Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Messtechnik: Ausgabe 11/2014, 03.11.2014

Optische Kontrolle für Qualitätssicherung

Kontrollgeräte haben viele Aufgaben. Diese reichen von der einfachen Überprüfung «gut» oder «schlecht» bis hin zu komplexen Anforderungen, die Zusatzqualifikationen verlangen. Ein modernes Kamerakontrollsystem ist auch für den Einsatz in Hygienebereichen geeignet.

Autor: Helge Preuschl, Field Sales Engineer Sensor

Unternehmen fordern in vielen Produktionsbereichen mittlerweile eine 100-Prozent-Kontrolle der gefertigten Teile. Für die Pharma-, Kosmetik- und Lebensmittelindustrie gilt es, zusätzlich noch hohe Anforderungen an die Prüfung und deren Dokumentation zu erfüllen. Eine auf erprobten Technologien beruhende berührungslose, optische Kontrolle, die sich einfach an unterschiedliche Produkte anpassen lässt, erfüllt dabei zum einen die Anforderung nach Zuverlässigkeit, aber auch gleichzeitig die heutigen Forderungen nach einer flexiblen Produktion.

Die Anforderungen an Kontrollgeräte

sind unterschiedlich. Geht es einmal «nur» um die Überprüfung «gut» oder «schlecht», so erfordern andere Einsatzgebiete vom Prüfsystem eine ganze Reihe von «Zusatzqualifikationen». Ein auf hohe Anforderungen in der Pharma- und Lebensmittelindustrie ausgelegtes Kamerakontrollsystem bietet ETW Wollmershäuser aus Wolpertshausen. Über zwei skalierbare Kameras betrachten und bewerten die zu prüfenden Objekte von zwei Seiten. Um dieses sogenannte CrossCAM-System flexibel zu gestalten, arbeiten die süddeutschen Spezialisten mit dem Automatisierungsexperten Omron zusammen. Dessen breites Bildverarbeitungsportfolio erlaubt den Zuschnitt des Kontrollsystems exakt auf die jeweilige Kundenanforderung.

Zusatzqualifikation ist essenziell.

In Bereichen, die besondere Anforderungen an Sauberkeit und Hygiene stellen, ist ein einfaches Kontrollsystem überfordert. Bei solchen Anwendungen ist neben der eigentlichen Messaufgabe vor allem dem Anlagenumfeld Rechnung zu tragen. Ist in der Lebensmittelindustrie ein lebensmitteltaugliches Material gefragt, das auch häufigen Reinigungen und Desinfektionsmitteln widersteht, so steigen die Ansprüche beim Einsatz in Sterilräumen der Pharmaindustrie. Die Bildverarbeitungsexperten gingen daher für ihr universell einsetzbares Kontrollsystem gleich von den höchsten Anforderungen aus.

Das CrossCAM-System besteht aus einem Isolator-tauglichen Edelstahlgehäuse aus 1.4404-Stahl in Schutzart IP 65 (einem besonderen Reinraum für pharmazeutische Abfüllungen). Die Geometrie des Gehäuses mit robusten, drei Millimeter dicken Glasscheiben berücksichtigt nicht nur die Anforderungen der darin untergebrachten Kameras und der LED-Beleuchtung, sondern erfüllt auch weitere Nebenbedingungen. Die Form entspricht der Forderung nach hygienischem Design, erlaubt also eine einfache Reinigung und Desinfizierung. Für die Laminar-Flow-Umgebung – eine gleichmässige Luftströmung von oben nach unten –, die Partikel beziehungsweise Bakterien entfernt, ist ausserdem das Gehäuse so geformt, dass Verwirbelungen im Luftstrom weitgehend ausgeschlossen sind. Ein weit nach unten gezogener Edelstahlspiegel für die Hintergrundbeleuchtung mit Rotlicht erlaubt Messungen bis knapp über einem Sternrad oder einem linearen Transportband. Damit bleibt der Anwender flexibel bei der Auswahl der eingesetzten Vials, Fläschchen, Flakons oder sonstiger Behälter.

Praktischer Mehrwert.

Im System arbeiten zwei Kameras, die im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, im Gegenlicht eines Edelstahlspiegels. Im Brennpunkt der Optik befinden sich die Prüflinge, die sich so exakt kontrollieren lassen. Für eine schnelle, validierbare Einstellung der gesamten Optik ist in der zentralen Achse des Gehäuses noch ein Laserpointer mit Fadenkreuz untergebracht. Zeigt das projizierte Kreuz zentrisch auf den Verschluss, so ist die Anlage optimal eingestellt. Dadurch lässt sich die kompakt bauende Kontrolleinheit (227 × 285 × 185 mm) auch leicht in bestehende Anlagen mit allen gängigen Transportsystemen nachrüsten, da eine aufwendige Justierung entfällt.

Dank des skalierbaren Aufbaus muss der Kunde nur die Ausstattung bezahlen, die für seine Anwendung erforderlich ist. Das Plug-and-Play-System inklusive Dokumentation (IQ, OQ) ist auch mit einer FDA-CFR21-Part-11-konformen Softwarepaket erhältlich und kann die Ergebnisse per 12,1-, 15- oder 19-Zoll-Touch-TFT, Webserver oder .Net Framework darstellen. Als Sensor bieten sich für die Anwendung abgestimmte Kameras an. Hier setzen die Wolpertshäuser Experten auf Omron. Das Produktprogramm bietet dafür unter anderem Ausführungen von 0,3, 2,0 oder 5,0 Mega­pixel, für Sonderfälle stehen noch weitere Varianten zur Verfügung. Im Falle der Stopfensitzkontrolle kommt, wegen der nötigen feinen Bildauflösung, eine 2-Megapixel-Kamera zum Einsatz.

Kameratechnik nach Wahl.

Bildet das Edelstahlgehäuse des CrossCAM-Systems die universell einsetzbare äussere Hülle, so lassen sich die inneren Werte, sprich Kamera, Controller und Beleuchtung, nach den jeweiligen Kundenanforderungen auswählen. Auch für anspruchsvolle Aufgaben geeignet, wie bei der Stopfensitzkontrolle, sind die FH-Bildverarbeitungssysteme. Sie sind speziell auf die reibungslose Interaktion mit SPS, Motion-Controllern und Robotersystemen ausgelegt und erleichtern so die Integration bei neuen beziehungsweise das Nachrüsten bei bestehenden Anlagen. Die besonders leistungsfähigen Bildverarbeitungs-Controller garantieren schnelle Auswertung und damit einen hohen Anlagendurchsatz. Dafür sind unter anderem ein Intel-I7-Mehrkern-Prozessor und die schnelle EtherCAT-Kommunikation zuständig, die nur rund ein Achtel der Zeit benötigt gegenüber herkömmlichen Kommunikationsstandards. So lassen sich bis zu acht hochauflösende Kameras (max. 12 Mpix) anschliessen. Das erlaubt – wie im vorliegenden Fall mit zwei Kameras – die schnelle, parallele Auswertung der Aufnahmen und damit eine Gesamtbeurteilung des Stopfensitzes. Das Ergebnis lässt sich in einem EtherCAT-Kommunikationszyklus von nur 500 μs an einen Maschinen-Controller übertragen. Die vom Benutzer unabhängige Kalibriergenauigkeit erleichtert die Zertifizierung bei anspruchsvollen Einsätzen.

Die eingesetzten High-Speed-Kameras der FH-Serie gibt es in Monochrom- oder Farbausführung. Die Auflösung reicht dabei von 640 H × 480 V mit 0,3 Mpix über 2040 H × 1088 V und 2 Mpix bis hin zu 5 Mpix bei 2040 × 2048 (H × V). Die Framerate der Kameras beträgt bei den Modellen FH-SM und FH-SC 308 fps beziehungsweise 3,3 ms, die Modelle FH-SM/SC 02 und FH-SM/SC 04 arbeiten mit 219 fps bzw. 4,6 ms. Damit lassen sich einerseits preiswerte Lösungen für einfache Aufgaben realisieren und andererseits auch kleine Differenzen erkennen, um anspruchsvolle Prüfaufgaben sicher umzusetzen. Der Anwender bezahlt dabei nur den Aufwand, den er wirklich benötigt.


Weitere Informationen:
OMRON ELECTRONICS GmbH



Ein robustes, aerodynamisch geformtes Gehäuse aus Edelstahl schliesst die beiden Kameras und die Beleuchtung nach Schutzart IP 64 rundum ein


Die Bildverarbeitungssysteme der FH-Serie bieten reibungslose Interaktion mit SPS, Motion-Controllern und Robotersystemen