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Bildverarbeitung Bildverarbeitung sorgt für fehlerfreie Alu-Behälter

| Redakteur: Silvano Böni

Die Schweizer Leuthold Mechanik AG (HLM) baut Anlagen zur Herstellung von Aluminium­behältern, die unter anderem zur Verpackung von Tiernahrung und Lebensmitteln verwendet werden. Kernelement der Qualitätssicherung ist dabei Bildverarbeitung von Stemmer Imaging.

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Das Anlagenmodul für die Qualitätskontrolle besteht aus vier parallelen Linien mit versetzt angeordneten Bildverarbeitungsstationen.
Das Anlagenmodul für die Qualitätskontrolle besteht aus vier parallelen Linien mit versetzt angeordneten Bildverarbeitungsstationen.
(Bild: Stemmer Imaging)

Unablässig 120 Mal pro Minute hebt und senkt sich im 3-Schicht-Betrieb der Stössel der Presse im Kompetenz-Center der HLM und spuckt nach jedem Hub vier fertige Pet-Food-Behälter aus. Eine solche Anlage produziert somit pro Minute 480 hochwertige Behälter aus Aluminium, in welche später Tiernahrung abgefüllt wird.

Für die Verwendung von Aluminium als Material für solche Behälter gibt es mehrere Gründe: Zum einen ist dieses Material Gas-dicht, wodurch sich der Inhalt viel länger lagern lässt. Zudem kann Aluminium recycelt werden und ist dadurch nachhaltiger als Plastik, das nicht Gas-dicht ist und durch den Zusatz von Weichmachern zudem gesundheitlich auch nicht als unbedenklich eingestuft werden kann. Die Aluminiumdosen sind zusätzlich beschichtet, sodass die Lebensmittel keinen direkten Kontakt mit dem Aluminium haben.

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«Unsere Anlagen produzieren jedoch nicht nur Behälter für Tiernahrung, sondern verschiedenste Formen von Aluminiumschalen für die Aufnahme unter anderem von Konfitüren, Pasteten oder Kaffeepulver», erläutert Mathias Leuthold, der im Familienunternehmen für die Leitung des Werkzeug- und Maschinenbaus verantwortlich ist. Auch für gänzlich andere Substanzen wie zum Beispiel Brennpasten oder Verpackungen für medizinische Produkte wie Inhalatoren hat das Unternehmen bereits Anlagen entwickelt.

Eingesetzt werden solche Anlagen nur zu einem sehr kleinen Teil in der eigenen Fertigungshalle in Einsiedeln, und dies mehrheitlich zu Testzwecken und zur Weiterentwicklung der Anlagen. Der deutlich grössere Anteil steht weltweit bei Kunden der HLM. «Neben dem heimischen Schweizer Markt sitzen unsere Kunden in vielen europäischen Ländern. Unsere Anlagen sind aber auch in den USA oder Australien im Einsatz», so Mathias Leuthold.

Voraussetzung für das Stanzen von dünnwandigen Behältern, deren Abmessungen zwischen 60 bis 120 mm in der Breite sowie zwischen 60 bis 200 mm in der Länge variieren können, ist qualitativ hochwertiges Aluminiumfolien-Material. Die fertig gestanzten Behälter werden inline zu den modular eingebauten Kontroll- und Stapler-Anlagen weitertransportiert.

«Hat sich ein Kunde für uns als Maschinenlieferant entschieden, so schickt er uns in einem ersten Schritt in der Regel einige Ideen, Skizzen und/oder 3D-Modelle von seinem gewünschten Aluminiumbehälter. Auf dieser Basis entwickeln wir dann die gesamte Anlage vom Design des Behälters beziehungsweise der Kapsel über das Werkzeug und Prüfmodul bis hin zur Stapeleinheit oder passen unsere Standardanlagen an die Kundenwünsche an», beschreibt der Ingenieur den üblichen Weg von der Idee zur fertigen Anlage.

Bildverarbeitung als Kernelement

Nachdem die Behälter in der Presse in einem einzigen Hub in die fertige Form gebracht wurden, werden sie ausgeblasen und inline über Transport­riemen und mechanische Bahnen zu den Modulen transportiert, in denen die Qualitätskontrolle erfolgt. «Aluminium ist als Basismaterial relativ teuer, daher sollen die Behälter möglichst dünnwandig sein, um die Kosten gering zu halten. Andererseits steigt mit abnehmender Materialstärke die Gefahr, dass während des Umformvorgangs aufgrund von Einschlüssen im Rohmaterial oder wegen zu hoher Spannungen bei der Umformung Löcher entstehen, die den Behälter undicht und somit unbrauchbar machen», erläutert Mathias Leuthold den Grund, warum jeder einzelne Behälter überprüft werden muss. «Wir müssen jeden fehlerhaften Behälter erkennen und aussortieren, da ansonsten beim Beispiel der Tiernahrung oder generell bei Lebensmitteln die Gefahr besteht, dass der Inhalt verdirbt.»

Aufgrund der hohen Fertigungsgeschwindigkeiten und der benötigten 100-Prozent-Kontrolle kommt als Werkzeug zur Qualitätsprüfung die Bildverarbeitung in Frage. HLM nutzt diese Technologie bereits seit über 20 Jahren und hat damit gute Erfahrungen gemacht, wie Mathias Leuthold bestätigt: «Es gibt keine Anlage mehr, in der Bildverarbeitung nicht als zentrales Element der Prüfstationen eingesetzt wird.»

Umstellung auf Embedded-PC-Systeme

Bei der neuesten Anlagengeneration setzt das Unternehmen nicht mehr wie bisher auf intelligente Kamerasysteme, sondern auf ein Embedded-­PC-Bildverarbeitungssystem. Für diese Entscheidung sprachen nach Leutholds Worten gleich mehrere Vorteile: «Bei der bisherigen Architektur mit intelligenten Kameras musste erst ein PC an die Anlage angeschlossen werden, um Fehlerbilder anzuzeigen oder statistische Auswertungen vorzunehmen. Nur so konnte zum Beispiel überprüft werden, ob auf einer der Linien mehr Fehler entstanden oder ob ein bestimmter Fehlertyp häufiger auftrat. Solche Tendenzen kann der Bediener jetzt über einen Monitor direkt an der Anlage viel einfacher und schneller erkennen und die Fehlerquellen somit in kürzerer Zeit gezielt ausschalten.»

Realisiert ist diese Möglichkeit über einen Ringbuffer, der im Embedded-System die jeweils letzten 20 Fehlerbilder speichert und auf Abruf anzeigt. Neben aktuellen Ergebnisbildern kann sich der Anwender dort zudem Statistiken über Fehlerarten und deren Häufigkeit, die Verteilung von Ausschuss auf die verschiedenen Bahnen sowie Bilder von fehlerhaften Behältern sehr einfach direkt am Anlagenbildschirm ansehen. «Dies trägt wesentlich zu einer schnelleren Behebung von Fehlern durch geeignete mechanische Anpassungen an der Anlage bei», unterstreicht Mathias Leuthold.

Als weiteren Vorzug des neuen Embedded-Bildverarbeitungssystems gegenüber den bisherigen intelligenten Kameras nennt er die bessere Anbindung an die MES-Systeme (Manufacturing Execution System) der Anwender: «Dies ermöglicht eine optimierte Kontrolle der Produktion und deutliche Vorteile bei der Datenerfassung.»

Aus wirtschaftlicher Sicht lagen die Kosten für die früheren intelligenten Kamerasysteme etwa auf dem gleichen Niveau wie die des Embedded-PC-­Systems der neuen Anlagengeneration, doch die zusätzlichen Vorteile gaben nun den Ausschlag für die Entscheidung hin zur Embedded-PC-basierten Lösung.

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