3D-Formbruchkontrolle (FBK)

Transkript

1 3D-Formbruchkontrolle (FBK) 3D-Kontrolle von Schokoladenformen durch Industrielle Bildverarbeitung 3D Check of Chocolate Moulds with Machine Vision Systems Ronald Krzywinski

2 Bi-Ber - Firmenvorstellung Bi-Ber GmbH & Co. Engineering KG An der Wuhlheide 232B D Berlin Tel.: 030 / URL: Systemintegrator für Industrielle Bildverarbeitung seit 1997 am Markt, derzeit 9 fest Beschäftigte Zusätzliche externe Kapazität für Softwareentwicklung, Konstruktion, Elektromontage Systeme weltweit im Einsatz

3 Leistungsangebot Bi-Ber GmbH & Co. KG Systemhaus für industrielle Bildverarbeitung Entwicklung, Konstruktion, Softwareentwicklung, Montage, Justage, Inbetriebnahme, Service Zukauf von Komponenten am Markt: Kameras, Optiken, Beleuchtungen, PC Cognex Partner System Integrator (PSI) kundenspezifische Bildverarbeitungssysteme PRISMAGIC : Multi-View-Inspektion Prüfsysteme für die Süßwarenindustrie

4 3D-Formbruchkontrolle (FBK)

5 3D-Formbruchkontrolle - Motivation Plastikteile in Produkten Hohe Rückrufkosten Enormer Imageschaden keine Vermeidung zeitnahe Entdeckung Schadensbegrenzung

6 Aufgabenstellung Prüfung der Stege an den Unterseiten von Kunststoffformen für die Schokoladenherstellung Größe der Form z.b. 620x360x30 mm³ Formbreiten bis 1200 mm möglich zu erwartende Defekte an den Stegen: Abplatzungen Deformierung Ziel: Detektion von Fehlstellen >5 mm³

7 Herausforderungen Herausforderungen (Beispielanlage) Integration in optimierte Produktionsstrecke Umgebungsvibrationen sinusförmige Fördergeschwindigkeit max. 640 mm/s Verschmutzungen auf Probekörper heller Kunststoff verschiedene Formfarben, teilweise gemischte Formensätze

8 Voraussetzungen für Integration Form in Bewegung Position, an der ein Streifen der Form-Rückseite von oben sichtbar ist ausreichend Platz oberhalb der Prüfposition für die Sensorbox Montagemöglichkeit für Sensorbox (Pfosten Träger, Auflage...) Zugang zur Formführung für Anschluss eines Encoders Platz für Reflex-Lichttaster in der Prüfposition gerade Führung der Form (ggf. Formbremse) Platz für Schaltkasten mit Panel-PC (600 x 600 x 200) mm³ max. Kabelweg zwischen Sensorbox (zentrales Bauteil) und Komponenten 10 m Netzwerkzugang für Fernwartung (intern und extern)

9 Systemaufbau - Baugruppen Hauptbestandteile des Vision Systems Edelstahlsensorbox (560x460x360) mm³ 2x Cognex DS1300R 3D Sensor Spiegelsystem zur Blickwinkeländerung Inkrementalencoder (Formgeschwindigkeit) Reflex-Lichttaster (Trigger) Softwarebibliothek Cognex VisionPro Panel PC für Auswertung, Dokumentation und Statistik in Schaltkasten

10 Systemaufbau Konstruktive Merkmale Montage durch Pressung mit Elastomerlager staubdichtes Gehäuse

11 Systemaufbau Konstruktive Merkmale Montage durch Pressung mit Elastomerlager staubdichtes Gehäuse Zugänglichkeit über große Wartungsklappe lebensmittelverträgliche Werkstoffe

12 Systemaufbau Konstruktive Merkmale Montage durch Pressung mit Elastomerlager staubdichtes Gehäuse Zugänglichkeit über große Wartungsklappe lebensmittelverträgliche Werkstoffe Inkrementalencoder entkoppelt

13 Systemaufbau Konstruktive Merkmale Montage durch Pressung mit Elastomerlager staubdichtes Gehäuse Zugänglichkeit über große Wartungsklappe lebensmittelverträgliche Werkstoffe Inkrementalencoder entkoppelt Ausgleich kleiner mechanischer Differenzen unproblematisch: Spiegelsystem winkelverstellbar Sensor-Basisplatte verdrehbar

14 Funktionsweise - Triangulation 3D-Bilderzeugung Deformierung der Laserlinie bestimmt x- und z- Koordinate (Querschnittsprofil) Position des Inkrementalencoders bestimmt y- Koordinate (Distanz) Resultat ist ausgeformte 3D-Oberfläche Beobachtungsbereich je Sensor (340x40) mm² Aufnahmefrequenz 2500 Hz Umwandlung der Höhendaten in Grauwerte Speicherung als Graustufenbild

15 Funktionsweise Vision-Software jeder Sensor wird separat ausgewertet Untersuchung der Stege schmalste erfassbare Stegbreite 2 mm Stegpositionen über rechteckige Bereiche einzelne Quer- und Längsstege als 2D-Profil gemittelte Oberflächengerade Daten werden statistisch erfasst Speichern von Ergebnisbildern allgemeine Aufzeichnung, Logging Netzwerk-Datendienst

16 Logging der Ergebnisse

17 Auswertung mit Cognex VisionPro Prüfkonzept mit Cross-Section-Tool, Projektion der 3D-Daten auf eine Seitenansicht Bestimmung einer gemittelten Geraden, Prüfung von Höhe und Winkel der gemittelten Geraden Auswertung des maximalen Abstands zur Geraden innerhalb des Cross-Section-Tools Tool ist in der Lage auch, Kreise, Ecken, andere ausgezeichnete Punkte zu bestimmen, um über Abstände, Winkel und Flächen ein beliebig anderes Prüfkonzept für andere Geometrien zusammen zu stellen.

18 Verwaltung von Formtypen Formen unterscheiden sich in Geometrie und Farbe Auswahl des Formtyps für den einfachen Benutzer auf der Benutzeroberfläche Parametrisierung des Prüfkonzepts für jeden definierten Steg mit Administratorrechten in einem separaten Dialog relevante Parameter wurden für den Benutzer in der Software herausgeführt werden dynamisch in der Cognex-Umgebung gesetzt

19 Fehlerarten Untersuchung der Stege auf Fehlstellen Deformierung (vorn) - Material haftet noch an - Steg z.b. seitlich weggebogen Abplatzung (hinten), Abrieb - Material fehlt bereits Auflösung / Prüfgenauigkeit - Auflösung x,y,z 0,5 mm - kleinster erkennbarer Fehler: Würfel mit Kantenlänge 2 mm

20 Prüfgenauigkeit Anlagenspezifische Einflussfaktoren Schlingern, Rutschen der Form Vibrationen beim Formvorschub Verschmutzung der Formen Genauigkeit unter realen Produktionsbedingungen i.d.r. Fehler im Quadratzentimeter-Bereich Prozesssicher erkannt werden Abplatzungen und Deformierungen in der Größe eines Würfels mit 3 mm Kantenlänge

21 Systemvarianten vielfältige Systemvarianten verfügbar Ausführungen mit 1, 2 oder 3 Sensoren Überwachungsbreiten bis zu 900 mm Prüfung der Formen im Quer- oder Längstransport optionale Integration von RFID-Readern zum Lesen der Form-ID Anbindung an Kundendatenbanken mit Formdaten Prüfung üblicher Steggeometrien, Krümmungen werden durch Geradenabschnitte angenähert automatische Typwechsel möglich

22 Kundenspezifische Ausführungen individuelle geometrische Anpassung der Sensorbox an die jeweilige Anlage möglich Blickwinkel veränderbar zur Anpassung der Genauigkeit erweiterbar für größere Messbereiche durch Aneinanderreihung weiterer Kameras auch Einbau der Sensorbox unterhalb der Produktionsanlage mit Sicht nach oben: schräge Anordnung der Schutzscheiben, antistatisches Acrylglas, Luftstrom gegen Verschmutzung

23 Zusammenfassung Zuverlässige Erkennung bei großer Scanbreite Hohe Auflösung trotz stark streuender Kunststoffoberflächen bis 900 mm Formbreite bei 40 mm Formhöhe schmalste erfassbare Stegbreite 2 mm Aufnahmefrequenz bis zu Hz ermöglicht Verfahrgeschwindigkeiten der Form bis 900 mm/s Schwingungsentkoppelte Montage Flexibel anlagenspezifisch adaptierbar Prüfjobs für diverse Formfarben und - geometrien

24 Vielen Dank für Ihr Interesse! Fragen? Demonstrator des Systems Stand 1B10