Um den Zustand von Schokoladengießformen im Produktionsprozess überwachen zu können, hat Bi-Ber Bildverarbeitungssysteme mit dem Reflexsystem eine Lösung entwickelt. Anders als herkömmliche 3-D-Prüfverfahren kontrolliert der 3-D-Profilscanner nicht nur die Oberfläche der Gießformen auf Schäden, sondern auch tiefer liegende Bereiche mit hoher Geschwindigkeit.
Gießformen unterliegen in der Schokoladenproduktion starker mechanischer Beanspruchung: Sie werden geschüttelt, gedreht und ausgeklopft. Beschädigte Formen und Bruchstücke dürfen jedoch keinesfalls in die Produktion gelangen. Während 2-D-Kameras Bruchstücke häufig mit Verschmutzungen verwechseln, eignet sich das herkömmliche 3-D-Prüfverfahren höchstens für die Kontrolle der Verstärkungsstege an der Rückseite der Kunststoffformen. Dabei wird ein Lasertriangulationssensor mit zwei Spiegeln kombiniert, um einen flachen Blickwinkel und eine hohe Auflösung zu erreichen. Aber auch im Inneren der Form, auf der Produktseite, können Abplatzungen auftreten. Diese Vertiefungen kann der 3-D-Scanner aus diagonaler seitlicher Perspektive nicht vollständig einsehen. Bi-Ber Bilderkennungssysteme hat mit dem Reflexsystem eine Lösung für eine 100-prozentige Überwachung im laufenden Prozess konzipiert.
Die Optik macht den Unterschied
Bei dem Reflexsystem wird in den Strahlengang der Sensorkamera ein halbdurchlässiger Spiegel eingebracht, der diesen in zwei separate Gänge teilt. Der erste Strahlengang tritt durch den halbdurchlässigen Spiegel hindurch. Wie bei der bisher gängigen Methodik wird er zur Erhöhung der Genauigkeit bei Streuung an zwei optischen Spiegeln reflektiert, bis er anschließend unter 45° auf die Form blickt.
Der zweite, ergänzende Strahlengang wird dagegen an dem halbdurchlässigen Spiegel reflektiert und auf die andere Seite des Lasers gelenkt. Nach dieser ersten Reflexion erfolgen noch zwei weitere an optischen Spiegeln. Der zweite Strahlengang blickt von der entgegengesetzten Seite auf die Laserlinie, ebenfalls im Winkel von 45°. Die Wege sind identisch und die Spiegel präzise ausgerichtet, sodass die Kamera die Laserlinie nur einmal sieht, sie nun aber auch lückenlos im Blick behält. Denn wenn das Laserprofil aus einer Blickrichtung durch eine Kante verdeckt ist, wird die Laserlinie zwar dunkler, doch das Profil wird von dem System immer noch aus der anderen Richtung aufgenommen. Eine HDR-Aufnahme würde das Problem mit den Intensitäten zwar beheben, die Zeit genügt für eine Doppelaufnahme jedoch nicht. Des Weiteren ist eine zwangsläufige Überstrahlung der Linie insofern unproblematisch, als die Ermittlung der Mitte der Laserlinie nicht nachweisbar beeinflusst wird.
Sofern die Aushöhlungen mindestens doppelt so breit wie tief sind, liegt der Vorteil gegenüber der bisherigen Methodik mit zwei Spiegeln darin, dass nur noch in Sonderfällen Abschattungen auftreten. Darüber hinaus bietet die hier beschriebene pseudopixelfreie Reflexmethode bei der Anpassung der Belichtungszeit und anderer Einstellungen an die Formfarbe deutlich mehr Spielraum. Als zusätzlicher Nebeneffekt nimmt das Rauschen ebenfalls leicht ab.
2,5 Mio. Bildpunkte pro Sekunde
Ein wie hier beschriebenes Reflexsystem, hat im Durchschnitt unter Realbedingungen eine Aufnahmegeschwindigkeit von 2,5 Mio. Bildpunkten pro Sekunde. Es eignet sich somit sehr gut für schnelle Produktionsabläufe. Mithilfe einer Spiegelerweiterung und eines erhöhten Blickwinkels wird die Einbauhöhe eines solchen Systems geringer und die geometrischen Außenmaße sind variierbar, was eine Nachrüstung an einer bereits bestehenden Anlage erheblich vereinfacht.
Weil ein Reflexsystem außerdem die Genauigkeit erhöht, sind hochfrequente, nahezu abschattungsfreie und gleichzeitig genaue 3-D-Aufnahmen von Untersuchungskörpern mit anspruchsvollen Geometrien möglich. Zudem macht die Reflexaufnahme solche Systeme unempfindlicher bei Überstrahlung, was bei hellen reflektierenden Oberflächen mit dunkler Verschmutzung nicht mehr zu fehlenden oder Pseudopixeln führt. Zu den prüfbaren Parametern zählen alle geometrischen Größen wie Volumen, Rundheit, Geradlinigkeit, Abstände und Winkel zwischen Flächen, Kanten oder Punkten. Da sich so große Oberflächen von Prüfkörpern sowie breite Produktionsbänder mit vielen kleinen Endprodukten überwachen lassen, sind die Anwendungsbereiche sehr vielfältig. In Fällen eines stillstehenden Objekts ist auch ein Verfahren kein Problem. Einfache Geometrien können mithilfe von Profiluntersuchungen betrachtet, komplexe Formen dank der Vermeidung von Abschattungen durch den ICP-Algorithmus mit einem vorab eingelernten 3-D-Objekt abgeglichen werden.
Autoren Sascha Kühl Ronald Krzywinksi
Konstruktion/Simulation
Bi-Ber Bilderkennungssysteme
Geschäftsführer,
Bi-Ber Bilderkennungssysteme
