Målet var att göra inspektionen mer flexibel, effektiv och samtidigt reducera kostnader - Christ Packing Systems visste att deras traditionella ljusridåer och bildbehandlingssystem som används i deras nya helautomatiserade horisontella förpackningsmaskin CaseTeq, behövde en uppgradering. Det var då de vände sig till B&R för att effektivisera och nu istället förlita sig helt på det integrerade vision-systemet.
”Våra förpackningsmaskiner är utrustade med en produktnärvarokontroll som standard. Dock skiljer sig typ och omfattning av inspektioner, mycket beroende på kund, förpackad produkt och typ av maskin, säger Timo Bochtler, chef för elektroteknikavdelningen på Christ Packing Systems. "Tidigare använde vi två olika testsystem på våra horisontella och vertikala förpackningsmaskiner (topp- och sidlastare): ljusridåer och traditionella bildbehandlingssystem."
På en vertikal förpackare kan en produktkontroll effektivt installeras genom en ljusridå: När ett lager av produkter skjuts från staplingsområdet in i kartongen, kontrollerar ljusridåns strålar att inga produkter saknas. Rutnätet är inriktat så att strålarna faller vinkelrätt mot skiktet. När produktlagret är komplett förblir ljusstrålarna avbrutna under en viss tidsperiod, den så kallade fördröjningstiden. Om en produkt saknas kan strålar tränga in i lagret, tidsperioden uppnås inte och ett felmeddelande visas.
Ljusridå: Enkel men oflexibel
Förutom de låga hårdvarukostnaderna erbjuder inspektion med en ljusridå ytterligare en fördel: När man byter till ett annat format kan användaren enkelt anpassa inspektionsprocessen till de nya förhållandena via sitt HMI/operatörsgränssnittet. Allt de behöver göra är att ställa in stapelns start- och slutposition samt antalet strålar och motsvarande strålavbrottstid. Innan den fullskaliga produktionen startar måste testkörningar genomföras för att bekräfta att den valda ljusstrålkonfigurationen ger tillförlitliga resultat.
Om skiktet innehåller runda eller ovala produkter kommer det att finnas luckor mellan dem som tillåter strålarna ett passera mellan - vilket utlöser ett felmeddelande. För att undvika detta måste operatören inaktivera strålar. "Ibland måste man till och med inaktivera två strålar ovanpå varandra för att produktionen ska fungera smidigt. Men när du gör det minskar du också kvaliteten på verifieringsresultaten", detta vet Bochtler av erfarenhet. "Du riskerar också att operatörer glömmer att aktivera strålarna igen när de ändrar format." Hur som helst har ljusridåer svårt att skanna lager av många små produkter och hantera oväntade kravförändringar.
Traditionell kamera: komplex och kostsam
Den horisontella förpackningsprocessen fungerar inte med användning av en ljusridå. Hittills har Christ Packing Systems därför använt en kamera monterad på pick-and-place-axeln för att verifiera förpackningens helhet på dess horisontella lager. För bildbehandling använde de sig av ett standardsystem med kamera, lins, och bildbehandlingssystem (vanligtvis en PC), det innebär en speciell bildbehandlingsprogramvara och olika ljuselement efter behov.
Denna lösning är mer komplex och dyrare än en ljusridå, men ger ökad flexibilitet, ökad prestanda och tillförlitlighet. Det kan också utföra produktkontroll och andra lite mer komplexa inspektioner, som till exempel känna igen positioner och mönster eller läsa koder och text.
Nackdelen med kameralösningen är den höga prislappen för all hårdvara och mjukvara. En annan faktor som inte skall underskattas är den extra tid och ansträngning det innebär för programvaru-utvecklare: traditionellt har machine vision varit ett fristående system, så programmerarna måste lära sig att arbeta med ytterligare programvara och gränssnitt. Det finns också tydliga begränsningar för hur väl programvaran för bildbehandling kan integreras i maskinapplikationen. Dessutom behöver alla som använder programvaran för bildbehandling en specialutbildning. För tillverkaren betyder det vanligtvis att man förlitar sig på tredjepartsstöd.
Ytterligare en stor betydelse: Systemet måste kalibreras på plats efter installationen och varje gång en hårdvara byts ut. "Vi är skickliga mekaniska ingenjörer, men vi är inte kameraspecialister. Vi har inte erfarenheten att veta vilka situationer som kräver belysning eller vilken typ av belysning exempelvis", säger Bochtler och fokuserar på en annan kritisk aspekt av konventionella kameralösningar.
En maskinbyggare som försöker sänka kostnaderna genom att kringgå belysning riskerar att behöva eftermontera ljus senare. Å andra sidan, om de installerar belysning som inte visar sig vara nödvändiga, skulle investeringen gå till spillo. Kort sagt, alla inspektionslösningar som företaget använt sig av kom med oförutsägbara risker och dolda kostnader.
Lösningen: Integrerad machine vision från B&R
När B&R presenterade sitt integrerade vision-system för de ansvariga för Christ Packing Systems väcktes intresset omedelbart. Fördelarna är uppenbara: integrationen av vision-systemet i Automation Studio-miljön från B&R gör programmeringen mycket enklare för maskintillverkaren. Han kan använda alla kamerafunktioner och integrera dem i maskinapplikationen utan att lämna sin välbekanta automatiseringsvärld. Ingen specialistkunskap krävs för bildbehandling, så introduktionsutbildningen hålls på ett minimum.
Den omfattande portföljen erbjuder rätt kombination för alla krav. Den innehåller en rad olika kameratyper med integrerad belysning, en mängd upplösningar och tillbehör som extern belysning. Det som verkligen skiljer lösningen är integrationsnivån: alla komponenter är anslutna via ett gemensamt nätverk och styrs av samma applikation. Det är det som gör det möjligt att synkronisera blixt och slutartid under mikrosekundområdet vilket effektivt utnyttjas av LED-komponenterna.
Skalbar och enkel att använda
Under omständigheter som kräver en specifik bildbehandlingsfunktion till exempel att läsa en QR-kod eller positionsdetektering, är Smart Sensor-versionen av B&Rs kamera rätt val. Till skillnad från många andra enheter i sin klass finns det inget behov av att installera extra kamerahårdvara för varje funktion. Istället konfigurerar användaren önskad Smart Sensor-funktion efter behov i sin välbekanta automatiseringsvärld Automation Studio-miljön.
I fall som kräver flera funktioner är det enkelt att uppgradera till en mer kraftfull Smart Camera. All applikationsprogramvara, parametrar och modeller som redan har utvecklats kan återanvändas. Kameran och linsen är fabrikskalibrerade, så det finns ingen anledning att upprepa detta steg vid idrifttagning av B&R vision-produkten. Installationen kan knappast bli enklare, eftersom kameran automatiskt får alla inställningar från styrenheten.
Växla genom bara ett knapptryck
Den integrerade B&R-lösningen har också fördelar för användaren. Alla parametrar, inklusive fokusinställningen, kan sparas som recept och laddas med en knapptryckning vid skifte av produkt eller format. "Även om informationen för en produkt eller ett format ännu inte är tillgänglig är det inget problem. Du behöver bara lära dig en ny produkt och ange hur produkterna är ordnade i inmatningen. Systemet hanterar resten. Det är en av mina favoritdelar i lösningen", medger Bochtler.
Att genomföra snabba produktförändringar är enkelt när maskinstyrningen är från B&R. Systemkonfigurations- och recepthanteringssystemet integreras direkt i HMI-applikationen. De välbekanta verktygen i Automation Studio-miljön kan användas för diagnostik och B&Rs mapp Vision-programvara ger programmerarna tillgång till HALCON-machine vision biblioteket från MVTec. Biblioteket innefattar beprövade och färdiga algoritmer för positionsdetektering, fullständighetsverifiering, kvalitetsbedömning, mätning och identifiering att använda. "De gör det enkelt för automationsspecialister som oss att implementera machine vision-lösningar på egen hand efter bara en kort introduktion", säger Bochtler glatt.
Nya lösningar för inspektion
Som ett resultat av fördelarna med B&R vision-system beslutade Christ Packing Systems att introducera sin första helautomatiserade horisontella förpackningsmaskin, med den nya machine vision-lösningen från B&R. Företaget planerar att utöka med nya inspektionsuppgifter baserade på B&R-systemet inom en snar framtid med målet att konvertera och integrera B&R machine vision lösningen på samtliga förpackningsmaskiner.
"Visionspaketet från B&R har allt vi behöver. Med sin skalbara lösning kan vi ersätta de separata styrsystem som vi tidigare behövde med en enda, helt integrerad lösning för machine vision", förklarar Bochtler. "Utöver att vara mer ekonomiskt, tillför det värdefull flexibilitet och tillförlitlighet i inspektionsprocessen. Samtidigt minskar det risken för obehagliga överraskningar för oss och våra kunder."
Författare:Franz Rossmann, teknisk journalist från München
 | Timo Bochtler Head of Electrical Engineering, Christ Packing Systems "Visionspaketet från B&R har allt vi behöver. Med sin skalbara lösning kan vi ersätta de separata styrsystem som vi tidigare behövde med en enda, helt integrerad lösning för machine vision", förklarar Bochtler. "Utöver att vara mer ekonomiskt tillför det värdefull flexibilitet och tillförlitlighet i inspektionsprocessen. Samtidigt minskar det risken för obehagliga överraskningar för oss och våra kunder." |