Rotationssymmetrische Objekte – hinter dieser Bezeichnung verbergen sich viele Produkte des täglichen Lebens. Es sind Objekte, die komplett abbildbar sind, wenn sie um die eigene Achse gedreht werden wie zum Beispiel Sprühdosen, Ampullen oder Konserven. In Zylinderform finden sie sich häufig im Pharmabereich sowie in der Verpackungsindustrie für Lebensmittel und Getränke – sensiblen Branchen also, bei denen es wichtig ist, die zum Teil gesetzlich vorgeschriebenen qualitäts- und sicherheitsrelevanten Themen genau zu kontrollieren, um mögliche Beschädigungen von Verschraubungen, Verformungen der Verpackung, fehlende Sprühdüsen oder fehlende Etiketten oder auch falsche Inhalte sicher zu erkennen.

Ansätze zur Kontrolle rotationssymmetrischer Produkte konzentrieren sich bislang darauf, die Objekte auf einer definierten Strecke mit konstanter Geschwindigkeit und exakter Belichtungszeit vor einer Kamera einmal komplett um die eigene Achse zu drehen. Die Aufnahme wird anschließend abgewickelt und per Bildverarbeitung geprüft. „Oft sind die Nahtbereiche zwischen den einzelnen Bildern jedoch unsauber, sodass teilweise nur Serienfehler, also Fehler über mehrere Produkte, in einem Strom erkannt werden können“, erläutert Stefan Tukac, Prokurist bei der Firma Industrielle Sensorsysteme Wichmann (ISW), die Nachteile bisheriger Prüfanlagen. Besser wäre eine 100-%-Kontrolle, die auch einmalig auftretende Produktfehler sicher detektiert und gleichzeitig im Produktionstakt bleibt.

So entstand eine Prüfanlage unter dem Namen ‚4ninety‘. Der Name ist dabei Programm: Das System deckt mit vier Kameras von Baumer jeweils 90° des Umfangs eines runden Körpers ab, also genau die 360°, die auch eine Abwicklung beinhaltet. Die vier Einzelbilder werden softwareseitig ohne Überlappung zu einem Gesamtbild zusammengesetzt und ausgewertet.

Einfach integrierbar

Der Ansatz von ISW ist einfach und mit geringem Aufwand in bestehende Produktionsprozesse integrierbar: Die Prüfzelle kann über jedem beliebigen Förderband platziert werden. Mithilfe verschiedener Achsen sind Kameras und Beleuchtung an verschiedene Transportbänder und Produkte schnell angepasst. Einmal platziert, korrekt ausgerichtet und softwareseitig eingerichtet, übernimmt die Anlage vielfältige Prüfaufgaben. Kontrolliert werden können die Formen von Produkten, zum Beispiel auf Unversehrtheit, Maßeinhaltung oder Deckelplatzierung. Ebenso lässt sich die Anwesenheit und Lage von Merkmalen wie etwa die korrekte Platzierung von Etiketten kontrollieren; auch die Prüfung aufgebrachter 1D- und 2D-Codes sowie von Texten (OCR/OCV) ist möglich. „Unsere Standard-Bibliothek besteht aus mehreren tausend Schriftarten. So können wir Klarschriften von Kunden unseren Standardschriften wie ‚Document‘, ‚Universal‘ oder ‚Pharma‘ für eine sichere Lesbarkeit zuordnen“, erläutert Tukac das Vorgehen bei OCR. Lage und Position von Merkmalen werden in Weltkoordinaten gemessen, sodass sich dank der Definition fester Schwellwerte fehlerhafte Produkte anhand der gemessenen Abweichungen in Millimeter oder Grad aussortieren lassen. Bei der Etikettenerkennung setzt ISW auf einen Graustufen- und Kontur-Algorithmus, der aufgenommene Etiketten mit einem Master vergleicht. Bei Unterschieden wird das Produkt ausgeworfen.

Herzstück Bildverarbeitung

Die zu kontrollierenden Produkte werden durch ein Transportband in die Prüfbox eingefahren. Ein integriertes Band übernimmt und transportiert sie durch den Prüfprozess. Die Anlage wird auf die gewünschten Parameter trainiert.

© Baumer

Der Kern der Prüfanlage liegt in der softwareseitigen, eigens entwickelten Bildverarbeitung. Grundlage ist dabei die Aufnahme von Bildern mit sehr guter Bildqualität. Das System nutzt Kameras der CX-Serie von Baumer: vier  Megapixel-CX.I-Kameras mit Sony Pregius IMX264-Sensor. Polarisationsfilter unterdrücken die durch die Beleuchtung hervorgerufenen Reflektionen auf den Produkten. Mit dem vom Baumer patentierten modularen Tube-System werden Kamera und Objektiv zusätzlich durch eine variable Anzahl an Zwischenringen zum Beispiel gegen Staub geschützt. Gleichzeitig wird damit Schutzart IP65/IP67 erreicht. Kombiniert mit der hartanodisierten Oberfläche sind die Kameras so gegen die in Lebensmittelumgebungen oft notwendigen Reinigungen gewappnet. Die Kameras verfügen über eine standardkonforme GigE-Vision-Schnittstelle, sind lichtstark und liefern rauscharme Bilder. So unterstützen sie insbesondere bei der Detektion kleiner Abweichungen und der korrekten Nahtbildung zwischen den Einzelbilden. Den Umstand, dass das Zurückrechnen der vier einzelnen Bilder mit je 5 Megapixel Auflösung in eine Ebene und die Berechnung der Nahtstellen sehr prozessorlastig ist, löst ISW mit einem leistungsstarken Rechner, Multithreading, einer sehr guten Grafikkarte zur Auslagerung rechenintensiver Operationen sowie einer cleveren Programmierung. Sollen Produkte mit mehreren Etiketten geprüft werden, die starke Hell- und Dunkelkontraste aufweisen, lässt sich das System auch mit vier LXG-Modellen mit einer Auflösung von 4 Megapixel und HDR-Funktion betreiben.

Dabei ist die Anwendbarkeit der Prüfanlage nicht auf zylindrische Objekte beschränkt – auch andere geometrische Formen wie etwa sechseckige Verpackungen sind mit ‚4ninety‘ überprüfbar. Eine Anpassung in der Software genügt, um mögliche Abbildungsfehler aufgrund der Objektgeometrie ausgleichen zu können.