Bildverarbeitung im Einsatz -  Anwendungsbeispiele aus zahlreichen Branchen

Industrielle Bildverarbeitung

in der Praxis

Kundenreferenzen und Anwendungsbeispiele

Bildverarbeitung für die Pharmaindustrie

Oktober 2012

Für Allergiker und Asthmatiker sind Inhalatoren ideal, um medizinische Wirkstoffe ohne den langwierigen Weg über die Blutbahnen an Ort und Stelle zu bringen. Grundlage dieser Darreichungsform sind innen beschichtete, metallische Behälter mit aufgesetzten Zerstäubern. Unter anderem entscheidet die Qualität der Dichtfläche zwischen Behälter und Zerstäuber über die Funktion. Dieses und viele andere Merkmale jedes einzelnen Behälters untersuchen vor der Auslieferung an die Pharmahersteller Mehrkamerasysteme. Die Produktionskapazität des Weltmarktführers Presspart in Marsberg liegt bei 300 Millionen Stück im Jahr.

Nicht ganz unbescheiden klingt Projektmanager Patrick Hanke, wenn er beim Rundgang Sätze formuliert wie: »Als Weltmarktführer repräsentieren wir quasi auch den Stand der Technik.« Und dann ergänzt: »So sehen wir uns auch in der Pflicht, unsere Prozesse und ihre Umweltbilanzen fortwährend zu verbessern.« Aber es ist wohl genau dieser weit reichende Blick über die Abläufe, die Verknüpfung mit herausfordernden Optimierungszielen, die den dauerhaften Erfolg ausmachen.

»Presspart macht beim Umformen alles, was man sich da vorstellen kann«, sagt Hanke, »Es gibt das ganze Spektrum an Technologien zum Umformen im Haus: Stanzen, Pressen, Tiefziehen usw. - unsere Kunden kommen mit einer Produktidee und wir entwickeln dann zusammen mit ihnen die Lösung vom Prototypen bis zur Serie.« Zu diesen Kunden gehören alle großen Namen der Pharmabranche. Daraus folgt ein hoher Aufwand an Dokumentation und Statistiken in Bezug auf Qualität und Rückverfolgbarkeit. Mit dieser Verpflichtung und den internen Zielen zur kontinuierlichen Verbesserung der Prozesse kam vor einigen Jahren das Thema Bildverarbeitung ins Spiel.

Bildverarbeitung als Großversuch

Am Anfang stand eine Lösung mit vier intelligenten Kameras. Die Systemintegration erwies sich dabei als äußerst komplex und musste als Fremdleistung eingekauft und betreut werden. Diese Situation ist nicht kompatibel zu einem Konzept kontinuierlicher Verbesserung der Prozesse. Bei einer Serienproduktion gehört das Know-how zum Betrieb und zur Parametrierung solcher Anlagen zu den Kernkompetenzen eines Unternehmens und muss im eigenen Haus in voller Tiefe verfügbar sein.

»Damals«, erinnert sich Patrick Hanke, »war die Aufrüstung weiterer Produktionslinien schon in Planung, als die Idee entstand, die ganze Applikation rund um das Softwarepaket Sherlock aufzubauen.« Dieses Softwarepaket von Teledyne DALSA kann z.B. die Steuerung von Multikamerasystemen samt individueller Beleuchtung sowie die Überwachung aller Messparameter und die statistische Auswertung von einem zentralen Rechner aus erledigen. Aber wie lernt man Systemintegration?

Tatsächlich war es nicht nur die Produktpalette, sondern insbesondere das Schulungsprogramm, das von nun an die Zusammenarbeit mit dem größten Technologieanbieter für Bildverarbeitung in Europa, der STEMMER IMAGING GmbH in Puchheim, bestimmte. Durch die Erfahrungen mit dem ersten System konnte Patrick Hanke als Projektmanager die Anforderungen sehr genau spezifizieren. Danach definierten die Applikationsingenieure von STEMMER IMAGING dann nicht nur die nötigen Hardwarekomponenten aus dem weitreichenden Portfolio, sondern auch die nötigen Schulungsmaßnahmen. »Eine sehr effiziente Art sich das Wissen zu holen, das man tatsächlich braucht«, erläutert Patrick Hanke ganz pragmatisch.

4 Kameras mit System

Die Programmzykluszeit liegt zurzeit bei 300 ms. Um diese aktuell mögliche Leistung noch weiter zu steigern, käme bei Bedarf die Datenverarbeitung mit einem Dual-Core-Prozessor, der mit 3 GHz getaktet wird, in Betracht. Zur Visualisierung steht direkt die sehr komfortable Entwickleroberfläche von Sherlock zur Verfügung. Sie zeigt mehr Informationen, als für den Alltag des Bedienpersonals notwendig wäre. »Wir haben deshalb in Visual Basic eine eigene grafische Benutzeroberfläche erstellt, die jedoch kaum genutzt werden muss«, zeigt Hanke eine mögliche Option auf.

Für die Bilderfassung kommen monochrome Flächenkameras vom Typ JAI CM-200 GE mit Gigabit Ethernet zum Einsatz. Sie nutzen CCD-Sensoren mit einer Pixelgröße von 4,4 μm und ProgressiveScan-Technologie. Die Objektive unterschiedlicher Brennweite kommen aus dem Hause Fujinon. Beleuchtungskomponenten in LED-Bauweise, Blitzsteuerungen und diverse Polarisations- bzw. Farbfilter zur Erfassung metallischer Oberflächen zählen zu den weiteren Bildverarbeitungskomponenten, die auf Basis der Empfehlungen von STEMMER IMAGING zu einem leistungsfähigen System zusammengefügt wurden.

Folgende Schritte sieht die 100%-Kontrolle am Ende des Produktionsprozesses, unmittelbar vor der Verpackung und Auslieferung, vor:

Die erste Kamera prüft die Kontur der Aerosoldose. Ziel ist die Erkennung von Abweichungen in Länge und Durchmesser. Dazu wird die Dose im Prozess vor eine von hinten beleuchtete Mattscheibe geführt. Eine zweite Kamera prüft die Öffnung der Aerosoldose, ausgeleuchtet durch eine Ringleuchte im Auflicht. Die damit erzeugte metallische Reflexion ermöglicht die sehr genaue Bestimmung der Rundheit und Ebenheit der Öffnung. Zusätzlich werden mögliche Verschmutzungen oder Verformungen erkannt. Über den Glanzgrad im Zentrum der Aufnahme lässt sich zusätzlich erkennen, ob die Dose im Prozess korrekt beschichtet wurde.

Die dritte Kamera dient zur Erkennung von Kratzern und Deformationen am Körper der Dose. Der Rundkörper wird dazu mit schräg einfallendem Auflicht beleuchtet, weil bei dieser Anordnung Störungen in der Oberfläche sofort zu auffälligen Reflexionen führen. So wird über die große Stückzahl der zu prüfenden Dosen die Qualität der vorangehenden Bearbeitungsschritte sicher erfasst. Die vierte Kamera inspiziert schließlich von außen den Boden, also die Standfläche der Dose. Zum Einsatz kommt hier wieder eine Ringleuchte zur Erkennung von Dellen und sonstiger Deformationen.

Statistiken mit Folgen

»Mit dem System aus vier Kameras prüfen wir letztlich unseren Prozess und stellen sicher, dass bis zu diesem Schritt alles den Spezifikationen entspricht«, erläutert Hanke die Strategie. »Ausgeschleuste Aerosoldosen geben Hinweise auf Prozessfehler. Daraus können wir Rückschlüsse ziehen und Wege finden, um die Prozessqualität nachhaltig zu optimieren.« Fehler an den auffälligen Teilen werden geloggt, mit entsprechenden Softwarezählern erfasst und klassifiziert. Die Bediener kennen die normalen Prozessschwankungen und können ggf. eingreifen. Zu Wartungszwecken erreicht man die Rechner der Kamerasysteme via TCP/IP über das Firmennetzwerk. Die Parametrierung erfolgt vor Ort auf den Rechnern. Täglich werden hier Berichte generiert über Stückzahlen, Ausschuss usw., die dann anhand der definierten Eingriffsgrenzen gegebenenfalls zu Maßnahmen führen.

Bei einer Fehlerhäufung wird an den Stellen im Prozess nachjustiert, an denen der jeweilige Fehler verursacht wurde. Bei den hohen Stückzahlen und den vergleichsweise geringen Ausschussraten braucht man sowohl die Fachleute, die sich mit dem Prüfsystem auskennen, wie auch andere, die jeden Prozessschritt der Herstellung genau kennen. Man muss dazu laut Hanke über lange Zeit viel Erfahrung sammeln, wie Kameras auftretende Fehler umsetzen und entsprechende Bilder zu interpretieren sind. Das eigentliche Fachwissen liegt in der Zuordnung der als Fehler identifizierten Merkmale eines Prüflings zu einem bestimmten Arbeitsschritt im Prozess.

Tritt ein bestimmter Fehler häufiger auf, so werden die zugehörigen Fehlerbilder im Rechner des Prüfsystems abgespeichert. Die Bilder sind über das firmeninterne Netzwerk verfügbar und können so von den Prozessspezialisten leicht diskutiert und zugeordnet werden. Dies dient als Grundlage für einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess. Sie nutzen dazu u.a. zusätzlich ein mobiles Kamerasystem für Highspeed-Aufnahmen, um Handhabungsschritte im Millisekundentakt genau zu analysieren. Dieses System triggert sich z.B. über erkannte Abweichungen von der Soll-Position der Teile, so dass auch sporadisch auftretende Fehler gefunden werden können.

Systemkosten

Die hier beschriebene Applikation hat gezeigt, dass ein auf GigE basierendes Multikamerasystem mit Zentralrechner der verteilten Rechenkapazität von Smart-Kameras deutlich überlegen ist. Die Rechenleistung der hochintegrierten Systeme reicht für die geforderten Multiparameterprüfungen und die notwendige Koordination nicht aus. Durch die konkrete Schulung kann die dauerhafte Systembetreuung komplett ohne teure Fremdleistungen erfolgen, was zusätzlich ein großes Potenzial für Verbesserungen freisetzt.

Ausblick

Die hundertprozentige Kontrolle runder metallischer Körper mit vier Kameras bei hohen Geschwindigkeiten mit Programmzykluszeiten von unter 300 ms ist keine triviale Aufgabe, aber Stand der Technik. Die genaue Zielvorgabe und die darauf aufsetzende zielorientierte Schulung versetzen die Anwender in die Lage, auch derart komplexe Systeme eigenständig zu integrieren, zu betreiben und zu warten. Das Vier-Kamera-System bei Presspart definiert derzeit den Stand der Technik – aber auch hier geht die Entwicklung weiter.

Teledyne DALSA

Waterloo, Canada

Teledyne DALSA ist eines der größten Unternehmen in der Bildverarbeitungsindustrie.

Teledyne DALSA Sherlock - Bildverarbeitungs-Software für den industriellen Einsatz
  • Einfache Handhabung für schnelle Lösungen
  • Hohe Prüfgeschwindigkeiten bei großer Flexibilität
  • Für Inspektion, Vermessung, Identifikation und 100% Kontrolle an der Produktionslinie