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Datenfusion

Kombination 3D-Punktewolke mit Thermografie

Neue Kameragenerationen ermöglichen es auf Bilderzeuger in unterschiedlichen Wellenlängen zurückzugreifen. Hierzu gehören die immer günstiger werdenden Thermokameras sowie 3D-Systeme. Die Fusion von Sensordaten unterschiedlicher Messsysteme ermöglicht es dabei, erweiterte Prüfungen zu realisieren, die vorher nicht möglich waren.
So musste bei einer Verpackung die Dichtheit des Siegelrandes geprüft werden. Dabei sollte sicher gestellt werden, dass sich kein abgefülltes Material im Siegelrand befindet, da dieses zu Undichtheiten und damit zum Verderben des abgefüllten Produktes führen könnte. Da zudem das Produkt in unterschiedlich gelabelten Produktbehältern abgefüllt wird, sollte die Prüfung unabhängig von der Verpackung erfolgen, d.h. ob die Siegelung funktioniert hat und der Siegelrand gleichmäßig gebördelt wurde. Da sich von außen nicht erkennen lässt, ob sich Material zwischen dem Basisverpackungskörper und dem Deckelfoliensystem befindet, kommen klassische Kamerasysteme hier an ihre Grenzen. Auch Strukturen auf der Oberflächen lassen sich damit nicht sicher detektieren. Für die Bördelstrukturen, bot sich eine 3D-Auswertung an. Bei den Überlegungen, wie man den fehlerhaften Verschluss oder Produktreste im Verschlussbereich sicher erkennt, gab die Analyse des Produktionsprozesses den entscheidenden Hinweis. Das Produkt ist – bevor es abgefüllt wird – heiß, d.h. das Verpackungsgefäß, das hauptsächlich aus Aluminium besteht, hat die Temperatur der Produktionsmaschine. Ein Versuch mittels einer Wärmebildkamera zeigte, dass der Temperaturunterschied zwischen Verpackung und Produkt leicht zu detektieren ist. Das System funktioniert auch im Verschlussbereich, bei dem bereits eine geringe Produktmenge ausreicht, um einen Fehler zu detektierten. In diesem Fall ist nicht die Temperatur des Produktes der entscheidende Faktor, sondern die schlechtere Wärmeleitung durch das Produkt im Siegelbereich.

Datenfusion in der SPS

Bei der beschriebenen Prüfung kommen zwei unterschiedliche Kamerasysteme zum Einsatz: Zum einen ein 3D-Triangulationsscanner für die Auswertung des Siegelrands und eine Thermografie-Kamera für die eigentlichen Dichtheitskontrolle der Naht. Änderungen von Farbe und Struktur der Oberfläche, die sich je nach Verpackung ändern kann, spiegelt sich allerdings nur peripher im Bild der Thermografiekamera wider, d.h. dass bei unterschiedlichen Bedruckungen keine Änderungen des Prüfprogramms erfolgen muss. Ein weiterer Vorteil der Thermografie ist, dass die Temperatur des verpackten Produktes überwacht werden kann, und somit nicht nur eine defekte Verschweißung erkannt wird, sondern auch Fehler in der Prozesstemperierung. Die intelligente Thermografiekamera EyeCheck Thermo 1000 kann diese Prüfaufgabe autonom erledigen und die Ergebnisse an die Maschinensteuerung übermitteln, an der auch die 3D-Auswertekamera angeschlossen ist. Die SPS-Ankopplung beider Systeme erfolgt über Profinet. In der Steuerung werden die einlaufenden Ergebnisse beider Prüfungen – die jeweils um eine Maschinenposition verschoben erfolgt – zusammengeführt und um weitere drei Positionen bis zur Ausschleusung verzögert. Da die EyeVision Software für die Prozesskommunikation den Profinet Stack integriert hat, wird eine Prozessankopplung einfach über einen passenden Befehl realisiert, über den die Software mit der SPS kommuniziert. Das Zusammenstellen der Bildverarbeitungslösung über den Drag&Drop-Befehlssatz für Thermographie und 3D-Bildauswertung erfolgt ebenfalls über Ethernet. Ein weiterer Vorteil der Hardwareplattform hat sich erst im Nachgang herausgestellt. Als das Prüfsystem auch noch Barcode (EAN) lesen sollte, konnte einfach ein VisionSensor direkt über Profinet an die Maschine angeschlossen werden.

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