Rendre l'inspection qualité plus flexible et plus efficace tout en réduisant les coûts : tel est l'objectif que s'était fixé la société Christ Packing Systems pour sa nouvelle encaisseuse horizontale entièrement automatisée CaseTeq. Au lieu de recourir à des barrières immatérielles et à des caméras conventionnelles, le fabricant de machines d'emballages s'est tourné vers le système de vision tout intégré de B&R pour atteindre cet objectif.
"Le contrôle de présence des produits fait partie des fonctionnalités standard de nos machines d'emballages. Cependant, le type et la portée de l'inspection à réaliser varient beaucoup selon le client, le produit à emballer et le type de machine," explique Timo Bochtler, responsable du BE électrique chez Christ Packing Systems. "Dans le passé, nous utilisions deux systèmes d'inspection différents pour nos encaisseuses horizontales et verticales (Top-Loader et Side-Loader) : un basé sur des barrières immatérielles et un basé sur des caméras conventionnelles.
Sur une encaisseuse verticale, le contrôle des lots peut être mis en œuvre très simplement et à moindre coût en utilisant des barrières immatérielles. Quand, depuis une zone d'empilage, une couche de produits horizontale est poussée à l'intérieur du carton, les faisceaux lumineux de la barrière immatérielle permettent de vérifier qu'il ne manque aucun des produits. La barrière immatérielle est orientée de telle sorte que les faisceaux tombent à la verticale, perpendiculairement à la couche de produits. Si une couche est complète, les faisceaux sont interrompus pendant la phase d'introduction dans le carton. S'il manque un produit, des faisceaux peuvent traverser la couche et le temps d'interruption des faisceaux diminue, ce qui génère un message d'erreur.
Barrière immatérielle : simple mais non flexible
Outre le coût réduit du matériel, l'inspection avec une barrière immatérielle offre également un autre avantage : en cas de changement de format, l'utilisateur peut facilement adapter le processus d'inspection via l'interface opérateur. Il lui suffit de redéfinir la position de départ et d'arrivée de la couche de produits – autremennt dit sa largeur – ainsi que le nombre nécessaire de faisceaux et le temps d'interruption correspondant pour les faisceaux. Néanmoins, avant que la production puisse commencer, quelques tests préalables doivent être effectués pour assurer que la configuration retenue pour les faisceaux donne les résultats attendus.
Si des produits de forme arrondie sont présents dans une couche, des espaces vides laissant passer les faisceaux de lumière se formeront entre les produits, générant ainsi un message d'erreur. Pour éviter cela, l'opérateur doit désactiver les faisceaux aux endroits concernés. "Parfois, vous devez même désactiver deux faisceaux qui se superposent pour permettre une production fluide. Mais cela se fait toujours au détriment de la qualité," rapporte T. Bochtler. "Vous courez en plus le risque que des opérateurs oublient de réactiver des faisceaux vraiment nécessaires lors d'un changement de format." De plus, les barrières immatérielles atteignent vite leurs limites lorsqu'il faut scanner une couche constituée de petits produits ou s'adapter à des demandes client inattendues.
Les caméras traditionnelles : complexes, coûteuses et encombrantes
Dans les encaisseuses horizontales, le process ne permet pas l'utilisation d'une barrière immatérielle. Christ utilisait donc jusqu'à présent une caméra montée sur l'axe pick-and-place pour effectuer le contrôle de présence au moment de la mise en carton. Pour le traitement de l'image, le fabricant de machines appliquait une méthode classique consistant à utiliser une caméra, un objectif et un système de traitement d'image – généralement un PC – ainsi qu'un logiciel de traitement d'image spécifique et, au besoin, des éléments d'éclairage.
Cette solution est bien plus complexe et bien plus coûteuse que les barrières immatérielles. Cependant, elle est nettement plus souple, plus performante et plus fiable. Elle permet aussi d'effectuer des contrôles de lot et d'autres tâches d'inspection plus complexes comme la reconnaissance de positions et de motifs ou la lecture de codes et de textes.
La solution avec caméra présente néanmoins des inconvénients. Tout d'abord, elle fait appel à des matériels et des logiciels dont le coût d'acquisition est particulièrement élevé. De plus, elle implique un effort de programmation supplémentaire qui ne doit pas être sous-estimé. En règle générale, les systèmes de vision classiques sont des systèmes stand-alone. Les programmeurs doivent donc utiliser des logiciels propriétaires spécifiques et gérer des interfaces supplémentaires. L'intégration du logiciel de traitement d'image dans l'application machine fait l'objet de nombreuses limitations. Enfin, l'utilisation du logiciel de traitement d'image nécessite un savoir-faire spécifique qui implique, pour le fabricant de machines, le support d'une société tierce.
Un autre aspect non moins important doit être également pris en considération : le système doit être calibré sur site après le montage et à chaque remplacement de matériel. "Nous avons des ingénieurs mécaniciens talentueux, mais pas de spécialistes des caméras. Nous n'avons donc pas les compétences nécessaires pour estimer si un éclairage est nécessaire dans telle ou telle situation," ajoute T. Bochtler, attirant ainsi l'attention sur une autre difficulté importante que posent les solutions de vision classiques.
Un fabricant de machines se passant de l'éclairage pour réduire ses coûts court le risque de devoir effectuer un retrofit à brève échéance. À l'inverse, s'il installe des éclairages qui ne s'avèrent pas nécessaires, il supportera des coûts inutiles. Bref, toutes les solutions d'inspection utilisées jusqu'à présent par Christ comportent des risques et génèrent des coûts cachés difficiles à évaluer.
La solution : le système de vision intégrée de B&R
La direction de Christ s'est montrée immédiatement intéressée lorsque B&R lui a présenté son système de vision intégrée. Les avantages de ce système tombaient sous le sens : sa parfaite intégration à l'environnement de développement Automation Studio de B&R simplifie grandement la programmation et la gestion de la vision pour le fabricant de machines et ses automaticiens. Ces derniers peuvent accéder à toutes les fonctions des caméras et les intégrer facilement dans l'application machine tout en restant dans un environnement qui leur est familier. Le système ne nécessite aucun savoir-faire particulier en traitement d'image. La formation requise pour sa prise en main est donc minime.
L'étendue de l'offre vision de B&R permet de définir une configuration adaptée dans chaque cas d'utilisation. L'offre inclut différents types de caméras avec ou sans éclairage intégré, un large choix de résolutions, et des accessoires tels que les éléments d'éclairage externes. La solution se distingue aussi et surtout par son niveau d'intégration : tous ses composants sont connectés directement au réseau de la machine et contrôlé par la même application que les autres composants d'automatisation. Cette intégration permet de synchroniser le flash et la prise d'image à la microseconde près et d'utiliser efficacement toute la puissance lumineuse des LED.
Échelonnabilité et simplicité d'utilisation
Dans les cas où une seule fontion de traitement d'image – lecture de code QR ou détection de position, par exemple –est nécessaire, la caméra Smart Sensor de B&R est le bon choix. A la différence de nombreux autres appareils de cette catégorie, il n'est pas nécessaire de recourir à une caméra supplémentaire à chaque fois qu'une autre fonction est nécessaire. L'utilisateur doit simplement configurer la fonction souhaitée pour le Smart Sensor dans l'environnement de développement Automation Studio.
Si plusieurs fonctions doivent être utilisées en même temps, passer du modèle Smart Sensor au modèle Smart Camera, plus puissant, ne pose aucune difficulté. Le programme de l'application, quel qu'il soit, peut être réutilisé, de même que les paramètres et les modèles de traitement d'image déjà définis. La caméra, objectif inclus, est calibrée en usine : cette opération ne doit donc plus être effectuée lors de la mise en service. L'installation est extrêment simple puisque le contrôleur de la machine envoie automatiquement tous les paramétrages nécessaires à la caméra.
Changer de produit en pressant un bouton
La solution entièrement intégrée de B&R est également bénéfique pour l'utilisateur de la machine. Les paramètres, réglage de focus inclus, peuvent être enregistrés dans des recettes et appliqués en pressant un bouton : les changements de format peuvent être ainsi effectués rapidement. "Même si les données pour un produit ou un format ne sont pas disponibles, ce n'est pas un problème. Il suffit de renseigner le système pour un seul des produits et d'indiquer la disposition des produits dans une couche. Le système s'occupe automatiquement du reste. Cet aspect du système me plaît beaucoup," confie T. Bochtler.
La simplicité des changements de format tient à l'intégration directe de la vision à l'environnement B&R. La configuration de la vision et la gestion des recettes peuvent être intégrées directement dans l'application de visualisation. Le diagnostic de la vision s'effectue également avec les outils habituels de l'environnement Automation Studio. Le composant logiciel mapp Vision de B&R permet d'accéder à la bibliothèque HALCON de MVTec. Cette bibliothèque contient des algorithmes éprouvés et prêts à l'emploi pour la détection de position, le contrôle de présence, le contrôle qualité, la mesure et l'identification. "Les automaticiens peuvent ainsi mettre en œuvre une solution de vision sans aide externe et après une brève formation," se réjouit T. Bochtler.
Nouvelles solutions d'inspection
En raison des avantages qu'offre le système de vision de B&R, Christ a décidé de présenter une première encaisseuse horizontale tout automatisée et effectuant le contrôle de présence des produits avec ce système. La société prévoit non seulement l'ajout, prochainement, de nouvelles tâches d'inspection basées sur le système de vision de B&R, mais aussi la mise en œuvre de cette nouvelle technologie sur toutes ses machines de conditionnement secondaire.
"Le package vision de B&R offre tout ce dont nous avons besoin. Son échelonnabilité nous permet de remplacer des systèmes de contrôle dédiés par un système entièrement intégré et unique," explique T. Bochtler. "En plus d'être plus économique, il accroît notre flexibilité ainsi que la fiabilité de nos processus d'inspection. Il réduit ainsi le risque d'avoir des déconvenues, tant pour nous que pour nos clients."
Auteur : Franz Rossmann, journaliste technique basé près de Munich
 | Timo Bochtler Chef du département électrique, Christ Packing Systems "Le package vision de B&R offre tout ce dont nous avons besoin. Son échelonnabilité nous permet de remplacer des systèmes de contrôle dédiés par un système entièrement intégré et unique. En plus d'être plus économique, il accroît notre flexibilité ainsi que la fiabilité de nos processus d'inspection. Il réduit ainsi le risque d'avoir des déconvenues, tant pour nous que pour nos clients." |