Die dreidimensionale Objektüberprüfung ist eine der anspruchvollsten industriellen Aufgabenstellungen der Qualitätssicherung. Beim Schweizer Kunststoff-Spritzgieß-Spezialisten Weidmann Plastics Technology AG stellt die Industrial Vision Camera IVC-3D eine zu 100 % korrekte Bestückung von Trays mit Kunststoffröhrchen für medizinische Anwendungen sicher.

Weidmann Plastics Technology AG mit Hauptsitz in Rapperswil (Schweiz) sowie Gesellschaften in Deutschland, Spanien, den USA und Brasilien ist mit rund 650 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern ein Kunststoff verarbeitendes Technologieunternehmen. Gestützt auf über 70 Jahre Erfahrung im Thermoplast-Spritzgiessen ist die Weidmann Plastics Technology AG Partner namhafter Kunden der Automobilindustrie, der Medizin-, Sensor- und Sanitärtechnik. Grundlage des Unternehmenserfolges sind die Kombination von Kunststoffen und anderen Werkstoffen sowie entsprechend spezialisierte Fertigungstechnologien. Besonderes Augenmerk legt man bei Weidmann Plastics Technology auch auf die Qualitätssicherung. So stand man in der Fertigung von medizintechnischen Produkten im Werk in Bad Ragaz vor der Aufgabe, eine 100% vollständige und richtig ausgerichtete Bestückung von Trays mit jeweils 96 Röhrchen, sogenannten tubes, sicherzustellen.

Kompaktes und umfeldunabhängiges Visionsystem erforderlich
Mit dieser Zielsetzung einher ging die Anforderung, die Traybestückung maschinell zu kontrollieren und dokumentierbar zu gestalten - ideale Aufgabenstellung also für ein Bildverarbeitungssystem. Allerdings waren einige Randbedingungen zu beachten, die entscheidende Auswirkungen auf die später realisierte Lösung haben sollten. Zunächst sollte es sich um ein kompaktes, Platz und Montageaufwand sparendes System handeln, dessen Prüfergebnisse nicht von den wechselnden Helligkeits- und Lichtverhältnissen in der Anlage beeinflusst werden sollten. Darüber hinaus musste die Lösung aufgrund der schwierigen Kontrastverhältnisse weitgehend remissionsunabhängig arbeiten. Schließlich erforderte die Prüfung, auch zwischen richtig und verkehrt herum eingesetzten tubes zu unterscheiden - und das schnell, denn für jedes tray darf die Prüfung einschließlich Zuführung, Positionierung und Abtransport aus dem Messfeld nur etwa drei Sekunden dauern.

Kontrast- und umfeldunabhängige 3D-Inspektion
Die Industrial Vision Camera IVC-3D erwies sich als optimale Lösung für die Trayinspektion bei Weidmann Plastics Technology. Das Visionsystem arbeitet mit CMOS-Technik und Laserlicht, wodurch die oftmals schwierige und zudem einsatz­individuelle Auswahl der richtigen Beleuchtung nicht mehr erforderlich ist. Das Profil der vom Laser auf dem Prüfobjekt erzeugten Lichtlinie wird im Triangula­tionsverfahren ausgewertet. Die geometrischen Verhältnisse zwischen Kameraposition und Prüfobjekt in einer Maschine bzw. Anwendung sind daher aus beleuchtungs- und auswertetechnischer Sicht immer gleich. Die Lichtverhältnisse im Umfeld haben keinen Einfluss auf die Verfügbarkeit und Prüfqualität der Smart ­Kamera. Spezielle Laserfilter und Auswertealgorithmen sorgen dafür, dass unterschiedliche Farben, Oberflächen oder Kontraste die Messung nicht signifikant beeinflussen. Als Messbereiche der IVC-3D stehen wahlweise 68, 180, 810, und 1.480 mm Breite mit einer Höhenauflösung von 0,015 0,04 0,2 und 1,2 mm zur Verfügung. Weidmann Plastics Technology setzt das Visionsystem mit 180 mm breitem Messbereich ein.

5.000 Profilschnitte pro Tray
Die dreidimensionale Prüfung erfolgt durch Auswertung von bis zu 5.000 Profilschnitten pro Sekunde, deren Aneinanderreihung die 3D-Form der Trays und der eingesetzten tubes ergibt. Die Prüfung durch die IVC-3D erfolgt unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit, mit der das Tray den Messbereich durchfährt. Hierfür besitzt das Visionsystem standardmäßig einen Eingang für einen Encoder - in diesem Fall einen DRS61 von Sick Stegmann - über den die zu jedem Lichtschnitt gehörende Vorschubposition in Echtzeit eingelesen werden kann. Auch bei variablen Vorschubgeschwindigkeiten des Prüfobjektes ist so eine verzerrungsfreie 3D-Aufnahme möglich.
Die Ergebnisse der Trayprüfung - tube anwesend und tube richtig eingelegt - ­sowie die Information über den störungsfreien Betrieb der Kamera werden über zwei digitale Ausgänge der IVC-3D an das Automatisierungssystem der Bestück­ungs­anlage ausgegeben. Fehlerhafte Trays werden weitergetaktet und aus dem Förderstrom ausgeschleust.

Kunden wünschen Komplettlösungen und kurzfristige Umsetzung
Typische Einsatzgebiete der IVC-3D sind u. a. die Lebensmittel- und Verpackungsindustrie, Produktions- und Montageprozesse oder Roboter- und Handhabungssysteme. Insbesondere die in diesen Branchen tätigen Endkunden sind an Komplettlösungen interessiert, für die ein Systempartner verantwortlich zeichnet. Hinzu kommt, dass sie in der Regel an einer kurzfristigen Umsetzung interessiert sind. Beiden Anforderungen werden Sick und das IVC-3D Kamerasystem gerecht.
Als Anbieter übernahm Sick bei Weidmann Plastics Technology die Programm­erstellung, arbeitete Vorschläge für die Systemanbindung aus, koordinierte die Leistungspakete verschiedener an der Anlage beteiligter Unternehmen und führte die Inbetriebnahme vor Ort aus - wesentlich erleichtert durch verschiedene Merkmale der IVC-3D. So entfielen aufgrund der Tatsache, dass für die Trayprüfung nur ein Gerät, das standalone fähig ist und keinen PC erfordert, installiert werden musste, jegliche Aufbauten und Abstimmungsarbeiten zwischen den bei komplexen Systemen erforderlichen Komponenten Kamera, Beleuchtungseinheit und PC-Auswertung. Dadurch wurde die Montage und die Inbetriebnahme in kürzerer Zeit möglich. Hinzu kommt, dass das Vision­system mit „IVC-Studio" über eine Programmiersoftware verfügt, die mehr als 100 Tools bietet, mit denen die unterschiedlichsten mehrdimensionalen Aufgaben realisiert werden können. Die Trayformen, das Erscheinungsbild leerer Trayfelder sowie die geometrische Eigenschaften korrekt bzw. verkehrt herum eingesetzter tubes konnten mit wenigen Schritten über die grafische Bedienoberfläche detailliert parametriert werden. Auch kommunikationsseitig stellt das Konzept der IVC-3D eine schnelle Integration in die Steuerung von Maschinen und Anlagen sicher. Neben den je drei frei programmierbaren Schaltein- und -ausgängen und einer seriellen RS 485 - Schnittstelle trägt hierzu die Fast Ethernet-Anbindung bei. Über diese Schnittstelle können nicht nur die Messdaten übertragen werden, sondern auch alle in der Kamera gespeicherten Prüfprogramme. Parametersätze in der Kamera können kopiert und auf weitere IVC-3D geladen werden, die z. B. an baugleichen Maschinen eingesetzt werden sollen.
Auf der Homepage www.weidmann-plastics.com stellt das Unternehmen fest: "Our customers don‘t want partial answers, they want comprehensive solutions." Denkt man an Visionlösungen wie die IVC-3D von Sick, ist dieser Aussage aus Sicht der Bildverarbeitung nichts hinzuzufügen.