Auf Mandelstücke beißen viele Schokoladenfans mit Genuss. Bruchstücke von Schokoladengussformen hat jedoch keiner gerne zwischen den Zähnen. Solche Fremdkörper sind für Konsumenten nicht nur unappetitlich, sondern auch gefährlich. Um sie bei der Produktion frühzeitig zu erkennen und sicher auszuschleusen, hat Bi-Ber ein Scanverfahren entwickelt, das sich durch hohe Präzision und große Scanbreite auszeichnet.
Schokoladenformen werden durch unterschiedliche Produktionsschritte stark beansprucht und müssen verschiedenen Belastungsarten standhalten. So wird aus den Kunststoffformen, beispielsweise im Ausschlagwerk, die erkaltete Schokoladenmasse herausgeklopft oder sie werden mit Führhaken durch die Produktionsstraßen gelenkt. Zudem müssen sie durch das Befüllen mit heißer Schokoladenmasse und das anschließende Herunterkühlen schnellen Temperaturwechseln widerstehen. Diese hohen mechanischen und thermischen Beanspruchungen führen mit der Zeit dazu, dass die Kunststoffformen spröde werden und Stücke aus ihnen herausbrechen können.
Um Bruchstücke während des Produktionsprozesses frühzeitig zu erkennen und den Verschleiß der Formen automatisch zu überwachen, ist daher ein zuverlässiges Prüfverfahren notwendig.
Das richtige Prüfverfahren wählen
Das Bruchverhalten von Formen aus besonders hartem Kunststoff ist kaum berechenbar und tritt meist willkürlich auf. Prüfverfahren aus Anwendungen, in denen Beschädigungen wiederholt an denselben Stellen auftreten, sind somit ungeeignet. Grund dafür ist zum einen, dass diese Verfahren nur gezielt an festgelegten Positionen Prüfungen durchführen, zum anderen decken sie mit einer Scanbreite von 100 mm einen zu geringen Bereich für die 640 mm breiten Schokoladenformen aus Kunststoff ab.
Auf der Suche nach einer geeigneten Lösung für einen Schokoladenhersteller testete das Bildverarbeitungsunternehmen Bi-Ber unterschiedliche Prüfverfahren. Dabei stellte sich eine Graustufenerkennung als ungeeignet heraus, weil sich mit dieser Methode mögliche Ausbrüche farblich nicht von den häufig auftretenden Schokoladenspritzern unterscheiden lassen. Ein 3-D-Laser-Profilsensor erzielte nach weiteren Tests schließlich die besten Ergebnisse. Mit ihm können kleine Unebenheiten durch Spritzer sehr zuverlässig von herausgebrochenen Kunststoffstückchen unterschieden werden. Die Methode gewährleistet zudem eine hohe Auflösung und ermöglicht eine gute Dokumentation der schadhaften Stellen, obwohl die weiße Kunststoffoberfläche stark streut.
Mithilfe des 3-D-Laser-Profilsensors entwickelte Bi-Ber ein 3-D-System für eine Formenbreite von 640 mm und eine Formenhöhe von 40 mm, um Ausbrüche sicher zu erfassen. Trotz dieser großen Scanbreite erreicht das System mit einer Aufnahmefrequenz von bis zu 10 000 Hz eine hohe Präzision und erkennt Ausbrüche sehr zuverlässig und sicher.
Triangulationsverfahren im Detail
Das Bildverarbeitungssystem basiert auf dem Triangulationsverfahren und besteht aus einer 560 x 460 x 360 mm großen Sensorbox. Darin verbaut sind zwei 3-D-Kameras der Variante DS1300R von Cognex, ein Drehgeber für die Ermittlung der Bandgeschwindigkeit, eine Lichtschranke als Trigger sowie ein Panel-PC für die Auswertung und Dokumentation.
Jede Kamera verfügt über eine Erfassungsbreite von 340 mm und blickt mit einer Neigung von 45° auf die Form. Die Kameras beobachten die Verformung der Laserlinie, die senkrecht auf das zu prüfende Objekt projiziert wird und sich über die Form bewegt. Diese Verformung wird nun als Profillinie aufgezeichnet. Die aneinandergereihten Profillinien ergeben anschließend ein 3-D-Profil, das auf abgeplatzte, schadhafte Stellen oder Deformierungen überprüft werden kann. Der Drehgeber synchronisiert dabei die Bewegung mit der Bildaufnahme. Das System erreicht in diesem Fall eine Aufnahmefrequenz von bis zu 2500 Linienaufnahmen pro Sekunde.
Es erkennt Ausbrüche mit einer Auflösung von 1,6 mm senkrecht zur Beobachtungsebene bzw. 0,5 mm auf der Beobachtungsebene. Bruchstücke können somit sicher und präzise detektiert werden, da in der Regel mehr als ein Quadratzentimeter Material abplatzt. Die schmalste Stegbreite einer Form, die damit erfasst werden kann, liegt bei 2 mm.
Flexibel und adaptierbar
Das Scansystem konnte in der Produktionsstrecke des Kunden nur direkt hinter dem Ausschlagwerk angebracht werden, wo es permanenten Schwingungen ausgesetzt ist. Um trotzdem präzise Messergebnisse sicherzustellen, entwarf Bi-Ber das Bildverarbeitungssystem völlig schwingungsentkoppelt.
Alle Komponenten sind gemäß der hohen Hygieneanforderungen der Lebensmittelindustrie aus Edelstahl ausgeführt. Auf andere Anwendungen lässt sich das Messsystem problemlos adaptieren. Es kann frei bemessen und individuell geometrisch an die jeweilige Umgebung angepasst werden. Durch Aneinanderreihung von mehreren Kameras sind noch wesentlich größere Scanbreiten möglich. Auch andere Kamerawinkel und Auflösungen können individuell umgesetzt werden.
www.prozesstechnik-online.deSuchwort: dei1215bi-ber
Ronald Krzywinski
Geschäftsführer,Bi-Ber
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