Bildverarbeitung in der Lebensmittelindustrie: GigE-Kamerasystem prüft Kartonaufdrucke

Bei einem bekannten Produktionsunternehmen der Lebensmittelindustrie hat Kdorf Automation ein optisches Prüfsystem zur Überwachung von Kartonaufdrucken installiert. Mithilfe des Systems werden die Kartonaufdrucke bezüglich der Angaben zu Produktionszeitpunkt und Mindesthaltbarkeitsdatum der enthaltenen Ware an zwei parallelen Produktionslinien durch jeweils zwei Kameras überprüft (siehe Bild 1). Es werden dabei an jeder der beiden Linien jeweils die identischen Aufdrucke auf Vorder- und Rückseite der Kartons gelesen und die Daten (z.B. Haltbarkeit, Chargennummer) auf ihre Plausibilität geprüft. Damit jederzeit auch eine Kontrolle durch Mitarbeiter möglich ist, sind die Daten, die vom Vision-System gelesen werden, als Klartext auf die Kartons gedruckt. Bei positivem Ausgang der Tests werden die Daten über eine Profibus-Anbindung an das Palettierungs-System weitergegeben. Dieses stapelt die Kartons und bereitet sie für den weiteren Versand vor. Im Falle von Fehlermeldungen werden die betreffenden Kartons hingegen ausgeschleust. Damit wird sichergestellt, dass nur korrekt bedruckte und lesbare Kartons den Produktionsbetrieb verlassen und der Endverbraucher die richtige Ware erhält. Eine der Besonderheiten der Anlage besteht darin, dass das System auf Basis von Gigabit-Ethernet realisiert und in Betrieb genommen wurde. Einen wesentlichen Vorteil dieser Technik gegenüber anderen Schnittstellen spielt das System bei der Verkabelung aus, denn zwischen Kamera und Auswerterechner liegt bei dieser Anwendung eine Kabelstrecke von rund 50m. Dies stellt jedoch nicht die einzige technische Raffinesse dar. Ebenso erwähnenswert ist die Tatsache, dass die Anlage redundant aufgebaut ist. Sie besteht zum einen aus einem Haupt-Rechner und einem identischen Ersatzsystem. Diese sind über einen GigE-Switch miteinander verbunden (siehe Bild 2). Das System wurde so geschickt ausgelegt, dass die eingehenden Kamera-Bilder selbst bei Ausfall eines Rechners ohne Wartungsunterbrechung weiter ausgewertet werden können. In diesem Fall übernimmt der zweite Rechner automatisch alle vier Kameras des Systems. Auch für eventuell auftretende Probleme an den Kameras ist vorgesorgt: Sollte an einer der beiden Linien eine der redundanten Kameras ausfallen, so wird an dieser Linie nur noch der Aufdruck auf einer Seite des Kartons gelesen. Die Anlage arbeitet jedoch weiter und sendet gleichzeitig die Information über den Ausfall des einen Kamera-Systems als Störung an die zuständige Störungsstelle. Somit ist sichergestellt, dass beim Ausfall einer Kamera die Produktion nicht gestoppt werden muss. Die Wartung der ausgefallenen Kamera erfordert ebenfalls keinen Produktionsstopp der Anlage. Bei der Auswahl der Bildverarbeitungs-Komponenten stützte sich das Kempener Systemhaus Kdorf Automation auf die langjährige Erfahrung des Puchheimer Bildverarbeitungs-Spezialisten Stemmer Imaging. \“Wir haben von den Beleuchtungen über die Optiken und Kameras bis hin zu den Rechnersystemen alle Komponenten für die Bildverarbeitung von Stemmer bezogen\“, erläutert Kdorf-Geschäftsführer Detlef Klüssendorf (siehe Bild 5). \“Unser Ansprechpartner dort hat uns bereits bei der Zusammenstellung der passenden Komponenten sehr viel Zeit erspart und das optimale Zusammenspiel der Bildverarbeitungs-Produkte für unsere Anwendung anhand von Machbarkeitsstudien getestet. Es war zudem sehr hilfreich, dass die Kamera-Konfiguration für die Anbindung an die Bildverarbeitungs-Software ebenfalls direkt aus dem Hause Stemmer kam.\“ Das fertige System besteht auf der Hardware-Seite aus zwei IPC-Systemen, die über einen GigE-Switch miteinander verbunden sind. Daran angeschlossen sind vier Gigabit-Ethernet-Kameras des Typ Genie M640 von Dalsa (siehe Bild 3). Je eine Kamera mit Optik und LED-Beleuchtung, ein Blitz-Controller und die erforderlichen Netzteile wurden in V4A-Edelstahlgehäuse (siehe Bild 4) integriert, um so u.a. den Installationsaufwand für Kdorf zu minimieren. Die Kamera-Gehäuse besitzen die Schutzklasse IP68. Um den strengen Anforderungen der Lebensmittelindustrie zu entsprechen sind die Kamera-Schutzgehäuse zusätzlich mit einem nicht splitternden Gehäusefenster aus Polycarbonat ausgestattet. Pentax-Optiken mit Rotfilter gewährleisten eine Unabhängigkeit vom Tageslicht. Die Beleuchtung erfolgt mit roten Auflicht-Ringleuchten vom Typ LDR2 von CCS. Sie werden über eine geeignete Blitzsteuerung mehrfach überblitzt betrieben. \“Da die Kartonaufdrucke in der Druckstärke, der Positionierung und in der Größe variieren, haben wir uns bei der Software für die Common Vision Blox-Bibliothek von Stemmer Imaging entschieden\“, beschreibt Klüssendorf das System weiter. \“Die verwendete Software basiert auf dem CVB Foundation Package sowie dem Tool CVB Minos. Diese Software-Bestandteile mussten dann nur noch an die spezifischen Anforderungen wie z.B. variierende Kontraste, unterschiedliche Schriftarten oder perspektivische Verzerrungen der Kartonaufdrucke angepasst werden.\“ Klüssendorf ist mit dem Ergebnis der Zusammenarbeit sehr zufrieden: \“Die Anlage arbeitet inzwischen sechs Tage pro Woche im Dreischichtbetrieb und erfüllt die Anforderungen des Endkunden perfekt\“, freut sich der Geschäftsführer.