Etikettieranlage bei Varta während der Analyseaufnahmen mit einer MotionBlitz Cube. In der Anlage

Etikettieranlage bei Varta während der Analyseaufnahmen mit einer MotionBlitz Cube. In der Anlage müssen bei großer Durchlaufgeschwindigkeit die Batteriezellen mit dem Etikett makellos versehen werden. Dank Highspeed-Video konnten Fehlerquellen behoben und dieser Fertigungsschritt optimiert werden. Bild: Varta

Anlagenbetreiber stehen oft vor einem Rätsel. Was verursacht die unerklärlichen Stillstände? Was sind die Gründe für die unregelmäßigen Ausschüsse? Hochgeschwindigkeitskameras zeichnen auch sehr schnelle Prozesse in der Fertigung und Forschung auf. Sie liefern hochaufgelöste Videos mit exakter Erfassung von Störungen. Bild für Bild helfen sie, das Rätsel zu lösen.

Immer schneller, immer verlässlicher, immer effizienter – die Anforderungen an eine moderne Produktion steigen kontinuierlich. Sie soll ununterbrochen laufen und konstant hohe Qualität liefern. Das sind die Erwartungen der Kunden, aber auch die Versprechen der Anlagenbauer. In der Praxis können Betreiber jedoch nur selten ihre Anlagen mit vollem Potenzial laufen lassen. Die Ursachen hierfür sind vielfältig. Werkzeuge und Anlagen verschleißen, in der Steuerung gibt es minimale Schwankungen, Anforderungen wachsen oder Produkte wie auch Mitarbeiter wechseln.

MotionBlitz

Die klein dimensionierten Kameras mit drei oder vier Megapixel Bildauflösung der portablen Langzeitrecording (long time recording – LTR) Systeme MotionBlitz LTR3.0 und LTR4.0 können auch unter beengten Verhältnissen unmittelbar vor Ort installiert, und die Daten in Echtzeit aufgezeichnet werden. Bild: Mikrotron

In manchen Fällen lassen sich die Ursachen jedoch nicht erklären. Die Anlagen müssen langsamer als geplant gefahren werden, da bei Sollgeschwindigkeit ein zu hoher ungeklärter Ausschuss auftritt. Oder sie liefern zufriedenstellende Qualität, aber unbekannte Ursachen führen bei regulärer Produktionsgeschwindigkeit zu unregelmäßig auftretendem Anlagenstillstand. Deshalb ist es wichtig, zeitnah und zuverlässig die sporadisch auftretenden Fehlerquellen zu ermitteln.

Hier kommen die Hochgeschwindigkeitskameras von Mikrotron ins Spiel. Sie machen Abläufe in Produktionsanlagen sichtbar: bei Abfüllanlagen in der Getränkeherstellung, Pressen in der Blechverarbeitung, Verpackungsmaschinen in der Lebensmittelproduktion, Etikettiersystemen in der Pharmazie, Robotern in der Automobilindustrie. Die Hochgeschwindigkeitskameras lassen sich in nahezu allen Industrien erfolgreich einsetzen. Mit einer Bildfrequenz von bis zu 93.000 Bildern pro Sekunde dokumentieren sie fehlerhafte Abläufe. Die aufgenommenen Videos werden um den Faktor 20 bis 50 langsamer wiedergegeben. So können die Abläufe Bild für Bild visuell oder mithilfe von Software analysiert werden. Fehlerquellen lassen sich so schnell und zuverlässig aufdecken.

Etikettieranlage bei Varta während der Analyseaufnahmen mit einer MotionBlitz Cube. In der Anlage müssen bei großer Durchlaufgeschwindigkeit die Batteriezellen mit dem Etikett makellos versehen werden. Dank Highspeed-Video konnten Fehlerquellen behoben und dieser Fertigungsschritt optimiert werden. Bild: Varta

Etikettieranlage bei Varta während der Analyseaufnahmen mit einer MotionBlitz Cube. In der Anlage müssen bei großer Durchlaufgeschwindigkeit die Batteriezellen mit dem Etikett makellos versehen werden. Dank Highspeed-Video konnten Fehlerquellen behoben und dieser Fertigungsschritt optimiert werden. Bild: Varta

Bildverarbeitung oder Hochgeschwindigkeit

Bildverarbeitungs- und Hochgeschwindigkeitskameras sind oft an derselben Anlage zu finden. Sie haben aber völlig unterschiedliche Aufgaben. Die Bildverarbeitung ist für die Qualitätssicherung verantwortlich. Sie sorgt dafür, dass keine fehlerhaften Teile ausgeliefert werden, die zu Schadenersatzansprüchen führen können. Die Bildverarbeitung stellt damit eine Absicherung dar.
Hochgeschwindigkeitskameras dienen Anlagenbetreibern dazu, Abläufe zu dokumentieren, sie detailliert zu analysieren und so das Potenzial jeder Anlage durch Optimierung auszuschöpfen. Die Wertschöpfung pro Anlage kann auf das ursprünglich geplante Niveau gebracht werden. In vielen Fällen ermöglicht die detaillierte Analyse, das Niveau darüber hinaus zu steigern, mit letztendlich deutlichen wirtschaftlichen Vorteilen.

Um die Abläufe sicher festhalten zu können, nutzen die Hochgeschwindigkeitskameras von Mikrotron einen Ringspeicher. Dieser Speicher wird fortlaufend mit Aufnahmen gefüllt und ständig neu überschrieben. Im Augenblick des Fehlers wird ein Triggersignal an die Kamera geschickt – und die Aufnahme wird gestoppt. Das intelligente Triggersystem ImageBlitz erfasst die vom Anwender beliebig einstellbare Zeitspanne vor und nach dem Triggersignal. Das ermöglicht eine den jeweiligen Anforderungen bestmögliche Länge der auszuwertenden Videosequenz.

Analyse durch Langzeitaufzeichnung

Allgemein waren bislang die Highspeed-Videos, die der umfassenden Analyse der Prozesse dienen sollen, auf wenige Sekunden Aufnahmezeit beschränkt. Langzeitaufzeichnungen von Highspeed-Videos durchbrechen nun diese Beschränkung. Mit dieser Technologie können auch langandauernde Prozesse in Hochgeschwindigkeit lückenlos analysiert und Fehlerquellen gezielt beseitigt werden. Durch die neuen, portablen Langzeitrecording (long time recording – LTR) Systeme MotionBlitz LTR3.0 und LTR4.0 erzielen Anwender aus allen Branchen mittels Langzeitaufnahmen neue Erkenntnisse in Produktion und Forschung. Durch die sehr schnelle Datenübertragung über die CoaXPress-Schnittstelle sind auch bei hohen Bildraten Aufzeichnungen bis zu 40 Minuten Aufnahmedauer möglich.
Die mobilen High-Speed-Recording-Systeme verwenden Kameras, die speziell für den Einsatz unter schwierigen Verhältnissen entwickelt wurden. Auch bei Platzmangel, schwacher Beleuchtung, schwankenden Temperaturen, Erschütterungen und bei hohen Anforderungen an die Aufnahmedauer liefern die Kameras präzise Bilder schneller Abläufe. Der Anlagenaufbau bestimmt, wie viel Platz für die Kamera zur Verfügung steht. Mit Abmessungen von nur 63 x 63 x 64,5 Millimetern lassen sich zum Beispiel die EoSens-mini-Kameras auch in sehr beengtem Raum aufbauen.

Mit der hochauflösenden High-Speed-Kamera und Endoskop können die Ereignisse im Mikrobereich unmittelbar vor Ort genau untersucht werden. Denn das präzise mechanische und elektronische Zusammenspiel aller Bauteile einer Nähmaschine wird von vielen Faktoren beeinflusst. Bild: Bernina

Mit der hochauflösenden High-Speed-Kamera und Endoskop können die Ereignisse im Mikrobereich unmittelbar vor Ort genau untersucht werden. Denn das präzise mechanische und elektronische Zusammenspiel aller Bauteile einer Nähmaschine wird von vielen Faktoren beeinflusst. Bild: Bernina

Bei der Produktfamilie Cube und EoSens mini wird das aufgenommene Bildmaterial über einen Ethernet Port auf den Computer heruntergeladen. Ein Laptop vor Ort ist ausreichend. Dort kann das Material gesichtet, der relevante Vorgang beschnitten und das Material in ein gängiges Format konvertiert werden. Alternativ bietet die EoSens TS3 Serie ein großes Display auf der Rückseite. Über die Touchscreen-Oberfläche werden die Videos gesichtet, bearbeitet, konvertiert sowie auf eine SD-Speicherkarte ausgegeben.

Hier kann ganz ohne Computer „on location“ gearbeitet werden. Zudem können diese Kameras unabhängig von der Stromversorgung bis zu vier Stunden autark betrieben werden. So sind sie mit geringem Aufwand schnell und flexibel einsetzbar.

Anwendungsbeispiele

Innerhalb von sechs Monaten nach Anschaffung der Kamera Cube3 wurden bei Rexam Pharma 25 Zeitlupenstudien von verschiedenen Anlagenabläufen durchgeführt. Darunter wurde auch die Aufnahme und Ablage von kleinen Tellerfedern im schnellen Pick-and-Place Prozess analysiert. 20 Zeitlupenstudien lieferten eindeutig die Fehlerquelle und den richtigen Ansatz zur Optimierung. „Die Ergebnisse übertrafen deutlich unsere Erwartungen“, bemerkte Martin Back, Produktionsbereichsleiter bei Rexam in Neuenburg.

Beim Pressprozesses von Blistern für Ein-Tages-Kontaktlinsen stockte der Pressprozess, da immer wieder ein Blister am Zapfen hängen blieb. Die Aufnahme lieferte hilfreiche Hinweise auf die Fehlerquelle und half dem Kunden, die Ausstoßtaktung zu optimieren. Die MotionBlitz Cube2 Kamera nahm bei einer Auflösung von 1280 x 1024 Pixel 500 Bilder pro Sekunde auf. Dazu kann man sich das Video auf der Mikrotron Webseite (www.mikrotron.de/Kategorie Industrie: „Ejection of workpiece from a compression mold“) ansehen. Aufnahmetechnisch bietet die Kamera die Leistung der großen Kameras des Wettbewerbs. Weitere Bauformen der Produktfamilien von Hochgeschwindigkeitskameras Cube oder die EoSens TS3 bieten eine breite Palette von anwendungsspezifischen Leistungsmerkmalen. Das Sichtfeld wird über die Auswahl des richtigen Objektivs bestimmt.

Ein fehlender Elektrolyttropfen verändert die Batterie-Eigenschaften, verschmutzt die Produktionsanlage und erhöht den Wartungsaufwand. „Bereits die ersten Hochgeschwindigkeitsaufnahmen mit der Kamera Cube2 brachten uns riesige Fortschritte“, erläutert Josef Graule, Produktionsingenieur bei Varta Consumer Batteries in Dischingen. „Wir konnten die Abfüll-Düsen so wählen, dass der Füllvorgang ohne lästige Spritzer ablief.“

Ein Anlagenbetreiber hatte das Problem, dass beschädigte Kekse verpackt wurden. Was mit menschlichem Auge nicht zu erkennen war, konnte eine Zeitlupenstudie schnell aufdecken. Manche zu verpackenden Kekse wurden ihren Tabletts zu schnell zugeführt. Weiterhin zeigte die Aufnahme, dass Kekse diagonal ankamen. Der Anlagenbetreiber filmte freihändig. Er verwendete die Kamera Cube2 mit einer Auflösung von 640 x 512 Pixel und einer Bildrate von 505 Bildern pro Sekunde. Die gezeigte Bildersequenz besteht aus 130 Aufnahmen, die innerhalb von knapp 260 Millisekunden entstanden. Das Video dazu kann auf der Mikrotron Website (www.mikrotron.de/Kategorie Industrie: Chocolate tray handling) eingesehen werden. Das aufgenommene Videomaterial verbleibt im internen Speicher der Kamera und kann auf einem Notebook oder PC ausgelesen werden. Das Triggersignal wird von einer Person, die den Vorgang beobachtet, oder von einem an der Kamera angeschlossenen Sensor ausgelöst. Alternativ hält die High-Speed-Kamera mit der integrierten Zusatzfunktion des ImageBlitz die Aufnahme an, sobald sie eine Helligkeitsveränderung in definierten Sensorfeldern des Livebildes detektiert. Ohne Verbindung zum Notebook oder einem PC zeichnen die vollkommen autark arbeitenden Kameras bei voller Auflösung und Geschwindigkeit bis zu 13 Sekunden auf. Die richtige Einstellung von Aufnahmedauer, Auflösung und Geschwindigkeit lässt sich individuell anpassen.

Wenn viele Faktoren ineinander spielen

Das präzise mechanische und elektronische Zusammenspiel aller Bauteile einer Nähmaschine wird von vielen Faktoren beeinflusst. Beispielsweise kann konstruktionsbedingte Unwucht zu Schwingungen führen. Dennoch müssen die zu steuernden Bewegungen sehr präzise ausgeführt werden. Bereits kleinste Abweichungen im Mikrobereich können bei hohen Schwingungsfrequenzen die Funktionspräzision einer Nähmaschine stark beeinflussen.

Eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung einer Nähmaschine stellt die kontrollierte Bewegung des Fadens dar. Das Herzstück einer Nähmaschine ist der sogenannte Greifer. Dieser erfasst den Faden, der ihm von der Nadel „angeboten“ wird. Nur wenige hundertstel Millimeter entscheiden darüber, ob der Faden vom Greifer erfasst wird oder nicht, ob also eine Naht entsteht oder eben nicht. Die Nadel ist geführt vom oberen, der Greifer vom unteren Teil einer Nähmaschine. Die langen mechanischen Hebelarme, die hohe Geschwindigkeit und die vielen sich bewegenden Teile verursachen Schwingungen, die diese so ungemein wichtige Funktion gefährden. Die Hochgeschwindigkeitskamera brachte auch hier Licht ins Dunkel des Vorganges und lieferte damit wichtige Informationen für die Verbesserung der Konstruktion.
Mit der Highspeed-Kamera konnten viele notwendige Analysen schneller durchgeführt werden. In der Entwicklungsabteilung von Bernina ist man überzeugt, dass sich die Investition gelohnt hat und sich rasch amortisiert. fa

www.mikrotron.de

Von Julia Mindermann
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Julia Mindermann
Mikrotron