Zwei Bildverarbeitungsstationen für fehlerfreie Aluminiumschalen

Aluminiumschalen werden weltweit in verschiedensten Formen zum Verpacken von Lebensmitteln eingesetzt. Die Novelis Deutschland GmbH hat mit Hilfe des Systemintegrators Industrielle Sensorsysteme Wichmann GmbH (ISW) und auf Basis von Bildverarbeitungskomponenten von STEMMER IMAGING ein zweistufiges Inspektionssystem zur wirtschaftlichen Qualitätsprüfung solcher Schalen realisiert.

Man kennt sie aus Mahlzeiten im Flugzeug, vom Abholen des telefonisch bestellten Essens beim Lieblings-Asiaten, von vorgekochten Fertiggerichten aus dem Supermarkt und in vielfältigen anderen Formen: Aluminiumschalen sind als Behälter für Lebensmittel allgegenwärtig.

Auf rund 50 Pressen fertigt die Novelis Deutschland GmbH am Standort Plettenberg im Sauerland unzählige Schalenvarianten mit und ohne Unterteilung sowie in unterschiedlichsten Formen und Größen. Allen gemeinsam ist: Die Produkte müssen dicht sein und die gewünschten Konturen aufweisen.

„Aufgrund der hohen Taktgeschwindigkeiten fertigen wir auf unseren Pressen täglich so große Stückzahlen, dass eine manuelle Überprüfung nur stichprobenhaft durchgeführt werden konnte“, beschreibt Produktionstechniker Julian Schmidt von Novelis die Situation.

Anfang 2017 hat Novelis in ein zweistufiges Bildverarbeitungssystem sowie in weitere Aggregate investiert und auf diese Weise den kompletten Fertigungsprozess einer Linie weiter automatisiert. „Aufgrund der hervorragenden Ergebnisse und der deutlich erhöhten Wirtschaftlichkeit der ersten Anlage haben wir mittlerweile mehrere Pressenstraßen aufgebaut, die über identische Automatisierungssysteme verfügen“ , so Schmidt.

Die eingesetzten Bildverarbeitungssysteme sind dabei entscheidend für die Sicherstellung der Qualität jedes einzelnen Aluminiumbehälters.

Zwei Bildverarbeitungssysteme in Reihe

Die Prüfung der Behälter erfolgt in einem zweistufigen System, mit dem die produzierten Schalen zu 100 Prozent auf Dichtigkeit und Konturtreue untersucht werden. Im ersten Schritt inspizieren dabei zwei Line Scan Bars (LSB) von Mitsubishi Electric die Konturen der Schalen und erkennen Soll-Abweichungen von +/- 100 µm.

Pro Linie ist ein Line Scan Bar mit CoaXPress-Schnittstelle und einer Sensorbreite von knapp 400 mm im Einsatz, die Beleuchtung erfolgt für jeden LSB über ein Linienlicht von CCS, das als Hintergrundbeleuchtung über den vorbeigeführten Behältern montiert ist.

„Diese Station erkennt Geometriefehler wie beispielsweise so genannte Nasen oder Stanzreste an den Behältern. Die Toleranz der Konturprüfung ist dabei parametrierbar“, beschreibt Schmidt die technischen Möglichkeiten dieses Teilprozesses. Behälter, die außerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegen, werden am Ende des Bildverarbeitungssystems ausgeschleust, um das Aluminiummaterial der detektierten Schalen zu sammeln und zu recyclen.

Vier Kameras zur Lochprüfung

An der zweiten, direkt nach der Konturprüfung folgenden Bildverarbeitungsstation wird überprüft, ob die Schalen Leckagen aufweisen. „Die Materialstärke der Aluminiumbänder, aus denen die Schalen gepresst werden, liegt je nach Behältertyp zwischen 40 und 180 µm. Beim Tiefziehen von anspruchsvollen Behälter-Geometrien durch die Pressen besteht selbst bei optimalen Prozessabläufen immer die Gefahr von Materialrissen.

Derartige Fehler müssen auf jeden Fall erkannt werden, um die spätere dichte, hygienische Verpackung der Lebensmittel sicherzustellen und Kundenreklamationen auszuschließen“, unterstreicht Schmidt die Bedeutung dieser Überprüfung.

Die Bildaufnahme erfolgt an dieser Stelle durch vier Flächenkameras vom Typ Genie Nano von Teledyne Dalsa, die jeweils eine Hälfte der Schalen aufnehmen. Zur Erkennung von Leckagen ist es optimal, mit einer Hintergrundbeleuchtung zu arbeiten, da auf diese Weise durchscheinendes Licht zuverlässig erkannt und als Fehler identifiziert werden kann. Behälter, an denen undichte Stellen erkannt wurden, werden ebenfalls aussortiert und einem Recyclingprozess zugeführt.

Zur Überprüfung und Veranschaulichung der Inspektionen dient ein Monitor, auf dem die Ergebnisse der Bildauswertung beider Bildverarbeitungsstationen kombiniert dargestellt werden. Das Personal hat hier die Möglichkeit, Fehlerbilder abzurufen und somit zu kontrollieren, ob das System korrekt arbeitet. Auf dieser Basis lassen sich Gut-Schlecht-Entscheidungen des Systems nachvollziehen und im Bedarfsfall notwendige Einstellungen korrigieren.

Erhöhte Wirtschaftlichkeit

Die von der Bildverarbeitungsstation als fehlerfrei erkannten Schalen werden im Anschluss vollautomatisch gestapelt, eingeschweißt und verpackt. Die Aufgaben der Mitarbeiter, die für die Betreuung der automatisierten Linien in der Novelis-Fertigungshalle zuständig sind, beschränken sich somit im Wesentlichen auf das Einlegen der Aluminiumcoils am Eingang der Pressenstraße, auf die Bereitstellung der Verpackungsmaterialien sowie den Abtransport der Paletten mit den gestapelten, verpackten Schalen.

Für Produktionstechniker Schmidt ist die Bildverarbeitungsstation ganz klar das Schlüsselelement der gesamten Anlage: „Ohne dieses System wäre es aufgrund der hohen Produktionsgeschwindigkeiten unmöglich gewesen, die früheren Stichproben durch eine zuverlässige 100%-Kontrolle der Konturen sowie die Prüfung auf Leckagen zu ersetzen und so die Wirtschaftlichkeit unserer Prozesse auf das heutige Niveau zu heben.“

Erfahrene Partner

Als entscheidenden Faktor für die schnelle, erfolgreiche Umsetzung der vollautomatisierten Gesamtlösung nennt Schmidt die Zusammenarbeit mit den erfahrenen Partnern, auf die Novelis zurückgreifen konnte: „Die Industrielle Sensorsysteme Wichmann GmbH hat uns von ersten Tests über Designstudien bis hin zur Integration und Inbetriebnahme sehr kompetent betreut und auf diese Weise einen wichtigen Beitrag zur Realisierung dieses Projekts geleistet.“

Das in Kölln-Reisiek bei Elmshorn ansässige Unternehmen hat sich auf bildverarbeitungsbasierte Komplettlösungen spezialisiert, erklärt ISW-Prokurist Stefan Tukac: „Anfangs waren wir vor allem in der Verpackungs- und Automobilindustrie tätig, dann kamen Aufträge aus der Pharmabranche hinzu, und mittlerweile haben wir branchenübergreifend sehr viele Erfahrungen in der Realisierung selbst komplexer Bildverarbeitungslösungen in 2D und 3D gesammelt.“

Mehrere Tausend von ISW installierte Kameras und Gesamtlösungen sind in unzähligen Systemen weltweit erfolgreich im Einsatz.

Als eine Besonderheit der Novelis-Anlagen hebt Tukac die gewünschte bedienerfreundliche Umstellung der Pressenlinien auf andere Schalentypen hervor. „Hier standen wir vor der Herausforderung, dass sowohl die Bedienung der Anlage als auch das Anlernen neuer Schalen möglichst schnell und einfach gestaltet werden mussten.

Durch den Einsatz einer geeigneten Teach-Software genügt es hierbei, dem System zehn Gutteile zu zeigen und diese zu bestätigen, danach kann die Produktion und Überprüfung neuer Behälter bereits starten.“

Die Bildverarbeitungskomponenten für seine Lösungen bezieht ISW bereits seit nahezu zwei Jahrzehnten über STEMMER IMAGING, die Tukac als ISW-Schlüssellieferant für diese Technologie bezeichnet.

Dies gilt nach Tukacs Worten auch für die Zusammenarbeit während der Realisierung der Anlagen bei Novelis, wo fast ausschließlich BV-Komponenten zum Einsatz kommen, die ISW von der deutschen Firmenzentrale bezogen hatte.

„Ebenso wertvoll ist für uns jedoch auch die Unterstützung bei der Auswahl der optimalen Komponenten, deren Prozesssicherheit für die jeweilige Anwendung häufig vorab in intensiven Machbarkeitsstudien überprüft wird.

Dies war auch bei den Novelis-Systemen der Fall, da gerade die Line Scan Bars für einen völlig anderen technischen Ansatz entwickelt worden waren.“

Weitere Automatisierung geplant

Mit den Ergebnissen der Zusammenarbeit und den daraus entstandenen automatisierten Fertigungsanlagen ist man bei Novelis sehr zufrieden, wie Schmidt verdeutlicht: „Die bisherigen Anlagen arbeiten extrem zuverlässig und die darin eingesetzten, speziell auf unsere Anforderungen zugeschnittenen Bildverarbeitungssysteme ermöglichen uns eine sichere, wirtschaftliche Fehlererkennung an jeder einzelnen Schale.“

Diese positiven Erfahrungen haben bereits zu der Entscheidung von Novelis geführt, in den kommenden Jahren nach und nach weitere Automatisierungsmaßnahmen durchzuführen und dabei wieder auf die Partner ISW und STEMMER IMAGING zu setzen.

www.stemmer-imaging.com

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