Die scanware electronic GmbH in Bickenbach entwickelt und fertigt Inspektionssysteme für die 3D-Qualitätskontrolle von pharmazeutischen Produkten im Verpackungsprozess. Verpackungsmaschinenhersteller und Pharmaunternehmen stellen Prüfaufgaben, die sich nicht mehr durch den Einsatz von 2D-Kameras lösen lassen. Deshalb setzt scanware seit nunmehr zehn Jahren bei der Erarbeitung kundenspezifischer Lösungen auf die hochauflösende und vielseitig applizierbare 3D-Vision-Kamera Ranger von SICK. Die außerordentlich hohe Geschwindigkeit bei der Übertragung der Zeilenprofile wird auch besonders schnell arbeitenden Verpackungsmaschinen gerecht - so bleibt die Qualität nicht auf der Strecke.
Bereits 2006 suchte scanware auf Basis einer Kundenanfrage nach einer Lösung zur Sicherstellung der korrekten Befüllung von Blisterverpackungen. „Es ging darum, die Qualität versiegelter Aluminiumblister sicherzustellen. Um die Qualität des Produkts nicht zu gefährden, sollten kleinste Verformungen im Aluminium festgestellt werden, die durch den Transportprozess in der Maschine entstehen, blickt Harald Mätzig, Geschäftsführer bei scanware, zurück. Um diese Aufgabenstellung zu lösen, wurden Versuche mit Schwarzweiß- und Farbkameras in Kombination mit verschiedensten Beleuchtungstechniken durchgeführt - leider erfolglos. „Wir suchten nach einem Produkt, das auf einer sehr schnellen Verpackungsmaschine zum Einsatz kommen sollte. Neben der hohen Auflösung war auch eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit wesentlich, so Mätzig. „Auf der Messe ‚Vision 2006 entdeckten wir die Streaming-Kamera Ranger von SICK, die dann bemustert wurde. Unsere Versuche waren erfolgreich und 2007 bauten wir die Ranger-Kamera für die Qualitätskontrolle in der Produktion auf eine Verpackungsmaschine auf.
3D-Kontrolle für Tabletten, Kapseln und kleine Pulvermengen
Ab 2008 begann das scanware-Team mit der Weiterentwicklung der bestehenden Bildverarbeitungssysteme LYNX-SPECTRA CL/HR auf Basis der Farbfüllgut-Kontrolle. Das daraus hervorgehende System LYNX-SPECTRA 3D ist ein hochauflösendes, lasergestütztes Bildverarbeitungssystem zur 3D-Kontrolle der Geometrie von Folien, Tabletten und Kapseln auf unerwünschte Verformungen jeglicher Art, wie z. B. Druckstellen, Ausbuchtungen oder Abplatzungen. Dominik Hüfner, Systementwickler bei scanware, erklärt: „Das scanware-3D-System besteht aus einem Farbteil und einem 3D-Teil mit einer Streaming-Kamera Ranger von SICK, um Produkte auf Farbe, Form und Volumen zu prüfen. Die Standardkonfiguration der Ranger erfolgte mit einer X/Y/Z-Auflösung von ≈0,1 mm/Pixel bei einer Bandgeschwindigkeit von bis zu 1,5 m/s. „Diese Kamera erlaubt es uns, 3D-Daten in sehr hoher Geschwindigkeit mit sehr hoher Qualität zu erzeugen, so Hüfner. „Das eröffnet uns ganz neue Möglichkeiten, Produktmerkmale zu kontrollieren, die eine 2D-Kamera einfach nicht erfassen kann. Erst eine zusätzliche Höhenkontrolle sorgt für eine sichere Erkennung von Defekten an Produkt und Verpackung. Etwa wenn Tabletten hochkant stehen, können sie beim Siegelprozess die Siegelfolie durchstoßen und somit den Blister undicht machen. Oder wenn Tabletten in der Mitte auseinandergebrochen sind und nur eine Hälfte im Blister liegt. Erst Ranger hat es möglich gemacht, solche Defekte in der Höhe und im Volumen sicher zu erkennen. So können wir entsprechend mangelhafte Produkte und Verpackungen dann auch ausschleusen. Das scanware-System eignet sich sogar für die Kontrolle eines dosierten Volumens kleiner Pulvermengen in Aluminiumblisterstreifen.
Integration und Anpassung an kundenspezifische Applikationen
Die Erweiterung der bereits vorhandenen Farbsysteme LYNX-SPECTRA CL/HR um die Streaming-Kamera Ranger von SICK brachte mechanische und elektrische Herausforderungen mit sich. So mussten etwa die Ergebnisse der Kamera mit dem Farbsystem verknüpft und an die Maschine übergeben werden. Darüber hinaus galt es, die Zeilenkameratechnologie der Ranger-Kamera in bestehende und neue Verpackungsmaschinen verschiedenster Hersteller zu integrieren.
Somit wurde die Kamera vollständig unter dem Echtzeit-Betriebssystem QNX implementiert. Die Bildgenerierung erfolgt über ein Laser-Lichtschnittverfahren. Die Bildaufnahmegeometrie für das Verfahren wurde in einer scanware-Beleuchtungseinheit konstruiert, wobei sich die Baugröße der Lasereinheiten durch Spiegelumlenkung verkleinern ließ. Die Nutzung der Ranger-Kamera setzte einen Frame Grabber und eine Multikamera-Mischkarte voraus, die die zeilenorientierte Bildübertragung unterstützen. Da alle Auswertealgorithmen inhouse entwickelt wurden, konnte scanware bei der Anpassung des Systems an kundenspezifische Applikationen einen hohen Grad an Flexibilität bei maximaler Performance erreichen.
Einfache Bedienbarkeit, maximale Sicherheit und breites Anwendungsspektrum
Das scanware-System LYNX-SPECTRA 3D mit der Streaming-Kamera Ranger von SICK ist dank seiner Benutzeroberfläche, die der vereinheitlichten Menüstruktur aller scanware-Systeme entspricht, einfach bedienbar. Die scanware-Bildverarbeitungsbibliothek ist um 3D-Auswertealgorithmen erweitert. Zum besseren Verständnis der Auswerteergebnisse ist das System mit einer 3D-Visualisierung ausgestattet. Das System ist zertifiziert nach Laserschutzklasse 1 und bietet somit maximale Sicherheit für den Benutzer. Die Ranger-Kamera verfügt über die einzigartige MultiScan-Funktion, über die sich eine Vielzahl weiterer Objektmerkmale z. B. Kontrast, Glanz und Laserstreuung gleichzeitig messen lassen. Somit bietet die Ranger-Kamera eine bessere Erkennungsleistung bei kontrastarmen Objekten wie z. B. Grau auf Aluminium. Die Bereitstellung aller Informationen durch nur eine Ranger-Kamera ermöglicht sichere Entscheidungen und kostengünstige Lösungen. Harald Mätzig stellt fest: „Die Erfahrungen mit der Ranger-Kamera aus unterschiedlichen Anforderungen bezüglich Geschwindigkeit und Auflösung lassen nun ein breites Spektrum an Kundenanwendungen zu. Aufbauend auf den langjährigen guten Erfahrungen, die scanware mit der Streaming-Kamera Ranger von SICK gemacht hat, soll demnächst der neue Systemtyp LYNX-SPECTRA 3D color auf den Markt kommen. Dieses System ermöglicht eine pixelgenaue Kombination von 3D- und Farbdaten in einem. In diesem System kommt die 3D-Kamera ColorRanger E50 von SICK zum Einsatz.
„ColorRanger bietet uns die Möglichkeit, 3D-Daten und Farbdaten pixelgenau zu überlagern und somit eine Auswertung von Farbe und 3D in einem Durchgang zu machen, erläutert Dominik Hüfner. Gerade die Reduzierung der Baugröße erlaubt eine bessere Integration in kleine Maschinen und Anlagen. „Da wir die Baugröße deutlich verkleinern können, gewinnen wir zusätzliche Möglichkeiten, kundenspezifische Systeme noch kompakter zu gestalten. Denn jetzt können Farbe und 3D in einem Gehäuse verbaut werden.
- Produktinformationen: Ranger E50
- Produktsortiment: 3D-Vision
