Machine Vision Software LinkedIn Showcase page

Der helle Fleck

Smart Kamera und MIL lassen die Qualitätskontrolle von Glas erstrahlen

Das Schmelzen von Quarzsand und Formen von Glas ist ein Verfahren, das es schon seit frühester Zeit gibt. Die Herstellung von Glas ist aber noch lange nicht perfekt, obwohl heutige Produktionsmethoden von einem größeren wissenschaftlichen Kenntnisstand über die Eigenschaften der verschiedenen Zusatzstoffe für die Verbesserung der Haltbarkeit des Glases profitieren. Das Glas kann Blasen oder Sprünge aufweisen, so dass jedes Teil geprüft werden muss. Thorsten Gonschior, Präsident und Gründer der Firma Spectral Process (Erkelenz, Deutschland), meint, dass die formale Prüfung des Glases so alt wie die Glasproduktion selbst ist. "Und auch heute gibt es immer noch einige Bereiche, in denen die Prüfung manuell und nach Augenschein ausgeführt wird."

Einige Hersteller verlassen sich auf mechanische Prüfsysteme, die auf einer Art von direktem Kontakt mit dem Glas basieren. Der Glasbehälter kann dabei gedreht, mit Druckluft gefüllt oder mit einem Stopfen verschlossen werden. Es gibt auch zahlreiche kamerabasierte Highend-Inspektionssysteme. Aber laut Gonschior gibt es weltweit Glasproduzenten, die keine 250.000 € bis 500.000 € für ein Inspektionssystem ausgeben können oder wollen, selbst wenn der Druck, strenge Qualitätskontrollen einzuhalten (insbesondere bei Behältern für Lebensmittel), groß ist. Die Kosten sind eindeutig ein Thema. Aber immer mehr Produzenten erkennen, dass sie keine große Wahl haben. Sie müssen die hohen Qualitätsstandards erfüllen und den Produktionsprozess verbessern, wenn sie wettbewerbsfähig bleiben wollen.

Als sich einer seiner Kunden an Gonschior zwecks Nachrüstung einer bereits vorhandenen Maschine gewandt hat, war Gonschior davon überzeugt, dass er eine kostengünstige Alternative liefern kann. "Das ursprüngliche System hatte eine optische Komponente für die Fehlersuche, aber keinen Prozessor", sagt er. "Die Maschine war nicht mehr am Markt verfügbar, so dass wir die Idee hatten, einen Teil des gesamten Prüfprozesses durch ein skalierbares Subsystem zu ersetzen."

Ein heißer Stoff

Glas entsteht, wenn eine Mischung aus Siliciumoxid, Natriumcarbonat, Kaliumoxid, Magnesiumoxid und anderen Mineralstoffen auf eine Temperatur von über 1000 C erhitzt wird. Wenn das Glas als Behälter verwendet werden soll, wird das geschmolzene Glas in Formen gepresst und kühlt dann ab, das heißt, es wird langsam und kontrolliert in einem Kühlofen gekühlt und danach geprüft. Gonschior nennt sein System "Opening Inspector", da es die öffnungen von hohlen Glasbehältern (z. B. Flaschen) auf Risse, Einschlüsse (Blasen und Teilchen) überprüft. "Für die Getränkeindustrie ist es wichtig, fehlerhafte Flaschen aus der Produktionslinie zu nehmen. Alles außer einer glatten Oberfläche kann Verletzungen hervorrufen. Hersteller von Getränken mit Kohlensäure können ruiniert werden, wenn die Flaschen fehlerhaft sind und nicht richtig verschlossen werden können", sagt er. Außerdem dürfen die Behälter keinen Grat, scharfe Kanten oder Splitter aufweisen, wenn sie die Prüfung bestehen sollen.

Die einfache Lösung

Der "Opening Inspector" kann für eine Vielzahl von Maschinen für die Glasprüfung umgerüstet werden. Das "Subsystem" besteht aus einer Smart Kamera der Matrox Iris P-Serie, einer Stromversorgung und einer eigens angefertigten Beleuchtungseinrichtung. Gonschior hat die Kamera der Matrox Iris P-Serie aus verschiedenen Gründen ausgewählt. "Sie ist kostengünstig, klein, aber für ihre Größenordnung dennoch leistungsstark", sagt er. Eine Smart Kamera eliminiert auch viel von dem, was er "zusätzliche Entwicklung" nennt: Gehäuse, Computer, elektrische Verbindungen etc. Aber wichtiger ist, dass ich "nach dem Testen der Iris [Kamera] festgestellt habe, dass Matrox gute Arbeit geleistet hat... Ich habe keine Schwachstellen oder unzureichend funktionierende Hardware- oder Software-Komponenten gefunden, wie ich sie normalerweise bei [handelsüblichen] Bauteilen finde."

Als Kern des Systems führt die Kamera der Matrox Iris P-Serie nicht nur die visuelle Prüfung durch, sondern liest auch die Sensoren und aktualisiert die technische Ausrüstung über digitale I/Os. Für die Messung der Innen- und Außenmaße des Behälters und die Lokalisierung von Einschlüssen, Rissen und eingepressten Strukturen verwendet die Software der Anwendung eine Reihe von Modulen der Matrox Imaging Library (MIL): Teilchenanalyse, Kantenerkennung und das Metrologiemodul. Das menschliche Auge kann eingepresste Strukturen leicht erkennen, aber für eine Software werden klare Definitionen benötigt. Theoretisch arbeitet der "Opening Inspector" mit Glas verschiedenster Farben, wobei transparentes, braunes und grünes Glas als Standard betrachtet wird. Die richtigen Bedingungen für die Erfassung verwendbarer Bilder hängen von der Justierung der Intensität der Beleuchtungseinrichtung oder des Kameraverstärkers ab. Bei der Prüfung von transparentem Glas treten dabei die meisten Schwierigkeiten auf.

good.jpg overpressed.jpg overpressed_binary.jpg

Der "Opening Inspector" überprüft die öffnungen von hohlen Glasbehältern (z.B. Flaschen) auf Risse, Einschlüsse (Blasen und Teilchen), Grate, scharfe Kanten und Splitter

In den "Opening Inspector" können verschiedene komplexe Subsysteme per Ethernet integriert werden. Gonschior plant beispielsweise die Verwendung einer hochauflösenden 2D-Einrichtung, um einen Etikettierarm zu steuern. "Die Einbindung netzwerkfähiger Komponenten von Drittherstellern in das Matrox Iris Netzwerk ist einfach und überschaubar", bemerkt Gonschior.

Überlegungen zur Beleuchtung

"Glas hat einen schlechten Ruf, was die Ausleuchtung betrifft", sagt Gonschior. In der Tat entstehen sowohl durch das Material (das Glas) als auch seine Form Herausforderungen. Unter dem Mikroskop betrachtet, ist Glas uneinheitlich, hat eine "Mondoberfläche" mit Kratern. Diese Unregelmäßigkeiten beeinflussen die Reflexion und Ablenkung des Lichtes durch die Oberfläche. Das entstehende Bild kann starke Kontraste in der Mikrostruktur des Hintergrundes zeigen. Dieses Problem wird noch durch die rundliche Form der Flasche und Maßabweichungen in der Wandstärke der Flasche verstärkt. Gonschior war in der Lage, viele Beleuchtungsprobleme mit seiner Lösung zu beseitigen. Die Lichtquelle verwendet diffuses Licht. Das führt dazu, dass das Glas an den fehlerhaften Punkten Licht in die Kamera reflektiert (Prüfvektor) "Das klingt einfach, aber die Ausführung war alles andere als einfach", erinnert sich Gonschior.

Eine glänzende Idee

Gonschior ist der Meinung, dass der "Opening Inspector" den Produkten der Mitbewerber überlegen ist. Aufgrund der Entwicklung seines Systems mit der Matrox Imaging Iris P-Serie kann er das System zu einem Bruchteil des Preises vieler "etablierter" Inspektionssysteme für Glas anbieten. Außerdem wollen Produzenten mehr als 400 Behälter pro Minute prüfen. Mit seinem skalierbaren Design fügt Gonschior einfach weitere Kameras in eine bestehende Produktionslinie ein, wenn ein höherer Durchsatz notwendig geworden ist.

Was kommt als Nächstes?

Sobald Gonschior mit der Robustheit und Stabilität des "Opening Inspector" beim Einsatz in einer industriellen Umgebung zufrieden ist, plant er, zusätzliche Stationen der Prüfung anzubieten. Diese könnten dann Seitenwände und Böden nach Fehlern untersuchen sowie Punktcode und visuell lesbaren Text erkennen. Die Entwicklung sollte für Gonschior überschaubar sein, da er schon Erfahrungen mit laserbasierten Codelesern hat. Sobald mehr Systeme verkauft und installiert sind, möchte Gonschior ein fernbedienbares Softwarewerkzeug für die zentrale Kontrolle, Statistik, überwachung und Einrichtung entwickeln.

Kontaktieren Sie unsere Medienabteilung.

Zurück nach oben