anschließen per Plug-and-Play: In Kombination mit den Lichttastern und Lichtschranken von SICK entstand eine hochwertige optische industrielle Bildverarbeitung.

 

Automatisierung: der Schlüssel zur Verbesserung der Qualität

Mit dem neuen System ist Chrobak zuversichtlich, dass die Qualitätsprobleme im Abfüllgeschäft abnehmen werden, was natürlich zu zufriedeneren Kunden führt. „Jedes Jahr erwarten unsere Kunden, dass sich die Qualität, der Service und die Zuverlässigkeit verbessern“, so Hugh Donelly, Geschäftsführer von FPC. „Mit SICK sind wir in der Lage, diese Anforderungen zu erfüllen.“ Laut Donelly fordern die Verbraucher von den Unternehmen der Lebensmittelverpackungsindustrie, dass sie noch nie dagewesene Hygienestandards erreichen. FPC ist sehr nah dran, 100 Prozent zu erreichen. Aber für das eine Prozent, das noch fehlt, ist die Unterstützung durch Technologieanbieter wie SICK äußerst hilfreich.

„Hier bei FPC Food Plastics nutzen wir unsere Technologie nicht dazu, um nach Qualität zu sortieren. Wir konzentrieren uns auf die Ursachenanalyse und beheben das Problem an der Quelle. Aber Prüfungen sind unabdingbar, und das können wir nicht manuell leisten, weil es zu teuer und manchmal auch unmöglich ist, wegen der Liniengeschwindigkeit. Unser Weg bei der Qualitätsverbesserung ist die Automatisierung“, sagt Donelly. „Wir streben ständig danach, besser zu werden in dem, was wir tun, und die Technologie von SICK hilft uns dabei, die 100 Prozent zu erreichen.“

 

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