Die mit Haselnusscreme gefüllten Neapolitaner traten vor über 100 Jahren ihren Siegeszug an. Heute ist die Unternehmensgruppe Josef Manner & Comp. AG der größte rein österreichische Süßwarenproduzent. Das Thema Qualität hat für das Unternehmen den höchsten Stellenwert. Deshalb verpackt das Unternehmen nur noch hundertprozentig geprüfte Mannerschnitten weiter. Zum Einsatz kommt hierfür das Visionsystem In-Sight 5400.
Dipl.-Ing. Kamillo Weiß
Der weltweit größte Waffelbackofen, mit einer Jahreskapazität von 8000 t Flachwaffeln und Schnitten, steht in Perg bei Linz. Die enormen Produktionsmengen werden von etwa 100 Mitarbeitern akkurat weiterverarbeitet und die Portionen müssen sowohl einzeln verpackt als auch anschließend in Kartons gestapelt werden. Verwechslungen in der Verpackung müssen ausge- schlossen werden und die Dichtheit der Verpackung muss 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. 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 effektiveren Lösung. Kernpunkte der Vision-Anforderung waren die sichere 100%ige Kontrolle der Verpackung bei Produktionsgeschwindigkeiten bis maximal 400 Packungen/min, die Flexibilität hinsichtlich dem Wechsel vieler Produktvarianten und vor allem die einfache Bedienung sowie Programmierung. Letztendlich sollte mit der neuen Kontrollstation auch der Produktionsprozess flüssiger gestaltet werden. Dazu bemerkt Reinhard Gassner, Betriebsleiter im Werk Perg: „Wenn beispielsweise 270 Packungen pro Minute über das Transportband fließen, 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.“
Schnell und präzise
Anhand von mehreren verschiedenen Musterteilen führte das Systemhaus für Automatisierungs- und Bildverarbeitungslösungen Schmachtl aus Linz im eigenen Visionlabor die Machbarkeit der Aufgabe durch. Die präsentierten Ergebnisse im Fertigungswerk Perg überzeugten. Die Lösung mittels In-Sight 5400 von Cognex ermöglichte den einfachen Aufbau der Kontrollstation. Die ganze Mechanik und Montage konnte dadurch intern von der Betriebstechnik/Instandhaltung von Manner und mit der beratenden Unterstützung von Schmachtl durchgeführt werden.
Ende April 2006 wurde der Auftrag erteilt und vier Wochen später erfolgte die Implementierung der Qualitätskontrollstation. Um sofort mit hoher Fertigungseffizienz zu arbeiten, hatte der Partner System Integrator (PSI) von Cognex für eine ganze Reihe von verschiedenen Verpackungsvarianten die komplette Programmierung der kundenspezifischen Bildverarbeitungsaufgaben erstellt. Das umfangreiche Know-how des Systemintegrators ermöglichte die sofortige Produktionsaufnahme mit hohem Durchsatz und hundertprozentiger Qualitätskontrolle der Verpackungsvarianten. Rund 25 verschiedene Varianten mit Verpackungsfolien von Hellgelb bis Dunkelblau durchlaufen die Kontrollstation. Dabei können etwa 100 verschiedene Texte mit unterschiedlichen Sprachen vorliegen. Deshalb ist es sehr wichtig, dass das Einlernen sehr schnell und einfach direkt durch die Mitarbeiter von Manner erfolgt.
Kontrolliert wird, 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 In-Sight 5400 und die besonderen Fähigkeiten der Visionsoftware PatMax können viele Merkmale sehr schnell gleichzeitig geprüft werden. Im laufenden Produktionsbetrieb gewonnene Erfahrungen können umgehend in die Programmierung neuer Merkmale einfließen. Vom Folienlieferanten verursachte Fehler erkennt das BV-System. Dadurch konnte der vormals gegebene Ausschuss weitestgehend abgestellt werden.
Wichtiges Ergebnis ist, dass durch die einfache Bedienung die ganze Typenvielfalt hausintern bei Manner erledigt wird. Das ermöglicht eine schnelle Reaktionsfähigkeit auf verschiedenste Störungen. Wenn eine Packung beispielsweise eingedellt ist, kann sich diese im weiteren Verpackungsprozess verkanten. Derartige Fehlerquellen wurden radikal minimiert. Markante externe Auswirkung ist, dass es keine Reklamationen mehr gibt. 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 wurden positive Effekte in der Auslastungsgestaltung der Produktion erzielt. Die vielen positiven Erfahrungen haben dazu geführt, dass man andere Fertigungsbereiche auf den BV-Einsatz überprüft.
Zuverlässige Algorithmen
Das ehemals für PC-basierte Bildverarbeitungssysteme entwickelte Vision-Softwarepaket PatMax ist in der Produktfamilie In-Sight 5400 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 Maßstabveränderung 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 5400 für den angestrebten hohen Produktionsdurchsatz wesentlich günstiger auszunützen, wurde das ganze Bildfeld der Verpackung in 12 einzelne PatMax-Fenster unterteilt. Dadurch wurde die Merkmalsfindung wesentlich schneller, flexibler und effizienter. Die Summe der Merkmale zeigt, ob die Ware in Ordnung ist. So sind nur zwei Fenster dafür verantwortlich, ob die Folie zentriert ist. In einem anderen Fenster erfolgt der Vergleich von 12 Pixeln, ob diese mit dem Muster „Abbildung der Haselnuss“ übereinstimmen. Genauso werden auch die Ecken auf Eindellungen geprüft und mögliche Folieneinrisse erkannt. Durch die komfortable Bedienungsoberfläche konnte die gesamte Prozesssteuerung günstiger gestaltet werden.
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In-Sight im Überblick
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