Das irische Unternehmen Millipore Corporation in Carrigtwohill ist ein Hersteller medizinischer Filter und Filtergehäuse aus transparentem Kunststoff für die Analyse von Flüssigkeiten in der Medizin, Pharmazie und Biologie. Die Filtereinheiten werden in einer neuen vollautomatischen Fertigungslinie aus den einzelnen Bestandteilen bis zum gebrauchsfertigen Endprodukt zusammengefügt.

Die Einzelbestandteile werden der Fertigungslinie in den jeweiligen Modulen zugeführt. Vom Filterträger (Panel) am Anfang der Linie, über die Integration der Membrane bis zur Schraubkappe des Probenröhrchens am Schluss. In einigen dieser Fertigungsmodule sind von Gefasoft Vision-Systeme der Produktfamilie In-Sight von Cognex integriert. Die Bauteile des Filters aus transparentem Kunststoff müssen in der richtigen Orientierung dem Schweißprozess zugeführt, die Verschweißung kontrolliert, und nach dem Bedrucken des Filterhalters das Druckbild überprüft werden.

Insgesamt fünf In-Sight 5100 mit integriertem Ethernetanschluss stellen in drei Prüfstationen die richtige Verarbeitung der Komponenten sicher. Mit dem In-Sight-Explorer können Netzwerke von Vision-Systemen dieser Produktfamilie erstellt und in die komplette Prozesskommunikation optimiert eingebunden werden.

Sichere und einfache Programmierung

Die Programmierung ist dabei einfach und übersichtlich, sodass auch Nicht-Spezialisten der Bildverarbeitung die Programme mit hoher Funktionssicherheit erstellen können. Anpassungen an den laufenden Prozess und Prüfprogramme für neue Produktvarianten können schnell durch Parametrieren erzielt werden. Das erwies sich vor allem bei der Inbetriebnahme der Anlage sowie bei der Anpassung an Produktveränderungen als Vorteil. Die Anlage mit dem Namen Amicon 4/15 kann mit den zwei Produkttypen Ultra-4 (Filtereinheit mit 4 ml) und Ultra-15 (15 ml) gefahren werden. Diese bestehen jeweils aus einem vertikalen Kunststoff-Filtergehäuse mit zwei rechteckigen Filtereinsätzen, den so genannten Coupons, und einem umschließenden, verschraubbaren Kunststoffröhrchen. Eingesetzt in eine Zentrifuge passieren je nach Beschaffenheit des Filters unterschiedliche Flüssigkeitsbestandteile die Membran und sammeln sich am unteren Ende des Gehäuses.

In der ersten Prüfstation der Fertigungslinie sorgen zwei autark arbeitende Vision-Systeme für die lagerichtige Zufuhr der Filtergehäuse aus dem Behälter des Rüttelförderers. Eine konventionelle Sortierung der Bauteile zur lagerichtigen Zuführung über mechanische Schikanen ist wegen der Bauteilsymmetrie nicht möglich. Die Vision-Systeme sind zirka 140mm über der Prüfposition, in einem Winkel von 90° zur Bauteiloberfläche angebracht. Die im Vision-System integrierte Software kontrolliert die Kunststoffteile im Auslauf des Rüttelförderers auf richtige Ausrichtung und Drehlage. Ohne einem sonst erforderlichen Trigger in einer solchen Anlage werden die Bildaufnahmen mit einer Intervallzeit von zirka 30 Millisekunden pro Bild durchgeführt und ausgewertet. Hat das Vision-System ein Bauteil als lagerichtiges Gutteil bewertet, so sendet es an die Steuerung ein Signal zum kurzzeitigen Deaktivieren der Ausblasstation, andernfalls wird jedes Teil wieder zurück in den Fördertopf geblasen.

Verschweißung auf unterschiedliche Merkmale prüfen

Bei vier Möglichkeiten der Teileorientierung im Rüttelförderer kommen die Gutteile nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 25 Prozent an. Die hohe Bildfrequenz und die präzise arbeitenden Bildverarbeitungsalgorithmen des Vision-Systems in Verbindung mit dem hohen Teiledurchsatz des Fördertopfs liefert trotzdem ausreichend viele korrekt ausgerichtete Filtergehäuse an die Fertigungslinie. Die Programme zur Kontrolle unterschiedlicher Bauteilgrößen lassen sich über ein digitales Interface automatisch wechseln.

Im nächsten Prüfschritt kontrollieren zwei parallel angeordnete Vision-Systeme die richtige Verschweißung der Kunststoffteile mit der Filtermembran innerhalb einer Greifervorrichtung. Die Bildverarbeitungssysteme prüfen die Bauteile auf eine Reihe unterschiedlicher Merkmale. Lage und Abmessung der Bauteile werden relativ zu den Positionen der Greifer berechnet. Die Membrane wird durch die Bildverarbeitung als weiße, zusammenhängende Fläche identifiziert und in ihrer Ausdehnung vermessen. Die korrekte Verschweißung der Coupon-Membran auf dem Kunststoffträger erkennt das Vision-System anhand einer geschlossen umlaufenden grauen Linie. Verunreinigungen oder Perforierungen der Membran treten unter der diffusen Auflichtbeleuchtung als dunkle Fehlstellen hervor, die durch Festlegen einer definierten Mindestgröße detektiert werden.
Ein weiteres kompaktes Vision-System kontrolliert in der abschließenden Halterkontrolle den vollständigen und lesbaren Aufdruck auf dem Filterhalter mit unterschiedlichen Maß- und Mengenangaben sowie deren richtige Verbauung am fertigen Produkt. Das System befindet sich mit einem Abstand von ca. 240 mm vor der Prüfposition und senkrecht zur Bauteiloberfläche. Ein automatischer Suchvorgang erkennt die Bauteile und ermittelt ihre exakte Position im Bild. Im Anschluss daran werden die Positionen der aufgedruckten Füllmarken relativ zum Bauteil überprüft. Ebenso wird die korrekte Beschriftung der Füllmarken und Typenbezeichnung des verbauten Filterpanels verifiziert.

Verifizierung des Aufdrucks

Zur Kontrolle des Aufdrucks werden im System Mustervergleiche des aktuellen Bauteils mit einem Referenzbauteil durchgeführt. Schließlich prüft das Vision-System mittels eines Histogramms (grafische Darstellung der Messwerte innerhalb definierter Grenzwerte), ob der Coupon am Halter in richtiger Orientierung angebaut ist. Fehlt dieser Messwert, so betrachtet das System den weißen Hintergrund des Holders. Der gemessene Grauwert in der Suchregion wird von Weiß (255) bis Schwarz (0) abgestuft. Ist der Messwert kleiner als ein einstellbarer Grenzwert (typischerweise maximal 120) wird das Bauteil mit gut bewertet. Durch die eingesetzten Algorithmen des Bildverarbeitungs-Softwarepakets Patmax mit seinen geometrieorientierten Analysefunktionen wird eine hundertprozentige Qualitätskontrolle sichergestellt.

Erhöhte Marktchancen
Kompakt und vollkommen autark

In einem kleinen robusten Kunststoffgehäuse der Schutzklasse IP67 oder auch Edelstahlgehäuse mit IP68 ist das komplette In-Sight-System von Cognex aus Kamera, Rechner, Kommunikationsschnittstellen und LED-Beleuchtung mit hoher Integrationsdichte zusammengefasst. Die sehr kompakte Bauweise sorgt für eine einfache Installation in die Prozesslinien. Die anwendungsspezifisch abgestufte Modellreihe deckt eine große Bandbreite von Anforderungen ab. Das neue Kommunikationspaket Connect ermöglicht einen sofortigen Anschluss jedes Vision-Systems des Herstellers an nahezu alle gängigen SPS, Roboter, MMS und Feldbus-Systeme. Das zusätzliche Vision-Softwarepaket gestattet die einfache Programmierung von komplexen und besonders anspruchsvollen Anforderungen.

Kontakt
Cognex Germany, Karlsruhe, support@cognex.de

Autor

Über den Autor

Ralf Baumann, Freier Fachjournalist, Karlsruhe